江汉湖群基准环境与现代环境中的摇蚊属种组合变化

了解湖泊生态系统基准环境和历史演变规律是进行湖泊生态环境保护和管理的关键.本文研究江汉湖群32个浅水湖泊现代环境和基准环境下的摇蚊组合特征,分析摇蚊组合变化的趋势和影响因素,并探讨了江汉湖群生态和营养参考值.研究发现Paratanytarsus penicillatus-type、Microchironomus tener-type、Cricotopus sylvestris-type、Polypedilum nubifertype、Dicrotendipes nervosus-type、Procladius等为基准环境下的摇蚊优势种.现代环境中Chironomus plumosus-type、Microchironomus tabarui-type、Procladius、Tanypus、Propsilocerus akamusi-type等富营养种明显增多.摇蚊组合CONISS聚类分析结果表明,32个湖泊主要分为3类,其中21个湖泊(第Ⅰ、Ⅱ类)的摇蚊属种与基准环境相比发生了显著变化,主要原因是流域营养盐输入和水生植被的破坏.本研究介绍了摇蚊古生态研究在重建湖泊基准环境方面的应用,并为湖泊管理和生态修复提供参考数据.     

枝角类亚化石揭示的湖北太白湖过去百余年环境演变

近百年来长江中下游地区的浅水湖泊经历了气候变化及日益增强的人类扰动,造成了普遍的湖泊富营养化、水动力条件和水生生态系统的状态转变,水体的生态服务功能明显退化.枝角类作为一种重要的水生生物,敏感地响应于湖泊及其流域的环境变化,但目前对亚热带湖泊中的枝角类亚化石的环境指示意义,与其它古生态指标如硅藻、摇蚊等对环境变化的响应差异尚未明确.因此,本文以浅水湖泊太白湖为研究对象,结合流域历史资料和监测数据,基于沉积岩芯中枝角类群落过去百年来的期演化序列,重建了近百年来太白湖的历史环境演变过程及机制.对比硅藻及摇蚊的群落演化特征,探讨了多门类古生态指标对环境变化的响应差异.本文重点讨论了枝角类对湖泊鱼类产量指示意义及利用枝角类亚化石来重建历史环境的应用前景及不足.     

中国湖泊古生态研究进展

湖泊古生态学是古湖沼学的一个主要分支学科,主要通过沉积记录中的各种生物化石指标分析,重建不同时空尺度的湖泊生态系统演化过程,回答生态学、全球变化和环境管理应用方面的议题.本文回顾了国内外湖泊古生态研究的发展历程,在介绍湖泊古生态系列指标和研究基本原理基础上,着重评述了过去20 a来我国湖泊古生态研究取得的主要进展和成果,包括:(1)建立了基于多种生物和生物标记化合物指标进行古气候环境要素(温度、盐度、水体总磷等)定量重建的系列转换函数模型;(2)重点揭示了不同地质历史时期和近百年来湖泊生态环境演变的规律,及其对自然和人为驱动的响应特征与机理;(3)利用古生态记录诊断了湖泊生态系统突变模式与早期信号特征,定量揭示了湖泊生物群落演替与生态系统弹性损失的关系.上述成果为湖泊环境管理和治理提供了重要依据.本文最后对我国湖泊古生态研究进行了展望,提出了今后研究的重点方向.     

中国湖泊生态系统突变时空差异

人类活动的加强导致湖泊生态系统发生"突变",造成生物多样性下降、藻类暴发、水质恶化等等环境和生态问题.中国许多湖泊已经发生"突变"或面临着突变风险.获悉湖泊生态系统发生突变的时空差异对于区域湖泊的保护,预防湖泊突变的发生以及制定合适的修复策略至关重要.本研究收集了中国55个不同区域湖泊的古湖沼学数据,探讨了湖泊突变的区域特点.研究确定了湖泊生态系统发生突变时间和区域差异,并揭示了空间差异的原因.结果表明,中国湖泊生态系统突变时间的区域分异特征为:长江中下游湖泊最早出现突变;东部和东北湖区湖泊突变时间明显早于西南、内蒙古和新疆湖泊;各湖区内,城郊湖泊突变时间早于乡村湖泊.人类活动强度是造成湖泊突变时空差异的主要驱动力.研究认为,区域人类活动强度影响了湖泊生态系统的演化进程,造成了中国湖泊生态系统突变的区域差异.本研究从生态系统突变的角度,利用古湖沼学综述了中国湖泊生态系统在人类活动下的演化进程,更深刻地认识了中国湖泊现状,为湖泊保护提供了有力的科学依据.     

