Bridging the gap between ecophysiological and genetic knowledge to assess the adaptive potential of European beech

In this study we aimed to combine knowledge of the ecophysiology and genetics of European beech to assess the potential of this species to adapt to environmental change. Therefore, we performed field and experimental studies on the genetic and ecophysiological functioning of beech. This information was integrated through a coupled genetic–ecophysiological model for individual trees that was parameterized with information derived from our own studies or from the literature. Using the model, we evaluated the adaptive response of beech stands in two ways: firstly, through sensitivity analyses (of initial genetic diversity, pollen dispersal distance, heritability of selected phenotypic traits, and forest management, representing disturbances) and secondly, through the evaluation of the responses of phenotypic traits and their genetic diversity to four management regimes applied to 10 study plots distributed over Western Europe. The model results indicate that the interval between recruitment events strongly affects the rate of adaptive response, because selection is most severe during the early stages of forest development. Forest management regimes largely determine recruitment intervals and thereby the potential for adaptive responses. Forest management regimes also determine the number of mother trees that contribute to the next generation and thereby the genetic variation that is maintained. Consequently, undisturbed forests maintain the largest amount of genetic variation, as recruitment intervals approach the longevity of trees and many mother trees contribute to the next generation. However, undisturbed forests have the slowest adaptive response, for the same reasons.Gene flow through pollen dispersal may compensate for the loss in genetic diversity brought about by selection. The sensitivity analysis showed that the total genetic diversity of a 2 ha stand is not affected by gene flow if the pollen distance distribution is varied from highly left-skewed to almost flat. However, a stand with a prevailing short-distance gene flow has a more pronounced spatial genetic structure than stands with equal short- and long-distance gene flows. The build-up of a spatial genetic structure is also strongly determined by the recruitment interval. Overall, the modelling results indicate that European beech has high adaptive potential to environmental change if recruitment intervals are short and many mother trees contribute to the next generation.The findings have two implications for modelling studies on the impacts of climate change on forests. Firstly: it cannot be taken for granted that parameter values remain constant over a time horizon of even a few generations – this is particularly important for threshold values subject to strong selection, like budburst, frost hardiness, drought tolerance, as used in species area models. Secondly: forest management should be taken into account in future assessments, as management affects the rate of adaptive response and thereby the response on trees and forests to environmental change, and because few forests are unmanaged. We conclude that a coupled ecophysiological and quantitative genetic tree model is a useful tool for such studies.     

辽宁云水资源分布特征及开发潜力分析

我国淡水资源短缺,人口增长、经济发展与水资源短缺的矛盾日益加剧,已严重影响着我国部分地区经济和社会持续健康发展。人工增雨、开发空中云水资源是缓解水资源短缺的一个重要途径。文章利用辽宁省气象台站网的常规探空、云和降水的观测资料,计算、分析了辽宁云水资源的分布状况及开发潜力,结果显示全省云水资源总量年均为4.83×10¹¹m³,具有较多的作业机会和较大的人工增雨潜力,开发云水资源大有可为。     

氯代芳香族化合物结构-电化学还原电位定量关系的贝叶斯规整化BP神经网络模型

将贝叶斯规整化误差反向传播神经网络(BRBPNN)应用于环境领域的 QSPR模型.采用ChemOffice2004内置的MOPAC 2000计算了6种量子化学参数(分子最高占据能EHOMO、分子最低占据能ELUMO、分子生成热HF、分子偶极矩DIP、分子的电子能量EE和分子的核核排斥能CCR)以及氯原子数(Cl)和分子量(MW),建立了87种氯代芳香族化合物结构与电化学还原电位定量关系的BRBPNN模型.最优网络模型结构为6-20-1,其电化学还原电位的拟合及预测能力明显优于逐步线性回归模型,其训练集和预测集的相关系数平方和均方根误差(MSE)分别达到0.999和0.000105,0.965和 0.00159.最优模型输入节点到隐含层权重平方和的分布规律揭示出各种描述符对还原电位的影响大小依次为: E_LUMO>E_HOMO>HF>CCR>EE>DIP.由散点图揭示出影响为正有EE;影响为负有E_LUMO,HF,DIP;影响无明显正负性的有E_LUMO,CCR.结果表明,贝叶斯规整化大大方便了网络规整化参数选择,保证了网络的优良概括能力和稳健性.本研究对氯代芳香族化合物采用电化学处理的适用性以及分析相应电化学降解机理提供了依据.     

