1998-2013年新疆艾比湖湖面时空动态变化及其驱动机制

采用1998年9月,2002年9月,2007年9月,2011年9月以及2013年9月多期Landsat数据,利用归一化水体指数模型(NDWI)和修正归一化水体指数模型(MNDWI)提取新疆艾比湖水域面积,研究近年来艾比湖湖面的动态变化。以最大似然分类结果作为标准,验证了用NDWI和MNDWI模型提取面积的精度,得出NDWI模型所提取的湖泊面积更符合实际情况,湖泊总面积从1998年的519.26km²减少到2013年的422.73km²,缩小了18.59%,表明目前艾比湖正在退化,从而促使生态环境受到影响。对5期影像中的艾比湖湖面进行了边界的提取和叠加,利用湖泊面积动态模型研究艾比湖湖面积的动态变化,在此基础上分析了影响艾比湖湖面积变化的驱动机制,近年来随着温度的逐渐升高,降水量呈下降的趋势,加上大量的蒸发作用、径流量变化及沙尘日数等综合作用的结果,导致了艾比湖面积的缩小。多年来艾比湖流域内随着人口数量的增加、耕地面积的不断扩张、牲畜的大量增长,导致需水量逐渐增大,因此也是导致湖面面积减少的主要原因之一。开展艾比湖湖面时空动态变化及其驱动机制研究,对于干旱区湖泊来说具有重要的理论和实际意义。     

1986—2019年新疆湖泊变化时空特征及趋势分析

干旱区湖泊是区域水资源系统的重要组成部分,不仅在维系区域生态系统平衡上发挥重要支撑作用,而且也对区域气候变化和人类活动具有重要的指示意义。基于Google Earth Engine(GEE)遥感云计算平台,以Landsat 5/7/8卫星遥感影像为主要数据源,分析了1986—2019年新疆维吾尔自治区湖泊数量以及面积变化的时空特征,并从气候要素变化、人类活动干扰等方面初步探讨了新疆湖泊变化的主要原因。结果表明：1986—2019年间,气温升高使得冰川积雪融水增加,新疆湖泊整体上呈现出扩张趋势。然而受人类活动的干扰程度以及地形海拔等因素,这种趋势存在显著的空间差异。全球变暖背景下,由于受到丰富稳定的雪冰融水的补给,受人为干扰较小的青藏高原北部地区湖泊呈现显著扩张。相反由于环天山地区强烈的人类活动以及冰川加速退缩影响,该区域湖泊面积持续高位波动状态。     

基于深度神经网络算法的水体透明度反演方法

水体透明度能够直观反映湖泊水质状态,掌握长时间大尺度湖泊水体透明度是控制和改善湖泊水生态环境的关键。由于滇池的水质原位监测工作起步较晚,导致长时间序列的历史湖泊水体透明度数据的缺失。为此,以滇池为研究区,以深度神经网络算法为理论基础,以原位监测和MODIS遥感影像为数据,对2001年1月1日—2018年12月31日滇池水体透明度进行反演,并利用地理空间分析方法探讨了滇池湖泊水体透明度时空变化特征。研究结果表明:(1)提出的反演模型具有较好的性能(RMSE=0.1359,MAE=0.1134),能够客观反映湖泊水体透明度状况;(2)时间变化特征分析结果表明,滇池水体透明度总体呈现下降趋势,综合变化率为-0.08 m/10 a;(3)空间变化特征分析结果表明,水体透明度较高的区域下降率较大,水体透明度较低的区域变化趋势相对稳定,距离城区及居民区较近的水体透明度相对较低;人类活动将成为影响滇池水体透明度变化的重要因素,同时也是造成滇池水体污染的主要因素。     

