以乌梁素海湖滨植被带建群植物—芦苇(Phragmitis australis)的凋落物为研究对象,基于野外分解袋法对芦苇凋落物进行分解实验,通过混合演化算法(HEA)建模.旨在揭示和预测芦苇凋落物在湖水中的分解过程,并结合阈值和敏感性分析,探讨凋落物分解释放的氮、磷元素与环境影响因子之间的关系.研究结果表明:(1)混合演化算法的最佳模型预测值与实际测量值之间拟合度高(r2=0.90-0.99),质量损失模型(ML-model)的拟合效果最好(r2=0.99).(2)芦苇凋落物的质量损失(ML)随水温(WT)增高而增加;凋落物中的N元素先累积后释放,且pH较低(pH＜8.326)时,促进N元素释放;凋落物中的P元素在整个过程中以释放为主,且WT较高(WT＞=16.978 ℃)时,凋落物中P元素与溶解氧(DO)呈负相关;WT较低时,P元素与WT呈负相关.进一步证明,混合演化算法模型能够模拟和预测湖泊芦苇凋落物水中分解过程,识别和量化凋落物分解与环境因子的生态关系和阈值数据,可为浅水草型湖泊内源污染防治提供理论支撑.

为研究荷花种植对乌梁素海水质的改善,在当地选择200 m×10 m区域种植荷花(种植区),并设立同样规模的对照区,于2017年5-8月观察水质变化.结果显示荷花栽植对水体中的总氮、总磷去除率分别超过25％和30％,溶解氧含量增加12.80％,藻细胞密度减少约40％,提示荷花种植可以明显改善水质,明显抑制水体中藻类的生长.

为查清内蒙古乌梁素海湖泊湿地疣鼻天鹅(Cygnus olor)繁殖期和秋季迁徙前期种群数量,2014至2017年采用路线统计法和样点统计法对其进行精确计数统计,结合近十余年来的文献数据和监测记录,探讨了种群数量的变化及原因.结果显示,2015至2017年春季繁殖成鸟数量依次为84只、92只、80只,基本稳定;2014至2017年,秋季种群数量依次为411只、302只、281只、153只,逐年减少;近几年适宜繁殖地和觅食地面积不断缩小、天敌偷袭、捡蛋和投毒等因素影响亚成鸟和幼鸟的生存.根据文献和保护区监测数据,1996至2004年种群数量逐年增多,与自然保护区的建立、严禁捡蛋和没收猎枪有关,而2005至2013年因干旱缺水、水域被开发利用、芦苇(Phragmites australis)和宽叶香蒲(Typha latifolia)面积扩增、水质恶化、富营养化加重等原因种群数量下降.研究表明,近几年乌梁素海被过度开发利用,人为干扰频繁,影响疣鼻天鹅正常繁殖栖息;栖息地的科学管理和严禁捡蛋及投毒行为,对该种群的生存及增长至关重要.

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.

山水林田湖草系统保护与修复工程实施的重要目标是维护和提升区域生态系统服务.从乌梁素海流域山水林田湖草的生态现状与功能出发,对乌梁素海流域水土流失、土地沙化等生态敏感性及土壤保持、水源涵养、生物多样性等生态功能重要性进行系统评价,形成基于生态敏感性和生态功能重要性相结合的空间格局评价结果.以维护和提升人类福祉所需的重要生态系统服务为目标,以乌梁素海流域生态敏感性和生态功能重要性相结合的空间格局评价结果为基础,制定了“一中心、二重点、六要素、七工程”的乌梁素海山水林田湖草生态保护与修复体系,并基于此将乌梁素海流域生态保护修复分为6个主要治理区域,形成“四区、一带、一网”的生态安全格局,通过具体工程实施,流域生态环境质量和生态服务能力将取得明显提升,防风固沙能力有效增强,生物多样性持续改善,水环境质量稳定达标,生态系统的稳定性明显加强.通过乌梁素海流域的分析案例为流域山水林田湖草生态保护与修复关键区域的识别提供了定量分析方法,为流域尺度构建生态安全格局、实现山水林田湖草系统保护和修复提供思路和途径.

