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滇中高原湖泊湖滨带土壤生态化学计量特征及影响因素研究

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环境科学与技术 2024年第4期47卷 187-196页

作者：杨坤武尹鹏飞尹继清熊静贾雨欣张文翔云南师范大学地理学部云南省高原地理过程与环境变化重点实验室云南昆明650500 云南省高校高原地表过程与环境变化重点实验室云南昆明650092

湖滨带是地球化学元素循环高度活跃且极易受环境变化与人类活动影响的敏感地带。文章通过对滇中湖泊杞麓湖湖滨带土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量的分析,结合冗余分析和结构方程模型等,研究了土壤生态化学计量的时空变化特征及其与土壤理... 详细信息

湖滨带是地球化学元素循环高度活跃且极易受环境变化与人类活动影响的敏感地带。文章通过对滇中湖泊杞麓湖湖滨带土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量的分析,结合冗余分析和结构方程模型等,研究了土壤生态化学计量的时空变化特征及其与土壤理化性质间的耦合关系。结果表明,杞麓湖湖滨带土壤总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)平均含量分别为31.97、1.79、1.01 g/kg。雨季土壤TOC、TN含量低于旱季,在湖滨带结构上均呈现水向带>消落带>陆向带的特征,且随土壤深度的增加而降低,TP时空差异不显著。土壤C∶N、C∶P和N∶P平均值分别为23.08、41.38、2.10,表明湖滨带土壤有机质的分解速率较慢,释放有效磷的潜力大,植物生长易受到氮的限制,而磷的高含量将影响杞麓湖流域生态环境保护。土壤容重、含水率和黏土含量通过改变其C、N、P含量,进而影响土壤生态化学计量比。

关键词：生态化学计量湖滨带时空特征杞麓湖偏最小二乘法结构方程

高原山地—湖泊地区雨季地表水补给来源的空间格局及形成机制

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地理学报 2024年第7期79卷 1862-1879页

作者：廖会娟柴勇角媛梅张华佘万江卢瑞涛沈剑徐秋娥贾士豪云南师范大学地理学部、云南省高原地理过程与环境变化重点实验室昆明650500 云南省林业和草原科学院昆明650201 自然资源部高原山地地质灾害预报预警与生态保护修复重点实验室云南省地质环境监测院昆明650216 上海交通大学环境科学与工程学院上海200240

本文旨在解析中国西南高原山地—湖泊地区雨季地表水补给格局及其形成机制,基于2022年7—8月在洱海流域采集的多水体氢氧稳定同位素数据,利用贝叶斯混合模型和遥感技术,量化地表水的补给源和比例,并探究水体转化机制。结果表明:(1)洱海... 详细信息

本文旨在解析中国西南高原山地—湖泊地区雨季地表水补给格局及其形成机制,基于2022年7—8月在洱海流域采集的多水体氢氧稳定同位素数据,利用贝叶斯混合模型和遥感技术,量化地表水的补给源和比例,并探究水体转化机制。结果表明:(1)洱海流域雨季降水受蒸发和季风气候等影响,其氢氧同位素值与地下水和地表水相比偏负。地下水δD、δ18O表明,在高海拔及富水性高的区域地下水氢氧同位素值偏负,d-excess值则表明不同含水岩组的蒸发差异。地表水氢氧同位素值随着水体从入湖河水经过洱海湖水到出湖河水的流动逐渐偏正,其中苍山东坡和南部区域同位素值较北部区域而言更偏正,就苍山东坡而言,其中游地区蒸发作用最为显著。(2)苍山—洱海间地表水补给来源的空间格局显示,地表水对其下游混合水体的贡献率最大。其中降水和地表水在苍山—洱海间各河段的贡献率皆表现为,在出山口以上河段的降水、地表水贡献率小于出山口之后河段;而地下水贡献率反之。(3)沿河流流向,其地形、地质条件、地表覆盖和水汽特征共同影响地表水补给来源的空间格局,植被覆盖状况好、地表温度高和实际蒸散量多的区域,降水对地表水的补给多;植被覆盖状况较差的区域,地表水的补给较多;地下水对地表水的贡献率则取决于含水岩组类型。

