巢湖东湖区入湖河流的水生植被群落结构和区系特征及其与环境因子的关系

采用野外调查方法结合典范对应分析(CCA),研究了巢湖东部湖区的入湖河道水生植被的群落结构特征和区系特征及其与环境因子的相关性.结果表明:共发现常见水生植物物种63种,隶属于28科54属,其中沉水植物4种,漂浮植物3种,浮叶植物2种,挺水植物10种,湿生植物44种.区系分析发现该区域的水生植被呈现隐域性和热带向北温带过渡的亚热带特征,植物种属主要以世界分布属和北温带分布属为主,其次是泛热带分布属,分别占总数的35.19%、31.48%和12.96%;这54属水生植物的地理分布区类型共有中国种子植物所占的15个分布区类型中的10个,而缺少5个地理分布区类型.入侵种空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)分布广泛,河道呈现一定程度的堵塞状态;沉水植物物种则趋于单一化和分布面积狭小,尤其在水体污染严重的区域(如:双桥河流域和小柘皋河下游)几近衰退.CCA分析表明巢湖东部湖区入湖河道水生植物的空间分布主要受水体理化指标影响,而非水深的影响.总之,巢湖东部湖区入湖河道水质污染加重,水生植物群落结构极不合理、地理成分复杂程度偏低且具有明显的隐域性,沿河村镇的污水处理以及保护与恢复水生植物尤其沉水植物类群迫在眉睫.     

东太湖围网全面拆除前后水生植被及水质变化

针对东太湖围网拆除后水生植被及水质的变化,选择30 m分辨率的Landsat-8(OLI)数据作为数据源,对区域内水生植被进行监督分类,以现场水生植物调查数据作为水生植被分类评价依据,解译了围网拆除前后东太湖典型水生植被的变化,分析了2018—2020年主要水质指标及藻类生物量变化。研究表明,2019年底东太湖围网全面拆除后,2020年浮叶植物分布面积较2018年增加25.9%,挺水植物和沉水植物分布面积则分别减少11.8%和17.0%;沉水植物优势种由直立型种类转为冠层型种类,浮叶植物菱群丛、冠层型沉水植物金鱼藻群丛呈爆发式增长,生物量分别达6.84和9.90 kg·m^-2。2020年7—11月原围网区水体透明度仅为25.9 cm,较2018年同期显著下降,透明度下降不利于沉水植物生长,不利于东太湖草型清水态的维护;湖水叶绿素a和氨氮浓度显著上升,东太湖存在向藻型浑浊态转变的风险,应予重视。东太湖围网拆除后,湖泊生态系统变化较大,应加强湖泊生态研究和管理,人工辅助湖泊生态系统向草型清水态良性状态演替。     

西湖沉水植物恢复过程中物种多样性的变化

中国湖泊的富营养化与生态系统退化问题已非常严重,太湖、滇池、东湖、西湖等许多湖泊都出现了不同程度的富营养化现象,水生植被消亡、蓝藻水华频发,已经成为制约区域经济社会可持续发展的重要限制因素。沉水植物的恢复重建已成为富营养化水体生态修复的关键手段之一与研究热点。对国家"十二五"水专项的浙江杭州西湖的沉水植物恢复示范区中的物种多样性的变化特征进行了分析,依据植物种在示范区各水域的出现频率与各生活型植物种的组成,探讨了沉水植物恢复过程中植物种绝灭与定居特点。物种多样性指数分析表明:沉水植物恢复工程是沉水植物物种多样性不断增加的过程,恢复工程首先导致恢复示范区内特有种的出现,其次为稀有种。从植物的生活型来看,多年生沉水植物受示范工程的影响最大,而一年生沉水植物可存活于示范工程区的内部与外部,在示范工程区内沉水植物物种的绝灭速率小于定居速率。这表明,在湖泊恢复沉水植物,第一,必须要有一定的保护区域;第二,要合理利用湖泊资源,实行科学的湖泊管理制度;第三,有效恢复沉水植物群落需要经历一定时间与空间的生态重组过程。     

