太湖流域河流水质状况对景观背景的响应

为探索流域水质对景观背景的响应,以太湖流域为研究对象,在0.5—24 km共9个尺度上运用冗余分析研究了土地利用、河网密度、降水量、地形等景观背景因子与河流水化学指标的关系。结果表明:2006—2010年太湖流域河流水质状况总体较差,但整体有逐渐改善的趋势,超标水质指标主要包括总磷(TP)、氨氮(AN)、生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)和溶解氧(DO),上游地区主要表现为林区和平原水网区的差异,下游地区主要表现为河段上下游间的差异。河流水质受到多种景观背景因子的综合影响,并表现出尺度依赖性和区位差异性。AN、TP、DO在流域上游与聚落用地正相关,在下游则与耕地、河网密度正相关。COD、BOD在流域上游主要与自然湿地负相关,与人工湿地正相关,在下游则与坡度负相关,与河网密度正相关。总方差贡献率在上下游表现出一致的尺度依赖特征,均在较小(0.5—1 km)和较大(16 km)两个尺度上具有较高的解释能力。自然湿地和坡度,河网密度和耕地分别为上游、下游地区在较小和较大尺度上解释能力最高的景观因子。     

河流干支流水质与土地利用的相关关系

为探索不同等级河流水质状况及其对土地利用构成响应的差异,以江苏北部的灌河流域为研究对象,基于2006—2007年两个年度灌河及其支流的水质监测数据和研究区的Landsat TM影像,在河流两侧长度0.0—10.0 km、宽度0.0—0.5 km的范围内,运用多元回归分析,对研究区干、支流主要水质指标及其与相应土地利用构成的关系进行了研究。结果表明:2006—2007年间,研究区干流水质总体上显著好于支流,支流的总氮(TN)、总磷(TP)等营养盐指标显著高于干流,而干流的有机污染指标显著高于支流;比较不同观测尺度上土地利用构成对河流水质变化的方差贡献率发现,缓冲区宽度一定时,支流在所有观测尺度上的土地利用构成与水质变化皆存在显著相关关系,而干流仅在缓冲区长度0.0—4.0 km的观测尺度上其土地利用构成与水质变化的相关关系显著;缓冲区长度一定时,干、支流河道两侧0.0—0.3 km间土地利用状况对水质变化的解释能力较大。同时发现,氮、磷等营养盐浓度多与较大尺度上的土地利用构成相关,而化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)等多与较小尺度上的土地利用构成相关。研究结果显示,有必要区分不同河流等级,选择适宜的观测尺度,分别研究不同水质指标与土地利用构成间的相关关系。     

不同时空尺度下土地利用对洱海入湖河流水质的影响

土地利用与入湖河流水质的关系存在时空差异。以洱海西部入湖河流及其小流域为研究对象,综合空间分析和数理统计手段,探讨两者随空间尺度和时间变化的关系,结果表明:选取的小流域、河岸带30m缓冲区、河岸带60m缓冲区和河岸带90m缓冲区4种尺度下,对入湖河流水质影响显著的土地利用类型为建设用地和植被(包括林地和牧草地),影响最大的空间尺度为小流域尺度,河岸带30m缓冲区次之;小流域尺度下,建设用地面积百分比与入湖河流COD和TP浓度呈正相关,植被面积百分比与NH_4~+-N浓度呈负相关,响应土地利用的主要水质指标为TN和TP,回归调整系数分别为0.624和0.579;季节性关联分析表明建设用地与COD、NH_4~+-N、TP的回归关系在雨季强于旱季,植被与COD、TP的回归关系在雨季强于旱季,雨季建设用地和植被面积变化引起COD浓度变化更快。在流域管理中,针对植被覆盖率低、建设用地占比高的白鹤溪和中和溪应重点加强雨季土地利用管控,增加植被覆盖率,合理开发建设用地。     

