基于水质管理目标的博斯腾湖生态水位研究

人类开发活动导致湖泊生态功能严重退化,研究湖泊生态水位对于维持湖泊生态系统健康意义重大。针对博斯腾湖化学需氧量(COD)浓度较高的水环境现状,分析博斯腾湖水位和COD浓度关系,研究提出基于水质管理目标的生态水位,以期为博斯腾湖水资源、水环境管理提供参考。结果表明,博斯腾湖水位与水体COD浓度显著负相关,但由于COD浓度空间差异较大以及影响因素不唯一,水位与COD浓度两者之间曲线估计结果不理想。为实现博斯腾湖COD浓度小于20 mg/L的水质管理目标,引入累计水位概念进行统计分析得到两个特征水位:所有COD浓度大于等于20 mg/L的数据对应水位的平均值为1046.02 m,该水位在历史丰水期水位的频率为60.83%,可作为最小生态水位;所有COD`浓度小于等于20 mg/L的数据对应水位的平均值为1046.4 m,该水位在历史丰水期水位的频率为44.70%,可作为适宜生态水位。适宜生态水位1046.4 m与已有研究成果基本相符,博斯腾湖在1046.4 m时既有利于水质管理,也可保障湖泊整体生态系统健康。

新疆博斯腾湖浮游细菌丰度对富营养化及咸化的响应

本文以地处干旱地区我国最大的内陆淡水湖——博斯腾湖为研究对象,于2010年6月,在博斯腾湖大小湖区共选取23个采样点,采用表面荧光显微镜直接计数法(FDC)研究了水体中浮游细菌丰度的空间分布规律及其与环境因子的关系.结果表明:博斯腾湖水体中总氮(TN)浓度在0.26-1.45 mg/L之间变动(均值0.91 mg/L),已达到中营养和富营养水平.水体的矿化度(TDS)在219-1696 mg/L之间变动(均值1125mg/L),已达到微咸水湖的标准.水体中浮游细菌的丰度变动在1.41×106-4.57×106 cells/ml之间(均值2.89×106 cells/ml),其峰值出现在人为活动强烈的金沙滩(5#点)与污染较重的西北部湖区,最低值出现在盐度最低、污染最轻的河口区(14#点).聚类分析结果显示,博斯腾湖的23个采样点可以分为淡水区(FR)和微咸水区(BLR)两个类群.微咸水区的TDS、电导率、盐度、TN、高锰酸盐指数、氯化物、硫酸盐的含量及浮游细菌的丰度均显著高于淡水区,浮游细菌的丰度与CODMn及Cl-呈显著正相关.浮游细菌的空间分布差异是其作为一个敏感指标对水体富营养化及咸化加剧的响应.

基于MODIS数据的博斯腾湖流域地表蒸散时空变化

基于2002～2009年期间的MODIS遥感数据和气象观测数据,运用能量平衡法计算博斯腾湖流域的地表蒸散量,蒸散平均绝对误差为12.39 mm,相对误差为14.15%。根据遥感反演结果分析了研究区地表蒸散的时空变化特征及其与降水、气温等气候因子的关系。博斯腾湖流域年地表蒸散表现出西北高东南低的空间分布格局,明显受到土地覆盖类型的影响。蒸散季节变化主要表现为单峰形式,夏季蒸散量占全年总蒸散量的48.10%。降水、气温对于博斯腾湖流域的地表蒸散变化有重要影响,并且在不同季节中两者的贡献度存在很大差异。

博斯腾湖流域积雪变化及影响因素

积雪是西北干旱地区河流的主要补给源,是绿洲的生命线.积雪的时空变化是全球变化的区域响应敏感因子之一,同时也是影响西北干旱地区地表水资源变化的主要因子之一.本研究利用MODIS雪盖产品、地表温度、SSM/I雪深、DEM等数据,通过GIS空间分析及地统计分析功能,系统分析了博斯腾湖流域雪盖、雪深的时空变化规律及其与影响因素之间的关系.研究表明,研究区雪深和雪盖多年月平均值从8月份到1月份达到最大值,到7月份降到最低值.但月最大雪深却出现在3月份.雪盖、雪深与地温相关系数分别达到-0.878、-0.853,与分布高程均值相关系数分别达到-0.626和-0.791.雪深最大值受海拔影响有明显的陡坎效应.从12月到8月份随着时间的推移雪的深度在降低,陡坎向高海拔方向移动.9-11月份雪深在加深,陡坎向低海拔方向移动.同一高程段雪深的变幅反应坡向对雪深的影响,变幅越宽坡向影响越大.并且变幅也有先从低海拔到高海拔移动,然后再回到低海拔的特点.本研究对了解该研究区积雪特性的研究有很大作用,可为在该地区开展融雪径流模拟等研究提供重要的参考信息.

