筑坝河流鱼类生物完整性研究——以珠江流域红水河为例

基于红水河流域开发特点和鱼类群聚组成特征,构建红水河鱼类生物完整性评价指标体系,评价梯级开发对红水河不同生境类型的鱼类生物完整性的影响。河流参照状态和基准值由1982-1994年鱼类历史监测数据分析得到;监测值是2013年调查的鱼类数据;现状值为2018年鱼类数据。针对红水河鱼类区系特点和高强度水电开发特征,选取总种类数占期望值比例、鲤科鱼类所占比例、鲿科鱼类所占比例、鲇科鱼类所占比例、耐受性鱼类个体所占比例、渔获物中出现的科数所占比例、杂食性鱼类个体所占比例、底栖动物食性鱼类个体所占比例、顶级肉食性鱼类所占比例和外来种个体所占比例等10个指标构建红水河IBI指标体系。结果表明:2013年25个采样江段的IBI值为38~80分,均值62分。其中,24%的江段生物完整性等级为“好”;32%的江段生物完整性等级为“一般”;44%的江段生物完整性等级为“差”。从生境类型来看,支流生物完整性明显优于水库、库尾回水区。此外,现状数据评价的结果为:2018年红水河IBI值为64分,高于2013年均值62分,生物完整性均处于“一般”等级。

筑坝河流磷素的迁移转化及其富营养化特征

人类活动过量营养物质输入是导致河流富营养化的主要原因,而河道过度的人为调控则进一步复杂化了河流的营养状态变化。闸坝是河流人为调控的重要工程措施之一,提高水资源利用效率的同时严重干扰了河流自然的生物地球化学循环,产生诸多负面生态环境效应。磷素的迁移转化对河流的营养限制作用受到越来越多的关注,国内外已有研究在筑坝河流磷的富营养化特征方面,已经取得了较为深刻的认识:水库闸坝建设滞留大量磷素,导致河流水体磷含量升高、营养物质比例变化,沉积物储存过量磷素形成的内源释放威胁,以及进一步浮游植物和有害藻类的生长响应等,使得筑坝河流的富营养化生态风险升高;在此基础上,也提出了根据降雨分配和闸控库区储水,合理设置闸坝泄流方式,以改善筑坝河流富营养化生态风险的重要管理思路。对于闸坝调控作用与水体富营养化的定量关系还有待进一步的探讨,而且随着河流资源开发和人为调控力度的增强,河流闸坝建设所产生的系列生态环境问题日益严峻,对此提出还需要系统研究的方向:闸坝调控作用下河流磷素的富营养化机制及其与氮、碳等元素的耦合作用,筑坝河流沉积物内源污染的综合管理,以及闸控景观河流的生态建设和修复等。

筑坝河流生态系统变化与响应研究

河流生态系统是陆地与海洋之间进行物质循环、能量输送、信息传递的重要枢纽,也是河流生态学研究的重点。随着人类对水资源开发利用程度的不断提高,以及水利工程的大量兴建,在一定程度上人为改变了河流的水文、水系特征以及河流的理化性质,干扰了自然状态下河流泥沙和生源物质的输移,进而对生物和生态环境以及人类的生产生活、社会经济的可持续发展造成了显著影响,并对海洋、湖泊、湿地、三角洲、河岸带产生了一系列连带的生态效应。在对河流生态学的重要理论进行整理论述的基础上,归纳总结了筑坝河流生态系统的变化与响应,为开展筑坝的生态影响评估、水库生态调度、河流生态恢复、区域可持续发展提供理论支持和可行性建议,对降低筑坝河流的生态风险和保护生物多样性具有重要的现实意义。

