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抚仙湖浮游植物群落结构对水体垂直混合过程的响应

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湖泊科学 2025年第1期37卷 36-49页

作者：朱先龙雷逸伦杨予罗鸿赖睿聪罗文磊王荣徐润冰邢鹏云南大学生态与环境学院云南高原山地生态与退化环境修复重点实验室昆明650091 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京211135 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京211135 中国科学院抚仙湖高原深水湖泊研究站玉溪652500 抚仙湖高原深水湖泊云南省野外科学观测研究站玉溪652500

深水湖泊冬季热力分层消亡,水体上下混合,水动力过程改变营养盐的分布格局,可能影响湖泊生态系统中浮游植物群落的演替。本研究在2022年11月2023年4月高原深水湖泊抚仙湖的热力分层消亡期、混合期和分层形成期,开展水体垂直剖面的理化... 详细信息

深水湖泊冬季热力分层消亡,水体上下混合,水动力过程改变营养盐的分布格局,可能影响湖泊生态系统中浮游植物群落的演替。本研究在2022年11月2023年4月高原深水湖泊抚仙湖的热力分层消亡期、混合期和分层形成期,开展水体垂直剖面的理化环境因子及浮游植物群落高频观测,探究浮游植物群落时空变化特征及其对热力学混合过程的响应。结果表明:水体混合过程引起湖泊理化环境因子显著的时空变化,与分层消亡期和形成期相比,混合期水体总磷(TP)、溶解性有机磷(DOP)、正磷酸盐(PO 3-4-P)和叶绿素a(Chl.a)浓度显著增加,总氮(TN)、溶解氮(DN)、颗粒氮(PN)、氨氮(NH 3-N)和硝态氮(NO-3-N)浓度显著降低。浮游植物群落中,绿藻门的转板藻属(Mougeotia)和小球藻属(Chlorella)在整个观测期密度较高,蓝藻门的长孢藻属(Dolichospermum)和拟柱孢藻属(Cylindrospermopsis)在分层消亡期密度较高,硅藻门的直链藻属(Melosira)和隐藻门隐藻属(Cryptomonas)在混合期密度高,绿藻门的栅藻属(Scenedesmus)在分层形成期密度较高。冗余分析发现,NH 3-N、PO 3-4-P和碱性磷酸酶活性的动态变化显著影响浮游植物群落组成;而且,浮游植物不同种类对氮、磷营养盐的敏感性各不相同,其中长孢藻属和转板藻属的密度与氮营养盐呈正相关、与磷营养盐呈负相关;而其他浮游植物密度则呈现相反规律,分别与氮营养盐呈负相关,与磷营养盐呈正相关。通过结构方程模型分析水体混合期间浮游植物群落动态变化的驱动机制,发现一方面水温对浮游植物群落结构有直接影响;另一方面,水温通过调节不同形态的氮(NO-3-N、NH 3-N)、磷(PO 3-4-P和DOP)营养盐浓度,从而间接地驱动浮游植物群落结构变化。这些直接和间接的影响共同作用,最终引起水体中Chl.a浓度变化。本研究有助于认识深水湖泊热力分层变化对生态系统结构和功能的影响。在全球变化背景下,加强对湖库热力分层的作用机制及其生态环境效应研究,有助于深水湖泊生态系统的保护和管理。

关键词：抚仙湖垂直混合浮游植物营养盐驱动因子

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青藏高原湖泊沉积物细菌群落的盐度梯度分布格局及驱动因素

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湖泊科学 2025年第1期37卷 238-252,I0025,I0026页

作者：陈幸婷杜晨亮王建军沈吉南京大学地理与海洋科学学院南京210023 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京211135

盐度是影响湖泊细菌群落最重要的环境因子之一,揭示盐度对细菌群落变化的影响对于深入理解水生生态系统细菌群落具有重要意义。本研究以青藏高原西南部的22个湖泊为对象,探讨33个沉积物样本的细菌丰富度、均匀度和群落组成,分析其随盐... 详细信息

