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我国城市水源水库水质风险成因及对策

湖泊科学 2024年第1期36卷 1-16页

作者：朱广伟许海朱梦圆肖曼国超旋邹伟张运林秦伯强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/湖泊与流域水安全全国重点实验室南京210008

我国城市水源中约40%为湖泊或水库,且大部分为水库,因此水源水库的水质状况对我国城市安全极其关键。本文综述了我国水源水库水质问题研究进展,分析了22个代表性水源水库的周年水质状况。结果发现,当前我国城市水源水库水质风险类型主... 详细信息

我国城市水源中约40%为湖泊或水库,且大部分为水库,因此水源水库的水质状况对我国城市安全极其关键。本文综述了我国水源水库水质问题研究进展,分析了22个代表性水源水库的周年水质状况。结果发现,当前我国城市水源水库水质风险类型主要是异味问题、藻类水华、铁锰超标、有机质偏高、营养盐超标等。引发水源水库水质问题的主要原因包括流域开发强度过大、库底淤积及内源释放、生态系统结构失衡、气候与水文异常变化等。针对上述主要问题,提出了构建在线水质监测预警体系、控制流域土地开发强度、构建面源拦截及流域净化系统、疏浚底泥、优化生态系统结构、实施应急曝气与控藻工程、完善流域生态保护法律法规等多种水源水库水质安全保障技术措施。鉴于水源水库水质及水生态对暴雨、高温热浪等极端气象响应敏感而复杂,在当前极端天气事件频发、强度不断增加的气候背景下,还应加强水库生态学基础研究,以深入理解水源水库水质对气候变化的响应机制,提高水库水安全保障科技支撑能力,满足我国城市高质量发展的水资源需求。

关键词：水源地水库嗅味物质藻类水华生物操纵水安全

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

高岭土改性丝瓜络生物炭修复PAHs污染沉积物及微生物响应

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中国环境科学 2024年第6期44卷 3301-3313页

作者：徐文卓李高帆卫昊明晏再生尤佳黄娟东南大学土木工程学院江苏南京210096 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

采用高岭土改性生物炭或者使用三维立体,如丝瓜络生物炭(LSBC)修复PAHs污染沉积物,制备了三维立体LSBC(3D-LSBC)、改性三维立体LSBC(3D-K-LSBC)、颗粒LSBC(G-LSBC)和改性颗粒LSBC(G-K-LSBC)四种材料.结果表明:G-K-LSBC修复PAHs污染沉积... 详细信息

采用高岭土改性生物炭或者使用三维立体,如丝瓜络生物炭(LSBC)修复PAHs污染沉积物,制备了三维立体LSBC(3D-LSBC)、改性三维立体LSBC(3D-K-LSBC)、颗粒LSBC(G-LSBC)和改性颗粒LSBC(G-K-LSBC)四种材料.结果表明:G-K-LSBC修复PAHs污染沉积物效果显著,沉积物PAHs去除率达21.76%,PAHs的修复效率提高了1个数量级.各组下层沉积物PAHs生物有效性明显高于上层沉积物(P生物有效性,分别为对照组的43.99%~78.48%和39.08%~72.01%.经过150d修复,沉积物PAHs含量未出现明显垂向分布特征(P>0.05).然而,沉积物微生物群落组成发生了明显变化(P生物物种丰富度和多样性明显提高;其中,在G-K-LSBC作用下,沉积物群落中具有芳香烃降解和芳香化合物降解功能菌属呈显著富集.G-K-LSBC表现出更高的PAHs污染沉积物修复潜力.此外,高岭土改性显著提高了LSBC材料的稳定性.

关键词：多环芳烃污染沉积物高岭土改性丝瓜络生物炭修复微生物群落

云南洱海炭屑记录揭示的近千年来古火演化历史

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第四纪研究 2024年第1期44卷 158-173页

作者：贾宝岩肖霞云迟长婷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 中国科学院大学北京100049

中国云南地区是森林火灾多发的典型区域,了解该地区近千年来古火灾的演化历史及其驱动机制对于未来区域森林火灾的防护与治理以及生物多样性的保护具有重要的科学意义。本研究以滇西北地区洱海湖泊的3个沉积岩芯(EHB1岩芯,58.5 cm;EHN1... 详细信息

