乌梁素海冰封期溶解氧的平衡性分析

为探明中国北方浅水湖泊乌梁素海冰封期水体溶解氧平衡的内在机理,于2021年1-2月在湖心处布设了一台水质在线监测浮标,收集到包括溶解氧等在内的水质数据.通过对溶解氧数据的小波降噪处理,结合气象资料,模拟分析了冰生长及稳定期内水体溶解氧的变化趋势,定性分析了水体溶解氧的平衡机理.结果表明:湖泊的日均最高产氧速率为7.19 mg/(L·d),最低产氧速率为2.01 mg/(L·d);日均最高耗氧速率为7.13 mg/(L·d),最低耗氧速率为2.37 mg/(L·d).24 h的单位时间平均最高产氧速率为0.55 mg/(L·h),最低产氧速率为0 mg/(L·h);单位时间平均最高耗氧速率为0.36 mg/(L·h),最低耗氧速率为0.08 mg/(L·h).由此说明小时间尺度下溶解氧的补充消耗不均衡导致了大时间尺度下的溶解氧不平衡,进而产生了冬季湖泊的亏氧现象.通过进一步溶解氧驱动因素与水环境因子响应关系的分析发现,浊度、水温与产氧速率呈显著负相关,叶绿素a与产氧速率和耗氧速率均呈显著正相关,表明了这些限制性水环境因子在一定程度上影响了冰下水体的溶解氧平衡.     

乌梁素海冰封期湖泊冰盖组构特征对污染物分布的影响

为探究富营养化浅水湖泊季节性冰盖污染物分布规律,于2013-2014年冰封期,钻取乌梁素海湖泊冰盖冰芯试样,观测冰厚并对冰芯晶体结构、气泡含量、污染物浓度(总氮、总磷和COD_(Cr))进行分析.结果表明:冰盖可分为4层,中间2层冰晶体粒径较大且气泡含量较少,为冰盖热力生长区.冰盖以柱状晶体居多,粒径随深度增加而增加,气泡含量随冰盖密度增加而减少.冰盖结构特征与污染物分布具有相关关系,冰芯密度及气泡分布与总氮、总磷和COD_(Cr)相关关系分别为0.8965、0.8718、0.8184,并建立多元回归模型揭示冰封期湖泊水质特征,为季节性湖泊冰盖研究及冰封期湖泊水资源规划和管理提供理论依据.     

乌梁素海冰封期分层与混合特征及对氧代谢速率的影响

为探究寒旱区浅湖冰封期分层动态与其对湖泊新陈代谢速率的影响,于2016-2019年对乌梁素海气象与冰雪条件、冰下水体环境开展原位观测,分析水温和溶解氧变化特征、冰下混合层的出现与发展动态及其对代谢速率的影响.结果显示:观测期内乌梁素海整体水温较高(可接近10℃),冻结期水温结构主要由稳定的上部逆温层和下部弱逆温层构成,...     

乌梁素海盐分在冰-水-沉积物间的分布及迁移特征

盐分是参与湖泊物质循环的重要成分之一,湖泊盐度增加对湖泊生态系统健康造成了严重的威胁.乌梁素海总溶解性固体（TDS）和盐度均处于较高的水平,为揭示盐分在冰-水-沉积物中的分布及迁移规律,冰封期在乌梁素海7个采样点采集冰、冰下水和不同深度沉积物样品,分析样品的TDS、Na⁺和Cl^-浓度,得到各自在冰-水间浓度的比值,即分配系数K,并对水-沉积物界面Na⁺和Cl^-的扩散通量进行估算.结果显示,TDS、Na⁺和Cl^-在冰-水中分配系数K的均值分别为0.02、0.03和0.01,表明在湖水结冰形成冰盖的过程中,随着冰晶的析出,TDS、Na⁺和Cl^-逐渐在水体中浓缩,水体中Na⁺和Cl^-在浓度梯度驱动力作用下,向沉积物间隙水中扩散,估算其扩散通量均值分别为-229和-676 mg/（m²·d）.总之,湖水在冻结过程中,由于冰晶的析出,盐分向冰下水体中迁移,使得盐分浓度在冰下水体中浓缩增加,继而向沉积物中迁移,对湖泊水生态环境构成胁迫.     