基于“源-汇”景观的太湖宜兴段入湖港口水质时空变化

针对太湖流域非点源污染日益严重和近年来宜兴段土地利用方式变化状况,以太湖大堤西岸3km缓冲区内的景观为研究区域,基于"源-汇"景观理论,计算了其"源-汇"景观空间负荷对比指数(LCI),并结合宜兴市10条主要入太湖港口的实测水质数据,定量分析了太湖流域宜兴段非点源污染的时空变化特征。结果表明:时间上,2010年有8个入湖港口的LCI值较2004年有明显下降;对应的水质指标方面,铵氮浓度降低了41.0%,说明LCI降低对氨氮浓度影响较大,而其他水质指标改善不明显。空间上,景观类型通过相对重要性指数变化对LCI值产生相应影响,而LCI值与综合水质标识指数之间呈正相关关系,说明景观空间格局变化会显著影响水质指标。总之,LCI值与水质指标中的铵氮和总氮密切相关,LCI值的变化趋势与各港口水质的时空变化趋势基本一致,LCI能够较好地反映非点源污染的产生、转移过程。     

流溪河流域景观空间特征与河流水质的关联分析

人类活动影响或改变流域景观空间结构,并有可能对河流水质产生不同程度的影响,以流溪河流域为研究区,分析流域景观空间格局特征与水质指数之间的相关关系。将流域划分为27个子流域,采集水样分析水质状况,所选用的水质指标有氨氮(NH3-N)、硝态氮-亚硝态氮(NO3-N+NO2-N)、总磷(TP)、化学需氧量(CODCr)。结果表明:1)该流域土地利用结构与水质具有显著相关性,其中居住用地对水质的影响作用最强,林地对河流水质具有净化功能,与水质指标之间的关系表现为负相关,园地与水质指标关系具有不确定性;2)流域景观特征从上游到下游之间表现为城市化增强的梯度,水质状况响应这个梯度变化表现为上游优于下游,人类活动及城市化发展引起的土地利用变化及土地管理方式对水质变化有显著影响;(3)景观破碎度与水质呈现显著正相关性,是影响水质的重要指标,景观聚集程度和斑块形状复杂程度与水质有负相关关系;子流域尺度和河岸带尺度景观空间特征对水质的影响差异不明显。     

太湖流域典型入湖港口景观格局对河流水质的影响

以太湖流域宜兴段的3条主要入湖港口为研究对象,通过实地调查和数据分析,探讨了入湖港口景观格局对河流水质的影响。反映景观格局的指标有港口周边5 km缓冲区域内的"源-汇"景观空间负荷对比指数(LCI)、斑块数量(NP)、边界密度(ED)、蔓延度指数(CONT)、香浓多样性指数(SHDI)和聚集度指数(AI);反映水质变化的主要指标为总氮(TN)、总磷(TP)和化学需氧量(CODMn)。以水质指标为因变量,对二者做了相关性分析和通径分析,结果表明,LCI与TN、TP和CODMn关系显著,对它们的直接作用分别为0.266、1.512和0.979;ED对TN、CODMn和NH+4-N有显著影响,直接作用为0.740、-0.189和0.852;TN和NH+4-N与CONT相关性显著,与SHDI呈负的极显著相关;对TN和NH+4-N来说,两个景观格局指标(LCI与景观格局指数)对它们都呈直接负作用;其它指标之间关系不显著。这说明景观格局变化对区域内港口水质有一定影响,合理配置景观格局能够有效地治理面源污染,改善水质状况。     

