近百余年(1900—2020年)洞庭湖湿地演化驱动因素分析

自20世纪以来,在自然以及人类活动共同作用下,洞庭湖湿地面积与格局发生显著变化。本文在综合大量历史资料、相关文献以及数据的基础上,采用分段线性回归方法将近百余年(1900—2020年)洞庭湖湿地面积与格局变化划分为4个阶段,并重点分析了各阶段影响湿地演化的驱动因子及相互作用关系。1900年以来,洞庭湖湿地面积变化可分为1900—1949年的明显下降期、1950—1978年的快速萎缩期、1979—1998年的稳定期以及1999年至今的略微回升期,湿地景观格局变化经历了新中国成立前的相对稳定阶段、1950s—1990s的水域向洲滩转化阶段以及21世纪以来的洲滩向水域转化阶段。不同时期,由于社会经济与生产力水平的差异,湿地演变的驱动因素存在差异,导致湿地演变的速率与方向有所不同。围湖垦殖与退田还湖是导致湿地面积发生改变的主要因素,气象波动、水库建设、湖区采砂以及河道整治等则通过改变入湖水文泥沙情势影响湿地格局变化,并影响围湖垦殖与退田还湖等活动。为满足经济发展要求,政府在湿地演变中的参与度逐渐增加,对围湖垦殖的态度发生了“鼓励—参与—禁止—还湖”的转变,为近百余年洞庭湖湿地演化的核心驱动要素...     

生态最相关水文指标的优选及其在洞庭湖环境流量估算中的应用

水文改变指标(IHA)能够较为全面地描述水文状况,在评估水文情势改变及其生态系统影响方面具有广泛的应用.尽管该指标体系较为完善,但是数量众多的水文变量仍然存在信息冗余问题.根据洞庭湖城陵矶水文站1955-2014年的径流量数据,采用主成分分析(PCA)筛选了生态最相关水文指标(ERHIs),结合ERHIs改进了用于估算环境流量的变化范围法(RVA),并将其应用在洞庭湖出口的环境流量估算中.基于PCA选取了年最大90日流量、年最小3日流量、年最小流量出现时间、3月流量、6月流量、流量逆转次数和低流量年内平均历时7个变量作为洞庭湖出口的ERHIs.纵向和横向的对比分析都表明选取的ERHIs是合理的.ERHIs不仅有效缓解了IHA的冗余性问题,还有利于抓住最关键的生态水文变量.根据ERHIs改进的RVA方法在设定洞庭湖出口环境流量时,极大地简化原来的众多管理目标,对生态水文研究、水资源管理和生态保护都具有重要的参考价值和借鉴意义.     

东洞庭湖沉积物覆水后磷形态变化及其释放量

研究干燥覆水后低流速条件下东洞庭湖沉积物中磷的形态变化及释放量,可以为轻度富营养化湖泊中磷的生物地球化学循环提供基础数据,为季节性湖泊內源营养盐的迁移转化规律研究、內源营养盐的释放风险评价提供理论依据.本文采集处于干湿交替状态的东洞庭湖表层沉积物,利用室内模拟装置,研究风干沉积物低流速条件下覆水后沉积物及上覆水中磷的形态变化.结果表明,低流速覆水后东洞庭湖沉积物中的磷向上覆水及大气中迁移释放,上覆水中磷的释放量随覆水时长增大,释放速率随覆水时长减小,上覆水流速和磷释放量相关性显著.上覆水循环过程中释放到上覆水中的溶解态有机磷比溶解态活性磷更容易吸附于颗粒物而转化为颗粒态磷.覆水后沉积物中各形态有机磷、无机磷及磷的生物有效性均发生转变,覆水初期沉积物中无机磷向有机磷转化,磷的生物可利用性增大;上覆水循环过程中有机磷向无机磷转化,磷的生物可利用性减小;覆水后沉积物的无机磷的主要组分由铝磷转变为铁磷,有机磷的主要组分有从中活性有机磷向活性有机磷转变的趋势.     

双向环形水槽模拟变化水位和流速下洞庭湖沉积物氮释放特征

浅水湖泊生态系统中的沉积物—水界面是湖泊内源氮释放的重要界面,而水动力因素是改变沉积物氮释放的重要因素.三峡大坝修建以后,长江中下游通江湖泊的水动力条件发生了明显的变化.通过采集洞庭湖湖口区域的沉积物和水样,在双向环形水槽动力模拟装置内模拟湖泊水位和流速的变化,探讨湖泊沉积物氮在沉积物和水系统中的二次释放特征.结果表明,随着扰动强度的增加,上覆水悬浮物浓度增大,上覆水中总氮浓度增加,沉积物向上覆水释放氮的强度增强,水动力条件的改变所引起的沉积物内源氮释放不容忽视.在该模拟实验条件下,沉积物存在最适扰动水位(20cm),此水位下上覆水中悬浮物浓度最低,总氮浓度最小.水动力条件的改变对上覆水和沉积物—水界面处铵态氮和硝态氮浓度的影响并不明显,孔隙水中铵态氮与硝态氮之间发生形态的转化.     

