东江流域附着硅藻-电导率转换函数模型适用性评估

利用多元统计分析筛选出东江流域对硅藻群落影响最大的环境变量,并对附着硅藻与该环境变量转换函数模型的适用性进行了评估。结果显示：13 个环境变量中,电导率（conductivity,Cond.）的第一特征值（λ1）和第二特征值（λ2）的比（λ1/λ2）最高,为0.8,成为用于加权平均回归分析（Weighted averaging analysis,WA）建模的环境变量。用WA 初步建立了东江流域附着硅藻-电导率转换函数模型,反向的WA 方法提供了最小的推导误差值（Root mean square error of prediction,RMSEP） （RMSEP＝0.209）和最高的电导率推导值与实测值的回归相关系数（R2＝0.778）而成为最佳建模方法。在删除异常样品后,硅藻-电导率转换函数的推导能力增加,推导误差值降低（RMSEP＝0.183）,实测值与推导值的回归相关系数提高（R2＝0.818）。结果表明,电导率是影响东江流域硅藻群落最大的环境变量,建立的附着硅藻-电导率转换函数模型适用于东江流域电导率值的推导。     

星云湖硅藻群落响应近现代人类活动与气候变化的过程

随着人类活动的增强与全球气候变暖的持续,近年来云南湖泊的生态系统功能持续退化,而目前对云南湖泊生态系统的研究还主要集中于单一环境压力的生态效应。以星云湖为研究对象,通过沉积物记录与现代监测资料,识别在湖泊富营养化、气候变化以及人类强烈干扰下硅藻群落结构响应的过程,并甄别驱动群落变化的主要环境压力及其强度。结果显示随着湖泊生产力水平(如沉积物叶绿素a浓度)的增加,硅藻物种组成发生了明显的变化,主成分分析表明了水体富营养化是驱动群落变化的主要环境因子(r=-0.63,P0.001)。简约模型与方差分解的结果表明近200年来(钻孔长度38cm),湖泊营养水平和水动力是驱动星云湖硅藻群落变化的主要环境因子,分别解释了群落变化的18.8%和2.9%;而1951年以后,湖泊营养水平和温度分别解释了硅藻群落结构变化的31.4%和26.8%。研究结果表明了硅藻群落长期变化的主控因子是湖泊营养水平,而人类活动及气候变化等可以通过改变湖泊水动力及湖水温度来驱动硅藻群落的演替,同时抚仙湖-星云湖的连通性也对硅藻群落的演替产生了一定影响。     

沉积硅藻揭示的历史时期水生植被信息以梁子湖为例

水生植被是浅水湖泊生态系统最重要的生态特征之一, 了解其群落历史演化特征, 对生态退化湖泊的修复有着重要指导意义。研究选择长江中下游地区代表性草型湖泊梁子湖, 基于梁子湖沉积岩芯210Pb/137Cs测年、沉积硅藻序列和梁子湖长期水生植被监测记录, 探讨利用沉积硅藻记录来重建该湖历史时期水生植被演替特征的可行性。研究结果表明: 梁子湖沉积硅藻记录对历史时期水生植被的演替有较好的反映; 基于此, 对梁子湖过去近200年的水生植被覆盖度进行了重建; 与湖泊流域历史环境信息的对比分析表明洪水是影响该湖水生植被发育的一个重要因素。研究结果证实了在浅水湖泊中, 沉积硅藻可揭示历史水生植被的信息, 并为该湖的水生植被保护提供科学依据, 同时对该区富营养湖泊的生态修复有重要的指导价值。       

湖南省大通湖百余年环境演化历史及营养物基准的建立

科学有效地治理退化湖泊需要知晓湖泊的演化历史, 并设立合理的参照目标(即环境基准)来及时评判治理效果。湖南省大通湖位于经济发达的长江中下游地区, 发挥着重要的湖泊水生态系统服务功能。在强烈的人类活动干扰下, 该湖近年来生态系统退化严重, 但其水环境演变的历史缺少详细的记录。研究对大通湖沉积钻孔的年代、烧失量、化学元素、沉积物总磷(TP)和沉积硅藻等沉积指标进行了分析, 重建了大通湖百余年来的环境变化历史。结果表明: 在人类干扰加强和气候变化的共同作用下, 大通湖生态系统及环境发生了显著的变化, 硅藻群落由中营养属种Aulacoseira granulata占优过渡到以富营养浮游类型Stephanodiscus hantzschii、S. minutulus占优的过程, 揭示了该湖自1980s以来显著的富营养化过程; 对应的, 其他沉积指标亦发生了显著的变化。冗余分析揭示出沉积物总磷(TP)和铅(Pb)含量是影响湖泊环境演化的2个显著变量, 这表明工农业发展带来的营养和重金属输入对大通湖环境演化影响巨大。利用区域-总磷转换函数重建了大通湖过去百余年湖水总磷变化历史, 选择1850s人类活动相对较弱时期的湖水总磷(50—60 μg/L)及沉积物磷的浓度(600 mg/kg)值作为该湖的基准环境, 为湖泊的富营养化治理提供修复目标。     

