生物滞留系统径流与水质调控效应研究进展

生物滞留系统作为应用最广泛的现代雨洪管理措施之一,能够有效减少地表径流量和峰值流量、延迟产流时间并改善径流水质。本文从生物滞留系统结构与分类、径流调控与水质净化机理和效益、径流调控与水质净化模拟模型、径流调控与水质净化效益影响因素等多个方面综述了国内外研究进展,并从生物滞留系统设计参数优化、基质和植物配置优化、植物和微生物作用机理、气候变化响应、流域/区域尺度径流与水质调控效应、特定和新型污染物净化机理、清理维护方法、全生命周期评价等方面提出了未来研究趋势和重点,以期为生物滞留系统径流与水质调控效应研究及生物滞留系统设计、建设和维护等提供理论和方法参考。     

森林植被与大气颗粒物的关系

近年来,大气颗粒物成为我国城市大气的主要污染物,其中细颗粒物（PM_2.5）粒径小、沉降困难,对环境的危害已成为亟待解决的问题。森林植被可显著消减空气颗粒物,有效改善空气环境质量。本文概述了植被对颗粒物的移除过程和方法,探讨了大气颗粒物与森林植被的相互关系。从单叶、单木及群落3个尺度,结合气象因素讨论了植被对移除大气颗粒物的影响,分析了颗粒物的后续再悬浮过程及对植被的危害。最后,从植被吸附颗粒物的能力测定和评价、本土高吸附PM_2.5能力植被的筛选及综合研究不同植被配置结构的吸附效应等方面提出了植被吸附颗粒污染物,尤其是细颗粒物的研究重点与趋势。     

大气颗粒物对植物影响研究进展

大气颗粒物是大气中固态或液态微粒物质的总称。大气颗粒物的增多会对气候、空气能见度、公共卫生等造成重大影响。种植合适的植物成为减轻大气颗粒损害的良好措施,但大气颗粒物覆盖在植物叶片表面及进入植物体内都会对植物造成不同程度的影响。本文围绕大气颗粒物的成因及组成,大气颗粒物对植物生长发育、生理生化、抗病虫性、植物生产力和产量的影响方式及机理与减轻途径等进行了系统综合与评述,并展望了未来的研究趋势。综合发现,大气颗粒物对植物的影响广泛且复杂多样,并受到环境条件、颗粒物浓度及组成、植物种类及研究尺度的影响。通过提前预知大气颗粒物浓度变化、提供充足的营养和水分、及时冲洗叶片、人工补光及合理选择并种植植物等方式可避免或者减轻大气颗粒物所带来的负面效应。未来可增加大气颗粒物影响下景观和造林植物的研究、大尺度植被生理生态、各种化合物和微生物颗粒物对植物影响的研究,研究内容可关注植物生理生态、植物叶片氮分配、叶肉细胞导度及植物遗传育种学等。     

园林植物吸附细颗粒物(PM_(2.5))效应研究进展

园林植物具有显著消减空气颗粒物(PM)污染的作用,能有效地改善城市环境质量。但迄今为止,国内外的大量研究都集中在园林植物对总悬浮颗粒物(TSP)或者粗颗粒物(PM10)的阻滞效应上,植物吸附空气细颗粒物(PM2.5)的研究尚处于探索阶段。本文概述了植物叶片吸附空气PM的方式,叶片PM2.5化学物质的转移过程以及植物吸附PM2.5的周期性,探讨了植物叶片对空气不同粒径颗粒物的吸附特征,园林植物吸附空气PM2.5的能力与机制,并从植物吸附PM2.5的测定方法、园林植物吸附PM2.5能力的测定和评价、高吸附PM2.5能力的园林植物筛选、园林植物吸附PM2.5的机制与影响因素等方面提出了园林植物吸附PM2.5的研究重点与趋势,以期为深化植物吸附PM2.5的机制研究及高吸附PM2.5能力的园林植物筛选提供依据。     

Root exudates and their ecological consequences in forest ecosystems: Problems and perspective