利用无人机遥感技术结合采样开展水生植物调查——以滇池大泊口水域为例

水生植物对改善水环境、维持生态系统正常功能具有不可替代的作用,恢复水生植物已成为湖泊生态修复中最重要的手段之一。准确高效地调查水生植物的组成、盖度和生物量是评价水生态系统的健康状况、开展和评价受损湖泊生态修复的基础。基于固定样点采样的水生植物调查方法(如网格法)劳动强度大,且无法准确反映水生植物的整体分布状况,而无人机遥感技术在此方面有非常大的应用前景。基于此,文章拟开发无人机遥感技术和采样调查相结合的水生植物监测方法,并应用于滇池大泊口水域。首先对无人机遥感影像进行校正和拼接,获得整个水域的遥感影像。通过影像分析,共分辨出74个相互独立的斑块,分别鉴定为挺水植物莲(Nelumbo nucifera)、香蒲(Typha orientalis)和菰(Zizania latifolia),浮叶植物莕菜(Nymphoides peltata)、野菱(Trapa incisa)和睡莲(Nymphaea spp.),以及沉水植物穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)和艾格草(Egeria densa)。根据不同斑块的类型和面积,计算出大泊口水域水生植物盖度为17.23%,其中挺水、浮叶和沉水植物的层盖度分别为3.30%、5.29%和10.05%。结合采样调查,计算出水生植物总生物量为676 t,其中挺水、浮叶和沉水植物的生物量分别为90、97、489 t。无人机遥感结合针对性的采样调查,能准确获得水生植物在整个水域的分布和生物量信息,为水生植物的调查和研究提供强有力的支持。该方法特别适合水生植被恢复的重点水域的水生植被生物量和盖度常规监测。     

富营养浅湖水生植被重建对底栖动物的影响

利用在极富营养型的浅水湖泊所建立的大型实验围隔系统，对水生植被恢复后底栖动物群落的变化作了为期3a的研究．4个围隔和大湖对照点共采集到底栖动物38种，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ号围隔人工恢复沉水植被后，水质得到明显的改善，底栖动物群落结构发生明显的变化：其种类项目、个体密度和生物量增加，软体动物重新出现，生物多样性提高．对底栖动物与水生植物之间的相互关系也作了探讨．     

城市湖泊生态恢复与景观设计

按照从水生生态系统向陆地生态系统过渡的顺序，尝试提出了城市湖泊水生植被恢复与景观设计、湖滨带生态恢复与景观设计以及湖岸和连通沟渠生态恢复与景观设计的设计思路，并逐一进行分析。     

湖泊生态系统稳态转换理论与驱动因子研究进展

湖泊生态系统会在长期的人为胁迫和短期的强扰动下发生稳态转换,稳态转换前后湖泊生态系统的结构和关键过程会发生明显的变化,探求浅水湖泊稳态转换驱动因子是科学合理确定湖泊管理策略的关键所在。对湖泊生态系统稳态转换的理论内涵、驱动机制进行了总结和探讨。湖泊生态系统稳态转换的概念主要含有发生的突然性和难以预知性、系统的结构与功能发生明显变化以及存在多稳态现象等内涵;具有非线性、多阈值、多稳态,以及修复过程中的迟滞效应等特征。湖泊生态系统稳态转换的驱动因子可分为外部驱动和内部驱动两种类型。外部驱动包括外源性氮磷负荷、气候变化、风浪、湖泊水位等因子;外源性氮磷负荷和气候变化的影响具有长期性和累积性,通过逐步削弱湖泊生态系统恢复力进而引发稳态转换;风浪、湖泊水位等为突发性因子,往往表现为稳态转换的直接诱因。内部驱动包括鱼类、水生植物等因子;鱼类主要通过对水生植物、湖泊底质、浮游动物等生态组分的影响引发湖泊生态系统稳态转换;水生植物对湖泊清水稳态可能不仅存在正反馈作用,也会在一定条件下存在负反馈作用。今后应加强沉水植物生长消亡的主要环境与生物要素综合作用机理、湖泊稳态类型与主控因素等方面的研究。     

