北京北运河河流生态系统健康评价

随着城市化的不断推进,北京河流生态系统面临着巨大挑战.以北京市北运河水系为例,于2015年7月对25个样点进行了野外调查,采集了浮游植物、底栖动物、水环境因子和栖息地环境质量数据.选取涵盖水生生物、水文、水质和栖息地的22个候选评价指标,采用主成分分析(principal component analysis,PCA)和相关分析进行筛选,并用熵权法确定各评价指标权重,构建了北运河河流生态系统健康评价指标体系,通过河流生态健康综合指数对其健康状况进行了评价.结果表明,北运河河流生态系统健康评价指标体系包含浮游植物Shannon-Wiener多样性指数、底栖动物Shannon-Wiener多样性指数、水温、生化需氧量、氨氮、氟化物、锌、石油类和栖息地环境质量评价指标(qualitative habitat evaluation index,QHEI)9项指标;全流域25个样点中,有12%为Ⅰ级和Ⅱ级,36%为Ⅲ级,超过50%为Ⅳ级和Ⅴ级.北运河河流生态系统的健康状况总体较差,其中,上游地区普遍较好,中下游地区相对较差,且呈现出较强的空间异质性.南沙河、清河中游、通惠河干流的健康状况普遍较差,相对较好的凉水河上游地区和温榆河支流交错镶嵌其中,形成了北运河水系复杂的河流生态系统现状.     

通吕运河控制断面水质达标分析

文章通过通吕运河规划区域内南通主城区、通州区、海门市、启东市污染物现状入河量和预测量的计算,将通吕运河全线划分为四个水质控制断面,并采用河流一维稳态水质模型对通吕运河沿程水质变化情况进行数值模拟,进行通吕运河四个控制断面水质达标分析,得出选定的四个控制断面水质在不同的污染物入河量时达到地表水环境功能区水质目标需要削减的化学需氧量、氨氮、总磷的排放量,为通吕运河的水环境综合整治提供技术支撑。     

京杭运河(杭州段)河网水质模拟

京杭运河杭州段河网属于典型的平原河网地区,根据平原河网的水流以及污染特点,利用一维对流扩散方程建立了该地区河网水质模型,采用全隐中心差分格式离散方程,并用追赶法求解。对京杭运河杭州段河网进行水质模拟,并利用2007年上半年常规水质监测断面水质监测数据对模型计算结果进行验证。验证结果表明水质模拟结果较为理想,模型能较为准确的反映河网水质变化趋势,可以用于该地区河网水质改善研究。     

基于控制单元的流域水污染控制与管理——以京杭运河苏南段为例

综合考虑流域水系完整性、水体污染程度以及控制方案可实施性等因素,对苏南运河小流域控制单元进行了划分．并通过控制单元内、外的污染物入运河量贡献率比较,验证划分结果的合理性;根据确定的水质目标,分别计算了各控制单元90％水文保证率下的水环境容量和排污削减量：根据各项污染防治指标目标,计算各控制单元六类主要工程项目的污染物削减能力．并提出各河段水质目标实现的补充措施。结果表明：控制单元划分合理,各控制单元内污染源对运河各河段污染负荷的贡献率约占71％～91％．为运河水质主要影响源;各控制单元大部分水体的预测排污量超过了水环境容量．近期运河各段COD、氨氮、TP削减率分别为21．2％-54．5％,46．3％～60．2％,45．8％-71．5％;远期污染物削减率更高：6类主要工程项目的实施仅能保证运河镇江段水质目标实现,对运河常州段需从长江引水45万m^3／d,对运河无锡段需从长江引水40万m^3／d．再结合适量的排水和中水回用措施可实现控制单元内运河各段水质目标。     

京杭大运河苏南城市段表层沉积物铜、锌吸附特征及理论环境安全吸附容量

应用等温吸附法研究京杭大运河苏南三城市段（常州、苏州和无锡）表层沉积物对Cu和Zn的吸附行为,并结合国家地表水环境质量标准（GB3838—2002）,估算运河城市段表层沉积物对Cu和Zn的理论环境安全吸附容量（QⅢ）。结果表明：大运河表层沉积物的Cu和Zn等温吸附符合Langmuir模型;表层沉积物Cu最大吸附量（Cu-Qmax）为5.20～9.03 mg·g-1,Zn最大吸附量（Zn-Qmax）为2.40～5.07 mg·g-1;最大吸附量与沉积物的性质密切相关,但与总有机碳质量分数无关。根据Langmuir拟合方程估算,在我国地表水环境质量标准三类水标准阈值时,Cu的理论环境安全吸附容量为沉积物总Cu量的19倍以上,而Zn则为2～6倍。因此,Zn对三城市段大运河沉积物的环境风险要高于Cu。     

梨形环棱螺保护酶分子标志物在大运河污染评价中的应用

运用室内模拟法、样点笼内放养法和直接采样法研究京杭大运河不同污染程度环境对梨形环棱螺内脏团中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性的影响.结果表明:梨形环棱螺组织抗氧化保护酶系统的SOD、POD、CAT活性是指示污染的敏感指标,其监测结果与水质化学评价结果基本一致.CAT活性在临界范围内随着污染程度加深,抑制作用加强.POD活性在污染环境中被激活, 但各时间段的增幅不尽相同.SOD活性变化不稳定,较适合作为短时间内的监测指标.比较而言,这3种测定保护酶分子标志物活性的试验方法以样点笼内放养法最优,直接采样法最不可取.     

