基于M-GA-BP模型的乌梁素海悬浮物浓度反演研究

为了解乌梁素海水质状况,提出一种基于M-GA-BP的乌梁素海悬浮物浓度反演方法,该方法以Sentinel-2遥感卫星影像为数据源,考虑研究区域存在的时空特性,提出将月份数据作为悬浮物浓度反演的一个特征,利用遗传算法(GA)优化BP神经网络的权值与阈值,建立GA-BP神经网络模型,并与传统BP神经网络模型进行比较。结果表明,引入月份特征模型有效降低了模型复杂度,提高了模型反演精度,其中,MGA-BP模型反演精度最高,训练集、测试集决定系数分别为0.916、0.903,训练集、测试集均方根误差分别为0.049、0.057μg/L,研究结果为乌梁素海悬浮物浓度反演提供了新思路。

乌梁素海及其周边水体222 Rn的时空分布特征及其指示意义

对内蒙古自治区乌梁素海湖泊及其周边河渠、地下水中放射性同位素氡(222 Rn)含量的时空分布特征进行了调查分析.结果表明:乌梁素海非灌溉期(2021年9月上旬)湖水、出入湖河渠水、近湖岸地下水的222 Rn活度均小于灌溉期(2020年10月下旬),非灌溉期湖水的222 Rn活度约为灌溉期的39%,表明灌溉入渗、排水过程改变了区域地下水水动力条件,加速了区域地下水的循环流动,增大了水循环系统中的222 Rn活度;河湖222 Rn活度的时空差异性显著,灌溉期湖水222 Rn在总排干入湖区偏大,表明总排干退水是湖水222 Rn的主要源项.非灌溉期湖水222 Rn活度(129.72~194.59 Bq/m^(3))和退水渠内湖水222 Rn活度(277.25 Bq/m^(3))均大于总排干内湖水222 Rn活度(110.72 Bq/m^(3)),指示地下水对湖水存在一定的补给;非灌溉期西南岸地下水222 Rn活度仅为区域平均值的47.5%,指示该地区存在湖水的侧渗补给,稀释了地下水中的222 Rn.乌梁素海接受地下水的补给,但补给水量不大,在灌溉期总排干入湖水量对湖体水环境起主要的控制作用,在非灌溉期地下水对湖体水环境的影响程度可能要高于灌溉期.

中国曲丝藻属新记录种——温泉曲丝藻(Achnanthidium thermalis)

底栖硅藻是水体生态系统中的重要初级生产者,由于其对环境具有敏感性,可用做水体生态系统的指征生物,因此底栖硅藻生物多样性调查工作尤为重要。本研究于乌梁素海的底栖硅藻调查中发现了中国曲丝藻属新记录种—温泉曲丝藻(Achnanthidium thermalis Rabenhorst)。结合光学显微镜和电子显微镜进行观察,发现该种具备曲丝藻属基本特征,又因其具有中央区两侧线纹不对称,仅一侧线纹延伸至壳缘的特征,我们将其鉴定为温泉曲丝藻。进一步分析电子显微镜下该种特征,发现其具有典型的双列线纹,而曲丝藻属的常见种类线纹特征通常为单列线纹。依照分类依据,将其鉴定为温泉曲丝藻。

2015-2022年乌梁素海水质状况及富营养化程度分析

以乌梁素海为研究对象,采集2015-2022年1月、4-11月水样,分析乌梁素海具有代表性水质指标的年际变化,基于综合营养状态指数法对乌梁素海富营养化程度进行评估分析。结果显示:①从时间角度分析,不同的水质指标呈现出各自变化特征;②2015-2022年水体富营养化程度降低,水体质量得到改善。通过近8 a乌梁素海水质情况分析,研究成果可为乌梁素海生态修复与污染治理提供借鉴。

乌梁素海湖泊湿地植物区甲烷排放规律

运用静态箱法,对内蒙古乌梁素海不同水位的芦苇群落(Phragmites australis)和龙须眼子菜群落(Potamogeton pectinatus)的甲烷排放通量进行2a(2003～2004)野外观测.发现龙须眼子菜群落(沉水植物)甲烷平均排放速率为(3.44±1.60)mg.(m2.h)-1,仅为芦苇群落(挺水植物)的平均排放速率的21.94%.高水位芦苇的排放速率要大于低水位芦苇群落.芦苇群落的甲烷排放具有明显的季节性和日变化规律,并且5cm土壤温度和光合有效辐射分别是影响季节性和日变化的主要环境因子.根据观测数据和植物的分布面积,计算得出乌梁素海2003和2004年的甲烷排放量为1024.6t和1156.7t.