2022年极端干旱下洞庭湖区水体营养状态变化及改善对策

2022年夏季长江流域遭受极端干旱,在此背景下,围绕长江荆江河段(松滋-城陵矶),东、西、南洞庭湖,松滋河、虎渡河、藕池河三口水系,湘江、资水、沅江、澧水四水尾间河段,以及环洞庭湖主要垸区,开展了原位监测和采样工作,测定了湖泊、河道、沟渠、池塘等各类水体中氮、磷、碳等生源要素和叶绿素a浓度,以及浮游植物种类和丰度。结果显示,东、西、南洞庭湖中,总氮、总磷、溶解态有机碳和叶绿素a浓度均值分别为0.57 mg/L、0.45 mg/L、38 mg/L和5.38μg/L,氮、磷分别以溶解态和颗粒态为主;浮游植物共检出6门37种,以硅藻和绿藻为主,藻类生物量约1.337 mg/L。就综合营养状态指数而言,洞庭湖处于中营养状态,并不显著高于长江和三口四水。极端干旱导致荆江-洞庭湖的水文连通削弱,洞庭湖来自三口的生源要素通量减少,来自四水和湖内自源生产的比重增加;洞庭湖垸区与外部自然河湖的阻隔限制垸内水体自由流动,导致生源要素累积,造成富营养化。2022年极端干旱气象条件下,洞庭湖总磷、叶绿素a、浮游植物数量相比历史阶段数据处于高位,但总氮浓度低于历史水平。恢复水文连通,改善江湖关系,削减内源污染释...     

洞庭湖近30a水位时空演变特征及驱动因素分析

洞庭湖地处北亚热带季风湿润气候区,水情时空变化尤为明显.为了探明洞庭湖水位时空演变特征,以洞庭湖6个水位站(城陵矶、鹿角、营田、杨柳潭、南咀、小河咀)、出入湖流量("三口"总入湖流量、"四水"总入湖流量、城陵矶出湖流量)和长江干流流量(宜昌、螺山)等1985-2014年逐日数据为基础,通过构建泰森多边形计算湖泊水位,运用Morlet小波分析、层次聚类分析和地统计理论研究湖泊水位的周期性变化规律及空间分布格局和自相关性.研究结果表明:洞庭湖水位变化具有典型的季节性,且年际变化具有28和22 a的多时间尺度特征;水位空间分布格局呈现出小河咀、南咀、杨柳潭(Group 1)以及城陵矶、鹿角、营田(Group 2)两种聚类,且在不同水文季节的空间自相关性依次表现为丰水期退水期涨水期枯水期.通过建立两类水位在不同水文季节与径流量的多元逐步回归模型揭示了洞庭湖水位时空演变的驱动因素,其中Group 1水位演变主要受长江干流水文情势的影响,Group 2水位演变由出入湖径流量和长江干流径流量共同作用,并随着不同水文季节江湖关系的改变以及湖泊自身水力联系的变化而变化.研究结果对于科学认识洞庭湖水位的时空演变规律以及湖泊生态系统保护和水资源的规划、管理与调控具有重要意义.     

