普定喀斯特生态系统观测研究站的生物样地建设与监测工作

生长和适应于喀斯特地貌环境的生态系统,即喀斯特生态系统,因人类活动干扰和石漠化进程影响,其结构和功能均发生退化,因此,定位、长期监测喀斯特生态系统的组成、结构、过程和功能,以及人类活动的影响和响应,对研究该类特殊生态系统的格局和动态变化具有重要意义。作为中国科学院生态系统观测网络(CERN)仅有的两个喀斯特台站之一,普定喀斯特生态系统观测研究站的生物监测总目标是开展喀斯特高原常绿落叶阔叶混交林的植被生态学(结构、过程、功能)监测与研究,及其退化植被的恢复生态学示范,建立喀斯特植被恢复与重建的优化模式和范式。本文初步介绍了普定站的生物观测网络,以普定县后寨河流域的天龙山常绿落叶阔叶混交林样地作为永久监测样地(主观测场),以陈旗不同干扰方式下的植被恢复样地、赵家田皆伐样地、沙湾主站址退耕样地作为辅助监测样地(辅观测场),以高羊河流域陈家寨坡耕地恢复和滇柏林改造样地作为生态重建示范样地(辅观测场),配合流域内外诸多样地与试验点(站区调查点),可初步定位监测和预测代表性喀斯特森林和灌丛的长期变化与未来发展趋势。     

石英ESR法在河流沉积物源示踪中的探讨及应用

使用石英ESR法示踪河流沉积物源是一种新方法和新理论的探索。本文从拟解决的科学问题出发,在着重分析石英ESR信号强度和CI值物源示踪理论基础之上,讨论了该方法在亚洲现代沙尘沉降物源示踪和地质历史时期风尘堆积物源示踪研究中的有效性,结合ESR测年可覆盖整个第四纪时期的特性,认为石英ESR法不仅可以为物源示踪提供良好的年代框架约束,而且还可以较好的反映地质历史时期沉积物质来源在不同时空尺度上的变化特征。随后,通过对指导思想、研究思路以及长江流域不同河段和主要支流的地质地貌背景、岩石类型分布、水系组合特征以及"源-汇"系统之间物质剥蚀-堆积过程的可通达性等方面的综合论述与分析,讨论了石英ESR法在河流沉积物源示踪上的有效性及其在研究长江流域水系发育历史和沉积演化过程中的可行性。     

基于碑刻记录的嘉陵江清代洪水发生规律及成因研究

基于历史文献法收集整理了《四川两千年洪水史料汇编》中嘉陵江清代洪水碑刻的碑文记录,并利用Gibbs-Mirtin多样化指数法分析洪水碑刻记录的空间分布特征。结果发现:清朝时期,嘉陵江流域共有洪水碑刻记录55通,月份明确可辨的有36通。空间上整体分布不均,下游多于中上游,其中嘉陵江干流28通(20通有明确月份;Gibbs-Mirtin多样化指数为0.46,上游仅有零星分布,相对集中于中下游),渠江16通(10通有明确月份;Gibbs-Mirtin多样化指数为0.71,各河段均有分布),涪江11通(6通有明确月份;Gibbs-Mirtin多样化指数为0,仅集中于下游的重庆市)。洪水碑刻记录在年内主要分布于6、7、8、9四个月,洪水碑刻清晰记录了清代1679年(2通)、1840年(3通)、1870年(17通)、1903年(2通)4次特大洪水,洪水碑刻记录的嘉陵江流域清代洪水的发生频率为7 a一洪。清代嘉陵江洪水碑刻记录反映了流域夏秋季洪水较多,这与嘉陵江流域的亚热带湿润季风气候、多洪齐发的扇状水系、低山丘陵-谷坝地形、松散的土壤质地以及"湖广填川"时期毁林垦荒导致的水土流失与河道淤积有关。     

