Fluorescence characterization and microbial degradation of dissolved organic matter leached from salt marsh plants in the Yellow River Delta

盐沼植被是沿海水体中溶解有机物(Dissolved Organic Matter, DOM)的重要贡献者。然而,不同盐沼植物释放DOM的动力学特征尚缺乏系统研究和比较。黄河三角洲湿地是中国东海岸面积最大,保护最完善的沿海生态系统之一。本论文研究了2016年10月从黄河三角洲(Yellow River Delta, YRD)盐沼中采集的三种常见沼泽植物(芦苇(Phragmites australis),碱蓬(Suaeda salsa)和獐茅(Aeluropus littoralis)的DOM释放过程。通过测定溶解有机碳(Dissolved Organic Carbon, DOC)和溶解氮(Dissolved Nitrogen, DN)发现,植物叶片释放的DOM浓度远高于其根和茎。在27天的培养期内,平均有15%的生物碳和30%的生物氮以DOC和DN的形式通过植物叶片释放。从植物中释放的DOM非常不稳定,在27天的培养期内,细菌共消耗了92.4%–98.1%的DOC和88.0%–94.6%的DN。植物释放DOM的荧光特性表明,发色溶解的有机物(Chromophoric Dissolved Organic Matter, CDOM)是DOM的主要组分,而类蛋白组分是植物释放CDOM的主要组分。细菌的降解作用改变了DOM的荧光性质和化学组成。上述的室内研究结果得到了实地调查的充分支撑,表明在深秋时期黄河口湿地有大量DOM溢出。本研究结果表明,盐沼植物释放的DOM是沼泽和沿海水域DOC和DN的重要来源,而且易降解DOC和DN为黄河口湿地和邻近沿海水域中的微生物群落提供了重要的食物来源。     

Seasonal shifts in the assembly dynamics of benthic macroinvertebrate and diatom communities in a subtropical river

Identifying seasonal shifts in community assembly for multiple biological groups is important to help enhance our understanding of their ecological dynamics. However, such knowledge on lotic assemblages is still limited. In this study, we used biological traits and functional diversity indices in association with null model analyses to detect seasonal shifts in the community assembly mechanisms of lotic macroinvertebrates and diatoms in an unregulated subtropical river in China. We found that functional composition and functional diversity (FRic, FEve, FDis, MNN, and SDNN) showed seasonal variation for macroinvertebrate and diatom assemblages. Null models suggested that environmental filtering, competitive exclusion, and neutral process were all important community assembly mechanisms for both biological groups. However, environmental filtering had a stronger effect on spring macroinvertebrate assemblages than autumn assemblages, but the effect on diatom assemblages was the same in both seasons. Moreover, macroinvertebrate and diatom assemblages were shaped by different environmental factors. Macroinvertebrates were filtered mainly by substrate types, velocity, and COD_Mn, while diatoms were mainly shaped by altitude, substrate types, and water quality. Therefore, our study showed (a) that different biological assemblages in a river system presented similarities and differences in community assembly mechanisms, (b) that multiple processes play important roles in maintaining benthic community structure, and (c) that these patterns and underlying mechanisms are seasonally variable. Thus, we highlight the importance of exploring the community assembly mechanisms of multiple biological groups, especially in different seasons, as this is crucial to improve the understanding of river community changes and their responses to environmental degradation.     

渭河陕西段沉积物重金属空间分布及来源解析

为了了解渭河陕西段河道沉积物重金属空间分布特征,本研究对渭河陕西段干流及其支流17个采样点沉积物中的10种重金属元素(Cd、Sb、As、Co、Cu、Pb、Ni、Cr、Zn、Mn)含量进行测定及来源辨析。结果表明: 重金属元素Cd、Sb、As、Co、Cu、Pb、Ni、Cr、Zn、Mn的平均含量分别为0.10、1.24、11.73、11.95、24.90、24.91、29.31、54.18、72.74、626.85 mg·kg^-1, 除Cd的变异系数大于1以外,其他元素的变异系数均低于0.5。其中,Cd、Pb、Cr含量于灞河入渭处达到峰值,Co和Mn在黑河入渭处达到峰值,Cu和Zn在清姜河入渭处达到峰值, Sb、As和Ni分别于沙王渡、咸阳铁桥和林家村处达到峰值。相关性分析、主成分分析和聚类分析表明,Cd、Co、Cu、Pb、Ni、Cr、Zn、Mn主要来源于以工业源和生活源为主的污染源;Sb、As主要来源于农业和地球化学污染源。     