中国云南地区是森林火灾多发的典型区域,了解该地区近千年来古火灾的演化历史及其驱动机制对于未来区域森林火灾的防护与治理以及生物多样性的保护具有重要的科学意义。本研究以滇西北地区洱海湖泊的3个沉积岩芯(EHB1岩芯,58.5 cm;EHN1岩芯,78.5 cm;EHB2岩芯,80 cm)为研究对象,通过对沉积物中高分辨率炭屑记录的分析,基于^(210)Pb/^(137)Cs和加速器质谱法(AMS)^(14)C测年技术建立的年代序列,重建了洱海地区近千年来的古火演化历史。研究结果表明,基于洱海湖泊沉积岩芯上部大炭屑指标重建的火事件与现代森林火灾记载资料的对比,确定了大炭屑指标反映湖泊周围约10 km范围即大理市的古火活动情况,验证了炭屑记录在重建古火灾活动方面的可靠性。古火历史的重建结果显示近千年来洱海地区共发生20次火事件,其主要集中在1200~1350 A.D.期间和1540~2000 A.D.期间;近千年来,洱海地区古火活动的强度整体上呈现先降后升的趋势,其中火事件的发生频率及其强度在近100年均达到千年来的最高值,分别对应10次/300年和652.4粒/cm~2/peak。炭屑记录和古火活动与区域高分辨率气候记录、植被状况以及人口历史资料的相关分析、冗余分析(RDA)和对比分析结果表明,大理州人口变化是洱海地区近千年来古火活动最重要的驱动因子,其次为区域降雨量和植被类型,温度和植物量则对区域古火活动的影响较小。

关键词：炭屑火历史气候变化人类活动湖泊沉积滇西北

不同营养水平下浮游细菌群落对盐度干扰的响应与稳定性

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湖泊科学 2024年第2期36卷 548-561页

作者：毛振镀王洪伟周天旭夏炎雷李化炳邢鹏吴庆龙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 南京信息工程大学南京210044 中国科学院大学中丹学院北京100049 中国科学院抚仙湖高原深水湖泊研究站玉溪652500

微生物群落是湖泊生态系统的重要组成部分,其结构和功能的稳定性对于生态系统正常执行功能和服务具有至关重要的作用。以营养富集和盐度增加为特征的全球变化深刻影响湖泊生态系统,揭示这些因素对微生物群落结构及其稳定性的影响机理具... 详细信息

微生物群落是湖泊生态系统的重要组成部分,其结构和功能的稳定性对于生态系统正常执行功能和服务具有至关重要的作用。以营养富集和盐度增加为特征的全球变化深刻影响湖泊生态系统,揭示这些因素对微生物群落结构及其稳定性的影响机理具有重要意义。本研究以浮游细菌群落为研究对象,开展2个营养水平和3个盐度干扰强度水平(对照组、3‰和9‰)的室内模拟实验;基于同一时间点的实验组和对照组之间细胞密度的差异,计算反应力、抵抗力、恢复力和时间稳定性等多个稳定性指标,尝试揭示群落的稳定性机制;借助细菌16S rRNA基因高通量测序对群落结构进行分析,阐明不同营养水平下浮游细菌群落不同类群对盐度干扰的响应。研究发现,浮游细菌的细胞密度和物种丰富度在盐度干扰后降低,对盐度敏感类群相对丰度减少;盐度干扰后水体中溶解性有机碳增加,促进了适应干扰后环境的浮游细菌生长。更高的干扰强度显著降低了细胞密度,导致了更低的抵抗力;盐度干扰和营养水平在反应力、恢复力和时间稳定性方面存在显著交互作用,在9‰盐度干扰下,高营养水平群落表现出最低的稳定性。多数稳定性指标之间表现出了显著的正相关,可以协同指示浮游细菌群落的稳定性;抵抗力和恢复力之间并不显著相关,但是可以从不同角度反映群落稳定性。未来淡水生态系统的富营养和盐度增加将显著降低浮游细菌群落稳定性,多个稳定性指标的应用和高频次观测有助于了解浮游细菌群落对干扰的响应与稳定性机制。

关键词：浮游细菌群落稳定性营养水平盐度干扰补偿过程

不同成土模式下黑土有机质热稳定性剖面分异特征

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土壤学报 2024年第3期61卷 662-673页

作者：龚可杨杨飞隆浩谷俊张甘霖土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京210008 中国科学院大学北京100049 湖泊与环境国家重点实验室(中国科学院南京地理与湖泊研究所) 南京210008 中国科学院流域地理学重点实验室(中国科学院南京地理与湖泊研究所) 南京210008

