赤水河流域生态渔业养殖与信息化建设工程探究

为探究流域“以渔治水”的生态修复效果及其与信息化手段相结合的发展方式,文章以贵州省遵义市赤水河流域水库生态渔业养殖及信息化工程建设项目为例,概括信息化生态渔业养殖的特点,明确信息化监测技术对于养殖水体的重要性,从学科未来的走向和应用的视角入手,提出信息化渔业养殖对实现水环境调控的技术难点及未来发展对策,可为流域生态修复和管控提供有效参考。

岩溶湿地表层水体CO2分压时空分布特征及其扩散通量

为揭示岩溶湿地表层水体二氧化碳分压(pCO_(2))的时空分布规律及其扩散通量,以我国最大的岩溶湿地贵州威宁草海为研究对象,分别于2019年7月(丰水期)和12月(枯水期)通过网格布点法,系统采集草海表层湿地水体,测定水样理化指标和离子组成,利用PHREEQCI软件计算水体pCO_(2),并基于Cole提出的气体扩散模型估算水-气界面二氧化碳(CO_(2))的扩散通量.结果表明:草海湿地表层水体丰水期pCO_(2)的变化范围为0.44~645.65μatm,平均值为(55.94±124.73)μatm;枯水期变化范围为35.48~707.95μatm,平均值为(310.46±173.54)μatm;丰水期水体整体pCO_(2)低于枯水期,空间上两期水体均呈现东部区域及河流入湖口处pCO_(2)较高,而中西部区域pCO_(2)欠饱和的特征.水-气界面CO_(2)的扩散通量在丰水期变化范围为-43.27~27.16 mmol/(m^(2)·d),平均值(-34.49±12.93)mmol/(m^(2)·d),枯水期变化范围为-33.36~28.15 mmol/(m^(2)·d),平均值(-8.02±15.85)mmol/(m^(2)·d),与其他岩溶湖库相比,水生植物丰富的草海在两个极端水文期CO_(2)扩散通量相对较低,总体表现为大气CO_(2)的汇.

贵州威宁草海湿地表层沉积物有机质时空分布及其来源辨析

为探究岩溶湿地生态环境的营养状况及污染物来源,以贵州威宁草海岩溶湿地为例,通过对其不同水文期表层沉积物中总有机碳(TOC)和总氮(TN)的含量分布及其稳定碳同位素(δ^(13)C)、稳定氮同位素(δ^(15)N)和C/N的分析,探讨了沉积物有机质的分布特征及来源。结果表明:草海湿地表层沉积物丰水期TOC、TN含量变化范围分别为3.75%~32.71%和0.39%~2.90%,平均值分别为14.34%和1.52%;枯水期TOC、TN含量变化范围分别为1.26%~34.11%和0.18%~2.49%,平均值分别为12.46%和1.12%;丰水期TOC、TN含量略高于枯水期,这与丰水期大量降雨带来的陆源输入有关,同时在空间分布上二者在两个水文期均表现为西南和湖心区域大于东部和西北区域。草海湿地表层沉积物丰水期δ^(13)C、δ^(15)N分布范围分别在-2.55%~-1.97%和0.03%~0.37%,平均值分别为-2.23%和0.24%;枯水期δ^(13)C、δ^(15)N分布范围分别在-2.75%~-1.96%和0.10%~0.46%,平均值分别为-2.35%和0.30%;其中δ^(13)C的空间分布特征表现为东区较西区明显偏负,说明东区污染严重,这是由于东区毗邻县城,污染物来源复杂,沉水植物遭到破坏,使得湖泊自身生产力降低。通过端元混合模型对沉积物来源进行定性和半定量分析,结果表明:草海湿地表层沉积物有机质的主要来源为土壤有机质、浮游藻类及淡水水生植物,同时由于草海岩溶湿地具有较高的初级生产力,沉积物中有机质来自内源的贡献大于来自外源的输入。

