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一类考虑空间异质环境的湖泊生态系统模型的全局稳定性

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应用数学 2024年第1期37卷 115-123页

作者：喻梦瑶黄刚中国地质大学数学与物理学院湖北武汉430074

本文研究一类空间异质环境下具有扩散的湖泊生态系统模型.引入空间异质环境影响,模型中浮游动物的扩散及相互作用系数具有空间依赖性.本文首先证明了模型解的全局存在和唯一性以及共存平衡解的存在唯一性,通过构造Lyapunov泛函,建立了... 详细信息

本文研究一类空间异质环境下具有扩散的湖泊生态系统模型.引入空间异质环境影响,模型中浮游动物的扩散及相互作用系数具有空间依赖性.本文首先证明了模型解的全局存在和唯一性以及共存平衡解的存在唯一性,通过构造Lyapunov泛函,建立了模型非齐次共存平衡解的全局渐近稳定性条件,并通过数值模拟验证了理论结果.本文推广了含有外来有机物的湖泊生态系统模型,进一步证明了空间异质环境下的扩散不会改变湖泊生态系统共存平衡解的稳定性.

关键词：湖泊生态系统扩散空间异质性 Lyapunov泛函全局稳定性

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气候变化对湖泊生态系统的影响研究——基于长期环境监测

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中国资源综合利用 2024年第8期42卷 130-134页

作者：陈华文攀枝花市米易生态环境监测站四川攀枝花617200

气候变化是湖泊生态系统的重要影响因子,长期环境监测能够揭示气候变化与湖泊生态系统健康的关联性。以米易县晃桥水库为例,结合长期环境监测,运用卡尔森营养状态指数评估湖泊的营养状况,并分析气候变化对湖泊生态系统的影响。研究表明... 详细信息

气候变化是湖泊生态系统的重要影响因子,长期环境监测能够揭示气候变化与湖泊生态系统健康的关联性。以米易县晃桥水库为例,结合长期环境监测,运用卡尔森营养状态指数评估湖泊的营养状况,并分析气候变化对湖泊生态系统的影响。研究表明,气候变化会导致湖泊水温上升,进而影响湖泊中生物的生存环境及其多样性,并威胁湖泊水质和生态平衡。

关键词：气候变化湖泊生态系统影响长期环境监测卡尔森营养状态指数晃桥水库米易县

湖泊生态系统产甲烷与甲烷氧化微生物研究进展

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湖泊科学 2018年第3期30卷 597-610页

作者：唐千薛校风王惠邢鹏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 中国科学院大学北京100049 南京师范大学生命科学学院南京210046

湖泊生态系统是重要的大气甲烷来源,其甲烷释放量占全球自然生态系统的40%.产甲烷和甲烷氧化微生物在湖泊甲烷生产和消耗过程中发挥关键作用.本文综述了近期有关湖泊生态系统甲烷产生与氧化过程的研究进展,重点介绍产甲烷与甲烷氧化微... 详细信息

湖泊生态系统是重要的大气甲烷来源,其甲烷释放量占全球自然生态系统的40%.产甲烷和甲烷氧化微生物在湖泊甲烷生产和消耗过程中发挥关键作用.本文综述了近期有关湖泊生态系统甲烷产生与氧化过程的研究进展,重点介绍产甲烷与甲烷氧化微生物在湖泊中的分布特征、代谢途径以及调控机制.现有研究表明,湖泊中甲烷的生成不仅仅依靠赋存于沉积物和水体厌氧层的产甲烷古菌,还可能来自有氧环境中其他产甲烷微生物的代谢作用.湖泊中的甲烷在脱离水体逸散至大气之前,被甲烷氧化微生物利用,转化成二氧化碳和小分子有机化合物(如甲醇、甲醛和甲酸等).除了传统依赖氧气作为电子受体的好氧氧化过程外,新近研究还揭示了多种厌氧甲烷氧化过程,包括依赖还原硫酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐以及Fe^(3+)/Mn^(4+)等金属离子的甲烷氧化过程.文献综合分析表明,反硝化型厌氧甲烷氧化过程主要发生在淡水湖泊中,而硫酸盐还原型主要发生在高盐度或者高碱度湖泊中.水体温度、溶解氧浓度可以显著影响产甲烷与甲烷氧化微生物的丰度与群落结构,其他湖泊环境条件,如盐度、pH和有机质类型等都可能改变产甲烷与甲烷氧化微生物的分布和代谢活性.不同湖泊类型的比较研究,有助于全面掌握影响湖泊产甲烷与甲烷氧化微生物的时空分布与代谢特征的主导因素.