植物根际过程与调控机理研究已成为当前土壤学最活跃、最敏感的研究领域, 而根系分泌物作为根系-土壤-微生物界面物质能量交换和信息传递的重要媒介物质, 是构成根际微生态系统活力与功能特征的内在驱动因素, 是根际概念与根际过程存在的重要前提和基础。然而, 由于传统的根际过程研究更强调以实际生产问题为导向, 加之农作物生长周期较短、操作便利等诸多因素, 以往对植物根系分泌物研究主要聚焦在农业生态系统, 而有关根系分泌物在森林生态系统中的重要作用与调控机理研究甚少, 认识相对零散和片段化。基于此, 该文结合作者实际研究工作中的主要成果和该领域国际前沿动态, 综述了森林根系分泌物的生态重要性, 重点论述了目前森林根系分泌物生态学研究中存在的主要问题与不足, 在此基础上展望了未来森林根系分泌物生态学研究中值得关注的重点方向和研究内容。     

森林根系分泌物生态学研究:问题与展望

植物根际过程与调控机理研究已成为当前土壤学最活跃、最敏感的研究领域,而根系分泌物作为根系-土壤-微生物界面物质能量交换和信息传递的重要媒介物质,是构成根际微生态系统活力与功能特征的内在驱动因素,是根际概念与根际过程存在的重要前提和基础。然而,由于传统的根际过程研究更强调以实际生产问题为导向,加之农作物生长周期较短、操作便利等诸多因素,以往对植物根系分泌物研究主要聚焦在农业生态系统,而有关根系分泌物在森林生态系统中的重要作用与调控机理研究甚少,认识相对零散和片段化。基于此,该文结合作者实际研究工作中的主要成果和该领域国际前沿动态,综述了森林根系分泌物的生态重要性,重点论述了目前森林根系分泌物生态学研究中存在的主要问题与不足,在此基础上展望了未来森林根系分泌物生态学研究中值得关注的重点方向和研究内容。     

植物重要功能基因研究进展及其应用

随着越来越多植物全基因组测序的完成,植物基因研究的重点将逐渐从基因的发现转移到对基因功能的研究上来。近年来,植物基因功能的阐述日益深入,尤其是与作物产量和抗性相关的重要农艺性状调控机理的研究更加引人注目,一些具有应用价值的功能基因相继被鉴定并得到功能注释。该文综述植物功能基因研究领域近年来的主要进展,着重介绍具有应用前景的重要功能基因的研究。同时,对目前利用基因工程、分子标记辅助选择等于段改良作物的现状及其前景进行讨论。     

提高植物抗寒性的机理研究进展

低温胁迫是世界范围内影响植物产量和品质的主要非生物胁迫.植物抗寒生理生态研究是比较活跃和发展很快的领域.文章综述了提高植物抗寒性机理的研究进展.大量科学研究和生产实践表明,气象因素与植物自身因素是影响植物抗寒性的关键因素,前者主要是温度、光周期和水分,后者主要是植物的遗传学基础、生长时期、发育水平以及低温胁迫下细胞的抗氧化能力.保证植物抗寒基因充分表达对提高植物抗寒性有重要意义.植物抗寒性的遗传机制与调控主要通过5条路径实现:丰富多样的植物低温诱导蛋白,低温转录因子DREB/CBF可同时调控多个植物低温诱导基因的表达,DREB/CBF与辅助因子相互作用调控下游基因表达,Ca2+、ABA及蛋白质磷酸化上游调控低温诱导基因表达,以及不饱和脂肪酸酶基因的表达.基因工程改良植物抗寒性已获重要进展,但距产业化尚有许多开创性的工作要做,目前主要通过导入抗寒调控基因和抗寒功能基因而实现,后者主要是导入抗渗透胁迫相关基因、抗冻蛋白基因、脂肪酸去饱和代谢关键酶基因、SOD等抗氧化系统的基因以及与植物激素调节有关的基因.农林技术对提高植物抗寒性有重大实用价值,其中的不少技术蕴涵着深刻的科学机理,重点评述了抗寒育种、抗砧嫁接、抗寒锻炼、水肥耦合及化学诱导五大技术提高植物抗寒性的作用机理.展望了提高植物抗寒性的研究.     