北京城区水体中PPCPs的分布特征及潜在风险

采集北京城区河流34个表层水样和23个沉积物样品,采集后海、前海和西海这3个城市湖泊10个表层水样和5个沉积物样品,应用HPLC-MS/MS技术对表层水样及沉积物样品中10种药物及个人护理品(PPCPs)进行检测分析,发现河流表层水样和城市湖泊表层水样中PPCPs的浓度范围分别为N.D.~655 ng·L~(-1)和N.D.~252 ng·L~(-1).在河流表层水样中,10种PPCPs的检出率范围为0~100%,其中咖啡因的检出率为100%,磺胺甲唑、地尔硫卓和泰乐菌素均未检出;在湖泊表层水样中,10种PPCPs的检出率范围为0~100%,其中对乙酰氨基酚、林可霉素、咖啡因和阿奇霉素的检出率为100%,磺胺甲唑、地尔硫卓、泰乐菌素及卡马西平都未检出;河流沉积物和城市湖泊沉积物中PPCPs的含量范围分别为N.D.~1 709ng·g~(-1)和N.D.~35.9 ng·g~(-1),在河流表层沉积物中,10种PPCPs的检出率范围为4%~96%,其中甲氧苄啶的检出率最高,泰乐菌素的检出率最低;在湖泊表层沉积物中,10种PPCPs的检出率范围为0~100%,其中地尔硫卓的检出率最高,咖啡因、泰乐菌素和卡马西平均未检出.从各河流看,永定引水渠、凉水河、通惠河及坝河表层水体及沉积物中PPCPs的含量较高,永定河、昆玉河表层水体中PPCPs的含量较低.应用风险商值(RQ)模型评价北京城区各河流及湖泊表层水体与沉积物中PPCPs残留对生态环境的影响,发现北京城区河流及湖泊表层水体中的10种PPCPs的RQ值均低于0.1,对河流生态环境具有低风险.城区河流及湖泊沉积物中,对乙酰氨基酚对永定引水渠、通惠河及坝河底栖生态环境具有中等风险;林可霉素对永定引水渠、温榆河、通惠河、护城河、坝河、凉水河及后海底栖生态环境具有中等风险;甲氧苄啶对永定引水渠、清河、温榆河、通惠河、护城河、坝河、亮马河、凉水河及后海底栖生态环境具有中等风险;阿奇霉素对亮马河及凉水河底栖生态环境具有中等风险,对永定引水渠、清河、温榆河、通惠河、坝河及后海底栖生态环境具有高风险.     

闽江河口互花米草与短叶茳芏湿地土壤无机硫形态分布特征及其影响因素

选择闽江口鳝鱼滩不同淹水环境下两条样带(A样带,远离主潮沟且退潮后无积水;B样带,靠近主潮沟且退潮后有积水)上的短叶茳芏湿地和已被互花米草入侵(入侵前为短叶茳芏湿地)的互花米草湿地为研究对象,探讨不同类型湿地土壤无机硫赋存形态的分布特征及其主控因素.结果表明,B样带上互花米草湿地和短叶茳芏湿地土壤中的水溶性硫(H_2O-S)和吸附性硫(Adsorbed-S)含量总体上低于A样带,而盐酸可溶性硫(HCl-Soluble-S)和盐酸挥发性硫(HCl-Volatile-S)含量则高于A样带.短叶茳芏湿地和互米草湿地土壤中不同形态无机硫的含量在两条样带上整体均表现为HCl-Soluble-SH_2O-SAdsorbed-SHCl-Volatile-S,且二者的总无机硫含量分别占其TS含量的9.02%~15.50%和8.04%~12.73%.与短叶茳芏湿地相比,互花米草入侵分别使A样带土壤中H_2O-S、Adsorbed-S、HCl-Soluble-S、HCl-Volatile-S和总无机硫含量减少了35.2%、36.4%、16.8%、1.8%和26.12%;但使B样带表层土壤的总无机硫含量及0~20 cm土层的HCl-Soluble-S和HCl-Volatile-S含量分别增加了8.34%、15.34%和5.71%.研究发现,非长期淹水条件下,互花米草入侵后可降低湿地土壤有效硫的供给能力;长期淹水条件下,互花米草入侵可通过提高土壤中HCl-Soluble-S的含量增加金属硫化物沉淀,而挥发性硫含量的同步增加则可能对植被生长(特别是根系发育)产生不利影响.     

基于液相31P核磁共振技术的人工河流沉积物中生物质磷形态特征的研究

利用液相~(31)P核磁共振技术分析了我国北部海河流域典型人工河流滏阳新河沉积物磷形态.结果发现,滏阳新河沉积物中共检测出6类磷化合物:正磷酸盐(Ortho-P)、磷酸单酯(Mono-P)、磷酯(Lipids-P)、DNA磷(DNA-P)、焦磷酸盐(Pyro-P)、膦酸盐(Phon-P).滏阳新河沉积物中的生物质磷包括膦酸盐(Phon-P,0.11%~1.57%)、磷酸单酯(Mono-P,8.96%~29.58%)、磷酯(Lipids-P,0.28%~2.66%)、DNA磷(DNA-P,0.75%~2.03%)、焦磷酸盐(Pyro-P,0.22%~0.86%),其中,磷酸单酯是生物质磷的主要组成部分.沿艾辛庄闸坝水流方向,磷化合物含量差异明显:闸坝附近TP和生物质磷含量最高,分别为6804.1 mg·kg~(-1)和1709.58 mg·kg~(-1);沿河流流向,TP变化率分别为84.97%、-24.11%、32.84%和-0.11%,生物质磷变化率分别为93.15%、-58.83%、42.65%和18.99%.上覆水中TP和SRP的平均浓度分别为3.0 mg·L~(-1)和2.6 mg·L~(-1),分别超过我国地表水环境质量标准(GB3838-2002)V类水标准(0.4 mg·L~(-1))7.5倍和6.5倍.基于液相~(31)P核磁共振技术,对人工河流水体磷的分布与传输有了全新的认知.因此,本研究可为深入认识磷在典型人工河流沉积物-水体系中的转化提供支持,有助于深入研究典型人工河流磷生物地球化学循环过程,同时为多闸坝人工河流的水流量调度与水生态构建提供数据支持.     