抚仙湖和滇池硅藻生物多样性与生产力关系的时间格局

目前国内对生产力–生物多样性关系(productivity–diversity relationship,PDR)的研究主要集中于陆地生态系统和空间尺度,少量关于湖泊系统的研究也主要集中于现代调查,缺乏较长时间尺度上的模式探讨。本文应用沉积物色素记录重建了抚仙湖和滇池初级生产力变化历史,对硅藻群落的主成分分析(PCA)表明两个湖泊的初级生产力都是驱动硅藻群落变化的主要环境梯度。进一步分析硅藻群落α与β多样性响应湖泊生产力水平的模式,发现滇池硅藻群落表现为随着系统生产力的上升物种丰富度减少,β多样性降低,而抚仙湖呈现相反的变化模式。两个湖泊β多样性与生产力平均水平的关系均表现出与α多样性相似的特征,但在与生产力变化幅度的关系上,滇池表现出显著的负相关,而抚仙湖则没有显著的变化。滇池硅藻群落生产力随硅藻多样性的降低显著增加(R2=0.597,P0.01),而在抚仙湖无显著变化,表明了滇池群落多样性的维持对群落生产力的影响较弱,如与营养盐富集的促进作用相比。滇池明显的富营养化过程与强烈的人类扰动带来的环境异质性降低可能对群落多样性–生产力的关系产生了明显的控制作用。     

昆明小型城市湖泊叶绿素a浓度与硅藻群落的时空分布及主控因子

水体叶绿素a浓度(Chla)与硅藻群落特征是指示湖泊水质的常用生物指标。本研究于2017年3月—2019年12月调查了昆明市4个小型湖泊(云南师范大学校园内北潭、北湖、南湖、龙潭)的水体环境指标、Chla浓度和硅藻群落的季节变化。结果显示：4个湖泊水体总氮(TN)、总磷(TP)和Chla浓度均呈现明显的季节波动。其中，营养水平最高的南湖水体Chla含量显著高于其他3个湖泊，影响南湖Chla变化的主要因子是TN;而在其他3个水体中，水温的增加显著促进了Chla浓度的上升。水温和TN是4个湖泊水体Chla时空变化的主要驱动因子。北潭、南湖和龙潭的硅藻群落以浮游硅藻占优，水深最浅的北湖以底栖硅藻为主，表明水深影响了硅藻群落的浮游物种占比与优势属种。水深、TN、TP、透明度以及水温驱动了硅藻群落的时空变化，其中，水温是影响硅藻群落季节差异的主要因子，而TN和TP是导致同一季节湖泊间硅藻群落差异的主要因子。     

藏东南巴松错200年沉积过程及其对硅藻记录的影响

青藏高原东南部高寒山区广泛发育冰川湖泊,湖泊沉积过程同时受控于区域气候、流域水文、地质条件及湖泊形态特征。基于放射性210Pb/137Cs和14C定年法,对巴松错沉积物理(粒度、分选系数)和化学指标(TOC、TN、C/N)进行分析,发现18世纪末到19世纪末湖泊沉积过程显著变化,表现为迅速变缓趋势。通过分析区域树轮重建的气候序列(温度、降水及相对湿度)及冰川地貌调查资料,认为气候变化及流域冰川分布位置是影响该湖泊沉积过程的重要因素。小冰期末期冰川前缘靠近湖区,随后温度上升导致冰川融水激增、水动力加强,从而引起湖泊沉积粒度的粗化。随着冰川前缘不断后退,径流输送距离增长、沉积分选变好、粒度细化。此外,该地区活跃的地质活动也可能是湖泊沉积过程明显变化的重要诱因。湖泊沉积硅藻是研究气候环境变化的有力指标。过去200多年巴松错硅藻组合变化不明显(DCCA=0.47 SD),说明该地区气候环境变化未超过其生态阈值。通过与其他沉积指标进行对比分析发现,巴松错硅藻记录受到流域水文和湖泊沉积过程影响,主要表现为外源输入和/或湖岸浅水区来源的底栖属种在湖心沉积物中的相对丰度增加。1770-1901年总体上具有较低的Procruste残差,说明期间沉积硅藻和粒度具有较一致的波动过程,也说明了巴松错沉积硅藻记录对沉积过程的响应较为敏感。藏东南地区很多湖区均受到冰川和地质作用的强烈影响,因此在利用微体古生物手段对该地区湖泊进行气候变化研究时,建议考虑沉积过程的影响并进行多指标对比分析。     