博斯腾湖细菌丰度时空分布及其与环境因子的关系

于2010年6月—2011年6月在新疆博斯腾湖共进行了9次采样,获得了140份样品,采用表面荧光显微镜直接计数法及广义可加模型(Generalized Additive Models,GAM)研究了表层水体中细菌丰度的时空分布规律及其与环境因子的关系。结果表明博斯腾湖细菌丰度平均值为(1.48±0.95)×106个/mL;细菌丰度季节差异显著,夏季最高(2.05×106个/mL),冬季最低(3.81×105个/mL)。在大湖区,春季和冬季细菌丰度最大值均位于湖区中部,冬季细菌丰度由湖区中部向东南、西南逐渐减少。夏季和秋季细菌丰度分布与春季大致相反,湖区中部较低,西北部较高。GAM分析结果表明,温度、溶解性有机碳(DOC)、叶绿素a、电导率、浊度等5个环境因子对细菌丰度总偏差解释率为81.2%,其中温度贡献最大,贡献率为63.3%,DOC、叶绿素a和电导率,贡献率分别为12.5%、2.7%和1.7%;浊度对偏差的解释率仅为1.0%。在温度超过22℃时,影响博斯腾湖细菌丰度空间分布的主要因子是DOC。

新疆巴音布鲁克草原不同退化程度对土壤特性影响

以高寒草原巴音布鲁克草原为研究对象,通过对不同类型草场的草地利用方式、土壤退化程度和植被类型差异的调查,分析不同类型草场退化程度对土壤理化特性的影响,揭示植被和地表特征及草地利用方式对土壤肥力的影响。结果表明:高寒沼泽草场、高寒草原草场的草地利用方式合理,草地未退化,土壤养分含量高,植被状态良好,高寒草甸草场随放牧压力增大,生境退化程度加重,土壤退化程度加大,表现为土壤容重增大,含水率减少,土壤全磷和有机质浓度减少,植被盖度降低;不同类型草场退化程度与土壤容重、pH和水溶性盐浓度呈显著正相关,与含水率、全磷浓度、有机质浓度和植被盖度呈极显著负相关,与植被盖度相关系数高达-0.907,草场退化过程中土壤肥力因子与植被状态呈极显著正相关。

黄水沟调水工程对博斯腾湖矿化度影响分析

黄水沟调水工程改变博斯腾湖水动力条件,引起湖区及下游水体矿化度改变。为探讨工程影响极其适宜的运行方式,采用MIKE21软件构建水动力水质二维数值模型并设计不同情景方案。模拟结果显示:工程运行可降低全湖矿化度并改善矿化度空间分布不均,当调水量为3亿m~3/a时效果最优,全湖年均矿化度可降低86 mg/L,缓解博斯腾湖咸化风险。工程运行导致矿化度从博斯腾湖转移至下游孔雀河,出水矿化度由912 mg/L增至940 mg/L,浓度变化对下游灌区作物影响有限。

博斯腾湖大湖湖区近20年生态健康状况评价

为支撑博斯腾湖未来保护工作,需认知博斯腾湖近20年的生态健康状况,在对博斯腾湖大湖湖区水质状况调查基础上,适当选取系统评价指标,以1991年水质指标为本底值,运用熵权法建立湖泊生态健康评价模型,计算生态系统健康综合指数,并对博斯腾湖大湖湖区近20年来的健康状况进行评价.结果表明,1997、1998及2005年的水体综合状况略好于其他年份,属较好水平;而1992、1993、2003及2008年的水体综合状况则低于其他年份,属较差水平.

博斯腾湖流域农业面源污染现状分析

基于2007年博斯腾湖北4县农业面源污染实测资料及博斯腾湖水质历史资料,计算了农田排渠污染物入博斯腾湖总量,并分析了博斯腾湖流域农业面源污染的来源、季节变化特点及其影响因素。结果表明,博斯腾湖流域农业面源污染产生的TN、TP和COD的总量分别为5.86万t、1.55万t、10.06万t,其中95%以上的污染物来自畜禽养殖活动和化肥的施用;流域内产生的各种污染物主要通过33条排渠进入博斯腾湖,TN、TP、COD和盐量分别占入湖总负荷量的21%、21%、24%和48%,且排放时间主要集中每年4—9月;农业面源污染加重了博斯腾湖的咸化与富营养化趋势。根据博斯腾湖流域农业面源污染的特点,提出了推广节水灌溉、适度开发焉耆盆地地下水资源、推广平衡施肥技术等对策和建议。