连续筑坝河流水气界面温室气体排放通量及其影响因素——以青海省湟水支流火烧沟为例

河流筑坝后水体环境发生巨大改变,水体温室气体排放通量和排放模式随之发生变化。为了探究筑坝后河流水气界面温室气体排放情况,选取青海湟水支流火烧沟为研究区域,采用静态箱-气相色谱实验法,对4个连续筑坝断面水气界面的3种温室气体二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)夏季排放通量进行监测,研究河流筑坝前后的温室气体排放通量规律及其影响因素。结果显示:(1)筑坝对河流碳、氮等有机质形成滞留效应,筑坝区温室气体排放通量显著高于未筑坝区,二者排放通量平均相差4.12倍。(2)时间尺度上,CO2排放的最高值主要分布于8月;而CH4排放的高峰值多分布于6月;N2O排放高峰值多分布于7月。(3)空间分布上,CO2排放通量无明显的规律,排放低值-1554.19 mg/(m^2·h)和高值778.84 mg/(m^2·h)均出现在筑坝区;CH4和N2O排放低值均出现在未筑坝区,分别为360μg/(m^2·h)和34.72μg/(m^2·h),而高值均出现在筑坝区,分别为6163.4μg/(m^2·h)和746.7μg/(m^2·h)。(4)不同筑坝段水体温室气体排放通量的影响因素不同,相关分析表明,火烧沟水体CO2排放通量与电导率(Cond)(r=-0.914,P<0.05)、pH(r=-0.907,P<0.05)、总溶解固体(TDS)(r=-0.914,P<0.05)、盐度(Sal)(r=-0.926,P<0.05)以及气温(T)(r=-0.978,P<0.01)呈显著负相关;CH4排放通量与氧化还原电位(ORP)(r=-0.968,P<0.01)、pH(r=0.979,P<0.01)呈显著相关;N2O排放通量与电导率(Cond)(r=0.903,P<0.05)、总溶解固体(TDS)(r=0.904,P<0.05)、气温(T)(r=0.970,P<0.05)以及氧化还原电位(ORP)(r=0.929,P<0.05)呈显著正相关。

喀斯特筑坝河流中生物碳泵效应的碳施肥及对水化学时空变化的影响——以贵州平寨水库及红枫湖为例

耦联水生光合作用的碳酸盐风化碳汇是全球碳循环的重要组成部分,而生物碳泵效应是稳定碳酸盐风化碳汇的关键机制.河流筑坝后,生物碳泵效应的变化、控制因素及对水化学影响的研究甚少.本研究对2个喀斯特筑坝河流平寨水库和红枫湖进行系统采样,以研究河流筑坝后生物碳泵效应的变化、控制因素及对水化学的影响.研究结果表明,入库河流的水化学变化不明显,而2个水库的水化学则表现出显著的季节变化特征,具体表现为水库的水温和pH均呈现出夏季高、冬季低的变化特征,而电导率(EC)、HCO-3浓度和p CO 2则表现出夏季低、冬季高的季节变化特征.以叶绿素a(Chl.a)浓度和溶解氧(DO)饱和度指代的生物碳泵效应则是在夏季最强、冬季最弱.生物碳泵效应利用溶解性无机碳(DIC),形成有机质并释放出氧气,是造成夏季水库pH值和DO饱和度升高,电导率(EC)、HCO-3浓度和p CO 2降低的主要因素.空间上,水库的Chl.a浓度及DO饱和度均大于河水,EC、HCO-3浓度和p CO 2均小于河水,这表明河流筑坝后,由于水库的“湖泊化”导致水库的生物碳泵效应显著提高.通过对Chl.a与碳、氮和磷浓度及化学计量比的相关性分析发现,平寨水库和红枫湖的生物碳泵效应受到碳施肥的影响.平寨水库和红枫湖水库生物碳泵效应碳施肥机制的发现,表明在喀斯特地区,生物碳泵效应不仅受到氮磷元素的控制,也受到碳元素的控制,因此在富营养化湖泊治理时,也应考虑碳的影响.