土壤有机质(soil organic matter,SOM)含量及其稳定性是评价土壤质量的重要指标,热重分析法在反映SOM含量与热稳定性方面显示出了较好的潜力而受到重视。探究不同成土模式下黑土SOM热稳定性在剖面尺度的分异规律及影响因素,可以为黑土... 详细信息

土壤有机质(soil organic matter,SOM)含量及其稳定性是评价土壤质量的重要指标,热重分析法在反映SOM含量与热稳定性方面显示出了较好的潜力而受到重视。探究不同成土模式下黑土SOM热稳定性在剖面尺度的分异规律及影响因素,可以为黑土资源保护与碳固定提供理论参考。本研究在东北典型黑土区采集了相对稳定地形条件下(平坦)自然发育的3个典型黑土剖面和非稳定地形条件下(有地表侵蚀和沉积)受侵蚀堆积过程影响的2个黑土剖面,采用热重分析法,基于不同温度区间的质量损失,分别以Exo1(200~350℃区间的质量损失)和Exo2(350~550℃区间质量损失)代表热易分解SOM和热稳定SOM,以微分热重曲线及热重参数指标(Exo1/Exo2和TG-T50)表征不同土壤剖面的SOM热稳定性分异特征,并结合傅里叶红外光谱讨论了SOM化学稳定性剖面分异特征。结果表明:稳定地形下自然发育的黑土,热易分解SOM(Exo1)含量相较于热稳定SOM(Exo2)含量随深度下降更快,Exo1/Exo2随深度减小,TG-T50随深度增加,脂肪族碳/芳香族碳减少,SOM稳定性随深度增加。非稳定地形条件下,黑土SOM热稳定性并未随深度表现出规律性下降趋势,存在深层SOM含量和Exo1/Exo2高于表层的现象,这主要是由于复杂的地表历史过程导致母质和SOM来源不同。本研究证实了热重分析法在反映SOM稳定性方面的适用性。黑土中SOM稳定性的剖面变化在很大程度上受成土模式的制约,而成土模式与地貌稳定性密切相关。侵蚀过程携带的大量热易分解SOM在坡面下部及流域沉积地形部位堆积,由于埋藏作用,这些热易分解SOM可以长期存在于深层土壤中。然而,非稳定地形区域一旦再遭侵蚀,这些埋藏的不稳定SOM很可能再次启动分解过程,同样可以导致大量埋藏的“老碳”被释放,成为黑土区碳排放的“热点”。

关键词：黑土热重分析热易分解有机质热稳定有机质

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巢湖底泥蓝藻时空分布特征及其环境影响因子

湖泊科学 2024年第6期36卷 1672-1680页

作者：阳振高芮张民陈开宁史小丽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 安徽省巢湖管理局湖泊生态环境研究院合肥230601

水华蓝藻在浮力下降后会沉入湖底,不但导致底泥污染加重,一些蓝藻细胞在低温和黑暗条件可维持低活性状态休眠越冬,并有可能在温度回升或风浪扰动后上浮至水柱,成为蓝藻水华暴发的种源。为了确定巢湖底泥蓝藻的时空分布特征及其环境影响... 详细信息

水华蓝藻在浮力下降后会沉入湖底,不但导致底泥污染加重,一些蓝藻细胞在低温和黑暗条件可维持低活性状态休眠越冬,并有可能在温度回升或风浪扰动后上浮至水柱,成为蓝藻水华暴发的种源。为了确定巢湖底泥蓝藻的时空分布特征及其环境影响因子,本研究对巢湖底泥蓝藻开展了8周年的野外调查。结果表明,巢湖底泥蓝藻含量在2016-2023年呈现先升高后下降的变化趋势,2019-2020年达到峰值;底泥蓝藻含量在空间分布上与水体蓝藻含量基本相似,呈现出由西向东逐渐减少的格局;巢湖底泥蓝藻含量季节变化明显,受微囊藻和长孢藻下沉休眠的影响,分别在11月和3月达到峰值,而春季至夏季由于蓝藻复苏上浮,7-8月份达到最低值。逐步回归分析发现,底泥总氮含量、风速、底泥总磷含量、温度可能是影响底泥蓝藻含量时空变化的主要环境因子。研究结果揭示了巢湖水华蓝藻在底泥中的时空分布规律,对湖泊内源污染的管控与蓝藻水华控制具有重要的科学意义。