昆明市老运粮河污染治理的模拟研究

在快速城市化进程中,城市的建设和发展受到黑臭水体问题的挑战.以昆明市老运粮河为例,根据质量守恒原理,构建了昆明市老运粮河污染治理效果模拟系统,通过模拟,计算了老运粮河的入滇污染负荷,以及不同污染治理措施的治理效果,并对模拟系统的不确定性进行了初步分析.结果表明,老运粮河的年入滇总水量为9565.9×10~4t,COD、TN、TP和NH_3-N的年入滇总负荷分别为26250、3232、415.9和2135.5 t;区域内产生的点源污染负荷远大于非点源污染负荷;污水厂处理是去除污染物的主要途径,其中,旱季污水的处理对于全年的污染物削减起到最主要的作用;雨季源头削减措施的应用对雨季污水处理有很大作用;影响模拟结果的不确定性因素很多,分析认为由此带来的风险问题不可忽视.     

水利工程背景下河流水华暴发成因分析及模拟研究

研究发现,河流水华暴发的主要驱动因素除受过量营养盐摄入、气候变化导致的气温上升和降雨等限制外,水文情势的影响尤为显著.在高强度人类活动影响下,水利工程开发导致的水文情势改变是否为河流水华加剧的成因之一,是水与环境学科交叉研究亟待探索的一个重要应用基础问题.通过对近10年来国内外在水利工程背景下河流水华暴发成因研究进展的综述,辨识了河流水华发生的"水循环-水环境-水生态"相互作用关系;对考虑水文变化的河流水华预测统计学模型、智能算法和水质水量耦合机理模型等进行了回顾和总结,并提出了基于水循环物理过程联系的生物及生物地球化学过程、社会经济用水与管理人文过程等与河流水华发生相互作用与反馈的水系统论研究体系.当前我国水利工程调水影响区下的河流水华问题研究仍面临着一些难点和挑战:① 过去关于水利工程调水对河流中下游水生态的影响研究多数是基于情景假设和规划条件下的预断,随着近年来我国多个大型水利工程的正式实施运行,当前以实际工程调水为背景（如南水北调、引江济汉工程等）开展水华模拟的研究成果仍然十分有限;② 水利工程调水影响区下的河流水华发生机理尚不明确,当前多数藻类生长模型并没有将流域水循环过程影响纳入考虑因素,对河流生态水文过程作用机理与耦合及定量关系分析方面的研究相对匮乏;③ 现阶段水利工程背景下的河流水华问题研究多停留在定性分析和宏观定量阶段,缺乏基于以水系统理论为导向的水生态系统与河流水文情势共同作用机制的定量化研究.      

密云水库入库河流微生物群落演替对氮素形态转化的影响

密云水库是北京市重要的地表饮用水源地,但近年来,密云水库库区及入库河流中的总氮（TN）浓度呈现连年上升的趋势.以密云水库上游典型入库河流牤牛河为例,考察各形态氮素变化的空间分布规律,并从微生物群落组成和功能预测的视角,解析氮素形态的转化,以期为密云水库的氮污染治理提供科学依据.结果表明,密云水库上游除TN外,其余水质理化指标均满足我国地表水环境质量标准（GB 3838-2002）的Ⅱ类标准.入库河流TN浓度显著高于库区（P<0.05）,且以NO₃^--N为主,占比为77.7%~92.9%.半城子水库库区的C/N较高,有助于反硝化脱氮的发生,表现出一定自净能力.牤牛河水体和底质中微生物群落结构具有显著差异,呈现一定的空间分布特征,高NO₃^--N浓度是影响微生物群落结构演替的主要环境因子.牤牛河中存在大量硝化和反硝化功能微生物,反硝化菌相对丰度高于硝化菌,且均呈现出底质略高于水体的特点.牤牛河优势硝化菌和反硝化菌分别为Nitrosopumilus和Pseudomonas.PICRUSt2功能预测结果表明,牤牛河微生物氮代谢以NO₃^--N还原模块为主,且主要发生于水体中;硝化过程的功能基因在水体中的丰度最高,主要为narGH;而参与NO₃^--N还原反应的主要功能基因为底质中的异养反硝化菌（DNRA）所携带的nirBD,而反硝化模块的功能基因主要为nirK.     

锐劲特在菜地生态系统中的残留动态研究

建立了青菜、土壤中锐劲特及其代谢物的气相色谱毛细管柱残留分析的方法。对锐劲特及其降解产物在菜地生态系统中的残留动态进行了研究,明确了锐劲特在青菜和土壤中的残留和消解情况,锐劲特在土壤中的降解半衰期为7．88d,在青菜中的降解半衰期为2．58d。