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。     

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。     

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.     

非一致性水文频率计算的基因途径Ⅰ:水文基因遗传、变异和进化原理

随机水文过程受到随机性和确定性因素的综合影响,其时间序列不仅具有反映遗传特性的纯随机成分,还含有反映变异特性的确定性跳跃、趋势、周期成分和随机性相依成分,使得随机水文过程表现出复杂的变化形态和演变规律.为了对上述复杂的变化形态和演变规律进行统一认识,本文从随机过程模拟和时间序列分析两个角度描述了非一致性水文序列的遗传和变异特性或规律,同时对非一致性水文频率计算途径进行比较,说明非一致性研究面临的主要问题.在此基础上,本文借鉴生物基因概念来定义水文基因,并分别利用常规矩、权函数矩、概率权重矩、线性矩等描述水文基因的构建和表达过程;同时定义跳跃、趋势、周期、相依和纯随机成分为构成水文基因的5种水文碱基,综合考虑非一致性水文序列的遗传成分和变异成分,并阐述其遗传、变异和进化原理,以揭示水文要素概率分布遗传、变异和进化的演变规律.     

基于生态位模型的秦岭山系林麝生境预测

生境评价和预测是对物种进行有效保护的基础。利用林麝痕迹点、自然环境及人类干扰空间数据,分别用两种生态位模型MAXENT和ENFA,预测了秦岭山系林麝的生境分布,并对结果进行了阈值依赖和非阈值依赖比较。探讨了林麝生境选择与环境因子的关系。结果表明,两种生态位模型预测效果都较好,但MAXNET模型预测效果更为优秀。秦岭山系林麝生境主要集中在主峰太白山及周边地区中高海拔的森林中,共有生境面积10764.4km²,现有的保护区保护了 3500.9km²的林麝生境,还有67.5%的林麝生境处于保护空缺状态。交通干道、农田和居民点是影响林麝生境选择的主要人类干扰因子。为更有效地保护该地区的林麝及其生境,有必要对现有保护区进行规划调整,使林麝生境集中分布区都得到有效保护,并恢复隔离的林麝生境之间的迁徙廊道。     

12种鲟形目鱼类mtDNA ND4L-ND4基因的序列变异及其分子系统学

鲟形目鱼类是一类在鱼类乃至脊椎动物进化史上占有很重要地位的古老濒危鱼类 ,长期悬而未决的系统演化关系为世人瞩目 .采用DNA测序技术首次测定了包括中国特有鲟形目鱼类在内的 1 2种鲟形目鱼类的mtDNA ND4L和ND4基因 ( 70 3bp)的序列 ,并进行了分子系统学分析 .从分子系统学的角度得出了如下结论 :( 1 )鳇属可以归并到鲟属 ;( 2 )达氏鲟与中华鲟的亲缘关系最近 ,很有可能为中华鲟的一陆封类型 ;( 3)环太平洋地区的鲟科鱼类可能有共同的起源 ;( 4)ND4L和ND4基因是进行鲟形目鱼类系统演化研究很好的遗传标记 .     

区域协同视角下黄河流域生态安全格局构建

近些年黄河治理卓有成效,但因黄河生态底子薄弱,还存在生物多样性降低、生态系统不稳定和退化等问题。以区域协同视角构建黄河流域生态安全格局,主要贡献在于融合生态、经济和社会层面的集成数据为基础,从自然环境(地)、人类活动(人)和地物阻隔(人地耦合)三方面构建流域综合阻力评价体系,提出一个在黄河全流域地区构建生态安全格局的新框架。具体内容包括:①基于形态学空间格局和景观连通性进行黄河流域生态源地识别;②从自然环境、人类活动和地物阻隔三方面构建流域综合阻力评价体系,并对黄河流域生态安全进行分级;③结合最小累积阻力模型进行黄河流域生态廊道提取及战略点识别。结果表明黄河流域生态源地斑块数量为75个,面积为23.13万km²,占流域总面积的29.09%;流域高度安全区域面积为17.83万km²、中度安全区域面积为27.83万km²、较低与低安全区域面积为33.84万km²,占流域总面积的比例分别为22.43%、35.00%和42.57%;流域具有94条生态廊道,平均长度为37503 m,主要用地类型为草地和森林;流域生态战略点共有12个,主要分布于黄河流域东部,阻力值相对较高,容易成为影响黄河流域连通性的"瓶颈"。最后探讨生态安全格局构建对黄河流域整体生态保护以及现有《黄河流域生态环境保护规划》的影响,并从利用水资源评估体系优化生态源地的识别、基于电路理论结合指示性物种的迁移优化生态廊道和战略点识别,提出未来黄河流域生态安全格局优化建议,以期为构建面向流域国土空间生态修复的黄河流域资源时空配置,提供评价与优化的策略和方法;同时也为协同推动黄河流域经济高质量发展和生态环境高水平保护,提供有效保证。     

