长江经济带水质目标管理平台总体设计

为强化长江经济带资源整合与共享,集成统一规范的大数据平台,基于“十一五”“十二五”国家水体污染控制与治理科技重大专项数据和模型库资源,以面向服务的架构(SOA)和模块化设计为支撑,遵循“五横两纵四统一”的平台架构设计思路,应用大数据挖掘、云计算等现代信息技术,构建长江经济带水质目标管理平台.平台基于长江经济带水生态环境功能分区,兼顾不同类别水质目标管理技术的协调性、衔接性和适应性,对水质目标管理相关信息进行跟踪、模拟、分析和三维可视化表达,在水生态环境功能分区管理、数据汇交与信息共享、容量总量管理、风险评估与预警等方面实现业务化运行,实现全景式水质达标形势研判、一体化风险联防联控.平台已在国家长江生态环境保护修复联合研究中心进行业务化运行,将有效提升长江经济带水环境综合管理能力,同时可为其他重要流域水质目标管理提供信息化工作参考.      

淮河干流及主要支流夏季浮游植物群落生物多样性评价

浮游植物是水生态系统的重要组成部分,其群落变化与水体环境条件密切相关,是反映河流健康的主要生物指标.为揭示淮河流域浮游植物群落特征及其与水质的相互关系,于2015年夏季对淮河流域典型水体—淮河干流、沙颍河、涡河和淠河进行系统的水质及浮游植物调查,探明浮游植物群落及其空间分布特征,并结合水体理化指标和生物指数进行水质评价.结果表明,淮河干流及主要支流27个点位中共获得浮游植物8门71属153种,主要隶属于绿藻门(Chlorophyta)、硅藻门(Bacillariophyta)、蓝藻门(Cyanophyta).浮游植物密度为0.019×10~5~131.824×10~5ind·L~(-1),不同河段浮游植物分布表现出较为显著的空间差异性,平均密度大小呈现沙颖河淮河干流涡河淠河的特点.非参数多维尺度分析(Non-metric Multidimensional Scaling,NMDS)表明,淮河干流、淠河和涡河的浮游植物群落组成和结构的相似性较高,而与沙颍河的浮游植物群落存在一定的差异.Shannon多样性指数H'介于0.78~3.21之间,Margalef丰富度指数D介于1.03~4.79之间,Pielou均匀度指数J介于0.12~0.73之间.水质生物评价结果显示,淮河流域大部分水体处于中等污染状况,部分点位处于重污染状况,其结果与水质综合污染指数评价结果具有较好的一致性.研究结果可为淮河水污染防治和水生态修复提供基础依据.     

模拟盐水入侵及Fe(III)浓度增强对河口感潮淡水沼泽湿地土壤反硝化速率及理化特征的影响

以闽江河口塔礁洲感潮淡水野慈姑(Sagittaria trifolia Linn.)湿地为研究对象,于2016年2、4、7和9月每月均在连续2个小潮日内向研究样地施加人造海水和Fe(OH)_3溶液,研究短期的盐水入侵及Fe(III)浓度增强对河口感潮淡水湿地土壤反硝化速率及理化特征的影响.结果表明,短期的盐水入侵、Fe(III)浓度增强对河口感潮淡水沼泽湿地土壤反硝化速率的影响不显著,然而,盐水和Fe(III)共同施加会显著提高湿地土壤反硝化速率,与对照(CK)相比,盐水和Fe(III)共同施加可使土壤反硝化速率提高270.9%.盐水入侵、盐水和Fe(III)共同施加均可显著提高湿地土壤、间隙水的电导率及Cl~-、SO_4~(2-)的含量;Fe(III)浓度增强可显著降低土壤和间隙水pH值,同时显著提高土壤三价铁含量.     

