中国水库消落带生物治理研究综述

水库消落带是水库水体与陆地间的过渡地带,其生态环境脆弱性及对水库库容和库区生态安全的重要意义使得消落带治理成为近年来的研究热点。该文以水库消落带治理实践的相关文献为研究资料,对水库消落带的变化过程和生物治理经验进行总结,指出消落带水位涨落规律、地貌形态和土壤状况是影响消落带土壤流失速度的主要因素,将消落带的变化过程划分为植被退化期、土壤流失期和基质裸露期3个时期,提炼出近自然、生物工程、水塘湿地和清洁封育4种生物治理模式,并针对各模式的应用范围和注意事项进行集中讨论,力求获得通用性成果以推动水库消落带生物治理的研究和实践。     

水位波动和植被恢复对三峡水库消落带土壤原核微生物群落结构的交互影响

水库消落带是典型的生态脆弱敏感区.水位波动是影响消落带土壤环境的主要因素,植被恢复是消落带土壤保育的重要手段.然而,在水库消落带中,水位波动和植被恢复对土壤微生物群落结构的交互影响尚不清楚.为此,选取三峡水库消落带中不同水位高程的撂荒草地和人工林地为研究对象,利用16S rRNA高通量测序技术探究土壤原核微生物群落组成和多样性,并探讨驱动土壤原核微生物群落结构的主要环境因子.结果表明,消落带的低水位高程中土壤原核微生物α多样性最高,其中163 m高程的Pielou_e指数、Shannon指数和Simpson指数显著高于168 m高程,Chao1指数和Shannon指数显著高于173 m高程.但撂荒草地和人工林地的土壤菌群α多样性并无显著差异.同时,水位波动和植被恢复均对土壤原核微生物的群落组成产生显著影响,不同样地中生物标志物类别具有明显差异.值得注意的是,植被恢复模式差异对土壤原核微生物群落结构的影响强于水位波动.此外,层次分割结果显示土壤pH是三峡水库消落带土壤原核微生物群落结构变化的主要驱动因子.以上结果可深化对水库消落带土壤微生物群落结构的认识,并为水库消落带生态系统的恢复重建提供科学参考.     

湖泊碳循环研究进展及研究方法

近年来,碳循环问题日益成为全球变化与地球科学研究领域的前沿与热点问题,其中陆地生态系统碳循环又是全球碳循环中最复杂、受人类活动影响最大的部分,湖泊生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,在维护区域生态平衡和生物多样性保护等方面具有重要作用。由于全球湖泊面积迅速减少,湖泊生态系统正常的水循环和碳循环过程产生一定的变化,湖泊生态系统的演变也可能是全球大气CO2含量升高的一个不可忽视的因素,因此了解湖泊碳循环国内外研究进展及研究方法,对于研究湖泊碳循环对全球碳循环的作用有重要的意义。     

三峡水库初期蓄水对消落带植被及物种多样性的影响

通过对173 m蓄水后三峡水库消落带内植物群落的调查,运用CCA法对消落带植物群落进行排序,研究了消落带植物群落特征和物种多样性格局,分析了消落带植被的变化及其环境解释。结果表明:三峡库区消落带共记录58科175种植物。狗尾草、马唐、小蓬草、狼杷草、稗、酸模叶蓼、苍耳、双穗雀稗、狗牙根等为优势种。一年生植物为消落带优势生活型。共记录54个群落类型,其中灌丛群落5个,草本植物群落49个。CCA排序表明,三峡水库消落带植物主要分布在坡度平缓、底质较细、高程较高的消落带上部区域。在消落带内,物种多样性和一年生植物比例随高程上升而增加。消落带植物组成特征和物种多样性格局与水淹干扰强度在空间上的变化一致。长期的冬季水淹、剧烈的水位变动以及退水季节的高温伏旱等环境因素是影响消落带植被组成的重要因素。     

