水体富营养化及物种入侵对星云湖食物网的影响

以云南浅水富营养化湖泊星云湖为研究区域,于2019~2020年对星云湖水质样品、初级生产者浮游植物(浮游碳源)、沉水植物(底栖碳源)、流域有机质(陆源)以及消费者浮游动物、底栖动物、鱼类等生物样品进行系统采集,甄别了星云湖初级生产者和消费者的碳、氮稳定同位素组成特征,并使用MixSIAR模型对消费者食物来源进行量化,对比分析以初级生产者(模式A)、以碳源贡献权重(模式B)和以初级消费者(模式C)3种不同氮稳定同位素基准计算的消费者营养级结果,进而构建适用于浅水富营养化湖泊的食物网结构,探讨富营养化以及外来入侵物种可能对星云湖食物网产生的影响.结果表明,MixSIAR模型结果显示浮游碳源、底栖碳源、陆源对消费者的贡献分别为77.3%、12.2%、10.5%,且沿岸带、敞水区不同生境鱼类的碳同位素信号不存在显著性差异,与浮游碳源的相近,指示浮游碳源是富营养湖泊消费者最主要的食物来源,其能量传输以浮游路径为主.对于不同食性的鱼类,杂食性鱼类的基础食物源(CR)跨度大,而肉食性鱼类营养长度(NR)更高,两者的核心生态位分离,且杂食性鱼类的核心生态位面积(3.79)高于肉食性鱼类(2.46),表明杂食性鱼类具有更高的适应性.模式B计算的营养级结果与消费者的食性较一致,可应用于星云湖消费者营养级计算.模式B结果显示,星云湖食物链长度为3.73,顶级掠食者为抚仙鲇,入侵物种太湖新银鱼营养级(3.37)次之,且与星云白鱼(3.01)在食物和生存空间上存在竞争.研究认为,富营养化导致的物源和能流的改变以及外来物种的入侵是造成星云湖土著鱼类资源衰退、食物网结构中生物多样性减少及生态系统功能弱化的主要原因.

云南45个湖泊硅藻总磷转换函数及其定量重建评价

20世纪中期以来随着流域开发的增强,营养物质的流域输出与水体富集导致云南湖泊出现了持续的富营养化过程,对高原湖泊的生物群落构建和生态系统健康产生了重要影响。区域尺度上云南湖泊的现代监测时间较短(如<20年),无法为湖泊生态恢复提供可靠的营养水平背景值。因此,应用古湖沼学方法建立硅藻群落与营养水平指标的定量模型可为污染湖泊的富营养化历史重建与修复目标建立提供重要的定量分析手段。本文选取云南地区45个湖泊开展了表层沉积物硅藻群落的空间分布特征分析,结合湖泊水体的环境变量数据开展了影响硅藻群落构建的环境梯度识别,识别出水体总磷(TP)是驱动硅藻群落空间变化的关键环境因子(独立解释方差为4.54%,P<0.001)。进一步应用多元统计分析,建立了45个湖泊的表层沉积物硅藻与水体TP的转换函数。采用偏最小二乘加权平均回归(WA-PLS)方法建立的转换函数模型中,组分2的预测能力最强(R^(2)_jack=0.465,RMSEP=0.396)。进一步结合星云湖沉积物硅藻群落的演替序列,定量重建了近百年来水体TP值的变化历史。重建结果与多年监测数据具有显著的一致性(P<0.001,R^(2)=0.79,n=13),零模型检验进一步表明了水体TP浓度是驱动硅藻长期演替的显著因子。历史重建结果显示,在星云湖富营养化前的历史时期(约1950年前)水体TP的背景浓度约为12.8~29.3μg/L,可作为该污染湖泊开展环境修复的营养水平修复目标。研究表明,基于生物群落结构的湖泊营养水平定量重建方法可为建立云南污染湖泊的环境修复目标提供重要的分析手段。

