鄱阳湖湿地土壤碳氮磷化学计量空间分布特征

土壤碳氮磷空间分布特征以及各生源要素间的化学计量比受到何种因子的调控,是湿地土壤研究的热点问题之一。以江西鄱阳湖洲滩湿地为研究对象,采用野外调查采样和实验室分析测定方法,阐明鄱阳湖洲滩湿地土壤碳氮磷含量与化学计量比的空间分布特征及影响因素。结果表明:(1)鄱阳湖洲滩湿地土壤有机碳、全氮、全磷含量变化范围分别为4.25~48.13、0.02~4.25、0.08~1.17 g·kg^(-1)。土壤全氮与全磷密度较高的区域分布在鄱阳湖东部,土壤有机碳密度较高的区域分布在鄱阳湖东南部以及西南部。(2)鄱阳湖洲滩湿地土壤碳氮比变化范围为1.07~27.15,平均值为7.57;土壤氮磷比变化范围为0.21~7.73,平均值为1.74;土壤碳磷比变化范围为0.78~69.71,平均值为13.61。(3)鄱阳湖洲滩湿地土壤碳氮磷含量及化学计量比均表现为表层土壤显著高于深层土壤。(4)鄱阳湖洲滩湿地土壤化学计量比均与土壤pH值和容重呈极显著负相关,与电导率呈极显著正相关。研究结果可为鄱阳湖洲滩湿地土壤质量评价及功能提升提供科学参考以及数据支持。

2022年鄱阳湖极端干旱对洪泛区地下水文情势的影响

以鄱阳湖洪泛区湿地为研究区,运用FEFLOW建立地下水流数值模型,定量评估2022年极端干旱影响下地下水文条件的时空响应特征.结果表明,2022年极端干旱对鄱阳湖的持续影响主要发生在下半年7~12月份,极端干旱会导致鄱阳湖洪泛区地下水位大幅度下降以及地下水流速整体加快,且两者变化情况均呈现出明显的空间异质特征.总体上,极端干旱影响的地下水位最大降幅可达5m左右,地下水流速增加幅度约为正常年份的1~2倍,极端干旱的强烈影响区域主要分布在洪泛区的东北部.从原因上分析,降水对地下水的补给量明显减少以及地下水向湖泊的排泄量显著增加,这些均是极端干旱条件下洪泛区地下水储量减少的主要原因.从年尺度上来说,极端干旱导致洪泛区系统的地下水排泄量增加了1.62×10^(7)m^(3),约是基准年地下水排泄量的14.5倍.鄱阳湖及其洪泛湿地作为整个流域地下水的重要排泄区和生态屏障区,本研究强调了湖泊和地下水文情势响应变化的重要性.

鄱阳湖拟建水利枢纽工程对洪泛区地下水动力的影响及其生态意义

洪泛湿地是位于水生系统和陆生系统之间的过渡带,在河流和陆地之间的水文生态方面起着纽带作用,受气候变化和人类活动的叠加影响,其水文过程改变很大程度上影响了湿地生态系统循环、结构和功能的稳定。本文以鄱阳湖洪泛区湿地为研究区,应用湖泊水动力和洪泛区地下水数值模型,评估鄱阳湖拟建水利枢纽工程对洪泛区地下水系统的影响。模拟结果表明,拟建水利枢纽工程将会遵循调度方案使得湖泊水位明显提高,但同时导致洪泛区地下水位的整体抬升,且东部主湖区附近的地下水位受到的影响(约1~3 m)要明显强于洪泛区其它区域(约小于1 m)。地下水位的变化同时导致不同典型时期洪泛区地下水流速的减小及地下水流向的改变,表现为枢纽建设后地下水流向的逆转和流速基本小于0.1 m/d。鄱阳湖涨水-丰水期总体为湖水补给洪泛区地下水模式,枯水-退水期主要为地下水补给湖水模式,但水利枢纽可能导致洪泛区地下水系统水均衡状态发生转变,影响了地下水系统的补给和排泄状态,最终形成了长期稳定的湖泊补给地下水的作用模式。从地下水-生态系统响应变化的角度分析,拟建水利枢纽建设引起的地下水位上升,可能会给湿地生物地球化学元素的迁移转化、植被群落的演变与退化等带来潜在风险。本文研究结果可为枢纽建设背景下的湿地水资源评价、生态系统修复与保护等提供科学依据。

