浑太河河流生态系统完整性评价体系的构建

河流健康评价是进行河流管理的重要工具.为了对浑太河进行全面准确的健康评价，基于65个采样点共45个候选指标构建具有生物完整性、物理完整性及化学完整性在内的河流IEI（index of ecological integrity，生态系统完整性）评价体系.根据栖息地综合质量评估和水质等级确定参考样点和受损样点，通过筛选候选指标获得构建IEI评价体系的核心指标并进行标准化处理，按照层次分析法将三部分指标分别赋予不同的权重，运用比值法及分位数法算出各采样点的得分，最终得出浑太河的健康评价结果.为验证IEI评价体系的优势及结果的可靠性，将IEI、SFA（single factor assessment，单因子评价）、F-IBI（fish index of biological intergrity，鱼类生物完整性）3种评价结果进行对比分析.结果表明:①雅罗鱼亚科百分比、鲤亚科百分比、杂食性鱼类百分比、护卵行为鱼类百分比、流速、底质含沙量比例、草地面积、ρ（TN）、ρ（TP）、ρ（COD_Mn）、电导率及ρ（SS）可作为构建IEI评价体系的12个核心指标.②IEI评价结果显示，"健康"样点占24.62%，"较好"样点占9.20%，"一般"样点占6.15%，"较差"样点占60.03%.浑太河水生态健康状况整体较差，中上游地区的水生态健康状况优于下游地区，太子河的水生态健康状况优于浑河.③IEI、F-IBI、SFA评价结果在一般以下样点分别占66.18%、67.70%、63.08%，3种评价结果在全河流范围内大体一致，但在点源污染的采样点，IEI评价结果更贴近采样点的实际情况，更为客观.研究显示，构建的IEI评价体系适用于浑太河的健康评价.      

基于生态管理的流域水环境功能区划——以浑河流域为例

从环境战略管理的高度,提出了一种基于生态管理的流域水环境功能区划分方法.在现行水环境功能区划的基础上,结合生态管理理念及相关理论,并充分考虑我国水环境管理能力及发展趋势,进行流域水环境功能区划分.流域水环境功能区划以流域水生态分区为基础,根据参考条件评估水体的生态状况,考虑水体生态保护功能和最小生态需水量,提出新的流域水环境功能区划的理论基础和技术方法体系.首次将水生态分区、水生态保护目标和生态需水量引入水环境功能区划之中,对原水环境功能区划的内涵进行了拓展.该方法以浑河流域为案例做了实证研究.     

辽河流域水生态分区研究

依据河流生态学中的格局与尺度理论,对流域水生态分区的内涵进行辨析,从理论上对区划方法进行了研究.通过对辽河流域自然要素及水生态特征的分析,建立了辽河流域水生态分区体系.明确了各级分区的主要内容与分区依据,提出了各级分区的特征指标,从而建立了流域水生态分区的指标与方法体系.结果表明,辽河流域包括2级水生态区,一级区可根据流域水资源空间特征差异进行划分,其目的是反映大尺度水文格局对水生态统的影响规律,二级区是根据地貌、植被、土壤和土地利用等自然要素进行划分,目的是反映流域尺度的地形、地貌及植被对河流栖息地环境特征的影响.在GIS技术支持下,采用多指标叠加分析和专家判断方法,将辽河流域划分为3个一级区、14个二级区,对不同分区的水生态系统特征及其所面临的生态环境问题进行了总结.对水生态分区在流域管理中的应用进行研究,提出了基于水生态区的环境管理技术支撑体系.     

重庆金佛山岩溶区不同植被条件下土壤-植被系统CO2浓度日变化

对重庆金佛山典型岩溶区林地、裸地表层岩溶生态系统CO2浓度进行短时间尺度变化的野外观测结果表明，林地与裸地不同深处土温变化幅度由地表向土壤深部逐步降低，裸地地表温度和不同深度土温波动幅度均较林地大。林地与裸地各层次土壤CO2浓度变化与土温呈较好的相关关系。林地各层土壤CO2浓度波动微弱，变幅小于裸地。林地与裸地土层中CO2浓度随土层深度增加而增高。植被各层的温度和温度变化幅度从大到小依次为林层、灌层和草层。林层温度最大值滞后于气温约3h。     