国家重点实验室介绍植物分子遗传国家重点实验室

植物分子遗传国家重点实验室成立于1986年,现任实验室主任为陈晓亚研究员,学术委员会主任为许智宏院士。成立之初,实验室研究以植物发育、代谢调控研究、激素作用机理、植物细胞与组织培养、真核基因表达调控机制、基因克隆和基因工程为主:"九五"后期,实验室逐渐开展了植物功能基因组学研究,并在构建重要功能基因组学研究技术平台方面取得了一定进展。目前植物分子遗传国家重点实验室主要学术方向和研究内容包括1、植物功能基因组学研究利用功能基因组学研究平台,围绕水     

植物萜类代谢工程

植物萜类化合物不仅在植物生命活动中起重要作用,而且具有重要商业价值。随着近年来萜类代谢途径和调控机理研究的深入,代谢工程已成为提高萜类产量最有潜力的途径之一。对萜类代谢工程领域具代表性的研究结果进行了全面回顾,然后讨论了萜类代谢工程的研究方法和策略,其中重点探讨了功能基因组学方法在萜类代谢途径及调控机理研究方面的应用。     

Effect of particulate pollution on rate of transpiration in Shorea robusta at Lalpahari forest

The effect of stone dust deposition on the rate of transpiration in Shorea robusta was studied in three principal seasons in a polluted forest in comparison to an almost non-polluted forest. The extent of particulate pollution was determined by measuring suspended particulate matter in the air and dust fall on leaf surface. Macroscopic and microscopic leaf injury symptoms were studied. Scanning electron microscopic examination of leaf surfaces revealed a number of foliar anomalies. Qualitative determination of rate of transpiration in field condition was done by ‘cobalt chloride method’. It was found that transpiration was diminished as a result of foliar dust deposition which not only caused blockage of stomatal aperture but also physical damage to the leaf surface. Thus, particulate air pollution can be considered as one of the external factors regulating the rate of transpiration in plants.     

中国主要城市森林对大气PM2.5的削减量及其占大气PM2.5总量比例

空气中的细颗粒物(PM_2.5)是我国城市空气污染的主要污染物之一,严重威胁着城市居民的健康,限制城市发展的可持续性。PM_2.5去除的自然途径有两种,分别是干沉降和湿沉降,其中干沉降占据主导作用,且干沉降的过程和效率与城市森林紧密关联。目前针对城市森林对干沉降作用的研究主要是在小尺度中从不同树种、不同群落结构、不同景观类型等角度来估算并比较其滞尘量,较少关注其占空气污染总量的比率,从而可能影响对城市森林滞尘服务能力的判断。因此,利用城市森林效益(Urban Forest Effect, UFORE)模型中的大气污染干沉降模块的核心算法,以2015年为例,估算了我国主要城市辖区的城市森林一年内对大气中的PM_2.5削减量以及其占空气中PM_2.5污染总量的比重。结果显示：(1)2015年全国主要城市单位绿地面积日均滞尘量较高地区主要集中在华北地区、华东地区、以及东北地区。其中北京30.47mg/m²,苏州24.63mg/m²,沈阳28.55mg/m²     

绿地滞尘效应和机理评估进展

绿地滞尘是指大气颗粒物在植物表面的干沉降过程,植物个体特征、绿地结构及环境因素均会对绿地滞尘效应产生影响,模型模拟、实地监测和风洞试验是评估绿地滞尘效应的3种主要方法。现有研究基本上是采用上述方法,从绿地滞尘量或绿地对大气质量的改善作用两方面对城市绿地滞尘效应进行评估,然而评估方法相对单一,影响因素纷繁复杂,评估结果难有定论。为了避免评估方法的滥用和误用,加深对机理的理解,使绿地滞尘研究更好的服务于城市绿地建设,对绿地滞尘效应评估的研究状况进行梳理至关重要。通过仔细分析相关研究的原理及方法发现,绿地滞尘研究多集中在较大尺度上对绿地滞尘量的评估,研究方法虽然一直在更新,且不同方法相互结合已成为趋势,但仍然缺乏大的革新,难以取得较大突破;未来,应加强中小尺度绿地滞尘的研究,深入探讨绿地滞尘机理,在研究方法上寻求创新与突破。     

