原位覆盖对异龙湖底泥氮磷释放抑制效果的实验研究

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.

雅鲁藏布江上游干、支流沉积物总有机碳分布特征初探

为探究雅鲁藏布江(雅江)上游干、支流沉积物总有机碳(TOC)含量分布特征及其影响因素,研究了雅鲁藏布江上游干、支流沉积物TOC含量对粒度的响应,并基于随机森林分析(RFA)解释了流域内土地利用类型对沉积物TOC含量空间变化趋势的影响。结果表明,雅江上游沉积物TOC含量均值[(6.56±6.37)g·kg^(-1)]低于其他地区大中型河流[范围为5.95~49.06 g·kg^(-1),均值为(19.77±14.05)g·kg^(-1)]。其中,河源段沉积物TOC含量均值最低[(2.57±0.97)g·kg^(-1)],所有采样点沉积物TOC含量与黏土含量占比呈极显著正相关(r=0.64,P<0.01)。根据统计结果,包括雅江上游在内,河流沉积物TOC含量与粒径小于63μm颗粒含量具有极显著指数相关关系(r=0.77,P<0.01)。随机森林分析进一步表明,雅江上游沉积物TOC陆源贡献率中草地贡献率最大(48.12%),且受土地利用方式从以低覆盖度草地、裸土地为主导(上游头段)逐渐过渡到以中、高覆盖度草地和农、牧、一类工业用地(M1类)等为主(上游中、末段)的影响,沉积物TOC含量在空间上表现为随流向逐渐增加的趋势。总体上,人为干扰因素少及河流沉积物以砂质为主体是雅江上游沉积物TOC含量较低的重要原因。本研究深化了对雅鲁藏布江上游沉积物总有机碳含量分布特征及其影响因素的理解,可为进一步探究高原河流碳循环、生态环境保护以及区域可持续发展提供科学依据。

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

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。

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

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。

异龙湖草——藻型稳态转换的碳氮磷化学计量特征及埋藏量估算

了解湖泊沉积物中C、N、P化学计量特征对于加强陆地水域生态系统化学计量学研究和揭示草型、藻型不同湖泊生态系统生源要素响应轨迹具有重要意义。本文基于覆盖全湖的20根短钻岩芯,对云南浅水富营养湖泊异龙湖沉积物有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)进行测定与分析,结合前人对异龙湖稳态转换发生的对应沉积深度划分,探讨了水体富营养化驱动的草型、藻型湖泊演化阶段对沉积物化学计量特征的影响。结果表明,湖泊沉积物C、N、P化学计量特征存在明显的时空异质性,异龙湖藻型湖泊阶段TOC、TN和TP含量分别为(4.83±1.47)%、(0.42±0.09)%和(0.04±0.01)%,均显著高于草型湖泊阶段的(3.87±0.98)%、(0.31±0.08)%和(0.03±0.02)%。藻型湖泊阶段的C∶N∶P值为347∶26∶1,较草型湖泊阶段(519∶35∶1)显著下降,反映了水体富营养化驱动下草—藻型稳态转换过程的水生植物群落更替和水环境参数改变对低内稳态有机个体在生态化学计量学上的影响。在不同元素之间,受有机质来源组成、化学元素的功能及活性差异等多因素影响,异龙湖沉积物中C、N元素主要在河流入湖口及沿岸带富集而P元素在深水区富集,导致P元素与C、N元素间的耦合性较低。在表层0~15 cm,异龙湖沉积物TOC、TN和TP埋藏量分别为1829 t/km^(2)、160 t/km^(2)和16 t/km^(2),顶部0~5 cm(藻型湖泊阶段)的平均埋藏速率较10~15 cm(草型湖泊阶段)升高30%~36%,但受含水率影响,10~15 cm的储量是顶部0~5 cm的1.5倍。与其他富营养化湖泊对比发现,温度极大地影响着湖泊有机质的有效埋藏,对湖泊沉积物C、N、P的源、汇功能起到关键的调控作用。异龙湖较高的水温使得底泥营养盐容易释放到湖泊水体中形成二次污染,加剧了湖泊生态修复的难度。本文揭示的湖泊生态化学计量及储量特征可为深化高原湖泊C、N、P循环认识与评估营养盐埋藏提供重要的科学依据。

青海省干旱时空特征及与大气环流响应关系

研究干旱的时空特征和发展趋势,对加强水资源管理和提高抗旱防灾能力具有重要意义。文中基于青海省24个气象站1980~2018年的逐月气象数据计算标准化降水蒸散指数(SPEI),分析青海省干旱的时空变化特征,结合青海省干旱与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、太平洋年代际振荡(PDO)、北大西洋振荡(NAO)、北极振荡(AO)的滞后相关关系,确定了影响青海省干旱的主要大气环流因子。结果表明:1980~2018年青海省多发生轻度、中度干旱;春季干旱变化以5~6年为周期,秋季干旱变化以6~7年为周期,干旱的年际变化以12~13年为周期;干旱的空间特征存在差异,柴达木盆地、三江源流域干旱化趋势显著,青海湖流域呈现湿润化趋势;青海省的干旱受ENSO、PDO、NAO、AO的影响,其中PDO滞后5个月与干旱的响应关系最为强烈。