What Matters Most: Are Future Stream Temperatures More Sensitive to Changing Air Temperatures,Discharge, or Riparian Vegetation?

Simulations of stream temperatures showed a wide range of future thermal regimes under a warming climate — from 2.9°C warmer to 7.6°C cooler than current conditions — depending primarily on shade from riparian vegetation. We used the stream temperature model, Heat Source, to analyze a 37‐km study segment of the upper Middle Fork John Day River, located in northeast Oregon, USA. We developed alternative future scenarios based on downscaled projections from climate change models and the composition and structure of native riparian forests. We examined 36 scenarios combining future changes in air temperature (ΔT_air = 0°C, +2°C, and +4°C), stream discharge (ΔQ = ?30%, 0%, and +30%), and riparian vegetation (post‐wildfire with 7% shade, current vegetation with 19% shade, a young‐open forest with 34% shade, and a mature riparian forest with 79% effective shade). Shade from riparian vegetation had the largest influence on stream temperatures, changing the seven‐day average daily maximum temperature (7DADM) from +1°C to ?7°C. In comparison, the 7DADM increased by 1.4°C with a 4°C increase in air temperature and by 0.7°C with a 30% change in discharge. Many streams throughout the interior western United States have been altered in ways that have substantially reduced shade. The effect of restoring shade could result in future stream temperatures that are colder than today, even under a warmer climate with substantially lower late‐summer streamflow.     

Road Erosion and Delivery Index (READI): A Model for Evaluating Unpaved Road Erosion and Stream Sediment Delivery

The Road Erosion and Delivery Index (READI) is a new geographic information system–based model to assess erosion and delivery of water and sediment from unpaved road networks to streams. READI quantifies the effectiveness of existing road surfacing and drain placements in reducing road sediment delivery and guides upgrades to optimize future reductions. Roads are draped on a digital elevation model and parsed into hydrologically distinct segments. Segments are further divided by engineered drainage structures. For each segment, a kinematic wave approximation generates runoff hydrographs for specified storms, with discharge directly to streams at road–stream crossings and onto overland‐flow plumes at other discharge points. Plumes are attenuated by soil infiltration, which limits their length, with delivery occurring if plumes intersect streams. Sediment production and sediment delivery can be calculated as a relative dimensionless index. READI predicts only a small proportion of new drains and new surfacing results in the majority of sediment delivery reductions. The model illustrates how the spatial relationships between road and stream networks, controlled by topography and network geometries, influence patterns of road–stream connectivity. READI was applied in seven northern California basins. The model was also applied in a recent burn area to examine how reduced hillslope infiltration can result in increased hydrologic connectivity and sediment delivery.     

采伐与人工更新对红壤丘陵区森林面积和地上生物量的影响模拟——以会同县磨哨林场为例

我国人工林生态系统正面临着结构退化、功能降低等问题,迫切需要通过合理的森林管理方案实施有效的管理措施加以改善。本文以湖南省会同县磨哨林场为研究区,应用生态系统过程模型PnET-II和森林景观模型LANDIS-II,采用情景模拟的方式研究未来100年低、中、高强度的采伐措施以及人工更新对森林面积和地上生物量的影响。结果表明：（1）随着采伐强度增加,人工针叶林面积持续减少、森林AGB下降幅度加大;（2）人工更新措施能够使人工针叶林面积保持稳定,促进其AGB积累,有利于人工林更新与生长;（3）对人工林采取中等强度采伐且实施伐后人工更新的管理方案有利于我国南方以杉木（Cunninghamia lanceolata）、马尾松（Pinus massoniana）为主要树种的人工林地区实现森林可持续经营。     