湖泊微生物宏基因组学研究进展

湖泊微生物作为湖泊生态系统重要组成部分,在局域和区域的元素循环中发挥着关键作用.由于自然环境中微生物之间的复杂关系和对微生物认知的片面性,可在实验室培养的湖泊微生物比例不足1%.近10年来,宏基因组学技术在微生物生态学研究中得到了广泛应用,不仅扩展了对湖泊微生物群落组成和多样性的认识,更揭示了湖泊微生物的功能多样性和微生物之间的相互作用.特别是基于宏基因组数据的分装(Binning)手段,可以获取大量湖泊中未培养微生物的基因组信息,用于后续的比较基因组、生态进化和培养组学等研究.随着宏基因组学相关学科和技术的不断发展,其将在湖泊微生物生态学基础理论研究和环境生物监测应用中发挥更为重要的作用,成为人类了解湖泊生态系统功能和维持机制的有力工具.     

基于生态适宜性分析的湖泊保护与利用——以湖北斧头湖为例

为了湖泊生态系统健康及湖泊资源的可持续利用,需要根据湖泊的具体情况加强对湖泊生态系统的管理.建立在生态适宜性分析基础上的湖泊生态功能分区,可为科学合理地开发湖泊资源、协调湖泊生态系统结构与功能提供依据.以湖北省斧头湖为对象,在对斧头湖生态环境调查基础上,选取具有代表性的水质、生物及人为干扰因子;根据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)确定水质评价等级,采用专家论证法确定生物及人为干扰因子评价等级,建立起湖泊生态养殖适宜性评价等级体系;采用主成分分析法确定评价因子权重,并在GIS技术的支持下,采用因子叠加法,对斧头湖生态养殖适宜性进行综合评价.根据各区域生态养殖适宜性综合评价结果,同时考虑到湖泊生态环境和综合资源保护要求、斧头湖自然生态系统功能和生态渔业的可持续发展,可将斧头湖划分为极适宜区、高度适宜区、中度适宜区、轻度适宜区和较不适宜区;各适宜区面积分别占斧头湖总面积的12.04%、24.81%、49.65%、9.58%和3.92%.从湖泊生态系统保护及渔业的可持续利用角度看,极适宜区、高度适宜区适合开展生态养殖;中度适宜区和轻度适宜区要以生态恢复为主,可进行一定规模的放养养殖;较不适宜区应进行生态修复,不适宜进行各种开发活动.     

湖泊渔业研究:进展与展望

作为一种传统产业,渔业在我国经济社会发展中具有不可缺失的重要地位.而渔业作为湖泊最重要的功能之一,其资源变动是湖泊生态系统演变的重要影响因子,同时湖泊渔业资源的变动和退化也是对环境变化最直接的响应.自1980s以来,随着湖泊水环境的改变,湖泊渔业资源衰退趋势明显,中上层浮游生物食性鱼类在鱼类群落中占优势,鱼类资源小型化、低龄化现象严重.本文以湖泊渔业发展的历程为切入口,系统阐述人类活动及湖泊环境变化对渔业资源及生态系统的影响,厘清现阶段湖泊水环境管理、湖泊生态系统修复、湖泊渔业可持续发展等关系,展望我国湖泊渔业的发展前景及新型模式.     

