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东部湖区典型湖泊浮游植物群落变化规律及驱动因子

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环境科学 2024年

作者：刘杰邓建明蔡永久龚志军汤祥明中国科学院大学南京大学地理与海洋科学学院中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室

东部湖区是我国湖泊富营养化程度最严重、受人类活动影响最强的湖区。近年来该湖区众多湖泊中浮游植物大量增殖，水华频发，针对区域尺度上湖泊浮游植物群落长期变化的驱动机制及空间差异仍不清楚。其中，太湖、洪泽湖和骆马湖地处长江... 详细信息

东部湖区是我国湖泊富营养化程度最严重、受人类活动影响最强的湖区。近年来该湖区众多湖泊中浮游植物大量增殖，水华频发，针对区域尺度上湖泊浮游植物群落长期变化的驱动机制及空间差异仍不清楚。其中，太湖、洪泽湖和骆马湖地处长江经济带兼具调蓄、饮用水及灌溉等重要生态功能，受人类活动影响较大，是东部湖区典型的湖泊。利用2016～2021年水文气象数据、水体理化指标数据和浮游植物生物量数据，基于冗余分析，将层次分割和变差分解相结合，研究这3个典型湖泊浮游植物群落变化规律，并识别主要驱动因子。结果表明，东部湖区典型湖泊间的气候背景长期变化趋势基本一致，但其自身营养盐、浮游植物群落及环境驱动因素存在差异。太湖、洪泽湖和骆马湖浮游植物优势门类和优势属差异显著；以水深为主要表征的湖泊特征是导致典型湖泊间各季节浮游植物群落空间差异的最主要驱动因子(春、夏、秋和冬的解释率分别为：46.32%、30.79%、26.92%和35.80%，下同)，但次主要驱动因子存在季节差异，其中，春季次主要驱动因子为电导率(13.48%)和总氮(12.74%)，夏季次主要驱动因子为总磷(19.02%)和电导率(14.71%)，秋季次主要驱动因子为总磷(19.43%)和溶解性总氮(15.86%)，冬季次主要驱动因子为总磷(23.53%)和日最低温度(14.91%)。量化不同驱动因子的贡献对今后开展湖泊富营养化治理和制定相应政策等均有重要意义。

关键词：东部湖区典型湖泊浮游植物群落驱动因子季节差异空间差异富营养化

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多时空景观格局对南淝河水质的影响

农业环境科学学报 2024年第7期43卷 1580-1589页

作者：顾洋张平究秦风约蔡永久王晓龙安徽师范大学地理与旅游学院安徽芜湖241002 中国科学院南京地理与湖泊研究所南京210008

为分析景观格局对合肥市南淝河水质的影响,基于南淝河流域的土地利用数据和水质实测数据,通过Mann-Whitney U检验、Spearman相关性分析和冗余分析等方法探究了水质的季节性变化以及不同时空尺度下水质与景观组成、景观指数之间的相关性... 详细信息

为分析景观格局对合肥市南淝河水质的影响,基于南淝河流域的土地利用数据和水质实测数据,通过Mann-Whitney U检验、Spearman相关性分析和冗余分析等方法探究了水质的季节性变化以及不同时空尺度下水质与景观组成、景观指数之间的相关性。结果表明:南淝河非汛期水质总体优于汛期,且水质污染指标在空间分布上的离散程度较大。建设用地在非汛期、汛期均与高锰酸盐指数(CODMn)、硝态氮(NO_(3)-N)、氨氮(NH_(3)-N)、总氮(TN)、磷酸盐(PO_(4)^(3-)-P)和总磷(TP)呈正相关,是“源景观”;林地和水域则是“汇景观”。200、300 m河岸带缓冲区为非汛期、汛期景观指数对水质解释率最高的空间尺度,斑块密度(PD)、景观形状指数(LSI)、面积加权平均斑块分维数(FRAC_AM)、周长-面积分形维度(PAFRAC)、散布与并列指数(IJI)、平均欧式最近邻近距离(ENN_MN)是造成南淝河水质污染的主要影响因子。研究发现景观组成和景观指数对南淝河水质均有较大影响,未来的水质管理要从流域源、汇景观的连通性、破碎度、优势度、多样性方面针对性优化。

关键词：南淝河流域水质多时空尺度景观格局

苏北高邮湖菹草（Potamogeton crispus）生长衰亡过程对水质与浮游植物群落的影响

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湖泊科学 2024年

作者：张鑫张又蔡平刘荣坤黎明杰张晖高俊峰钱宝蔡永久燕文明河海大学水灾害防御全国重点实验室中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与流域水安全重点实验室江苏省江都水利工程管理处长江水利委员会水文局