水生维管束植物在水污染中的应用

随着水污染的加剧，高效低耗的水污染处理技术逐渐受到人们的重视，水生维管束植物以其特有的组织和生态功能及易于人工操纵等原因而在净化水体污染、防治富营养化方面发挥了重要的作用。文章对水生维管束植物在水质净化中的作用、影响因素、水生植物的综合利用及其在水污染监测中的作用等方面进行了系统分析，提出多种植物组合比单种植物能更好地实现对水体的净化，通过温度、水深的调控措施可以加强水生维管束植物对水质的净化效果，温度、水深、水质状况以及水生植物的经济价值等是水生植物选择的重要因素。指出了当前水生维管束植物研究中存在的一些问题，认为在人为操纵下，对于水生植物的长效管理是其在水污染应用中的一个重要内容。     

热带城市湖泊生态恢复中水生植被、浮游动物和鱼类的关系研究

惠州西湖是典型的热带浅水富营养化湖泊,通过建立示范区,进行了鱼类调控和水生植被修复,示范区的水质得到显著改善。作者从2006年3月到9月对水生植被、浮游动物和鱼类进行采样分析。结果表明,水生植被的生物量3月份时为1.249kg·m-2,到9月份逐步增加到9.167kg·m-2,鱼类生物量在研究期间有所下降,渔获量从3月份的17.5kg到9月份时降低至7.61kg,示范区浮游动物丰度低于平湖,其中大型浮游动物丰度高于平湖,轮虫丰度则呈缩减,示范区和未进行修复的平湖浮游动物体长均主要分布在0到0.2mm之间,体长大于0.6mm的分布比例示范区的是未修复平湖的两倍,浮游动物的生物量二者差别不大。     

森林土壤种子库研究进展

土壤种子库与物种多样性存在密切相关性,森林土壤种子库是植被天然更新的物质基础。文章阐述了森林土壤种子库的内涵、森林生态系统土壤种子库的基本特征及其主要研究方法,探讨了影响种子库的基本因素及当前极为关注的热点问题。在受损森林生态系统目标树种培养、植被群落快速恢复和生态系统科学管理等领域仍存在一些理论和实践急待解决的问题,如随着群落进展演替土壤种子库种子数量在增加而质量却在逐渐下降,面临如何解决生态系统健康稳定发育和物种多样性长期维持问题。文章认为今后应加强土壤种子库与生物多样性保护、防止外来物种入侵乡土物种利用及对全球变化的响应等领域的研究工作,以期为从事森林土壤种子库研究和退化森林植被群落恢复实践提供理论指导。     

沉水植物对沉积物中磷赋存形态影响的初步研究

采用磷的分级方法研究苦草移植后生长过程中沉积物不同的磷赋存形态(NH4Cl-P, BD-P, NaOH-P和HCl-P)以及总磷的变化,同时结合野外人工恢复的水草区域采样的结果,进一步分析了野外条件下沉水植物狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)对磷赋存形态的影响,结果表明,沉水植物能够有效的降低沉积物中磷的含量,而且水生植物对磷的不同赋存形态的影响并不相同,其中,BD-P是受沉水植物影响最为明显的磷赋存形态.     

