湖泊系统治理的经验启示——以云南省阳宗海和滇池为例

湖泊是江河水系的重要组成部分,是蓄洪储水的重要空间,在防洪、供水、航运、生态等方面具有不可替代的作用。近年来,云南省依托河湖长制组织体系,全面加强高原湖泊保护治理:划定“两线三区”实行空间管控,搭建科技平台进行基础性研究和技术性攻关,制定地方性法规强化依法治理,统筹推进“湖泊革命”攻坚战。经过系统治理,综合施策,云南九大高原湖泊面貌显著改善。文章以阳宗海和滇池保护治理为例,梳理分析相关典型做法经验,为其他湖泊治理保护提供参考借鉴。

巢湖流域“河流-湖泊”系统沉积物中氮、磷赋存特征的研究

巢湖流域作为一个拥有众多支流的大型流域,形成了典型的“河流-湖泊”系统。采集了巢湖流域中入湖河流及湖泊中表层沉积物,测定了各形态氮、磷含量。结果表明:巢湖流域沉积物中各形态氮依次为有机物与硫化物结合态氮(321.2 mg/kg)>离子交换态氮(191.2 mg/kg)>铁锰氧化态氮(79.6 mg/kg)>碳酸盐结合态氮(43.3 mg/kg),其中季节性变化对离子交换态氮的影响最大;各形态磷依次为铁铝结合态磷(331.3 mg/kg)>钙结合态磷(220.7 mg/kg)>有机磷(186.5 mg/kg),其中季节性变化对铁铝结合态磷的影响最大。综合污染指数评价表明,巢湖流域沉积物中总氮、总磷污染水平分别为轻度、中度。

一类考虑空间异质环境的湖泊生态系统模型的全局稳定性

本文研究一类空间异质环境下具有扩散的湖泊生态系统模型.引入空间异质环境影响,模型中浮游动物的扩散及相互作用系数具有空间依赖性.本文首先证明了模型解的全局存在和唯一性以及共存平衡解的存在唯一性,通过构造Lyapunov泛函,建立了模型非齐次共存平衡解的全局渐近稳定性条件,并通过数值模拟验证了理论结果.本文推广了含有外来有机物的湖泊生态系统模型,进一步证明了空间异质环境下的扩散不会改变湖泊生态系统共存平衡解的稳定性.

基于文献计量的湖泊生态系统服务研究热点与趋势分析

湖泊是地球表层重要的淡水资源库,具有重要的经济、社会和生态效益。随着湖泊研究的发展不断深入,湖泊生态系统服务的研究受到越来越多的关注。为深入了解湖泊生态系统服务的研究现状,本文检索了Web of Science(WoS)核心合集数据库和中国知网(CNKI)数据库1995年1月1日至2023年7月7日在湖泊生态系统服务领域的文献,运用CiteSpace软件和VOSviewer软件对逐年发文量、国家机构与关键词进行可视化分析,探讨湖泊生态系统服务的研究热点与发展趋势。本文沿着湖泊生态系统服务“概念演变−价值评估−影响因素”这一研究主线,梳理得到湖泊生态系统服务研究热点:在概念演变方面,湖泊生态系统服务的定义已从单纯的物质产出拓展到包括非商品化服务在内的全面功能;在价值评估方面,大多采用直接和间接市场定价法,以及InVEST和ARIES等模型来量化其价值;在影响因素方面,气候变化、湖泊富营养化和不合理的土地利用给湖泊生态系统服务带来压力,导致湖泊生态系统服务能力减弱。针对湖泊生态系统服务的研究热点,提出未来3个方面的研究趋势:一是更加深入地解析湖泊生态系统服务的内涵和价值评估理论,二是建立更具有科学性、综合性和预警性的评价体系,三是深入识别和区分湖泊生态系统服务影响因素。

湖泊生态系统中微生物驱动氮-铁耦合反应研究进展

由于人类活动的影响,许多湖泊面临着氮(N)素富集引起的富营养化问题,这影响了湖泊生态系统的氮平衡和生态功能。系统地阐述了湖泊生态系统中微生物利用硝态氮和广泛分布的铁所驱动的氮-铁耦合脱氮过程,重点梳理了微生物参与的反硝化、异化硝酸盐还原成铵和厌氧氨氧化与铁耦合过程研究的最新进展,并说明了Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)的氧化还原循环可以持续支持与含氮化合物的反应。深入理解微生物驱动的氮-铁耦合机理,有助于认识其对湖泊内源脱氮等方面的生态和环境问题的贡献。