内蒙古乌梁素海^210Pb和^137Cs测年与现代沉积速率

对乌梁素海沉积物柱心样品进行210Pb、137Cs测年分析表明,柱心剖面上有明显的1963年蓄积峰,这个蓄积峰对乌梁素海的现代沉积有明显的时标意义。根据210Pb的CRS模式,可以计算出每个样品深度所对应的年代,在该沉积柱心中与137Cs时标吻合较好。乌梁素海的沉积速率并不稳定,变化比较大,表明乌梁素海近113 a来沉积环境不稳定。210Pb、137Cs两种计年方法的结合有助于认识沉积速率变化较大的沼泽的沉积状况,也有助于对核素计年方法的理解。

内蒙古乌梁素海底泥总氮空间分布特征

湖泊底泥作为湖泊湿地生态系统中氮素的主要源与汇,对氮素的生物地球化学循环具有重要意义。针对乌梁素海富营养化日趋严重和湿地面积逐渐萎缩的现象,研究了底泥总氮的分布规律及其地球化学特征。结果表明,底泥中总氮含量在水平方向上总体表现为西高东低的径向分异特征;其在乌梁素海沉积剖面上具有随深度增加含量递减的规律。乌梁素海底泥氮污染主要由人类活动引起;20世纪90年代,乌梁素海富营养化进程开始加速。通过研究湖泊底泥中氮素的分布规律及其地球化学特征,为乌梁素海富营养化的治理提供科学依据。

乌梁素海湖泊沉积物粒度特征及其环境指示意义

结合放射性同位素测年,在对乌梁素海湖泊沉积物粒度的分析基础上,结合黄河以及河套地区相关文献资料,探讨乌梁素海在自然和人类活动共同作用下的演变过程。乌梁素海沉积物中黏土(<4μm)平均含量28.7%、细粉砂(4～16μm)平均含量34.4%、中粉砂(16～32μm)平均含量17.3%、粗粉砂(32～64μm)组分平均含量14.1%、砂质组分(>64μm)含量整体较低,平均含量为5.5%。沉积物不同粒级范围颗粒含量的相关性分析表明,在1965年左右(岩芯深度20 cm)乌梁素海沉积物组分特征发生了明显变化。基于此,结合前期对湖泊沉积物中元素含量特征的分析,利用粒径-标准偏差方法,通过对比黄河泥沙以及流域沉积物的粒度特征,研究了约1965年前后两个时段的沉积物来源。尽管乌梁素海湖泊沉积物主要来源于黄河携带的泥沙以及河套平原灌溉退水携带的大量流域表土侵蚀物质,但同一物源组分在1965年前后这两个不同的演化阶段具有不同的粒级特征。1965年之前,<19.95μm的粒级组分反映了河套平原灌溉退水携带的流域表层侵蚀物质组分特征,而19.95～181.97μm的粗颗粒组分反映了黄河径流携带的泥沙,后者决定了乌梁素海沉积物的粒级特征。1965年以来,这两种不同来源组分的粒级变细,灌溉退水携带的流域表土侵蚀物质(<5.71μm组分)控制了湖泊沉积物的粒度特征,并与总排干入乌梁素海的水量变化、围湖建堤以及扬水站的修建等人类活动强度密切相关。总体来看,上世纪六十年代以来,乌梁素海湖泊沉积物的粒度组成受人类施加的影响已经超越了自然作用的影响。