关键词：氢氧稳定同位素地表水补给来源苍山洱海高原湖泊遥感技术贝叶斯混合模型

抚仙湖水柱细菌支链膜脂化合物的时空分布特征及影响因素研究

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中国环境科学 2024年

作者：田小青张虎才孙惠玲云南师范大学地理学部云南省高原地理过程与环境变化重点实验室云南大学资源环境与地球科学学院高原湖泊生态与污染治理研究院

支链甘油二烷基甘油四醚化合物（brGDGTs）在陆地环境中的土壤、湖泊、河流环境中广泛分布，是一种重要的古温度定量重建的生物标志物.然而，湖相环境中brGDGTs会显著受到陆源输入和湖泊水文环境参数的影响.本研究以我国西南地区的寡营... 详细信息

支链甘油二烷基甘油四醚化合物（brGDGTs）在陆地环境中的土壤、湖泊、河流环境中广泛分布，是一种重要的古温度定量重建的生物标志物.然而，湖相环境中brGDGTs会显著受到陆源输入和湖泊水文环境参数的影响.本研究以我国西南地区的寡营养深水湖泊抚仙湖为研究对象，旨在从实时观测的视角来探寻湖泊中brGDGTs的分布对环境因子动态变化的响应，从而为我们在利用brGDGTs指标进行古温度定量重建过程中的可靠性判别提供依据.我们采集研究区流域表土、湖泊表层沉积物以及水柱悬浮颗粒物（SPM）样品，并分析了所有样品及水柱悬浮颗粒物样品中一年周期内不同深度brGDGTs的组成与时空分布，同时分析环境因子如何影响brGDGTs的时空分布，如水温（WT），溶解氧（DO）和pH值.研究结果表明，brGDGTs主要为湖泊内源产生，土壤与河流输入对湖泊brGDGTs贡献较少.抚仙湖温跃层与氧跃层均出现在约水深40m处，浮游植物生物量总浓度随季节的变化与湖水中brGDGTs总浓度随季节的变化具有类似的趋势.BrGDGTs各化合物的浓度与相对丰度均随时间与深度共同变化，并在湖下层浓度达到最高，其中6-甲基brGDGTs含量最丰富，且brⅢa’，MBT’，MBT’6ME与溶解氧浓度强相关，说明溶解氧通过显著影响6-甲基brGDGTs的分布从而影响水柱brGDGTs的时空分布，抚仙湖中细菌来源的brGDGTs生物母源的生长显著受控于湖泊中溶解氧的动态变化.

关键词：抚仙湖 brGDGTs 时空分布溶解氧

原位覆盖对异龙湖底泥氮磷释放抑制效果的实验研究

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三峡大学学报（自然科学版） 2024年第3期46卷 29-36页

作者：范雨春刘智刘流陈光杰云南师范大学地理学部、云南省高原地理过程与环境变化重点实验室昆明650500

底泥中埋藏的氮磷等营养物质二次释放作用是导致浅水湖泊富营养化难以根治的主要过程,因此,抑制底泥氮磷释放控制技术对于湖泊生态修复具有重要的现实意义.本研究以重度富营养高原浅水湖泊异龙湖为对象,通过开展为期36d的底泥覆盖抑制... 详细信息