湖泊生态系统碳汇特征及其潜在碳中和价值研究

为了应对气候挑战,达成碳达峰远景目标,需要正确评估自然资源碳中和价值。湖泊作为具有独特生态、人文价值的地理单元,因碳循环强度高、碳排放总量大,是传统意义上的碳源。通过梳理近期相关研究成果,对比不同类型湖泊碳汇/源状况,湖泊生态系统以一系列碳汇特征表现出潜在的碳中和价值。强烈的光合作用可以使水体CO_(2)欠饱和,但由呼吸-光合作用、碳酸盐岩溶蚀作用带来的水体碱度、CO_(2)分压pCO_(2)提高也有利于湖泊碳汇增益。CO_(2)在水体中大量溶解,积极参与到湖泊碳循环,将pCO_(2)高于40 Pa作为判断湖泊为碳源的依据可能忽视了水体碱度上升带来的碳汇。在湖泊沉积物中有机碳的累积受到生态系统光合-呼吸作用的影响,当异养微生物群落能及时分解沉入湖底的衰亡组织、有机质时,沉积物中有机碳不会大量累积,当呼吸对光合的相对滞后,有机碳才会大量累积。湖泊生态系统的生产力决定了固碳能力,是湖泊发挥碳汇效益的重要“碳库”。由水生植物固定下的CO_(2)总量不如浮游植物,但在过程中发挥了“压舱石”般的稳定作用。近年来的调查结果显示湖泊面临的碳排放压力正在扩大。森林砍伐、农田开垦、城镇发展等土地利用降低了陆上单元的固碳能力,外部碳源增加加剧了湖泊碳排放。面对气候变暖、水体富营养化,湖泊有机碳的矿化、生物分解正在加速,食物链固碳能力正在下降。为了发挥湖泊生态系统碳汇潜力,近期的实践成果显示未来有3个方面的内容需要坚持和改进。首先是重构水生植物,改善水体质量为湖泊碳汇效益“保驾护航”。修复湖泊生态,提高生物多样性,延长食物链中的碳流动,增强碳在湖泊中的系留效果。其次是重视沉积物碳累积。溯源分类将为我们提供碳平衡全面调查的替代方案,通过与陆地碳的累积情况对比突出湖泊生态系统的碳汇贡献。最后是以采集湖泊CH_(4)资源为目的的技术探索,将解决湖泊环境中低密度CH_(4)与能源供应高密度需求的主要矛盾,开辟湖泊碳中和新局面。

基于微生物完整性指数的水生态系统健康评价——以武汉市东西湖区湖泊群为例

在基于生物完整性指数(IBI)的生态系统健康评价中,通常会采用鱼类、底栖生物、着生藻类作为指示物种.然而,随着生态退化影响下生产者和消费者的数量锐减,可获得用于评价样本的数量越来越少,这就使得上述指示物种作为健康评价指标的可应用性大大降低.以武汉市东西湖区5个湖泊为研究对象,利用环境DNA(eDNA)技术监测的水体微生物数据,建立微生物完整性指数(M-IBI)评价方法.综合水质和实地生境条件对采样点健康状况进行评分和比较,选择甘家教湖的5个采样点作为参考点.结合遴选的6个重要的生物指标,构建了生态系统健康评价打分方法.研究结果显示在全部19个采样点中,7个健康等级为健康,占36.84%;8个健康等级为亚健康,占42.11%;4个健康等级为一般,占21.05%,甘家教湖和杨泗泾湖所有采样点均为健康水平.评价结果合理地反映了不同湖泊的健康状况,说明基于eDNA的M-IBI方法在受损湖泊水生态系统健康评价中具有广泛的应用潜力.