浅水湖泊生态系统恢复的理论与实践思考

随着我国湖泊生态环境越来越严峻,湖泊生态恢复也逐渐被人们所重视．实际上,湖泊生态恢复应该是一项系统工程、是通过一定程度地减缓或改善环境压力,结合某种或多种水生生物的种养措施,逐步使得生态系统向良性的或者是被改变前的状态发展,目前．湖泊生态恢复不是被单纯地理解为种草、养鱼等,就是被解释为生物群落的人为搭配或镶嵌．由于这种认识上的偏差,导致湖泊治理中有关生态修复的实践长期以来鲜有成功的实例．最后、以太湖为例,给出了湖泊局部水体生态修复达致净化水质的技术思路——通过改善环境来恢复水生植物,通过水生植物恢复来引导乍态系统向草型湖泊转变,通过水生系统恢复达到改善水质的目的．这种思路能否成功用于指导湖泊水生植物与生态系统恢复、还有待于进一步实践的检验．     

典型城市湖泊五里湖底栖动物群落演变特征及其生态修复应用建议

底栖动物作为湖泊生态修复中常用的淡水生物类群,对维持和稳定湖泊生态系统结构与功能具有重要作用,探明底栖动物群落演变特征对湖泊生态修复实践具有重要的指导意义.本研究于2007—2017年对太湖五里湖底栖动物群落结构开展了11年的长期调查,结合底栖动物历史数据以及水体、沉积物和浮游植物等相关资料的分析,探讨了五里湖底栖动物群落结构演变特征及潜在的影响因素.在综合分析底栖动物及环境因子变化特征的基础上,结合五里湖开发与修复工程的特点和发生时间,发现五里湖底栖动物群落演变过程总体可划分为自然演变、快速退化、生境修复和缓慢恢复4个阶段.在自然演变阶段,生境特征为底栖动物群落演变的直接影响因素,如水深、溶解氧和底质类型等;在快速退化阶段,人类活动干扰(如围湖造田)剧烈成为此阶段底栖动物群落演变的主要影响因素;在生境修复阶段,五里湖内开展的综合整治(包括生态清淤、污水截流、退渔还湖、动力换水、生态修复、湖岸整治和环湖林带建设等工程)等各项生态修复工程成为群落演变的主要影响因素,但在此阶段底栖动物优势种仍为耐污种;自2014年以来进入缓慢恢复期,软体动物投放成为底栖动物群落演变的一个重要影响因素,铜锈环棱螺等软体动物成为优势种.综合以上分析结果及底栖动物在生态修复中的应用实践,今后应加强对底栖动物生态修复投放过程及之后的维护管理等方面的研究.     

湖泊流域生态系统演化对人类世研究的重要意义

人类世可能成为一个全新的地质时期,以描述人类活动对地球环境造成极为深远的影响,目前已被广泛讨论。湖泊及流域生态系统作为与人类社会最密切的地球单元之一,受到人类活动显著影响,相关研究成果能为理解人类世做出贡献。本文从湖泊流域生态系统和人类世本身特征为切入点,讨论了湖泊及流域生态系统演化对人类世研究的重要意义。我们认为,湖泊具有相对独立的整体,清晰的内部作用关系、完备的理论支持和时空数据支撑,能够为人类世地球各圈层交互作用提供研究框架。湖泊流域生态系统演化的稳态转换与地球环境进入新的地质时期具有诸多相似之处,相关研究成果能够更好地界定人类世开始时间、总体特征以及演变过程和机制。本文指出人类世湖泊及流域生态系统演化研究依然面临诸多挑战,并提出了对未来相关研究的展望。     

Ecological–economic modeling as a tool for watershed management: A case study of Lake Qionghai watershed, China

This paper presents an ecological–economic model for a lake and its watershed systems. We describe the linkage between the watershed system and the lake aquatic ecosystem and the modeling process. The lake–watershed system was divided into six subsystems: social system, economic system, terrestrial ecosystem, lake water system, pollutant system, and lake aquatic ecosystem. The model equations were constructed based on five main assumptions. The Lake Qionghai watershed in southwestern China, which is undergoing rapid eutrophication, was used as a case study. The targeted goals for total phosphorus (TP) and chlorophyll a (Chl a) concentrations in the lake in 2015 are 0.025 and 10.0 mg m⁻³, respectively. We present two scenarios from 2004 to 2015 based on the ecological–economic model. In both scenarios, the TP and Chl a concentrations in the lake are predicted to increase under the effects of watershed pressures and the targeted goals cannot be met. The application of techniques to reduce pollutants loading and the corresponding pollutants reductions are reflected again in the constructed model. The model predicts that TP and Chl a concentrations will decrease to 0.024 and 7.71 mg m⁻³, respectively, which meet the targeted thresholds. The model results provide directions for local government management of watersheds and lake aquatic ecosystem restoration.     