南极硅藻生物多样性及生态分布研究进展

南极硅藻在南极生态系统中起着至关重要的作用, 是南极食物网的基石, 其物种多样性、群落结构特征直接或间接影响南极生态系统的稳定性。根据近30 年来国内、外有关南极硅藻的多样性和生物地理学研究, 综述了海冰硅藻的种类组成和分布特点, 南极湖泊硅藻的物种构成特征及附生硅藻和共生硅藻多样性的研究进展, 为南极硅藻的生物多样性研究、分子生态学研究、生物地理学研究开发和利用提供参考依据。     

基于硅藻功能群特征揭示海西海近现代生态环境变化

依据硅藻的形态、生理与生态特点而定义的功能群分类,可以更好地描述对湖泊环境胁迫的响应特征.本研究识别了海西海表层沉积物硅藻群的空间分布模式,并通过多指标分析探讨其与环境因子的关系.结果表明: 主成分分析和冗余分析,水深和沉积物总氮含量是硅藻功能群空间分布异质性的主要驱动因子;水深8 m左右可能是海西海硅藻出现功能群分异的阈值,与热力分层深度等湖泊水文特征相对应.上述表层沉积物硅藻功能群空间分布结果为沉积物化石记录的解释提供了依据.沉积物钻孔分析显示,近百年来海西海硅藻功能群呈现明显的阶段性波动,与年均气温、沉积物总氮含量、中值粒径等指标变化相对应.气候变暖、富营养化和水位上升是驱动海西海硅藻功能群长期变化的主要环境因子,协同促进了功能群D、P、MP占优势.硅藻功能群多样性变化的长期特征表明气候变暖和营养盐富集促进了硅藻功能群多样性的增加,而海西海1957年筑坝和1990年水库扩容两次典型水文调控显著增加了湖泊水深,导致硅藻功能群多样性降低.     

东海陆缘(浙南段)晚第四纪硅藻的发现及古环境分析

东海陆缘(浙南段)温州沿海以往第四纪沉积已开展了一些研究,见有丰富的有孔虫、孢粉等生物化石,但未发现硅藻。本项研究在温州CH6井、台州CH5井岩心中发现了大量硅藻化石,本文以温州CH6井丰富的硅藻化石为依据,建立了晚第四纪硅藻组合序列,划分为12个硅藻带,并恢复其古环境演替,根据四个AMS ^14C年代数据,其时代属早、中全新世。     

沉积物硅藻提纯方法的优化

传统的湖泊沉积物硅藻提纯方法存在周期较长、过筛会损失某些特定硅藻种类等问题,从而造成硅藻群落分析出现偏差。基于硅藻提纯的实验原理和传统沉积物硅藻提纯技术,选取广东三个典型水库的沉积物的五个不同样品,设置了三组优化实验,建立了一套适合水库沉积物硅藻的提纯方法。实验表明,该方法能有效地提纯和富集水库沉积物中的硅藻,在简化实验操作的同时,明显缩短了提纯时间,并且更有利于其后硅藻壳体种属的鉴定,在水库沉积物硅藻群落分析具有较好的应用价值。     

多重环境压力下大屯海硅藻群落结构的长期变化

云南亚热带高原湖泊在过去几十年内面临着工业污染、富营养化、滩地围垦、极端干旱等多重环境压力的影响.本研究以大屯海为研究对象,结合沉积物硅藻、粒度、碳氮同位素以及年代序列等数据进行了多指标分析,重建并识别了大屯海近百年来生态环境变化的历史和硅藻群落变化的特征.结果表明： 近百年来硅藻群落组合出现了较大的转变,优势种由连接脆杆藻转变为极细微曲壳藻.结合多指标环境记录(如碳氮同位素)和现代监测记录,采用排序分析以及方差分解发现,工业污染和湖泊营养盐富集是大屯海硅藻群落结构长期变化的主要驱动因子.此外,沉积物粒度分析结果与气象数据显示,由于大屯海受到修建大坝以及多次干旱事件的影响,湖泊水动力与水体交换能力减弱,从而使沉积物硅藻群落结构也发生了相应的变化.     

