水文变异条件下鄱阳湖流域的生态流量

受气候变化和人类活动综合影响,鄱阳湖流域水文状况发生变异。河流生态系统适应了变异前的水文状况,变异后势必会影响当地生态系统。基于此,采用8种变异检测方法对水文变异进行综合诊断,阐明水文变异原因。在此基础上,采用15种概率分布函数分别拟合5站各月变异前日流量序列,最终确定5站点各月最优分布函数及所对应的概率密度最大处的流量,即得河道内生态流量。研究表明:(1)抚河于1962年发生弱变异,赣江、修河于1968年发生中变异,信江、饶河于1991年发生弱变异;(2)变异后,赣江、信江、饶河、修河生态需水满足率平均上升11%,抚河生态需水满足率下降32%;(3)水文变异增加提高生态需水满足率,水利工程建设降低年均生态需水满足率、提高干季生态需水满足率。高森林覆盖率提高干季生态需水满足率,对年均生态需水满足率影响不明显。研究结果为鄱阳湖流域水资源管理及区域水资源规划与配置提供重要科学依据。     

水文变异下长江荆南三口河道内生态需水量变化及贡献因素

基于1951—2015年长江荆南三口5站实测原型年径流量序列,采用Mann-Kendall等方法检测其径流序列的突变年份.在此基础上,运用GEV概率密度最大流量法计算荆南三口河道内生态需水量,并从多时空尺度视角分析河道内生态需水量的时空差异及其贡献因素.结果表明: 研究期间,新江口、沙道观、康家岗、管家铺和弥陀寺水文站的第一次径流突变年份分别为1990、1959、1959、1972和1972年,并将第一次突变以前的月均流量序列作为水文变异前的水文序列.在水文变异条件下,长江荆南三口1—12月的各月生态需水量分别为69.63、26.15、55.65、452.65、2166.44、4660.83、10875.66、9966.49、7868.38、4773.60、1655.01和338.49 m³·s^-1.新江口、沙道观、康家岗、管家铺和弥陀寺5个水文站的年均生态需水量分别为901.57、507.00、221.30、1438.03和581.62 m³·s^-1.水文变异后,荆南三口满足河道内生态需水的频率大幅下降,由变异前的55%以上下降至变异后的20%以下,生态需水缺乏现象严重.影响荆南三口河道内生态需水时空变化的因素主要为不同时期水利工程、各行业用水量等人类活动.     

黄河流域生态水文分区及优先保护级别

在分析相关分区研究的基础上,探讨流域生态水文分区的内涵;并结合黄河流域的实际情况,从生态重要性、水文特征、生态背景和人类活动影响等方面建立分区的指标体系;为便于管理,分区以县为基本单位,由指标层定量计算县的准则层指标值,根据准则层对应的级别确定各县的分区类型,将黄河划分成20个一级分区和51个二级分区;最后采用RIAM模型选取生态重要性指标,确定二级分区的优先保护级别,其中2个重点优先保护区、11个中等优先保护区需要重点保护。优先保护区集中分布在以下四个地区,分别是流域的源区、贺兰山以东和鄂尔多斯以西、三省(山西、陕西和河南)交界山区、河口三角洲。     

猪繁殖与呼吸综合征病毒在抗体免疫选择压下的变异

为了确定抗体选择压对PRRSV不同基因变异的影响, 将PRRSV野毒株SD0612分别在Marc-145细胞上做两个系列的连续传代, 系列Ⅰ培养液中不添加抗SD0612血清, 包括A, B, C 3个平行的传代系; 系列Ⅱ培养液中添加一定比例的抗SD0612血清, 包括D, E, F 3个平行的传代系. 上述传代系连续传代40代, 其中有抗体组40代突变株F40获得抗血清后按同样方法连续传代40代进行第二轮抗体选择压实验. 各传代系每隔10代收获病毒并对其ORF3, ORF4和ORF5进行扩增、克隆和序列分析. SD0612及其两次传代中有抗体组40代毒突变株F40和e40接种猪后收获血清, 进行3个毒株之间的交叉血清中和实验以测定其抗原相关性系数. 序列分析显示, 两次传代中有抗体组在ORF3, ORF4, ORF5的有义突变与无义突变比值(NS/S)分别为11.0和3.5, 0.5和0.67, 13.0和4.0; 无抗体组NS/S比值则仅为0.33~1.40. 有抗体组ORF5和ORF3分别有14和4个稳定的氨基酸突变位点, 而这些位点在无抗体组未被发现. 交叉血清中和实验结果显示, SD0612与有抗体组突变株F40和e40的抗原性相关系数分别为0.625和0.5. 上述结果表明, 抗体的选择压能够显著影响PRRSV的ORF5和ORF3的基因变异并能使其抗原性发生改变.     

