高原深水湖泊抚仙湖溶解氧分层特征及驱动因素

深水湖泊特有的“表水层-温跃层-深水层”的热力学分层结构,决定了湖内溶解氧(DO)的垂直分布和混合交换,影响着湖内生态系统的健康.然而,目前对于深水湖泊耗氧与复氧过程及其驱动因素的研究还不够深入,尤其对高原深水湖泊的研究更为缺乏.为此,本研究于2021年1月-2022年2月进行了分层采样和逐月监测,探究了典型高原深水湖泊抚仙湖的溶解氧分层特征及驱动因素.结果表明:①抚仙湖热力学分层周期分为两期,即分层期和非分层期.分层期为3月下旬至11月上旬,混合期为11月下旬至3月上旬.②在湖泊热力学分层的驱动下,湖内DO垂直分层明显.表水层DO浓度年内变化范围为6.67~8.64 mg/L,而温跃层和深水层DO最低浓度分别可降至3.15和1.26 mg/L.③抚仙湖不同水层DO浓度变化的驱动因素及效应占比不同.表水层DO受到水温、光合作用、大气复氧和气象条件的综合影响;温跃层DO主要受分层强度和浮游植物生命活动的影响;深水层DO主要受分层强度、有机质沉降分解、沉积物有机质分解的影响.研究显示,抚仙湖底层水体长期处于厌氧状态,由此带来的湖泊生境的改变以及底部营养盐释放的风险值得关注.

多注意力融合的环高原湖泊遥感影像分割

环高原湖泊区域土地类别监测为湖泊生态保护和土地资源规划提供了决策依据.针对此区域遥感影像中河流、建筑物及植被目标分布零散、尺度不均导致分割精度较低的问题,设计了融合类别与多尺度注意力的遥感语义分割网络.该网络采用编码-解码的端到端结构并以深度残差神经网络为基础构建类别与多尺度注意力模块.类别注意力对网络特征层进行初步分类与空间信息过滤,有利于网络关注类别信息以降低像素分类误差;多尺度注意力将混合域注意力和多尺度特征进行融合,为不同尺度特征建立上下文联系,改善分布零散小尺度目标固有的分割消弥问题.实验结果表明,在建立的环滇池区域遥感影像语义分割数据集上,本文设计的注意力融合语义分割网络测试精度在平均交并比和平均像素精度指标下分别达到77.4%和86.3%.从整体分割效果来看,融合类别与多尺度注意力分割网络在一定程度上解决了分布零散小尺度目标区域的分割消弥问题,对环高原湖泊区域精准监测和科学规划提供了有效依据.

贵州高原红枫湖水体理化特征与碳氮硅的时空分布研究

通过分析贵州红枫湖不同水文期水体理化特征与碳氮硅含量的时空分布,以期揭示西南山区深水性湖库水环境质量的周期性变化规律。结果表明,在平水期和枯水期,红枫湖水温、pH值、溶解氧、叶绿素a含量等水体上下层变幅较小,丰水期水深6 m左右有明显的分层现象,以溶解氧最为典型,分层期底层水中溶解氧降至1.0 mg/L以下。受外源有机物大量输入和湖内藻类生长的双重影响,丰水期湖泊中DOC含量较平水期和枯水期高。NO_3^--N和DON分别占TDN的23.3%~89.4%、7.4%~26.7%。夏季湖水底层滞水带缺氧条件有利于NH_4^+-N和NO_2^--N的生成,并导致溶解态硅的含量增高。相关性分析表明,贵州高原深水性湖库的季节性水质恶化事件与夏秋季节水体分层结构失稳密切相关。

高原深水湖泊中紫色非硫光合细菌的分离、纯化和培养方法

本文首次系统完整的报道了从高原深水湖泊中分离、纯化和培养紫色非硫光合细菌 (PNSB)的全过程。与报道的其他培养方法相比 ,此方法分离速度快、效率高 ,不受好氧菌的干扰。本研究室已经成功运用此套方法从云南高原深水湖泊如阳宗海、抚仙湖中分离出近 30 0株PNSB ,并开发生产出光合细菌系列产品 ,在色素提取、水产养殖和污水处理等方面应用取得了显著的效果。

抚仙湖子流域尺度氮排放清单构建及关键源解析

对高原湖泊流域总氮(TN)污染的精准调控是预防湖泊水体富营养化的重要环节.但过去基于全流域尺度具体时点建立的流域TN排放清单,因忽略TN污染的时空异质性,导致关键因子识别不清,控源减排措施针对性不强等问题.以典型高原深水湖泊抚仙湖为例,通过资料收集和现场调查,根据上中下游子流域特征,建立子流域尺度TN污染负荷模型;结合GIS空间分析功能,构建抚仙湖流域1990~2020年25个子流域的TN排放清单,分析TN污染负荷时空分布特征及关键污染来源.结果表明:(1) 1990、 1995、 2000、 2005、 2010、 2015和2020年的抚仙湖流域TN污染负荷分别为933.43、 1 012.90、 1 090.25、1 096.93、1 075.69、996.27和514.80 t,点源污染负荷逐年递增,但面源污染负荷仍是其主要来源. TN面源污染负荷主要来自化肥施用,点源污染负荷主要来自于农村生活;(2)TN污染负荷在空间上呈放射状递减的特点,流域整体单位面积负荷为65~6 877 kg·km^(-2),下游子流域单位面积TN污染负荷(1 009~6 877 kg·km^(-2))远远高于上中游子流域(65~1 167 kg·km^(-2));(3)污染源在子流域上存在较强的空间异质性,其中化肥施用、农业面源和农村生活污染主要来自于北岸河外直沟、抚澄河和山涧河子流域;畜禽散养污染主要来自于东岸大提坎箐河、大箐河和石股箐河子流域.研究结果可为抚仙湖流域TN控源减排措施的实施、子流域差异化管理措施的制定和湖泊水质恶化预警提供一定的科学依据及技术支撑.

基于哨兵-2数据的喀斯特高原深水湖库COD_(Mn)遥感反演

利用哨兵-2数据及多种方法反演喀斯特高原深水湖库的高锰酸盐指数(COD_(Mn)),对于区域水环境管理和丰富水质反演理论具有重要意义。以贵阳市红枫湖与百花湖为研究区,基于Sentinel-2 MSI影像和COD_(Mn)浓度数据,使用随机森林回归(RFR)、支持向量回归方法(SVR)、高斯过程回归(GPR),构建COD_(Mn)反演模型,获得2018~2020年不同时期的COD_(Mn)空间分布。结果表明:(1)RFR模型估算精度最高,验证集RMSE为0.222 mg·L^(-1),MAPE为5.84%,R2为0.841;(2)红枫湖COD_(Mn)浓度变化呈现上游高于下游、春季高于夏季的时空分布特征。百花湖除了上游,整体湖区COD_(Mn)浓度较低且随时间变化不大。研究揭示了RFR模型与Sentinel-2数据在喀斯特高原深水湖库COD_(Mn)浓度反演具有良好的适用性。