黄河三角洲典型地区耕地土壤养分空间预测

掌握土壤养分的分布特点是实现养分优化管理的重要基础。论文选择黄河三角洲典型地区山东省垦利县为研究区,通过田间采样与实验室化验分析获取了1 278个样本（0~20 cm）的土壤碱解氮、有效磷、速效钾数据。在经典统计分析的基础上,用地统计学方法分析了土壤养分的空间变异特征,并拟合了养分的变异函数模型。利用普通克里格法（OK）、反距离权重法（IDW）、泛克里格法（UK）、径向基函数法（RBF）和局部多项式法（LP）5种方法进行空间插值,并采用独立数据集验证对插值结果进行精度评价,进而分析了各养分空间分布规律。为深入探索各方法的适用性规律,基于AN数据设计了离散、随机、聚集3种空间分布模式的数据,利用各模型的自动优化进行试验,对比分析了不同插值方法在土壤养分空间预测中的自适应性。结果表明：1）研究区碱解氮、有效磷、速效钾均为中等强度的空间变异和中等程度的空间自相关,其变异函数模型分别为球状模型、指数模型和球状模型,决定系数依次为0.951、0.892和0.787;2）在空间分布上,土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量与地形和土地利用类型等有关,西南部地势较高,以水浇地和旱田为主,东北部沿黄农田受黄河淡水影响,耕地质量较好,而中部地区地势低平,以水田为主,养分含量偏低;3）相对于块金系数/基台值,Moran’s I是更为稳健有效的衡量土壤养分空间自相关性的方法;4）论文认为,空间分布模式、样本量、空间自相关性和空间聚集程度（最近邻比）均影响插值精度。在离散模式下,各方法自适应性均较差;在随机模式下,IDW与RBF自适应性优于OK和LP;在聚集模式下,各方法自适应性与样本量和空间自相关性有关,直至样本足够多时,4种插值方法精度接近。论文探明了研究区主要土壤养分的最佳插值预测方法,分析了土壤养分的变异特征和空间分布规律,为黄河三角洲典型地区耕地土壤养分利用管理和农业可持续发展提供了理论依据。     

土地利用方式下土壤有机碳特征及影响因素——以后寨河喀斯特小流域为例

为研究喀斯特小流域土壤有机碳空间分布与土地利用之间的关系,基于网格法在后寨河流域挖掘了2 755个土壤剖面,并采集了22 057个土壤样品。分析了后寨河流域不同土地利用方式下土壤有机碳密度特征。结果表明：后寨河流域土壤有机碳密度主要受人为干扰、土壤厚度与岩石裸露率的制约。不同利用方式土壤有机碳密度（0~100 cm）总体上呈现以下规律：水田>旱地>经果林地>园地>草地>弃耕地>坡耕地>乔灌木林地>乔木林地>荒地>灌木林地>灌草地。后寨河流域100 cm土壤有机碳平均碳密度为8.70 kg/m²,低于中国土壤有机碳平均密度10.83 kg/m²,总有机碳储量为5.39×10⁸ kg。科学合理地进行土地利用方式调整与管理,可以增大喀斯特小流域土壤有机碳储量。     

气候变化和人类活动对武江流域年径流及最大日流量影响的定量分析

针对气候变化与人类活动对流域年径流及最大日流量变化影响的定量识别问题,以华南湿润区武江流域为例,分别采用HIMS（Hydro-Informatic Modeling System）模型和敏感性系数法,从日和年尺度定量模拟和评估气候变化与人类活动对流域年最大日流量和径流变化的影响过程及贡献率。结果表明：HIMS模型在武江流域适用性良好,日尺度模型率定期和验证期的纳西效率系数分别为0.85和0.77,水量平衡误差绝对值分别为3.1%和3.3%;两种方法均表明气候变化是引起流域年径流量增加的主要因素,人类活动导致了流域径流量的减少,但贡献率较小。气候变化与人类活动导致了流域年最大日流量的增加,气候变化对年最大日流量增加的贡献率为94%,而人类活动的贡献率则为6%。相较于年均径流量,气候变化对年最大日流量的影响更为显著。     

长江源区水文气象要素变化及其与大尺度环流因子关系研究

长江源区水文气象要素变化及其归因研究一直备受全球关注,现阶段研究多侧重于水文气象要素时空变化特征分析,针对长江源区水文气象要素与大尺度环流因子相互关系的研究不足。论文利用Mann-Kendall法、去趋势波动分析法和小波分析法,探究长江源区1957—2012年水文气象要素趋势性、波动性和周期性变化规律,分析水文气象要素与大尺度环流因子的相关关系,通过研究水汽通量揭示大尺度环流因子对水文气象要素变化的驱动机制。结果表明：20世纪90年代,长江源区气候暖干化,进入21世纪后,长江源区气候暖湿化趋势明显;长江源区水文气象要素序列具有正长程相关性,长江源区气候未来会继续呈现暖湿化变化趋势。长江源区水文气象要素都存在着1~5、10~24和25~45 a三种时间尺度周期变化规律。南亚季风是影响长江源区降水量和流量较为重要的大气环流因子,南亚季风驱动下的西南方向气流是长江源区主导气流和水汽来源。     