关键词：湖泊生态系统产甲烷菌甲烷氧化菌厌氧甲烷氧化菌影响因子

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湖泊生态系统健康评价方法研究进展

水利水电科技进展 2014年第6期34卷 98-106页

作者：李冰杨桂山万荣荣中国科学院南京地理与湖泊研究所流域地理学国家重点实验室江苏南京210008 中国科学院大学北京100049

在介绍湖泊生态系统健康的产生、发展、内涵,梳理湖泊生态系统健康研究进展的基础上,归纳总结了近年来几种常用的生态系统健康评价方法,包括生物监测法和多指标综合评价法,剖析了不同评价方法的优缺点。借鉴环境质量评价、可持续发展评... 详细信息

在介绍湖泊生态系统健康的产生、发展、内涵,梳理湖泊生态系统健康研究进展的基础上,归纳总结了近年来几种常用的生态系统健康评价方法,包括生物监测法和多指标综合评价法,剖析了不同评价方法的优缺点。借鉴环境质量评价、可持续发展评价等领域的评价方法,探讨不同时空尺度更为完善的湖泊生态系统健康评价方法,并总结了目前湖泊生态系统健康评价过程中存在的关键问题,包括健康内涵和标准的确定、评价方法的时空尺度结合、关键性指标的阈值和数据精炼等,认为结合遥感、GIS以及生态系统研究网络等定量技术,建立多尺度互为耦合的模型,是湖泊生态系统健康评价方法的未来发展方向。

关键词：湖泊生态系统生态系统健康评价评价方法综述

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湖泊生态系统健康评价综述

环境保护前沿 2022年第1期12卷 10-20页

作者：李传庆范廷玉路啊康潘进宏陈迎香朱厚红安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南

当今世界的主要国际问题之一是水,湖泊是地球上不可或缺的生态系统之一,其健康程度牵动着各国学者们的思绪,学者们为了修复因为人类活动而逐渐退化的湖泊生态系统,对湖泊生态系统进行健康评价,希望可以科学地找到湖泊结构功能退化的原因... 详细信息

当今世界的主要国际问题之一是水,湖泊是地球上不可或缺的生态系统之一,其健康程度牵动着各国学者们的思绪,学者们为了修复因为人类活动而逐渐退化的湖泊生态系统,对湖泊生态系统进行健康评价,希望可以科学地找到湖泊结构功能退化的原因,找到加快恢复湖泊水生态系统的方法。起初,指标体系法和指示物种法被广泛运用于湖泊水生态系统,随后,一些学者根据自己的研究并结合数学模型提出了新方法。一般来说,评价过程中采集的样品都只是当时的状态,难以反映水生态环境一段时间的持续变化,而且,水生态的系统又极易受到扰动,一旦系统受到扰动而出错,其修复时间周期相当长,有的破坏甚至导致无法恢复如初,故亟需一种技术可以不断反映水生生态系统健康状况。文章在前人研究成果的基础上进行综述,并提出了未来的发展前景。

