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典型湖库水生态环境质量演变及其对气候变化的响应

来源：花匠小妙招时间：2024-11-06 09:07

摘要

湖库水生态环境质量演变受气候变化和人类活动双重影响,揭示气候变化背景下湖库水生态环境质量演变及其驱动机制,定量评估气候变化和人类活动对湖库水生态环境质量演变的影响,是当前湖库生态学研究领域亟待解决的前沿关键科学问题。本论文以全国不同区域典型湖库(巢湖、程海、邛海、镜泊湖、长潭水库)为研究对象,采用藻类色素、碳氮稳定同位素、有毒有害污染物等多指标方法,从时间尺度揭示了典型湖库藻类群落演替过程、重金属和持久性有机污染物(POPs)污染过程及其驱动机制;应用广义相加模型(GAMs)等方法,建立了气候变化和人类活动对湖库浮游藻类演替和污染过程的量化影响模型,量化了气候变化和人类活动对典型湖库水生态环境演变的贡献。主要研究结果如下:(1)发展了采用沉积物柱芯藻类色素分子反演湖库历史浮游藻类群落演替的方法,色素降解指数Pheopigment-a/Chla和Tcaro/Tpigment剖面变化表明藻类色素可有效识别年际尺度上藻类群落结构变化。典型浅水富营养化湖泊-巢湖历史浮游藻类群落演替经历了两个阶段:1960s以前,巢湖藻类群落主要以硅藻和甲藻为主,藻类生物量较低;1960s巢湖闸建设运行后,藻类群落发生了明显的演替,指示蓝藻、绿藻的特征色素含量显著升高,蓝藻、绿藻占比从5%分别增加到～35%和～40%,硅藻甲藻占比从～90%下降到～15%,藻类从以硅藻和甲藻为优势种转变为以蓝藻和绿藻为优势种。(2)典型中营养水库-长潭水库藻类生物量从2000s中期明显增加,ββ-Car和Ch1 a均值分别从0.115、0.35增加到0.525μg g-1、5.77 μg g-1,蓝藻、绿藻、硅藻和隐藻是主要优势种群,占比分别为33.8%、22.5%、17.9%和16.3%,浮游藻类群落结构没有明显演替过程,分析发现2007年东部地区的极端高温可能是导致浮游藻类生物量明显增加的主要驱动因子。(3)系统量化了气候变化和人类活动对巢湖和长潭水库浮游藻类群落演替影响的贡献,巢湖TP浓度对总藻类、蓝藻、绿藻、隐藻和硅藻甲藻的影响贡献分别为 42.27%、40.27%、40.77%、41.01%和 72.58%,TP 浓度升高促进蓝藻、绿藻生物量增加,是藻类群落演替的主要影响因素。气温对总藻类、蓝藻、绿藻、隐藻和硅藻甲藻的影响程度分别为7.29%、7.56%、7.07%、9.78%和20.74%,气温升高加剧了浮游藻类群落演替和生物量增高。(4)程海、邛海和镜泊湖沉积物金属剖面分布及其EF、Igeo和AF因子分析发现,除Cd、Pb和Hg之外,沉积物柱芯金属元素浓度逐渐升高,人类活动、气温和降水均影响金属沉积累积过程。巢湖沉积物柱芯Hg浓度经历了三个阶段变化(1960s之前、1960s-1980s和1980s以后),1960s后Hg沉积通量占近百年沉积总量的69～74%,分析发现Hg与部分重金属具有相同人为源,且沉积过程受水动力条件和气温升高的影响。(5)巢湖DDTs、PAHs、PCBs沉积经历了稳定期、快速增长期和缓慢下降期,TP浓度、流域GDP和气温对巢湖DDT的影响贡献分别为16.7%,13.4%,和2.6%,TP浓度和流域GDP作为表征人类活动的解释变量,对三种POPs浓度剖面分布有显著影响。展开▼