太湖湖滨带类型划分及生态修复模式研究

太湖湖滨带岸线总长405 km,73%以上被防洪大堤所包围,其余部分临近山体,属于典型的大堤型湖滨带.按照湖滨带地形地貌分为大堤型、山坡型、河口型三类,根据水文条件和露滩情况,又将大堤型分为长期露滩、间歇露滩、无滩地型,山坡型分为有滩地型、无滩地型,形成6种类型的湖滨带.根据以上太湖湖滨带划分类型,结合湖滨带生境、气候、水文条件以及植被分布现状等因素,分别采取生态保育、生态修复、生态重建的对策,设计了不同类型的太湖湖滨带生态修复模式,并分别提供了形象的修复模式示意图,以期为太湖及其类似湖滨带的生态修复提供一定的借鉴.     

城市富营养化湖泊生态恢复--南京莫愁湖物理生态工程试验

在分析了太湖及其流域所面临的水环境质量问题及其原因基础上,回顾总结了“十五”太湖水环境治理经验,认为源头控制需要长期不懈的努力,太湖流域的湖泊治理要针对太湖平原河网与湖荡水系特色,要重视太湖东部草型湖区生态环境恶化的严重性,必须加强生态修复单项技术间的效应优化和有效集成．根据太湖流域的社会经济发展规划,提出了太湖流域水污染控制技术与水体生态修复工程示范的总体思路是:从污染源头到湖泊出口,依次通过污染源控制、河道截污、湖荡调节、河口净化、湖泊生态修复、出湖疏导等多道防线,有效促使太湖水环境向良性方向转化．在此基础上提出了具体实施建议:全流域污染源削减和太湖水源地典型水域生态修复技术集成与工程示范,同时进行全流域水环境治理强化管理政策与决策支持技术的研究与示范．     

湖泊藻型富营养化控制——技术、理论及应用

湖泊富营养化防治走过了从控制营养盐、直接除藻、到生物调控、生态工程及生态恢复等艰难历程,各国为此投入了巨额资金、然而收效甚微,富营养化依然是全球性重大水环境问题。回顾和分析富营养化湖泊治理研究与实践的成功经验与失败教训,无疑将有助于采取更切实可行的技术有效控制湖泊富营养化。综观全球营养养化治理研究成果,不难看出,富营养化是一个典型的生态问题,生态问题只有用生态学方法解决。在全湖性富营养化难以快速根治的情况下,如何集中技术优势和有限财力,优先解决对人类生活影响较大的局部水域富营养化问题,逐步修复受损的湖泊生态系统,提高水体自净能力、改善水体环境质量并建立湖泊健康生态系统。     

A coupled physical-biochemical lake model for forecasting water quality

A new one-dimensional numerical model that includes physical and biochemical processes has been developed. The biochemical processes, influenced by the lake dynamics, are required for forecasting water quality. The model is used to investigate the effects of different internal restoration measures, such as artificial mixing, input of oxygen and drainage of deep water.The model is applied to the Northern Basin of Lake Lugano, a Swiss-Italian border lake. The lake is highly eutrophic and chemically stratified throughout the year. The model was calibrated over one year and validated over a period of several years. The results agree well with the measured data. The coupled model reproduces the observed depth dependency of conductivity even during long simulation times. Due to the predominant mixing, decoupled physical models cannot maintain such gradients. The forecasting capabilities of the model are demonstrated for different case studies. The impact of restoration measures on water quality is rather small. Best results are achieved by reducing the external nutrient loading. Caution is recommended for internal measures as these have to be studied in greater detail.     