极低浮游动物丰度生境食蚊鱼仔稚鱼食物组成与摄食策略

浮游动物丰度可能是制约入侵鱼类仔稚鱼早期存活的关键因素。本文针对典型入侵鱼类食蚊鱼Gambu⁃sia affinis在岩溶泉潭中极低浮游动物丰度条件下的食物组成及摄食策略展开研究,以揭示其对上述特定环境的适应性。2021—2022年调查显示,星云湖“天中”龙潭群的浮游动物丰度均值仅为2.95 ind.·L^(−1),桡足类及其幼体是主要成分,数量百分比占53.4%~81.6%。食蚊鱼仔稚鱼消化道共检出31个食物种类;摄食策略表现为以桡足类(锯缘真剑水溞Eucylops serrulatus)为主的狭食性策略,也表现出具有在广食性策略与狭食性策略间切换的能力。食物充塞度指数(0.70±0.16)和身体肥满度指数(2.1±2.4)显示,食蚊鱼仔稚鱼具有良好的摄食条件和身体营养状况。在贫乏的饵料条件下,食蚊鱼仔稚鱼仍取得了生存上的成功,这提示食蚊鱼对高海拔贫营养水体同样具有极高入侵风险,其背后的生态学机制值得进一步深入探索。

星云湖流域生态环境质量时空变化评价

选取1988—2021年4期Landsat影像,反演绿度、湿度、热度、干度指标,采用主成分分析法构建遥感生态指数(RSEI),监测星云湖流域生态环境质量时空变化。结果表明:1988—2021年星云湖流域生态环境质量变化较小,稳定在中等水平;沿湖平地及山间河谷生态环境质量恶化,边缘山区生态环境质量改善;该流域土地利用类型以耕地、林地为主,土地利用变化响应生态环境质量的变化;2000年后绿度和湿度指标对生态环境质量的改善越来越重要;生态环境质量的空间分布呈聚集性,高-高聚集区由沿湖平地逐渐向山区转移,低-低聚集区主要分布在石漠化现象严重的山区。

云南星云湖国家湿地公园鸟类多样性

为全面掌握云南江川星云湖国家湿地公园的鸟类多样性及其群落动态。2020年11月—2021年10月,采用样线法和样点法调查星云湖国家湿地公园鸟类多样性。共记录到鸟类112种,隶属于15目44科,其中国家Ⅰ级保护动物1种,国家Ⅱ级保护动物7种。湿地公园有留鸟64种,冬候鸟33种,夏候鸟10种,旅鸟4种,迷鸟1种。沼泽湿地鸟类种类最多,有77种,农田最少,有74种。沼泽湿地鸟类香农-威纳指数和均匀度指数最高,分别为3.5225、0.8134。冬季鸟类种类最多,有84种,夏季最少,有69种;冬季的鸟类香农-威纳指数和均匀度指数最高,分别为3.6052、0.8137,春季最低,分别为2.9167、0.6675。农田与沼泽间的鸟类群落相似性最高,为0.7733,林地与农田间的鸟类群落相似性最低,为0.6233。春季与冬季的鸟类群落相似性最高,为0.7853,夏季与秋季的鸟类群落相似性最低,为0.7092。研究结果为湿地公园保护管理与鸟类监测提供了基础资料。

星云湖水质季节性变化及成因分析

为了解星云湖水质旱雨季变化特征及原因,采用综合营养状态指数法和综合污染指数法分析了星云湖水质季节性变化规律,并利用Spearman模型对星云湖综合营养状态指数、综合污染指数和水位、水温进行了相关性分析。结果发现,星云湖入湖河流综合污染指数的旱雨季变化与湖体变化情况一致,即雨季污染高于旱季;湖体水温与综合营养指数及综合污染指数显著正相关,湖体水位与综合营养指数在2019年表现为显著负相关。得出结论:星云湖雨季水质普遍劣于旱季,其原因是受入湖河流污染输入、水温上升、水位下降等因素的影响。并提出加强源头治污、保证生态流量、实施内源污染治理等建议,为未来星云湖水质持续提升提供参考。

星云湖蓝藻水华暴发原因及治理方法

蓝藻水华暴发是水体富营养化的重要特征。近年来,星云湖蓝藻水华出现大规模的持续暴发,不仅给流域内的水产养殖业带来严重危害,也直接影响当地生产生活用水和旅游业发展。本文详细分析星云湖蓝藻水华暴发原因,综述蓝藻水华的治理方法。星云湖呈半封闭型,内源污染与外源污染共同作用导致蓝藻水华频发。对此,可综合利用化学法、生物法和物理法进行治理,以改善星云湖水质和周边生态环境。

