面向干旱区湖泊保护的水资源配置思路——以艾丁湖流域为例

以艾丁湖流域为例,探讨并提出面向干旱区湖泊保护的水资源配置思路和方法,包括流域耗水总量控制、入湖总水量控制、用水总量控制、缺水总量控制、地下水取水总量控制等多层次全视角下的水资源配置模型系统及多重循环迭代方法。结果表明:艾丁湖流域2020年生态缺水量为2.60亿m3,2030年生态缺水量达2.48亿m^3。规划近期通过区域内压减灌溉面积,减小地下水超采量;远期需实施外调水工程。2020年综合耗水率进一步增大,在保障经济高速发展的同时,为满足艾丁湖入湖水量的基本需求,湖泊生态补水量应为0.72亿m^3/年。2030年在外调水2.48亿m^3的情景下,入湖总水量为0.91亿m^3/年。研究成果拟为面向干旱区湖泊保护的水资源配置方案分析与比选提供计算思路。

干旱区终闾湖泊孢粉记录的环境重建模式———以甘肃石羊河流域终闾湖泊为例

西北干旱区河西走廊东段、石羊河终闾湖泊边缘的三角城剖面全新世早期至末次冰消期 2 92— 6 0 0cm处 15 5个样孢粉组合 ,显示云杉、圆柏属含量极高 ,两者之和达 40 %— 6 0 % ,且百分比互为消长。云杉百分比与孢粉浓度、植被分异度成正比。通过对云杉、圆柏属生态习性、传播性能、与其它组分关系、当地特殊的自然地理条件的综合分析 ,笔者认为剖面中高含量的云杉、圆柏属来自流域上游祁连山 ,是石羊河搬运的结果 ,孢粉组合中其它成分有当地的 ,也有来自山上的。剖面附近表土花粉分析支持这种观点。云杉、圆柏属是判断流域环境变化的主要因子 ,孢粉组合中其它成分可辅助判断环境变化的细节。流域环境重建模式和具体的变化过程是 :孢粉组合中的主要成分指示流域山上的植被状况 ;云杉花粉含量高时 ,流域有效湿度大 ,山上云杉林范围扩大 ,终闾区湖泊发育 ,整个流域生物分异度、密度 ,孢粉浓度都大 ;圆柏属花粉含量高 ,流域干旱 ,山上云杉林范围急剧减少 ,整个流域生物分异度、密度减小 ,孢粉浓度降低。圆柏属受干旱影响较小 ,数量有所减少 ,但因补偿递减率的作用 ,百分比增加。这可为重建我国西部干旱区湖泊孢粉记录的古环境作参考。

营养盐与盐双重胁迫下水体中浮游细菌的响应

为阐释干旱地区内陆湖泊微生物群落对营养盐和盐双重胁迫的响应机制,针对干旱、半干旱地区许多湖泊水体受咸化与富营养化双重影响的特点,通过454高通量测序16S rRNA基因和多元统计分析,研究水体营养盐和盐的添加对细菌群落结构、多样性变化的影响.结果表明,盐与营养盐的输入引起了水体中细菌群落组成和多样性的显著变化,具体表现为：①随着盐度（以w计）的升高,α-变形菌纲（Alphaproteobacteria）的相对丰度显著增加,从对照处理的16.0%±4.6%增至SO（贫营养-盐水）处理的39.8%±18.1%;但会受到水体营养水平的制约.②富营养水平下,微咸条件（盐度为1.5‰）有利于细菌类群丰富度的增加,BE-30（微咸-富营养处理培养30 d样品）的Shannon-Wiener多样性指数（4.62）显著高于FE-30（淡水-富营养处理培养30 d样品,2.08）和SE-30（高盐-富营养处理培养30 d样品,1.69）;③高盐（盐度为3.0‰）条件下,随着水体中营养盐含量的增加,喜营养的嗜盐细菌类群大量繁殖（SE-30中无法分类的Comamonadaceae科的相对丰度达到69.3%）,因而降低了水体中细菌群落的多样性.研究显示,α-变形菌纲和无法分类的Comamonadaceae科对盐与营养盐的变化较为敏感,可作为干旱区湖泊咸化和富营养化过程的参考类群.