黄河三角洲横向水文结构连结空间尺度变异性分析

水文连通是影响滨海湿地生态和水文过程的基础要素之一。引入无标度网络模型改进已有横向静态水文连通参数化方法,将其应用于较大尺度(100 hm²)量化黄河三角洲滨海湿地的水文连通,并结合已有研究结果分析3个尺度(1 m²,100 m²和100 hm²)水文连通的空间变异性。研究结果显示,潮间区和生态补水区的水文连通较强,3个尺度的空间变异性主要来自于水文连通指数较高的样点;盐沼区和河滨区相对较弱,空间变异性主要来自于水文连通指数较小的样点,且大尺度水文连通空间变异性相对中尺度和小尺度更高。小尺度和中尺度方法描述了一个样地与周边较小范围的空间区域土壤水分连通状况,在大的潮汐或补水条件下不同区域各个样地倾向于保持一致;而大尺度方法则侧重于描述区域内的水文过程,这是导致尺度差异的根本原因。     

基于管理目标的黄河三角洲湿地生态需水量

独特的地理位置和气候特征 ,使黄河三角洲湿地自然保护区孕育了丰富的自然资源和生物多样性。然而近些年来由于黄河上、中游开发不断 ,砍伐、引水工程等引发了下游特别是河口三角洲一系列的生态问题。表现在水资源紧缺、水体污染以及生物多样性减少等。根据黄河三角洲湿地自然保护区的现实问题以及 Ram sar公约要求 ,确定了黄河三角洲湿地自然保护区管理目标即保护新生湿地和鸟类资源 ,栖息地恢复与保护 ,生态系统功能与过程的维持等 3个层次的目标。通过分析湿地生物和水量的相关性 ,计算了不同层次管理目标的黄河三角洲湿地生态需水量 ,即在不考虑输沙用水的情况下 ,黄河三角洲湿地最小生态需水量、适宜需水量和理想需水量分别为 4 0 .95× 10 8m3、5 2 .4 5× 10 8m3和 6 7.93× 10 8m3;在考虑输沙用水的情况下 ,湿地最小生态需水量、适宜需水量和理想需水量分别为 190 .95× 10 8m3、2 0 2 .4 5× 10 8m3和 2 17.93× 10 8m3。     

黄河三角洲典型潮沟系统水文连通性对大型底栖动物群落结构的影响

潮沟系统水文连通是滨海湿地的关键生态过程,也是维护和修复滨海湿地的重要途径。了解水文连通性如何影响生物在生境之间的扩散潜力,对于恢复和维持区域和局地生物多样性至关重要。分别于2021年春季（5月）和秋季（10月）对黄河三角洲湿地三条水文连通梯度明显的潮沟进行野外调查和原位观测,探讨不同水文连通梯度下大型底栖动物群落的时空变化特征及其影响因素。结果表明：调查共采集大型底栖动物50种,隶属4门8纲39科45属,包括环节动物23种、软体动物18种、节肢动物5种和纽形动物1种;大型底栖动物群落密度、生物量和多样性指数春季高于秋季,春季以体型小、适应能力较强的软甲类、多毛类和双壳类为主,秋季以活动能力较强的甲壳类、腹足类为主;大型底栖动物群落物种数、密度及生物量和多样性随水文连通性的升高有升高趋势,最高值出现在中等水文连通区域。研究表明潮沟系统水文连通性对大型底栖动物的栖息生境和群落结构及多样性均具有明显的影响,但群落结构及多样性随水文连通梯度的变动规律在季节间存在差异。研究结果有助于进一步了解滨海湿地水文连通对生物群落的影响机制,并为湿地环境保护和修复提供一定科学依据。     