1980-2015年北运河流域土地利用时空变异及其对生态服务价值的影响

北运河纵贯京津冀地区,是京津冀大都市圈重要的生态环境保护屏障.本研究基于1980—2015年北运河流域Landsat-MSS/TM/ETM遥感影像解译数据研究了流域土地利用变化特征,估算了这些变化对流域生态服务价值的影响.结果表明,1980—2015年北运河流域耕地面积下降了22.64%,主要转向城镇用地,其次为林地和水体;城镇用地面积增加了25.59%,耕地、林地和水体是其面积增加来源;以2000年为拐点,林地和水体面积先增加后逐渐减少,综合土地利用变化速度显示2000—2015年明显高于1980—2000年.1980—2015年北运河流域土地利用总生态服务价值经历先增加后减少、总体减少的过程,损失82.84×10⁸元;各类生态服务价值变化趋势与土地利用类型变化趋势一致,城镇和水体的贡献率最大,并且是北运河流域生态服务价值变化的主要贡献因子和敏感因子.     

大运河丰水期水体中全氟化合物的分布

应用固相萃取分离富集与高效液相色谱/电喷雾负电离源串联质谱法分析了2014年6月采自京杭大运河水体41个样品中17 种全氟化合物,对其污染现状及分布进行了讨论,并对污染来源进行了分析.大运河水体中的全氟化合物总浓度（∑PFCs）范围为7.4~153.5ng/L.PFCs含量有一个大致从南到北递减的趋势.大运河江南部分∑PFCs在杭州嘉兴河段处出现高值点.长江以北部分在德州地区出现高值点,南方大部分河段以PFOA为主导化合物,而在北方河段PFOA的主导性降低.对大运河沿途地区城镇化、经济水平与各地区大运河水体平均∑PFCs浓度的关系进行了比较,结果表明具有较高的相关性.     

京杭大运河中下游段天然水化学变化特征及驱动因素

为揭示京杭大运河天然水化学特征及人为活动的影响,于2019~2020年采集徐州至嘉兴段主要城市站点河水测试,同时收集苏锡常段1959~1962年和1975~1977年的水化学数据与沿线主要城市近年的社会经济数据,在此基础上进行了分析.结果表明,研究区水化学类型主要受流域碳酸盐岩风化作用,但K⁺+Na⁺当量浓度占总阳离子高达40.39%,高于一般地表水,说明运河天然水化学已受到人为因素的显著影响.空间上,运河主要离子质量浓度、总硬度和总碱度从徐州站向下游总体上有减小的趋势,但在无锡和苏州站各参数显著升高;分析苏锡常段60年来的水化学变化发现,其Na⁺和SO₄^2-分别升高了约16倍和12倍,总溶解固体（TDS）也升高了近3倍,同时苏锡常段河水目前（Ca²⁺+Mg²⁺）/HCO₃^-比值普遍大于1,显著高于1959~1962年,反映了人类活动影响的结果.结合运河流域社会经济发展情况的分析显示,人为活动排放的硫氧化物加速了流域碳酸盐岩的风化,这是导致这一变化的主要因素.进一步统计分析表明,城市生活污水和工业废水的排放等是造成大运河天然水化学盐渍化的主要驱动因素.本研究可为协调城市发展和保护大运河流域水生态环境提供科学基础.     

Vegetation Response to Early Holocene Warming as an Analog for Current and Future Changes

Abstract: Temperatures in southwestern North America are projected to increase 3.5–4 °C over the next 60–90 years. This will precipitate ecological shifts as the ranges of species change in response to new climates. During this shift, rapid‐colonizing species should increase, whereas slow‐colonizing species will at first decrease, but eventually become reestablished in their new range. This successional process has been estimated to require from 100 to over 300 years in small areas, under a stable climate, with a nearby seed source. How much longer will it require on a continental scale, under a changing climate, without a nearby seed source? I considered this question through an examination of the response of fossil plant assemblages from the Grand Canyon, Arizona, to the most recent rapid warming of similar magnitude that occurred at the start of the Holocene, 11,700 years ago. At that time, temperatures in southwestern North America increased about 4 °C over less than a century. Grand Canyon plant species responded at different rates to this warming climate. Early‐successional species rapidly increased, whereas late‐successional species decreased. This shift persisted throughout the next 2700 years. I found two earlier, less‐extreme species shifts following rapid warming events around 14,700 and 16,800 years ago. Late‐successional species predominated only after 4000 years or more of relatively stable temperature. These results suggest the potential magnitude, duration, and nature of future ecological changes and have implications for conservation plans, especially those incorporating equilibrium assumptions or reconstituting past conditions. When these concepts are extended to include the most rapid early‐successional colonizers, they imply that the recent increases in invasive exotics may be only the most noticeable part of a new resurgence of early‐successional vegetation. Additionally, my results challenge the reliability of models of future vegetation and carbon balance that project conditions on the basis of assumptions of equilibrium within only a century.