基于高光谱影像湖泊叶绿素a浓度反演分析

针对湖泊叶绿素a浓度的快速变化及水体富营养化问题,以太湖水体为例,利用太湖区域2019年10月、11月和12月的珠海一号高光谱影像,采用波谱特征分析、主成分分析、皮尔逊相关系数、建立反演模型分析江苏省太湖区域水体叶绿素a浓度的分布状态以及时空变化状况。通过主成分分析划分与水体信息相关的成分,提出采用珠海一号高光谱影像的中红外波段建立耦合可见光和近红外辐射信号的WCI模型。结果表明:(1)水体光谱曲线特征与主成分分析结果一致,分别为光合作用波段、细胞散射波段和水体增温波段。(2)改进的耦合可见光与中红外辐射信号的建立的WCI模型的反演精度最高,均方根误差RMSE为(1.4008 mg·L^-1),平均相对误差(MRE)为10.69%。(3)2019年10月一12月间,湖泊叶绿素浓度整体变化不大,太湖叶绿素a浓度的遥感反演结果总体上呈现为湖西区域浓度较低,湖东区域浓度较高的特征。     

云南程海湖泊系统响应富营养化与水文调控的长期模式

流域开发和气候变化背景下,逐渐增强的人类活动已经显著影响湖泊系统演替及功能。本研究以云南程海为研究对象,通过对程海湖泊沉积物记录与现代调查数据相结合,重建了程海近250年来的生态环境变化过程,探讨了程海湖泊系统在富营养化以及水文波动等多重环境压力影响下的长期响应模式。结果表明: 1970年之前程海营养水平整体偏低,1970—2000年间缓慢增长,2000年后快速增加,初级生产力呈长期上升趋势。1993—2000年期间,引水工程显著增加了湖泊水动力强度和物种扩散能力,促进了直链藻和菱形藻的增加。程海沉积物记录的碳循环变化主要受内源输入的长期影响。富营养化是硅藻群落长期演替的主要驱动因子,其次是湖泊水动力条件的波动。对程海的生态修复与流域管理不仅需要关注水体营养盐的富集与流域污染物的控制,同时还要考虑到湖泊水文调控和水位波动的影响。     

提高水体净化能力控制湖泊富营养化

建立了湖泊污染物质动力学方程,根据我国湖泊和美国O keechobee湖资料,确定了控制藻类暴发的总磷阈值为0.035m g/L,总氮阈值为0.350m g/L(滇池)和1.050m g/L(太湖);用实测资料,计算得到需要削减的外污染源滇池为总磷、总氮各78%,太湖为总磷69%、总氮56%。提出通过提高水体净化能力可以控制湖泊富营养化的理论依据和如下技术路线:提高湖泊净化率,使其超过输入的污染率,在湖内实现浓度低于控制藻类水华暴发所需要的磷、氮阈值;因地制宜综合运用到太湖、巢湖、滇池等一类大、中型湖泊,加强管理,就可以在占湖泊7%(滇池)和4%(太湖)的湖面上,依托科学布设控制其生长的凤眼莲,将其规模化地加工为有益产品,从而有效地去除湖泊中的营养盐,将水体综合净化率比现有净化率在滇池提高4.6倍,在太湖提高2.1倍,实现控制湖泊富营养化目标,并同步地在约3~4倍相应面积上修复健康水生态系统。     

基于水体型生态指数的无锡市城区生态质量时空变化分析

水体是构成生态质量的重要指标,传统的城市生态质量评价方法通常掩膜了水体区域,忽略了水对生态质量的影响。基于Google Earth Engine(GEE)平台提供的2013、2015、2017、2019、2021年的Landsat8-OLI影像数据,利用信息熵权重法耦合水体丰度(SPWI)、比率植被指数(RVI)、归一化潜热指数(NDLI)、干度(NDSI)、热度(LST)构建水体型生态指数(WBEI),对江苏省无锡市城区2013—2021年生态质量进行时空变化分析,并利用Moran指数计算无锡市城区生态质量的空间自相关性。结果表明：(1)WBEI融合了水体对生态指数的影响,弥补了传统方法无法反映水体区域生态质量的不足,能更好地反映包含水体区域在内的城市生态质量;(2)2013—2021年,无锡市城区平均WBEI分别为0.4808、0.4416、0.5068、0.4471、0.4682,城区生态质量呈波动变化,总体呈小幅下降的趋势;(3)无锡市城区生态质量极好等级的面积减少67.5251km²,良好与一般等级增加76.8633km²,生态质量...     