南海重点海洋倾倒区表层沉积物富集特征及其潜在生态风险评价

根据2005南海三个重点海洋倾倒区,即九澳岛重点海洋倾倒区、黄茅岛重点海洋倾倒区、汕头重点海洋倾倒区的监测,分析其表层沉积物重金属的监测资料,采用富集系数法和Hakanson潜在生态危害系数法对其富集度和潜在生态危害程度进行了分析和评价.结果表明:在三个倾倒区表层沉积物所监测的重金属中,Cu和Pb元素的富集度相对最高,Hg和Cd元素的富集度较低,从空间上看,潜在生态危害系数评价结果显示,南海三个重点海洋倾倒区表层沉积物中的重金属对海洋生态系统的潜在生态危害非常轻微,均属于轻微潜在生态危害范畴,其中轻微潜在生态危害程度相对较重的是Cd和Hg元素,Cu和Pb元素的轻微生态危害程度较轻.     

基于物种敏感度分布的不同岩溶地下河中多环芳烃分布特征及生态风险评价

为明确重庆青木关和老龙洞地下河流域地下水中多环芳烃(PAHs)的含量及其污染水平,全年共采集两流域地下河水样品84个,利用气相色谱质谱联用系统(GC-MS)分别测定了地下水中的16种PAHs含量,分析了PAHs在两条地下河流域中的空间分布特征,并应用物种敏感度分布法(species sensitivity distri...     

聚合铝铁对A2/O系统 EPS及生物絮凝性能的影响

通过向实验室构建的A2/O模型好氧池末端投加聚合铝铁(PAFC)来强化系统的生物除磷,使得出水总磷达到《城市污水处理厂污染物排放标准GB 18918-2002》中的一级A标准,并重点分析投加的PAFC对A2/O系统中活性污泥胞外聚合物(EPS)和活性污泥生物絮凝性能的影响.结果表明,随着PAFC投药量的增加,A2/O系统活性污泥EPS总量变化不大,但EPS组分中蛋白/多糖含量的比值逐渐降低,由投药前的3.30降低至投药后的2.30;EPS中金属离子含量逐渐增加,在厌氧-缺氧-好氧的运行周期内,各处理单元污泥的EPS中金属铝离子含量增加.投加PAFC后,活性污泥颗粒变大,二沉池出水的Zeta电位明显降低,由投药前-15.83 mV降低至-21.20 mV,污泥产量增加.因此,适量投加PAFC后,生物絮凝性能得到改善,出水中悬浊颗粒减少,出水水质变好.     

新型硫酸铝-壳聚糖助滤剂强化砂滤效能研究

将硫酸铝和壳聚糖复配作为微絮凝助滤剂（AS-CTS）,考察其强化过滤性能.利用分子量分级、荧光光谱等手段分析有机物的去除特性,通过Zeta电位、絮体粒径、分形维数的变化分析其强化过滤机理.结果表明：AS-CTS较AS、CTS强化过滤效果明显,在AS/CTS复配比为2：1、CTS投加量0.3mg/L,转速300r/min,搅拌时间2min的条件下,砂滤出水浊度能达到0.1NTU、颗粒物125个/mL,残余铝浓度0.02mg/L;浊度和颗粒物去除率较未加AS-CTS分别提高了58%、61.7%.AS-CTS强化过滤可有效去除分子量>30KDa的腐殖酸和1~3KDa间的色氨酸类蛋白、溶解性微生物代谢产物、类富里酸.AS-CTS主要靠高分子吸附架桥作用和界面化学作用,增加胶体颗粒在滤料表面的粘附;通过形成较大粒径和分形维数的微絮体,增强絮体向滤料表面的迁移.     