基于GF卫星的星云湖蓝藻水华监测

文章基于GF卫星数据,利用NDVI方法实现了星云湖蓝藻水华的提取和水华覆盖度计算以及面积估算,分析了气象要素对星云湖蓝藻水华爆发的影响,生成的归一化植被指数能够较好地反映星云湖蓝藻水华分布状况,适于业务化运行。星云湖蓝藻水华冬春季多发生在星云湖的北部和西北部,蓝藻水华大面积爆发时会蔓延至湖中区域。冬春季降水少、日照时数增加,微风等气象条件有利于水华的发生。

云南星云湖径流区西部修复区历史遗留矿山生态修复研究

抚仙湖流域山水林田湖草生态保护修复—星云湖径流区矿山环境治理恢复工程项目是云南省历史遗留矿山修复设计的首批试点项目,其中西部修复区规模最大、实施效益最好。文章从环境特征、修复思路、修复布局及修复措施四方面,对星云湖径流区西部修复区历史遗留矿山生态修复项目进行分析。项目实施后,星云湖水质短期内由劣Ⅴ类优化到Ⅴ类,小流域水土保持和水土涵养效果显著加强,矿山地质环境及农林环境明显改善,对推进历史遗留矿山生态修复和生态文明建设具有重要意义。

星云湖硅藻群落响应近现代人类活动与气候变化的过程

随着人类活动的增强与全球气候变暖的持续,近年来云南湖泊的生态系统功能持续退化,而目前对云南湖泊生态系统的研究还主要集中于单一环境压力的生态效应。以星云湖为研究对象,通过沉积物记录与现代监测资料,识别在湖泊富营养化、气候变化以及人类强烈干扰下硅藻群落结构响应的过程,并甄别驱动群落变化的主要环境压力及其强度。结果显示随着湖泊生产力水平(如沉积物叶绿素a浓度)的增加,硅藻物种组成发生了明显的变化,主成分分析表明了水体富营养化是驱动群落变化的主要环境因子(r=-0.63,P<0.001)。简约模型与方差分解的结果表明近200年来(钻孔长度38cm),湖泊营养水平和水动力是驱动星云湖硅藻群落变化的主要环境因子,分别解释了群落变化的18.8%和2.9%;而1951年以后,湖泊营养水平和温度分别解释了硅藻群落结构变化的31.4%和26.8%。研究结果表明了硅藻群落长期变化的主控因子是湖泊营养水平,而人类活动及气候变化等可以通过改变湖泊水动力及湖水温度来驱动硅藻群落的演替,同时抚仙湖-星云湖的连通性也对硅藻群落的演替产生了一定影响。

星云湖表层沉积物矿物组成及其环境意义

星云湖表层沉积物中的矿物成分主要为粘土矿物、碳酸盐矿物、长英质矿物和铁矿物。从下往上方解石和石英具有消长变化规律,即从下往上方解石含量迅速增加,而石英含量则逐渐降低。这种规律性变化与沉积物中CaO和烧失量的变化具有明显的正相关性。它反映了近年来湖泊富营养化有加剧的趋势。星云湖表层沉积物矿物成分的垂向变化与环境变化的对比分析研究表明,沉积物中自生方解石含量的变化可以灵敏地指示湖泊环境变化,是环境变化研究中一个良好的环境替代指标。

云南星云湖沉积物正构烷烃记录的近代环境变化

为探讨气候变化与人类活动对湖泊环境影响在湖泊沉积中的记录,在云南星云湖水深8.2m处采集1支85cm长的柱状沉积岩芯,利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对沉积岩芯中的类脂物分子进行分析,揭示了近160年以来星云湖地区环境演变过程。分析结果表明沉积岩芯中的正构烷烃碳数分布C15~C35呈有规律变化:85~60cm深度表现为低碳数相对优势,60~32cm逐步变为以高碳数为优势,32~10cm高碳数较前阶段降低,10~0cm深度低碳数显现明显优势。同时,平均碳链长度(ACL)、高碳数同系物与低碳数同系物比值(H/L)以及C27/C31等结果还揭示出:近160年来湖泊沉积中有机物输入经历了内源低碳(1920s前)、外源高碳(1920s^1980s初)和内源低碳(1980s初~2004年)为优势的演变过程;在人类活动干扰较小状况下,H/L变化与气候的冷暖变化具有显著的对应关系,即H/L低值段明显对应于气候的相对寒冷期,H/L高值段明显对应于气候的温暖期。在1990年代以后,尽管气候持续变暖,但由于人类活动影响加剧,湖泊富营养化快速发展,H/L值却随之急剧降低,反映出沉积岩芯中的类脂物可敏感记录人类活动对湖泊环境变化的影响。