太湖沉积物及孔隙水中氮的时空分布特征

通过2009年4月和9月2次大规模采样监测,研究了太湖沉积物和孔隙水中不同形态氮的时空分布规律. 结果表明:太湖沉积物和孔隙水中不同形态的氮在垂向变化上没有明显的季节性差异. 沉积物中氮在水平分布上表现为w(TN),w(NH₄+-N)和w(NO₃－-N)在北部湖区和东部湖区较高,而在湖心区较低;在深度变化上,w(TN)从下往上逐渐增大,而w(NH₄＋-N)却呈相反的趋势,w(NO₃－-N)没有明显变化. 沉积物中w(有机氮)占w(TN)的80%,二者之间有很好的相关性(R=0.894,P<0.01),w(TN)主要受w(有机氮)影响. 孔隙水中的氮在水平分布上表现为ρ(TN),ρ(NH₄+-N)和ρ(NO₃--N)与沉积物中的氮分布基本一致;垂直变化上,孔隙水ρ(TN)和ρ(NH₄+-N)从下向上逐渐减小,而ρ(NO₃--N)无明显变化规律;孔隙水中ρ(NH₄+-N)占ρ(TN)的50%,二者之间也有很好的相关性(R=0.886,P<0.01),ρ(TN)主要受ρ(NH₄+-N)的影响. 分析显示,2种介质中3种形态的氮有很好的相关性. 对沉积物中不同类型的有机质和各形态氮的相关分析发现,沉积物中有机质的类型和含量是影响氮素迁移转化的重要因素.      

基于原位生物测试的水生态风险评估技术研究

我国流域水环境呈现典型的复合污染特征,亟需发展基于生物效应的生态风险评估方法,以实现环境管理和生态修复的精准化.在野外原位暴露下受试生物受到多种污染物的共同胁迫,可以准确表征研究位点复合污染所产生的生态风险.原位生物测试较传统实验室生物测试具有更高的环境真实性和生态相关性,较野外生物监测对生物体承受的外源污染压力更清晰、可控.综述了基于原位生物测试的水生态风险评估技术,旨在促进该技术在我国水环境监测中的应用,提高生态风险评估的准确度.总结了国内外近年来原位生物测试的研究特色,详细阐述了实施过程中受试生物选择、暴露装置设计和研究位点选择的原则,以及原位生物测试方法在水环境生态风险评估中的应用案例.结果表明:①对原位生物测试实施要素进行规范化形成标准,将有利于该方法在环境管理中的推广应用.②利用原位生物效应、原位生物体内浓度以及二者与环境浓度相结合进行风险评估,是原位生物测试在生态风险评估中的三类应用类型.③原位生物暴露与被动采样的联合应用可同步获取原位生物效应和污染物生物可利用浓度,有利于实现全面准确的风险评估,应用潜力较大.研究表明,选用本土模式生物,采用多层次的毒性终点,设计简单有效的暴露装置,并同时考虑原位生物效应和环境浓度将有利于原位生物测试方法在我国的发展.      

达里诺尔湖溶解性有机质荧光特征与人工神经网络非线性响应研究

研究湖泊水体DOM（溶解性有机质）特征及其与复合环境要素的响应关系,对水生态系统保护及生物地球化学循环研究具有重要意义.以内蒙古达里诺尔湖（简称“达里湖”）为研究区,利用紫外-可见光谱技术（UV-vis）和人工神经网络模型（ANN）方法,开展达里湖水体DOM特征识别及其水质响应关系的研究.结果表明:①达里湖水环境污染程度较为严重,水体呈富营养化趋势.DOM吸收系数〔α（355）〕表明,夏季湖体DOM浓度较高.②建立了α（355）与达里湖水体ρ（TN）、ρ（TP）、pH和ρ（Chla）的人工神经网络模型,该模型验证期和测试期决定系数（R2）分别为0.78和0.84,该模型具有较好的DOM模拟和预测能力.③人工神经网络模型参数敏感性分析结果表明,α（355）对ρ（Chla）变化最敏感,敏感性水平为31.95%;其次为pH和ρ（TN）,α（355）对二者变化的敏感性水平分别为28.53%和25.54%;α（355）对ρ（TP）变化敏感性最低,敏感性水平为8.16%.研究显示,达里湖DOM对富营养化的发生具有较显著的表征影响,人工神经网络模型可为富营养化预测提供科学参考.      