基于输入-输出流分析的生态网络φ模式能流、 ρ模式能流测度方法

提出了生态网络能量传递的两类路径,即φ和ρ模式能流传递,运用输入-输出流方法推导了φ和ρ模式下的能量流通量计算公式。以Pilette和Kincaid提出的生态网络系统为例,计算了两种模式下系统能量通量的大小,评估了φ模式能流、ρ模式能流对生态网络能量传递的影响程度。研究表明:该生态系统每天能量流通量为31g C,其中90.23%的能量流通量是通过φ模式传递的,9.77%的能量流通量是通过ρ模式传递的;针对网络中每个节点,分析了φ和ρ模式对各自能量流通量的影响程度。     

鼎湖山人为干扰下马尾松林水文生态功能

在鼎湖山马尾松林中,林外降水量年平均为2209．0mm,其中83．8％－84．5％的降水休中在春夏两季,而秋冬两季仅占15．5％－16．2％。林外降水到达冠重新分配,穿透雨占了82．7％,林冠截留17．2％,茎汉0．15％。林外降水进入该生态系统后,34％以径流形式流出,其余的通过蒸散形式返回大气层。林冠截留率随林外降水量的增加而减少,但随着降水的增大,其降幅逐渐减小。茎流率的变化与林冠截留率相似,单株茎流量与胸径和枝下高的大小呈显著的直线关系（P＜0．01）,但与林冠大小关系不明显,径流仅发生在每年的4－10月份,年平均径流率为0．34。     

降雨对草地土壤呼吸季节变异性的影响

利用土壤碳通量自动观测系统(LI-8150)对呼伦贝尔草原在自然降雨条件下的土壤呼吸作用进行了野外定位连续观测,研究结果表明:降雨对土壤呼吸作用存在激发效应和抑制效应,降雨发生后1-2 h内土壤呼吸速率可增加约1倍,当单次或者连续降雨累积量大于7-8 mm,或土壤含水量大于29%-30%时,降雨对土壤呼吸会产生明显的抑制作用。土壤呼吸的激发效应往往体现在次日,表现为次日平均土壤呼吸速率的显著升高;而抑制效应则在当日即可体现出来,表现为观测当日平均土壤呼吸速率的明显下降。土壤呼吸季节变异性与降雨频率和降雨强度密切相关,在降雨量一定的情况下,较低的降雨频率和较高的降雨强度会增加土壤呼吸的变异性。呼伦贝尔草甸草原而言,在生长季土壤平均含水量为16.5%时,土壤呼吸的温度敏感性值(Q₁₀)为2.12;而平均土壤含水量为26%时,Q₁₀值为2.82,明显高于前者,土壤含水量与Q₁₀之间存在正相关关系。降雨导致土壤呼吸的激发效应和抑制效应交替发生,使草地土壤呼吸的季节变异性增加,降雨格局变化必然会对草地碳循环和碳通量特征产生深刻影响。     

黄河水源涵养区不同生态水文分区植被对气候变化的响应

生态水文分区可为流域水资源管理和生态环境保护提供基础依据,探究流域生态水文过程演变规律对水安全、生态安全等具有重要意义。以黄河水源涵养区为研究对象,基于1980—2019年多要素、多尺度、多源数据,构建生态水文综合指标体系,划定了多级生态水文分区,识别了不同分区气候、生态和水文关键要素时空演变规律,探究了要素间的互馈效应和协同作用机制。结果表明：(1)统筹考虑指标特征和地域特性,黄河水源涵养区可划分为5个一级和10个二级生态水文分区。(2)1980—2019年黄河水源涵养区气温和叶面积指数持续增加,降水和积雪深度在1980—1999年以减少趋势为主,2000年以后逐渐增加。(3)气温升高,降水增加会促进黄河水源涵养区植被生长,上游分区交界处叶面积指数对气温响应存在1个月的滞后,河源区叶面积指数与降水的相关系数在滞后1个月时达最大值。研究结果可为黄河流域水安全和生态安全保障提供参考依据。     

基于水文水力学水生态结合法的大渡河生态流量研究

大渡河是长江上游重要支流,水电资源丰富,流域内现存大量特有物种和珍惜物种,具有较高的生态及经济价值。生态流量是保障河道生态环境不退化、维持河道健康的重要指标,开展对大渡河生态流量的计算,对大渡河水生态环境保护和水资源合理利用具有重要意义。当前对生态流量的研究众多,本文基于大渡河中下游2008-2017年天然来水情况,分别选取水文学方法中的Tennant法、改进Tennant法,水力学法中的湿周法,以及鱼类生境适宜度法,提出了水文-水力学-水生态的结合法(下称结合法)。将结合法计算的生态流量与多年实测流量对比,确定需要进行生态补水的月份,并根据水利部印发的第四批重点河湖生态流量保障目标对大渡河生态流量进行满足程度分析。研究结果表明:结合法考虑了水文学、水力学以及不同月份鱼类繁殖的需求,满足年内不同时段河道生态需求。大渡河中下游泸定站2-4月、沙湾站2月的来流量无法满足生态需水,应进行生态补水,使河道流量满足鱼类繁殖要求。与水利部制定的大渡河生态流量保障目标相比,本文计算的生态流量在鱼类繁殖期高于保障目标,在非鱼类繁殖期低于保障目标。本文提出的结合法考虑了河道生态需水的年内差异,且计算方法简便,实用性较强,大渡河生态流量的计算能够为年内生态补水提供科学依据。     