我国常用湖泊营养状态指数研究进展与展望

湖泊(包括自然湖泊和人工水库)富营养化已成为世界性的环境问题,营养状态指数是目前最流行的富营养化水平量化方法。然而,不同营养状态指数的基本逻辑和适用水体等方面存在明显差异,不当选取可能会造成营养水平和相关水华风险的错误估计,并引发湖泊保护和修复措施的错位。鉴于此,本文对我国常用营养状态指数的构建思路、共性和差异以及不确定性来源等进行了综述。总体来看,营养状态指数基本构建思路分3种:1)Carlson指数型(如TSI),以透明度(SD)为核心参数,使用SD的2倍变化对应指数的10分差值,假定SD为64 m时记为指数值0分;2)改良TSI指数型(如TSIm),以叶绿素a(Chl.a)为核心参数,使用Chl.a的2.5倍变化对应指数的10分差值,假定Chl.a 1000μg/L对应该指数100分;3)营养足迹指数型(如TFI),该指数亦使用Chl.a指示藻类生物量,Chl.a的e倍关系对应藻类生物量的二倍变化和指数10分差值,假定Chl.a为10μg/L时对应该指数50分。根据上述假设得出对应的基础参数评估方程,然后均以基础参数(SD或Chl.a)与衍生参数间的经验方程“直接替换”获得衍生参数的评估方程。如上可知,营养状态指数均体现了数值增大表征藻类初级生产力和伴随的水华风险提高的共性,同时本文也从:1)数据集属性和基础指标评估方程获取的方法;2)衍生指标评估方程获取的统计原理;3)分项指标的权重设置方式3个方面分析营养状态指数之间的差异性。未来展望方面,首先,鉴于当前营养状态指数均属于通用性指数,因而建议未来基于上述3种基本类型开发因地制宜的营养状态指数,实现湖泊藻类生产力和水华风险的精准指示;其次,营养状态指数的生态学依据是藻类限制因子理论,营养状态指数各分项指标(即基于总氮、总磷、SD和Chl.a)的差异可以指示初级生产力的限制因子,建议未来开展营养状态指数分项指标差异机制研究,以指导藻类水华防控措施精准施策;再次,除富营养化外,湖泊生态健康受损往往也与其它压力有关,建议未来开展湖泊生态健康对富营养化和其他压力的综合响应机制研究,制定服务于湖泊生态系统健康提升的精准调控路径。本文目的并非将营养状态指数的通用属性“复杂化”,而是旨在阐明营养状态指数的“前世今生”,进而为广大湖泊富营养化相关人员使用指数时提供参考,也希望为我国湖泊营养状态精准量化、后续保护和修复措施的精准实施提供科学依据。

鄱阳湖湖泊流域系统水文水动力联合模拟

本文以鄱阳湖湖泊流域系统为研究对象,鉴于该湖泊流域系统尺度较大,下垫面自然属性呈现高度空间异质性且具有流域-平原区-湖泊不同机制的水文水动力过程,为了真实描述湖泊流域间的水文水动力联系及反映不同过程间的作用机制,构建了鄱阳湖湖泊流域联合模拟模型.该模型基于自主研发的流域分布式水文模型WATLAC和湖滨平原区产流模型以及水动力模型MIKE 21 3个不同功能子模型的连接来实现该复杂系统的模拟.模型的联合采用输入-输出驱动及子模型的顺序执行进程,即将五大子流域与平原区入湖径流量作为输入条件来驱动湖泊水动力模型,模拟湖泊水位对流域入湖径流量的响应.以2000-2005年鄱阳湖流域6个水文站点的河道径流量、流域基流指数以及湖泊4个站点的水位资料来率定模型,其中各站点日径流量拟合的纳希效率系数Ens为0.71～0.84,确定性系数R2介于0.70～0.88之间,而湖泊各站点水位拟合的纳希效率系数Ens变化为0.88～0.98,确定性系数R2为0.96～0.98,均取得令人满意的率定结果.本文提出的鄱阳湖湖泊流域系统水文水动力联合模拟模型能较为理想再现湖泊水位对流域降雨-径流过程的响应.水位模拟结果进一步表明,该联合模型能用来获取重要的水动力空间变化特征.该模型可作为有效工具定量揭示湖泊流域系统水文水动力过程对气候变化和流域人类活动的响应.