星海湖湿地土地利用变化及其生态需水研究

对星海湖的生态需水量进行估算,为当地水资源合理配置、维持生态功能及制定星海湖湿地生态恢复方案提供科学参考。利用GIS-遥感技术解译影像,提取1996、2005、2008、2011、2014及2018年等年份土地利用类型面积,通过水量平衡原理、FAO56Penman-Monteith法开展星海湖湿地湖泊及周边植被生态需水研究。结果表明:(1)星海湖土地利用格局以水域为主,建设用地、草地次之。水域面积整体呈现增长态势,从3.02 km^(2)(占比6.42%)增加至20.22 km^(2)(占比43.11%);建设用地面积呈现增长态势,从5.56 km^(2)(占比11.83%)增加至10.80 km^(2)(占比23.02%);(2)星海湖湿地生态需水总量整体呈增长态势,仅在2014年有所下降,在2018年生态需水总量达到最高,最小生态需水总量为13449.80×10^(4) m^(3),适宜生态需水总量为13674.34×10^(4) m^(3);1996年生态需水总量最低,最小生态需水总量为2177.11×10^(4) m^(3),适宜生态需水总量为2314.37×10^(4) m^(3)。合理的土地利用配置及管理,对水资源合理规划管理及局部生态环境改善、维护区域生态安全具有重要意义。

基于长时间序列(1975-2020年)生态耗水的岱海动态生态需水分析

生态需水是湖泊生态系统的重要指标,维持着湖泊生态系统的良性循环.以内蒙古中部半干旱湖泊岱海为研究对象,对湖泊动态生态需水进行分析.本研究在遥感和气象数据的基础上,获得1975-2020年长时间序列高精度水文要素数据,分析岱海水文要素时空演变规律;通过天然生态水深分析法、水深经验频率分析法和湖泊形态分析法分析岱海的水深随面积变化的关键水深;构建基于生态耗水规律的湖泊生态需水模型,计算自然状态下岱海生态需水动态变化范围.研究结果如下:岱海地区6-9月为丰水期,10月至次年5月为枯水期;45 a以来岱海水面面积呈显著下降趋势,近年来下降速率减缓;枯水期岱海适宜生态水深为8.72~9.92 m,丰水期为9.40~10.69 m,适宜生态需水量为5.62亿~7.71亿m^(3),适宜湖面面积为70.92~84.77 km^(2).本文构建了长时间序列气候水文数据库,确定岱海动态生态需水范围可以实现对湖泊生态健康的实时监测,为相关规划与管理提供科学依据及可操作性指导,从而为岱海湖泊治理提供理论参考.

Carbonate formation and water level changes in a paleo-lake and its implication for carbon cycle and climate change, arid China

Carbonate deposition is a main inorganic carbon sink in lakes, which varies depending on climate change and internal lake dynamics. Research on the relationship between lake carbonate and climate will help to understand mechanisms of carbon cycle in lacustrine systems. The approach of this study is to explicitly link carbonate formation with Holocene long-term climate change and lake evolution in a paleo-lake （Zhuye Lake）, which is a terminal lake of a typical inland drainage basin in arid China. This paper presents analysis on grain-size, carbonate content and mineralogical composition of sediment samples from different locations of Zhuye Lake. The results show that calcite and aragonite are two main components for the lake carbonate, and the carbonate enrichment is associated with lake expansion during the Late Glacial and early to middle Holocene. Holocene lake expansion in arid regions of China is usually connected with high basin-wide precipitation that can strengthen the basin-wide surface carbonate accumulation in the terminal lake. For this reason, Zhuye Lake plays a role of carbon sinks during the wet periods of the Holocene.