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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

颗粒物沉降影响下草/藻型湖区沉积物一水界面氮交换特征及机制

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湖泊科学 2025年第1期37卷 76-88页

作者：韩汶轩陈秋羽何煦谭立贤刘成张雷中国科学院南京地理与湖泊所湖泊与环境国家重点实验室南京211135 中国科学院大学北京100049 广西大学资源环境与材料学院南宁530004

富营养化湖泊水体中颗粒物的不断富集和沉降加剧了沉积物内源负荷。本文以太湖典型草、藻型湖区为研究对象,开展了为期一年的野外月度调查,分析了两种湖区水样、颗粒物和沉积物中各形态氮含量、赋存形式及其沉积物水界面交换特征,研究... 详细信息

富营养化湖泊水体中颗粒物的不断富集和沉降加剧了沉积物内源负荷。本文以太湖典型草、藻型湖区为研究对象,开展了为期一年的野外月度调查,分析了两种湖区水样、颗粒物和沉积物中各形态氮含量、赋存形式及其沉积物水界面交换特征,研究了颗粒物沉降对草、藻型湖区沉积物水界面氮赋存形态转变及迁移的影响。结果表明,草、藻型湖区水体总氮(TN)浓度年变化范围分别为0.50~1.51 mg/L(均值为(0.97±0.23)mg/L)和1.77~6.12 mg/L(均值为(3.67±1.36)mg/L),藻型湖区水体各形态氮浓度普遍高于草型湖区,且季节性变化更加显著。草、藻型湖区悬浮颗粒物中TN含量年均值分别为(6998.48±1413.87)和(5162.63±2205.13)mg/kg,沉积物TN平均含量分别为(4219.75±216.62)和(3187.88±103.07)mg/kg,呈现草型湖区显著高于藻型湖区、悬浮颗粒物显著高于沉积物的特征。氨氮(NH 3-N)是两个湖区悬浮颗粒物和沉积物中有效态氮的主要赋存形式,藻型湖区沉积物中NH 3-N的释放主要集中在夏季,而草型湖区则以夏、秋季为主。有效态氮高度富集的颗粒物不断沉降是造成沉积物中氮含量改变的重要原因,且藻型湖区有效态氮所占比例(5.17%)在藻类水华季节高于草型湖区(4.34%)。草型系统向藻型系统的转变可能会升高水体颗粒物浓度并加剧沉积物颗粒再悬浮过程,颗粒物沉降和再悬浮交替加剧了沉积物水界面处氮的交换过程,在未来的湖泊内源氮管理中应更加重视颗粒物的作用。

关键词：太湖草型湖区藻型湖区悬浮颗粒物内源氮负荷

河流网络位置对赤水河底栖动物多样性和群落构建过程的影响

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湖泊科学 2025年

作者：陈展彦莫扬新赵先富谢志才江忆南张君倩白雪陈笔王莉李正飞贵州茅台酒股份有限公司中国科学院水生生物研究所赤水河中游流域生态系统贵州省野外科学观测研究站华中农业大学水产学院水利部中国科学院水工程生态研究所

河流具有独特且复杂的树枝状等级性网络拓扑结构，使得河流连通性和生境异质性在不同河网位置上存在明显差异。长期以来，河流生态系统通常被视为局部或线性结构进行研究，忽略了河网位置对群落构建等生态过程的影响。本研究以具有复杂... 详细信息

河流具有独特且复杂的树枝状等级性网络拓扑结构，使得河流连通性和生境异质性在不同河网位置上存在明显差异。长期以来，河流生态系统通常被视为局部或线性结构进行研究，忽略了河网位置对群落构建等生态过程的影响。本研究以具有复杂网络结构和自然流态的赤水河为研究区域，探索了河流网络位置对底栖动物α、β多样性和群落构建过程的影响。其中，α多样性使用物种数、Shannon-Wiener多样性、Simpson多样性和Pielou均匀度指数来度量；β多样性使用S?rensen相异性指数(βs?r)和Bray-Curtis相异性指数（dBC）来表征，并将其分割为置换和嵌套两种组分；群落构建过程采用冗余分析和变差分解来实现。结果显示：1)赤水河全流域底栖动物群落主要受环境过滤驱动；2)河流网络位置塑造着赤水河底栖动物的多样性格局和群落构建过程。河网中心的干流群落主要受环境过滤的影响，而河网边缘的支流群落则受到空间限制和环境过滤的共同作用，该发现质疑了河流网络位置假说（network position hypothesis, NPH）在赤水河流域的适用性；支流的α多样性明显高于干流，而干流的β多样性则显著高于支流；β多样性主要由置换组分构成，这表明尽可能多地保护不同位点和生境是维持底栖动物物种多样性的重要举措。本研究有助于深入理解复杂河网影响下底栖动物的物种共存和维持机制，为提出适用于我国亚热带季风区河网的新假说提供了视角，为长江上游水生生物保护区选址和设计提供了参考和依据。

