典型喀斯特流域旱雨季交替下溶解硅的输送特征

河流溶解硅（DSi）作为营养物质对维持陆地、河流及海洋生态系统稳定性起到至关重要的作用。选取贵州典型喀斯特流域为研究对象,通过对DSi湿沉降过程,基流过程及降雨径流过程的动态变化进行全年监测分析,探讨DSi在旱雨季交替下的输送特征及河流DSi浓度变化引起的环境效应。结果表明：①湿沉降过程降雨量越大,DSi浓度越小,河流DSi浓度变化有明显的旱、雨季特征,雨季DSi浓度较高,旱季较低,地表水径流量及DSi浓度对降雨径流过程的响应比地下水明显。②DSi沉降通量及输出通量呈明显的旱、雨季差异,雨季DSi湿沉降通量占全年的69.5%,地表水雨季DSi输出负荷占全年的98.1%,地下水占51.4%。③流域硅酸盐岩风化过程不强烈,主要受到碳酸盐岩及蒸发岩控制。流域DSi浓度受人为水库影响明显,经过水库后河流中DSi浓度旱季下降29.0%、雨季下降70.9%。研究为全面认识硅在陆地生态系统中的生物地球化学循环提供科学依据。     

鄱阳湖流域多尺度碳、硅输送特征及其对浮游植物分布的影响

选取鄱阳湖流域内从初级支流到最大干流再到湖区（香溪→架竹河→赣江→鄱阳湖）这一联通水系线路为研究对象,通过对该流域多尺度碳、硅输送进行监测,并对其浮游植物群落分布进行研究,揭示鄱阳湖流域多尺度碳、硅输送对浮游植物分布的影响。结果表明：（1）鄱阳湖通江流域的碳、硅浓度与碳硅比呈明显空间变化。香溪流域和鄱阳湖湖区溶解态硅（DSi）浓度显著低于架竹河流域和赣江流域,而溶解性总碳（DTC）和溶解性有机碳（DOC）浓度变化则与之相反;碳硅比随流域尺度的扩大呈现先下降后上升的趋势,西鄱湖高于东鄱湖,冬季高于其他季节。（2）碳、硅对浮游植物分布特征的影响随着流域尺度的变化而变化。架竹河流域浮游植物主要受碳影响,且硅藻对溶解性无机碳（DIC）浓度变化最敏感,赣江流域,硅成为影响浮游植物分布的主要因子,进入鄱阳湖湖区后,硅对浮游植物分布的影响减弱;DIC虽然不是鄱阳湖流域浮游植物生长的限制性因子,但可通过影响水体pH值间接影响浮游植物群落结构。（3）浮游植物密度随着流域面积的扩大而成倍增加,鄱阳湖湖区浮游植物密度约为架竹河流域的11倍,湖区生态环境及水体污染问题不容忽视。     

植物在硅生物地球化学循环过程中的作用

硅是地球上重要的矿质元素,在许多生物地球化学过程中起着重要作用。传统认为硅的循环主要受岩石风化、矿物溶解和水体沉积的影响。实际上,植物在硅的生物地球化学循环中起着重要作用。植物体本身就是一个相当大的硅库,它们能以无定型硅(SiO2.nH2O)的形式积累硅,称作生物硅(BSi)、植硅石或蛋白石。陆地植物每年以BSi的形式固定约1.68×109～5.60×109t的硅,通过枯枝落叶返回到土壤中的BSi有92.5%被植物再吸收,7.5%进入土壤库。陆地植物从土壤BSi库吸收的硅量远超过从岩石风化释放吸收的硅量,植物-土壤内循环的有效性强烈地影响着陆地生态系统中的硅向河流和海洋的输送。在海洋中,硅藻通过吸收、溶解和沉积在很大程度上影响着海洋里的硅循环,硅藻每年固定的硅约为5.60×109～7.84×109t,同样,在向海底沉积的过程中,97%的BSi重新被硅藻吸收,每年只有1.43×108～2.55×108t(约3%)沉积到海底。可见,植物在陆地生态系统和水生生态系统硅的循环中均起着非常重要的作用,研究硅的全球生物地球化学循环时必须考虑到植物的作用。     