滇中星云湖地区200年来的环境演化

在对星云湖的近现代沉积物进行粒度、稳定同位素等测试分析的基础上,综合对比了多项环境指标,并从自然变化和人为影响2个方面揭示湖泊环境演化的动态过程和动力学机制以及各环境要素的内在联系。研究表明该地区近200 a来环境及生态演化具有以下区域性特点:19世纪初期气候较为温暖干旱,之后向温凉湿润转变,20世纪80年代开始,湖泊出现富营养化,1998年以来气温处于回升状态,现在正处于暖干气候阶段,人类活动正在日益深刻地影响着湖泊的环境演化。

近60年来星云湖沉积物中重金属污染记录

文章以星云湖08XY-4号钻孔岩芯为研究对象,通过对岩芯的137Cs和210Pb测年和多种元素组分(重金属元素Cd、Cr、Cu、Pb、Zn,成岩组分Fe、Mg、Al、有机质、碳酸盐和烧失量)的含量分析,系统研究了星云湖近60年来底泥中重金属的来源和污染历史,并借助地积累指数法对星云湖的重金属污染程度进行了评定。结果表明20世纪80年代末期以前,星云湖沉积物中元素Cd、Cr、Cu主要为自然来源,之后受当地工业化蓬勃发展的影响,人类活动对湖泊重金属含量的影响显著增强;元素Pb的污染历史早于20世纪50年代,与全球很多区域Pb污染要早于其它多数重金属污染这一现象相似;此外,可能受当地特殊的工业发展历史影响,1973～1991年期间星云湖遭受严重的Zn污染,平均污染指数值达到3.25,按Muller污染指数分级属4级偏重污染。综合来看,当前星云湖的污染程度仍然较轻,但是近期人类活动的影响已明显显现,需要加以重视。

基于GIS的星云湖流域生态敏感性评价

基于GIS技术,根据星云湖流域主要生态问题选取6个因子,采用多因子加权求和模型对星云湖流域生态敏感性及其空间分布进行了评价分析,并按生态敏感性评价值将研究区划分为高度敏感区、中度敏感区、低度敏感区和不敏感区4个等级。结果表明:研究区高度敏感、中度敏感、低度敏感和非敏感区域面积分别为104.08km^2,124.52km^2,102.78km^2,39.30km^2;中度及以上敏感区面积约为228.60km^2,占流域总面积的61.67%,生态敏感性总体较高,空间上主要分布在江城镇、星云湖及其湖滨和雄关乡等;建议将高度敏感区划定为生态保护区加以重点保护,中度敏感区划定为控制发展区,低度敏感区和非敏感区为适宜发展区。评价结果能较好地反映流域综合生态敏感性空间分布特征,可作为流域土地资源开发建设和环境规划与保护的依据,并为高原湖泊流域开展类似研究提供参考。

云南星云湖沉积记录的近代环境变化：来自正构脂肪醇的证据

利用气相色谱—质谱联用仪(GC—MS)对星云湖76cm长的沉积岩芯类脂物分子中脂肪醇进行分析,揭示了近130a以来星云湖地区环境演变过程。结果表明:脂肪醇碳数分布C12～C30呈有规律变化:76～60cm深度表现为高碳数与低碳数相对平衡态势,60～38cm逐步变为以高碳数为优势,38～12cm高碳数较前阶段降低,12～0cm低碳数显现明显优势。低碳数与高碳数组分的比值Rl/h介于0.13～4.1之间,在人类活动干扰较小状况下,Rl/h变化与气候的冷暖变化具有显著的对应关系,明显揭示出了相对寒冷(1920年前)—温暖(20世纪30—50年代)—较寒冷(20世纪60—70年代)温暖(20世纪80年代)的气候变化阶段;20世纪90年代以后,湖泊富营养化快速发展,Rl/h也随之急剧增加。反映出脂肪醇对湖泊环境变化记录的灵敏性以及人类活动的干扰可能对环境自然演化的痕迹予以改变,产生叠加放大或抵消效应,使得现象解释更加复杂。从多种代用指标交合中提炼判识自然与人为因素对环境的影响,是现代沉积物研究中必须注意的问题。

