水库生态系统特征研究及其在水库水质管理中的应用

水库是一种半人工半自然水体,兴建水库是人类调节自然水资源在时间和空间上分布的主要手段,水库生态系统受人类调节明显,具有独特的生态学特征,对近20a来国际水库生态系统的研究进行总结,概括水库生态系统的主要特征,阐述这些特征在水库中水质管理中的应用与实施方法,强调开展水库生态学研究在我国水资源可持续利用中的重要性和必要性。     

长江流域生态系统水文调节服务空间特征及影响因素:基于子流域尺度分析

水文调节服务是流域生态系统所提供的重要服务之一,认识流域生态系统水文调节服务空间变异规律及其驱动力,对于流域生态系统保护与恢复、合理开发利用水资源具有重要意义。以洪涝灾害频发的长江流域为对象,运用变异系数法和多元统计方法,在子流域尺度上研究了长江流域生态系统水文调节服务空间特征及影响因素。结果表明,长江流域子流域生态系统水文调节服务呈现出明显的空间异质性,水利工程密集、自然植被覆盖率高达71%的金沙江和汉江水系各子流域水文调节服务最强,降雨与径流变异系数差为0.477;农田和人口密集的嘉陵江水系各子流域水文调节服务最弱,降雨与径流变异系数差为-0.474,其他子流域水文调节服务作用不明显。影响水文调节服务的主要因素是:水库库容、自然植被面积比例、农田面积比例、单位面积人口数,其中:水库库容和自然植被面积比例对水文调节服务具有正向促进作用,农田面积比例和单位面积人口对水文调节服务的作用正好相反。水库库容对子流域生态系统水文调节服务空间异质性的贡献最大(58.85%)。上述结果有助于科学认识长江流域生态系统水文调节服务空间分异规律,可为制定不同子流域生态保护与恢复措施、提升子流域生态系统水文调节服务提供科学依据。     

水库生态系统调节小气候及净化空气细菌的服务功能——以深圳梅林水库和西丽水库为例

生态系统服务功能已成为生态学研究的热点,但水库生态系统服务功能的研究较少.对深圳市梅林水库和西丽水库调节小气候和净化空气细菌的服务功能进行了实地研究,并对调节小气候的服务功能进行了价值评估.结果表明水库生态系统有一定的降温、增湿和净化空气细菌效应.在炎热的夏季,梅林水库和西丽水库的平均温度和最高温度比市区分别降低1.59、2.35℃和2.56、4.10℃.在干燥的冬季,梅林水库和西丽水库相对湿度的平均值和最大值较市区分别提高了6.01%、11.10%和7.38%、7.80%.梅林水库、西丽水库和市区空气细菌数量分别为9、10cfu/皿· 5min和107cfu/皿· 5min,库区空气细菌数量远远少于市区.梅林水库和西丽水库调节小气候的服务价值分别为1249.13×104元· a-1和5441.83×104元· a-1.     

水坝对河流生态系统服务功能影响评价

客观评价水坝对河流生态系统服务功能的影响问题,对完善我国水利工程环境影响评价和保护河流生态系统具有重要意义。根据水坝对河流生态系统服务功能影响的特点,建立了评价指标体系,以2002年为评价基准年份,对全国水坝对河流生态系统服务功能影响进行了评估。结果表明,防洪和水力发电是水坝的主要功能,两者分别占其正面影响的53．94％和26．77％;供水、减少有害气体排放和内陆航运等,也是水坝的重要功能。水库泥沙淤积的负面影响最大,年损失值为-508．63×10^8元;其次是水库淹没,从生态系统的角度进行核算,年损失值为-56．65×10^8元;水坝对河流生态系统的占据也是其重要的负面影响,年损失值为-10．43× 10^8元。     

磷元素扩散模型在水陆复合生态系统研究中的应用

以梅子垭村的一个小集水区及与之相邻的梅子垭水库为研究对象,根据降雨过程中集水区产生的径流输入及在水库库湾 不同取样点上所取水样的分析结果,初步建立了P元素在库湾 中的一维A.B.卡拉乌舍夫扩散模型。并对水库的水质状况与对应水流域的植被类型的特征之间的关系进行了分析。研究结果表明,水库水质与毗邻陆地生态系统的状况密切相关,以经济效益为主要目的的对陆地生态系统的过度开发将导致水库水质恶化;因此有必要将水陆生态系统综合考虑,以达到水陆复合生态系统的最大生态及经济效益。     