闽江下游水体硅的组成及营养盐化学计量比

在过去几十年里，河流在人类活动的影响下向沿海生态系统输送不平衡的营养盐负荷导致了严重的区域或全球富营养化问题。闽江受人类活动影响比较明显，为了研究闽江水体营养盐输送比例的变化特征，于2019年7月至2020年7月对闽江下游表层水体碳、氮、磷、硅营养盐进行了季节观测。结果表明：闽江下游表层水体溶解态硅(DSi)、成岩硅(LSi)和生物硅(BSi)的年平均含量分别为5.30、4.58和2.37 mg·L^-1,但季节性差异大，夏季表现为溶解态硅>成岩硅>生物硅，秋季为溶解态硅>生物硅>成岩硅，而冬季为成岩硅>溶解态硅>生物硅。其中溶解态硅在总硅中的比例沿向海方向呈逐渐降低趋势，而生物硅与之相反。从化学计量比来看，闽江水体明显地受碳、磷限制，基本不受硅、氮限制。据估算，闽江每年向河口输送1.03×10¹⁰ mol溶解态硅和0.46×10¹⁰ mol生物硅，并且呈现逐年下降趋势，而碳、氮、磷负荷则呈上升趋势，这种营养盐比例关系会导致河口及近海生态系统结构和功能发生变化。研究闽江水体碳、氮、磷、硅...     

乌江中上游梯级水库氮磷滞留效应

目前世界河流普遍面临大规模筑坝拦截现状,原有河流自然形态逐渐向湖泊化转变,研究河流中氮磷营养盐物质的输送通量与滞留效应成了评价水坝水环境情况的关键问题。本研究详细调查了位于乌江流域中上游的洪家渡、东风和乌江渡3座水库的氮磷营养盐分布特征、输送通量及滞留效应。结果表明,洪家渡、东风和乌江渡3座水库TN年平均实际滞留率分别为20.2%、36.0%和-21.1%,TP年平均实际滞留率分别为5.4%、56.5%和-84.9%。3座水库因受到水文条件的不同、建库时间的长短和人为输入等因素影响,氮磷营养盐表现出不同的滞留现象及时空差异性。乌江渡水库氮磷营养盐的年平均滞留率因网箱养鱼的影响表现为负值。东风水库存在明显的氮磷滞留效应。洪家渡水库因受早期淹没植被再降解过程的影响,氮磷营养盐实际滞留效应弱于东风水库。     

植物的硅素营养研究综述

本文阐述了硅在植物中的形态、分布、吸收、积累、生理作用及其与其它元素的关系。研究表明：1．硅主要以二氧化硅胶(SiO2.nH2O)的无机物形态存在于植物表皮细胞和细胞壁。植物体内硅的含量在不同物种间差异很大。根据硅的含量,可将一般栽培植物分为三种类群;同时根据植物硅钙摩尔比值可将植物分为喜硅植物和非喜硅植物。硅在植物各部分分布不均匀,并且随着植株的生长发育,植株中的硅含量不断变化。植物中硅的积累受环境中多种因素的影响。2．植物主要以单硅酸形态吸收硅,不同植物吸收硅的能力不同。水稻具有主动吸硅能力,其吸收过程受体内代谢活动影响<请合法使用软件>其它大多数植物主要以被动方式吸收硅,但不排除具有选择性吸收硅的可能性。3．硅对植物的生长发育产生影响。硅是一些植物(如禾本科植物、甜菜、木贼属植物及某些硅藻)的必需元素。硅对其它很多植物具有有益作用。硅对植物的作用主要表现在对形态结构、生理过程和抗逆能力三方面的影响 上。在去硅条件下,多种植物表现出缺硅症状。4．硅对植物吸收利用对其它营养元素产生影响。硅对不同元素的影响方式和程度不同,同时随着植物的生长发育,对某种元素的作用常发生变化。     

硅藻重金属污染生态学研究进展

硅藻是水生生态系统健康的指示生物之一,对环境变化极为敏感,某些典型硅藻已应用于指示水体重金属污染.本文围绕地表水重金属污染,从毒性效应、生物吸附和累积、生态适应机制及生物指示与生态修复作用等方面,综述了硅藻重金属污染生态学研究进展,阐述重金属污染下硅藻的生长趋势和硅壳形态的变化,硅藻对重金属生物吸附和生物累积的差别,硅藻对重金属的表面络合和离子交换等生态适应机制,以及硅藻对水体重金属污染的指示作用和生态修复作用,为水生生态系统的重金属污染防治与预警技术提供科学依据.     