为探究菹草（Potamogeton crispus）生长、衰亡期对生态环境的效应，本文以南水北调东线源头调蓄湖泊——高邮湖为研究区域，通过分析湖泊水质及浮游植物群落随菹草生长衰亡过程的变化情况，揭示高邮湖菹草暴发下水环境状况变化。结果... 详细信息

为探究菹草（Potamogeton crispus）生长、衰亡期对生态环境的效应，本文以南水北调东线源头调蓄湖泊——高邮湖为研究区域，通过分析湖泊水质及浮游植物群落随菹草生长衰亡过程的变化情况，揭示高邮湖菹草暴发下水环境状况变化。结果表明：在菹草生长期水体透明度明显提高，且总氮浓度有较大程度的下降；而在菹草衰亡期，菹草生物量越高的区域水质越差。菹草在生长期对水环境起到一定的净化效果，而菹草衰亡降解会造成水质恶化。菹草生长期浮游植物密度和生物量显著低于衰亡期，且生长期菹草高、中生物量区的浮游植物密度和生物量低于低生物量区，而在菹草衰亡期高、中生物量区浮游植物密度和生物量高于低生物量区。冗余分析结果表明，pH、溶解氧、氨氮、硝态氮、总磷、高锰酸盐指数是菹草生长衰亡过程影响浮游植物群落结构的主要环境因子。分段结构方程模型模拟结果表明，菹草生物量可对浮游植物生物量产生直接效应，也可以通过改变环境因子而对浮游植物生物量产生间接效应。

关键词：沉水植物植物腐烂群落结构冗余分析分段结构方程模型高邮湖

基于大型底栖动物功能摄食类群的太湖流域河流生态系统功能特征

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生态学杂志 2024年第4期43卷 982-992页

作者：燕文明姚琦蔡永久黎明杰高俊峰李宽意张又河海大学水灾害防御全国重点实验室南京210098 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室南京210008 中国科学院大学中丹学院北京100049

为了解功能摄食类群参数表征的生态系统功能特征,基于太湖流域河流73个样点的大型底栖动物和环境因子数据,分析了两大生态区生物多样性指数和功能摄食类群参数及其相关关系。结果表明,西部丘陵区生物多样性指数整体高于东部平原区。功... 详细信息

为了解功能摄食类群参数表征的生态系统功能特征,基于太湖流域河流73个样点的大型底栖动物和环境因子数据,分析了两大生态区生物多样性指数和功能摄食类群参数及其相关关系。结果表明,西部丘陵区生物多样性指数整体高于东部平原区。功能摄食类群参数与功能多样性指数的相关性更高,物质循环能力与功能均匀度指数和物种多样性指数呈显著负相关,物质纵向输送与功能丰富度指数和Rao二次熵指数呈显著正相关,沿岸物质输入量与物种多样性指数呈显著正相关。冗余分析筛选出对生物多样性指数影响较大的环境因子为溶解氧、总氮、硝态氮、底质指数和浊度,对功能摄食类群参数影响较大的是溶解氧和硝态氮。分段结构方程模型结果表明,营养盐浓度对生态系统功能产生直接负向效应,也可以通过生物多样性指数作用于生态系统功能而产生间接效应,而底质指数对生态系统功能产生直接正向效应,也可以通过生物多样性指数间接正向作用于生态系统功能。

关键词：功能多样性分类学多样性功能摄食类群冗余分析分段结构方程模型

南水北调东线沿线湖泊生态环境面临的挑战与保护对策

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湖泊科学 2024年第5期36卷 1289-1302页

作者：张运林蔡永久彭凯龚志军罗菊花周永强魏佳豪贺诗文李娜薛滨中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与流域水安全重点实验室南京210008 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室太湖湖泊生态系统研究站南京210008 中国科学院大学北京100049 中国科学院大学南京学院南京211135

南水北调东线工程横跨长江、淮河、黄河和海河四大流域,通过京杭大运河和输水渠道自南向北连通了高邮湖、洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖和北大港水库等湖泊和水库,向黄淮海平原东部、胶东地区以及津冀地区提供生产生活生态用水。沿线... 详细信息