重金属污染河流生态修复区挺水植物对重金属的吸收特性

为了分析比较滇东南选矿区重金属污染河流——小白河生态修复区所种植芦苇和香蒲对重金属的吸收及生态修复效果差异,于2015年4月在小白河西岸野生植物区及东岸生态修复区采集土壤及植物样品,对样品进行烘干、消解,使用电感耦合等离子体发射光谱法测定样品中铅（Pb）、锌（Zn）、铬（Cr）和镍（Ni）这4种重金属的含量,使用原子荧光光谱法测定样品中砷（As）的含量.结果表明:①小白河东岸生态修复区湿地底泥中As和Zn污染最为严重,但东岸底泥中各重金属含量已明显低于西岸,其中芦苇种植区底泥中w（As）和w（Ni）较西岸分别降低了38.82%和50.53%,香蒲种植区底泥中w（As）和w（Ni）较西岸分别降低了13.54%和21.95%.②芦苇对As、Pb、Zn和Pb、Cr以及Cr、Ni这3组重金属的吸收存在显著的协同作用,香蒲对重金属吸收的协同作用表现在As、Zn、Ni和Pb、Cr这2组重金属中,这种重金属吸收协同作用在芦苇中更明显.③芦苇对Cr的生物富集系数（BCF）较高,对Cr的转运系数（TF）为0.80,属于富集型耐受策略,芦苇对Zn和Ni属于根部囤积型耐受策略;香蒲对Pb、Zn、Ni、Cr这4种重金属的BCF较大,TF均接近1,属于富集型耐受策略,对As属于根部囤积型耐受策略.研究显示,芦苇可作为重金属污染河流生态修复区的先锋植物,香蒲的重金属生物富集效率较高,将重金属富集于地上部的能力较强,可考虑将植物分区种植的模式改为间作种植,并定期收割香蒲地上部,以使生态修复区具有更好的重金属修复效果.      

河道硬化对傍河地下水源补给结构及范围的影响

为研究傍河地下水的水均衡状况,以及傍河水源井群补给范围受河道硬化的影响,选取张家口盆地的Y傍河地下水源地为研究对象.采用数值模拟法建立研究区地下水数值模型,通过水均衡分析探究河道硬化对傍河地下水水均衡状况造成的影响;利用MODPATH对水源井群进行质点反向示踪模拟,获得井口质点向前追踪1 000 d的补给范围,对比水源井群补给范围并结合历史与近期水质数据分析河道硬化造成的影响.结果表明:①傍河地下水水均衡情况显示,主要的补给项为边界流入和降雨入渗,二者补给量分别为208.04×103与35.91×103 m3/d,占比分别为82.88%与14.31%;主要的排泄项为边界流出与地下水开采,二者排泄量分别为152.12×103与95.40×103 m3/d,占比分别为60.60%与38.01%.②河道硬化对傍河地下水水均衡的影响表现为河水对地下水的入渗量减少了46.79×103 m3/d,入渗量减幅为86.91%,且地下水停止了对河水的排泄,补给范围地下水水位下降了2~6 m.③河道硬化对傍河水源井群补给范围的影响表现为井群1 000 d的补给范围沿河流方向上减少了271 m,垂直河流的最宽距离增加了210 m,面积增加了0.77 km2,补给区域向远离河岸的方向发生偏移.④河道硬化对傍河地下水水质影响表现为河道硬化后傍河地下水pH、总硬度、氨氮浓度等均下降,有效减少了地表水污染物的入渗,但地下水的化学环境发生改变,潜在风险增加.研究显示,河道硬化极大地阻碍了河流与地下水之间的相互作用,严重影响了傍河地下水源的补给量和补给范围,使水源井群的补给区域发生偏移,给傍河地下水水源安全带来新的潜在风险.      

两种典型大气环境下7A85铝合金的腐蚀行为研究

目的研究湿热海洋、干热沙漠两种典型大气环境对7A85铝合金腐蚀行为的影响。方法在万宁、敦煌两种典型环境中开展7A85铝合金大气暴露试验,利用金相显微镜分析7A85铝合金在我国两种典型大气环境中的腐蚀特征,定期测试该材料的拉伸强度和腐蚀深度。结果暴露3 a,7A85铝合金湿热海洋、干热沙漠两种典型大气环境中的最大腐蚀深度分别为254、90μm,抗拉强度分别下降了18%和5%,断后伸长率分别下降了72%和22%。结论 7A85铝合金暴露于相对湿度较低的干热沙漠环境,表面形成的腐蚀产物膜会阻止腐蚀的进一步发生;暴露于湿热海洋大气环境,随暴露时间的延长,7A85铝合金腐蚀逐渐加深。     