内蒙古乌梁素海底泥中重金属污染的分布特征

研究了内蒙古乌梁素海0—20cm深处底泥中重金属元素的全量，并利用潜在污染生态危害指数法评价了底泥中的重金属的污染风险。根据国家海洋沉积物质量一类标准、生态危害临界值和国家土壤质量一级标准，乌梁素海底泥中重金属的复合污染较严重，污染重金属主要为Cu、Cd、Ni、Zn。底泥中Pb、Cd、As、Cu、Cr、Hg、Zn之间相关性明显，说明湖泊底泥中这些重金属的污染来源相同。重金属生态风险评价结果表明：乌梁素海大部分地区属重金属轻度污染区，仅3个排干渠人口附近为极度污染区，其余地区为重度污染区。

乌梁素海芦苇资源演变及影响因素分析

在广泛调查并取得大量详实资料基础之上,探讨乌梁素海芦苇资源近30年的演变规律。发现乌梁素海芦苇资源经历了一个分布面积由小到大,产量由少到多的过程,现在稳定在1×105t左右。芦苇资源的扩张受多种环境因素的影响,包括入湖水量、营养负荷、矿化度等。芦苇产量和河套灌区的排水量,施肥量尤其是氮肥使用量密切相关。从根本上讲,河套灌区农业活动导致的湿地状态改变是乌梁素海芦苇群落演变的根本原因。

内蒙古河套灌区农田生产和乌梁素海湿地保护综合模型分析

灌溉农业是世界上常见的生产活动之一,但失衡的农业生产会造成周边湿地退化和生态系统服务功能降低。本文通过建立农田生产和湿地保护综合模型,模拟内蒙古河套灌区农田-乌梁素海湿地生态系统价值的变化规律,以寻求实现农业和湿地生态系统价值最大化的措施。以2002年的数据作为基准,控制其他因素不变的情况下,模型分析得到当施肥量为252.3 kg N/hm2时,系统的总价值量达到最大,为24.40×108元。此外,湿地子系统价值和河套灌区的引水量成正比,和农田灌溉配额成反比。将农田灌溉配额减少60%,系统总价值将增加70%。因此,在目前灌区可供水量有限的情况下,控制农田施肥量和降低灌溉配额是保持河套灌区农业生产和乌梁素海服务价值最优化的有效措施。

基于基尼系数的乌梁素海流域污染负荷分配

在水体污染物总量控制分配中,科学合理地分配污染物排放指标是实施水体环境管理的关键。将应用在经济领域衡量居民收入分配公平程度的基尼系数引入环境领域,提出环境基尼系数这一新概念用于解决流域内各分区污染物总量控制分配的问题。以乌梁素海流域为例,分别以流域内各分区人口、水资源量和国内生产总值(GDP)作为流域内基尼系数的分配指标,绘制各分配指标与主要污染物的洛伦茨曲线。根据流域内经济、社会发展和水环境承载力的实际情况,以水资源量为主要限制指标,对该流域污染物排放总量的分配方案进行调整,同时提出相应的削减方案。结果表明,基于基尼系数的污染物分配方法能够根据流域内各分区的实际情况较公平合理地分配排污指标,是一种较好的分配方法。

乌梁素海遥感影像的水体提取方法与分析

乌梁素海地处干旱的内蒙古巴彦淖尔盟乌拉特前旗境内,因此水体及地物的光谱特征都具有干旱区草型湖泊的特性。本文选取2002年11月8日的ETM遥感图像数据,应用单波段阈值法、色度判别法、比率法、多波段组合运算法及多光谱分析法对水体进行提取,分别阐述了各种方法的优缺点,但其一考虑到水体提取的简单易行,因此采用多波段组合运算法;其二考虑到遥感信息机理以及各种地物的结构、组成和理化性质的差异,而导致不同的地物对电磁波的反射特征也各有不同,所以择取易与明水水体相混淆的芦苇、居民地、林地、山体阴影4种地物在TM1、TM2、TM3、TM4、TM5、TM7六波段的光谱特征值,应用多光谱混合分析法提取乌梁素海水体范围,从而避免了单一红外波段影像的不足。最后将多波段组合法与多光谱混合分析法进行比较,并阐述了二者的适用范围。