太湖叶绿素a年际变化的主要驱动因子及未来气候的影响

根据1985—2011年的大气与湖泊观测数据以及CNRM-CM5模式模拟的RCP4.5情景下太湖未来气温变化数据,采用偏最小二乘回归分析及预测方法,分析了年际尺度上气温、水体总氮(TN)、总磷(TP)、无机磷(IP)和溶解的硅元素(Si)等因子对太湖叶绿素a(Chl-a)浓度变化的影响,并进一步评估了未来气温变化对Chl-a浓度的影响。结果表明:1980—2011年,太湖年平均气温呈显著的增暖趋势,增温速率约为0.73℃·10 a-1;在1985—2011年,Chl-a浓度也表现出显著的增加趋势,年增加速率达到0.43μg·L-1;TN和Si的增加趋势较为显著,而TP和IP的增加趋势不十分显著;相关分析及偏最小二乘回归分析均说明,相对于营养物质,气温在调控太湖Chl-a的年际变化过程中发挥着主导作用,而就营养物质而言,TN和Si对年平均Chl-a浓度年际变化的调控作用大于TP和IP;在RCP4.5情景下,太湖未来气温将以0.19℃·10 a-1的速率增加;当前营养物浓度条件下,太湖浮游植物生物量也将显著增加,Chl-a浓度10年滑动平均值最高达到34.18μg·L-1,发生在2075—2085年;在将TN浓度消减1/2情况下,未来Chl-a浓度的10年滑动平均值最高为28.91μg·L-1,也出现在2075—2085年,小于当前营养物质浓度条件下的最小Chla浓度值,可以有效缓解未来气候变暖对太湖富营养化的影响。     

水动力扰动方式对富营养化湖泊藻毒素的影响

太湖是一个典型的大型浅水湖泊,在季风影响下,常年受风浪扰动影响。为了解风浪扰动对太湖水体中微囊藻释放藻毒素(MC)的影响,于2018年7月采集含有微囊藻水华的太湖原水,在中国科学院太湖湖泊生态系统研究站设置了对照、间歇扰动和持续扰动3种处理方式来进行模拟实验,研究水体中藻毒素的变化,实验共持续19 d。结果表明:3种处理方式下,MC浓度的变化趋势一致,1～13 d呈升高趋势,其后均有不同幅度的下降;对照组MC浓度最低,平均值为1.69μg·L-1,显著低于间歇扰动组和持续扰动组(P<0.05);间歇扰动组和持续扰动组MC均值分别为1.81和1.86μg·L-1,两者差异不显著; 3种处理方式下,单位藻细胞MC含量1～7 d持续减小,且各组间差异不显著(P>0.05); 10～19 d各组均有一个先增加后减小的过程,且组间差异均显著(P<0.05),对照组、间歇扰动组和持续扰动组单位藻细胞MC含量均值分别为0.55、1.20和1.98μg·108cells-1;本实验条件下MC与氮磷等因子显著负相关,与水温、SS、Chla等之间显著正相关。本研究表明,扰动可促进水体中藻...     

近30年淀山湖地区生态系统服务价值对土地利用变化的响应

水源是区域和城市发展的重要保障,研究其生态系统服务的变化及其影响因素对水源跨区域联防联治有重要意义。利用淀山湖地区1984、1993、2006和2014年的遥感影像,通过修正生态系统服务价值当量因子,基于GIS空间分析技术对淀山湖地区1984—1993年、1993—2006年、2006—2014年土地利用变化及生态系统服务价值(Ecosystem Service Value, ESV)进行了分析。结果表明,淀山湖地区林地面积和建筑用地面总体呈增加趋势,而耕地面积和水体面积呈下降趋势。ESV结果显示,1984—2014期间水体ESV减少了2.15亿元,耕地的ESV减少了2.41亿元,林地的ESV增加了2.50亿元。各土地利用类型ESV敏感性指数均小于1,说明研究区生态系统服务价值是缺乏弹性的。在乡镇尺度,仅朱家角镇和锦溪镇ESV呈现净增长;在省市级尺度,江苏省境内的总土地单位面积ESV减少,而上海市境内的总土地单位面积ESV增加。驱动力分析表明,自然因素和社会经济因素均对ESV有影响,人口密度、区域总产值与ESV存在显著相关性。可见,土地利用方式的改变显著影响生态系统服务价值,合理的土地利用将有利于提高总土地单位面积生态系统服务价值。     