施加生物炭对河流沿岸土吸附铜的影响机制

为探究生物炭施加对河流沿岸土吸附铜的影响机制,采集嘉陵江流域(川渝段)内苍溪(CX)、南部(NB)、嘉陵(JL)和合川(HC)沿岸土表层(S,0～20 cm)、亚表层(D,20～40 cm)共8种土样,分别将1%(质量比)生物炭(B)加入到8种土样中形成混合土样(CX_(SB)、NB_(SB)、JL_(SB)和HC_(SB); CX_(DB)、NB_(DB)、JL_(DB)和HC_(DB))。以原始土样作为对照,批处理法研究各供试土样在不同温度、pH和离子强度下的Cu~(2+)吸附和热力学特征,并分析Cu的吸附形态。结果显示:(1)各供试土样对Cu~(2+)的等温吸附都适用Langmuir模型描述,Cu~(2+)的最大吸附量q_m在62. 20～363. 64 mmol/kg之间,S层土样对Cu~(2+)的吸附量均呈现JL NB CXHC的趋势,而D层土样呈现JL CX NB HC的趋势。施加生物炭有助于增强D层土壤对Cu~(2+)的吸附。(2) 20～40℃范围内,各供试土样对Cu~(2+)的吸附量均随温度的升高而升高,表现为增温正效应。热力学参数结果表明各混合土样对Cu~(2+)的吸附是一个自发、吸热和熵增的过程。(3) pH的升高有利于各供试土样对Cu~(2+)的吸附。随着离子强度的增加,各混合土样(HC_S和HC_D除外)对Cu~(2+)的吸附量均呈现先增后降的趋势,0. 1 mol/L时最大。(4)土样中吸附的铜主要以碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态铜存在,生物炭的施加增加了土样中可交换态(HC除外)和有机结合态铜含量,而对碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态铜影响较小。供试土样对Cu~(2+)的q_m主要是由CEC和比表面积决定的。     

微塑料对河水抗生素抗性基因的影响

微塑料和抗生素抗性基因都是环境中的新型污染物,两者的复合污染引发了一定的生态环境风险,成为近年的研究热点.本文采集了城市郊区河水,添加不易降解微塑料(聚氯乙烯,PVC)和水溶性微塑料(聚乙烯醇,PVA)进行曝气培养实验,采用高通量定量PCR技术,研究微塑料对河水抗生素抗性基因的影响.结果表明,空白对照河水、添加PVC的河水和添加PVA的河水抗性基因种类数分别为71、 87和95种,微塑料的存在显著增加了河水抗生素抗性基因种类,进而可能增加河流生态风险;曝气培养的河水中抗性基因的种类数和丰度有所减少,但是相对于空白对照组(2.8×10~9 copies·L~(-1)),添加具有水溶性的微塑料仍能显著增加河水抗性基因丰度(8.1×10~9 copies·L~(-1)),并且抗生素抗性基因丰度与可移动遗传元件呈显著正相关关系,说明可移动遗传元件可能通过基因横向转移机制影响抗生素抗性基因的赋存与演变.     

抗大气复合污染的城市森林植物初步筛选

大气复合污染成为我国最主要的城市病之一.城市森林建设的植物选择除了达到景观要求和色彩效果外,根据各城市需求选择对污染物综合抗性阈值大的树种,成为当今环境污染背景下维持城市森林生态功能可持续发展的保障.综合分析我国常见城市森林537种植物对二氧化硫、二氧化氮、氟化氢、氯气、臭氧和颗粒物这6种大气污染物的吸附吸收能力,并对植物进行抗性赋值和综合因子分析,得出对大气复合污染综合抗性能力较强的树种主要为桑树、侧柏和臭椿等;对大气复合污染综合抗性中等的树种主要为毛白杨、五角枫、圆柏、山桃、垂柳、泡桐和油松等;对大气复合污染综合抗性相对较弱的树种主要为刺槐、加杨、银杏、核桃、悬铃木、栾树、紫薇和连翘等.根据中国南北方各城市气候背景、经济结构和空气污染特点,因地制宜选择对当地主要空气污染物吸收量较大的植物种类,充分发挥城市森林群落对复合空气污染物的最大净化效果.     

贵州茂兰喀斯特森林不同演替下土壤真核微生物多样性

真核微生物是茂兰喀斯特森林土壤微生物中的重要组成部分,在生态系统物质循环和能量流动中扮演着重要角色.为了解茂兰喀斯特森林不同演替阶段下土壤真核微生物群落组成及其多样性,利用18S rDNA高通量测序技术研究了原生林(YSL)、灌木林(GML)、灌木丛(GMC)和草地(CD)这4种演替阶段下土壤真核微生物群落多样性.结果表明,在不同分类水平下,不同演替阶段土壤真核微生物群落组成相似.α多样性指数存在显著差异, Shannon指数与Simpson指数在不同演替阶段表现为:YSLGMCGMLCD. NMDS分析表明不同演替阶段土壤真核微生物群落结构存在差异; LEfSe分析表明,YSL中差异指示种数量高于GML、GML和CD.本研究结果为研究不同演替阶段下土壤真核微生物提供了理论基础.