盐度是影响湖泊细菌群落最重要的环境因子之一,揭示盐度对细菌群落变化的影响对于深入理解水生生态系统细菌群落具有重要意义。本研究以青藏高原西南部的22个湖泊为对象,探讨33个沉积物样本的细菌丰富度、均匀度和群落组成,分析其随盐度梯度的变化规律,阐明其潜在的环境驱动因素。结果表明,变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和放线菌门(Actinobacteria)是青藏高原湖泊沉积物中的优势细菌门类,相对丰度分别为46.54%、12.41%和7.23%,总和达到整个细菌门类的66.18%。对于细菌α多样性,物种丰富度和均匀度均随盐度增加呈显著下降趋势;对于细菌β多样性,基于非度量多维排列分析,根据盐度可以将细菌群落分布分为3个显著的独立簇,分别对应淡水、咸水和高盐环境。Mantel检验结果表明,相较于地理距离,湖泊沉积物细菌群落Bray-Curtis不相似性随盐度的变化更为显著。方差分解分析和随机森林分析结果表明,细菌物种丰富度、均匀度和群落组成变化的最佳预测因子为盐度和磷酸盐等化学因素,整体贡献率分别为72.98%、59.82%和60.83%,其中盐度是丰富度、均匀度和群落组成变化的主要驱动因素,其相对贡献率分别为45.47%、79.18%和79.50%。基于结构方程模型进一步分析表明,湖泊沉积物细菌丰富度、均匀度和群落组成变化均受到盐度直接或间接的影响。本研究结果充分探讨了盐度对细菌群落变化的影响,揭示了青藏高原湖泊沉积物细菌组成及其环境驱动因素,可为理解湖泊生态系统细菌群落对环境变化的响应提供科学支撑。

关键词：湖泊细菌群落物种丰富度物种均匀度群落组成环境驱动因素青藏高原

溶解有机质N/C比值的分布格局及其对湖泊增温和营养富集的响应

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湖泊科学 2025年第1期37卷 97-111页

作者：陈铭胡盎韩磊王建军湖南农业大学资源学院长沙410128 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京211135

溶解有机质(DOM)是水生生态系统的重要能量和营养源,其N/C等元素化学计量学能够反映湖泊沉积物营养物质来源,相关研究有助于揭示全球变暖和水体富营养化的影响机制。本研究聚焦高分辨率质谱技术所获DOM的N/C比值,通过Meta分析从宏观角... 详细信息

溶解有机质(DOM)是水生生态系统的重要能量和营养源,其N/C等元素化学计量学能够反映湖泊沉积物营养物质来源,相关研究有助于揭示全球变暖和水体富营养化的影响机制。本研究聚焦高分辨率质谱技术所获DOM的N/C比值,通过Meta分析从宏观角度考察全球湖泊、河流、海洋和泥炭地等多生境N/C比值的全球分布情况。结果表明,河流水体、沉积物和污水等生境的N/C均值(分别为0.050±0.062、0.050±0.014和0.083±0.084)均显著高于泥炭地(0.026±0.037);水体N/C比值主要受海拔(即温度)、pH、氨氮和溶解有机碳等显著影响,而泥炭地等陆地N/C比值主要受pH、总溶解有机氮和溶解有机碳的影响。进一步,依托云南老君山海拔梯度开展模拟温度变化和营养富集的微宇宙实验定量解析其影响机制,并根据沉积物DOM分子转换数将总分子划分为高活性和低活性两类,探究总分子及其两类组分的N/C比值对温度和营养富集的响应规律。溶解有机质N/C均值为0.112±0.020,其中高活性分子(0.119±0.017)显著高于低活性分子(0.109±0.034)。总分子N/C比值主要受亚硝酸盐和硝酸盐等营养盐的影响,相对总贡献率为63.43%;高活性分子N/C比值主要受营养盐和能量供应(比如溶解有机碳、总有机碳和叶绿素a等)的影响,而低活性分子N/C比值主要受营养盐的影响。结构方程模型分析表明,营养富集对总分子N/C比值的影响高于温度,主要通过能量供应和营养盐的间接作用而产生影响;对于高活性分子,营养盐主要通过能量供应的间接作用影响N/C比值;而对于低活性分子,主要通过营养盐发挥直接作用。本研究结果首次探讨了全球不同生境N/C比值的分布格局,揭示了沉积物溶解有机质N/C比值对全球变暖和营养富集的响应规律和机制,为更好理解和预测未来全球变化背景下溶解有机碳稳定性提供科学参考。

关键词：溶解有机质氮碳比湖泊沉积物全球变暖富营养化

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铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)群体生长与解散过程中的细菌群落变化

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湖泊科学 2025年

作者：刘佳音方道艳张玉晴王艺饶蔡元锋施丽梅李朋富吴庆龙南京大学生命科学学院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湖泊与环境国家重点实验室中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室

微囊藻藻际中生长着大量的细菌，它们影响微囊藻的生长以及藻群体的维持，在水华的生消中发挥着重要作用。在微囊藻群体的生长过程中，伴随着微囊藻群体的形成与解散，但在此过程中附生细菌群落的变化规律仍然未知。本文针对一株从太湖... 详细信息