关键词：底泥内源污染蓝藻水华种源巢湖

风速与太阳辐照度对蓝藻群体垂直迁移的复合影响

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环境科学研究 2024年第7期37卷 1401-1411页

作者：杨华音张运林李娜张毅博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 中国科学院大学北京100049 中国科学院大学南京学院江苏南京211135

由于蓝藻具有伪空胞,在风浪、光照和捕食等外部环境因子作用下,经常主动或者被动发生垂直迁移,并在水面聚集形成肉眼可见的漂浮水华,直接破坏了水域景观和影响生态系统健康。尽管国内外就蓝藻群体垂直迁移的影响机制开展了广泛研究,但... 详细信息

由于蓝藻具有伪空胞,在风浪、光照和捕食等外部环境因子作用下,经常主动或者被动发生垂直迁移,并在水面聚集形成肉眼可见的漂浮水华,直接破坏了水域景观和影响生态系统健康。尽管国内外就蓝藻群体垂直迁移的影响机制开展了广泛研究,但在野外原位精细刻画或者量化环境因子对蓝藻群体垂直迁移的科学认知仍显不足。为探究典型气象因子对蓝藻群体垂直迁移的影响,选择2022年7-9月太湖蓝藻暴发期,利用陆基高光谱近感监测仪高清视频对蓝藻群体水面漂浮进行高频昼夜连续观测,结合同步高频气象数据,科学量化典型气象因子对蓝藻群体野外原位垂直迁移的影响。结果表明:①风速和太阳辐照度与蓝藻群体漂浮发生概率呈显著负相关。②风速对蓝藻群体漂浮的影响占据主导,贡献率为66.60%,太阳辐照度的贡献率为29.92%。③蓝藻群体存在白天下沉、夜间上浮的周期性垂直迁移现象。④当水华蓝藻颗粒大量聚集形成藻团时,其垂直迁移受风和强光照的影响较小。由此可见,风速和太阳辐照度的复合作用对蓝藻水华的垂向迁移与集聚消散影响显著,研究结果深化了对蓝藻水华发生机制的科学认知并可为其预测预警与灾害防控提供理论参考。

关键词：蓝藻垂直迁移漂浮太阳辐照度风速

洞庭湖DOM组成与有机碳收支对江湖水力连通的响应

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中国环境科学 2024年第3期44卷 1466-1475页

作者：庄奔李冰郭燕妮周永强谷娇太原师范学院地理科学学院山西晋中030619 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

洞庭湖是我国最大的通江湖泊之一,为探究洞庭湖溶解性有机物(DOM)组成、(DOC)收支与江湖水力连通间的内在关联,于2018年5月、7月、9月和11月在洞庭湖湘、资、沅、澧4支流和长江荆南松滋、虎渡、藕池3个入湖口以及洞庭湖出湖口城陵矶采... 详细信息

洞庭湖是我国最大的通江湖泊之一,为探究洞庭湖溶解性有机物(DOM)组成、(DOC)收支与江湖水力连通间的内在关联,于2018年5月、7月、9月和11月在洞庭湖湘、资、沅、澧4支流和长江荆南松滋、虎渡、藕池3个入湖口以及洞庭湖出湖口城陵矶采集水样,并探究洞庭湖流域DOM的组成分异特征及其对江湖水力连通的响应.结果表明,入湖河流和城陵矶DOM吸收系数a254和陆源类腐殖酸组分C1在7月最高.DOC由入湖口(2.4±1.3mg)/L下降至出湖口(2.1±0.3)mg/L,而a254由入湖口(9.7±2.2)m^(-1)上升至出湖口(10.1±1.7)m^(-1).微生物培养前的DOC浓度为(2.4±1.0)mg/L,微生物降解后的DOC浓度为(2.1±0.9mg)/L,DOC的微生物活性,即BDOC最高值出现在澧水为50.3%.5月、7月、9月和11月入湖的DOC通量分别为(63.7±43.6)×10^(3)t,(60.1±7.3)×10^(3)t,(27.6±3.6)×10^(3)t,(31.9±13.9)×10^(3)t.洞庭湖因自身水力滞留时间短,导致DOM在湖内运移过程中较少被降解,全湖DOM来源组成受流域不同季节来水条件影响较大.

关键词：溶解性有机物(DOM) 洞庭湖水力联系平行因子分析(PARAFAC)