近10年来三峡消落带土壤氮、磷时空分布特征研究

消落带是位于水陆交错带的一种特殊生态系统.消落带土壤作为生态系统中氮、磷元素重要的“源”与“汇”,在生物地球化学循环研究中具有重要意义.该研究基于中国知网CNKI以及Web of Science数据库检索近10年三峡消落带土壤氮、磷研究文献,提取w（TN）、w（TP）数据并进行统计,从宏观尺度上分析w（TN）、w（TP）的时空分布特征.结果表明:①高程分布上,当高程高于155 m时,土壤w（TN）（0.75~1.17 g/kg）随着高程增加呈下降趋势,土壤w（TP）未发生显著变化（0.53~0.60 g/kg）;当高程低于155 m时,土壤w（TN）处于较低水平（0.66~0.86 g/kg）,但w（TP）维持较高水平（0.60~0.76 g/kg）.②时间分布上,消落带土壤w（TN）整体呈现逐年递减的趋势,Pearson相关系数为-0.64,但是w（TP）没有显著变化.③地区分布上,三峡上游库区消落带土壤w（TP）出现显著高值,下游库区w（TN）出现显著高值.研究显示:不同高程土壤受植物残体分解等因素影响,在落干期w（TN）上升,在浸没期向上覆水体释放TN;水位调节导致的淹没强度变化对消落带土壤中TN产生淋溶作用,而对TP的影响较小;对于消落带上游地区应更关注土壤中高w（TP）带来的环境风险,而对于消落带下游地区应更关注因水土流失和非点源输出导致的高w（TN）所致环境风险.      

滇池受损湖滨带堤岸处置及基底修复工程技术研究

1970年滇池实施了规模浩大的围海造田工程,使滇池湿地面积减少约23.8 km2,使湖滨带原有的天然湿地大量消失,水生动植物栖息地不复存在,1980-1990年间,滇池环湖修建防浪堤113 km,使湖滨带生境条件进一步急剧恶化,彻底切断了湖泊水体生态系统和陆地生态系统的连续性,消落带消失,湖滨带湿生、挺水和沉水等大型水生植物难以生存,湖泊生态系统遭到重创,对湖泊生态系统带来极其不利的负面影响,文章重点分析了滇池湖滨陡岸带防浪堤处置及基底修复对湖滨带生态修复的重要作用及技术研究,为受损湖泊湖滨带生态修复创造良好的生境条件提供借鉴。     

水位变化对消落带氨氧化微生物丰度和多样性的影响

南水北调来水进入密云水库将直接引起水库水位上涨,这必将影响消落带土壤中氨氧化微生物的丰度和多样性,从而影响消落带中氮循环过程.采用分子生物学方法,探讨了水位变化对消落带氨氧化细菌(AOB)和古菌(AOA)的生物多样性和丰度的影响.Real-time PCR结果显示,2015年9月消落带岸上/水陆界面土壤和沉积物中AOA和AOB的丰度范围分别为1.00×10~7~3.91×10~7copies·g~(-1)和5.49×10~6~9.77×10~6copies·g~(-1).2015年11月水位比9月上升3 m,淹没区土壤/沉积物中AOA和AOB的丰度范围分别为5.80×106~1.56×10~7copies·g~(-1)和2.14×10~6~4.40×106copies·g~(-1),比被淹没前有所下降,但AOA的丰度始终高于AOB,说明AOA比AOB更适合在低氨氮的消落带环境中生长,并且更能适应低氧环境.水位上升3 m后,水陆交界面土壤中AOA和AOB的多样性均有所增加,而在沉积物中多样性减少.水位上涨之前,AOA大多数OTU属于Nitrososphaera、Nitrosopumilus,而水位上涨之后,大多数OTU归属于土壤簇Nitrososphaera,即在低氧消落带环境中土壤簇Nitrososphaera为优势AOA菌.对于AOB,水陆交界面土壤和沉积物中Nitrosopira和Nitrosomonas分别在氨氧化过程中发挥作用.     