关键词：湖泊生态系统水生态系统健康评价评价方法综述

基于EwE模型的白洋淀湖泊生态系统评价和动态模拟

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基于EwE模型的白洋淀湖泊生态系统评价和动态模拟

作者：梁园中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

白洋淀属海河流域大清河水系,水域面积366 km,是华北平原上最大的淡水湖泊,为保护华北地区的生态环境提供了重要的生态安全屏障。20世纪50年代,白洋淀水质较好,生物多样性较高。但由于20世纪60年代以来的自然灾害和频繁人类活动,使得白... 详细信息

白洋淀属海河流域大清河水系,水域面积366 km,是华北平原上最大的淡水湖泊,为保护华北地区的生态环境提供了重要的生态安全屏障。20世纪50年代,白洋淀水质较好,生物多样性较高。但由于20世纪60年代以来的自然灾害和频繁人类活动,使得白洋淀水量急剧减少、干淀现象频繁出现、水质急剧下降、生物多样性大幅减少,鱼类数量也在不断减少,最终导致白洋淀的生态系统服务功能日益衰退。而富营养化是白洋淀湖泊生态系统面临的严峻挑战之一,湖泊营养条件的变化会显著影响系统中生物的数量及种群结构,进而通过食物网的耦合作用改变整个生态系统的结构与功能。目前对湖泊生态系统的研究主要集中在系统评价方面,基于食物网关系的动态模拟研究较少。本研究以2009年的白洋淀生态系统作为研究对象,结合实验室分析和文献调研方法,对研究区的水质及水生生物进行研究,通过构建Ecopath生态模型,分析系统总体的营养结构、能量流动及发育特征,在此基础上,利用Ecosim模块模拟了系统在时间上的动态变化,对白洋淀湖泊生态系统的科学管理具有创新性的重要作用。主要研究内容及结论如下:（1）测定2009年白洋淀水质状态、水生生物物种组成及生物量。通过对设置的14个采样点实地采样调查和实验室分析,结果表明:白洋淀的水质指标呈现出明显的季节性波动,其中一些指标还会发生空间变化。经过分析,2009年8月—11月研究区的水质p H均值在p H=8.0上下波动,水质为偏碱性。经过分析,整个湖泊的水温呈现出明显的季节性波动,水体p H均值为8.0,透明度保持在0.55～0.85 m之间,水体的总氮和总磷均有所下降,水质基本呈现富营养状态。叶绿素a含量在9、10月显著上升,而在11月则保持稳定,这很可能是由于藻类的繁殖所致。（2）构建由14个功能组组成的Ecopath生态模型。研究发现,白洋淀生态系统营养级范围在1.00～3.302之间,第一营养级包括碎屑以及初级生产者两部分。鲫鱼为最大优势种,乌鳢营养级为3.302占据食物网顶端,系统主要由低营养级和中营养级构成。系统总流量沿营养级呈现金字塔型分布,系统总传递效率为8.466%,相对较低、能量利用率不高。根据可以表征生态系统总体特征的参数总初级生产量/总呼吸量（TPP/TR）、总初级生产量/总生物量（TPP/TB）、连接指数（CI）、系统杂食指数（SOI）、Finn’s循环指数（FCI）和Finn’s平均路径长度指数（FMPL）分别为4.024、1.884、0.201、0.111、1.560%、2.346,可以得知,目前白洋淀生态系统的内部结构非常简单,抗干扰能力和稳定性较弱,能量和营养物质的利用效率也极低,系统正处于不成熟阶段。（3）以营养盐改变、浮游植物和浮游动物的生物量变化时间序列数据作为驱动,利用Ecosim对白洋淀2010～2015年间六个不同情境下各功能组动态规律和相互作用进行了模拟。分析发现:高营养级功能组的生物量变化与营养盐变化呈负相关;处于第一营养级的浮游植物、沉水植物、挺水植物与营养变化呈正相关;相对于浮游动物的变化,浮游植物生物量的变化对其他生物的影响更显著。在营养条件、浮游动植物同时变化的Ecosim动态模拟中,模拟终点各种生物的生物量增长量都高于其他情景的模拟结果。白洋淀湖泊富营养化的过程对生态系统中的生物具有显著影响。湖泊氮磷比的下降,直接或间接引起了浮游植物和浮游动物种群结构的相应变化。白洋淀湖泊富营养化的进程对整个生态系统的生产力和生物资源量的改变具有显著影响。特根据研究结果,为生态系统管理提出（1）控制氮磷阈值（2）合理捕捞等措施,为提升白洋淀的生态环境质量提供科学决策。

