基于遥感监测的2000-2020年三屯河流域植被覆盖时空演化分析

为分析三屯河流域植被覆盖时空变化特征,基于Landsat卫星遥感数据、像元二分模型、图像差值法及变异系数等方法手段对2000—2020年20 a间植被覆盖时空分布特征、趋势及稳定性进行分析。三屯河流域植被覆盖度呈现逐年增长趋势,特别是2012—2015年的年均增长速度为4.93%/(10 a);植被覆盖分布在空间上表现出两端高、中间低的规律性;三屯河流域植被覆盖改善区域占比39.58%,整体呈现改善的趋势;三屯河流域内植被覆盖度较为稳定,区域绝大部分处于弱变异与中等变异。三屯河流域植被覆盖演化受到自然因素和人类因素影响,自然因素的影响主要体现在温度与降水量的改变,人类活动因素的影响主要体现在土地利用类型的改变上。研究成果可为促进三屯河流域生态恢复、经济发展提供科学依据。

奎屯河流域地下水及沉积物化学组分特征对氟释放的影响

新疆奎屯河流域是典型的原生高氟区。运用数理统计、定性与定量分析结合的研究方法,研究奎屯河流域沉积物化学组分相关性、地下水及沉积物化学组分特征及水-土系统中氟的释放机理。结果表明:奎屯河流域沉积物F含量与沉积物Mg、Ca、Mn、Fe、Cu、As含量呈正相关关系;水-土系统中氟离子经过矿物溶解-沉淀、络合-解离等水文地球化学作用,不断改变赋存状态;相同深度下,氟含量受到水文地球化学作用、土壤腐殖质等的影响,改变赋存环境,地下水氟含量随沉积物氟含量的增大呈先增大后减小趋势。

奎屯河流域高氟地下水对微生物多样性的影响

高氟地下水不仅对人体有害而且影响微生物群落结构,为探究高氟地下水环境对微生物多样性的影响,作者在奎屯河流域采集了15组地下水样本进行高通量16S rDNA基因测序,分析高氟和低氟地下水化学特征、微生物的群落结构以及微生物群落与环境的关系。结果表明,研究区地下水偏弱碱性,溶解性总固体(TDS)相对偏高,F-平均含量为1.5 mg/L,地下水类型主要为HCO_(3)·SO_(4)-Na型。低氟组样品在物种丰度与多样性方面占优势且微生物群落相似,而高氟组样品微生物群落存在显著差异。变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是研究区地下水的优势细菌门。科水平上,优势菌科均属于变形菌门。化学需氧量(COD)、TDS和F-浓度与地下水中微生物群落结构存在显著关联,TDS、COD和F^(-)浓度与大部分细菌门丰度呈负相关。研究发现高氟地下水环境对微生物丰度和多样性起抑制作用,微生物群落能通过代谢途径减轻高氟地下水的毒性,形成独特的微生物群落结构,表明微生物群落的自身调节作用可为高氟地下水污染防治提供重要保障。

奎屯河流域高砷地下水砷含量空间分布异常的影响因素

新疆奎屯河流域是我国地下水受砷影响较为严重的一个区域,为了查明该区地下水中砷的空间分布特征及砷含量异常的原因,于2017年在研究区采集地表水、潜水和承压水样品51组,2019年在典型高砷区采集承压水样品16组,2个钻孔沉积物样品45组。通过地下水及沉积物的测试分析、数理统计等方法对研究区高砷地下水的空间分布特征及砷含量异常的影响因素进行分析,结果表明:水平方向上,砷浓度从南向北逐渐升高,与海拔呈负相关;垂直方向上,高砷地下水主要分布在>80 m深层含水层中。地下水中砷含量空间分布与古地理环境、地形地貌、封闭的地质、干旱的气候等自然地理条件有关;地下水砷含量分布异常主要有3个原因,即高pH值、高HCO_(3)^(-)、低Eh的地下水环境,沉积物的粒径、色度、局部沉积环境,施用含砷农药、化肥的人为活动。研究成果可为奎屯河流域地下水砷富集机制的研究奠定基础。

新疆奎屯河流域地下水砷超标原因分析

新疆奎屯河流域是我国大陆第一个地方性砷中毒的区域,然而在人类活动与自然条件下,对该区地下水砷超标的原因未得到清楚的解释。通过2017年在研究区采集地表水、地下水样品51组,分析了主、微量元素组分;2019年在典型的高砷区钻井2个孔,采集沉积物样品44组,分析了粒径、化学成分。结果表明,研究区地下水砷浓度范围为10~887μg/L,平均为55.8μg/L,沉积物中砷最高为28.41 mg/kg,砷超标(As≥10μg/L)较为严重。周边山区分布的菱铁矿、砷酸钙、砷酸锰等矿物,为该区地下水砷含量超标提供了物质来源;强烈的蒸发浓缩作用与岩石风化作用使得地下水中的砷浓度进一步升高;高pH值、低Eh的地下水化学环境,造成砷酸盐从矿物表面解吸附聚集在地下水中;沉积物中Fe、Mn氧化物矿物和黏土矿物的还原过程使与之共存的砷被释放,也是该区地下水中砷超标的原因。

新疆奎屯河流域地下水砷富集因素

通过对奎屯河流域49组地下水样中常量元素(K、Ca、Na、Mg、S、Cl)、微量元素分析(As、Fe、Mn、F、P),研究了奎屯河流域高砷地下水的水化学特性,探讨了地下水中砷富集的影响因素.结果表明,奎屯河流域地下水pH平均值为8.16,地下水处于还原环境,且研究区沉积层深厚,地下径流更替缓慢,蒸发量大,年降雨量少.较高pH值、无机物、还原环境、干旱-半干旱的气候条件、封闭的地球化学环境及交替缓慢的水文地质条件为奎屯河流域地下水中砷的富集提供了有利条件.

地源砷对微生物多样性及群落结构的影响

微生物的群落结构特征对地源砷的释放及富集过程具有重要意义,地源砷是微生物群落结构变化的关键因素,研究微生物对砷的响应有助于认识微生物对不同砷浓度的适应与演变机理.通过野外调查、高通量测序、微生物分析的方法研究奎屯河流域不同浓度地源砷(S1:低砷浓度组;S2:较高砷浓度组)对微生物的多样性及群落结构的影响.结果发现,地源砷会导致微生物多样性和群落结构发生变化.微生物多样性分析发现,地源砷浓度的增加使S2组的Ace、Simpson指数的平均值分别降低87.2和0.04,Simpson指数呈先增加后减少的趋势.S1组和S2组之间的微生物组成具有异同性.相似性为S1组与S2组有3个相同的优势菌群,分别为Arothrobacter、Acinetobacter和Novosphingobium.然而S2组中优势菌群的占比分别比S1组大8.01%、1.32%和3.21%.db-RDA和网络分析发现砷和采样深度对微生物群落有较大影响,S2组的微生物种间相互作用较弱.本研究表明地源砷浓度升高会使微生物群落向高耐性、高稳定性、单一性发展.(图6表1参44)