基于环境流体动力学模型的浅水草藻型湖泊水质数值模拟

针对内蒙古乌梁素海面临的污染现状,基于三维环境流体动力学模型(EFDC)的计算模式,将其与CE-QUAL-ICM模型耦合,模拟了不同情景下的乌梁素海藻类、总氮、总磷、化学需氧量年际和季节变化规律,模型中不仅考虑了风速和蒸发对模型的影响,也加入了挺水植物密度、高度、直径等形态指标,以此反映水生植物存在的区域中植物吸收降解污染物质、风速对底部应力、流场变化等因素对模型模拟结果的影响。研究结果表明:考虑挺水植物分布的耦合模型能够很好的模拟藻类和污染物质在乌梁素海内的年际、季节变化过程,模拟结果更接近于实际,模拟值与实测值间的相对误差基本控制在30%以内,大部分相对误差已控制在20%以内;降低入湖污染物质负荷直接影响着湖区内水质浓度的变化。另外,对于浅水或挺水植物密集而无法进入取得信息的区域,利用所建耦合模型能够为这些区域湖泊规划、管理、修复提供依据。     

乌梁素海保护的生态需水量评估

结合乌梁素海湿地生态系统特征 ,基于保证水量、保证水质和改善水质 (对于污染湖泊 ) 3个层次的湖泊湿地保护目标 ,给出了不同环境保护目标下湖泊湿地的生态需水量估算方法 ,并在系统分析乌梁素海水文水循环特征的基础上 ,选择适合的计算方法 ,对乌梁素海不同保护目标下的生态需水量进行了估算。结果表明 ,从保证水量平衡角度看 ,乌梁素海排干系统排入湖泊水量为 6 .18× 10 8m3/ a,可以保证乌梁素海的水量平衡 ;从保证水质角度看 ,由于作为生态用水的黄河水总 N浓度超过国家地表水水质标准中湖泊水质 V类水标准限值的 1.6倍 ,比乌梁素海湖水总 N含量还要高 ,因此 ,完全达标的生态需水量是不存在的 ,但如果只考虑盐分和总 P,在现有排干水量为 6 .18× 10 8m3/ a条件下 ,则维持乌梁素海的盐分和 P浓度不变的生态需水量分别为 1.82× 10 8m3/ a和 12 .3× 10 8m3/ a;从保证湖水水质达标角度看 ,现有污染物排放情况下 ,1a盐分和总 P达标的生态需水量分别为 4 .91× 10 8m3/ a和 16 .3× 10 8m3/ a,10 a盐分和总 P达标的生态需水量应分别为 4 .2 8× 10 8m3/ a和 14 .3× 10 8m3/ a     

乌梁素海长时序水质变化及其驱动因子

为了解乌梁素海长时间的水质变化规律,本文基于1999-2019年乌梁素海水质数据,采用幂函数加和型普适指数EI进行富营养化评价,并利用Mann-Kendal与STARS突变检验法,研究乌梁素海水质突变.结果表明:乌梁素海富营养化程度总体呈波动下降趋势,入口、湖中、出口区域水质突变年份分别为2012年、2014年和201...     

乌梁素海全季不同形态氮磷及浮游植物分布特征

为监测乌梁素海全季不同形态氮磷及浮游植物分布特征, 研究了乌梁素海2016年4—11月和2017年1月的不同形态氮磷和藻类的浓度变化。实验结果表明: 总氮浓度秋季最高, 总磷浓度冬季最高, 应加强对河套灌区农事行为的管理以减少氮磷等营养盐排入; 对乌梁素海12个监测点浮游植物镜检知共监测到浮游植物6门69属, 全年以硅藻、绿藻种群占优势; 乌梁素海各采样点浮游植物丰度在6.88×107—96.66×107 cell•L -1间变化, 浮游植物各种群丰度表现为春冬季低, 夏秋季高; 空间采样点丰度值由大到小顺序为南部明水区和出水口、N13（芦苇区）、进水口附近点位和Q10（旅游区）。掌握全季不同形态氮磷及浮游植物分布特征对各季度有针对性地治理湖泊水体意义重大, 为乌梁素海以及寒区富营养化湖泊的进一步修复提供理论支持与参考。     