鄱阳湖典型洪泛区地下水数值模拟研究

受地表河湖系统水情变化干扰,高度动态和异质性的洪泛区地下水文对河湖水资源、水污染以及生态环境功能等方面具有重要影响和贡献。鄱阳湖洪泛区湿地在长江中下游具有重要区位优势和研究特色,但变化环境下其水动力特征和水量交换情况等仍存在许多不确定性。本文以鄱阳湖典型洪泛区为研究区,采用地下水流二维数值模型,开展了洪泛区地表地下水转化作用与水量变化的模拟研究。结果表明,鄱阳湖季节性水位变化很大程度上决定了主湖区与周边地下水之间的动态补排模式,即洪泛区地下水补给湖泊主要发生在枯水和退水时期,而湖泊补给地下水主要发生在涨水和高洪水位时期。一般情况下,整个洪泛区地下水位与湖水位的年内变化态势基本一致,主湖区附近的地下水位年内变幅较大,而大部分洪泛区的地下水位变幅相对较小。北部地下水流速明显大于南部,主湖区附近地下水流速明显大于洪泛区,地下水流速基本小于1~2 m/d。水均衡分析发现,洪泛区地下水系统以接受降雨输入(52%)和主湖区补给(39%)为主,以地下水蒸发输出(72%)和向湖排泄(24%)为主,但补给主要发生在春、夏季,而排泄则发生在秋、冬季。地形地貌对洪泛区地下水位分布以及流速场演化具有主控作用,但湖水位动态变化却是一个关键的外部驱动力,形成了地下水湖水交互过程的季节转变。本文研究结果可为后续鄱阳湖洪泛区的水资源优化管理与配置以及生态环境的可持续发展提供科学支撑。

鄱阳湖湿地中低滩典型植物群落的生物多样性及影响因子

周期性水文节律是影响洪泛湖泊洲滩湿地植物群落物种组成与生物多样性的重要驱动力。本研究以鄱阳湖中低滩典型植物群落为研究对象,通过实地样方调查与统计方法分析植物群落的生物多样性格局及其关键环境因子。结果表明:鄱阳湖中低滩代表性群落分别是灰化薹草群落和虉草群落;植物群落的Shannon-Wiener多样性指数均值为1.5,Pielou均匀度指数均值为0.55,生物多样性与物种均匀度偏低。虉草群落的均匀度、多样性指数高于灰化薹草群落,但二者物种丰富度差异不明显。土壤铵态氮、总磷及土壤含水量和高程是影响植物群落结构与生物多样性的关键因子,其中灰化薹草的物种多样性与土壤铵态氮高度相关,而虉草的均匀度则与土壤总磷关系更密切。此外,鄱阳湖中低滩环境下,灰化薹草群落的均匀度随土壤总磷含量的升高呈现U型响应曲线,虉草则是倒U型,这表明,鄱阳湖中低滩环境下,灰化薹草群落和虉草群落生物多样性对单个、同一的环境因子存在不同的适应机制。

洞庭湖和鄱阳湖湖区洲滩民垸管理对策研究

洞庭湖和鄱阳湖是长江中下游调蓄洪水的重要场所,湖区内拥有数量众多的洲滩民垸。作为一种特殊的行蓄洪空间,协调洲滩民垸行蓄洪与民生保障之间的矛盾,始终是管理部门面临的一大难题。通过对两湖地区洲滩民垸管理、防洪治理及运用等现状梳理,从基层管理、管理体系、经济发展、防洪安全、圩堤维养等角度分析了两湖地区洲滩民垸管理运用存在的具体问题,并就加强两湖地区洲滩民垸管理提出相关建议。

鄱阳湖洪泛区碟形湖域与地下水转化关系分析

湖水-地下水转化关系研究对水资源调节与分配具有重要理论和实践意义。以鄱阳湖洪泛区碟形湖域(蚌湖和沙湖)及其洲滩为研究对象,利用水文学、热力学和水动力学方法来综合分析碟形湖-地下水转化关系与交换通量。研究发现,碟形湖与洲滩地下水的水位变化过程呈明显季节动态性,两者水位变化在春夏季节基本保持同步,而秋冬季节地下水位变幅要明显大于碟形湖水位变化,两者水位差约1~6m;碟形湖与洲滩地下水的水温变化范围分别为3-30℃和15~18℃,两者在春夏季节水温差异可达14℃,秋冬季节可达20℃;应用VFLUX 2模型与地下水达西定律,发现碟形湖-地下水之间的垂向交换在季节尺度上存在相互转化,两种方法估算结果在量级上比较吻合,碟形湖-地下水交换通量约8.6~43.2cm/d。

鄱阳湖苔草洲滩湿地土壤胞外酶活性和化学计量比的高程变化特征

土壤胞外酶参与土壤的生物化学过程,其活性和化学计量比能够反映土壤微生物的功能动态.然而,目前湿地生态系统中催化不同生物地球化学关键过程的土壤胞外酶的活性和化学计量比随高程的变化特征还不清楚.以鄱阳湖苔草洲滩湿地6个不同高程样带的表层土壤(0~10 cm)为研究对象,通过测定与土壤碳、氮、磷循环相关的7种水解酶的活性,分析了洪泛平原洲滩湿地土壤碳、氮、磷循环相关酶活性和化学计量比随高程的变化特征和调控机制.结果表明:随着高程增加,鄱阳湖苔草洲滩湿地土壤与碳循环相关的α-葡萄糖苷酶(AG)活性逐渐减小,β-葡萄糖苷酶(BG)活性没有显著变化,纤维二糖水解酶(CBH)活性先减小后增加,木聚糖酶(XYL)活性逐渐增加;与氮循环相关的N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和亮氨酸氨基肽酶(LAP)活性逐渐减小;与磷循环相关的磷酸酶(PHOS)活性没有显著变化.高程增加后,土壤中BG:NAG逐渐增加,BG:PHOS逐渐减小,NAG:PHOS没有显著变化.结构方程模型表明,鄱阳湖洲滩湿地土壤碳、氮、磷循环相关酶活性最大的影响因素分别为高程、植物物种丰富度和土壤总磷.土壤碳氮酶化学计量比主要是受高程的综合影响,而土壤碳磷和氮磷酶化学计量比主要受土壤pH的直接作用.