罗非鱼-附着藻-沉水植物相互关系研究进展

在浅水富营养化湖泊中,沉水植被是决定湖泊清水态或混水态的关键因子。而附着藻对沉水植物强烈的遮阴作用以及对碳源、营养盐等资源强烈的竞争,成为限制沉水植物群落生长和发展的关键因子。罗非鱼作为一种杂食性鱼类,具有牧食附着藻的能力,其下行效应（top-down effect）可以在一定程度上减轻附着藻对沉水植物生长的这种不利影响。因此,作为我国南方水体中的优势种类,适当种群密度的罗非鱼在富营养化浅水湖泊生态修复过程中是可加以利用,并在一定程度上抑制了附着藻的生长和发展,有利于浅水湖泊的生态修复和管理。同时,罗非鱼也具有通过摄食、排泄等活动加速水体氮、磷营养盐再生,牧食浮游动物、沉水植物等不利的一面。因此,在综合考虑多种因素条件下,需要对罗非鱼-附着藻-沉水植物三者之间的相互关系进行深入研究,探讨生态系统对罗非鱼的响应,这对我国南方浅水富营养化湖泊的生态恢复与管理,尤其是沉水植被的重建与保护具有重要的理论意义和实践价值。     

惠州西湖生态修复对浮游植物的影响

2007年广东惠州西湖子湖-南湖采用水生植被构建和修复等措施改变湖泊水质。通过2010年2月至11月对南湖和未修复的平湖的浮游植物群落的调查比较,研究湖泊生态系统修复对浮游植物群落结构的影响。结果表明：（1）南湖的浮游植物多样性指数高于平湖,两者峰值分别为1.93（nit）,0.88（nit）,分别在8月和2月,两湖均呈现2、8月高峰,5、11月低谷的变化特征。（2）南湖的浮游植物群落呈隐藻-绿藻（四尾栅藻Scenedesmus quadricuda）-甲藻（多甲藻Peridinium sp.）变化模式,平湖则全年以蓝藻门占绝对优势,优势种为银灰平列藻（Merismipedia sp.）和湖丝藻（Limnolothix sp.）。（3）南湖浮游植物的生物量和细胞丰度的平均值均远低于平湖。由此可知,重建水生植被为主的生态修复手段是抑制浮游植物发展和改善湖泊水环境的有效途径。     

植被恢复的生态效应研究进展

植被在水土保持、水源涵养及生态系统的固碳过程中起着重要的作用。植被恢复是指运用生态学原理,通过保护现有植被、封山育林或营造人工林、灌、草植被,修复或重建被毁坏或被破坏的森林和其他自然生态系统,恢复其生物多样性及其生态系统功能。目前,植被的自然及人工恢复是改善脆弱生态系统及退化生态系统生态环境现状最有效的措施。植被在恢复过程中对地上植被生态系统,物种多样性的恢复有着重要影响,同时通过凋落物及根系的输入,可以有效改善地下生态系统,增加土壤的养分含量、改善土壤的物理结构、增加土壤生物的生物量及活性。文章以地上及地下生态系统为出发点,综述了植被恢复过程中自然及人工恢复过程中不同的植被类型、不同的恢复时间下植物物种组成和多样性、土壤理化性质及土壤微生物群落的变化。植被的自然及人工恢复在一定程度上均能增加植物物种的多样性,随着恢复年限的增加物种的组成发生改变且多样性呈增加趋势,但一些特殊环境下不当的人工恢复可造成植被演替向退化方向发展,降低生物多样性。不同的植被类型由于其生长方式的不同对土壤理化性质和土壤微生物的影响存在差异,随着恢复年限的增长,土壤理化指标及微生物学指标呈现先增加而后趋于平稳的状态。针对已有的研究进展,提出在未来的研究过程中,一方面应该增加更多的对比研究,对不同环境下,不同的恢复物种,不同的恢复方式进行更深入地探讨;另外一方面应增加不同尺度的研究,现有的研究多集中在样地尺度,未来应在更大尺度上进行分析;再者,地上及地下生态系统之间的相互关系及影响机理一直是土壤学科研究的热点,植被恢复过程中应增加更多该方面的机理研究。     

