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湖泊在人类发展过程中起到了至关重要的作用,具有提供饮用水、食物、防洪排涝、调节气候等功能,自古就是重要的人类聚集地。然而随着人类活动干扰强度不断增大,我国大型湖泊正面临着越来越严重的环境问题,如生物多样性下降、水质恶化等。本论文选取中国最大湖泊青海湖、最大淡水湖泊鄱阳湖和水环境问题突出的太湖这三个大型湖泊为研究对象,系统收集了三大湖泊的流域经济发展、气象水文因子和水质变化等历史资料数据,依托中国科学院南京地理与湖泊研究所的野外生态系统观测站对三大湖泊各进行了一周年的生态监测,据此全面阐述了三个大型湖泊水环境的周年变化规律,刻画了各湖泊气象水文因子的历史演变特征,结合我国相关湖泊的文献分析,探讨了我国大型湖泊水环境时空变化受人类活动和水文气象过程的影响机制,为我国湖泊水环境保护乃至水生态文明建设提供了科学依据和理论支撑。论文的主要研究发现如下: (1)青海湖是我国最大的湖泊,位于青藏高原,流域人口稀少。近50年来,青海湖地区气温总体波动上升,降水量呈波动起伏的微弱上升趋势,总体稳定;青海湖近50年的蒸发量大于降水量,降水偏低导致入湖的补给小于湖水的亏损,降雨量与蒸发量成负相关。青海湖总磷含量较低,主要入湖污染负荷中总氮含量较高,均超出Ⅳ类水标准,是影响湖泊水质的主要因子。青海湖沉积物中重金属的自然来源相对稳定,大部分重金属元素有很好的同源性。 (2)鄱阳湖是我国最大的淡水湖泊,也是季节性吞吐湖泊和通江湖泊。鄱阳湖水位涨落受流域气候、湖盆地形、长江及五河来水的多重影响,遵循“枯-涨-丰-退”的水文节律,具有换水周期快,水位变幅大的特征。鄱阳湖水文特点决定了其水环境时空分布特征,鄱阳湖总氮和总磷呈现一致的季节变化趋势,均在夏季出现最小值。叶绿素主要受温度和水动力过程的影响。鄱阳湖水环境受自然和人类活动的共同影响,自然的水位变动对水环境的影响最显著,鄱阳湖水质与水位呈现出正相关关系,水位越高,水质越好;水位越低,水质越差。鄱阳湖水质总体保持中营养水平,在空间分布上呈现出南部污染较重,北部污染较轻的格局,在时间和季节分布上呈现汛期好于非汛期的特点。此外,外源污染物的输入也是影响湖区水质变化的重要原因之一,受经济社会快速发展的影响,鄱阳湖承纳江西省的污染物持续增加,近年来鄱阳湖的水质下降趋势明显。 (3)太湖是我国污染最严重的湖泊之一,靠近入湖河口的西部地区和西北部竺山湾污染相对较重,处于重度富营养化状态;靠近出湖河口的东南部水草区污染较轻,处于轻度富营养状态,体现出人为活动对太湖水环境的剧烈影响。太湖营养盐也呈现明显的季节差异,由于夏季降水稀释和反硝化作用,总氮呈现冬春季高、夏秋季低的特点,总磷则相反,由于夏季藻类将大量无机磷吸收转化为藻体内的颗粒磷,并刺激底泥磷释放,呈现冬春季低、夏秋季高的特征,这体现出蓝藻水华对湖泊生态系统强烈的反馈作用。通过高频监测数据还发现,春夏季降水会增加水体的氮磷浓度,而温度升高有利于蓝藻大量增殖,因此水文气象因素对太湖水环境的时空变化也具有重要影响。 (4)我国典型大型湖泊生源要素富集及水环境的变化受人类活动影响很大,由湖泊水量、换水周期、流域人口等决定的人均水资源量对湖泊水质有决定作用,一般而言湖泊人均水资源量越大,湖水水质越好。而对于人均水资源量小的湖泊,环境治理目前仅在一定范围内对水质有所改善。大型湖泊对温度升高和降雨量增加的气象水文过程有不同响应,这与大型湖泊的富营养化程度、污染物来源、换水周期等有关,如富营养化湖泊由于温度对浮游植物生长的影响,总磷含量随着温度升高而增加,换水周期大的河流型湖泊则表现出营养盐与降雨量成反比的趋势。 综上所述,我国大型湖泊水环境质量受到人类活动和气候变化的双重影响,且不同湖泊对影响因子的响应有很大差异。太湖在频繁的人类活动干扰下已成为严重富营养化湖泊,水文气象因子的变化能够通过影响浮游植物的生长反馈到生源要素的时空变化上;鄱阳湖目前受人类活动影响相对较小,水体污染物含量主要还是受水量大小、水位高低等水文因子影响,但部分换水周期长的湖区水质已经变差;青海湖水环境容量大,然而在近年来水位上升的过程中水质不但没有相应好转反而有所恶化,可见旅游业等人类活动比水文过程对青海湖的影响更剧烈。因此,控制人类活动引起的外源营养盐及污染物过量排放是每个湖泊预防水质恶化的第一要义,污染后再治理可以在一定程度上改善水质,但投入产出比低,短时效果非常有限。鄱阳湖、青海湖等以往水质较好的湖泊也已出现富营养化的趋势,我国许多大型湖泊都应引起这方面的重视,在水环境恶化前积极做好流域保护等预防措施。