无锡惠山三种城市游憩林内细颗粒物(PM2.5)浓度变化特征

在2011年秋、冬季和2012年春、夏季的游憩时段内(5:00-19:00),对无锡惠山香樟林、湿地松林和栓皮栎林3种游憩林内PM_2.5质量浓度进行实时监测,并同步观测气象因子,分析了游憩林内PM_2.5浓度的时间变化规律及其影响因素.结果表明: 惠山3种游憩林内PM_2.5浓度年均值低于道路,湿地松林和香樟林内PM_2.5浓度年均值低于栓皮栎林;3种游憩林和道路的PM_2.5年均浓度低于无锡市背景值.游憩林内PM_2.5浓度的季节变化规律为夏季最低,秋季次之,春季最高;PM_2.5浓度在春、夏、冬季最低的是湿地松林,秋季最低的是香樟林,栓皮栎林在各季节的PM_2.5浓度都较高.PM_2.5浓度在四季的日变化近似于“单峰单谷”型,7:00-9:00和15:00-19:00各出现最大值和最小值.4个季节的湿度和温度与PM_2.5浓度均极显著相关,光照仅在冬季显著影响PM_2.5浓度,较小风速对PM_2.5浓度的影响不大.     

无锡惠山三种城市游憩林内细颗粒物(PM2.5)浓度变化特征

在2011年秋、冬季和2012年春、夏季的游憩时段内(5:00—19:00),对无锡惠山香樟林、湿地松林和栓皮栎林3种游憩林内PM_2.5质量浓度进行实时监测,并同步观测气象因子,分析了游憩林内PM_2.5浓度的时间变化规律及其影响因素.结果表明: 惠山3种游憩林内PM_2.5浓度年均值低于道路,湿地松林和香樟林内PM_2.5浓度年均值低于栓皮栎林;3种游憩林和道路的PM_2.5年均浓度低于无锡市背景值.游憩林内PM_2.5浓度的季节变化规律为夏季最低,秋季次之,春季最高;PM_2.5浓度在春、夏、冬季最低的是湿地松林,秋季最低的是香樟林,栓皮栎林在各季节的PM_2.5浓度都较高.PM_2.5浓度在四季的日变化近似于“单峰单谷”型,7:00—9:00和15:00—19:00各出现最大值和最小值.4个季节的湿度和温度与PM_2.5浓度均极显著相关,光照仅在冬季显著影响PM_2.5浓度,较小风速对PM_2.5浓度的影响不大.     

基于城市环境气候图的宁波大气环境分析与调控对策

城市化的蓬勃发展改变了城市气候和环境,产生了诸多气候环境问题,需要有效的城市气候环境信息与调控对策来应对和缓解,城市环境气候图在城市气候环境的规划与调控方面提供了重要指导。在传统城市气候图的基础上,提出了多季节、多环境要素相结合的城市环境气候图构建方法。在此基础上,以具有复杂下垫面和明显季节性气候特征的宁波市区为案例,综合运用遥感反演、GIS空间分析、中尺度数值模拟等技术手段,对城市热负荷、大气污染、通风潜力和风场及整体的城市气候环境进行多季节分析与评估。结果表明:在形成城市气候环境的主要要素方面,城市热负荷、大气污染物分布都具有显著的季节性和空间性差异,宁波市春、夏季同时受热负荷和大气污染影响,冬季仅受大气污染影响,秋季受二者影响均较小;通风潜力的空间格局各季节之间具有高度的相似性;风环境复杂多变,呈现出显著的季节性和空间性差异。对城市气候环境的整体分析发现,城市气候环境高价值区和中价值区主要分布于山林、农田和水体,高风险区位于北仑、镇海和杭州湾南岸的沿海重化工业带,中风险区分布于江北区东部、鄞州城区东西两翼、慈溪城区和奉化城区东北部等工厂厂房密集的区域。进一步在前述分析的基础上,提出了城市风道规划方案和气候环境调控对策,包括2条一级风道、5条二级风道、3条受海陆风影响的三级双向风道、12条受海陆风影响的三级单向风道、13条受山谷风影响的三级单向风道和七类城市气候环境调控对策。提出的多季节、多环境要素相结合的城市环境气候图构建方法适用于季风气候地区复杂气候环境的分析与评估研究,能够提高城市气候环境分析的综合性和准确性,并能够通过风道规划及相关调控对策的制定和实施改善城市热负荷和大气环境质量,缓解各季节的城市气候环境问题,为城市环保、气象、规划等部门提供重要的决策支持,从而促进城市可持续发展和生态城市建设。     