筑坝河流不同尺度土地利用结构对库区水质的影响——以平寨水库为例

为了分析筑坝河流域人类活动与库区水质的响应关系,以平寨水库为例,选取子流域、河流缓冲区及监测点圆形缓冲区三种尺度,基于2017年Landsat8 OLI遥感影像解译结果所反映的土地利用结构特征,结合实测监测点水质指标数据,运用GIS空间分析及统计分析的方法,探讨筑坝河流流域土地利用结构对库区水质的影响。结果表明:(1)在三种尺度上,土地利用结构与库区水质都有显著相关性,河流缓冲区和子流域尺度相关规律基本一致,但与圆形缓冲区尺度相关规律差异较大;(2)不同土地利用类型面积比例对水质的影响存在尺度效应,不同尺度上表现出不同的"源"与"汇";(3)土地利用相对合理指数R与水质指标呈显著负相关,说明土地利用结构越合理,越有利于减少土壤侵蚀,水体中污染物浓度就越低。

基于Ecopath模型的筑坝河流浮游生物变化分析

了解浮游生物对河流筑坝的响应,为高原河流的生态保护与可持续利用提供科学依据。基于野外调查、历史调研和室内实验,分别构建2007年(筑坝前)和2018年(筑坝后)火烧沟河流水生生态系统的Ecopath模型,通过对比分析筑坝前后的生态系统结构和功能及其系统特征,探讨筑坝对浮游生物的影响,并应用冗余分析(RDA)分析浮游生物与环境因子的相关性,识别出关键环境因子。结果表明,筑坝对浮游生物有显著影响,具体表现为:(1)筑坝后,浮游植物的种类、密度与生物量分别增加0.5、7.4和8.2倍,浮游动物分别增加1.8、8.7和3.4倍,两者的Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数均显著增加,但Margalef丰富度指数降低;(2)Ecopath模型结果显示,筑坝后生态系统趋向稳定,其周转率的上升、食物链的转变及混合营养效应的变化是浮游生物变化的重要原因;(3)冗余分析表明,筑坝后总磷(TP)、总氮(TN)、水温(WT)是影响浮游生物群落分布的主要环境因子。

筑坝河流的生态环境效应及对策措施研究

世界上许多国家,尤其是中国,出于经济发展对能源的巨大需求和减少大气污染的考虑,在几条主要江河上正在建设或考虑建设更多的大坝。随着对河流生态环境的重视,能否将筑坝对环境与生态的不利影响降到最低程度,已直接决定这些工程的成败。因此,关于筑坝对环境影响的研究变得必须且重要。为深化筑坝对生态环境影响的研究,本文从筑坝对河流生态系统的影响、常规降低筑坝影响的对策措施,三峡工程生态保护实践以及对策措施建议等方面加以总结和探讨。

喀斯特筑坝河流表层悬浮颗粒物中磷形态的时空变化及其控制因素分析——以贵州平寨水库和红枫湖水库为例

喀斯特地区生物碳泵过程中碳酸钙与溶解性磷酸盐的共沉淀是喀斯特水体的一种“自净机制”,对于缓解水体富营养化具有重要意义。为研究喀斯特筑坝河流中生物碳泵对水中磷的去除机制,在平寨水库和红枫湖进行了系统采样,通过分析悬浮颗粒物中总磷(TP)及磷形态的沉降通量与水化学参数及Chl-a的关系,明确了生物碳泵的除磷机制。结果表明,平寨水库和红枫湖悬浮颗粒物中TP沉降通量有夏季高、冬季低的季节性变化特点;在空间上有上游的TP沉降通量大,下游大坝处的沉降通量小的特点。此外,金属氧化物结合态磷(NaOH-SRP)、氧化还原敏感磷(BD-P)和钙结合态磷(HCl-P)的沉降通量还受到生物碳泵的影响。Ca2+浓度与HCl-P沉降通量、pH和DO%与NaOH-SRP、BD-P的相关性分析进一步证实生物碳泵在喀斯特湖库中的除磷效果。