内蒙古乌梁素海污染源调查研究

内蒙古乌梁素海已成为我国寒旱区富营养化最为严重的湖泊,为弄清乌梁素海所面临的污染负荷情况,在大量实测数据和调查数据的基础上,对乌梁素海的污染源进行了详细的计算分析。结果表明:乌梁素海的污染源主要来自3个方面,分别是农田排水、工业废水和生活污染。其中,农业排水中总磷对乌梁素海的贡献率超过了30%,总氮的贡献率接近50%,COD的贡献率达到了65%。可见,农田排水对乌梁素海污染负荷的贡献率最大。为乌梁素海源头治理提供了一定的参考依据。

乌梁素海进出水量变化及水量平衡初步分析

乌梁素海是黄河流域最大的淡水湖泊和我国八大淡水湖之一,同时也是地球上同一纬度极为罕见的具有生物多样性和重要生态功能的自然湖泊。水量平衡分析结果显示乌梁素海年均流入与流出水量分别为74 903万m3和78 686万m3,年出入湖水量相对偏差为4.8%。

乌梁素海浅水湖泊沼泽化现状及成因分析

为揭示乌梁素海面临的湖泊沼泽化问题与其驱动因素,针对2013年8月乌梁素海浅水湖泊沼泽化现状及成因,进行了实地勘查和采样,利用基于植物生物量与沉积速率、植物种类和泥深的2种评价方法进行分析。结果表明:乌梁素海沼泽化程度存在空间差异,部分区域属于沼泽化后期,分别分布在总排干入湖口处和湖区的中东部,其中,沼泽化综合指数在近入湖口处各点最大,沼泽化综合指数处于3~4,向湖区中东部逐渐减小,但仍然大于湖区中南部的下游区,该区域的沼泽化综合指标数为2~3,仍属于沼泽化盛期,直至湖区下游的最南端,属湖泊沼泽化不显著区。造成乌梁素海浅水湖泊沼泽化的主要原因很可能是在湖水流速缓慢和富营养化的综合作用下,外源物质淤积和水生植物蔓延,淤积物质和植物残体逐年累积形成底泥泥炭,随着泥炭的增厚和湖水变浅,从而演化为沼泽。

乌梁素海流域近60年气候变化特征研究

为了解乌梁素海流域气候变化特征和趋势,采用气候倾向率法、Mann-Kendall检验法、Morlet小波分析法、经验正交函数(EOF)分析法,对1960—2019年乌梁素海流域16个气象站的平均气温、降水量资料进行了分析研究。结果表明:该流域年平均气温由南向北逐渐降低,在20世纪60年代呈波动下降,之后稳定上升,存在准60 a长期振荡和准32 a中期振荡,主要空间分布为流域一致型;年平均降水量自东向西逐渐减少,年际变化略微上升,降水日数缓慢下降,存在准60 a长期振荡、准32 a中期振荡和10~15 a的短期振荡,主要空间分布为流域一致型,随时间变化表现出正负交叉。

基于水生生物的湖泊营养类型评价

对乌梁素海的水生生物进行了评价分析。结果表明:乌梁素海浮游动物共有4大类62种,平均生物量为3.75 mg/L,底栖动物11种,隶属3门3纲4科。底栖动物平均生物量为71.7 g/m2,属于富营养类型。

基于遗传算法的乌梁素海水环境的投影寻踪评价

本文以巴彦淖尔盟的乌梁素海为研究区,于2002年11月～2003年4月间,分3次对乌梁素海上均匀分布的37个网格试验控制点进行了现场水质指标测定与水环境、水生植被的实地踏勘,选取2003年4月11日乌梁素海的水质数据,应用基于遗传算法的投影寻踪评价模型进行聚类评价与分析,据此将现状乌梁素海的水质状况划分为3种类型区,并总结出各类型区的空间分布与湖中水流形态、水深、水生植被、湖中水流各入出口点的空间位置的对应关系。

基于水生生物的湖泊营养类型评价

水生生物是湖泊生态系统的重要组成部分,通过湖泊水生生物量可以得出湖泊所处的营养状态,本文以内蒙古乌梁素海为研究对象,在实测数据和调查数据的基础上,对乌梁素海的水生生物进行了评价分析。结果表明:乌梁素海浮游动物平均生物量为3.749mg/L,在3.5mg/L^8.0mg/L之间,属于富营养类型;底栖动物平均生物量为71.672g/m2,大于12 g/m2,属于富营养类型。