关键词：白洋淀湖泊生态系统 Ecopath Ecosim 模拟

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湖泊生态系统碳循环及其环境管理意义

中国高新科技 2022年第14期 113-115页

作者：高若桐张瑞琦王玥况志娟苏飘江苏师范大学地理测绘与城乡规划学院江苏徐州221000

碳循环和气候变化的关系十分密切,科技界和国际上也对碳循环的过程机制和地球系统的碳库及其变化等问题广泛关注,这类问题成为当前全球变化的三大研究热点之一。而作为陆地上湖盆与上覆水体相互作用的综合体,湖泊的生态系统碳循环过程... 详细信息

碳循环和气候变化的关系十分密切,科技界和国际上也对碳循环的过程机制和地球系统的碳库及其变化等问题广泛关注,这类问题成为当前全球变化的三大研究热点之一。而作为陆地上湖盆与上覆水体相互作用的综合体,湖泊的生态系统碳循环过程近年来备受关注。文章主要对湖泊生态系统碳循环特点及影响因素进行分析,并探讨湖泊生态系统碳循环在全球变化、碳减排及环境管理等方面的重要意义。

关键词：碳循环湖泊生态系统环境管理

滇西北高山湖泊生态系统演变及其对环境因子的响应

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滇西北高山湖泊生态系统演变及其对环境因子的响应

作者：孟文文云南大学

学位级别：硕士

近年来,随着全球持续增温和人类活动的加剧,过高的温度和人类活动排放的各类污染物已经影响到包括湖泊在内的众多生态系统的稳定和安全。这些问题,也逐渐引起学界和政府的重视。高山湖泊因处于人类活动影响较小,温度较低、外界营养输入... 详细信息