滇中湖泊流域生态环境质量监测与评价

九大高原湖泊流域在云南省经济发展中占有举足轻重的地位,其中,滇中五大湖泊流域(滇池、抚仙湖、星云湖、杞麓湖、阳宗海,下文称五湖流域)是云南工农业、旅游业等经济和社会发展最活跃的地区,与流域生态环境质量密切相关。本研究基于遥感生态指数(RSEI)对滇中五湖流域1988—2018年的生态环境质量进行监测和评价。结果表明: 尽管1988—2018年间研究区生态环境质量呈转好趋势,RSEI平均值由0.368增加到0.481,但流域整体生态环境质量欠佳;生态环境质量提高的面积占比57.6%,主要分布在湖泊之间的山地,下降区域主要为湖周的平地区;研究期间,滇池、抚仙湖、阳宗海的生态环境质量持续变好,但近10年,杞麓湖和星云湖的生态环境质量明显变差,各湖泊生态环境质量变化与湖泊水质变化存在一致性。未来生态环境质量的改善还需更多的社会关注和政府投入。     

中国湖泊水量调节能力及其动态变化

湖泊水量调节是指湖泊生态系统通过洪水蓄积和径流补给实现水资源的再分配,进而减轻洪旱灾害。在围湖造田、退田还湖和气候变化影响下,科学评估我国湖泊水量调节能力现状及变化情况,是实现湖泊洪水调蓄功能和水资源调节功能评价的重要基础。基于全国湖泊调查数据,将全国划分为5个评价区,探讨了面向全国尺度的湖泊水量调节能力评价方法,在此基础上对全国湖泊的水量调节能力及其动态变化进行了分析评价。结果表明:(1)我国湖泊(面积1 km2)水量调节总量为1500.02亿m3,其中东部平原区和青藏高原区的调节量最高,分别占全国总量的44.46%和43.63%;(2)湖泊调节水量的效能以东部平原区最高(310.19万m3/km2),其次是东北平原与山区(191.19万m3/km2),围湖造田/退田还湖将导致该区湖泊水量调节能力明显削弱/增强;(3)近几十年来,我国湖泊水量调节能力呈小幅增长(增长量9.76亿m3,增幅0.65%),5个评价区仅蒙新高原区湖泊水量调节能力明显削弱,其余区域均呈不同程度增强,且以东部平原区增加最多,东北平原与山区增幅最大。研究可以为评估我国湖泊生态系统水量调节能力、分析土地利用变化对流域洪水调蓄和水资源调节功能的影响提供参考。     

太湖水体溶解性氨基酸的空间分布特征

为探索氨基酸(DAAs)组分特征对生物可利用性溶解有机质(DOM)的示踪及定量表征可能性, 对太湖3个湖区(北太湖: 藻型湖区,东太湖: 草型湖区, 南太湖: 农业污染湖区)水体DAAs浓度、组分特征及其空间变化进行了调查研究,并对控制其量、质空间分布的因素加以讨论。结果表明夏季太湖水体DAAs的浓度范围为0.27-3.95 μmol/L,平均值为(1.38±1.17)μmol/L,与湖泊、海洋中研究中报道结果相近。北太湖、南太湖、东太湖3个湖区的DAAs浓度平均值分别为(2.59±0.71)μmol/L,(0.48±0.14)μmol/L,(0.48±0.16)μmol/L,北太湖DAAs浓度及对有机碳氮的贡献都明显高于其他湖区,DAAs组分中以苯丙氨酸和赖氨酸为主,而在南太湖和东太湖,赖氨酸都是最主要的DAAs组分。表明水体的DAAs组分特征能对湖泊营养状态及生态类型的变化做出响应,可以作为指示湖泊营养状态的生物标记物。DAAs也可以作为DOM 生物降解性的评价参数,反映湖泊水体中与生物活性相关的DOM 动态变化。根据氨基酸对有机碳的贡献估算出北太湖的活性溶解性有机碳相对含量为(17.65±17.84)%,显著高于南太湖和东太湖。但由于太湖高度的空间异质性,还需要在今后的研究工作中进行相关的室内实验,建立适用于太湖的经验公式。     