流域景观格局与河流水质的多变量相关分析

流域内的景观格局改变是人类活动的宏观表现,会对河流水质产生显著影响,因此明确影响水质变化的关键景观因子,对于深入了解景观对水质的影响机制具有重要的研究价值。选择广东省淡水河流域为研究对象,以2007年ALOS卫星影像以及水质监测数据为基础,运用空间分析和多变量分析方法,分析淡水河流域景观格局与河流水质的相关关系。用包括流域和河岸带尺度的景观组成和空间结构信息的景观指数表征景观格局,用Spearman秩相关分析、多元线性逐步回归模型和典型相关分析(CCA)研究景观指数和水质指标的相关关系。研究结果表明:林地、城镇用地和农业用地占淡水河流域总面积超过90%,其中城镇用地超过20%。多元线性逐步回归分析和CCA结果说明水质指标受到多个景观指数的综合影响,反映了景观格局对水质的复杂影响机制。流域景观格局对河流水质有显著影响,流域尺度的景观指数比河岸带尺度的景观指数对水质影响更大。城镇用地比例是影响耗氧污染物和营养盐等污染物浓度最重要的景观指数,林地和农业用地对水质的影响较小。另外,景观破碎化对pH值、溶解氧和重金属等水质指标有显著影响。CCA的第一排序轴解释了景观指数与水质指标相关性的54.0%,前两排序轴累积能解释景观指数与水质指标相关性的87.6%,前两轴分别主要表达了城市化水平和景观破碎化水平的变化梯度。淡水河流域的景观格局特征从上游到下游呈现出城市—城乡交错—农村的景观梯度,水质变化也对应了这个梯度的变化,说明人类活动引起的流域土地覆盖及土地管理措施变化会对水质变化产生显著影响。     

滆湖入湖河流春季大型底栖动物群落结构及水质生物学评价

分别于2018年4月和2019年4月对滆湖入湖河流底栖动物开展调查,并利用生物指数对水质进行生物学评价。结果表明:共鉴定滆湖入湖河流底栖动物28种,以重度耐污种霍甫水丝蚓(优势度为0.46)和中等耐污种铜锈环棱螺(优势度为0.11)占据绝对优势。生物多样性方面以鹤溪河最高,湟里河、扁担河次之,夏溪河及入湖河口最低,水生植物分布是影响各区域底栖动物多样性的重要因素。卡尔森营养状态指数(TSI)与水质污染等级生物评价结果基本一致,以新孟河延伸拓浚工程沿线为界,鹤溪河、夏溪河、湟里河中上游河段处于中度富营养化水平,水体为轻-中污染状态,而下游河段、扁担河及入湖河口处于重度富营养化水平,水体为中-重污染状态。     

厦门后溪水质与流域景观特征沿城乡梯度的变化分析

基于河流水质观测数据和Landsat 8影像数据,分析厦门后溪2013至2017年干季和湿季的水质时空变化特征,研究沿城乡梯度河流水质变化与流域景观特征的关系。结果表明:后溪上游(饮用水水源地水体)和下游(景观水体)溶解氧(DO)分别符合《地表水环境质量标准(GB3838—2002)》Ⅱ类标准和Ⅴ类标准,但是总氮(TN)和总磷(TP)有不同程度的超标,其中TN的超标比例较高。后溪上游土地利用类型中70%以上为林地,具有涵养水源、保护水质的作用;下游建设用地和耕地比重增加,TN、TP和叶绿素a (Chl a)显著高于上游。耕地和建设用地是提高TN、TP和Chl a等水质参数的主要土地利用类型,斑块密度、香农多样性指数和源汇景观指数与各水质指标也显著相关。冗余分析表明,流域景观特征可解释70%以上水质变化,对TN和TP的影响在湿季更大,而对Chl a的影响在干季较大。土地利用组成、配置、距离、高程和坡度对流域水质均有较大影响,其中土地利用组成对Chl a的影响较大,而景观指数则对TN和TP的影响较大。因此,在流域尺度加强土地利用的规划与综合管理,通过减少和控制地表径流面源污染的途径在一定程度上可降低人类活动对水质的不良影响。     