姜湖贡米产地土壤重金属空间分布、源解析及生态风险评价

研究名特优产品土壤重金属分布、来源及其潜在风险对科学管理、安全利用土壤和作物资源具有重要意义.以姜湖贡米产地为研究对象,对名特优产地土壤中的As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn进行采样和测定,利用多元统计法进行重金属的相关性讨论,采用ArcGIS 10.2进行重金属空间分布插值分析,利用富集因子法和PMF法对重金属污染进行定量源解析,并进行了潜在生态风险评价.结果表明：①研究区土壤重金属As、Cd、Cu、Hg、Pb和Zn含量均低于农用地土壤污染风险管控标准（GB 15618-2018）规定的筛选值,土壤生态环境风险低;Cr和Ni最大值均超风险筛选值,但风险低;研究区pH主要分布范围为6.05~6.69,是适合水稻生长的pH范围.②墨河对pH和重金属的空间分布具有指示意义.这与元素的表生地球化学特征息息相关;而Hg和Cd受人为影响显示了不同的空间分布特征,Hg沿河流西侧为中高值分布区,Cd的空间分布南北差异较为显著.③基于富集因子法和PMF的定量源解析结果显示,研究区重金属主要来源为耕地农业源、混合源、燃煤源和自然源.各种来源的贡献率分别占24.2%、35.4%、9.5%和30.9%.④研究区Hg中强生态风险指数沿墨河西侧分布,而Cd的中度潜在生态风险点集中在墨河两侧耕地中,其他元素潜在生态风险指数（E_r）均<40.Cd和Hg为研究区主要潜在生态风险元素,而Cd仍是研究区耕地土壤中的主要潜在污染元素.     

兰州冬季大气污染来源分析

利用WRF(天气研究与预报模式)输出的高分辨率气象数据驱动HYSPLIT_4.9(混合单粒子拉格朗日轨迹模式),结合PSCF(潜在源贡献因子)和CWT(权重浓度轨迹分析)模拟研究复杂地形下兰州城市尺度大气污染物局地输送特征、潜在源区及其对空气质量的影响. 结果表明:2002—2008年影响兰州城区冬季12月空气质量的轨迹可分为5类,输送类型可分为城区内输送和城区外输送. 第1、3类轨迹出现频率均大于20%且污染轨迹出现频率均大于38%,是污染物的主要输送路径,对应潜在源区为兰州城关区东北部和榆中县东部,这2个源区对ρ(PM₁₀)的影响最大,对ρ(SO₂)的影响最小,对ρ(PM₁₀)、ρ(SO₂)和ρ(NO₂)的贡献分别超过200、80和60 μg/m3. 来自榆中县的第4类轨迹和兰州西固区的第5类轨迹易造成大气重污染,而来自皋兰县的第2类轨迹属于清洁轨迹. 兰州冬季污染既受局地输送的影响,也与地面天气形势密切相关.      

基于不确定性分析的垃圾焚烧烟气中重金属的土壤沉积及生态风险评估

采用CALPUFF模式模拟某城市垃圾焚烧烟气中重金属Pb和Cd的地面大气浓度,并借助土壤浓度模型以Monte Carlo模拟不确定性处理方法估算重金属经沉降在土壤中的累积,最后利用潜在生态危害指数法对重金属在土壤中的长期累积量进行生态风险评估.结果表明,Pb和Cd的大气浓度最大值分别为5.59×10-3μg·m-3和5.57×10-4μg·m-3,土壤浓度增量中值最大分别为2.26 mg·kg-1和0.21 mg·kg-1;高生态风险区集中在焚烧炉附近的下风向地区,生态风险主要由Cd贡献,Pb基本无污染风险;城市最大污染点达较高生态危害水平概率为55.30%,农村最大污染点达中等生态危害水平概率达72.92%.此外,对土壤浓度模型的参数进行敏感性分析表明,城、乡区域模拟结果分别对土壤混合厚度和干沉降速率敏感性最强.