关键词：河网位置底栖动物群落构建 β多样性赤水河

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

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

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

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

武汉东湖底栖动物多样性分布的影响因素及历史变化

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湖泊科学 2025年第1期37卷 204-214页

作者：喻曾曾和雅静吴俊燕赵永晶崔永德中国科学院水生生物研究所武汉430072 中国科学院大学现代农业科学学院北京100049

探究城市湖泊物种和功能多样性分布及其历史变化有助于了解人类干扰对生态系统的影响。本研究于20202021年对武汉东湖不同湖区的底栖动物进行3次季节性调查,并搜集了19702020年文献中的历史数据,就底栖动物物种、功能和系统发育多样性... 详细信息

探究城市湖泊物种和功能多样性分布及其历史变化有助于了解人类干扰对生态系统的影响。本研究于20202021年对武汉东湖不同湖区的底栖动物进行3次季节性调查,并搜集了19702020年文献中的历史数据,就底栖动物物种、功能和系统发育多样性的空间分布和历史变化进行了比较,通过获取2000、2010及2020年东湖湖滨带1 km缓冲区的不同土地利用方式占比变化,分析了底栖动物多样性与环境因子之间的相关性。结果表明:调查共记录底栖动物97属种,团湖总种类数最高,后湖功能丰富度最高,功能均匀度在庙湖最高,在菱角湖最低,系统发育的分类多样性指数在团湖最高,分类差异指数在庙湖最高。总物种数与总氮、总磷呈负相关,耐污种种类数与总磷呈负相关,功能均匀度与耕地占比呈正相关,功能丰富度与总氮、总磷呈负相关,分类多样性指数与总氮、总磷呈负相关。结合历史数据,1970s 2020s水生昆虫占比呈现先下降后上升的趋势,到2010s底栖动物有个体小型化的趋势,后有所恢复。

关键词：底栖动物功能多样性土地利用历史变化东湖

三峡工程建设运行前后鄱阳湖水文情势变化与生态环境演变特征：回顾与展望

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湖泊科学 2025年

作者：宋继鹏龚磊强王晓龙万荣荣中国科学院南京地理与湖泊研究所中国科学院大学江西鄱阳湖国家级自然保护区管理局中国科学院大学南京学院

鄱阳湖是长江流域仅存的两个大型通江湖泊之一，在洪水调蓄、水资源供给、水质净化、生物多样性维持等方面发挥重要作用。本文系统综述了三峡工程建设运行前后鄱阳湖水文情势及水生态环境的演变特征及影响因素。主要结论为：三峡工程建... 详细信息

鄱阳湖是长江流域仅存的两个大型通江湖泊之一，在洪水调蓄、水资源供给、水质净化、生物多样性维持等方面发挥重要作用。本文系统综述了三峡工程建设运行前后鄱阳湖水文情势及水生态环境的演变特征及影响因素。主要结论为：三峡工程建设运行后，在气候变化和人类活动的综合影响下，鄱阳湖在水文情势方面呈现出枯水期提前、湖区退水速率加快、泥沙由淤积转为冲刷状态，倒灌天数和流量显著减少等特征；湖区水质整体呈稳中向好态势，但局部水域仍存在蓝藻水华暴发风险；水生生物面临鱼类多样性下降、大型底栖动物密度和生物量趋低的问题；湿地生态方面主要表现出洲滩植被分布向湖心区下延，越冬候鸟总数量保持稳定、少部分种群数量下降。已有研究多基于湖区周期性的生态观测数据进行的趋势性分析，定量化的分析与研究相对较少，尤其是在定量甄别三峡工程蓄水运行对鄱阳湖生态环境的影响分量及其过程机理研究极为缺乏。因此，极有必要持续开展鄱阳湖水文情势与生态环境长期演变观测与研究，借助多维模型精准评估不同水文情势下重大水利枢纽工程等对鄱阳湖生态环境的影响，以期为大型通江湖泊的科学调控与保护管理提供依据。

关键词：三峡工程鄱阳湖水文情势生态环境演变