辽东湾潜在褐潮生物时空分布及环境关联

以18S rDNA V4区作为目标基因,利用自行设计的真核浮游植物鉴定引物V4（F/R）,结合高通量测序技术,对辽东湾2014年四季海水中真核浮游植物多样性进行了检测.结果发现了8种潜在褐潮生物：抑食金球藻、金牛微球藻、微拟球藻、颗粒微拟球藻、细小微胞藻、密球藻、普通小球藻、钙质角毛藻,其中前2种生态风险较高,主要分布在辽东湾西南、东南两侧.除抑食金球藻和细小微胞藻为混合营养型外,其他6种均为自养型.细小微胞藻丰度最高（平均161445个/L）,主要分布在秋季;其次是抑食金球藻、金牛微球藻（平均13912,13717个/L）,主要分布在春季;之后为钙质角毛藻、普通小球藻（平均5498,5234个/L）,主要分布在秋季;密球藻（平均1345个/L）,主要分布在夏季;微拟球藻、颗粒微拟球藻最少（平均56,44个/L）,冬季无分布.辽东湾潜在褐潮生物丰度与水温、水深、无机氮、N/P显著相关,其群落结构演替与环境因子关联性有待于进一步研究.     

海州湾表层沉积物磷的吸附容量及潜在释放风险

利用磷吸附指数（PSI）、磷吸附饱和度（DPS）和磷释放风险指数（ERI）研究了2016年10月和2017年5月海州湾表层沉积物的磷吸附容量及潜在释放风险.结果显示,2016年秋季PSI变化范围为99.58~199.39[mgP/（100g）]/[μmol/L],DPS变化范围为23.118%~34.289%;2017年夏季PSI变化范围是130.29~198.57[mgP/（100g）]/[μmol/L],DPS变化范围为25.545%~42.135%,两次调查中PSI和DPS均表现出相反的平面分布趋势.PSI和Al_ox、Fe_ox呈显著正相关,说明Fe_ox和Al_ox是影响海州湾表层沉积物吸附磷的主要因素,且Fe_ox占主导作用;DPS与Al_ox和Fe_ox分别表现出了显著负相关性和极显著负相关性,说明Al_ox和Fe_ox含量的增大会降低表层沉积物的磷吸附饱和度.2016年10月磷释放风险指数（ERI）的变化范围为11.59%~34.18%,2017年5月磷释放风险指数（ERI）的变化范围为12.86%~32.34%,从2次调查结果整体来看,海州湾表层沉积物的磷释放风险为中度风险.     

互花米草入侵对长江口湿地土壤碳动态的影响

为了评价互花米草入侵对长江河口湿地土壤碳动态的影响,利用配对的试验设计在长江口崇明东滩湿地的高潮滩和低潮滩各设置1条入侵种互花米草与土著种的配对样线.结果表明,与土著植物相比,互花米草入侵显著增加了长江口湿地的植物碳库、土壤微生物碳、土壤总碳库和有机碳库,而对占土壤总碳库60%以上的无机碳库无显著影响,意味着互花米草入侵导致的土壤总碳库改变主要是通过增加土壤有机碳库来实现的.高潮滩互花米草和芦苇群落的年均土壤呼吸强度分别为（210.02±4.90）,（157.79±6.39）mg/（m²·h）;低潮滩互花米草和海三棱藨草群落年均土壤CO₂排放速率分别为（157.41±5.27）,（110.90±5.16）mg/（m²·h）,表明互花米草入侵显著增加长江口湿地的土壤呼吸.上述结果意味着互花米草入侵同时增加土壤碳输入和碳输出,但入侵也显著增加了土壤碳库表明入侵增加的土壤碳输入显著高于增加的土壤碳输出.本研究表明互花米草入侵可能会增强了长江河口湿地的土壤碳汇强度和固碳能力.但仍然需要长期系统的监测研究,以便全面定量评估互花米草入侵我国滨海湿地的综合生态影响.