湖泊生态系统服务功能评估初探——以湖北保安湖为例

随着生物资源价值估算方法的日益成熟 ,生态系统的服务评估成为生态系统研究的热点 .鉴于国内对于湖泊生态系统的服务评价的研究较少 ,本文运用生态系统学与生态经济学方法研究了湖北保安湖生态系统的部分生态服务 .计算得到 1992年保安湖水生态系统有机质生产价值为 15 14 .93万元 ,固定CO2 的价值为 4 772 .99万元 ,释放O2 的价值为 36 2 6 .5 3万元 ,主要初级生产者储存N、P的价值为 4 4 .4 8万元 ,而年吸收量的价值为 15 0 7.99万元 ,调蓄和供水的价值为 10 92 8.93万元 ,消除排入湖水SO2 价值为5 1.5 0万元 ,合计 2 .2 4× 10 8元 .据不完全估计 ,可以认为 ,生态系统具有巨大的生态经济效益。

湖泊生态系统服务功能价值评估——以太湖为例

本研究以太湖为研究对象,基于2007年完成的太湖湖泊生态系统的科学调查数据,综合运用生态学及经济学方法,对太湖生态系统的四大类功能(供给功能、调节功能、支持功能和文化功能)和十一个亚类的服务价值(供水功能,提供水产品,航运功能,水力发电,大气调节,输沙功能,水质调节,调蓄洪水,蓄水功能,土壤保持,旅游功能)进行综合评估。结果表明,2007年太湖湖泊生态系统服务功能总价值为1 500.372 3亿元,其中:供给功能价值973.719 3亿元,调节功能价值140.861 4亿元,支持功能价值30.761 6亿元,文化功能价值363.03亿元。在具体服务子功能类型分类中,比例明显大于其他类型的依次是航运(35.89%)、供水(27.71%)以及旅游(24.07%)。由此表明,太湖湖泊生态系统在航运功能、供水功能及旅游功能等方面发挥着重要作用,它们是太湖的核心服务功能。本研究可为太湖水污染事件的经济损失评估、生态恢复、水资源保护与管理提供数据基础。

湖泊生态系统稳态转换理论与驱动因子研究进展

湖泊生态系统会在长期的人为胁迫和短期的强扰动下发生稳态转换,稳态转换前后湖泊生态系统的结构和关键过程会发生明显的变化,探求浅水湖泊稳态转换驱动因子是科学合理确定湖泊管理策略的关键所在。对湖泊生态系统稳态转换的理论内涵、驱动机制进行了总结和探讨。湖泊生态系统稳态转换的概念主要含有发生的突然性和难以预知性、系统的结构与功能发生明显变化以及存在多稳态现象等内涵;具有非线性、多阈值、多稳态,以及修复过程中的迟滞效应等特征。湖泊生态系统稳态转换的驱动因子可分为外部驱动和内部驱动两种类型。外部驱动包括外源性氮磷负荷、气候变化、风浪、湖泊水位等因子;外源性氮磷负荷和气候变化的影响具有长期性和累积性,通过逐步削弱湖泊生态系统恢复力进而引发稳态转换;风浪、湖泊水位等为突发性因子,往往表现为稳态转换的直接诱因。内部驱动包括鱼类、水生植物等因子;鱼类主要通过对水生植物、湖泊底质、浮游动物等生态组分的影响引发湖泊生态系统稳态转换;水生植物对湖泊清水稳态可能不仅存在正反馈作用,也会在一定条件下存在负反馈作用。今后应加强沉水植物生长消亡的主要环境与生物要素综合作用机理、湖泊稳态类型与主控因素等方面的研究。

湖泊生态系统健康定量评价方法

提出了湖泊生态系统健康定量评价的一种新方法生态系统健康指数法。该方法首先设计了一个0～100的生态系统健康指数作为定量尺度,然后通过评价指标选择、各指标生态系统健康分指数计算、各指标权重计算、生态系统健康综合指数计算等基本步骤,评价湖泊生态系统健康状态。以实用实例对意大利西西里湖泊群及单个湖泊进行了生态系统健康评价。结果表明,该方法原理简单,计算简便,结果可靠、直观,既可用于同一湖泊又可用于不同湖泊生态系统健康状态的定量评价与比较,是一种值得推广的定量评价方法。