水生植被恢复对东莞生态工业园区水质改善的影响研究

为促进工业园区水生态环境建设,以东莞生态产业园区水生态系统恢复为研究对象,研究了其建园初期水生植被恢复对重污染水体水质修复的影响,并应用因子分析法对水质与主要生态因子之间的相互关系进行了研究,探讨了水体修复效果与水生植被覆盖率的关系.结果表明：水生植被恢复可使园区生态岛群与月湖主要水质指标（总氮、总磷、氨氮和高锰酸盐指数）从建设初期（2011 年5 月）的劣V 类改善为II-III 类（2012 年）,透明度提高约1 倍,而下沙与大圳埔湿地也从劣V类（2011 年5 月）改善为IV-V 类（2012 年）,透明度提高约50%.10 项水质指标的因子分析表明,园区水质成因可归为综合营养因子（氨氮、高锰酸盐指数、叶绿素、透明度、总磷和总氮）、温度因子（温度、电导率、硝态氮）和光合作用因子（溶解氧和pH）,其中主导指标为氨氮、高锰酸盐指数、叶绿素a、透明度和总磷等.三类因子分别客观反映了修复水体的水质变化特点：氮磷及有机物的含量越低则水体透明度越高,水质越优;温度升高有利于水质改善;藻类光合作用减弱,则水质变优.生态岛群、月湖、下沙、大圳埔湿地的水生植被覆盖率分别为43.8%、22%、4.3%、9.1%,此差异与水质修复效果相关.回归分析显示水质指标与水生植被覆盖率呈极显著的二项式关系（p〈0.01）,根据拟合方程计算得出污染物浓度最低、透明度最高、综合水质最优时的水生植被覆盖率变动范围为30%~35%.因此,生态岛群与月湖的水质改善效果优于大圳埔湿地,大圳埔湿地则又优于下沙湿地;下沙与大圳埔湿地可通过适当增加浮、挺水植物的面积比例,提高水体修复能力.文中所得最适水生植被覆盖率范围可为华南地区工业园区水生态初期修复提供一定的参考价值.     

Ecological restoration,social-economic changes and sustainable development in the Three Gorges Reservoir area: A case study in Yunyang,Chongqing Municipality

The Three Gorges Reservoir area contains high mountains and deep valleys. The fragile mountainous ecosystems are facing problems such as overpopulation, less available farmland, ecological degradation and poverty. The construction of the Three Gorges Project and a series of ecological restoration activities and social-economic changes have influenced the present and future viability of this area. The measures which have been taken indicate that restoring and renewing the degraded ecosystems and improving the economy is a prerequisite and is possible. Yunyang, a typical county, both in terms of poverty and ecological degradation in the Three Gorges Reservoir area of Chongqing Municipality, was chosen for the case study. This paper discusses the impacts of the Grain-for-Green project, ecological agriculture, urban and infrastructure building and ecological immigrants on the regional sustainable development through detailed field investigation and a questionnaire survey.     

Reciprocal Model for Meeting Ecological and Human Needs in Restoration Projects

Abstract: Ecological restoration aims to reverse the losses of biodiversity and the degradation of ecosystems that have occurred through time as humans have affected landscapes. To date, however, restoration success has been limited, in spite of increasing ecological knowledge and technical skills. Technical constraints, although significant, are only part of the problem. The reasons for restoration failure, including cost constraints, limitations in land allocation, and insufficient time and labor, often involve underlying human obstacles. Unless such obstacles are overcome, ongoing commitment to restoration projects will likely remain limited. Because restoration involves diverse scientific and social interests and is often laden with conflicting priorities, we view it as a "wicked problem." We examine ways commitment to restoration could be increased by developing beneficial relationships between humans and the natural environment in the context of restoration. We propose a model that shows that the ecological needs of the restoration area have the greatest potential to be met when human contributions are greatest. In turn, humans benefit increasingly as the restored ecosystem recovers. As human needs are addressed over time, their potential contributions to the restoration area increase. The extent to which contributions meet needs is enhanced or constrained by factors ranging from available technology and funding to community support. This ongoing loop of interactions between needs and contributions provides a basis for restoration planning and implementation which potentially reduces both ecological and human roadblocks to success. The model suggests that community-based projects will be most successful when experts train the group in restoration decision making, when expertise and leadership are developed within the group, and when participants experience group cohesiveness and a sense of personal reward.     

