東北湖區(qū)典型湖泊的特征是湖盆沉積物中積蓄的有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)十分豐富,湖水中COD、TN、TP等有機(jī)物和營養(yǎng)鹽含量普遍較高。近年來,流域內(nèi)耕地面積的增加以及密集的人類活動(dòng)都對(duì)湖泊水質(zhì)造成較大影響,大部分湖泊都受到了富營養(yǎng)化的威脅,湖泊生態(tài)安全面臨巨大挑戰(zhàn)。流域土地利用/覆蓋改變會(huì)對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響,陸域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的變化也對(duì)湖泊水質(zhì)具有重要影響。湖泊流域生態(tài)安全綜合評(píng)估是在流域水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和流域生態(tài)環(huán)境評(píng)估的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,能夠評(píng)估現(xiàn)期湖泊生態(tài)安全狀況,為湖泊生態(tài)安全的建設(shè)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。同時(shí),基于流域生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)的湖泊營養(yǎng)物基準(zhǔn)閾值,能對(duì)該地區(qū)湖泊富營養(yǎng)化以及生態(tài)響應(yīng)進(jìn)行科學(xué)表征,能有效削減和控制營養(yǎng)物的入湖量,能夠?yàn)楣芾碚咛峁┓梢罁?jù),也是保證湖泊流域生態(tài)安全的關(guān)鍵。本文以東北湖區(qū)典型湖泊山口湖為例,通過設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面,在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上,對(duì)山口湖流域水環(huán)境質(zhì)量、生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià),并綜合評(píng)估山口湖流域生態(tài)安全狀況。采用壓力-響應(yīng)模型(包括線性回歸模型、分類回歸樹模型以及拐點(diǎn)分析模型)、土地利用-營養(yǎng)物回歸模型以及陸域生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)進(jìn)行湖泊營養(yǎng)物基準(zhǔn)閾值研究,并采用協(xié)方差(ANCOVA)和非線性回歸模型分析了氣候變化指標(biāo)對(duì)湖泊營養(yǎng)物基準(zhǔn)閾值的影響,確定了黑龍江省典型湖泊營養(yǎng)物基準(zhǔn)閾值。主要得出以下結(jié)論:(1)2014年山口湖水質(zhì)滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),IN/TN、IP/TP在50%以上,枯水期沉積物TOC含量較低,在36.20~65.07 mg/kg之間,豐水期沉積物TOC含量較高,在39.23~98.00 mg/kg。這說明無論是枯水期還是豐水期,山口湖沉積物氮污染處于Ⅳ級(jí)水平,受到一定的有機(jī)污染。沉積物中Cd的污染水平相對(duì)較高,而基本未受到Cu、Ni、As、Zn污染或污染水平相對(duì)較低。枯水期沉積物中重金屬具有高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),豐水期沉積物中重金屬具有很高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。(2)2014年,山口湖流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)湖庫生態(tài)系統(tǒng)影響較輕,湖庫生態(tài)結(jié)構(gòu)尚合理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尚穩(wěn)定。流域內(nèi)土地利用類型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,以大面積林地為主,其次為旱地、草地和水域。近年來當(dāng)?shù)鼐用裱厣娇诤嫌魏拥篱_墾大量農(nóng)田,使得水域面積大量減少、旱地大量增加。1988~2012年之間,山口湖流域土壤侵蝕狀況較好,流域水土保持狀況較好。生態(tài)服務(wù)功能指數(shù)為73.1,狀態(tài)為較好。全湖生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)在43~67之間,均值為55,說明近期內(nèi)山口湖水生態(tài)健康狀況維持在中等水平。1988~2014年山口湖陸域生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)均大于80,處于優(yōu)秀狀態(tài),但2008年后該指數(shù)受人類活動(dòng)影響有降低的趨勢(shì),主要表現(xiàn)為森林等植被覆蓋率下降,農(nóng)田比例增加。(3)2014年山口湖流域生態(tài)安全指數(shù)值為72.61,生態(tài)安全狀況處于較安全狀態(tài)。評(píng)估結(jié)果表明,社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較弱且污染物入湖尚未有效控制、透明度較低、Chl a較高、水產(chǎn)品供給指標(biāo)功能較差以及污染凈化能力較差是影響山口湖生態(tài)安全的主要因素。(4)在綜合考慮壓力-響應(yīng)模型、土地利用-營養(yǎng)物回歸模型和陸域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的基礎(chǔ)上,建立了黑龍江省典型湖泊總氮、總磷和Chl a的基準(zhǔn)閾值。結(jié)果表明,不同方法得到的營養(yǎng)物基準(zhǔn)值無顯著差異。線性回歸模型分析結(jié)果表明:lgChl a與lgTP具有顯著正相關(guān)關(guān)系,與lgTN存在著非線性關(guān)系;土地利用-營養(yǎng)物回歸模型推導(dǎo)的營養(yǎng)物基準(zhǔn)為:Chl a為3.794 ug/l,TN為0.770 mg/l,TP為0.059 mg/l;LOWESS曲線和拐點(diǎn)分析表明,當(dāng)閾值分別為0.058(0.060)mg TP/L和0.865(0.976)mg TN/L時(shí),Chl a濃度開始下降。采用ANCOVA模型和非線性回歸方法分析了氣候變化指標(biāo)對(duì)營養(yǎng)鹽和Chl a濃度、土地利用和營養(yǎng)物濃度之間關(guān)系的影響。研究結(jié)果表明,在制定湖泊營養(yǎng)物基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)考慮氣候變化的影響,隨著氣候變暖的加劇,要使未來水體不受富營養(yǎng)化威脅并達(dá)到理想的水質(zhì),需要制定比當(dāng)前氣候條件下更嚴(yán)格的營養(yǎng)物基準(zhǔn)。
【學(xué)位單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X826
【部分圖文】：

技術(shù)路線

山口湖流域地理位置圖

圖 2-2 2014 年山口湖流域水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位. 2-2 Water quality sampling sites in Shankou Lake basin in采樣技術(shù)指導(dǎo)（HJ494-2009）》進(jìn)行水質(zhì)樣品的采集，浮分別采集表、中、下 3 層水樣的混合水樣 1.5L，現(xiàn)場(chǎng)加驗(yàn)室后靜置 24h 后濃縮鏡檢。浮游動(dòng)物定量樣品采用有[131
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