微囊藻藻际中生长着大量的细菌，它们影响微囊藻的生长以及藻群体的维持，在水华的生消中发挥着重要作用。在微囊藻群体的生长过程中，伴随着微囊藻群体的形成与解散，但在此过程中附生细菌群落的变化规律仍然未知。本文针对一株从太湖中分离的群体铜绿微囊藻，在不同的培养温度下监测其生长和解散过程，揭示与微囊藻群体密切相关的细菌类群。结果表明：从15～30℃，该群体微囊藻展示出差异化的生长周期，温度越高群体解散越快，微囊藻群体数目达到峰值的时间越短。随着D2群体的生长，>20μm的微囊藻群体附生细菌群落从以Pseudomonadales为主转变为以Sphingomonadales为主；3～20μm的单细胞-小群体微囊藻附生细菌群落及游离细菌群落中的优势菌群均从Pseudomonadales转变为Cytophagales。Limnobacter只在游离细菌群落中相对丰度较高；Roseococcus只在>20μm的D2群体附生细菌群落中有较高的相对丰度；Porphyrobacter在游离细菌群落及3～20μm的单细胞-小群体微囊藻附生细菌群落中相对丰度较高；Mesorhizobium在3～20μm的单细胞-小群体微囊藻附生细菌群落及>20μm的D2群体附生细菌群落中有较高的相对丰度。对不同粒径及不同温度下的细菌群落进行Venn图及特异性-占有率（SPEC-OCCU）图分析发现，部分独有种及特化种只在15℃下出现，OTU669(Methylobacteriaceae)、OTU722(Brevundimonas sp.)和OTU682(Pseudoxanthobacter sp.)在所有温度下均为>20μm的D2群体附生细菌群落的特化种。网络分析结果表明，>20μm的微囊藻群体的附生细菌网络中的关键节点最多。本研究揭示了微囊藻群体生长过程中藻际细菌群落组成的变化，有助于深入了解附生细菌在微囊藻群体维持及水华中的作用。

关键词：蓝藻水华铜绿微囊藻群体细菌群落结构附着细菌游离细菌

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镧改性碳纤维对水体中磷吸附性能的研究

中国环境科学 2025年

作者：陈安童张鹏夏江楠杨瑾晟赵浩赵贤广南京工业大学环境科学与工程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中国科学院大学

利用镧浸渍法处理活性碳纤维制备出了新型高效磷酸根吸附剂(CF-La).并进行了吸附等温线、吸附动力学、单因素实验、实际水样试验.吸附等温线实验表明其吸附过程更符合Langmuir模型，吸附属于单层吸附;动力学实验表明CF-La吸附过程符合... 详细信息

利用镧浸渍法处理活性碳纤维制备出了新型高效磷酸根吸附剂(CF-La).并进行了吸附等温线、吸附动力学、单因素实验、实际水样试验.吸附等温线实验表明其吸附过程更符合Langmuir模型，吸附属于单层吸附;动力学实验表明CF-La吸附过程符合二级动力学模型，包含物理、化学吸附;pH和竞争离子实验表明，CF-La在中性环境下吸附效果最佳且不受干扰离子影响;通过5次吸附-解吸循环实验进行可回收性评价，结果表明CF-La对磷酸根的吸附率和脱附率均保持在80%以上;通过SEM、BET对改性前后材料进行表征，表明镧已成功负载在材料表面;XPS、FTIR对吸附前后材料进行吸附机理分析，表明合成材料具有介孔结构且表面存在两种不同价态的镧有利于提高吸附效果.通过实际水样试验，验证了CF-La对安徽巢湖水体中无机磷、有机磷均体现出优异的吸附性能.

关键词：富营养化碳纤维镧改性磷离子

蓝藻-细菌互作及其对碳、氮循环的影响研究进展

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湖泊科学 2025年

作者：张玉晴刘佳音蔡元锋张民史小丽杜瑛珣苏雅玲施丽梅吴庆龙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湖泊与环境国家重点实验室中国科学院大学南京大学生命科学学院中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室

藻类与细菌之间存在多种互作关系，二者间的相互作用会影响水体初级生产力、藻类群落组成、藻类之间的竞争和演替以及藻类水华的发展等。藻菌间的多种紧密互作和代谢耦联对水体中碳、氮、磷、硫等多种生源要素的循环产生影响。在淡水生... 详细信息