乌梁素海浮游细菌群落结构及其对富营养化因子的响应

【目的】揭示乌梁素海浮游细菌的群落结构及其对富营养化环境因子的响应,认识乌梁素海浮游细菌多样性,以丰富微生物与富营养化关系的理论。【方法】提取水体浮游细菌总DNA,利用细菌通用引物对63F/1387R进行PCR扩增,构建小口、沙尖北和红圪卜3个湖区16S rRNA基因克隆文库;以典型对应分析(CCA)方法解析浮游细菌群落结构对环境因子的响应。【结果】各湖区中富营养化程度最重的红圪卜位点细菌多样性、丰富度及均匀度最高,而富营养化程度最轻的小口位点细菌多样性、丰富度及均匀度最低。Proteobacteria、Bacteroidetes和Actinobacteria为水体中优势类群。α-、γ-、δ-Proteobacteria,Actinobacteria及Bacteroidetes等菌群丰度随着水体的富营养化程度改变而有显著的变化。各湖区皆存在许多可能具有污染物降解及驱动生源要素循环能力的细菌类群。CCA分析表明TN、NH4+、NO3-和COD等水体指标对浮游细菌群落结构组成的影响较大。此外,乌梁素海水体内未知细菌类群很多;且不同于一般淡水生态系统,乌梁素海中存在9.6%的轻度嗜盐碱性细菌。【结论】乌梁素海水体中浮游细菌多样性较高,细菌群落结构复杂、其类群组成与富营养化因子紧密相关。     

乌梁素海富营养化湖区浮游细菌多样性及系统发育分析

水生生态系统富营养化与细菌群落之间的关系尚不明确。本文通过构建和分析16S rRNA基因片段克隆文库, 以期揭示乌梁素海富营养化水体细菌的多样性及其系统发育关系, 并探讨富营养化与细菌多样性之间的关系。利用Hae III对文库中的87个克隆子进行单酶切, 产生了23种带型, 文库覆盖度达到了73.6%, 反映出文库有较好的代表性。选择每种OTU的一个代表克隆进行测序分析, 基因序列系统发育分析结果表明, 乌梁素海中多数细菌与淡水生态系统中常见的细菌门类相同, 即α-, β-, γ-Proteobacteria, Bacteroidetes, Actinobacteria, 它们分别占总菌数的10.3%、41.4%、4.6%和6.9%, 其中β-Proteobacteria和Bacteroidetes是优势细菌类群。与典型淡水生态系统细菌群落组成不同的是, 乌梁素海中存在约10.3%的轻度嗜盐碱细菌。水体中83.9%的细菌与已培养的细菌的同源性低于97%, 其中58.9%的细菌未能鉴定到属; 其余总菌数16.1%的克隆与具有降解污染物生物活性的已知菌相近。Bacteroidetes、Firmicutes和β-Proteobacteria中的某些类群成为优势菌群可能是对乌梁素海水体富营养化的响应。     

乌梁素海湿地芦苇最大羧化速率的高光谱遥感

湿地植被生产力和固碳潜力的研究是全球碳循环和全球变化的热点研究问题。湿地植被的光合能力能够指示其生长的健康状态。最大羧化速率是重要的植被光合参数之一,对精确模拟湿地植被光合作用和气体交换模型中的固碳过程具有重要的作用。以内蒙古乌梁素海湖泊湿地为研究区,进行了芦苇叶片光合参数和光谱的测量。芦苇叶片最大羧化速率(V_(cmax))数值是基于Farquhar光合作用模型,从光合测量获取的A-C_i曲线计算并校正到25℃得到的。分别基于bootstrap PLSR模型、单波段和高光谱植被指数(包括简单比值指数SR和归一化差值指数ND),构建湿地芦苇叶片最大羧化速率(V_(cmax))估算模型。基于高光谱遥感图像HJ-1A HSI,采用ND高光谱指数中具有较高V_(cmax)估算精度的入选波段702和756 nm,获取研究区湿地芦苇最大羧化速率空间分布图。研究结果表明,湿地植被光谱特征和高光谱植被指数,可用于估算湿地芦苇V_(cmax),其中最高精度产生于基于bootstrap PLSR模型的建模方法(R~2=0.87,RMSECV=3.90,RPD=2.72),ND高光谱指数的V_(cmax)估算精度高于SR高光谱指数的估算精度;从获取的V_(cmax)空间分布图上提取估算值,其与测量值对比,存在较好的相关性(R~2=0.80,RMSE=4.74)。     

乌梁素海沉积物中有机质和全氮含量分布特征

针对乌梁素海富营养化日趋严重和湿地面积逐渐萎缩,系统地研究了其生态环境地球化学效应.结果表明,乌梁素海表层沉积物中的全氮含量存在明显的经向和纬向分异特征;沉积物中全氮养分含量与有机质含量显著相关(r＞0.93);沉积物中C/N的平均值介于12.07～19.95之间,表明有机质主要来源于湖中水生植物,水体富营养化具有显著的内源性.TN和有机质在不同粒级表层沉积物中的粒度效应明显,且TN和有机质在IV粒级的含量分别为I粒级的3.1～7.6倍和2.5～8.0倍.