Using GIS to Delineate Headwater Stream Origins in the Appalachian Coalfields of Kentucky

Headwater streams have a significant nexus or physical, chemical, and/or biological connection to downstream reaches. Generally, defined as 1st‐3rd order with ephemeral, intermittent, or perennial flow regimes, these streams account for a substantial portion of the total stream network particularly in mountainous terrain. Due to their often remote locations, small size, and large numbers, conducting field inventories of headwater streams is challenging. A means of estimating headwater stream location and extent according to flow regime type using publicly available spatial data is needed to simplify this complex process. Using field‐collected headwater point of origin data from three control watersheds, streams were characterized according to a set of spatial parameters related to topography, geology, and soils. These parameters were (1) compared to field‐collected point of origin data listed in three nearby Jurisdictional Determinations, (2) used to develop a geographic information system (GIS)‐based stream network for identifying ephemeral, intermittent, and perennial streams, and (3) applied to a larger watershed and compared to values obtained using the high‐resolution National Hydrography Dataset (NHD). The parameters drainage area and local valley slope were the most reliable predictors of flow regime type. Results showed the high‐resolution NHD identified no ephemeral streams and 9 and 65% fewer intermittent and perennial streams, respectively, than the GIS model.     

过氧化氢对铜绿微囊藻的损伤效应研究

采用室内培养的方法研究了不同浓度H2O2对铜绿微囊藻(Microcystic aeruginosa)藻细胞的损伤效应.结果表明,H2O2浓度越大,对藻细胞的毒害作用越大.24 h之后,铜绿微囊藻藻细胞数、叶绿素a、类胡萝卜素和蛋白质含量及总抗氧化能力(T-AOC)都快速下降,而MDA含量显著增加,同时培养基中的H2O2含量也迅速降低;随着处理时间的增加,毒性效应逐渐增强;72 h之后,藻细胞各指标值都降得很低,MDA含量也增加到最大,培养基中H2O2也逐渐被消耗和分解,藻细胞的损伤效应也达到最大.其中,H2O2浓度为50 mg·L-1时,能够有效的去除藻细胞,并且对藻细胞的生理指标及抗氧化能力都有很强的损伤效应.     

亚热带丘陵小流域土壤有效磷空间变异与淋失风险研究

肥料过施导致的土壤磷素累积和淋失是农业面源污染的重要方面.以湖南省长沙县金井镇脱甲河小流域(52 km2)为研究区,采用高密度布点采样、Arc GIS软件和属性相似反距离加权插值法研究了亚热带丘陵小流域表层(0~20 cm)土壤有效磷(Olsen-P)含量(以P计,下同)的空间分布特征与磷素的淋失风险.结果表明,菜地、果园、稻田和茶园土壤Olsen-P平均含量为62.0、16.1、14.4和13.7 mg·kg-1,是林地(平均含量为2.36 mg·kg-1)的5.8~26.3倍.5个土地利用类型土壤Olsen-P含量均具有高等变异水平和中等程度的空间自相关性(块基比C0/(C0+C)=50%),这与区内地形地貌、土壤母质、人工施肥等具有密切关系.根据土壤0.01 mol·L-1Ca Cl2浸提态P和Olsen-P的非线性关系可确定区内红壤和水稻土P的淋失风险临界值分别为69.97和98.40 mg·kg-1,并据此对脱甲河小流域土壤磷素淋失的风险进行了定量评价,结果表明旱地土壤具有明显较高的淋失风险,其中中等以上的比例占36.4%,而稻田土壤仅有0.2%,为中等以上淋失风险.因此,控制旱地(尤其是菜地)磷肥的投入是降低亚热带丘陵小流域土壤P淋失风险和减轻农业面源污染的关键.     