基于城市空气调节的区域绿色基础设施识别研究

在中国城市高密度开发的用地模式下,依靠城市内部的有限绿地很难达到空气净化的自平衡。城市周边的绿地、水体等绿色基础设施在提供清洁空气、消解空气污染物、调节城市气候中发挥着重要作用。论文从调节城市空气质量的视角切入,以哈尔滨为研究案例,以ArcGIS为数据分析平台,提出市域尺度下城市绿色基础设施识别的方法：1）空间单元识别：以局地环流理论为依据,根据地表覆盖与植被类型数据,识别出绿色基础设施的3类空间单元;2）城市风场分析：通过对一年四季典型月份的气象统计和基于风环境模拟软件CALMET的风场模拟,得到哈尔滨的典型月份风环境图;3）空间体系表达：根据城市风环境图,分析绿色基础设施在调节城市空气中发挥的作用,得到GI的空气调节空间分布体系。研究成果可以作为编制城市绿地系统规划和制订区域生态绿地保护策略的依据,并在城市风环境分析、城市风道规划等领域得到进一步应用。     

Tiny Is Mighty: Seagrass Beds Have a Large Role in the Export of Organic Material in the Tropical Coastal Zone

Ecosystems in the tropical coastal zone exchange particulate organic matter (POM) with adjacent systems, but differences in this function among ecosystems remain poorly quantified. Seagrass beds are often a relatively small section of this coastal zone, but have a potentially much larger ecological influence than suggested by their surface area. Using stable isotopes as tracers of oceanic, terrestrial, mangrove and seagrass sources, we investigated the origin of particulate organic matter in nine mangrove bays around the island of Phuket (Thailand). We used a linear mixing model based on bulk organic carbon, total nitrogen and δ¹³C and δ¹⁵N and found that oceanic sources dominated suspended particulate organic matter samples along the mangrove-seagrass-ocean gradient. Sediment trap samples showed contributions from four sources oceanic, mangrove forest/terrestrial and seagrass beds where oceanic had the strongest contribution and seagrass beds the smallest. Based on ecosystem area, however, the contribution of suspended particulate organic matter derived from seagrass beds was disproportionally high, relative to the entire area occupied by mangrove forests, the catchment area (terrestrial) and seagrass beds. The contribution from mangrove forests was approximately equal to their surface area, whereas terrestrial contributions to suspended organic matter under contributed compared to their relative catchment area. Interestingly, mangrove forest contribution at 0 m on the transects showed a positive relationship with the exposed frontal width of the mangrove, indicating that mangrove forest exposure to hydrodynamic energy may be a controlling factor in mangrove outwelling. However we found no relationship between seagrass bed contribution and any physical factors, which we measured. Our results indicate that although seagrass beds occupy a relatively small area of the coastal zone, their role in the export of organic matter is disproportional and should be considered in coastal management especially with respect to their importance as a nutrient source for other ecosystems and organisms.     

大气颗粒物污染对土地覆盖变化的响应

土地利用-覆盖变化(LUCC)直接或间接影响颗粒物污染。了解颗粒物污染对LUCC的响应,对维护和改善生态环境具有重要的意义。基于卫星遥感技术,从广域的空间尺度分析颗粒物污染对LUCC的响应。使用MODIS数据分别提取与颗粒物污染相关性较高的城市用地、林地等土地利用类型,确定土地利用类型的变化趋势,利用长时间序列MODIS气溶胶光学厚度(AOD,Aerosol optical depth)产品分析颗粒物污染与土地利用类型的变化的相关性。以山东省青岛市、淄博市、济南市3个典型城市为例,研究了AOD随土地利用类型的变化趋势。同时,考虑并分析了颗粒物污染对土地利用变化响应的敏感性,以及城市区域变化对环境的影响。研究结果表明,不同的城市类型,由于决定环境变化主导因素的差异,颗粒物污染对LUCC的响应具有明显的差异。青岛市地区,由于受海洋影响显著,大气颗粒物污染与LUCC的相关性较低,如中度污染天气与林地的相关系数为-0.451;而淄博市和济南市的相关系数分别为-0.473、-0.507。