藻类与细菌之间存在多种互作关系，二者间的相互作用会影响水体初级生产力、藻类群落组成、藻类之间的竞争和演替以及藻类水华的发展等。藻菌间的多种紧密互作和代谢耦联对水体中碳、氮、磷、硫等多种生源要素的循环产生影响。在淡水生态系统中，蓝藻水华仍然是威胁水环境健康的重要因素，部分水体中形成了周而复始发生蓝藻水华的稳定状态。蓝藻与其附生细菌间的互作和代谢关联是蓝藻水华维持的关键，在水体碳氮循环中发挥了重要作用。本文综述了蓝藻与细菌间的互作对蓝藻生长、产毒、群体维持和多样性的影响以及影响藻菌互作的因素，综述了蓝藻藻际环境中碳氮相关功能微生物类群以及藻菌互作对水生态系统中碳氮循环的影响，分析了蓝藻群体颗粒、附着作用和环境因素(如温度、营养盐、新型污染物和铁硫磷元素等)对藻菌之间碳氮代谢关联和转化的影响及其对环境的反馈机制，并探讨了藻菌互作中碳氮转化过程与转化通量的主要研究方法，为深入了解蓝藻水华介导的藻菌互作机制和水体生源要素循环的微生物过程提供参考。

关键词：蓝藻藻菌互作碳氮循环环境因素

沉水植物恢复对典型城市湖泊玄武湖甲烷释放的影响

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湖泊科学 2025年

作者：樊施明顾于陈鹤王洪伟邢鹏李彪吴庆龙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中国科学院大学南京师范大学地理科学学院南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)

湖泊是温室气体甲烷（CH4）的重要释放源之一，削减湖泊CH4释放对缓解全球气候变化意义重大。沉水植物恢复作为控制湖泊富营养化的重要手段，可能同时具备削减CH4释放的效果。为验证上述假设，本研究选取江苏省南京市典型城市湖泊玄武... 详细信息

湖泊是温室气体甲烷（CH4）的重要释放源之一，削减湖泊CH4释放对缓解全球气候变化意义重大。沉水植物恢复作为控制湖泊富营养化的重要手段，可能同时具备削减CH4释放的效果。为验证上述假设，本研究选取江苏省南京市典型城市湖泊玄武湖作为研究对象，通过顶空—平衡法开展了为期1年的野外观测研究，并结合室内培养实验，比较了玄武湖沉水植物恢复区与未恢复区CH4释放、产生和氧化的差异以及沉水植物恢复在其中的可能作用。研究结果显示：玄武湖未恢复区水—气界面CH4的扩散通量的变化范围为23.52～6076.1μmol/（m2·d），年平均值为（1244.0±1317.6）μmol/（m2·d）。未恢复区的CH4释放主要受温度、多种营养盐（总磷、总氮、亚硝态氮、氨氮）、叶绿素a浓度等影响；恢复区的CH4扩散通量显著低于未恢复区，其年平均值仅有未恢复区的23.8%，该区域的CH4释放主要受温度、总磷等影响。沉水植物恢复可能通过以下两种途径削减了CH4释放：（1）沉水植物的恢复显著降低了各类营养盐与叶绿素a浓度（总磷、总氮、叶绿素a分别下降了80.2%、73.6%、72.2%），进而削减了CH4的排放；（2）沉水植物的恢复显著地降低了沉积物不同温度下的产甲烷潜势与其温度敏感性，同时还提高了甲烷氧化潜势，使得净甲烷释放减少。本研究可为湖泊修复与碳汇能力提升的协同提供重要参考。

关键词：甲烷沉水植物生态修复产甲烷潜势甲烷氧化潜势

蓝藻生长与衰亡对太湖沉积物-上覆水系统CO2和CH4排放通量的影响及其来源途径

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湖泊科学 2025年

作者：吴铭杰许海詹旭邱雨孙宏伟秦伯强朱广伟张运林江南大学环境与生态学院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

随着气候变化和人类活动的增加，全球湖泊富营养化日趋加重，湖泊中蓝藻水华频繁发生。湖泊作为全球碳循环的热点区域，一方面通过浮游植物光合作用固定大气中的二氧化碳（CO2），另一方面又通过有机物的降解向大气中排放CO2和甲烷（CH... 详细信息