植物的硅素营养研究综述

本文阐述了硅在植物中的形态、分布、吸收、积累、生理作用及其与其它元素的关系。研究表明：１硅主要以二氧化硅胶（ＳｉＯ２．ｎＨ２Ｏ）的无机物形态存在于植物表皮细胞和细胞壁。植物体内硅的含量在不同物种间差异很大。根据硅的含量,可将一般栽培植物分为三种类群;同时根据植物硅钙摩尔比值可将植物分为喜硅植物和非喜硅植物。硅在植物各部分分布不均匀,并且随着植株的生长发育,植株中的硅含量不断变化。植物中硅的积累受环境中多种因素的影响。２植物主要以单硅酸形态吸收硅,不同植物吸收硅的能力不同。水稻具有主动吸硅能力,其吸收过程受体内代谢活动影响＜请合法使用软件＞其它大多数植物主要以被动方式吸收硅,但不排除具有选择性吸收硅的可能性。３硅对植物的生长发育产生影响。硅是一些植物（如禾本科植物、甜菜、木贼属植物及某些硅藻）的必需元素。硅对其它很多植物具有有益作用。硅对植物的作用主要表现在对形态结构、生理过程和抗逆能力三方面的影响上。在去硅条件下,多种植物表现出缺硅症状。４硅对植物吸收利用对其它营养元素产生影响。硅对不同元素的影响方式和程度不同,同时随着植物的生长发育,对某种元素的作用常发生变化。     

中国海表层沉积生物硅含量与硅藻丰度空间分布规律

生物硅是海洋硅循环及古海洋学的主要研究对象,主要由硅藻、放射虫、硅鞭藻和海绵骨针等硅质生物壳体组成。由于硅藻是海洋硅质生物以及海洋浮游植物群落的优势种群,故生物硅常被用作判断硅藻生产力甚至整个海洋初级生产力的重要指标。相对于硅藻的鉴定和统计分析,生物硅含量分析有其便利快捷的明显优势,然而生物硅组成的复杂性使其在现代海洋学及古海洋学的应用中存在一定的风险,但是目前有关生物硅含量与硅藻生产力的相关性及其对现代海洋和古海洋研究的影响尚未引起足够的关注。本文通过收集整理大量已发表的我国边缘海表层沉积物生物硅与硅藻的相关研究成果,在此基础上探讨了我国边缘海沉积生物硅含量与硅藻丰度的空间分布及其耦合性,及其对海洋生产力研究的指示意义。从现有的研究数据可以看出东中国海,主要包括东海和黄海,以及南海陆架浅海区表层沉积生物硅含量与硅藻丰度均无明显的空间变化规律,而南海表层沉积生物硅含量与硅藻丰度均表现为由陆架向海盆逐渐增加的趋势,与水深呈明显正相关关系。整个中国边缘海沉积生物硅含量和硅藻丰度的空间分布格局与现代水体初级生产力的分布格局差异明显,陆源输入的稀释作用对此起到了重要影响。通过进一步的分析发现,南海表层沉积硅藻对生物硅的贡献还存在明显的区域变化,表现为在陆坡及其邻近海盆区硅藻对沉积生物硅的贡献较大,而在深海海盆区放射虫及其他硅质生物对生物硅的贡献不容忽视。为了更好地利用生物硅、硅藻及其他相关参数研究边缘海硅循环及古海洋环境演变,未来需要更多地关注除硅藻以外的硅质生物,如硅鞭藻、海绵骨针等,对生物硅的贡献及其对海洋硅的生物地球化学过程的影响。     