乌梁素海沉积物腐殖质的组成及分布特征

以乌梁素海为研究对象,应用化学方法对乌梁素海湖泊表层沉积物有机质含量、腐殖质组成、影响腐殖质的环境因子及腐殖化程度进行了研究,结果表明:乌梁素海表层沉积物有机质含量变化范围为1.06%~5.38%.有机质分布特征与表层沉积物所处的水力条件、水生植物分布、人为活动有关;腐殖质组成中,胡敏酸含量为0.65~2.78 g/kg,富里酸含量为2.19~8.72 g/kg,胡敏素是主体,含量在3.28~20.92 g/kg之间;腐殖质与环境因子的相关性分析中,各组分含量与有机质含量呈极显著相关.pH值与胡敏素含量呈显著负相关.溶解氧与富里酸、胡敏素含量分别呈极显著正相关、显著正相关.腐殖化程度分析中,随着有机质含量的上升,可提取腐殖质的相对含量下降.PQ值介于9.50%~27.06%之间,平均值为21.47%,变异较大,且腐殖化程度较低.     

冰封期湖泊溶解氧变化特征及代谢速率

冰封期湖泊与大气的气体交换受冰盖阻碍,影响湖泊溶解氧含量,进而影响湖泊水质.为探究冰封期湖泊溶解氧和新陈代谢速率变化特征及影响因素,本研究通过监测典型季节性冰封湖泊不同深度的溶解氧(DO)、水温和光合有效辐射(PAR),结合水质检测结果,分析冰封期湖泊DO变化及代谢速率影响因素,对湖泊日新陈代谢速率计算方法进行改进并估算冰封期湖泊新陈代谢速率.结果表明：2021年1—3月间,岱海DO浓度平均值为15.49 mg/L,并出现昼夜变化和分层现象.DO在冰封期变化趋势呈现出先逐渐升高,然后保持稳定,进入消融期(2021年3月2—11日)分层现象逐渐消失的规律.岱海冰封期净初级生产力和生态系统呼吸速率平均值分别为0.11和0.10 mg/(L·d),在水温未出现分层时净初级生产力呈现较高水平;之后水温沿水深方向出现分层,净初级生产力明显下降;当冰层融化后,PAR显著上升,净初级生产力又逐渐恢复至0.10 mg/(L·d).统计分析表明,岱海冰封期DO与水温、PAR、总氮等变化具有一定相关关系,且由于湖泊流域生态环境条件及冰封期物候特征不同,岱海与内蒙古其他湖泊相比,冰封期DO变化趋势存在一定差...     

乌梁素海悬浮颗粒物和沉积物有机碳同位素特征及来源

悬浮颗粒物和沉积物是湖泊有机污染物的主要承载物质,其稳定同位素研究对有效识别有机质污染导致的湖泊富营养化具有重要意义.本研究选取乌梁素海为研究区,于2019年4月（融冰期）、7月（夏灌期）和10月（秋灌期）对湖区及入湖渠道的表层沉积物和悬浮颗粒物中有机碳的δ¹³C、C/N比及总有机碳（TOC、POC）和总氮（TON、PON）含量进行测定分析,联合采用δ¹³C、C/N及同位素多元混合模型研究湖泊有机碳来源及其贡献率.结果表明,乌梁素海悬浮颗粒物有机碳δ¹³C_POC的变化范围为-23.29‰~-29.75‰,呈现10月>4月>7月、入湖渠道>湖区的趋势,悬浮颗粒物POC/PON比变化范围为4.10~21.35,呈现出4月<7月<10月的时间变化,悬浮颗粒有机质主要来源于浮游植物（51.59%）、入湖渠道泥沙（34.60%）和大型水生植物（13.76%）.沉积物有机碳δ¹³C_TOC变化范围为-27.58‰~-22.68‰,呈现4月<10月<7月的变化,沉积物TOC/TON比变化范围为3.06~23.77,时空变化明显,沉积物有机质则主要源于入湖渠道挟带的泥沙,贡献达72.79%以上,而浮游植物与大型水生植物的贡献率相差较小,分别为11.85%和15.36%.本研究可以初步判定受入湖渠道影响的富营养化湖泊中悬浮颗粒物和沉积物有机碳来源,为改善湖泊有机污染和研究有机碳来源提供更多理解.     