贵州威宁草海湿地水体中有机碳时空分布特征及来源辨析

有机碳是陆地水生生态系统碳循环重要组成部分,湿地在维持岩溶碳汇稳定性方面具有十分重要的作用,揭示岩溶湿地水体中的有机碳时空分布特征及来源有助于明晰岩溶流域碳循环过程。本文以贵州威宁草海岩溶湿地为研究对象,对其丰、枯水期湿地水中溶解有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)含量以及颗粒有机质(POM)碳、氮同位素等指标的测定,分析草海湿地水中POC、DOC浓度时空分布特征,探讨了水体中有机碳的来源。结果表明:草海湿地水体有机碳总体上以DOC为主,丰水期DOC变化范围为4.25~12.58 mg/L,平均值为8.19±1.49 mg/L,枯水期变化范围为4.79~15.93 mg/L,平均值为8.78±3.01 mg/L,丰水期略低于枯水期,DOC来源较为复杂,不同水文期受到外源和内源不同程度的影响;DOC在空间上丰水期呈现西部偏低,东及东南部偏高的分布特征,枯水期呈现南及西南部偏低,北及东北部偏高的分布特征。草海湿地水体丰水期POC变化范围为0.35~3.39 mg/L,平均值为1.13±0.78 mg/L,枯水期变化范围为0.32~1.84 mg/L,平均值为0.79±0.35 mg/L,丰水期高于枯水期;POC在空间上两期都呈现出中西低、中东高的分布特征。丰水期颗粒有机质的δ^(13)C、δ^(15)N值变化范围分别为-30.13‰~-14.80‰和-9.69‰~4.72‰,平均值分别为(-22.54±2.78)‰和(-2.88±2.89)‰,该时期POC以陆源有机质贡献为主;枯水期颗粒有机质的δ^(13)C、δ^(15)N值变化范围分别为-29.13‰~-21.91‰和-0.14‰~9.15‰,平均值分别为(-25.12±2.04)‰和(3.23±1.78)‰,该时期POC主要来源于沉积物。

酸性矿山排水影响下水库及其入库流域水体细菌多样性与环境因子的关系

为了解酸性矿山废水排水处沿流域至水库底层水体细菌群落结构的沿程变化,探索其环境影响因素.采用高通量测序技术并结合主成分分析(principal component analysis,PCA)方法,对2019年9月采集受酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)影响的12个水样进行研究.结果表明,入库流域水样中细菌群落多样性变化趋势不明显,从表层至底层细菌多样性不断升高.在门水平上受AMD影响的细菌主要由变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes,0.21%—12.96%)、厚壁菌门(Firmicutes,0.15%—14.48%)和放线菌门(Actinobacteria,0.06%—4.64%)构成.其中,变形菌门中的α-变形菌纲(Alphaproteobacteria,2.42%—61.99%)、β-变形菌纲(B etaproteobacteria,1.29%—63.53%)和γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria,6.41%—63.09%)为优势菌类.从不同空间位置浮游细菌群落组成来看,不动杆菌属(Acinetobacter)在受AMD影响流域上游至水库底层水样中均占较大比例,为2.13%—-57.84%,假单胞菌属(Pseudomonas,3.86%—12.29%)、铁细菌属(Ferrovum,0.97%—13.21%)和拟杆菌属(Bacteroides,0.01%—5.02%)是上游水样中的优势菌属,噬氢菌属(Hydrogenophaga,0—5.94%)、盖氏铁柄杆菌属(Gallionella,1.45%-11.91%)和新鞘氨醇杆菌(Novosphingobium,0—5.34%)是中游占比较大的菌属,红细菌属(Rhodobacter,12.73%—57.52%)是下游水样和水库水样中的优势细菌.造成AMD影响下不同位点处水体浮游细菌群落组成差异的环境因子各不相同,入库流域水体细菌群落主要受NH_(4)^(+)-N、总磷(TP)和SO_(4)^(2-)影响,Mg^(2+)和As^(3+)也与入库流域水体中细菌多样性存在一定相关关系,水库水体中细菌群落主要受水温(T)影响.研究结果将有助于为酸性矿山废水微生物资源及生态环境的研究提供理论依据.