池杉在三峡水库消落带生态修复中的适应性

冬季淹没和夏季干旱的交替作用会导致三峡水库消落带生态系统质量下降. 为了探索有效的生态系统修复方式,选用池杉树种开展了消落带林泽工程试验,并采用统计分析和RDA(冗余分析)排序对水淹胁迫下池杉的生长响应进行了研究. 结果表明:种植在海拔169 m以上的池杉经历两轮冬季淹水后成活率约为84.52%;树高、冠幅和枝叶密度平均变化量较小,分别为0.10 m、0.04 m和-0.11%,而胸径和枝下高变化明显,平均改变量分别为0.78 cm和-0.64 m;树高、胸径、冠幅和枝叶密度等指标变化率在没顶和部分淹水情况下存在显著差异. 部分淹水时,池杉对水淹胁迫的适应能力较强,随着淹水深度的增加,各生长指标变化量均呈下降趋势,部分植株有枯梢,没顶和部分淹水情况下枯梢率分别为43.56%和11.76%. RDA结果表明,水力条件和初始生长特征共同对淹水后池杉生长变化产生影响,二者对池杉生长指标变化的总体解释率为31.20%,独立解释率分别为11.90%、14.40%,共同解释率为4.90%. 池杉作为适应三峡水库消落带水位变动的本土耐淹树种,其经历水淹后的生长变化不仅与水位变动有关,同时也与其淹水前的生长状态有关. 研究结果有助于三峡水库消落带类似生态修复工程的进一步深入开展.      

论湖滨带的结构与生态功能

湖滨带作为陆地和湖泊之间的过渡带,是健康湖泊生态系统不可缺少的有机组成部分,属于生态交错带的一种. 明晰湖滨带的结构与生态功能对湖滨带及湖泊的水环境改善与生态修复十分重要. 随着水环境因子的梯度变化,湖滨带的空间结构在横向、纵向和轴向分布上都表现出明显的圈层结构特点. 横向结构由陆向辐射带、水位变幅带和水向辐射带组成;纵向结构由空气、水体、底泥构成;轴向结构则是不同岸段湖滨带的景观变化和层次结构,体现整个湖滨带的全貌和湖滨带类型的组合. 湖滨带的时间结构体现在湖滨带生物及其生境条件随着时间推移的演化规律上,并在“时-空结构”中和人的积极存在紧密联系在一起. 影响时间结构的因素包括生物节律、气候因子、水动力等. 湖滨带在生态环境方面的功能可归纳为6项:污染物截留与净化、捕集和抑制藻类、提高湖滨带的生物多样性、提供野生动植物栖息地、控制沉积和侵蚀、调蓄洪水.      

西南地区水库生态环境特征与研究展望

西南是我国水资源富集区,随着清洁能源"西电东送"、城镇化建设和水利水电发展战略的持续实施,西南地区水库的数量将不断被刷新,水库数量快速增长与日益凸显的生态环境问题存在突出矛盾。西南地区水库具有独特的地质地理背景和生态环境特征,主要表现在:1)具人工建造属性,水环境与生态系统演化起点不同于天然湖泊;2)水位逆周期人为调控,消落带生态功能退化;3)亚深水型,水体季节性分层控制了湖泊的关键物理、化学和生物过程;4)沉积物有机质和营养盐蓄积量大,潜在二次污染风险大;5)物质循环的累积效应对水库及下游水环境与水生态安全具重要影响;6)水体富营养化与重金属污染叠加、复合;7)物质循环和生物过程受多界面作用控制。当前对西南地区亚深水型水库生态环境的研究远落后于东部浅水湖泊,亟待对其生态环境演变过程与规律开展深入研究,研究建立与之适宜的水环境演变理论和治理技术体系,为该类型水库生态环境保护与治理提供有效科技支撑。     