湖泊沉积物-水界面磷的迁移转化机制与定量研究方法

湖泊磷循环主要指磷在沉积物、上覆水和生物体间的迁移转化,而沉积物-水界面磷的迁移转化作为富营养湖泊磷循环的关键过程,备受关注.本文就国内外研究进展,综述了磷在上覆水、沉积物中的赋存形态和生物有效性,沉积物-水界面磷迁移转化的机制与定量研究方法.探讨沉积物性质、环境因子和生物特性对界面磷迁移的驱动机制,以及磷在浅水湖泊、深水湖泊中迁移转化机制的差异,指出现阶段迁移机制的研究多集中在单因素和定性化方面,而对多因素和定量化的研究还相对缺乏,未来可深入探究多因素耦合作用下磷的迁移规律.分析了野外调查、模拟实验、质量衡算和模型等研究方法的优缺点及适用情况,提出未来可将野外调查、模拟实验和模型法相结合,借助野外调查识别磷的迁移过程,模拟实验验证磷迁移的机制,并以野外调查和模拟实验的数据和结论为基础,构建模型量化具体迁移过程及其对湖泊磷循环的贡献,从而全面认识磷迁移转化规律.最后,提出了未来湖泊沉积物-水界面磷迁移研究需要关注的几个方面.     

鄱阳湖沉积物和水界面磷的交换通量

采用扩散模型法与实验培养法对鄱阳湖沉积物和水界面间可溶性总磷和可溶性磷酸盐的界面交换过程进行研究,并探讨了其影响因素.结果表明,利用2种方法得到鄱阳湖各站点可溶性总磷和可溶性磷酸盐在沉积物与水界面间的交换方向不完全相同,大部分站点沉积物是磷的源,其中,利用扩散模型法估算的可溶性总磷和可溶性磷酸盐平均扩散通量分别为0.052和0.047 mg/(m~2·d),而实验培养法测得可溶性总磷和可溶性磷酸盐的平均交换通量则分别为0.25和0.24 mg/(m~2·d),且各站点利用扩散模型法测得磷的交换通量均小于实验培养法的计算结果.此外,上覆水溶解氧浓度及水体温度对可溶性总磷和可溶性磷酸盐的交换过程均具有一定的影响,表现为温度越高,溶解氧浓度越小,可溶性总磷和可溶性磷酸盐的交换越强烈.     

湖泊沉积物-水界面氧气交换速率的测定及影响因素

水流启动-停止法可有效获取体积式氧气交换速率(O2(f)).且该速率与沉积物柱样培养法获得的总氧气交换速率(TOE)之间具显著相关性;与由一维溶解氧剖面计算获得的氧气在扩散界面层中的扩散速率和氧气在沉积物中的扩散速率相比,O2(t)与TOE不仅能代表氧气扩散速率,而且还包括沉积物中生物呼吸以及生物扰动引起的界面氧气交换速率信息.此外,通过比较太湖及南四湖多位点不同沉积物性质条件下界面氧气交换速率,结果表明界面氧气交换速率在空间尺度上的差异性,除与生物因素有关外,还与沉积物有机物质含量显著相关.     

乌梁素海水体汞的分布特征及污染风险评估

于2011年1月采集乌梁素海表层水样,对湖水中重金属Hg含量进行分析.结合Hg的空间分布特征,利用单因子指数综合污染评价指数与健康风险评价模型对Hg污染程度与风险进行评估.结果表明,乌梁素海表层水体中Hg的平均浓度为1.04μg/L,所有监测点Hg的含量都超出地表水Ⅲ类标准和国家渔业用水标准,50%的监测点超出了地表水Ⅳ类标准.水体中Hg的分布模式与流域排污口位置、入湖口及水动力条件有一定关系,高值区域分布在入湖口相对集中的西北与东北部,湖泊南部与出口处的含量相对较低,处于中等水平.乌梁素海湖水中Hg的非致癌性污染物所致的健康危害风险度介于0.75×10-9~2.15×10-9a-1之间,Hg所致的健康危害风险度的贡献率在71.43%~92.44%之间,表明Hg污染水平与健康风险都较高,应该给予特别关注.     