底泥中埋藏的氮磷等营养物质二次释放作用是导致浅水湖泊富营养化难以根治的主要过程,因此,抑制底泥氮磷释放控制技术对于湖泊生态修复具有重要的现实意义.本研究以重度富营养高原浅水湖泊异龙湖为对象,通过开展为期36d的底泥覆盖抑制氮磷释放试验,对比了生石灰+石膏(2∶1)、生石灰+石膏+红壤(2∶1∶1)、三氯化铁改性高岭土(1∶4)、无覆盖4种覆盖处理对氮磷释放的抑制效果,以期筛选出有效削减异龙湖内源负荷的覆盖材料与最优方案.试验结果表明:与无覆盖组相比,3种材料覆盖都可抑制底泥磷的释放,加入生石灰处理组的水体pH大幅上升,会破坏湖泊自然生境,不宜用于湖泊底泥生态修复;三氯化铁改性高岭土覆盖处理的抑磷效果达75.9%,可作为抑磷释放覆盖材料.同时相比无覆盖组,只有三氯化铁改性高岭土覆盖能抑制氮的释放,抑氮效果达64.1%,而其它两组处理对氮释放的抑制效果均不明显.因此,从抑制氮磷释放效果及其生态环境效应角度综合考虑,三氯化铁改性高岭土是最佳的覆盖材料,可为高原浅水富营养化湖泊的氮磷内源控制提供工程修复技术参考.

关键词：富营养化高原湖泊物理覆盖内源负荷底泥释放

基于机器学习KNN方法的星云湖表层沉积物氮、磷元素空间分布及驱动因素研究

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生物学杂志 2024年第1期41卷 82-87页

作者：熊静尹鹏飞贾雨欣尹继清张文翔云南师范大学地理学部云南省高原地理过程与环境变化重点实验室昆明650500

通过测定星云湖23个表层沉积物中氮、磷元素含量,结合该湖泊不同时期的营养盐数据和机器学习K近邻(KNN)、反距离权重(IDW)、普通克里金(OK)及核平滑(KS)方法,分析表层沉积物中氮、磷元素含量的空间分布特征及各插值模型预测的精度,研究... 详细信息

通过测定星云湖23个表层沉积物中氮、磷元素含量,结合该湖泊不同时期的营养盐数据和机器学习K近邻(KNN)、反距离权重(IDW)、普通克里金(OK)及核平滑(KS)方法,分析表层沉积物中氮、磷元素含量的空间分布特征及各插值模型预测的精度,研究星云湖氮、磷浓度持续增加的影响因素,探讨机器学习KNN算法在湖泊表层沉积物氮、磷元素含量预测中的优势。结果表明:星云湖表层沉积物TN含量在0.56%~0.86%,平均值为0.71%;TP含量介于0.57%~0.91%,平均值为0.78%。4种算法模型插值预测的氮、磷元素空间分布具有一定的相似性,但在不同时期KNN算法的空间插值预测误差最小,拟合精度高于传统插值模型,并将其运用于已有的相关研究结果中,发现在氮、磷浓度相对较低时KNN模型的空间预测精度更高。研究表明,星云湖表层沉积物氮、磷元素浓度整体呈上升趋势,其不同时期和空间上的差异主要由流域内土地利用类型、农业面源及湖泊自然要素等影响。研究结果将为低纬高原湖泊表层沉积物营养盐空间预测及湖泊生态保护提供一定参考。

关键词：低纬高原湖泊表层沉积物营养元素机器学习空间插值

滇南异龙湖流域近150年森林火灾史及其驱动因素

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生态学杂志 2024年

作者：王敏孙启发李希进蒙红卫黄林培沈才明云南师范大学地理学部云南省高原地理过程与环境变化重点实验室楚雄师范学院资源环境与化学学院

重建森林火灾历史有助于对森林火灾发生规律及其驱动机制进行理解。滇南异龙湖37 cm湖泊岩芯沉积物的炭屑和花粉记录提供了湖泊流域过去150年森林火灾史和植被、气候背景，结合过去人口数量的变化，本研究探讨了异龙湖流域森林火灾发生... 详细信息

重建森林火灾历史有助于对森林火灾发生规律及其驱动机制进行理解。滇南异龙湖37 cm湖泊岩芯沉积物的炭屑和花粉记录提供了湖泊流域过去150年森林火灾史和植被、气候背景，结合过去人口数量的变化，本研究探讨了异龙湖流域森林火灾发生规律及其控制因素。结果表明，异龙湖流域地区性森林火灾发生频率在过去150年（1886—2013 AD）呈现出总体升高的趋势，在2000—2013 AD达到最高。地方性森林火灾存在1925—1970 AD和1995—2013 AD两个峰值，但引起两个阶段地方性森林火灾频发的原因是不同的；1925—1970 AD地方性森林火灾的高发主要是因为气候干旱，尽管抗日战争期间的大轰炸也贡献了部分燃烧质炭屑，但并不是主因；1995—2013 AD高发的地方性森林火灾则主要归因于人类活动（如农业生产）。