为了研究内蒙古乌梁素海湖泊水体污染程度,在乌梁素海水域设置12个采样点,于2016年4月至11月期间,每月的第一周对乌梁素海湖浮游植物进行采样调查,在实验室鉴定浮游植物种类,然后通过计算浮游植物污染生物指数方法,分析湖泊水体污染状况.结果显示,实验室内通过镜检共鉴定测出浮游植物种类161种(包含6种变种),属于6门57属,其中以绿藻门种类数最多(60种),其次为硅藻门(48种)、蓝藻门(37种)和裸藻门(13种).乌梁素海常见污染指示种为58种,其中在群落中呈优势的物种有梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)、四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda)、弯曲栅藻(Scenedesmus arcuatus)、微小平裂藻(Merismopedia tenuissima)、点型平裂藻(Merismopedia punctata)、小空星藻(Coelastrum microporum)、细小隐球藻(Aphanocapsa elachista)、居氏腔球藻(Coelosphaerium kuetzingianum)、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa).乌梁素海湖泊浮游植物污染生物指数(SI)平均值为2.55(当2.5

[目的]对乌梁素海沉积物中厌氧氨氧化细菌的PCR扩增方案进行优化.[方法]采集乌梁素海沉积物样品,提取细菌总DNA,以厌氧氨氧化细菌功能基因Hzo基因为研究对象,通过基于普通PCR和巢式PCR筛选适宜的引物、探究不同的PCR退火条件,确立PCR引物的最佳选择以及最佳扩增条件.[结果]以HzoAB4F/HzoAB4R为引物,PCR退火温度为53℃的条件下,能获得预期的600 bp左右的条带,但由于引物二聚体的出现,对于后续菌群结构的研究可能带来一些影响,因此该扩增策略还需要继续完善;其他引物进行的PCR反应扩增,获得的结果特异性均较差.巢式PCR方案(HzoAB1F/ HzoAB1R为第一轮引物、HzoAB4F/HzoAB4R作为第二轮引物),PCR退火温度为55℃的条件下,可大大提高对厌氧氨氧化细菌功能基因Hzo扩增的特异性.[结论]成功对乌梁素海沉积物中厌氧氨氧化细菌功能基因Hzo进行扩增,研究发现巢式PCR方案适用于环境中厌氧氨氧化细菌的分子生态学研究.

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2016年,突变时间相继后推;3个区域中,入口区总体处于中度和重度富营养化水平,水质突变前后营养盐浓度显著下降,EI下降20.56％,但仍为藻型浊水状态,外源输入与内源富集是造成入口区严重污染的主要原因;湖中及出口区处于轻度富营养化水平,总体呈下降趋势,在草藻共存与藻草共存状态之间波动,湖中区主要受沉积物的内源营养物释放影响,而出口区主要受植物数量减少与鱼类消化代谢影响;乌梁素海3个区域中氮磷比＞16的采样占比分别为44.2％、65.7％、72.8％,为典型的磷限制湖泊.本研究为乌梁素海治理及水质突变预警提供科学依据,为干旱区浅水富营养化湖泊水质变化研究提供参考.

为揭示寒旱区冰封期富营养化湖泊水体中浮游植物群落结构及其与水质指标的响应关系,该研究以乌梁素海为对象,于2019年1月在湖区设立12个采样点采集水样及浮游植物,通过对浮游植物定性定量检测和水体理化性质测定分析,以明确冰封期乌梁素海浮游植物群落结构空间变化特征及主要水质指标的分布规律;结合RDA分析和Pearson相关性分析揭示了浮游植物与水质指标的响应关系,为水体富营养化程度评估及防控提供理论依据.结果显示:(1)冰封期乌梁素海12个样点的水质指标特征差异明显,各水质指标从北到南具有不同的变化趋势.(2)冰封期乌梁素海共检出浮游植物61种,其中隐藻门的丰度最高(4.76×106个·L-1),甲藻门的生物量最高(18.09 mg·L-1),但湖区不同位置的优势浮游植物类群有所差异,北湖区蓝隐藻和伪鱼腥藻丰度明显高于南湖区.(3)不同种类的浮游植物在空间分布上存在明显的差异,且在P3样点的多样性最低,P8样点的多样性最高,并发现中、下湖区物种类型多且组成较为均匀.(4)浮游植物的丰度与TP呈显著正相关关系,生物量与TP呈极显著正相关关系,多样性指数与TP呈正相关关系.研究表明,冰封期乌梁素海水体处于中等营养水平,水体中总磷(TP)含量是影响浮游植物物种丰度和生物量的主要影响因子;寒旱区冰封期富营养化湖泊浮游植物分布特征为北湖区隐藻门、蓝藻门和甲藻门占优势;南湖区中绿藻门丰度最高.