水文气候波动下云南太平水库硅藻群落演替的长期特征

在区域气候变暖的背景下,干旱事件引起的水位频繁波动以及流域开发导致的污染物输入均可以直接威胁水库的生态安全。本研究以云南省太平水库为对象,通过对沉积物的物理(粒度、烧失量)、化学(碳、氮元素)、生物(硅藻群落)等代用指标的分析,并结合监测数据和调查资料,重建了该水库1937—2018年的生态环境变化过程,并识别了硅藻群落的演替特征及其环境影响因子。粒度结果指示,太平水库在筑坝期间(1956—1984年)水动力逐渐增强,而后水动力条件持续减弱,与文献记录的水文调控历史基本一致。总氮、总碳和有机质含量较为一致地记录了水库建设期间水体营养水平的下降、水库建成后初级生产力和内源有机质的上升过程。硅藻群落呈现出“浮游种-底栖种-浮游种”交替占优的演化模式。驱动太平水库硅藻群落演替的主要环境因子为气候变化、水动力条件和营养水平。在气候长期变暖的背景下,严格控制外源营养输入并合理开展水文调控是维持水库水体生态健康和环境安全的重要前提。     

基于通量分析方法的河川型水库生态屏障区位设计

区位选择是水生态屏障研究及建设过程中面临的重要科学问题.针对河川型水库入流方式多样、地形起伏大的特征,本研究从水生态屏障的非点源污染去除功能出发,提出一种基于通量分析的河川型水库生态屏障区位选择方法.以我国三峡库区为例,选择库区典型研究区运用该方法进行生态屏障区位研究.结果表明: 按照三峡库区沿岸100 m宽度的设计方案,研究区内水生态屏障作用不能得到有效发挥,其中,最佳功能区仅占设计面积的11%,无效区占设计面积的10%,流域内79%的总氮与93%的总磷集中在占生态屏障区总面积21%的区域进入水库.根据污染物通量及流量通量过程,可提取出高污染通量汇流区域及高污染物浓度区,根据保护目标,分别对应开展以污染物总量削减及污染物浓度达标的生态工程措施.采用该方法可充分考虑地形对污染物质通量的影响,划分出水生态屏障的重点保护区域,能有效解决河川型水体的水生态屏障区位设计问题.     

Some physical and chemical effects of the Cow Green (Upper Teesdale) impoundment

SUMMARY. The paper describes observations on water temperature and dissolved oxygen in Cow Green reservoir and also changes caused by impoundment to temperature, chemistry, dissolved oxygen and the discharge regime of the River Tees immediately downstream of the dam.
Impoundment and river regulation have considerably smoothed-out fluctuations in discharge of the Tees and have ehminated the very low and very high discharges which were characteristic of the natural river.
Reservoir water levels show an annual pattern of draw-down during summer, refilling in autumn and overflow during winter and spring. Tliermal stratification of the reservoir occurs rarely and is generally of short duration. Water temperatures at mid-reservoir correspond closely to those of water discharged from the reservoir. The temperature regime in the river downstream is modified as follows:

• (1)

  reduction in amplitude of annual temperature fluctuations by 1–2°C,
• (2)

  marked reduction of diel fluctuations, (3) delay of the spring rise in water temperature by 20–50 days and of the autumn fall by 0–20 days. These temperature changes could reduce the annual maintenance ration of a 10 g brown trout ( Salmo trutta L.) by about 15% and delay the annual peak of metabolism by about 1 month. The effect upon growth rate of trout would be negligible.

Fluctuations in ionic content at the reservoir inflow are comparatively large and can be related approximately to river discharge. Fluctuations at the outflow are smaller and appear to be largely seasonal. Regulation has not appreciably altered the dissolved oxygen content of the River Tees.     

河流沉积物氮循环主要微生物的生态特征

微生物驱动的氮循环过程是全球生物地球化学循环的重要组成部分,由于人类活动的影响,氮循环负荷加剧,氮素的生态平衡和微生物的功能特征也相应地受到干扰。河流生态系统是陆地与海洋联系的纽带,因人类活动过量活性氮的输入导致水体富营养化,明显影响着河流的生态功能以及河口沿岸海洋生态系统的平衡。富含微生物的沉积物对氮素的转化和去除起着至关重要的作用。本文主要介绍河流沉积物氮循环主要功能微生物,包括氨氧化细菌、氨氧化古菌、亚硝酸盐氧化菌、反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌的群落特征和生态功能,总结氮相关营养盐、溶氧和季节变化等环境因子,以及河道控制管理措施和污水处理厂扰动等条件下氮循环过程主要功能类群的生态特征和响应关系。指出还需深入全面地研究河流沉积物生态系统氮循环过程的驱动机制和微生物的贡献效率,加强城市河流沉积物微生物功能作用的研究及河道生物修复技术的开发。     

