高原富营养化湖泊杞麓湖微囊藻毒素分布特征、相关因子及其健康风险分析

杞麓湖作为典型的富营养化高原湖泊,其藻华暴发引发的微囊藻毒素(microcystins,MCs)污染问题会危害水生态安全并造成人体健康风险。为了评估杞麓湖流域MCs的秋冬季节污染现状以及健康风险情况,对湖内和7条主要入湖河流入湖口的表层水进行采样检测,分析MCs主要异构体的时空分布特征,研究MCs与水质和浮游植物等环境因子的关系,并通过人体非致癌健康风险评价MCs的风险等级。结果发现,MCs浓度自秋季到冬季呈下降趋势,秋季湖内胞内MCs(IMCs)占比超过99%,冬季IMCs与胞外MCs(EMCs)浓度接近。MC-RR和MC-LR是主要的MCs异构体类型,其中MC-RR在秋季浓度占比高于MC-LR和MC-YR,而冬季MC-LR最高。MCs与微囊藻密度等生物因子呈极显著正相关关系,与TN、TP和NH_(3)-N营养盐呈显著负相关关系。杞麓湖EMCs污染的风险指数范围为0.004~0.110,处于极低或低风险,冬季风险略高于秋季,因南岸入湖EMCs污染以及湖内IMCs释放带来的风险需要进一步关注。

杞麓湖孟氏螺蛳(Anularya mansuyi)壳体碳同位素记录的水体溶解无机碳变化

湖泊中腹足类壳体碳酸盐的碳同位素与水体溶解无机碳密切相关,是研究区域湖泊水体碳循环的重要材料之一。滇中地区湖泊众多,然而该区域湖泊中水体溶解无机碳的变化特征仍不清楚。孟氏螺蛳壳体为滇中湖泊特有属,本文通过对杞麓湖现生孟氏螺蛳壳体采集,并对其壳体沿生长方向开展碳酸盐δ~(13)C测试,尝试利用孟氏螺蛳壳体δ~(13)C分析杞麓湖水体溶解无机碳变化的变化特征。研究结果表明:(1)孟氏螺蛳壳体δ~(13)C与壳体生长环境密切相关,QLH-A与QLH-B在母体环境中的δ~(13)C平均值分别为-3.78‰与-5.55‰,变化幅度分别为2.07‰与3.03‰;在湖泊水体环境中的δ~(13)C平均值分别为-2.90‰与-3.28‰,变化幅度分别为1.81‰与1.74‰。(2)孟氏螺蛳在湖泊水体环境中生长时,壳体δ~(13)C记录了湖泊水体DIC的δ~(13)C_(DIC)变化特征,揭示出杞麓湖水体DIC主要受大气交换和湖泊中生物系统共同影响,其δ~(13)C_(DIC)在季节尺度变化不显著。(3)杞麓湖湖泊中大量水生藻类的死亡引起的有机质分解将导致湖泊水体δ~(13)C_(DIC)发生显著偏负变化,据此推断壳体δ~(13)C记录的偏负变化与云南2013年大旱期事件吻合,揭示出孟氏螺蛳壳体δ~(13)C具有记录湖泊生态系统自身重大变化的潜力。孟氏螺蛳古螺壳在滇中湖泊广泛分布,本文研究结果将有利于基于地层中的壳体识别地质历史时段滇中湖泊水体DIC特征及其湖泊生态系统的变化。

杞麓湖表层沉积物微塑料污染特征

为探究杞麓湖微塑料(MPs)的污染特征及潜在来源机制,作者采用浮选法分离出36个位点表层沉积物中的MPs,通过显微镜和扫描电镜(SEM-EDS)观察MPs的表面结构、形态特征、微观结构及附着元素等,结合沉积物总氮(TN)、总磷(TP)、有机质(OM)、碳酸盐和粒度等理化指标,探讨了MPs的分布特征、影响因素和潜在来源机制。结果表明:杞麓湖表层沉积物中MPs的检出率高达100%,其丰度范围介于50~680个/kg之间,平均丰度157.66个/kg。物理构成特征以粒径<1 mm(65.09%),纤维状(96.85%),透明(51.01%)和蓝色(38.7%)的MPs为优势组分。在人类活动、入湖河分布及常年盛行风等因素的综合作用下,MPs丰度呈现南部、东北部湖区最高,湖心和西部湖区相对较低的空间分布格局。相关分析表明,MPs丰度和组合特征均与沉积物理化因子之间无显著相关性,流域土地利用类型、人类活动和径流输入是MPs污染状况及空间分布的主导因素。依据物理组合特征,推测其来源为日常使用塑料制品(衣物洗涤、渔具使用)和周边农用地膜的分解等。整体而言,杞麓湖面临着水体富营养化、重金属污染等传统环境问题和MPs等新型污染物质并存的多重环境压力,亟需更多的关注。