What is Good Ecological Restoration?

The rapid rise of ecological restoration is forcing consideration of what good restoration entails. Defining an end point for restoration is as much an ethical matter as a technical one, but scientifically trained restorationists have largely ignored the former issue. I argue that good restoration requires an expanded view that includes historical, social, cultural, political, aesthetic, and moral aspects. This expanded definition is necessary at a practical level to guide practitioners in the pursuit of excellence and at a conceptual level to prevent restoration from being swamped by technological activities and projects that veer away from ecological fidelity. Ecological fidelity is based on three principles: structural/compositional replication, functional success, and durability. These principles produce effective restoration, which is a necessary but not a sufficient condition of good restoration. An examination of characteristic problems that emanate from technological practices—reverse adaptation, an attention to product at the expense of process, and the separation of actions from consequences—leads directly to an expanded, inclusive framework for restoration. The results of an inclusive restoration process set up conditions necessary for restoration to achieve both ecological fidelity and harmonious human relationships within ecosystems.     

基于环境管理的河流健康评价体系的研究进展

随着河流环境的逐渐退化,其自然功能和社会功能都受到了严重的威胁,河流健康评价的研究也逐渐成为河流生态研究的热点之一。河流健康评价体系能够明确河流的健康状态,为环境管理和生态修复提高理论基础,同时提高环境管理和生态修复的针对性和有效性。然而,环境管理也是河流健康评价体系的制定基准和目标。文章从国内外研究对河流健康的内涵和河流健康评价的指标体系两个方面进行了综述和分析。目前,国际上对于河流健康的内涵逐渐由仅关注自然功能,向与社会功能等方面结合的方向扩充。河流健康评价指标体系主要有两种：一是指示物种评价法,二是指标综合体系评价法。通过比较这两种方法的发展和优劣,我国更适宜于指标综合体系评价方法,有助于环境管理措施的制定。最后,通过结合和借鉴国内外已有的研究成果,构建了针对我国国情的、基于环境管理的河流健康评价理论框架。     

Assessing stream restoration effectiveness at reducing nitrogen export to downstream waters

The degradation of headwater streams is common in urbanized coastal areas, and the role these streams play in contributing to downstream pollution is a concern among natural resource managers and policy makers. Thus, many urban stream restoration efforts are increasingly focused on reducing the downstream flux of pollutants. In regions that suffer from coastal eutrophication, it is unclear whether stream restoration does in fact reduce nitrogen (N) flux to downstream waters and, if so, by how much and at what cost. In this paper, we evaluate whether stream restoration implemented to improve water quality of urban and suburban streams in the Chesapeake Bay region, USA, is effective at reducing the export of N in stream flow to downstream waters. We assessed the effectiveness of restored streams positioned in the upland vs. lowland regions of Coastal Plain watershed during both average and stormflow conditions. We found that, during periods of low discharge, lowland streams that receive minor N inputs from groundwater or bank seepage reduced in-stream N fluxes. Furthermore, lowland streams with the highest N concentrations and lowest discharge were the most effective. During periods of high flow, only those restoration projects that converted lowland streams to stream-wetland complexes seemed to be effective at reducing N fluxes, presumably because the design promoted the spillover of stream flow onto adjacent floodplains and wetlands. The observed N-removal rates were relatively high for stream ecosystems, and on the order of 5% of the inputs to the watershed. The dominant forms of N entering restored reaches varied during low and high flows, indicating that N uptake and retention were controlled by distinctive processes during different hydrological conditions. Therefore, in order for stream restoration to effectively reduce N fluxes exported to downstream waters, restoration design should include features that enhance the processing and retention of different forms of N, and for a wide range of flow conditions. The use of strategic designs that match the dominant attributes of a stream such as position in the watershed, influence of groundwater, dominant flow conditions, and N concentrations is crucial to assure the success of restoration.