博斯腾湖水质时空变化特征

基于博斯腾湖大湖区内17个固定采样点2000—2017年监测数据,分析近18年博斯腾湖水质的动态变化特征,并采用普通克里金差值和Pearson相关性检验分析博斯腾湖8种水质指标的空间分布特征及相关性。结果表明:(1)2000—2010年博斯腾湖8种水质指标含量呈上升趋势,水质逐渐恶化;2010—2017年,虽然博斯腾湖水位逐渐下降,但博斯腾湖水质逐年回升,截至2017年博斯腾湖生化需氧量、溶解氧、总磷达到Ⅰ类标准,氨氮达到Ⅱ类标准,高锰酸盐指数、总氮达到Ⅲ类标准,化学需氧量为Ⅳ类标准,矿化度属于微咸水类;(2)通过Pearson相关性分析可知,博斯腾湖湖水总磷与总氮呈极显著负相关,氨氮与总氮呈极显著正相关;(3)通过普通克里金差值分析可知,博斯腾湖水质存在空间分布极为不均的情况,其西北部和东南部水质指标含量较高,湖中心区和西南部水质指标含量较低。建议改变博斯腾湖的出水口,以便利于博斯腾湖的水体循环。

博斯腾湖有机物污染改善方案研究

博斯腾湖径流入湖、出湖口过近的水文现状对有机物浓度及其空间分布形成制约。采用MIKE21软件构建水动力水质二维数值模型,分析工程方案对博斯腾湖有机物污染的改善效果。根据模拟结果以及配对样本T检验分析:在现状基础上实施扬水站东移或引开都河水3×10^8m^3·a^-1进入黄水沟,均可显著改善博斯腾湖有机物污染,年均化学需氧量(COD)浓度分别降低13.4%和8.91%;两方案同时实施效果更为显著,年均COD浓度降低20.2%;通过工程实施改善博斯腾湖有机物污染切实可行。但在流域尺度上,工程方案仅改变了有机物平衡而未改变总量,博斯腾湖有机物污染改善源于污染物转移至下游孔雀河。

矿化度对淡水浮游植物生长及群落结构的影响

以博斯腾湖原水为培养液,通过添加SO42-和Cl-调节培养液的矿化度分别为0.5、1.5、3.5、10.0gL,考察不同矿化度对浮游植物生长及群落结构的影响. 结果表明：在对数生长期内,浮游植物生物量、比增长率及ρ（Chla）均随矿化度的增加而升高；生长后期高矿化度（10.0gL）对浮游植物有抑制作用. 在各矿化度下的浮游植物优势门类均为硅藻门,其生物量占藻类总生物量的95%以上. 随着矿化度升高,蓝藻门有较好的适应性,能够生长,但绿藻门受到明显抑制. 试验显示,优势属为脆杆藻（Fragilaria）、针杆藻（Synedra）、舟形藻（Navicula）和羽纹藻（Pinnularia）. 矿化度为0.5gL时很少出现舟形藻,但随着矿化度的升高,舟形藻逐渐成为优势种,其生物量占18.51%-26.18%；羽纹藻生物量在矿化度为0.5和1.5gL时所占比例分别达3.40%和4.94%,在高矿化度（3.5-10.0gL）下则极少出现,不再具有优势. 研究表明,舟形藻和羽纹藻可作为博斯腾湖咸化过程的参考藻种.

高寒草原湿地自然保护区生态系统健康评价

高寒草原湿地是干旱区绿洲水资源最重要的源地,其生态系统健康评价在区域环境变化分析中扮演着重要的角色。地处新疆天山中部的巴音布鲁克草原是欧亚大陆干旱区具有代表性的高寒草原湿地生态系统。本文应用"3S"技术和地面光谱-生物量建模方法对2002—2010年的MODIS NDVI数据进行了分析,从生产力角度对该区的生态系统健康状况进行了评价。结果表明,草原湿地保护区生态系统健康主要承载了气候变化波动的影响。在生态系统健康从平均状态到最佳状态的变化中,保护区生态系统健康总体为较好水平,健康和较好水平的区域占总面积的91%以上,且不同分区之间变化差别不显著。在平均状态向较差状态的变化中,保护区生态系统健康总体为较差,健康以上水平区域所占比例不足40%。不同的分区存在明显的异质性,核心区(湿地)的健康水平变化小于试验区和缓冲区(高寒草原)。高寒草原湿地保护区的核心区(湿地)在区域畜牧业生产活动和生物多样性维持中扮演了重要的角色,其生产力在最差年份仍有48%的区域能够维持平均水平以上,其中生态系统健康较好区域的面积仍达到18%以上。

干旱地区芦苇湿地对氮、磷营养盐的去除效果及机制

新疆博斯腾湖芦苇湿地常年有农业污水注入,本底氮(N)、磷(P)及盐分含量较高,为了探究其在该背景下对水体氮、磷的去除率及机制,设计并开展了野外表流湿地去污实验。结果表明:芦苇湿地对咸化水体中的氮、磷去除率依然很高,对TP去除率为68%,TN去除率为33%,但对盐分无明显去除效果。在高矿化度(TDS)和低溶解氧(DO)胁迫下,博湖芦苇湿地去除水体氮、磷的途径主要有微生物反硝化作用、根际土壤吸附作用及芦苇吸收转化。