南水北调东线工程横跨长江、淮河、黄河和海河四大流域,通过京杭大运河和输水渠道自南向北连通了高邮湖、洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖和北大港水库等湖泊和水库,向黄淮海平原东部、胶东地区以及津冀地区提供生产生活生态用水。沿线调蓄湖泊是南水北调东线工程的关键节点和调蓄池,是改善输水水质的净化器和重要“绿肾”,对保障输供水安全至关重要。近年来,在生态文明建设和打好碧水保卫战的大背景下,南水北调东线沿线调蓄湖泊治理保护取得明显成效,水环境质量总体上呈改善趋势,但在快速气候变化和高强度人类活动的双重影响下,沿线湖泊流域水污染防控、水环境治理和水生态保护修复仍面临严峻挑战。本文从水量调蓄与水质净化、饮用水安全保障、农业灌溉与粮食安全、生物多样性保护、航运与大运河水文化等方面系统阐述了南水北调东线沿线湖泊的主要生态服务功能,深入剖析了水质超标风险、湖泊富营养化、藻类水华暴发以及草型生态系统退化等生态环境问题,提出了水环境质量持续改善以及水生态系统完整性、稳定性和持续性稳步提升的保护策略,助力南水北调东线水安全保障国家战略。

关键词：湖泊调蓄富营养化藻类水华饮用水安全策略与对策

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巢湖流域水生态系统状况变化研究

湿地科学与管理 2024年第4期20卷 21-26页

作者：高俊峰闫人华蔡永久王晓龙夏霆中国科学院流域地理学重点实验室江苏南京210008 中国科学院南京地理与湖泊研究所江苏南京210008 南京工业大学江苏南京211816

基于已开展的巢湖流域水域生物资源调查,综合2013、2023年水质、浮游植物、着生藻类、底栖动物和大型水生植物等资料,分析巢湖水域生物环境状况变化。结果表明:经过10年治巢项目的实施,巢湖流域整体水质有了明显改善,以南淝河和十五里... 详细信息

基于已开展的巢湖流域水域生物资源调查,综合2013、2023年水质、浮游植物、着生藻类、底栖动物和大型水生植物等资料,分析巢湖水域生物环境状况变化。结果表明:经过10年治巢项目的实施,巢湖流域整体水质有了明显改善,以南淝河和十五里河的水质改善最为明显。浮游植物群落组成发生较大变化,蓝藻门密度比由33.33%降为2.76%,硅藻门、金藻门密度比由11.43%、0.83%分别上升为26.62%、1.76%。底栖动物多样性呈上升趋势,耐污类群密度呈下降趋势。着生硅藻多样性指数总体呈增长趋势,优势群类依然主要为双壳缝目、无壳缝目和单壳缝目,大型水生植物群落优势种组成变化相对较小。本研究可为山水工程生态修复效果科学评估和生态修复方案制定提供数据支撑。

关键词：巢湖流域水生态系统变化多样性

基于大型底栖动物完整性指数与综合生物指数的水生态评价

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中国环境科学 2024年第3期44卷 1476-1486页

作者：姚琦黎明杰麻林唐哲朱熠刘阳圆蔡永久燕文明张又李宽意河海大学水灾防御全国重点实验室江苏南京210098 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室江苏南京210008 湖南省水利厅湖南长沙410007 湖南省水文水资源勘测中心湖南长沙410007

针对不同流域部分生物指数评价标准并不统一的问题,利用熵权法构建综合生物指数(CBI)统一模糊评价标准,同时计算底栖动物完整性指数进行评价结果验证.以2021年秋季和2022年春季东洞庭湖10个监测点的数据为基础,通过对25个候选参数逐步筛... 详细信息

针对不同流域部分生物指数评价标准并不统一的问题,利用熵权法构建综合生物指数(CBI)统一模糊评价标准,同时计算底栖动物完整性指数进行评价结果验证.以2021年秋季和2022年春季东洞庭湖10个监测点的数据为基础,通过对25个候选参数逐步筛选,选出M3(软体动物分类单元数)、M9(耐污类群相对丰度)、M13(BI指数)和M22(Shannon-Wiener指数)4个秋季核心参数以及M6(摇蚊个体相对丰度)、M13、M16(BPI指数)和M24(Margalef指数)4个春季核心参数,采用比值法统一量纲后累加计算底栖动物完整性指数,再对BPI、FBI、Shannon-Wiener、BMWP指数客观定权后计算CBI指数划分出5个状态进行对比,结果表明:B-IBI指数和CBI指数均得出靠近出湖河道点位较为健康,湖体点位多为一般和较差,整体秋季健康状况略好于春季,六门闸附近为极差状态,可能是因为该区域是东洞庭湖的闸口之一,常年关闭导致水体流动性较差,开闸放水后沉积物中的淤泥会释放污染物使得湖区总氮超标,进而影响了大型底栖动物的完整性.CBI指数与B-IBI指数以及COD_(Mn)、TLI(∑)指数等相关分析结果良好,表明利用综合生物指数和底栖动物完整性指数结合能为东洞庭湖的水生态健康评价提供参考.