关键词：异龙湖流域炭屑花粉森林火灾气候变化人类活动

上行效应和浮游动物的下行效应对异龙湖浮游植物群落的影响

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中国环境科学 2024年

作者：仇菲张昭阳陈丽朱俊宇龚雪郑昕张涛李天丽赵帅营陈光杰云南师范大学地理学部云南省高原地理过程与环境变化重点实验室中国科学院水生生物研究所

浮游植物作为湖泊中重要的生产者，在湖泊生态系统的物质循环、能量流动和信息传递中起着重要的作用，是评价水生生态系统健康的重要指标。异龙湖是云南九大高原湖泊之一，目前处于富营养状态。本研究于2020年夏季至2021年春季对异龙湖... 详细信息

浮游植物作为湖泊中重要的生产者，在湖泊生态系统的物质循环、能量流动和信息传递中起着重要的作用，是评价水生生态系统健康的重要指标。异龙湖是云南九大高原湖泊之一，目前处于富营养状态。本研究于2020年夏季至2021年春季对异龙湖的浮游植物和环境因子进行季节性采样调查，分析浮游植物群落结构和生物量的季节变化模式，并进一步通过多变量统计分析识别上行效应和下行效应（浮游动物）对浮游植物群落变化的驱动作用。调查结果显示异龙湖浮游植物总生物量在7.12mg/L-66.07mg/L之间，9月最高，12月最低。蓝藻门是浮游植物生物量构成的主要门类，生物量占比在42.91%-95.67%之间，拟柱孢藻（Raphidiopsis raciborskii）全年占优，其生物量的变化趋势与总生物量和蓝藻生物量一致，反映了其在异龙湖中具有较强的竞争优势。ANOSIM和Kruskal-Wallis分析表明异龙湖浮游植物群落结构和总生物量均在时间上差异显著。Spearman相关分析显示浮游植物总生物量、蓝藻生物量和拟柱孢藻生物量均与总磷、总氮和水温显著正相关，与透明度、氨氮显著负相关，与浮游动物总生物量没有显著的相关性。RDA结果显示总磷、总氮、硅酸盐、水温和水深是影响异龙湖浮游植物群落结构的显著因子。方差分解进一步显示浮游植物的上行效应（水温、营养盐和水深）单独解释了浮游植物变化的20.30%，而下行效应（浮游动物群落）仅单独解释了0.20%，上行效应和下行效应共同解释了群落变化的5.80%。因此在以丝状蓝藻为全年优势种的异龙湖中，上行效应对浮游植物的影响大于浮游动物的下行效应，这可能与异龙湖浮游动物个体小（浮游动物总生物量/密度）且生物量相对较低，对浮游植物的牧食作用（浮游动物总生物量/浮游植物总生物量）弱有关。研究结果可为异龙湖的生态评价和流域综合管理提供数据支撑。

关键词：异龙湖浮游植物拟柱孢藻上行效应下行效应

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湖、库水体CH_(4)冒泡排放研究进展

湖泊科学 2024年第2期36卷 339-352页

作者：康满春刘流刘佳肖尚斌三峡大学三峡库区生态环境教育部工程研究中心宜昌443002 三峡水库生态系统湖北省野外科学观测研究站宜昌443002 云南师范大学高原地理过程与环境变化云南省重点实验室昆明650500

冒泡排放是湖、库水体CH_(4)排放的主要方式之一,其排放通量和占CH_(4)总排放量比例均具有极其显著的时空差异性,是当前水体CH_(4)排放估算不确定性的主要来源之一。然而,目前关于湖、库水体CH_(4)冒泡排放通量监测、时空分布规律、过... 详细信息