近200年来黑河下游天鹅湖湖泊沉积记录的环境变迁

根据2002-2004年洞庭湖水质监测数据,参照GB3838-2002中Ⅲ类水质标准,选用内梅罗水污染指数法和黄浦江污染指数对洞庭湖水质现状进行评价,结果表明:(1)洞庭湖水体的主要污染指标是总磷,总氮和粪大肠菌群;(2)黄浦江污染指数平均值为0．27,所以洞庭湖12个断面水质无黑臭现象发生;(3)枯水期西洞庭湖和南洞庭湖水质污染最严重,平水期西洞庭湖水质污染最严重,洞庭湖丰水期的污染程度小于平水期;(4)洞庭湖的大部分水体的水质主要处于轻度污染的状态,局部水体的水质在枯水期达到重污染的状态．     

水质较好湖泊环境保护的理论基础及中国实践

目前,我国湖泊富营养化及蓝藻水华问题十分突出,国家高度重视湖泊的生态环境保护.自“九五”以来,国家就投入太湖、巢湖、滇池“老三湖”等重污染湖泊的治理,但成本巨大,且历经近30年才初见成效.按照湖泊污染程度,湖泊治理与保护可分为“污染治理型”“防治结合型”“生态保育型”3大类.“老三湖”的治理是典型的“先污染、后治理”的模式,水质较好湖泊主要属于生态保育型湖泊,因此,“老三湖”治理模式不适用于水质较好湖泊的保护.本文系统总结了我国水质较好湖泊优先保护理念的形成和水质较好湖泊专项实施的历程.根据水质较好湖泊的特点,及其生态系统退化与修复的一般过程,提出了水质较好湖泊保护的基本思路.从热力学角度,阐明了氮磷营养盐输入湖泊生态系统中是熵增过程,也是湖泊生态系统退化的根本原因,湖泊氮磷污染负荷源头控制是关键.湖泊流域生态安全格局是确保湖泊生态系统健康的基础,从景观生态学角度,阐明了优化湖泊流域水土资源利用、优化发展模式是减轻湖泊环境压力的重要途径.在浅水湖泊生态系统,以沉水植物占优势的“清水态”和以浮游植物占优势的“浊水态”转换过程不是沿着同一条途径,存在上临界阈值和下临界阈值,水生态修复过程表现出一种迟滞的现象.从湖泊水生态系统稳态转换理论角度,阐明了湖泊生态修复工程应在湖泊生态系统发生退化转变之前实施,才能获得较高的环境效益.通过国家财政专项对81个水质较好湖泊的支持,既能促进湖泊流域经济社会发展,又能确保湖泊水环境质量变好,湖泊水生态系统逐步改善.建议加强不同类型湖泊保护模式的总结,深入对水质较好湖泊生态系统演替理论和保护技术研究,支撑国家系统开展水质较好湖泊保护.     

Ecosystem health assessment based on DPSIRM framework and health distance model in Nansi Lake,China

As lake ecosystem assessment is the foundation to achieve lake monitoring, environmental management and ecological restoration, a new concept of lake ecosystem health and driving force-pressure-state-impact-response-management framework was proposed to find out the causal relationship of the system and health distance model was taken to represent the health level of ecosystem. An assessment indicator system comprised of water quality, ecological and socio-economic criteria was established. The evaluation models were applied for the assessment of the ecosystem health level of a typical lake, Nansi Lake, China. Depends on the values of health distance, the heath level was described as 5°: very healthy, healthy, general healthy, sub-healthy and diseased. Using field investigation data and statistic data within the theory and applied models, the results of comprehensive assessment show that: (1) the health distances of water quality indicators, ecological indicators, socio-economic indicators and comprehensive health distance were 0.3989, 0.2495, 0.4983 and 0.4362, respectively. The health level was in general healthy condition. Ecological indicators were in healthy condition, which indicate that the stability was high. The distance of water quality had shown a tendency to approach general healthy level. As the health distance of socio-economic indicators have shown a bad impact form human beings, more effective measures need to be developed. (2) The results of a case study demonstrated that the methods in this paper provide a similar result corresponding with the actual lake health condition. Therefore, this paper shows that the proposed method is efficient and worths generalization.