关键词：大型底栖动物生物完整性指数熵权法水生态健康东洞庭湖

江苏河网区地表水沉积物中OCPs的赋存特征及风险

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中国环境科学 2024年第2期44卷 923-931页

作者：韦皓元林贵英姚晓龙李建平王苏红龚雄虎蔡永久张路赵中华湖北师范大学城市与环境学院湖北黄石435002 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室江苏南京210008 扬州市城市河道管理处江苏扬州225000

选取我国平原河网典型区域—江苏省内重点湖泊、水库及河流等为研究对象,系统调查江苏省地表水环境沉积物中有机氯农药(OCPs)的残留现状,解析区域空间分布特征和来源并评估其生态风险.结果表明,目标区域湖泊、水库及河流表层沉积物中20... 详细信息

选取我国平原河网典型区域—江苏省内重点湖泊、水库及河流等为研究对象,系统调查江苏省地表水环境沉积物中有机氯农药(OCPs)的残留现状,解析区域空间分布特征和来源并评估其生态风险.结果表明,目标区域湖泊、水库及河流表层沉积物中20种OCPs化合物检出率为100%,残留范围为0.41~10.62ng/g dw(平均值为3.14ng/g dw).与国内其它流域相比,江苏省地表水环境表层沉积物中OCPs的污染负荷整体处于较低水平.OCPs单体化合物特征比值溯源结果显示,江苏省表层沉积物中的OCPs主要来源于历史残留.运用风险熵值法对江苏省表层沉积物OCPs进行生态风险评估,结果显示环氧七氯是主要的生态风险因子,其次为α-硫丹和异狄氏剂.联合生态风险评价表明太湖梅梁湾湖区处于高风险,不同水体类型沉积物OCPs风险水平呈现为湖泊高于河流、河流高于水库的整体趋势.在国家加强新污染物治理的背景下,OCPs等传统持久性有机污染物POPs同样需要持续关注,支撑流域水环境复合污染治理和风险防范.

关键词：平原河网地表水沉积物有机氯农药(OCPs) 风险评估

基于水质荧光指纹法的湖泊污染溯源研究——以太湖流域滆湖为例

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湖泊科学 2023年第4期35卷 1330-1342页

作者：巢波蔡永久徐宪根李明宝胡国仲常州市环境科学研究院常州213022 中国科学院南京地理与湖泊研究所流域地理学重点实验室南京210008 江苏省环保集团有限公司江苏常环环境科技有限公司常州213000

随着社会经济和城市化进程的快速发展,湖泊水环境污染问题日益突出,加剧了湖泊原有功能的退化和丧失,因此污染治理成为了湖泊功能恢复和可持续发挥的必要条件,但如何实现污染精准溯源又是污染治理的重要前提。为此,本文以太湖流域滆湖为... 详细信息

随着社会经济和城市化进程的快速发展,湖泊水环境污染问题日益突出,加剧了湖泊原有功能的退化和丧失,因此污染治理成为了湖泊功能恢复和可持续发挥的必要条件,但如何实现污染精准溯源又是污染治理的重要前提。为此,本文以太湖流域滆湖为例,采用一种新兴技术——水质荧光指纹法开展湖泊污染溯源。于2021年累计采集滆湖周边70个农业、13个生活、3个企业排口的瞬时出水构建污染源荧光指纹库,连续12个月采集滆湖湖体8个样点水样分析水体荧光组分。通过平行因子分析共解析出4种污染源指纹和滆湖5种水体组分,经荧光相似度(塔克同余系数)分析进一步明确滆湖主要受到种植业面源、生活源和工业源的影响。此外,荧光强度与叶绿素a浓度和藻密度的强相关性表明藻类繁殖活动也会影响滆湖。从不同污染源对滆湖的时空影响特征来看,种植业面源主要在春、夏季影响西部、中部水域,生活源主要在夏、冬季影响西部、北部水域,工业源主要在特定月份(34月、1012月)影响西部水域,藻类繁殖活动主要在夏季影响湖体。通过荧光组分与水质参数的时空相关性分析得到农业源和总磷、总氮,生活源和氨氮、有机物参数(BOD 5、COD Cr、COD Mn),藻类繁殖活动和Chl.a、藻密度,工业源和Cu、Zn分别呈现出强相关性,表明荧光指纹法在水质溯源方面也有一定潜力。研究结果既可为滆湖当地的环境管理部门提供有价值的污染源信息,也可为其他湖泊开展污染溯源工作提供技术参考。

关键词：水污染溯源滆湖水质荧光指纹法污染源类型污染源时空影响特征时空相关性