三峡水库蓄水对消落带土壤理化性质的影响

土壤养分是三峡库区消落带生态系统的重要组成部分。通过对石宝寨消落带12个水位96个样点的土壤分析,研究了消落带不同水位土壤容重、酸碱度、有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾的含量变化。结果表明:①淹水后消落带土壤由微碱性(pH值=7.91)变为碱性(pH值=8.14),养分平均含量普遍下降,速效钾含量下降最多(46.7%),淹水易造成养分流失;②消落带土壤淹水前各测定指标在不同高程之间差异均不显著(P>0.05);③不同淹水强度的土壤容重、有机质、全氮、速效钾含量差异极显著(P＜0.01),氨态氮含量差异显著(P＜0.05),淹水土壤pH值高于未淹水土壤,有机质、全氮及速效钾含量低于未淹水土壤;④长期淹水后(146 m)的土壤出现有机质及全量养分累积现象。     

抚仙湖生态脆弱性特征分析与改善对策研究

从水生态系统、湖滨带、陆域生态系统、水质状况、水资源状况等方面对抚仙湖的生态脆弱性进行了分析研究,并根据抚仙湖的实际状况,提出了改善对策措施。     

乌江梯级水库水陆交错区湿地植物群落分布格局及多样性初探

水库修建对湿地植物多样性和分布格局的影响是目前研究的热点。梯级水库由于开发时间的不同而成为理想的利用空间代替时间的研究平台,即可以通过不同开发时间水库植物群落结构的横向比较,从时间尺度上评估水电开发对水陆交错区湿地植物分布格局的影响。本研究选取乌江上游代表性的8座梯级水库,在其水陆交错区通过建立3条不同样带,比较分析不同水库间以及不同样带间湿地植物多样性和分布格局,探讨水库修建对湿地植物格局的影响。调查结果表明,乌江干流8个水库湿地植物共84科199属247种,其中物种最多的科为禾本科(Gramineae),共计24种,物种最多的属为蓼属(Polygonum)共计6种,优势物种分别为白茅(Imperata cylindrica)、盐肤木(Rhus chinensis)、金樱子(Rosa laevigata)、小白酒草(Conyza canadensis)和狗牙根(Cynodon dactylon)。就湿地植物分布格局而言,乌江梯级水库植物群落呈现出明显的带状分布格局,第一条样带即水库消落区植物多样性与非消落区(第二、第三条样带)差异明显,消落区不同样点间多样性与水库海拔、水库修建时间、水库坡度密切相关,后续湿地植物的研究将重点关注梯级水库的消落区。     

太湖五里湖非点源污染物的来源与控制对策

现场调查显示,五里湖非点源污染物来源于城区道路、居民区、农业和绿化施肥等方面,在降雨时通过河道、湖周散流和大气沉降方式入湖.根据流域环境特点,将五里湖流域划分为西南山地风景旅游管理区,北部新城污染控制区和东南农业、渔业综合整治区3个区域类型,并对各区提出了如下的非点源污染控制对策:西南山地风景旅游管理区需采取陆上植被保护和滨水植被恢复工程;北部新城污染控制区需采取滨水区、河口区、河道区植被恢复工程以及人工湿地工程;东南农业、渔业综合整治区需采取有机农业工程、污水处理工程、植物塘净化工程和河道生态净化工程.      