基于ASP技术的中国湖泊信息系统设计

中国湖泊信息系统经过十几年的建设 ,已得到不断的完善和发展 ,现在总共有八个子库。本文简要阐述了ASP的工作原理 ,以及基于ASP技术的中国湖泊信息系统的设计。

基于熵理论的湖泊生态系统健康发展评估

为评估湖泊生态系统的健康发展方向,基于薛定谔关于熵变与生命体关系的理论,引入信息熵的概念,建立评估湖泊生态系统健康发展的量化模型.采用基于指标所处状态的方法,划分指标为消极指标和积极指标,对指标性质和熵流方向进行辨识,权衡健康与发展两方面赋予权重计算.以2012年白洋淀各水域的监测资料为基础进行了实例应用,从计算结果可以看出,白洋淀生态系统整体处于亚健康状态,且若无重大治理措施近几年都会处于此状态,其中"水文水资源"、"生物"准则层情况最为严重.通过分析两准则层的关联指标发现,影响白洋淀健康的主要原因是甶于白洋淀的生态水位长期得不到满足,从而引发生物、水质下降,且后续实地考察得以证实.

水生高等植物对湖泊生态系统的影响

从多种角度分析了水生高等植物在湖泊生态系统中的作用以及和其它生物的关系,并从覆盖率、群落结构、植物配比等角度讨论了湖泊水生高等植物的最佳保有生物量。表明水生高等植物在湖泊生态系统中具有重要的环境生态功能和初级生产功能,水生高等植物的消退与过量生长都会导致湖泊生态系统生物多样性下降、生态系统变得脆弱和不稳定;维持湖泊生态系统良性循环,水生植物的生物量至少要大于1000g/m2,水生植物的覆盖度要大于30%,除了控制水生植物在水体中的总体生物量,还应重视挺水植物、浮叶植物、沉水植物和漂浮植物之间生物量的合适比例,并需密切注意水生植被群落结构的变化情况。

湖泊生态系统健康评价方法研究进展

在介绍湖泊生态系统健康的产生、发展、内涵,梳理湖泊生态系统健康研究进展的基础上,归纳总结了近年来几种常用的生态系统健康评价方法,包括生物监测法和多指标综合评价法,剖析了不同评价方法的优缺点。借鉴环境质量评价、可持续发展评价等领域的评价方法,探讨不同时空尺度更为完善的湖泊生态系统健康评价方法,并总结了目前湖泊生态系统健康评价过程中存在的关键问题,包括健康内涵和标准的确定、评价方法的时空尺度结合、关键性指标的阈值和数据精炼等,认为结合遥感、GIS以及生态系统研究网络等定量技术,建立多尺度互为耦合的模型,是湖泊生态系统健康评价方法的未来发展方向。

湖泊生态系统稳态转换驱动因子判定方法研究进展

湖泊生态系统会在长期的人为胁迫和短期的强扰动下发生稳态转换,灾变性稳态转换将会导致湖泊水环境在短时间内急剧恶化,进而延缓和加大治理的进程及成本。探求浅水湖泊稳态转换驱动因子是科学合理确定湖泊管理策略的关键所在,现有的驱动因子判定方法主要有实验观测、统计分析和模型模拟。实验观测缺乏对生态系统整体的判断,仅采用观测数据并不能得出导致稳态转换确切的原因和效应;统计分析难以对未来作出预警;模型模拟可有效规避上述2种方法存在的问题,特别是机理模型是今后分析稳态转换的主要方法。有必要加强统计分析与模型模拟的结合、生态模型与传统水质水动力模型耦合等方面的研究工作。

粗糙集理论对湖泊生态系统健康评定指数法的评价

选用浮游植物生物量(BA)等5个生态系统健康评价指标,通过计算各指标指数和加权综合指数法对意大利西西里岛30个湖泊的健康做出分级.然后用粗糙集理论对5个指标进行筛选处理,又重新计算加权综合指数和分级.结果表明:浮游动物生物量(BZ)指标在湖泊健康分级中没有作用,是多余指标;粗糙集理论与健康指数相结合有重要意义.

基于PSR-熵权综合健康指数法的城市湖泊生态系统健康评价

本文结合城市湖泊生态系统的特点,利用OECD(联合国经济合作开发署)建立的压力-状态-响应(PSR)框架模型建立指标体系,将信息熵(IE)理论引入指标权重的确定,建立了城市湖泊生态系统健康评价模型,选用综合健康指数法(CHIM)进行城市湖泊生态系统健康评价,并应用山东省聊城市东昌湖的实测资料,对其生态系统健康状况进行了评价,评价结果与实际情况基本相符。