近年来,随着全球持续增温和人类活动的加剧,过高的温度和人类活动排放的各类污染物已经影响到包括湖泊在内的众多生态系统的稳定和安全。这些问题,也逐渐引起学界和政府的重视。高山湖泊因处于人类活动影响较小,温度较低、外界营养输入较少和碱度变化稳定的高山地区,可视为相对封闭和接近自然状态的生态系统。在当前全球变暖大背景下,相对偏远的高山湖泊成为生态哨兵,保存在其中的沉积物成为研究后工业时代生态环境变化的重要载体,可为研究人类活动变化前后湖泊生态系统差异提供宝贵记录,对高原湖泊的保护和治理具有重要的实际意义。我国滇西北高原分布众多小型淡水湖泊。其中海拔位于树线以上的湖泊,受人类活动干扰相对较少,是研究湖泊生态系统响应气候变化的理想区域。而目前有关该区高山湖泊环境变化的研究较少。针对高山湖泊生态系统是如何响应气候变暖和大气氮沉降的科学问题,本论文以滇西北树线以上的三个小型淡水湖泊的沉积物岩芯为研究对象,通过分析岩芯中硅藻属种变化、TOC、TN和碳氮同位素等多种指标,结合气象数据,重建了三个湖泊200年以来以硅藻群落结构为代表的生态环境变化特征,并探讨了其对环境因子的可能响应机制,所获认识如下:1.200年以来高山湖泊硅藻群落结构组成特征:德钦北-1、德钦北-2、德钦北-3三个湖泊的硅藻群落均主要由浮游的Cyclotella、底栖的小型Fragilaria、以及其他底栖和附生种构成。在过去200年来,三个湖泊中的硅藻群落,均随着时间变化呈现此消彼长的特点。其中,德钦北-1湖泊中底栖Fragilaria种和浮游Cyclotella种是共同优势种;德钦北-2湖泊在1980s之后,浮游Cyclotella种代替Fragilaria种成为优势种;德钦北-3湖泊中Cyclotella ocellata一直都是主要的优势种,但在1900s后开始明显减少,底栖种Cymbella leptoceros逐渐增多。2.高山湖泊硅藻群落结构对气候变化的响应:小冰期结束前的冷期1820-1860期间,德钦北-1湖泊和德钦北-2湖泊中底栖属种是优势种,反映了温度较低时硅藻群落结构的特征。小冰期结束之后,温度回升,德钦北-1和德钦北-2湖泊中的浮游属种生长态势良好,与温度变化一致,大体上呈现上升趋势,反应了高山树线以上湖泊响应气候变化时表现一致的特征。德钦北-1湖泊中底栖种Fragilaria elliptica的变化较好地反映气候突变的信号。德钦北-3湖泊由于处于山谷,热量较难散失,温度较高,浮游种一直是优势种,且于1900s呈下降趋势。气候变化通过影响湖泊冰封时长、生长季节长度、透光度、水位变化、湖泊内部生化反应等,改变硅藻群落结构。但湖泊在水深、地形方面存在差异,使得硅藻群落在响应气候变化时存在不同。3.高山湖泊硅藻群落结构对大气活性氮沉降的响应:德钦北三个湖泊都未受到人类活动直接影响。尽管缺乏大气Nr沉降的长期监测数据,但在19世纪中期,反映大气氮沉降的喜马拉雅冰芯中NO值以及格陵兰冰芯中(NO)值一直呈上升趋势,可以推断Nr沉降的发生。三个湖泊的δN值在1980s以后均呈现快速上升趋势,可以推测1980s左右δN值的快速上升可能是由于大气氮沉降的增加。4.滇西北的三个高山湖泊生态系统均在1910-1958年及1980-2015年发生变化,前者变化幅度小于后者。在1910-1958年期间,温度是造成滇西北高山湖泊生态系统发生变化的主要环境因子;1980-2015年,由于化肥使用造成大气Nr沉降的增加,从而导致湖泊营养物质的增加,温度上升与大气Nr沉降的协同作用,可能是湖泊生态系统发生剧烈变化的主要原因。因此,三个湖泊虽未受到人类活动直接影响,但都响应温度上升及大气Nr沉降增加的影响。

关键词：高山湖泊硅藻湖泊生态系统滇西北气候变化氮沉降

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湖泊生态系统健康综合评价研究进展

环境科学与技术 2018年第12期41卷 98-104页

作者：赵思琪代嫣然王飞华梁威中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室湖北武汉430072 中国科学院大学北京100049

该文论述了湖泊生态系统健康概念的内涵及发展,并在此基础上详细介绍了湖泊生态系统健康综合评价的具体内容——指标体系的构建、指标权重的计算、健康分级标准的确定以及综合评价模型的构建等4个方面。对比分析了湖泊生态系统健康评价... 详细信息

该文论述了湖泊生态系统健康概念的内涵及发展,并在此基础上详细介绍了湖泊生态系统健康综合评价的具体内容——指标体系的构建、指标权重的计算、健康分级标准的确定以及综合评价模型的构建等4个方面。对比分析了湖泊生态系统健康评价与安全评价的区别与联系,认为前者是后者的基础,后者是前者向人类社会可持续发展方面的深入研究。剖析了目前湖泊生态系统健康评价中存在的不足,主要包括理论概念及标准的不明确、数据收集不完备、目的性不强等,同时针对湖泊管理以及与其他研究热点问题的结合研究等方面提出了展望。

关键词：湖泊生态系统生态健康综合评价安全评价