冒泡排放是湖、库水体CH_(4)排放的主要方式之一,其排放通量和占CH_(4)总排放量比例均具有极其显著的时空差异性,是当前水体CH_(4)排放估算不确定性的主要来源之一。然而,目前关于湖、库水体CH_(4)冒泡排放通量监测、时空分布规律、过程机制和模型模拟的系统梳理鲜有报道。本研究对比了目前水体CH_(4)冒泡的监测方法技术的适用性及优缺点,分析总结湖、库水体CH_(4)冒泡排放及通量的时空分布特征,梳理CH_(4)气泡在沉积物-水体中的产生-成长-迁移-释放的过程、影响因素及模型,并提出了水体CH_(4)冒泡过程模型框架。最后,本研究提出未来研究应基于湖、库水体分类、设备开发和改进来构建适应性的湖、库水体CH_(4)冒泡排放监测标准体系,开发基于过程的CH_(4)冒泡机理模型,为认识变化环境下湖、库水体CH_(4)冒泡过程和准确估算CH_(4)排放量提供支撑。

关键词：甲烷冒泡排放湖泊水库气泡模型

喀斯特富营养湖泊水体碳浓度及储量变化特征——以异龙湖为例

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地理研究 2024年第5期43卷 1316-1333页

作者：王旭温雯雯郭雯李平王明果黄林培王露杨关绍陈光杰云南师范大学地理学部云南省高原地理过程与环境变化重点实验室昆明650500 河北省丰宁满族自治县气象局承德068350 西昌学院资源与环境学院西昌615013 云南省地矿测绘院有限公司昆明650217

为探究喀斯特富营养湖泊水体不同赋存形式碳浓度和碳储量动态变化模式及其影响因素,本研究于2021年9月—2022年6月对异龙湖开展4个季节、20个点位的水质和水体碳浓度时空分布特征研究。结果发现,异龙湖水体碳以溶解碳占主导,溶解无机碳(... 详细信息

为探究喀斯特富营养湖泊水体不同赋存形式碳浓度和碳储量动态变化模式及其影响因素,本研究于2021年9月—2022年6月对异龙湖开展4个季节、20个点位的水质和水体碳浓度时空分布特征研究。结果发现,异龙湖水体碳以溶解碳占主导,溶解无机碳(DIC)浓度在4种赋存形式碳中最高为(41.26±4.93)mg/L,溶解有机碳(DOC)次之为(16.23±2.23)mg/L,颗粒碳浓度相对较低,颗粒有机碳(POC)和颗粒无机碳(PIC)浓度分别为(10.05±1.81)mg/L和(0.82±0.56)mg/L。异龙湖全年水体碳储量平均值为5.30 Gg C,4种赋存形式碳储量占比分别为60.57%(DIC)、23.77%(DOC)、14.53%(POC)和1.13%(PIC)。分析表明,异龙湖DOC、POC浓度与营养盐负荷及藻类生物量有关,指示其主要来源于藻源性有机碳。DIC浓度与DOC、水温、氨氮、入湖河流分布等因素相关,表明DIC受矿化作用、水温及流域水体稀释作用的共同驱动。PIC浓度与叶绿素a浓度和酸碱度有关,指示其主要受藻类光合作用导致的酸碱平衡破坏影响。异龙湖不同赋存形式碳浓度间存在一定的耦合关系,反映了不同赋存形式水体碳存在迁移和转化,湖泊富营养化导致藻类生物量增加,造成有机碳浓度POC和DOC同步升高,同时有机质的矿化作用也引起无机碳与有机碳的协同变化。与其他湖泊相比,异龙湖具有更高的水体碳浓度水平,可能与异龙湖的富营养化、喀斯特地质背景以及特殊的地理位置等因素有关。在碳储量上,水量是影响湖泊水体碳储量的关键因素,而富营养化提高了水体碳浓度和碳累积速率,增强了湖泊的碳汇效应,在全球湖泊富营养化问题日趋严峻的背景下,湖泊水体碳储量在生态系统碳汇估算中的地位逐渐显露。

关键词：水体碳浓度水体碳储量喀斯特地区富营养化异龙湖