杞麓湖水质分析及评价

分别于2021年3月、6月、9月、12月以及2022年3月、6月、9月、12月,对杞麓湖水质进行监测,监测指标包括水温、pH值、透明度(SD)、叶绿素a(Chl a)、溶解氧(DO)、氨氮(NH_(3)-N)、总氮(TN)、总磷(TP)和化学需氧量(COD_(cr))。采用加拿大环境部长理事会水质指数(CCME WQI)评价法和综合营养状态指数法对杞麓湖2021—2022年水质进行评价。结果表明:2021—2022年杞麓湖水质相对较差,均未达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅲ类水标准,主要超标物为TN、TP和COD_(cr),超标率为100%;杞麓湖富营养状态由2021年的中度富营养转为2022年的轻度富营养,呈好转趋势。

云南杞麓湖流域用水结构演变特征及驱动分析

滇中高原湖区杞麓湖流域水资源紧缺,用水结构的合理性严重制约着区域社会经济的稳定和发展。水资源的合理配置关系到社会进步与经济发展,为了研究滇中高原湖区用水结构的演变特征及其驱动因素,提高用水效率,构建节水型社会;分析基于C.E.Shannon熵理论,采用信息熵和均衡度指标、线性倾向率法,选取滇中高原湖区水资源较为匮乏的杞麓湖流域为研究对象,对通海县用水总量、主要用水效率指标变化趋势和用水驱动因素进行分析;分析认为,通海县杞麓湖2005年以来用水结构在逐渐向均衡化演变,除农村生活用水外的其他用水效率在逐渐提高。多年来,通海县已采取多项措施开展水资源节约保护,取得一定成效,但水资源开发利用形势依然严峻。全县用水结构逐步在向均衡化演变,但是演变速率缓慢,用水结构还较为不均衡;对通海县用水指标驱动因素进行分析,提出了杞麓湖流域应优化调整用水结构、有效保护和合理配置水资源、深入开展节水型社会建设的建议。

高原湖泊流域土地流转利益冲突分析——以杞麓湖的土地流转事件为例

土地流转和多种形式规模经营是湖泊治理的基本路径,也是发展现代农业的必由之路。农业是高原湖泊流域的主要经济活动,在湖泊流域开展土地流转,是打好“湖泊革命”攻坚战的重要环节。在土地流转中,不同生产经营方式下的经济利益和生态利益关系难以协调,矛盾冲突越发剧烈。以杞麓湖的土地流转事件为例,梳理出农民、当地政府、村委会、承包企业不同利益主体的诉求,找出土地流转中的冲突爆发点,提出加快健全农村社会保障体系、加强政府公信力、明晰政府职责权限、增强农民法律意识等有助于化解土地流转利益冲突的对策建议。

杞麓湖浮游植物群落结构对富营养化的响应及鱼产力评估

杞麓湖位于云南省通海县城郊,是受人类干扰较为严重的高原浅水型湖泊之一。为了解杞麓湖的浮游植物群落结构及富营养化现状,于2021年对杞麓湖浮游植物和富营养化相关水质参数进行了4次调查,并对其鱼产力进行了评估。结果显示:杞麓湖浮游植物有8门116属213种,其中绿藻门种类数最多,有118种;伪鱼腥藻(Pseudoanabaena sp.)为全年优势种,且优势度较大;浮游植物密度和生物量均值分别为(50.442±4.479)×10^(7) ind./L和(20.132±2.208)mg/L,均以蓝藻门为主;非度量多维尺度分析(NMDS)表明浮游植物群落结构存在显著的季节差异;浮游植物的Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数的均值分别为1.691±0.081、0.490±0.021和1.537±0.066;综合营养状态指数(TLI)均值为76.3,显示杞麓湖处于重度富营养状态;杞麓湖浮游植物可提供的鱼产力为1843.59 t。综上所述,杞麓湖富营养化严重,湖区藻类密度较高且利用率偏低,建议加大鲢(Hypophthalmichthys molitrix)和鳙(Aristichthys nobilis)的放养量,以达到以鱼净水的目的。