基于底泥重金属污染及生态风险评价的星云湖疏浚深度判定

湖泊污染底泥环保疏浚工程需判定合理的疏浚深度。以星云湖底泥为研究对象,采集8个底泥柱状样,分析底泥中As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn浓度的垂向变化特征,应用地累积指数法和潜在生态风险指数法评价了重金属污染程度及潜在生态风险,基于重金属污染程度和生态风险水平确定合理的环保疏浚深度。结果表明:星云湖底泥中As、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn浓度平均值分别为14.76、35.76、46.14、46.08、115.76和109.82 mg/kg,As、Pb和Zn浓度均超过GB 15618—2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》中农用地土壤污染风险筛选值;底泥中重金属的污染多为清洁水平,部分采样点Pb和Zn偏中度污染,总体表现为Pb>Zn>As>Ni>Cu>Cr;底泥重金属潜在生态风险处于轻度生态风险水平,各采样点生态风险水平为1#>7#>2#>6#>4#>3#>8#>5#;利用临界累积深度法结合生态风险变化拐点法推荐星云湖除东南部外湖湾底泥环保疏浚深度为20~30 cm。

星云湖流域畜禽粪便污染负荷及其环境影响

从星云湖流域畜禽养殖业现状分析入手,通过排泄系数法原理,估算流域各乡镇的畜禽污染物产生量,进一步核算农田畜禽粪便负荷量,在此基础上,对各乡镇农田畜禽粪便负荷承受程度进行警报与分级。同时,对畜禽养殖对水环境的影响进行了分析,根据各乡镇畜禽粪便污染物的产生量,测算了各地污染物流失进入水体的排放量,为了分析出各类污染物对水体污染的贡献值的大小,引入污染物等标排放量评价方法。结果表明,流域各地畜禽污染物产生量与农田畜禽粪便负荷警报值并不成对应关系,污染物产生量较小的路居镇对环境已达到威胁级别;畜禽污染物流失进入水体的排放量较大,各类污染物中,猪尿排放对水体的影响较大,在各类污染因子里,TP对星云湖的贡献值最大,其次是TN、COD。

云南高原湖泊滇池和星云湖pH值特征及其影响因素分析

pH值偏高是云南高原湖泊存在的特征性问题。磷是湖泊富营养化的主要限制因子,研究表明,随着水体pH值的升高,沉积物的释磷量明显增加,增幅甚至可达几百倍。过量的氮、磷从地表水中汇入是造成湖泊富营养化的重要原因,但是磷从底泥中释放造成的影响也不容忽视,这使得用控制沉积物与湖水界面物-化要素限制磷释放的研究更显重要。为了给高原湖泊治理提供依据,从滇池湖区地质背景、浮游藻类、溶解氧、大地热流、水质富营养化等方面研究pH值的时空变化及其影响。

星云湖流域土地利用变化与水质响应分析

为探究星云湖流域土地利用变化对湖泊水质的影响,对星云湖流域土地利用信息进行高分辨率遥感影像解译,获取研究区耕地、林地、草地、建设用地、交通运输用地、水体与裸地7种土地类型近30年间的土地利用状况信息,并与湖泊水质进行相关性分析。研究结果显示:1)星云湖流域在建设发展过程中各种土地类型均有明显变化,流域内主要土地利用类型是耕地、林地、草地、水体、建设用地5种。建设用地与交通运输用地面积增加显著,主要占用耕地与草地;草地与裸地面积在逐步减少,大量草地转化为耕地和建设用地;水体面积在小范围内波动,林地覆盖范围变得破碎化;耕地面积有所增加,主要流入来源是草地与林地,主要流向为建设用地与交通运输用地。2)星云湖在1995年前各项水体污染指标变化不明显,为Ⅲ类水质;2000年开始水体污染指标逐步增加,水质类别下降为Ⅳ类,2005年后水体污染指标增加明显,水体恶化显著,水质下降为Ⅴ类,处于中度-重度富营养状态。3)星云湖流域耕地、建设用地与交通运输用地与水体污染均有强烈的显著正相关性,表明星云湖的水质恶化可能是农业面源污染、生活污染源与工业污染源的共同作用结果;草地与裸地同水体污染有显著的负相关性,说明透水性下垫面对污染物具有明显截留、吸收作用。