武汉市沙湖摇蚊亚化石记录的湖泊生态环境变化

通过对沙湖41 cm沉积岩芯摇蚊亚化石组合进行分析, 结合210Pb测年、长江中下游摇蚊-总磷转换函数模型、降趋势对应分析(Detrended Correspondence Analysis, DCA)方法及武汉市历史资料数据, 定量重建湖泊水体总磷浓度, 揭示了沙湖自20世纪70年代以来环境演化历史。结果表明: (1) 1973—1989年, 摇蚊组合以水生植被相关属种Cricotopus sylvestris-type和Dicrotendipes nervosus-type占优势, 揭示湖泊水生植被发育; 这一时期摇蚊重建水体总磷浓度为47—55 μg/L, 沉积物总磷维持在700 mg/kg; (2) 1989—2002年, 沉积物总磷增加近一倍, 与此同时水体总磷逐渐上升到100 μg/L以上, 水生植被相关摇蚊属种相对丰度显著减少, 湖泊由此进入富营养态; (3) 2002年以来, 沉积物总磷持续升高到2000 mg/kg以上, 摇蚊组合以富营养属种Tanypus和Propsilocerus akamusi-type占绝对优势, 水体总磷浓度维持在150 μg/L以上。DCA第一轴解释了摇蚊组合变化的62.1%, 且样品点在DCA第一轴得分与沉积物总磷呈显著负相关, 表明摇蚊组合主要响应于湖泊营养富集过程, 这主要与武汉市城市化发展导致湖泊面积萎缩和入湖污水增加相关。研究表明沙湖水体营养本底值约为50 μg/L, 减少外源营养盐输入是保护沙湖水环境的重要途径。     

沿海养殖池塘对红树林生态系统影响的时空变化监测与分析

随着沿海人类活动的日益加剧,其对红树林生态系统健康和可持续发展的影响也逐渐凸显,实现红树林周边典型人类活动时空动态变化监测对红树林生态系统的保护与修复意义重大。该研究基于Landsat多时相遥感数据和GoogleEarth Engine平台,通过面向对象的机器学习方法,融入水体季节波动信息作为分类特征,获取了1990、2000、2010和2020年4个不同时期中国沿海红树林分布省区(包括广东、福建、浙江、台湾、广西及海南) 30 m分辨率的养殖池塘空间格局及其变化特征,并进一步解析养殖池塘对红树林生态系统的影响。研究结果表明:(1)研究区域内4个时间节点的沿海养殖池塘面积总量分别为2 963、5 200、5 377及4 805 km²,呈先增加后减少的趋势,于2010–2020年间达到峰值。沿海养殖池塘面积变化趋势和达峰时间存在明显区域差异性,其主要原因是红树林保护政策、养殖池塘规范管理和阶段性经济目标的区域差异化。(2)我国沿海养殖池塘集中分布在21°–24°N区域(广东和广西),与红树林沿纬度的分布格局呈错峰分布。其中,红树林与沿海养殖池塘集中分布区(21°–...     