石臼湖原生动物种群分布及其同质化

石臼湖地处长江中下游,是国内为数不多的通江淡水湖。为探讨湖泊与入湖支流不同生境中原生动物种群结构及其相似性,于2012年平水期和枯水期分别对石臼湖及其周边入湖支流进行原生动物调查,研究河流和湖泊区域原生动物的种类组成及其季节变化,同时与同一地区的相邻湖泊固城湖作对比,通过计算相似性指数,探讨原生动物对生境同质化的响应。结果表明:调查共采集到原生动物57种,平水期种类多于枯水期;石臼湖河流区各站点原生动物相似性指数在Ⅰ~Ⅲ级之间,为完全不同-轻度相似;湖区站点相似性指数在Ⅱ~Ⅳ之间,为极不相似-中度相似;河流区种类季节之间的相似度极低(0.050~0.267),而湖泊区种类季节之间处于中等相似水平(0.250~0.375),说明河流区原生动物种类的季节变化较湖泊区明显,生物组成的异质性也高于湖泊;原生动物分布对水质有很好的响应关系,氮磷元素在影响原生动物种类组成和分布中起了主要作用;通过石臼湖与固城湖及长江中下游其他湖泊的对比分析,表明在一定范围内,随着生境尺度的增加,生境的同质化会提高生物同质化水平,但超过景观尺度,原生动物地域性特征逐渐显现,即使生境同质,其生物也未必同质;且随着距离的增加,不同区域的生物相似性呈降低的趋势。     

细鳞斜颌鲴三个群体形态差异

将传统形态学数据与现代框架数据相结合,分析了细鳞斜颌鲴3个群体(龙窝湖群体、梁子湖群体和淮河群体)的形态差异,探讨了它们的形态亲缘关系。方差分析表明,3个群体间8个可数性状参数差异不显著(P0.05)。聚类分析显示,龙窝湖群体与梁子湖群体首先聚为一类,然后再与淮河群体相距。在28个测量参数中挑选7个对判别贡献较大的参数建立判别函数,判别效果极显著(P0.01),判别准确率93.55%～100%,综合判别率96.81%,通过判别函数可将这3个群体很好地区分开。主成分分析概括出方差贡献率较大的3个主成分,累计方差贡献率为82.99%。主成分1主要反映鱼体躯干部的形态变化,方差贡献率52.83%;主成分2主要反映鱼体头部的形态变化,方差贡献率22.22%;主成分3主要反映鱼体尾柄部的形态变化,方差贡献率7.94%。主成分1和2二维平面图显示,虽然龙窝湖群体和梁子湖群体有少量重叠区域,但3个群体还是可以清晰分开的。3个群体间形态性状的差异系数均小于1.28,群体间尚未达到亚种差异水平。     

青藏高原南部拉萨半干旱河谷表土花粉与区域植被的关系研究北大核心CSCD

对拉萨半干旱河谷表土花粉和冲积物样品进行对比分析,结果表明,拉萨半干旱河谷的表土花粉组合能较好反映样方植被群落特征,而河流冲积物表层花粉样中,拉萨河中游样品花粉组合能较好地反映其中上游流域植被的总体面貌,下游段河流冲积物花粉组合主要反映河道周围湿地植被群落特征。主成分分析(PCA)结果说明,前两个因子轴的累计贡献率为41.9%,较好地解释了该区域花粉种属的分布与两个轴之间的关系。同时,研究区表土花粉莎草科/(禾本科+蒿属)Cy/(G+A)值由拉萨河中游至下游逐渐减小,反映该流域的湿度从东到西逐渐降低。     

艾比湖区域景观格局空间特征与地表水质的关联分析

为进一步明确区域土地利用/覆被—景观格局对河流水质影响的空间尺度。选择新疆艾比湖区域为研究对象,以25个水质采样点为中心,建立5种尺度的河流缓冲区并提取不同尺度下的土地利用/覆被-景观格局数据。首先,通过主成分分析获得水环境的主要水质变量。其次,利用冗余分析(RDA)方法探讨研究区不同宽度缓冲区土地利用/覆被—景观格局对河流水质的影响,获得水质管理的有效缓冲区。最后,引入突变点分析方法进一步寻找导致水质变量沿景观梯度突变的特定位置。结果表明:(1)土地利用/覆被—景观格局在不同宽度缓冲区内对河流水质的影响不同。4 km缓冲区土地利用/覆被—景观格局对区域水质有较强的分异解释能力,因此4 km缓冲区的景观格局合理配置对河流水质管理尤为重要。(2)通过偏RDA分析发现4 km缓冲区中,影响区域水质的主要环境变量为景观水平斑块密度、类型水平耕地斑块密度和森林聚集度。(3)在偏RDA分析的基础上,对4 km缓冲区内的景观指数进行突变点分析研究,发现区域景观水平斑块密度为90—105 m/hm~2,类型水平耕地的斑块密度ED值在90—110 m/hm~2、林草地的AI值在70%—90%,是艾比湖区域水质保护的最佳突变值,该值为艾比湖区域水质保护的阈值。本研究从多个角度对新疆艾比区域的土地利用/覆被—景观格局对区域水质的影响进行定量分析,揭示该地区景观生态变化的规律,为区域景观格局优化和土地合理规划提供理论依据,并对改善"丝绸之路经济带"生态环境、实现资源可持续利用具有重要的现实意义和理论价值。     