粤港澳大湾区水生态修复及展望

水是生态系统物质循环和能量流动的重要纽带,水生态系统修复在区域生态系统修复中起到关键作用。粤港澳大湾区剧烈人类活动对江河湖库生态系统造成破坏和干扰,江河湖库污染严重,水生物减少,导致流域水生态服务功能退化甚至丧失;从生态修复科学内涵出发,判断湾区水生态系统健康状况已处于非生物控制跃迁阈值之下;针对该形势,从工程建设、水环境治理、空间规划和管理机制四个方面,梳理湾区近期开展的与水生态修复相关的水生态文明建设、水污染防治行动计划、水生态空间划定和推进河长制等工作,并对其中用到的技术、指标和制度进行条理;然后以茅洲河流域综合治理和广东万里碧道作为水生态修复的点、面代表,从水生态修复的整体目标、采用的技术措施、效果评价的指标体系和管理制度方法等方面分析当前的工作现状;总结湾区现状水生态修复工作,认为湾区水生态系统的非生物修复阶段基本结束;基于生态系统修复理论结合湾区江河湖库生态系统特点,提出适合湾区的水生态修复框架,讨论水生态系统修复面临的问题和未来工作的展望,为大湾区水生态修复提供直接依据。     

Endogenic development of sediments in a eutrophic lake

Sedimentation in the Gouet reservoir (France), measured for 2 years at 8 stations, was maximal during summer, when river inputs were minimal. Physical and chemical conditions in the deposits indicate that the endogenous part of sedimentation was about 70% and resulted from significant diatom production. The high sedimentation rate on the bottom was favoured by the funnel morphology of the reservoir, the chronic lack of oxygen in the water column, and the repeated copper sulfate treatment. The former river meanders of the reservoir were the preferential deposit sites.     

DIATOM INDICATOR GROUPS IN THE ASSESSMENT OF WATER QUALITY IN THE JUKSKEI-CROCODILE RIVER SYSTEM (TRANSVAAL,REPUBLIC OF South Africa

SUMMARY

Based on a detailed study of Cholnoky's (1968) work in the ecology of diatoms, species with similar ecological requirements are arranged in groups. The use of these diatom groups as reliable indicators of the water quality in the Jukskei-Crocodile river system (Transvaal) is examined. The predictions of the water quality based on the diatom groups are compared with the chemical and a gal growth potential data. The results indicate that the diatom groups employed can serve as reliable indicators of water quality. In the present study they further suggest that the Modderfontein and Jukskei rivers arc considerably more eutrophied than the Hennops and Crocodile rivers.     

The seasonal variation in silicon concentration in chalk-streams in relation to diatom growth

SUMMARY. Changes in silicon concentration were used to investigate the seasonal cycle of diatoms in chalk-streams. Bore-hole water shows no significant variation in silicon concentration. Five kilometres downstream there is a significant reduction between March and May. Further downstream the cumulative effect of biological silicon removal shows more complex patterns. There is a considerable variation in the seasonal pattern from year to year but an analysis of the seasonal pattern averaged over thirteen years on the River Frome confirms a later summer silicon reduction in August-September, in addition to a much larger reduction in the spring.
The negative correlation between suspended chlorophyll-α and silicon concentrations confirms that suspended chlorophyll-α concentrations respond more closely to changes in the loosely attached diatom flora than to other sources of chlorophyll-α. However, neither variable is always suitable for monitoring changes in benthic diatoms. In headwaters, for example, transitory changes in diatoms do not have a significant impact on silicon concentration, while further downstream the suspended solids are affected by many other factors.
Estimates of diatom production, based on changes in silicon concentration, gave rates of 1–2 g Si m_-2 day_-1 in a small headwater chalkstream during the spring.