黄河流域城市生态韧性时空演变及其影响因素

城市作为最复杂的社会生态系统,在经历经济快速积累、城镇化加快推进的同时,面临着资源短缺、环境污染、生物多样性锐减等生态环境挑战,增强城市生态韧性对城市可持续发展至关重要。从韧性的内涵角度评估城市生态韧性水平,探究城市防范内外生态风险能力的时空特征,剖析城市生态韧性差异的影响机制,对实施城市生态文明建设与风险防控具有指导意义。基于"演化韧性"视角从"抵抗-响应-转型"三个能力构建城市生态韧性指标体系,以黄河流域七大城市群59个地级市2011-2020年面板数据为例,运用熵权-逼近理想解排序法(熵权-TOPSIS法)、传统和空间马尔可夫链,在对黄河流域城市生态韧性进行定量测算的基础上,分析其时空特征。最后利用面板分位数回归深入探索黄河流域城市生态韧性影响因素的分段效应,提高对城市生态韧性影响机制的认识。结果表明:(1)2011-2020年,城市生态韧性均值在(0.092,0.125)范围内,呈现缓慢增长态势;离散程度呈倒"U"型变化特征趋势;空间上,城市生态韧性表现为"下游强、上中游弱",城市群内部以省会城市为核心向外围地级市递减,"中心-外围"的分布格局明显。(2)城市生态韧性主要在相邻等级之间进行递次转移,仍未实现跨等级转移,具有"路径依赖"和"自身锁定"特征;地理空间背景在城市生态韧性动态演变过程中发挥着重要作用,表现为"强强联合、低低临近"的集聚效应。(3)影响因素方面,经济发展水平、科技创新对城市生态韧性具有显著促进作用;产业结构对城市生态韧性表现为显著抑制作用,人口密度和环境规制对城市生态韧性不同分位点的影响作用存在显著的异质性。研究结果可为黄河流域全面推进生态保护与建设"韧性城市"提供一定的科学参考和理论依据。     

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。     

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。     

黄河三角洲原生演替中土壤微生物群落结构分析

[目的] 黄河三角洲区域具有重要的湿地生态系统。碱蓬、野大豆和芦苇是该地区典型的盐生植物。本研究针对碱蓬、野大豆和芦苇混生植物的根际土壤微生物群落组成和功能基因进行了分析比较。[方法] 对碱蓬,野大豆-芦苇混生植物的根际微生物菌群和光滩土壤菌群进行了宏基因组测序,使用COG和KEGG数据库对微生物菌群的功能进行了注释和比较。[结果] 本研究结果表明,变形菌门是3个取样点的主要菌门,其在碱蓬、野大豆-芦苇根际土壤中的相对含量比光滩土壤分别多28.8%和10.6%。此外,拟杆菌门、放线菌门和芽单胞菌门是3个取样点中的优势物种。中华根瘤菌属是野大豆-芦苇混生植物根际土壤的最主要的属。对功能基因进行分析表明,光滩土壤中的功能基因的数量多于碱蓬根际土壤和野大豆-芦苇混生植物根际土壤的功能基因数。在这3个位点中,氨基酸代谢、碳水化合物代谢和能量代谢,以及无机离子转运和代谢的基因最多。[结论] 本研究为发掘有价值的微生物资源和海岸带盐碱土壤修复提供了一定的理论基础。     

生物入侵对黄河流域生态系统的影响及对策

黄河流域健康的生态系统是沿黄地区生态保护和高质量发展的核心。然而, 随着经济高速发展和人类活动增加, 大量的外来生物传入并占据黄河流域生态位。这些外来生物在黄河流域的大肆扩繁给黄河流域本土生物和生态系统带来了严重威胁, 甚至严重影响人类健康。因此, 研究黄河流域的外来生物入侵问题, 并提出保护对策, 对于黄河流域生态保护和高质量发展具有重大意义。本文主要从黄河流经九省区(包含黄河流域)外来入侵生物的传入特征、传播途径、种群动态、成灾机制以及入侵生物对黄河流域重要生物资源和生态系统的影响等方面进行综述, 并提出了防控黄河流域生物入侵、保护黄河流域健康的生态系统的措施和对策。