城市人工构筑物的多尺度生态影响

人工构筑物是城市生态系统的重要组成部分,是人-自然耦合关系的基本作用单元。自然要素中的水、土、气、生通过人工构筑物这一基本单元作用或影响人的生存、健康与发展,而人通过构筑物作用或影响自然中的水、土、气、生,进一步进化成人为主导、构筑物为基础、自然要素为条件的城市生态系统。论文综述了近年来人工构筑物多尺度生态影响的研究进展,评述了人工构筑物对土壤（水）、大气、生物生态影响的前沿动态,提出了各研究分支的关注重点及要解决的关键问题,分析了人工构筑物生态学研究的方法学问题与挑战,展望了未来该领域的基本发展走向。论文认为,构筑物生态影响涉及城乡水、土、气、生及人的健康等不同方面,现有的相关研究分散而局部,且受技术方法局限,分析结果存在很大的不确定性,研究面临巨大的转型挑战。未来构筑物生态学研究需要多学科、多尺度、多层次的系统化方法与技术的推动,城乡生态观测与实验技术的发展、多源数据处理技术以及智能计算方法的创新是该领域取得重大发展的基础与条件。     

季节性人工河滨湿地甲烷排放

2008年11月—2009年10月在美国俄亥俄州哥伦布市Olentangy河河滨湿地公园中具有14年历史的补偿河流分岔季节性人工湿地中,运用静态箱-气象色谱法测定了季节性人工湿地中甲烷（CH4）时空排放通量。结果表明：1）CH4排放通量非常低,全年的平均值（以CH4-C计）仅为0.09 mg·m-2·h-1;2）CH4排放通量具有明显的季节性变化规律,年周期的CH4排放通量呈单峰型变化规律,6月份出现排放峰值,但CH4排放通量与土壤温度却无显著相关性;3）季节性人工湿地中心区和边缘区域中的CH4排放量分别为0.03（0.06）和0.03（0.12）mg·m-2·h-1,无显著性差异（P〉0.05）。因此,可见通过设计具有既长又浅形状和湿-干-湿交替水文条件的人工湿地,不仅可应用于其他的河流冲积平原的修复,也可在不同的气候和水文条件下检验其生态服务功能。     

生化生态组合人工湿地系统对城镇污水处理厂尾水的净化效果研究

以江阴市新桥镇人工湿地系统为研究对象,采用生态生化组合湿地工艺处理污水处理厂尾水,研究生物-生态组合湿地的运行状况和小城镇污水处理厂尾水的进一步净化效果。研究结果表明:生物生态组合人工湿地系统对尾水中污染物具有较好的去除效果,对COD、氨氮、TN和TP的平均去除率分别为29%、31%、18%和8%,平均出水浓度分别为35.54,0.97,10.77,0.11 mg/L,完全符合GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。研究结果能够为城镇污水处理厂尾水生态处理技术和管理的改进提供数据支撑和理论基础,为以后湿地生态系统的推广和示范研究提供直接的理论依据和实践经验。     

潮汐流人工湿地的除氮效果及影响因素

为研究TF-CW(tidal flow constructed wetland,潮汐流人工湿地)的除氮效果及其主要影响因素,以连续流模拟装置(A组)为对照,设置3种潮汐进水方式〔RAT(闲置时间∶反应时间)分别为1∶1、1∶2、2∶1,依次记做B组、C组、D组〕,运行175 d,分析不同进水方式下TF-CW模拟装置对TN、NH₄+-N、NO₃--N、TOC的去除效果及其在不同处理深度上的变化. 结果表明:A、B、C、D组TN平均去除率分别为82.41%±4.84%、84.82%±5.09%、86.09%±3.99%、90.23%±3.05%. A组TN和NH₄+-N的去除效果与B、C、D组均差异显著(P<0.05),其中D组TN和NH₄+-N的去除效果均最好;A组对NO₃--N的总体去除效果较优;RAT并不影响TOC的去除率. 不同进水方式下,NH₄+-N的去除率均在0~15 cm深度内最大,ρ(TOC)处于较低水平(0~20 mg/L),二者均随处理深度的不断增加而逐渐下降;ρ(NO₃--N)在0~15 cm深度内迅速上升. 随着闲置时间的增加,ρ(DO)逐渐升高. TN和NH₄+-N的去除率随着运行时间的增加基本保持恒定,主要影响因子有ρ(DO)、RAT、ORP(oxidation reduction potential,氧化还原电位)和ρ(TOC);而NO₃--N的去除率随着运行时间的增加而逐渐降低,其主要影响因子有pH、电导率和水温等.      