汉江下游河流型水华暴发的多影响要素特征识别

水体富营养化通常发生于湖泊和水库等闭合水域,在大型流动性河流中通常较少发生.然而,随着近年来人类活动的干扰,汉江中下游水华事件频繁暴发,给沿岸居民的饮用水安全带来了严重隐患.科学辨识可能导致汉江下游水华暴发的多要素变化特征,是揭示河流水华成因和优化上游水利工程调度的重要依据.基于收集的汉江流域下游气象、水文、水环境和水生态长序列数据,系统检测了可能导致汉江河流型水华暴发的多要素特征和不同时期的变化差异.结果表明:①汉江中下游降雨量（1961-2015年）下降、气温（1961-2012年）显著上升,汉江流域近50年气候逐渐呈现暖干的变化趋势.②1992-2013年汉江中下游径流变化呈显著下降趋势,在水华严重暴发的2008-2011年,汉江干流中下游主要断面年均流量和水位均处于历史上相对较低的一段时期.③2004-2014年汉江下游主要水环境指标变化趋势不显著,但总体水质状况较差,水华年ρ（COD_Mn）和ρ（TP）明显高于非水华年.④汉江水华暴发季节时间自2008年后有明显前移趋势,每年春季的2月中下旬-3月中旬将是水华暴发的重点防控时段.研究显示,汉江下游藻密度的变化相对于营养盐和水文情势要素更加敏感,在不同水华暴发时期的差异也最为显著,是导致河流型水华暴发的主要驱动因素.      

太湖秋季入湖水源中DOM的光谱学特征及通量

秋季是太湖水体DOM含量较高的季节。运用三维荧光光谱和紫外-可见光谱等手段分析了秋季太湖周边不同入湖水源(河水、雨水、污水处理厂水、直排生活污水)中DOM的组成和来源,及对太湖DOM的影响。结果表明:不同入湖水源中DOM的光谱学特征有显著差异。其中污水处理厂进水的ρ(TOC)为(68.5±13.9)mg/L,显著高于其它类型水;而且处理前污水〔ρ(TOC)为(68.5±13.9)mg/L〕、处理后污水〔ρ(TOC)为(21.7±5.15)mg/L〕、直排生活污水〔ρ(TOC)为(25.1±9.74)mg/L〕、河水〔ρ(TOC)为(27.3±1.27)mg/L〕和北太湖湖水〔ρ(TOC)为(27.9±2.35)mg/L〕中DOM浓度高、结构复杂,且均以腐殖质为主,同时类蛋白物质含量也较高;而雨水中的DOM以类富里酸物质为主,且其DOM的f450/500(荧光指数)平均值为1.61,呈现出外源特征,但其DOM结构相对简单。东太湖湖水DOM的f450/500值在1.73~1.92之间,表明其DOM主要为内源生物降解,显示出草型湖区与北太湖藻型湖区DOM组成和来源的显著差异。不同入湖外源DOM相对太湖水体总DOM的贡献为:河水雨水污水处理厂出水直排生活污水。其中河水DOM年入湖总量大(2.42×108kg)且成分复杂,对太湖湖水DOM的组成和含量影响最显著。     

浑河流域地表水和地下水氮污染特征研究

通过分析浑河流域地表水、地下水中主要离子和不同形态氮含量,探讨了水体中水化学组成特点、各形态氮污染水平与分布特征,并采用综合指数法对流域浅层地下水水质进行了评价.结果表明,地表水水型从上游到下游由Ca-HCO3型转变为Ca-SO4型.NO3--N浓度由1.06mg/L增至6.13mg/L,NO2--N和NH4+-N仅在中游和下游地表水中检出,表明地表水在流域中下游地区受到的人为影响强烈;地下水沿流动方向水型由Ca-HCO3型依次演进为Ca-SO4和Ca-Cl型.NO3--N的含量(0.62~23.47mg/L)明显高于其在地表水中的含量.局地土地利用类型(林地、旱地、城镇用地、水田)对附近地表水体NO3--N浓度影响不显著,而旱地与水田地下水中NO3--N浓度存在显著差异,旱地地下水NO3--N浓度最高.浅层地下水质量评价结果显示流域浅层地下水总体质量一般,NO3--N超出背景值1.4倍,中游地区NO2--N和NH4+-N污染严重,达到Ⅳ类水标准.地下水中ORP、DO、Cl-浓度和各形态氮组成特征表明由于反硝化作用,中下游地区地下水中NO3--N浓度逐渐降低,而NO2--N浓度上升到0.041mg/L.