基于流域视角的水环境综合治理规划研究——以江苏省淀山湖为例

以流域为单元进行水资源综合规划和管理是实现水环境改善的重要途径。本文以太湖流域第二大省界湖泊—淀山湖为例,在综合分析流域水环境质量基础上,利用GIS 分析工具划分流域治理片区并制定分区管控策略。根据流域所含骨干河流流向、骨干河流与淀山湖交汇特点、上中下游不同河段及镇域行政边界,将淀山湖流域分为吴淞江流域、千灯浦- 淀山湖流域、昆南湖荡流域、元荡湖荡流域、太浦河流域五大片区138 个子评价单元。通过水环境容量与压力两类空间叠加分析,构建形成污染重点减排区、污染综合治理区、产业绿色化提升区、生态环境保育区等四个类型区域,并提出差异化的产业准入和环境治理措施。本研究不仅为以流域为治理单元的水环境治理规划提供了较为可行的技术体系,而且为太湖流域水环境综合整治思路创新提供了可借鉴的案例。     

典型喀斯特小流域水文水化学过程对旱季暴雨的响应

通过定位监测和样品跟踪采集,在旱季对喀斯特小流域连续20天无前期降雨的一场暴雨(累计降雨量64mm)水文水化学过程进行了动态监测,并分析了相关的影响因素。结果表明,小降雨事件(8.5mm)未能引起溪流水位、电导率及温度的明显变化,而当累计降雨量达到35.5mm后溪流水开始响应。此后,溪流水文水化学参数对降雨快速响应,除硝态氮外,电导率(EC)、δ18 O、Ca2+迅速降至最低值,雨水稀释作用对其水化学变化起主要作用。通过对溪流新旧水比例进行划分发现,降雨前期和后期,溪流以旧水补给为主,而在水位快速上涨阶段,新水比例达到34%左右。两次降雨过程中,在溪流水水位升高的情况下,水体中硝态氮浓度仍然表现出高于雨前浓度的趋势。该研究为该区旱季小流域水资源利用和污染物防治方面提供了一定理论依据。     

中心城区的生态安全格局构建研究

本文利用景观生态学的理论,采用最小累计阻力模型,评价深圳市福田区的景观生态安全格局.结果表明,福田区当前存在景观格局破碎、生态安全网络不完善、生态廊道孤立和生态流连接性差等问题.对此,本文提出优化生态节点、生态廊道和生态网络等措施,提出"一心、一轴、一环、三带、六区"的福田区生态安全格局规划,以满足城市发展的需要及保护城市生态系统的生态过程和基本服务功能.     

鄱阳湖流域排污权初始分配模式的比较研究

排污权初始分配是排污权交易的起点和基础,在分配模式和实证研究方面需要加强。采用地区人口法、经济总量法、历史排污量法、环境容量法和综合分配法5种模式研究了鄱阳湖流域11个地市水污染物化学需氧量(COD)与氨氮的初始排污权分配。结果表明:COD和氨氮初始排污权在地市之间的分配格局相似;南昌、新余与鹰潭3市按经济总量模式分配的排污量明显高于其它模式,上饶、吉安两市人口分配模式高于其它模式,景德镇、九江两市历史排污量模式高于其它模式,赣州市环境容量模式高于其它模式,宜春市综合模式高于其它模式。综合分配模式为赣州市排污权总量最高,南昌、九江、吉安、宜春、抚州和上饶6市次之,景德镇、萍乡、新余、鹰潭4市最低。总体来看,排污权配额因分配模式不同而有所差异,综合分配模式得到的初始排污权最为合理。建议鄱阳湖流域严格执行综合分配模式下的各地市初始排污权分配额度,确保区域经济社会与生态环境的协调发展。     

Fuelwood assessment at the micro-watershed level:a case study in Garhwal Himalaya,India