不同退耕还草方式下宁夏南部山区土壤氮素转化速率与微生物变化的耦合关系

为了明确不同退耕还草方式下土壤养分转化的机理及其影响因素,以宁夏南部山区(下称宁南山区)天然草地、人工草地和撂荒地土壤为研究对象,运用PVC顶盖埋管法对3种类型草地土壤中氮素的净转化速率、微生物区系和氮素微生物生理群进行了研究,探讨土壤氮素净转化速率与微生物的关系. 结果表明:①在培养过程中,3种草地类型土壤中细菌、放线菌和真菌数量平均值分别为9.6×105、3.8×104和4.0×101 CFU/g(以干土计),氮素微生物生理群数量表现为氨化细菌(4.5×104 CFU/g)>自生固氮菌(4.3×103 CFU/g)>硝化细菌(6.5×102 CFU/g)>反硝化细菌(3.9×102 CFU/g)>亚硝化细菌(1.7×102 CFU/g),其中,人工草地土壤中微生物数量最高;②细菌、真菌、反硝化细菌与亚硝化细菌数量的峰值均出现在培养第120天,放线菌和自生固氮菌数量的峰值均出现在第240天,硝化细菌数量的峰值出现在第60天,而氨化细菌数量在各类型草地土壤中出现峰值的时间不统一;③各类型草地土壤氮素的净矿化速率、净氨化速率、净硝化速率均在61~120 d内最低,净矿化速率与净硝化速率在181~240 d内最高,净氨化速率在241~360 d内最高,微生物固氮速率的峰值出现在121~180 d,最低值出现在241~360 d. 在该区土壤氮素转化速率与微生物数量紧密相关,土壤温度、土壤水分通过影响微生物数量而成为影响土壤氮素矿化的主要因素;土壤氮素的生物固持过程比有机氮矿化过程更为活跃;种植苜蓿的人工草地比天然草地和撂荒地更有利于微生物的繁殖与土壤氮素的矿化.      

有机碳驱动的人工基质表面菌群结构组成及其动态变化

本实验采用平板计数和末端限制性片段长度多态性技术(T-RFLP),分析了有机碳源添加对凡纳滨对虾养殖系统中人工基质(筛绢网)表面生物膜菌群结构组成及其动态变化的影响。研究表明,当人工基质表面菌膜成熟时,实验组人工基质表面异养菌数量高于对照组,但没有显著性差异;弧菌数及弧菌占总异养菌的比例分别极显著低于对照组91.85%和96.98%(p0.01)。T-RFLP图谱分析表明,两处理组中126、432、434、436、485、487和488 bp等T-RF相对丰度变化显著;其中,29 d时实验组菌群种类丰富度指数和Shannon-Weiner指数分别高于对照组100%和33.9%。移动窗口分析表明,对照组菌群结构变化率△t为23.2%26.38%,高于实验组的12.4%0.3%。综上可得,有机碳驱动不仅能够促进异养菌的生长,竞争性抑制弧菌的增殖,而且可以提高养殖池塘中人工基质表面菌群结构的稳定性。     

基于自适应调整蚁群-RBF神经网络模型的中长期径流预测

径流预测历来是水利部门的一项重要工作,针对水库和河流中长期径流预测精度不高,提出了自适应调节人工蚁群算法(ARACS),对RBF神经网络参数进行优化,建立了自适应调节人工蚁群-RBF神经网络组合算法(ARACS-RBF)预测模型,综合考虑影响径流预变化因素,对安康水库进行中长期径流预测。对预测效果进行检验,结果证实该模型可真实地反映河川径流变化的总体趋势, 并为判断时间序列数据的非线性提供了一种新方法。与RBF神经网络模型、人工蚁群-RBF神经网络模型预测结果进行对比,结果表明,应用ARACS-RBF模型对中长期径流量进行预测,预测精度更高、效果更好。该方法克服了RBF神经网络和人工蚁群算法易陷于局部极值、搜索质量差和精度不高的缺点,改善了RBF神经网络的泛化能力,收敛速度快,输出稳定性好,提高了径流预测的精度,置信度为98%时的预测相对误差小于6.5%。可有效用于水库和河川中长期径流预测。