三峡水库和长江中下游通江湖泊(洞庭湖和鄱阳湖)草鱼、鲢的孵化日期及早期生长特征

三峡水库以及上游江段形成的河—库生态系统与长江中下游洞庭湖和鄱阳湖的江湖生态系统都是四大家鱼的重要栖息地,有相似性也有差异.2017年7—8月在三峡水库、洞庭湖和鄱阳湖利用地笼、虾笼、高网和迷魂阵采集草鱼和鲢幼鱼样本,观测耳石日轮,分析三峡水库和通江湖泊草鱼和鲢幼鱼的繁殖时间和早期生长特征及差异,探讨相应的保护措施.结果显示,三峡水库、洞庭湖和鄱阳湖采集草鱼幼鱼的孵化日期分别为4月24日—5月25日、5月21日—6月26日和5月4日—5月28日;鲢幼鱼的孵化日期分别为4月10日—6月12日、5月25日—6月19日和5月9日—6月12日.三峡水库、洞庭湖和鄱阳湖草鱼样本的体长增长率分别为1.04、1.84和1.64 mm/d,微耳石的沉积率分别为3.41、5.41和4.77μm/d;鲢幼鱼的体长增长率分别为1.10、2.87和1.96 mm/d,微耳石沉积率分别为2.96、7.17和4.57μm/d.洞庭湖草鱼和鲢的体长增长率和耳石沉积率均显著大于三峡水库;鄱阳湖鲢的体长增长率和耳石沉积率均显著大于三峡水库,而草鱼的体长增长率和耳石沉积率则与三峡水库没有显著差异.结果表明,三峡水库蓄水后长江中游干流草鱼和鲢的繁殖时间明显滞后;洞庭湖和鄱阳湖的草鱼和鲢幼鱼生长更快.目前,长江全面禁渔正在逐步实施,预期将对恢复鱼类资源起到重要的作用.除了全面禁渔之外,还建议保护和修复鱼类栖息地;减少江湖阻隔,灌江纳苗;增殖放流亲鱼;开展生态调度,促进鱼类繁殖.     

三峡水库175 m试验性蓄水期调度运行对洞庭湖蓄水量变化的影响

长江干流与洞庭湖存在复杂的并联型分汇关系,当三峡水库调度改变长江径流过程时,会引起洞庭湖年内槽蓄量的变化,对于洞庭湖地区防洪、水资源配置和水环境保护产生显著的影响.本文建立了枝城至螺山站的荆江-洞庭湖水流模型,利用2008-2017年的三峡水库实际调度日数据,分析有、无三峡水库调度两种情况下洞庭湖槽蓄量的变化过程,同时利用建库前和近期的水位流量关系反映河道过流能力,分析了河道调整的影响.结果表明:由河道调整引起的槽蓄量变化在汛前消落期、汛期、汛末蓄水期和枯水期分别为-3.06%、0.12%、-0.01%和-13.31%.有三峡水库影响情况下,汛前消落期由于荆江"三口"进入洞庭湖的多年平均总径流增加23.94%,洞庭湖出口处城陵矶多年平均水位升高0.53 m,阻碍了洞庭湖出流,洞庭湖多年平均槽蓄量增长13.30%;汛期由于荆江"三口"分流量减少3.54%,城陵矶水位降低0.02 m导致出湖流量增多,因此洞庭湖多年平均槽蓄量减少0.20%;在汛末蓄水期,荆江"三口"分入洞庭湖的多年平均总径流量减少37.18%,城陵矶多年平均水位降低1.33 m,导致出湖流量增多,因而洞庭湖多年平均槽蓄量减少27.74%;在枯水期,荆江"三口"多年平均总径流量增加5.61%,城陵矶多年平均水位上升0.07 m,最终洞庭湖多年平均枯期槽蓄量增加2.96%.     

洞庭湖不同水位高程下南荻(Triarrhena lutarioriparia)种群分布格局及生长动态

通过野外不同水位高程固定样地多次调查,结合方差/均值比率法研究了不同水位高程下洞庭湖湿地南荻(Triarrhena lutarioriparia)种群分布格局及生长动态.结果表明:(1)低程区土壤含水量显著高于高程区;低程区土壤颗粒组成与高程区相比有显著差异,低程区土壤为黏砂壤土,高程区为粉砂土;低程区土壤总有机碳、全氮、铵态氮和pH值等与高程区相比无显著差异,而其硝态氮、有效磷、全钾和速效钾含量低于高程区,全磷含量却恰好相反.(2)调查期间,南荻的分布格局随着植物的生长由均匀分布逐渐变为聚集分布,低程区聚集强度更大;(3)南荻的生物量和高度均随时间增长而迅速增加,且低程区的总生物量和增长量均高于高程区;南荻的密度和基径随时间增长而增加,之后趋于平稳,且低程区均高于高程区.结果分析表明,水位高程差异引起的土壤含水量的显著变化可能是影响南荻分布格局和生长动态最重要的因素.因此,适度地调控水位、增加土壤水分含量可能是控制南荻群落扩张的重要措施.     

论洞庭湖区钉螺孳生环境与生态灭螺防病

洞庭湖区的钉螺面积广布,血吸虫病流行,是我国血吸虫病流行最严重的地区之一,分析表明,血吸虫病是湖区的一大生态环境灾害;它的中间宿主钉螺孳生环境是入湖泥沙沉积恶性循环的结果,频繁的洪溃灾害,扩散了垸内钉螺;水利工程为钉螺的传播提供了多种途径,急需采取生态灭螺防病的科学对策。