鄱阳湖湿地洲滩植物梯度变化

湿地洲滩植物物种多样性及生物量是反映湿地生态系统状态的重要指标,也是揭示水位变化下湿地生态系统响应机理的重要途径。基于鄱阳湖湿地野外调查和实验分析数据,利用α和β物种多样性指数,初步探讨了鄱阳湖湿地洲滩植物物种多样性及地上部分生物量的空间分布特征及其差异性。结果表明,鄱阳湖湿地洲滩植物物种多样性随高程变化的差异性显著(P<0.001),蚌湖和泗洲头在高程14-15 m的指数较大,表明这一高程范围内与其他高程范围内的物种更替比较显著,而战备湖和北深湖在高程15-16 m的指数较大,表明这一高程范围内与其他高程范围内的物种更替比较显著,而常湖池的指数变化不明显,表明常湖池各高程范围内的物种更替较小。鄱阳湖湿地洲滩植物年地上生物量的空间差异性较为复杂,与湿地高程呈现单峰曲线关系,即随湿地高程增加而增加,到达一个峰值后开始减少。同一高程范围内下,洲滩前缘与碟形湖泊的物种多样性与地上生物量差异显著(P<0.05),前者最高值在高程13-15 m,后者最高值在高程14-17 m。

近20年来鄱阳湖流域泛滥平原沉积物微量元素含量与污染变化

查明鄱阳湖流域微量元素的污染状况、识别其潜在来源并评估生态风险,对制定保护流域生态系统的有效策略至关重要.为了全面了解鄱阳湖流域5条主要支流泛滥平原沉积物中Cd、Hg、Pb、As、Cu、Zn、Cr、Ni、Mn、Sb、W和Sn等12种微量元素间隔近20 a的含量、污染水平和生态风险的时空变化状况,采用富集因子(EF)和修正综合污染指数(MPI)评价了微量元素的污染水平,应用潜在生态风险因子(E_r)和修正生态风险指数(MRI)量化了微量元素引发的生态风险,并对污染水平显著变化区域的污染源进行了分析和探讨.研究结果显示,近20年来,鄱阳湖流域泛滥平原沉积物中Cd、Zn、Mn、W和Pb含量分别升高了134%、26%、41%、25%和8%,Hg、As、Cr、Ni、Sb和Sn含量分别降低了35%、15%、22%、10%、14%和13%,Cu含量无明显变化;饶河、赣江和信江流域的Cd含量分别升高了331%、151%和107%,抚河、赣江和修水流域的Hg含量分别降低了87%、41%和40%;其污染变化主要表现为Cd污染加剧和Hg污染降级,整个赣江流域Cd污染升级至中度和中度-重度,饶河乐安江Cd污染升级至重度,抚河流域Hg污染降至无或轻微;Cd污染加剧导致综合污染升级,极度和重度污染点位比例由17%升至33%;极高生态风险点位的比例由11%升至22%,其高MRI贡献率元素由Hg变为Cd,源于Hg污染的极高生态风险点降至中等生态风险.鄱阳湖流域泛滥平原沉积物中微量元素的显著污染变化主要源于矿产开发与冶炼、工业和农业生产等人为活动.研究成果可为河流污染防治和流域生态系统的优化管理提供科学依据.

鄱阳湖水体垂向分层状况调查研究

湖泊水体混合或分层对环境和生态具有显著指示意义,能够提高对未来湖泊水环境状况的评价与管理。针对洪泛鄱阳湖水位季节性变化显著等特点,基于剖面温度和稳定氢氧同位素的调查分析来探明多因素影响下鄱阳湖水体垂向分层或混合状况。结果发现:鄱阳湖枯水期和洪水期水体垂向温差大多处于0~1.0℃,大部分水域温差小于0.5℃,但偶见洪水期部分水域会达到1.5℃的较大温差。总体表明,在季节变化尺度上,鄱阳湖具有较为稳定的等温层,没有明显温度分层特征。同位素分析结果得出,枯水期和洪水期的氢氧稳定同位素值在深度剖面上呈均一分布,表明鄱阳湖水体混合状况较好或完全混合。虽然湖区气象条件和水文条件均是影响鄱阳湖水体分层或混合的重要因素,但鄱阳湖入流和出流等水文条件是影响鄱阳湖水体垂向混合的主要因素。鄱阳湖水体混合同时对湖泊水环境因子的垂向分布特征可能产生重要的影响或控制作用。首次基于大量野外监测有针对性地开展鄱阳湖水体分层研究,结果有助于对湖泊水流结构的深入认识,可为湖区水体污染物的输移模拟与作用机制阐释等方面提供科学参考。