青藏高原南部拉萨半干旱河谷表土花粉与区域植被的关系研究

对拉萨半干旱河谷表土花粉和冲积物样品进行对比分析,结果表明,拉萨半干旱河谷的表土花粉组合能较好反映样方植被群落特征,而河流冲积物表层花粉样中,拉萨河中游样品花粉组合能较好地反映其中上游流域植被的总体面貌,下游段河流冲积物花粉组合主要反映河道周围湿地植被群落特征。主成分分析(PCA)结果说明,前两个因子轴的累计贡献率为41.9%,较好地解释了该区域花粉种属的分布与两个轴之间的关系。同时,研究区表土花粉莎草科/(禾本科+蒿属)Cy/(G+A)值由拉萨河中游至下游逐渐减小,反映该流域的湿度从东到西逐渐降低。     

太湖生态系统能量闭合特征及其影响因素

地表能量不闭合不仅限制了涡度相关观测数据在陆面模型发展和验证等应用性研究中的价值,还给生态系统CO2源汇特征辨析带来不确定性。基于太湖避风港站2012年涡度相关通量、辐射、气象和水温梯度观测数据,分析了太湖能量闭合的多尺度(小时、日和月)时间变化特征,阐述了大气稳定度、摩擦风速和湖风对太湖能量闭合状况的影响。结果表明:太湖小时尺度的能量闭合度为0.59,且昼夜差异较小;日尺度的能量闭合度为0.73,在内陆水体观测结果中处于中等水平;月平均能量闭合度呈现冬季高、夏季低的季节变化特征;年平均时太湖仍有27%的能量不闭合。因摩擦风速减小,太湖能量闭合度在大气极不稳定条件下要比弱不稳定条件下结果低0.3;对于太湖这类大型浅水湖泊,其能量闭合度全天都受动力湍流交换强度制约,能量闭合度随摩擦风速增大而显著提高;虽然湖风发生使太湖小时尺度的能量闭合度降低了0.1,但其影响在日尺度上并不明显。     

黑河干流纤毛虫群落组成及其对水质的响应

为了解淡水纤毛虫群落对河流水质变化的响应及将淡水纤毛虫群落特征作为评价水质的一个重要参数,于2013年2月至2014年1月,选取黑河干流流域作为研究区域,分不同季节采集水样对其纤毛虫群落组成和理化指标进行分析。结果表明:从上游地区到下游地区,水中总氮含量(TN)、化学需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)和溶氧量(DO)差异显著,总磷含量TP与pH值相对稳定。水质条件的改变使得河流中纤毛虫群落多样性指数、丰富度指数与均匀度指数显著下降(P0.05),而污生指数显著上升(P0.05)。这表明纤毛虫群落的组成变化能够敏感地表征水质的变化情况。冗余分析显示,黑河干流纤毛虫群落的变化很好地响应了河流水质的变化情况,根据生物学指标,将黑河干流水质评价为轻度至中度污染,显示出生物学评价在河流水质评价方面存在相当的潜力。     