云南高原湖泊沿岸带底栖藻类群落的分布

对云南6个高原湖泊沿岸带底栖藻类的群落结构、现存量等进行了调查,研究期间发现底栖藻类群落主要由绿藻门的刚毛藻(Cladophora spp.)和硅藻门的一些附植种类组成,除硅藻群落在泸沽湖占优势外,其它湖泊中绿藻群落的相对比率高于硅藻.底栖藻类现存量(chl a)以星云湖最高(24 μg·cm-2);底栖硅藻密度以泸沽湖的鸟岛最高,为9.3×106 cells·cm-2.分析不同湖泊底栖硅藻的群落结构发现:底栖硅藻Epithemia sorex和Cocconeis klamathensis分别是泸沽湖和抚仙湖的绝对优势种,Amphora pediculus是阳宗海和滇池金宝的绝对优势种,洱海、星云湖和滇池又一村的优势种类较多,其中相对丰富度较高的主要是一些附植性种类.结果表明沿岸带的光照、营养水平和基质类型可能是影响底栖藻类群落分布的主要环境因子.     

东北镜泊湖硅藻对近现代气候变化和人类干扰的响应过程

全球气候变暖和人类活动加剧已经导致中国大量湖泊生态系统功能退化,而目前对东北地区湖泊生态系统变化的认识主要源于短期的监测。以东北镜泊湖为例,通过沉积记录和现代监测资料,分析一个多世纪以来以硅藻群落为代表的湖泊生态系统对气候波动和区域人类活动的响应过程。研究结果表明,在人类干扰显著加强之前,风力扰动是镜泊湖硅藻群落变化的一个重要因子,表现为Aulacoseira属种取代小型浮游种(Cyclostephanos、Stephanodiscus和Discostella)成为优势种。20世纪70年代以来,Asterionella formosa、Nitzschia palea和Fragilaria crotonensis的相继增加则反映了流域农业活动加剧、农业化肥大量施用以及污水排放导致的湖泊营养水平升高。温度的持续上升已经引起东北地区一些湖泊硅藻群落结构发生显著变化,但镜泊湖的硅藻记录却未显示这一气候变化的信号。考虑湖泊-流域形态和人类活动的不同,研究认为近几十年气候变化对镜泊湖硅藻群落结构的影响被强烈的人类干扰所掩盖而未显现出来。     

孢粉-植被-气候关系研究进展

随着全球变化研究的不断深入 ,第四纪孢粉学研究已取得了长足的进步 ,特别是近些年来 ,孢粉 植被 气候关系研究已成为世界孢粉学界的热点之一。空气孢粉学的研究在大气环境污染监测、花粉过敏症、农业收成预报和第四纪植被与环境重建等方面得到了广泛应用 ,并不断发展 ;近年来 ,为开展全球范围的古环境研究 ,各大洲相继建立了孢粉数据库 ,大量开展表土孢粉研究。中国第四纪孢粉数据库的建立 ,汇集了我国近半个世纪积累的孢粉资料 ,并利用中国第四纪孢粉数据 ,系统开展了中国现代表土孢粉、6kaBP(中全新世 )及 1 8kaBP(末次盛冰期 )的生物群区模拟及重建 ,建立了花粉 气候转换函数和响应面模型 ,并取得了良好的结果 ;冲积物孢粉学和环境考古孢粉学研究 ,也取得了一定成果 ,但研究还有待于深入 ;特征指示种花粉雨研究 ,对古生态环境重建也具有重要的意义。     