基于相关系数的水文序列跳跃变异分级原理与方法

跳跃变异是环境变化影响下水文过程发生急剧变化的一种重要表现形式,体现了水文非线性系统对外界干扰的响应.目前研究主要是对序列跳跃变异发生的时间、次数等进行识别和检验,但缺乏对其变异程度进行定量描述和分级,给开展流域环境变化研究及其影响评价带来很大困难.本文选取相关系数作为基础指标,提出了一种理论严密且便于应用的水文序列跳跃变异分级方法,并利用统计试验验证了文中方法对变异点显著性的检验精度,以及跳跃变异分级原理的合理性和分级方法的可靠性.经推导相关系数与跳跃变异相对幅度的关系,选取不同显著水平下的若干典型相关系数值作为分级阈值,将跳跃变异程度划分为无变异、弱变异、中变异、强变异、巨变异5个等级.通过应用于分析我国不同气候区的5个实测水文序列,结合物理成因分析验证了该方法的实用性.     

黄河口芦苇湿地不同恢复阶段种群生态特征

采用时空替代法,选择黄河口未恢复区(R0)、恢复5a区(R2007)和恢复10a区(R2002)的芦苇湿地为研究对象,研究了建群种芦苇的株高、密度、立枯物量、地上生物量的动态变化趋势。结果表明,不同恢复阶段的芦苇株高整体均呈增加趋势,且R2002与其它两个恢复阶段差异显著(P0.01);不同恢复阶段的芦苇密度亦具有明显季节动态,R0与其它两个恢复阶段差异显著。不同恢复阶段芦苇地上及不同器官生物量整体均表现为R2002R2007≈R0,其季节动态符合抛物线模型(y=b0+b1t+b2t2,R2≥0.90,P0.01)。不同恢复阶段芦苇地上器官对地上生物量的平均贡献率均无显著差异,但均以茎的贡献率最高,且表现为R2002R2007R0。不同恢复阶段芦苇的立枯物量随时间变化均符合指数增长模型(y=A0ebT+B0,R20.95,P0.01),整体表现为R2002R2007R0,但其差异不显著。研究发现,不同恢复阶段的湿地水文情势(积水深度和水质)是导致芦苇种群生态特征和地上生物量差异的重要因素,故建议下一步湿地恢复工程蓄水应采取少量多次补水措施,并应避开水质较差时间。     

黄河三角洲重度退化滨海湿地盐地碱蓬的生态修复效果

采用翻地、施肥和芦苇碎屑培肥等土壤改良方法,利用盐地碱蓬在黄河三角洲重度退化区进行生态修复实验研究。结果表明:重度退化湿地土壤改良后,盐地碱蓬能够成功生长,3种改良方法均可有效的降低重度退化盐碱地的土壤含盐量,改良后的土壤Na离子含量均显著低于对照组,土壤脲酶和磷酸酶活性与对照相比有了显著的提高,表明改良后土壤肥力得到了改善。3种改良方法比较,培肥处理组土壤Na离子含量显著低于其他两种方法;盐地碱蓬生物量达到最高值,说明增加有机物的培肥方法可有效的改良重度退化盐碱湿地土壤,达到较为理想的生态修复预期效果。     

Fluorescence depolarization studies of filamentous actin analyzed with a genetic algorithm

A new method, in which a genetic algorithm was combined with Brownian dynamics and Monte Carlo simulations, was developed to analyze fluorescence depolarization data collected by the time-correlated single photon-counting technique. It was applied to studies of BODIPY-labeled filamentous actin (F-actin). The technique registered the local order and reorienting motions of the fluorophores, which were covalently coupled to cysteine 374 (C374) in actin and interacted by electronic energy migration within the actin polymers. Analyses of F-actin samples composed of different fractions of labeled actin molecules revealed the known helical organization of F-actin, demonstrating the usefulness of this technique for structure determination of complex protein polymers. The distance from the filament axis to the fluorophore was found to be considerably less than expected from the proposed position of C374 at a high filament radius. In addition, polymerization experiments with BODIPY-actin suggest a 25-fold more efficient signal for filament formation than pyrene-actin.