乌梁素海大气重金属沉降入湖通量初步估算

重金属元素以大气颗粒物为载体,最终以沉降的方式进入湖泊水体,会引起湖泊的重金属污染.为调查大气沉降对乌梁素海重金属污染的贡献,于2013年7月1日至30日围绕乌梁素海进行大气沉降样品采集,分别测定Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Hg、As 7种重金属元素的含量,并在此基础上估算7月大气重金属沉降通量及入湖量.结果表明,乌梁素海重金属元素大气沉降通量大小依次为:ZnPbCuCrAsHgCd.结合社会调查情况及数据分析显示,大气微粒携带重金属借助风力迁移,较大的沉降通量出现在主风向的下风向区域,说明风向是影响乌梁素海大气重金属沉降通量的主要因素之一.排干输入与大气沉降方式下的乌梁素海重金属入湖量比较发现,大气沉降是除排干输入外湖泊的另一重要重金属污染源.Zn、Pb、Cu、Cr、As、Hg、Cd等重金属元素月入湖量分别为10.6、1.04、1.02、0.833、0.342、0.00514、0.00281t/月.通过估算底泥重金属增量来评价大气沉降对湖泊重金属的贡献表明,大气Hg、Zn、Pb、Cu、As、Cd、Cr等重金属沉降对湖泊贡献率分别为46.4%、44.7%、14.1%、12.0%、8.48%、4.75%、4.03%.     

结冰对乌梁素海水体富营养化的影响

为研究结冰对湖泊富营养化状态的影响,以内蒙古乌梁素海为研究对象,用"注射器"式采水器和冰钻分别采集水样和冰样,并测定总氮、总磷、COD_(Cr)、叶绿素a浓度、冰厚、水深和透明度等指标,运用分形理论评价模型对湖泊结冰前、后的富营养化等级进行综合评价.结果表明:乌梁素海湖泊结冰厚度与水深存在较好的负相关性,其相关系数为0.54;湖泊结冰后,水体的富营养化等级由富营养变为重富营养,表明结冰过程中,氮、磷等营养元素被排斥至冰下水体,即结冰过程对湖泊水体中的营养元素具有浓缩效应,导致冰下环境质量恶化,并促进营养元素向沉积物转移;但也可以利用该浓缩效应,从湖泊冰封期富营养化污染的特殊性入手,运用底泥疏浚和冰体-水体分离等工程技术手段,实现湖泊富营养化污染的治理.     

丰水期鄱阳湖水体中氮、磷含量分布特征

以2011年7月份鄱阳湖实测数据为参考,对鄱阳湖丰水期总氮(TN)、总磷(TP)空间分布特征及其影响因素进行了分析,并就鄱阳湖氮、磷营养盐结构特征及其与叶绿素a的相关性进行了探讨.结果表明:鄱阳湖氮、磷含量已经达到了发生富营养化的条件,且TN含量呈现由东向西、由南向北逐渐降低的趋势;TP在几个主要的采砂区,尤其是南北湖交界处污染最严重.鄱阳湖以磷限制为主,氮污染相对比较严重,且氮、磷不是鄱阳湖藻类生长的限制性因素.TN同时受悬浮泥沙和水流作用的影响,在上游航道受水流影响较大,在入江水道则主要受陆源污染的影响.TP含量则主要受悬浮泥沙和采砂活动的影响,受水流作用影响相对较小.     