Biomass,as fuelwood,is one of the major sources of energy in rural areas,especially in the mountainous regions of the world.As the increasing human population exerts more pressure on the forest thereby inducing an adverse effect on the sustainability of the ecosystem,which consequently causes fuelwood crisis at a local level,this crisis is spatio-temporal in nature.Thus,the major objective of this study is to assess the sustainability of fuelwood at different probable scenarios at a micro watershed level.The present study was conducted in the Phakot watershed,the Tehri Garhwal district of central Himalaya in India,during 2006-2008.Based on the vegetation composition in the study area,the net primary productivity(NPP)value of the Oak forest,and mixed oak and sal forests,was used for the quantification of fuelwood availability in evergreen and deciduous forests,respectively.The fuelwood demand was calculated on the basis of seasonal fuelwood consumption values.Nine probable permutations for availability-demand scenarios assuming the existence of high(H),low(L)and average(A)conditions were analyzed for evaluating the stress.The available annual harvestable fuelwood in the watershed is in the minimum and maximum ranges of 2283.28 to 4066.00 tons,respectively,per year whereas it has a demand of 110.76 tons as the minimum to 3659 tons as the maximum annually.This shows that in the current availabilitydemand scenario,the watershed does not have fuelwood crisis in the present situation but needs to maintain the sustainability of the system.Based on our study,it is concluded that,globally,more spatio-temporal study is required to understand the issues at the local level.     

纳米Ag粒子在我国主要类型土壤中的迁移转化过程与环境效应

随着纳米技术的快速发展,纳米材料进入环境并不断累积,因此开展纳米材料的环境安全性研究具有重要意义.纳米银(Ag NP)是目前应用最广泛的人工纳米材料之一.本课题组拟以Ag NP为研究对象,系统研究其在我国主要类型土壤中的迁移、转化过程及其生态环境效应;基于同步辐射技术、同位素技术和量子化学计算等方法,揭示Ag NP与土壤中主要矿物或有机质之间的相互作用规律;探明Ag NP对土壤中微生物、动物和植物的致毒过程及其作用机制;发展Ag NP在土壤中迁移的数学模型,预测其在土壤中的迁移、滞留通量进而评价其淋溶风险,为Ag NP的安全利用提供重要理论基础和技术支撑.     

纳米氧化锌对大型溞肠道组织毒性效应及机理研究

研究了不同浓度纳米氧化锌（ZnONP）及其在水中释放的对应浓度的Zn²⁺溶液对大型溞（Daphnia magna）肠道组织显微和亚显微结构的影响,探讨了ZnONP对大型溞的肠道组织毒性效应特征和作用机理.结果表明,0.3 mg·L^-1-Zn²⁺组（Zn²⁺浓度0.170 mg·L^-1）和0.3 mg·L^-1 ZnONP溶液皆对大型溞的肠道造成损伤,主要导致大型溞中肠与直肠之间的连接处发生扭曲,其中ZnONP对肠道组织结构弯曲影响最为明显,0.3 mg·L^-1 ZnONP组引起大型溞个体最大肠道弯曲率高达42%.大型溞肠道组织HE染色结果显示,ZnONP暴露会造成大型溞肠道上皮组织断裂、胞间连接空泡化、纹状缘模糊及杯状细胞脱落等,而相对应浓度Zn²⁺组的毒性较弱.电子显微镜下对大型溞肠道组织亚显微结构观察发现,0.3 mg·L^-1 ZnONP处理组大型溞肠道上皮细胞组织出现微绒毛排列紊乱、脱落、溶解,上皮细胞松散,线粒体双层膜结构不完整,嵴溶解消失,核糖体增多等现象.0.3 mg·L^-1-Zn²⁺组大型溞肠道组织上皮细胞有损伤,但整体结构基本完整.从ZnONP和对应的Zn²⁺所产生的毒性效应特征和各组大型溞机体中Zn元素含量的测定分析,ZnONP对大型溞造成的肠道组织损伤不仅与其释放的Zn²⁺引起的毒性有关,更可能与大型溞对颗粒物摄取的方式或ZnONP在体内的积累量、排泄速率和作用的细胞器等有关.因此,ZnONP对肠道组织毒性效应产生的分子机制还需要 进一步研究.