浴仙湖沉积物记录的云南极端干旱事件与生态响应评价

为评价湖库生态环境对极端气候的响应特征, 以经历水位明显降低的云南浴仙湖为研究对象, 通过沉积物多指标分析并结合多变量统计方法, 识别了2009—2013年极端干旱事件驱动湖泊生态环境变化的模式。其中沉积物粒度显示近百年来湖泊水文条件总体稳定, 但在2011年左右粗颗粒物质和中值粒径增大, 同期沉积物元素、同位素记录表明水体营养水平没有明显变化。硅藻群落近百年来以湖泊底栖物种占绝对优势, 约2011年开始优势种属Fragilaria被Nitzschia、Navicula等河流水体中常见的物种所替代, 且硅藻多样性指标总体增加, 而指示水位变化的PCA主轴一解释了硅藻群落结构的主要变化(约55.8%)。总之, 极端干旱事件的发生与持续明显改变了湖泊生物群落结构与多样性特征, 已成为影响该气候敏感区水资源安全与生态环境功能的重要挑战之一。     

湖泊-流域系统硅循环及其对碳和养分循环的影响

硅是环境中最为常见的元素之一,在地壳中的丰度为28.8%,是多数植物生长的有益元素。在生态系统中,硅循环与碳和营养元素的循环密切相关。以往国内外对于硅循环的研究大多针对海洋和陆地生态系统,而湖泊-流域系统中硅的循环过程及其对碳和营养元素循环影响的研究尚且不多。本文结合国内外研究进展,综述硅在湖泊-流域系统的存在形态及分布,阐述硅在湖泊-流域系统中的基本循环过程,以及该循环过程对碳和养分循环的影响及其作用机制。在此基础上,提出了今后的研究工作应对湖泊硅素来源进行分析,并确定湖泊沉积物中植硅体与硅藻固碳量,同时完善湖泊氮、磷、硅含量及其生态化学计量关系,最后建立湖泊-流域系统硅-碳-养分耦合循环模型。本文有助于更好地了解湖泊-流域系统硅循环过程以及硅循环对碳、养分循环的影响机制,为缓解湖泊-流域水体富营养化现象和全球气候变化提供科学参考。     

大理西湖流域开发历史与硅藻群落变化的模式识别

有关云南湖泊的研究长期集中于高原九大湖泊和水体富营养化评价,缺少对中小型水体及多重环境压力胁迫的综合研究.本文以大理西湖为例,结合沉积物记录与现代监测资料,甄别了气候变化和人类活动干扰下硅藻群落结构的长期响应模式及其驱动强度.结果表明: 20世纪50年代以前,大理西湖总体处于自然演化阶段;1950年代开始,围湖造田和流域改造的增强导致了水体营养水平增加、水动力条件改变,硅藻优势种由扁圆卵型藻替代为脆杆藻属;而1997年以来营养水平的快速增加和湖泊水动力的改变,促进了浮游藻类大量生长、底栖硅藻持续减少,同时水生植物快速退化、生态系统稳定性明显降低.因此,在长期流域开发的背景下,对云南中小型高山湖泊的有效保护需要评价流域开发类型、强度及全球变暖的长期影响.     

我国生态系统生态阈值研究基础

生态系统中广泛存在非线性变化,表现为系统状态随着压力的逐渐增加而发生骤然转变。为解释这种变化,国外生态学家提出了生态阈值和稳态转换的概念,不断完善理论和方法体系,开展机理和案例研究,深化对复杂系统演化机制的理解,并开始应用于环境管理。在我国,近几十年来在各类生态系统中开展了大量关于压力-响应的定量化研究,取得了丰富成果。这些研究在本质上与生态阈值和稳态转换理论范式紧密关联。本文以“中国生态阈值和稳态转换案例数据库”为基础,按照河流、湖泊、湿地、森林、草地、河口与海洋、农田、荒漠、城市、冻原10种生态系统类型,筛选归纳了相关生态阈值,并阐释了稳态转换机理。将研究案例与生态阈值、稳态转换理论范式进行衔接,目的是整合多领域研究成果,作为生态系统复杂性研究的基础,推动其在生态环境监测、生态安全预警以及生态标准创新发展领域中的应用。     

环境DNA在湖泊生物多样性研究中的应用

环境DNA(EnvironmentalDNA,eDNA)可用于监测湖泊生物多样性,该技术对湖泊生态环境破坏性小,对于开展湖泊生态保护具有重要意义.湖泊流速较为缓慢,相对于河流更容易富集DNA,更适合于应用eDNA方法开展生物多样性研究.文章对eDNA在湖泊生物多样性上的应用进行了回顾,综述了其实验设计,分析了该技术存在...