1990—2020年黑龙江省植被覆盖度的时空变化趋势及驱动力

植被覆盖度(FVC)作为表征植被生长状况与生态系统变化的定量指标，其时空变化趋势及驱动力是全球及区域生态环境的重要研究内容。本研究基于GEE云计算平台，应用像元二分模型对黑龙江省1990—2020年FVC进行估测，并通过Mann-Kendall突变检验、Sen趋势分析、Mann-Kendall显著性检验、相关性分析及结构方程模型，分析FVC的时空变化趋势及驱动力。结果表明：基于像元二分模型法计算研究区FVC具有较高精度(R²>0.7、均方根误差<0.1、相对均方根误差<14%)。1990—2020年，黑龙江省年均FVC为0.79,呈波动上升趋势(0.72～0.85),年均增长0.4%,市级行政区年均FVC也呈不同程度的增长。黑龙江省以极高FVC类型为主，其面积占比逐渐增加。FVC呈增加趋势的面积占比为67.4%,呈减小趋势的面积占比为26.2%,其余保持不变。人为活动因子对年均FVC的相关性高于生长季月平均气象因子对年均FVC的相关性。人为活动因子是黑龙江省FVC变化的主要驱动因子，其次为土地利用类型，而生长季月平均气象因子对FVC变化的总影响为...     

全球红树林时空变化及演变趋势

红树林是全球重要的生态系统,了解红树林的时空变化特征及演变趋势对开展红树林的保护、恢复及可持续管理具有重要意义。基于谷歌地球工程(Google Earth Engine,GEE)云平台,利用全球红树林分布数据和陆地卫星(Landsat)系列光学影像特征指数数据,结合Theil-Sen中值趋势分析、Mann-Kendall检验、Hurst指数等方法,分析了全球红树林的时空分布特征、时空演变趋势及其可持续特征。结果表明:1990-2020年全球红树林面积呈先下降后上升趋势,总面积减少52174.18km²,年平均流失率达1.2%,红树林面积减少最多的地区为东南亚,其次为澳大利亚和新西兰、南美洲和东南非洲;红树林呈退化趋势变化的面积(81.44%)明显多于改善区域的面积(17.43%),其中澳大利亚和新西兰的退化趋势最为明显;2015-2020年全球红树林变化趋势有所改善,有73.85%的区域在未来是可持续的,持续改善区域面积(38.58%)大于持续退化区域面积(33.06%),且改善区域的可持续性明显高于不可持续性,表明2020年之后全球红树林整体上呈改善趋势变化。全球红树林时空变化特征和演变模式,可为生物多样性保护、沿海经济发展、生态环境的可持续改善提供重要支撑,对评估联合国2030可持续发展目标实现的状况具有重要影响。     

岱海流域土地利用动态模拟及生态系统服务价值测算

北方内陆湖泊面积萎缩严重,岱海作为典型的内陆湖之一,其面积变化尤为显著.为研究岱海湖面积变化及岱海流域生态系统服务价值(Esv)的动态趋势,本研究运用CA-Markov模型,基于1989-2018年6期的土地利用数据,预测2026年的土地利用状况,并采用当量因子法,对岱海流域ESV进行评估.结果 表明:岱海湖若不进行生...     

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。     

城市化背景下近30年武汉市湿地的景观变化

以1978—2007年6期Landsat TM(MSS)影像为基础数据,分析了城市化背景下武汉市湿地景观近30年的动态变化规律。结果表明：武汉市湿地景观面积逐年减少,平均年减小量为1655.79 hm²,年下降率为0.89%,其中1991—2002年湿地景观的年变化率高于武汉市湿地景观近30年间的年平均变化率,与建成区面积变化相对应;研究期内武汉市自然湿地面积减少,人工湿地面积略有增加;湖泊湿地是武汉市湿地景观的主要类型,其面积下降速度最快,是武汉市湿地景观面积减少的直接因素,人工湿地面积的增加并未改变武汉市湿地面积减少的趋势;快速城市化使武汉市湿地景观表现出斑块密度和景观破碎度逐渐增大、分维数逐渐减小、连通性降低的趋势。虽然保护性法律法规的实施遏制了湿地萎缩的速度,但并未改变湿地面积下降的趋势,因此,应进一步加强武汉市湿地保护与规划,并着重开展河流和湖泊湿地的保护。