1990—2018年杞麓湖流域景观格局时空演变及其生态系统服务价值响应

杞麓湖流域地处生态安全战略格局的南方丘陵山地带西缘,生态区位极为重要。保障杞麓湖流域的生态安全也极为重要。本研究通过利用ArcGIS和当量因子法,分析杞麓湖流域近30年间的景观格局随时空演变产生的特征及其对生态系统服务价值产生的影响。结果显示:(1)近30年间,杞麓湖流域景观类型以耕地、乔木林地、灌木林地和湖泊为主。灌木林地面积大幅度降低,城乡居民建设用地面积大幅度增长,耕地面积显著增长。景观结构转移最频繁的为灌木林地,共转出9397.80 hm^(2)。(2)近30年间,总ESV与蔓延度呈正相关,与其他景观指数呈负相关。生态系统服务价值高的区域分布与湖泊、人工湿地和沼泽湿地分布相一致。(3)水体、林地等景观类型的生态系统服务价值较高,在调整杞麓湖流域土地结构,优化土地配置时应得到充分重视。

杞麓湖表层沉积物营养盐和粒度空间分布及评价

文章通过对滇中杞麓湖表层沉积物中有机质(OM)、总氮(TN)和总磷(TP)含量及粒度参数的分析,结合克里金插值法与端元模型,研究了杞麓湖表层沉积物营养盐和粒度参数的空间分布特征及其相关性,探讨了可能影响其营养盐空间分布的因素,并对污染程度进行了评价。研究结果表明,杞麓湖表层沉积物OM、TN、TP平均含量已处于较高水平,其空间分布特征受到流域内土地利用和湖泊水动力情况的影响,湖泊沉积物中OM主要以外源输入为主。同时,营养盐污染评价结果表明,OM污染程度相对较低,而TN、TP污染较为严重。此研究结果将为杞麓湖富营养化治理和生态保护提供一定的参考和依据。

杞麓湖外源污染物入湖途径及其污染负荷调查研究

为准确掌握杞麓湖外源入湖污染负荷,进行精准治污,降低水质富营养化程度,采用现场踏勘、实测、同倍比法对杞麓湖流域外源污染物进行了调查,结果显示其外源污染物一是通过5条主要入湖河流的径流携带进入;二是雨后通过农业坡面散流区直接汇入;三是通过湖滨农业排涝区的排涝排入;四是通过湖面降雨降尘的自然输入,入湖途径呈现出相似性和典型性特征。通过调查核算,2018年杞麓湖入湖河流区、湖滨农业排涝区、农业坡面散流区、湖面降雨降尘区总计排入杞麓湖的净污染负荷为:COD_(Cr).3632.04t、COD_(Mn)776.68t、TN921.96t、TP39.70t。以COD_(Cr).为例,湖滨农业排涝区、农业坡面散流区、湖面降雨降尘区、入湖河流区每平方千米入湖COD_(Cr)分别为52.07、24.09、11.53、7.54t,表明湖滨农业排涝区的污染治理应该引起高度重视,优先治理。该研究成果可向承担湖泊保护管理主体责任的政府和部门提供从“一湖之治”向“流域之治”转变的治理思路,也为政府在短期内改善杞麓湖富营养化现状和后期保证其得到持续改善提供决策依据,同时为其它湖泊进行全流域污染物入湖途径和污染负荷的调查提供一种新的方法和理念。

旱季环境因子对杞麓湖硅藻多样性的影响

为深入了解杞麓湖的水质,通过水样采集与鉴定,对其北侧表层和底层的硅藻多样性进行了研究,共发现梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)、冰岛沟链藻(Aulacoseira islandica)、颗粒沟链藻(Aulacoseira granulata)、隐头舟形藻(Navicula cryptocephala)、短线脆杆藻(Fragilaria brevistriata)、变异直链藻(Melosira varians)等17种硅藻,其中表层有12种,底层有15种,且硅藻群落结构分布及变化受水温、pH值、总氮、总磷浓度影响较大,而总氮和总磷浓度严重超标导致梅尼小环藻成为优势物种.