空间显式模型模拟河流岸边带植被在水库运行作用下的演替

岸边带是水-陆之间的过渡和缓冲地带,是河流生态系统的重要组成部分.岸边带对拦截径流中的固体颗粒、吸收营养盐、减少入河污染负荷有重要作用.受河流水位季节性波动的影响,岸边带生态系统的变化非常剧烈,而当水库等水工建筑的运行剧烈改变河流的水文情势时,水库下游的岸边带生态系统将受到长期的累积性影响.因此,研究复式河道岸边带植被动态对于受损河流生态修复以及河流开发运行的生态环境影响规避具有重要意义.通过原位样方观测和室内水槽模拟试验,开发了岸边带植被演替模型,该模型耦合了全局基于连续性模式的水动力模块和局部基于元胞自动机模式的植被演替模块,并以漓江中游的一段复式河道为例,通过模拟水库运行前后长序列的水文情势变化和3种岸边带植物(刺果酸模、水蓼和益母草)的生长演替,分析了为满足旅游航道需求上游水库补水运行对下游岸边带植被的影响.     

我国饮用水源水库微生物多样性研究述评

水源水库的水环境质量和生态安全世人瞩目,微生物在饮用水源水库生态系统的物质循环、能量流动和信息联系中发挥着重要作用,同时其丰度和多样性也是水环境质量监测的重要指标。综述了我国饮用水源水库微生物的作用、丰度、多样性等研究概况,并对水源水库微生物监测方法、蓝细菌分类和毒素特点及未来研究方向进行了讨论。     

不同土地利用/覆被情景下生态系统减轻水库泥沙淤积的服务能力与经济价值模拟

以ArcGIS9.2为平台,构建了生态系统减轻水库泥沙淤积服务物质量和价值量评估模型.整合2000年的相关数据将此模型应用于二滩水库,并模拟了10种不同土地利用/覆被情景下集水区生态系统该项服务的能力和在水库使用年限内服务总价值的响应.结果表明:2000年,二滩水库集水区土壤保持量12.1亿t·a-1,高值区分布于雅砻江干流和支流水网附近.泥沙输移比在河道附近和水库周边较高.水库周边是最为主要的保沙区.水库使用年限内,集水区对于减轻二滩水库泥沙淤积服务总价值27.53亿元.集水区内不同结构类型的土地利用/覆被情景对保沙能力所产生的影响各异,模拟保沙量符合林地＞草地＞裸地＞农田规律,农田保沙能力最弱,是二滩水库最为主要的产沙源.     

基于多水文改变指标评价东江流域河流流态变化及其对生物多样性的影响

新丰江、枫树坝和白盆珠3座大型水库的建立对东江流域河道流量和河流流态过程有了较大改变,威胁河道下游生态系统的健康。基于广义指标生态剩余和生态赤字评价了东江流域受水库影响后流域生态需水需求目标总的盈余和缺失变化过程,基于IHA32指标计算的Do和DHRAM评价了水库对下游河段河流水文过程总的改变程度以及威胁河道生态系统健康的风险性大小,并进一步分析了对河道生物多样性的影响。研究结果如下:(1)水库对流量历时曲线(FDC)有显著影响,曲线上部下降,尾部上升,尤其体现在秋季和冬季。降水对年与夏季生态剩余影响较大,水库对各季节生态剩余和生态赤字均有较大影响:秋季和冬季生态赤字几乎为0,生态剩余显著增加。生态剩余和生态赤字与大部分IHA中32个指标具有很强的相关性,可作为衡量东江流域年和季节径流变化的生态指标。(2)龙川、河源、岭下和博罗4站点总体改变程度分别为58.48%、54.04%、54.32%和52.47%。河流流态变化导致总季节生态剩余增加并维持在较高水平,进一步引起河流生物多样性下降,并维持在较低水平。龙川和河源两站河流流态的变化对河流生态系统造成了高风险性影响,岭下和博罗两站则为中等风险。     

