氣候變暖對(duì)不同營(yíng)養(yǎng)水平湖泊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)動(dòng)態(tài)遷移的影響.pdf

1、近一世紀(jì)以來，地球氣候發(fā)生了一系列以變暖為主要特點(diǎn)的顯著變化，全球地表溫度升高大約0.74℃，并且在未來的100年升溫幅度將達(dá)到3-5℃。已有研究表明，氣候變暖對(duì)淡水生態(tài)系統(tǒng)具有多方面的影響，包括:水體的物理化學(xué)特性、沉積物各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的化學(xué)循環(huán)過程以及生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)生物的種群密度與種類組成的改變等。目前，我國(guó)對(duì)氣候變化的研究主要集中在古氣候演化以及氣候變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響等方面，而關(guān)于氣候變暖對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)影響的研究略顯欠缺。長(zhǎng)江中下游

2、地區(qū)是我國(guó)淺水湖泊比較集中的地區(qū)，且該地區(qū)亦是我國(guó)富營(yíng)養(yǎng)化湖泊分布的主要地區(qū)，同時(shí)，有研究表明，在只考慮溫室氣體增加的條件下，未來整個(gè)長(zhǎng)江中下游地區(qū)變暖的幅度會(huì)高于全球平均水平。武漢市位于長(zhǎng)江中游江漢平原東部，市域范圍內(nèi)水體豐富，為研究湖泊生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變暖的響應(yīng)機(jī)制提供了良好的地理?xiàng)l件和基礎(chǔ)。本研究首先分析武漢市近62年氣溫、降雨、風(fēng)速及日照時(shí)數(shù)的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，證明武漢市區(qū)域氣候變暖的存在性，探究全球氣候變暖背景下武漢市受到的影響程度

3、。其次，選取超富營(yíng)養(yǎng)型淺水湖泊—武漢南湖表層沉積物和表層水為研究對(duì)象，利用室內(nèi)光照培養(yǎng)箱設(shè)置18℃和22.5℃兩個(gè)溫度處理組，模擬武漢地區(qū)預(yù)測(cè)的本世紀(jì)末春季變暖的情景，研究升溫對(duì)沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽釋放的影響。最后，選取不同營(yíng)養(yǎng)水平湖泊（高度富營(yíng)養(yǎng)化的南湖與中度營(yíng)養(yǎng)水平的梁子湖沉積物）為研究對(duì)象，利用野外原位溫控圍隔模擬長(zhǎng)江中下游流域百年后氣候變暖情景，設(shè)置兩個(gè)溫度梯度（自然水溫，自然水溫+4.5℃），總計(jì)4個(gè)處理。逐月觀測(cè)不同處理組沉積物系統(tǒng)

4、功能變量（如沉積物-水界面溶解氧、堿度、無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽通量以及沉積物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量等）的變化特征，探討氣候變暖和不同營(yíng)養(yǎng)水平對(duì)湖泊沉積物系統(tǒng)的影響。取得的主要研究結(jié)果如下:
　　(1)武漢市1951-2012年間的降水量無顯著趨勢(shì)，年降水量較為穩(wěn)定，但最大日降水量波動(dòng)較大并可能存在一定的周期性特征;武漢市1951-2012年間風(fēng)速與日照時(shí)數(shù)均有顯著的下降趨勢(shì)，風(fēng)速的減小與該地區(qū)氣溫的升高與城市化進(jìn)程加快有關(guān)，而日照時(shí)數(shù)的下降主要是受到了

5、空氣中人為排放的氣溶膠濃度增加的影響;此外，武漢市1951-2012年間的氣溫要素中，除極端最高氣溫外，其他氣溫要素如:年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫、年極端最高氣溫以及年平均氣溫距平均表現(xiàn)出極顯著的上升趨勢(shì)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)1993年以前，年平均氣溫的變化較平穩(wěn)，但之后氣溫逐漸升高并且其波動(dòng)性也在增大，氣溫上升原因主要是全球氣候變暖與城市熱島效應(yīng)的共同作用的結(jié)果。長(zhǎng)期的氣溫的變化證實(shí)了在氣候變化的背景下，武漢地區(qū)氣溫同樣受到全球變

6、暖的影響。
　　(2)室內(nèi)控制實(shí)驗(yàn)中，以超富營(yíng)養(yǎng)型淺水湖泊—武漢南湖表層沉積物和表層水為研究對(duì)象，設(shè)置18℃和22.5℃兩個(gè)溫度處理組，研究升溫對(duì)沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽釋放的影響。結(jié)果表明，在超富營(yíng)養(yǎng)型淺水湖泊中，溫度的升高能夠顯著促進(jìn)湖泊沉積物中磷元素的釋放，使水體當(dāng)中的磷濃度顯著增加，從而加劇水體富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn);好氧環(huán)境下，溫度的升高對(duì)水體中的氨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化起到了一定的促進(jìn)作用，但室內(nèi)模擬系統(tǒng)未觀察到升溫對(duì)沉積物中氮的動(dòng)態(tài)遷移產(chǎn)生

7、顯著影響，推測(cè)是由于沉積物反硝化作用與底棲生物利用兩個(gè)原因，但溫度的升高對(duì)于超富營(yíng)養(yǎng)型淺水湖泊沉積物中氮元素營(yíng)養(yǎng)鹽動(dòng)態(tài)遷移的影響依然有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)論證。
　　(3)通過室外原位溫控圍隔模擬系統(tǒng)探究了不同營(yíng)養(yǎng)水平湖泊沉積物-水界面物質(zhì)遷移對(duì)變暖的響應(yīng)特征。結(jié)果表明:升溫可以顯著促進(jìn)湖泊生態(tài)系統(tǒng)沉積物-水界面離子的電離程度，使界面水體的pH值顯著降低，電導(dǎo)率顯著升高，同時(shí)，升溫對(duì)界面的總氮釋放通量產(chǎn)生了一定的促進(jìn)作用，但未達(dá)到顯著水平