典型高原湖泊流域生态安全格局构建——以杞麓湖流域为例

以"源"和生态环境保护为目标,引用最小累积阻力模型(MCR)对杞麓湖流域生态安全格局进行定量研究.结果表明:杞麓湖流域平均生态安全指数为2.59,生态安全以较低安全为主,占流域总面积的36.33%,中度安全和不安全次之,分别占流域总面积的23.36%和22.53%,高度安全面积最少,仅占17.77%.较低安全区主要分布在西北部、东南部和西南部,应加强对这些地区的生态环境保护建设.此外,以天然林地、重要水库和湖泊缓冲区100m以内区域作为生态源,选取坡度、海拔、植被覆盖度、土地覆盖类型、距水体距离、距建设用地距离、距居民点距离、距道路距离等8个阻力因子,结合MCR模型与GIS的cost-distance分析模块,生成最小累积耗费距离表面,划分5个阻力等级;依据累积阻力值频率变化特点及生态服务功能,确定了生态缓冲区、生态过渡区、生态边缘区、农业耕作区和人类活动区共5个生态功能区.杞麓湖流域生态源总面积为126.87km^2,占流域总面积的35.74%,生态源在面积、数量和空间分布上都存在较大的差异,呈四周连片集中,中部分散破碎的分布格局,生态廊道呈四周连续紧凑,中部分散破碎的空间格局.生态节点的空间阻力值存在较大差异,部分生态节点累积阻力比较大,位于流域景观累计阻力值最大区,对生态流的流通安全性具有较大影响.基于最小累积阻力面,结合GIS的Hydrology模块,构建了由生态源与19个生态节点、23条生态廊道共同组成的具有结构性的流域景观生态安全格局,并提出了相应的建议,对高原湖泊流域研究及生态环境保护具有一定的参考价值.

近70年来云南杞麓湖流域气候变化与人类活动的湖泊沉积记录

选择位于滇中地区的杞麓湖作为研究对象,通过对其湖泊沉积岩芯粒度、总有机碳和碳酸盐等理化指标进行综合分析,结合210Pb、137 Cs年代数据,并与气测资料及人类活动历史资料对比,探讨杞麓湖地区近七十年来气候变化历史及其与人类活动的关系.结果表明:粒度的粗细以及碳酸盐含量的变化指示了湖泊水位的高低;有机质含量指示了人类活动的强弱,高值指示人类活动加强.综合分析杞麓湖钻孔岩芯粒度指标,同时结合碳酸盐和有机质指标得出,近70年来杞麓湖地区气候特征及其人类活动历史经历了3个阶段:阶段I(53.5-29.5cm,约1945-1970A.D.)温度较低,降水量较高,气候较为冷湿,人类活动对湖泊影响较弱;阶段II(29.5-11cm,约1970-1986A.D.)温度相对较高,降水量维持在较低水平,气候整体呈现出暖干特点,而此时人类活动逐渐增强;阶段III(11-0cm,约1986-2013A.D.)为高温多雨期,人类活动对湖泊的影响处于较高水平.

高原湖泊杞麓湖流域森林土壤肥力特征分析

以云南通海杞麓湖流域森林土壤为研究对象,分析了自然状态下森林土壤养分各指标含量与肥力之间的关系.结果表明:该流域土壤有机质含量基本上处于偏低、缺乏状态;全N含量比较高,速效P属于极缺乏水平.土壤肥力的主成分分析结果表明:该流域森林土壤的有机质、速效N、速效P、pH值基本上代表了土壤自然肥力的水平,对土壤肥力有正向负荷;速效K、C/N影响土壤肥力水平,对土壤肥力为逆向负荷.

利用时序Landsat数据的杞麓湖面积年变化时空分析

针对近些年云南省杞麓湖面积不断缩减的问题,提出了利用时序Landsat数据对杞麓湖进行面积年变化时空分析。以Landsat系列卫星作为数据源,采用不同方法进行水体信息提取;将水体提取方法结果与目视解译结果定量比较,确定改进归一化指数法为提取杞麓湖面积的最佳方法;利用此方法提取2000-2015年所有年份干季的杞麓湖面积,得到近16年的水体面积年变化情况,并进行逐年变化趋势分析和象限方位分析。结果表明：时间上,近16年杞麓湖水体面积逐渐缩减,前10年面积变化呈缓慢减少趋势,近5年面积缩减速度加快,2015年的湖水总面积仅是2000年的一半;空间上,整个湖泊由外而内缩减,但以西南方向缩减最为明显。