主要外来鱼类对千岛湖生态系统的潜在影响及对策

生物入侵已在全球范围内广受关注,外来生物入侵现象日趋严重,不仅导致地区特有物种衰竭,还影响当地生物多样性、生态环境和经济发展。千岛湖(原名新安江水库)作为一个集渔业、水源、旅游、发电于一体的大型山谷型水库,其生态系统状况受到国内外生态学者的普遍关注。然而近年来,该水库也受到外来物种入侵威胁,对土著鱼类尤其是经济鱼类的资源构成了巨大的威胁。综合分析了千岛湖生态系统的主要特征和主要外来鱼种,结合这些外来鱼类的生物学特征,概述主要外来鱼类对千岛湖生态系统的潜在影响,并针对这些潜在风险,提出了相应的治理对策,为千岛湖水域生态系统的管理工作积累基础资料。     

香溪河库湾枝角类的种类组成及垂直分布

枝角类在水库生态系统的物质循环和能量流动过程中具有重要的作用, 有关水库枝角类的研究在水库水生生物研究中历来备受重视。枝角类在深水水体中具有垂直分布的特性, 生物和非生物因素影响着包括枝角类在内的浮游动物垂直分布及垂直分布的时空变化。香溪河河口至兴山峡口段在2003 年6 月三峡水库蓄水后被没,形成香溪河库湾。因受干流库区的水体顶托, 库湾水体流速缓, 更新时间长, 容易产生富营养化现象, 香溪河库湾2004 年春季就有藻类异常繁殖现象发生。       

川东南小型水库营养结构特征的稳定C、N同位素分析

为了解我国水库生态系统营养结构特征, 研究应用稳定同位素技术分析了四川省东南部的典型小型水库松林水库中不同水生生物碳、氮稳定性同位素比值。基于Bayesian混合模型(SIAR)分析了不同消费者基础碳来源, 并计算了δ13C–δ15N同位素生态位中6个营养结构量化指标。结果表明: 调查期间松林水库处于富营养化状态; 初级生产者POM(主要成分为浮游藻类)、固着藻类、喜旱莲子草Alternanthera philoxeroides和水蓼Polygonum hydropiper的δ13C值范围为–29.20‰—18.81‰, δ15N值范围为4.01‰—12.73‰; 其中POM和固着藻类是多数消费者的主要碳源; 松林水库食物网营养级长度为3级, 以杂食性鱼类为优势类群并存在营养冗余现象, 暗示了该生态系统鱼类群落结构的相对稳定性; 入侵物种福寿螺Pomacea lineata、罗非鱼Oreochromis spp.与土著物种铜锈环棱螺Bellamya aeruginosa、鲫Carassius auratus等之间存在明显的同位素生态位重叠现象。建议加强水生生物资源管理, 减少外来物种入侵对当地土著物种的保护具有重要意义。     

汞在新建水库食物网中生物累积与风险评价研究进展

汞是唯一参与全球循环的液态重金属。1974年,自美国学者Smith首次报道水库中鱼类总汞含量高于邻近自然湖泊以来,水库中鱼类汞升高的风险成为新建水库环境影响评价中的重要内容之一。汞在水库生态系统生物组分和非生物组分中含量升高的现象先后在世界各国报道,包括加拿大、美国、芬兰、泰国和巴西等。通过对系列的野外研究进行回顾,表明了水库形成后生态系统中汞的甲基化过程发生了变化。水库形成对汞在食物网中的鱼类、底栖生物、浮游生物的累积产生影响。水库中汞的生物累积、迁移转化主要与被淹没土壤和植物腐解过程有着直接或间接的关系。水库形成后,总汞、甲基汞和甲基汞比例在生态系统食物网各组分中的变化并不一致。蓄水后,水体中总汞变化较小,甲基汞和甲基汞比例上升明显;浮游生物尤其是浮游动物中总汞升高,但甲基汞和甲基汞比例升高更为明显;与浮游动物类似,底栖水生昆虫中总汞升高,甲基汞和甲基汞比例升高也更为明显;鱼类作为食物网顶级消费者,甲基汞比例一般在80%以上,在水库形成后鱼类总汞和甲基汞均明显升高,但甲基汞比例变化已经不大。这些变化揭示了水库形成后甲基汞在食物网传递的两个主要可能途径,一是微型生物食物网。通过悬浮颗粒物、浮游植物、浮游动物这一环节,甲基汞和甲基汞比例有明显的增加。第二个途径是底层生物食物网。通过悬浮颗粒物、细菌、碎屑食性底栖水生昆虫、肉食型底栖水生昆虫环节,甲基汞和甲基汞比例明显增加。这两种途径均能导致以水生昆虫、小鱼、甲壳类等为食的肉食性鱼类汞含量增加。水库形成后,生态系统中汞的甲基化发生了明显的"加速"过程。这种"加速"过程最直接的因素是成库后大量土壤淹没使得汞的甲基化平衡被打破。这个过程主要有两方面的影响。一方面是直接影响,被淹没土壤和植被在腐解过程中主动或被动地将甲基汞释放到水库生态系统中;另一方面是间接影响,被淹没土壤和植被的腐解使水库底部形成厌氧环境,有利于无机汞从被淹没土壤和植被中溶出,为甲基化反应提供充裕的、可供甲基化的无机汞,同时腐解产生的大量营养物质为微生物提供丰富食物来源,使硫酸盐还原菌大量繁殖,促进无机汞的甲基化。在我国,有关汞在新建水库食物网中生物累积和风险评价的研究有待进一步加强。     