随着气候变化和人类活动的增加，全球湖泊富营养化日趋加重，湖泊中蓝藻水华频繁发生。湖泊作为全球碳循环的热点区域，一方面通过浮游植物光合作用固定大气中的二氧化碳（CO2），另一方面又通过有机物的降解向大气中排放CO2和甲烷（CH4）。目前关于蓝藻水华对湖泊沉积物-上覆水系统中碳的源汇效应的研究主要集中于藻类死亡降解对含碳温室气体排放的影响，但对藻类光合作用固定大气中CO2效应的研究较少，因此蓝藻水华引起的湖泊碳的源汇效应尚不明确。本研究于2023年夏季采集太湖竺山湾的表层沉积物构成沉积物-上覆水系统，添加不同生物量的蓝藻，进行室内恒温水浴培养模拟实验，定期封闭培养柱，采集顶空气体样品，测定气体中CO2和CH4浓度及碳同位素丰度，研究蓝藻生长和衰亡对CO2和CH4产生途径及排放通量的影响。结果表明，蓝藻生长与衰亡阶段分别呈CO2吸收和排放状态，CO2排放通量随初始蓝藻添加量的增加而增加。蓝藻生长阶段CO2排放通量呈负值，藻类固定CO2；蓝藻衰亡阶段CO2排放通量随着蓝藻的死亡分解逐渐增加，在第25天达到稳定。蓝藻生长阶段的CH4排放通量为（0.022±0.011）～（3.159±0.51）μmol/（m2·h），在第7天达到峰值：蓝藻衰亡阶段的CH4排放通量显著升高，达到（0.219±0.017）～（9.783±0.215）μmol/(m2.h)，并在第20天达到峰值。将CH4换算为CO2当量（CO2-eq），各处理组总的CO2-eq排放通量在蓝藻生长阶段表现为“碳汇”(-451.82～-113.28 mmol/(m2.h))，而在蓝藻衰亡阶段表现为“碳源”(35.46～196.86 mmol/(m2.h))。整个实验周期净CO2-eq排放通量为-746.71 mmol/(m2.h)，表现出强烈的碳汇效应。13C-CO2和13C-CH4稳定同位素结果显示，表观分馏因子αC值均小于1.06，表明蓝藻生长和衰亡阶段CH4产生途径主要以乙酸发酵为主。随着初始蓝藻添加量的增加，αC逐渐减小，表明蓝藻提高了乙酸发酵途径在CH4代谢中的占比。研究结果对于揭示蓝藻水华对富营养化湖泊碳循环与源汇效应影响机制具有重要科学意义。

关键词：甲烷排放通量碳同位素蓝藻水华太湖竺山湾

联合Sentinel-1 SAR和Sentinel-2 MSI的湖泊浮叶和挺水植被自动分类算法

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湖泊科学 2025年

作者：辛逸豪罗菊花徐颖秦海涛孟迪何锋鲁露陈青徐亚田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中国科学院大学南京学院云南省昆明市滇池高原湖泊研究院

浮叶植被和挺水植被是湖泊的重要初级生产者，在湖泊生态系统中发挥着不同的生态功能。利用卫星遥感技术监测浮叶植被和挺水植被空间分布和变化，对湖泊生态评估和碳源汇核算具有重要意义。但是由于两类植被均具有典型的植被光谱特征，... 详细信息

浮叶植被和挺水植被是湖泊的重要初级生产者，在湖泊生态系统中发挥着不同的生态功能。利用卫星遥感技术监测浮叶植被和挺水植被空间分布和变化，对湖泊生态评估和碳源汇核算具有重要意义。但是由于两类植被均具有典型的植被光谱特征，仅使用光学遥感难以进行区分，并且在富营养化湖泊中其分类还会受到具有相似光谱特征的藻华干扰。针对这些问题，本研究提出了一种联合Sentinel-1 SAR和Sentinel-2 MSI的浮叶植被和挺水植被自动分类算法。算法首先通过归一化植被指数（NDVI）和Otsu算法获取湖泊中具有植被光谱特征的地物区域，然后使用Sentinel-1 SAR影像的第一主成分（PCA1）和K-means聚类算法从该区域中提取浮叶植被和挺水植被。其中，PCA1是算法的核心分类指标，可以去除藻华影响并实现浮叶植被和挺水植被的准确分离。算法在4个典型湖泊中开展了精度验证，平均总体分类精度为83.76%,Kappa系数为0.71。基于该算法，我们获取了太湖年内和年际浮叶植被和挺水植被的变化。结果表明，两类植被的年内覆盖度峰值均出现在7—10月份；2016—2023年间，浮叶植被面积显著增加，从24.21 km2增至68.03 km2，而挺水植被面积则相对稳定，年均面积约为41.48 km2。该算法不仅解决了浮叶和挺水植被识别难的问题，还实现了自动化。在大尺度湖泊浮叶和挺水植被时空变化监测中具有广泛应用前景，为未来的湖泊生态评估和碳源汇核算提供了技术支撑。

关键词：湖泊遥感浮叶植被挺水植被 Sentinel-1 SAR Sentinel-2 MSI