不同土地覆被情景下典型饮用水源地非点源污染评估

西涧湖(原名城西水库)是安徽省滁州市唯一的地表水源,非点源污染已成为其水质恶化的重要原因。基于土地覆被格局,在GIS平台上建立分布式非点源污染运移截留过程模型。以磷素作为指示污染物,模拟了2010年及5种不同土地覆被情景下入库磷素量及截留量的响应。结果表明:2010年,流域向西涧湖的总磷输送量达到2461.20 kg,湖体西北部的市农科所、城郊居委会、水产研究所等地对水质危害最大。多数磷素在向湖体的运移过程中被各类土地覆被有效截留,总量达到5422.36 kg,占当年流域磷素总负荷的68.8%。5种情景下模拟入库磷素量总体符合农田建城区草地林地的规律。在入湖河道周边布设不同宽度植被缓冲带的情景4、5收到了很好的减污效果;而退耕还林政策单纯以坡度作为指标,指导土地覆被的转化,对减轻水环境非点源污染功效较差。     

洋河水质现状及其成因分析

为探究洋河水质现状, 利用2017年11月至12月水质实测数据, 分析了洋河10项水质指标的异质性及其成因。结果表明: (1)单因子指数评价结果: 洋河总体水质较差, 不同地段差异明显。基于各断面水质现状与评价结果来看, 总体达标率为25%, 下游污染较严重达标率为0%, 主要超标因子为COD、TP、DO、NH4+-N和浊度。(2)分析上下游水质变化特征, 发现上游水体中浊度变异系数最大, 其次是TP和BOD5; 下游水体中TP变异系数最大, 其次是BOD5, 表明水质呈现一定变异性。(3)基于遥感影像, 提取河岸两侧一定范围内的土地利用类型并与水质要素进行相关性分析, 洋河上游主要以面污染源为主, 下游主要以点源污染为主。耕地、城镇、建设用地、水面和草地对水质的影响较显著。(4)统计分析流域区县社会经济结构并建立与水质要素间相关关系, 结果显示洋河流域水生生态系统较脆弱, 下游受工业企业的污染贡献较大。人口、农产品、水产品产量和综合能源消耗量对水质影响显著。     

巢湖流域春季大型底栖动物群落生态特征及与环境因子关系

采用野外采样调查的方法,结合聚类(Cluster)、多维排序尺度(MDS)、典范对应分析(CCA),以及Shannon多样性指数、Pielou种类均匀度指数、Margalef种类丰度指数等手段,研究了巢湖流域春季大型底栖动物的种群结构特征、多样性及其与环境因子的相关性.调查共采集到大型底栖动物23种,其中环节动物门6种,占26.1%,节肢动物门8种,占34.8%,软体动物门9种,占39.1%;流域内大型底栖动物的优势种为环节动物门的霍甫水丝蚓(Limno-drilus hoffmeisteri)和苏氏尾鳃蚓(Branchiura sowerbyi),以及软体动物门的铜锈环棱螺(Bel-lamya aeruginosa),且其在流域内的分布具有显著的空间差异性.出入湖河流上游区域(群落Ⅰ)生物多样性相对较好;出入湖河流下游区域(群落Ⅱ)生物多样性最差;巢湖湖体及出入湖河流河口(群落Ⅲ)生物多样性处于两者之间.巢湖流域大型底栖动物空间分布受各种环境因素影响,其中Chl a与NO-3为主要影响因素.     

洱海入湖河流弥苴河下游氮磷季节性变化特征及主要影响因素

入湖河流携带污染物对洱海水环境的影响日益明显,对洱海入湖水量最大的河流——弥苴河下游水体氮磷进行了连续采样分析,以期为河口湿地建设和水质改善提供基础数据.结果表明:1)弥苴河水质介于地表水Ⅲ-Ⅴ类之间,主要污染物为氮和磷,其中总氮平均浓度为1.17 mg/L,最高浓度达到2.00 mg/L;总磷平均浓度为0.06 mg/L;2)弥苴河下游总氮、总磷浓度丰水期高于枯水期,并呈现出季节性变化规律;3)弥苴河下游水体总氮、总磷年均浓度远高于洱海水体总氮、总磷年均浓度,其中总氮高出2.10倍,总磷高出2.90倍;4)弥苴河下游河段非点源污染占据主导地位.