大溪水库和沙河水库主要鱼类营养结构的时空变化

为了解大溪水库和沙河水库主要鱼类食物网营养结构的时空变化特征,依据2017年夏、秋季和2018年春季在大溪水库和沙河水库的调查结果,利用稳定同位素方法对这两个水域内鱼类的营养关系进行研究,得到以下主要结论：大溪水库共出现鱼类28种,沙河水库29种,鱼类群落结构组成结构相似,呈现出以湖泊定居性鱼类和鲤科鱼类为主的特征。配对双样本时空差异分析显示,相同季度内两个水库鱼类的δ¹³C值差异显著,说明两个水库的初级食物源存在明显不同;相同区域内,大溪水库季度差异不明显,而沙河水库差异显著,说明大溪水库的初级食物源组成变动较沙河水库的更小。δ¹⁵N值时空变化规律不明显,这可能与水库周围农业活动和人类活动的不确定性有关。鱼类群落指标值分析结果显示,沙河水库的CR、NR、TA、SEAc、CD、MNND和SDNND指标值均高于大溪水库,且春季高于其他季度,这表明沙河水库春季食物网较其他季节、较大溪水库更为复杂,食物源更加丰富,食物链更长,营养层次更多,核心生态位宽幅更低,营养级多样性的总程度更高,营养生态位均匀度较低,大溪水库食物网的冗余程度较高,说明相较于沙河水库,大溪水库生态系统稳定性更高,抗干扰能力更强,这可能与沙河水库周边广泛的茶园、旅游区和和居民区密集分布有关。基于各种量化群落指标对大溪水库和沙河水库的食物网结构进行时空差异分析,能够为大溪水库和沙河水库水生生态系统的管理与修复提供理论支撑。     

铜绿微囊藻的分子研究进展

中国淡水湖泊、水库众多,富营养化问题严重。铜绿微囊藻是中国湖泊、水库及其他水域生态系统发生、形成富营养化危害的主要藻类。目前对铜绿微囊藻的研究主要集中在水华成因、生长的特点、作用机理等,对其生命活动相关的分子机制研究不多。该文主要从生物节律、毒素合成、藻胆蛋白合成及其调控机制和ATP合成酶等四个方面综述了铜绿微囊藻的分子研究进展,为今后进一步研究铜绿微囊藻的分子作用机理及其防治具有重要意义。     

基于Ecopath模型分析分水江水库生态系统结构和功能

根据2008-2009年浙江分水江水库渔业资源和生态环境调查数据,采用Ecopath with Ecosim软件构建了分水江水库的物质平衡Ecopath模型.模型构成包括鲢、鳙、鳊、花〖HT5,7〗鱼〖KG-*3〗〖HT5,6〗骨〖HT5F〗、翘嘴鲌、鲴类、其他鱼类、寡毛类、水生昆虫、浮游动物、浮游植物、有机碎屑等14个功能组,较好地模拟了分水江的水库生态系统.结果表明： 分水江水库生态系统包含5个营养级,且营养物质流动主要发生在前3个营养级.牧食食物链和碎屑食物链是系统中的主要能流,但是食物网结构较简单,容易受到外界干扰的影响.转移效率在低营养级较低,表明系统的能量利用较低,过多的营养物质储存在系统中可能导致富营养化的发生.较低的联结指数、系统杂食性系数、Finn氏循环指数以及Finn氏平均路径长度值都表明该生态系统处于不稳定状态,而生产量/总呼吸和生产量/生物量的值较高,说明此生态系统的初级生产力远高于其呼吸量,系统处于生态发育前期.分水江水库由于发育历史较短,仍处于由不成熟向成熟发育的过程中.     