高原湖泊杞麓湖流域典型蔬菜地土壤及周边水质特征

为了了解杞麓湖流域农田、水体的营养状况,于流域内湖泊周边蔬菜地采集耕层土壤样品以及相应位置的水体样本,测定了土壤养分状况和水体富营养化参数,并对各个参数间的相关性进行了分析。结果表明:杞麓湖流域的土壤TN_(S)、TP_(S)、SOM含量极丰富,均值均处于1级丰富度;但就区域分布而言,杞麓湖的东部和北部农田养分含量较低,而西部和南部的养分含量较高;杞麓湖水质参数TN W含量、TP_(W)含量和COD的均值都达到了地表水劣Ⅴ类水平;土壤的SOM含量与TN S含量呈显著正相关,水体中的TN_(W)含量与TP_(W)含量呈显著正相关关系。根据杞麓湖流域的土壤及水体养分特征,提出了相应的种植及截污对策。

杞麓湖表层底质营养盐的时空分布特征及评价

通过现场调查和实验室分析方法对杞麓湖水体及表层底质各形态营养盐的时空分布特征进行研究。结果表明,在冬季和夏季杞麓湖底质及水体各营养盐浓度及分布具有较大差异。底质及水体中总氮浓度表现出湖周高、湖心低,且西南比东北高的分布特征;总磷浓度呈现出由西南向东北递增的趋势;无机磷浓度高于有机磷;无机磷中各形态磷的浓度由高到低依次是Ca-P>Fe/Al-P>NH4Cl-P。底质有机质浓度非常丰富,呈现出由湖周向湖心逐渐降低的趋势。有机指数和有机氮评价结果显示,杞麓湖各采样点有机指数相当高,全湖都处于严重污染状态,且整个湖体有机氮污染严重,西部湖湾为污染最严重的区域。杞麓湖底质营养盐浓度的控制刻不容缓。

杞麓湖叶绿素a与水质因子时空分布特征及相关性研究

[目的]研究杞麓湖叶绿素a(Chl-a)与水质因子时空分布特征及相关性。[方法]2010年1～9月,对杞麓湖Chl-a及水质因子进行监测,并运用相关分析和灰关联分析,对Chl-a与水质因子关系进行研究。[结果]杞麓湖水体中Chl-a含量具有明显的时空变化特征,总体趋势是平水期>丰水期>枯水期。Pearson相关分析结果显示,在平水期时,Chl-a与pH和TP呈极显著正相关关系;在枯水期时,Chl-a与TN呈显著性正相关关系;在丰水期时,Chl-a与各因子并未表现出明显的相关性。灰关联分析结果表明,在杞麓湖水体中,对Chl-a含量影响较大的环境因子有pH、WT、SD、TA等,而对Chl-a含量影响最大的则是湖体内的N、P营养盐含量。[结论]该研究为杞麓湖富营养化的治理与合理开发提供了理论依据。

杞麓湖流域生态安全性及在各因子中的变化特征

以杞麓湖流域主要生态环境问题为出发点,利用综合指数法、熵值法和GIS技术,选取坡度、海拔、植被覆盖度、土地覆盖类型、距水体距离、距其他建设用地距离、距居民点距离、距道路距离8个生态安全评价指标,对流域生态安全进行了评价,并分析了各单因子对生态安全影响的空间变化特征与形成机理。结果表明:(1)杞麓湖流域平均生态安全指数为2.59,生态安全以较低安全为主,占流域总面积的36.33%,中度安全和不安全次之,分别占流域总面积的23.36%和22.53%,高度安全面积最少,仅占17.77%。较低安全区主要分布在西北部、东南部和西南部,应加强对这些地区的生态保护建设;(2)通过对流域生态安全性及在各因子中的变化特征研究,表明在坡度较小和海拔较低区域以较低安全为主;有林地主要以高度安全为主,建设用地区不安全面积比例最大;距其他建设用地距离、距居民点距离和距道路距离越近生态不安全区面积越大,生态安全性越低;(3)流域生态安全性受多种因素综合影响,各因子间存在相互促进与相互抑制关系,植被覆盖度、土地覆盖类型、距其他建设用地距离、距居民点距离和距离道路远近因子对流域生态安全性有较大影响。

杞麓湖富营养化控制因子研究

对杞麓湖水质及富营养化状态进行研究,以最能表现水体富营养化状态进程的叶绿素a为基准因子,分析了叶绿素a与其他环境因子相关性关系.结果显示:湖泊叶绿素a浓度与pH、TN、TP呈极显著正相关关系,TP为与叶绿素a关系最为密切的环境因子,而磷为杞麓湖浮游植物生长潜在的限制性因子,总氮则为杞麓湖富营养状态贡献最大的环境因子.