贵州威宁草海流域地下水水化学特征及无机碳通量估算

贵州威宁县草海是我国最大的岩溶湿地,岩溶地下水是其重要的补给水源和物质来源.本研究在丰水期、枯水期和平水期对草海流域内12处地下水进行了采集并测定,揭示了该流域地下水水化学特征和主要离子来源,并基于水化学径流模数法初步估算了草海流域岩溶碳汇通量.结果表明,草海流域地下水水化学类型以HCO_(3)-Ca型为主,东南部个别泉点在平水期为SO_(4)-Ca型.地下水中优势离子均以Ca^(2+)、Mg^(2+)和HCO^(-)_(3)为主,季节上SO^(2-)_(4)和Mg^(2+)平均质量浓度呈现出平水期>枯水期>丰水期,NO^(-)_(3)平均质量浓度则表现为丰水期>枯水期>平水期,其他离子季节变化特征不明显.空间上草海北部地下水中Ca^(2+)和HCO^(-)_(3)质量浓度相对较高,K^(+)、Na^(+)和Cl^(-)在西南部地下水中质量浓度较高,东南部地下水中Mg^(2+)、NO^(-)_(3)和SO^(2-)_(4)质量浓度较高.地下水中Ca^(2+)、Mg^(2+)和HCO^(-)_(3)主要受到碳酸盐岩溶蚀的控制,碳酸、硫酸和硝酸均参与了流域内碳酸盐岩的风化,三期大部分地下水中NO^(-)_(3)主要受土壤氮和生活污水的影响,东南部地下水NO^(-)_(3)则主要受农业活动影响,K^(+)、Na^(+)、Cl^(-)和SO^(2-)_(4)的来源则无明显时空差异,前3种离子主要受人类活动影响,而SO^(2-)_(4)则主要来源于地层中含硫化合物的溶解.研究区外源酸参与流域碳酸盐岩风化具有较高比例,季节上表现为平水期外源酸参与流域碳酸盐岩比例最高,丰水期最低的特征,在扣除外源酸参与流域碳酸盐岩风化的比例后,初步估算草海流域无机碳通量平均约为181.5 t·a^(-1),岩溶地下水向草海输送HCO^(-)_(3)量平均约为1 144.1 t·a^(-1).

贵州草海岩溶湿地水体不同形态氮的时空分布特征

为揭示贵州草海岩溶湿地水体中不同形态氮时空分布特征及其变化规律,通过网格布点法采集了该湿地丰、枯水期表层水,并对其不同形态溶解性氮含量进行了测定,运用Arc GIS统计模块分析了草海不同形态氮的时空分布特征,并分析了各形态氮与环境因子之间的相关性。结果表明:草海水体丰、枯水期TN的平均含量分别为(0.96±0.52)、(0.90±0.71) mg·L^(-1),总体表现呈丰水期高于枯水期;丰水期氮形态以无机氮为主,NH4^(+)-N与NO3^(-)-N之和占比总氮的54%,二者平均含量分别为(0.14±0.08)、(0.38±0.56) mg·L^(-1),这两种形态氮的高值区均分布在西侧区域,主要受外源输入影响;而枯水期氮形态以有机氮为主,DON占比TN的49%,平均含量为(0.44±0.26) mg·L^(-1),高值区出现在南侧区域,枯水期草海补给水量减少,加之水生生物的衰亡以及沉积物中氮的释放,使得该时期水体氮素主要通过湖泊内源进行释放转化。草海水体氮形态分布的季节性差异主要受水环境变化、外源氮输入以及内源氮释放的共同影响,丰水期应加强草海西部地区3条入湖河流的污染控制,而枯水期应主要控制湖内沉积物氮素的释放,进而有效降低草海水体中氮含量。

酸性矿山废水影响下水库细菌群落结构特征与环境因子关系

为揭示酸性矿山废水(Acid mine drainage,AMD)影响下水库水体中细菌群落结构特征及影响因子,对贵州省兴仁市3座受AMD影响与1座未受AMD影响水库样品进行了对比研究,利用16S rDNA高通量测序技术分析揭示细菌群落结构特征,并通过冗余分析(Redundancy analysis,RDA)探明影响水体细菌群落变化的主要环境因子.结果表明,受AMD影响水库水体中各主要阳离子(Ca^2+、Na^+、Mg^2+、Fe^2+、Mn^2+、Cu^2+、Zn^2+、Ni^2+)、SO4^2-浓度及电导率值均高于未受AMD影响的水库,而DOC和pH值均低于未受AMD影响的水库.变形菌门(Proteobacteria)是受AMD影响水库水体的主要细菌门类,在3个受影响的水库中均占比95%以上.在属分类水平上,红杆菌属(Rhodobacter)、不动杆菌属(Acinetobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)和铁氧化细菌属(Ferrovum)是受AMD影响水库水体中的主要菌属;未受AMD影响水库水体细菌群落中,放线菌门(Actinobacteria)和变形菌门(Proteobacteria)为主要细菌门类,占比分别为48%和29%,主要菌属为发光杆菌属(Ilumatobacter)、不动杆菌属(Acinetobacter).分析表明,受AMD影响水库细菌群落结构特征与未受AMD影响水库细菌群落存在明显差异,推测DOC、pH及Na^+浓度对此差异起主导作用.本研究可为科学认识受AMD影响水体微生物群落与环境因子之间的关系提供依据.