减轻二滩水库泥沙淤积的生态系统服务价值评估

基于ArcGIS 9.2,构建了生态系统减轻水库泥沙淤积的评估模型,并结合泥沙输移比（SDR）和通用水土流失方程（USLE）,模拟了二滩水库集水区的产沙量和保沙量及其空间分布特征以及水库使用年限内其生态系统服务价值.结果表明：2000年,二滩水库集水区土壤保持量12.1×10⁸ t·a^-1,土壤保持量高值区主要分布于雅砻江干流和支流水网附近;泥沙输移比的高值主要分布在河道附近和水库周边,水库周边是最主要的产沙区和保沙区;研究区实际产沙量为629.3×10⁴ t·a^-1,占实际土壤侵蚀量的12.7%;农田是研究区最主要的产沙源,其产沙量占集水区总产沙量的62.9%;林地平均单位面积的保沙价值最高.在二滩水库使用年限内（100 a）,集水区对于减轻二滩水库泥沙淤积的总价值为27.53亿元.     

湿地及其利用与保护（上）

湿地是当今国际上十分重视的生态系统。我国湿地面积达６３００×１０４ｈｍ２,其中有天然湿地,包括浅海（低潮时水深６ｍ以内）、沼泽、草甸、湖泊及河流为２５００×１０４ｈｍ２;人工湿地包括水田、水库、灌渠为３８００×１０４ｈｍ２。湿地是与国民经济息息相关的生态系统,它具有特殊的蓄水、供水为特征的环境,丰富的生物多样性和很高的生物生产力,它的水、土、生物资源,是国民经济持续发展的基础,水体回游鱼类与湿地候鸟的保护,还具有重要的国际意义。湿地的保护和研究,已被列为我国２１世纪议程。     

三峡水库坝前段蓄水前后桡足类种类组成的变化

三峡水库蓄水后库区水环境发生了巨大变化,坝前茅坪至归州的西陵峡段由激流型河流生态系统演变为相对静水的水库型生态系统。桡足类是河流、湖泊、水库中重要的浮游动物类群,在水生态系统中占有重要地位,在浮游动物的研究中备受重视[1—7]。20世纪50年代三峡水库论证时也曾对其淹没区小水体的桡足类进行过调查,并对建库后的桡足类的种类组成进行了预测,但当时在未成库区干流中没有采集到桡足类[8]。作者对三峡水库蓄水前后坝前段(茅坪至归州)的桡足类进行研究,以期为三峡水库水生态系统中桡足类的演替、水环境管理、第二和第三阶段蓄水后桡…     

亚热带水库浮游植物群落的季节变化及其与环境的关系:两种功能群分类法的比较

浮游植物是水库生态系统最重要的生物组成,因其对水体环境的变化敏感而常被用于指示水体生态系统状态.为了解功能群(FG)和形态功能群(MBFG)两种浮游植物功能群分类方法在指示水库环境变化中的适用性和差异性,本研究以青狮潭水库为例,于2016年3月—2017年2月对该水库浮游植物和环境因子进行逐月采样调查.应用两种浮游植物功能群分类方法分析了青狮潭水库浮游植物群落结构、季节演替及其影响因子,并比较了两种功能群分类方法在指示水库环境状态中的应用及差异.结果表明:青狮潭水库共检出浮游植物7门109种,可划分为17个FG功能群和5个MBFG功能群.两种功能群分类法的结果都表明青狮潭水库为中-富营养水体;在一年周期的浮游植物群落季节演替中,FG优势功能类群指示大坝和库中群落分别经过8、9个演替阶段,而MBFG优势功能类群指示大坝和库中群落均经过8个演替阶段.冗余分析表明,在相同环境梯度上,FG功能类群的响应比MBFG功能类群更灵敏,尤其是对pH值和硝态氮浓度的响应.在探究亚热带水库浮游植物群落演替过程及其与环境的关系上,采用FG功能群分类方法更为合适.