乌梁素海沉水植物群落光谱特征及冠层水深影响分析

沉水植物对于改善富营养化水体和重建水生生态系统起着至关重要的作用.应用遥感技术可以实时、大面积监测沉水植物的分布和生长情况,而冠层水深直接影响沉水植物在湖泊、河流中的准确遥感解译.本研究基于实测光谱数据,分析了乌梁素海沉水植物光谱特征,并研究了冠层水深对乌梁素海沉水植物反射光谱的影响,建立了乌梁素海沉水植物冠层水深反演模型.结果表明:1)挺水植物在短波红外1662 nm和2223 nm附近分别有一个反射峰,这是挺水植物区别于沉水植物和漂浮藻类的重要波段; 0深度沉水植物(WDC=0)与漂浮藻类的光谱反射率非常接近,但是在绿波段(550～690 nm)有明显差异,因此,可以利用绿波段和短波红外波段的光谱特征来区分挺水植物、沉水植物和漂浮藻类.2)沉水植物群落的光谱反射率随冠层水深的增加而降低,在700～900 nm波段范围内变化最为明显,且在700～735 nm波段附近,沉水植物群落光谱反射率与冠层水深呈显著负相关.3)在建立的单波段/波段比沉水植物冠层水深反演模型中,波段比反演模型要优于单波段反演模型,波段比反演模型的决定系数R2> 0.70,均方根误差<13.70 cm,...     

全新世高温期我国湖泊沉积和自然环境的基本特征

在全新世高温期,我国东部地区湖泊沉积广泛发育,西部地区湖泊扩张和高湖面记录普遍。证实该时期我国大多数地区水热条件与现今相比有不同程度的提高和改善。预测未来,因大气中CO_2倍增时重现全新世高温期的自然环境,总体上讲它有利于我国工农业生产条件的改善和环境质量的提高,但东部平原的洪涝灾害将加剧。     

2006-2017年乌梁素海夏季水体营养状态及影响因子

为探明草型湖泊乌梁素海水体营养状态及演变趋势,明确水体富营养化的关键影响因子,本文采用2006-2017年每年7月份湖泊水质监测数据,利用综合营养指数法评价了湖泊不同区域监测点的水体营养状态,模拟分析了湖泊水体营养状态的演变过程及趋势特征,定性分析了湖泊富营养的关键影响因子.研究结果表明：乌梁素海湖区北部、西部和南部监测点处于轻度富营养状态的极限概率分别为0.588、0.633和0.329,而湖泊的中部和东部监测点处于中营养状态的极限概率分别为0.810和0.536,说明乌梁素海湖区北部、西部和南部区域夏季水体营养状态将呈现向轻度富营养化演变的趋势,而湖区中部和东部区域则呈现向中营养化演变的趋势.水环境因子中水体理化指标对湖泊富营养化起决定性作用,且盐度指标响应概率高达55%,是水体理化指标中第1位影响因子,同时pH值与水深指标也是影响乌梁素海水体富营养化程度的重要因子.     

雄安新区白洋淀冰封期水体污染特征及水质评价

为明确白洋淀冬季冰封期水污染特征,于2019年1月对白洋淀原始区、旅游区、生活区、养殖区和入淀区5个特征区域25个代表性采样点进行水样采集,选取温度、溶解氧(DO)、氨氮(NH_3-N)、亚硝态氮(NO_2--N)、硝态氮(NO_3--N)、总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数作为评价因子,采用单因子评价法、综合污染指数(K)法和主成分分析法对水质进行综合评价.结果表明:白洋淀冰封期不同功能区水体温差波动较小、DO浓度变化幅度大,TN和TP浓度较高.单因子评价表明,TN参与评价时,25个采样点中,Ⅲ类水体占28%,其余为Ⅳ类、Ⅴ类和劣Ⅴ类; TP参与评价时,Ⅲ类水体占16%,其余为Ⅳ类、Ⅴ类和劣Ⅴ类,综合看,白洋淀水质整体状况较差;综合污染指数法表明,生活区水质最好,入淀区河流水质最差,其中白沟引河、府河和瀑河3条入淀口河流水质状况最差,为重度污染,主要污染物为TN、TP;主成分分析法表明,入淀区的6条河流彼此间偏差较大,所受污染的影响因子存在较大差异,与主成分1和主成分2高度相关的理化指标是TN、TP.通过3种评价方法定性定量的有机结合,得出白洋淀冬季冰封期水质限制因子为TN、TP且该时期水体污染较严重,冰封期作为湖泊水体的重要时期,探明污染源并治理可显著改善湖泊水质,不仅为白洋淀水体治理提供最佳时机,也为治理和修复淀区水体污染提供指导意义.