奎河河水入渗对河岸带地下水氨氮和硝酸盐氮浓度的影响

为研究不同水文期河水与河岸带地下水的水量补给关系,以及河水中的氮污染物对河岸带近岸地下水水质的影响,选取了安徽省宿州市杨庄乡的奎河断面作为研究对象,基于氢氧同位素示踪技术、末端元混合模型、Pearson相关性分析和多元线性回归方法,分析河水、上游潜水等补给源对近岸含水层的ρ（NH₄+-N）和ρ（NO₃--N）的影响,并构建河岸带地下水氮浓度预测模型.结果表明:①平水期至丰水期期间河水与地下水的补给来源主要为大气降水,河水始终补给河岸带地下水,其中,河水对潜水层及弱承压层的补给率分别为10.87%~49.74%和0~19.78%.②空间分布上,ρ（NH₄+-N）和ρ（NO₃--N）均表现为河水>近岸潜水>近岸弱承压水,且在地下水中均呈现由河流向两岸递减的关系.③近岸潜水层与弱承压层的ρ（NH₄+-N）均随着河水和上游潜水ρ（NH₄+-N）贡献量的增加而升高,近岸潜水层的ρ（NO₃--N）随着河水和上游潜水ρ（NH₄+-N）贡献量的增加而升高.④相比于ρ（NO₃--N）,多元线性回归模型更能准确地预测近岸潜水层与弱承压层ρ（NH₄+-N）在ORP、ρ（DO）、河水ρ（NH₄+-N）贡献量,以及上游潜水ρ（NH₄+-N）和ρ（NO₃--N）贡献量综合影响下的变化趋势.研究显示,河水与上游潜水的线性混合是造成河岸带地下水氮污染的重要途径,河流氮污染防治措施将为河岸带地下水水质提供重要保障.      

淮河干流岸边带生态健康遥感评估

结合高分辨率遥感影像在岸边带范围提取、生态系统高精度分类、生态结构特征提取方面的优势,将景观结构指数纳入岸边带生态健康评估指标体系,从生态功能、生态结构和生态胁迫三个方面对淮河干流岸边带生态健康状况进行全面调查评估.评价结果显示,淮河干流岸边带生态健康指数低于0.3,生态健康状况总体处于较差水平,并具有明显的空间走向特征,从上游到中游呈现出生态环境状况逐渐变差、再略有改善的趋势.通过对淮河干流岸边带生态环境问题的分析,认为人类开发强度大、植被覆盖率低、自然岸线保有率低、人为干扰强度大是造成淮河干流岸边带生态健康状况较差的主要原因.     

湖滨河口湿地中磷的输移转化机制及截留效应研究进展

湖滨河口湿地对湖泊的水质与生态健康有重要影响,但其对营养物质的截留效应亦备受争议.因此深入了解营养物质在湿地"水-底泥-植物"中的输移转化过程,明确导致湿地"源-汇"功能转换的主要驱动机制与关键影响因子具有重要意义.本文以磷(P)为对象,分析了水文过程的变异性对湖滨河口湿地的影响,综述了湿地截磷的植物机制、微生物机制及"上覆水-底泥"界面过程,比较了短期和长期机制的差异;识别了湿地截P的重要影响因素及其交互反馈过程,主要包括水文条件、底泥理化性质、离子含量、水生植物种类等;总结了目前已开展的野外监测、室内培养、吸附等温线、统计分析、机理模型等研究方法,提出未来需将湿地水文模型与生态模型相结合,用于识别和评估磷在湿地"水-底泥-植物"系统中的输移关键过程及截留效应.     

岸边带生态系统研究进展

水环境恶化,水资源紧缺是全球共同面临的重大环境问题之一,合理进行水资源的开发利用和水环境的管理是当前国际研究的热点.岸边带作为重要的水陆交错带,无论从经济评估角度还是生态学、景观学或者社会科学等方面对人类社会环境都具有重要的作用.国内外大量研究表明:岸边带生态系统具有廊道功能、缓冲功能和植被护岸功能,尤其在非点源污染和土壤侵蚀防治方面具有不可替代的作用.当前,岸边带理论在生态学、景观修复与管理领域仍然是科学前沿,从岸边带的定义、岸边带的结构、岸边带的管理系统理论和模型及岸边带系统的保护和恢复几方面对当前国内外岸边带的研究情况进行介绍.     

星云湖湖滨带生态建设与水生植被恢复

近年来由于人为活动的影响,星云湖的生态结构遭到了严重破坏,这是导致其污染自净能力下降,从而加速水质恶化的主要内在因素.在2000年3月湖泊水生生态演替调查及其原因分析的基础上,根据湖泊生态学的原理,提出了星云湖湖滨带生态建设与水生植被恢复的建设途径.