大渡河中游干暖河谷区生境对植物群落分布格局和多样性的影响

大渡河中游干暖河谷区滑坡和泥石流灾害频发, 对该区域坡面植物群落的研究有助于揭示植被演替的方向, 为坡面植被生态恢复提供基本依据。本研究沿大渡河中游河谷区每隔约5 km设置典型样地, 调查了植被的物种组成和分布以及样地的地形、土壤等10个生境因子, 探讨河谷区植被的连续性变化, 并通过多元回归树(multivariate regression trees, MRT)、多样性指数和典范对应分析(canonical correspondence analysis, CCA)等方法对植物群落进行分类、比较和排序。结果表明: 大渡河中游干暖河谷植被以土壤碳含量、pH值和C : N等3个因子为节点, 可划分为多花胡枝子(Lespedeza floribunda)-荩草(Arthraxon hispidus)-香薷(Elsholtzia ciliate)(群落A)、地果(Ficus tikoua)-车桑子(Dodonaea viscosa)-川滇薹草(Carex schneideri)(群落B)、云南松(Pinus yunnanensis)-栓皮栎(Quercus variabilis)(群落C)和荩草-扭黄茅(Heteropogon contortus)(群落D)等4种群落。该区域以灌木和草本为主要植被类型(群落A、B、C), 间或有裸地分布, 易成为泥石流灾害产生的物源区; 以多花胡枝子为主的灌草群落A的物种丰富度、优势度与多样性表现一致, 均高于以乔木和草本为主的群落C和D, 但物种多样性优势并不显著, 灌草群落分布广而结构单一, 外来物种占比为8.33%, 是生态系统脆弱和不稳定的表现。多元回归树和典范对应分析结果表明, pH值、C : N、坡向和土壤容重等4个因子对植物群落组成和分布影响最大, 且土壤因子的影响大于地形因子。     

洮河上游紫果云杉种群结构特征

该研究以洮河上游尕海-则岔自然保护区、卡车林区和冶力关林区的紫果云杉(Picea purpurea)天然种群为研究对象, 通过样地调查和数据统计, 绘制种群结构图, 编制静态生命表, 拟合并分析存活曲线, 运用数量化方法研究种群动态, 揭示种群生存现状, 预测种群发展趋势, 以期为该物种的保护、管理及结构恢复提供理论依据。结果显示: 3个林区紫果云杉种群自然更新能力强, 幼苗、幼树储量丰富, 幼小龄期死亡率普遍偏高; 尕海-则岔种群存活曲线符合Deevey-III型, 种群稳定结构完整, 卡车林区和冶力关林区种群存活曲线均符合Deevey-II型, 且均出现了局部衰退; 3个林区种群动态指数均大于0, 说明种群均属于增长型, 增长潜力为尕海-则岔>卡车>冶力关; 受随机干扰时卡车林区紫果云杉最敏感, 冶力关次之, 尕海-则岔种群最稳定。该研究表明: 竞争和自疏作用是造成紫果云杉幼小龄级个体存活率偏低的普遍因素, 3个林区不同的生存状况反映了紫果云杉种群在不同生境及生活史下生存能力的差异, 保护幼苗生存环境并提高幼苗质量和存活率是种群更新和发展的关键。尕海-则岔紫果云杉生存良好, 种群生存状况主要受自身生物学特性和环境因子的影响; 卡车林区主要受人为影响, 种群结构遭到破坏; 冶力关林区受分布限制, 造成种群结构不稳定, 须采取一定的人工措施来促进种群更新与增长。     

基于地面LiDAR数据的塔里木河下游胡杨林结构参数反演

以塔里木河下游天然胡杨林为研究对象,利用Riegl VZ-1000型地面激光扫描仪(Terrestrial Laser Scanning, TLS)获取离河道不同距离的8个样方内513棵胡杨的三维点云数据,通过建立冠层高度模型、Hough变换等方法获取单木株数和结构参数,并与传统的每木检尺实测数据和无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)低空影像进行对比,验证激光雷达方法的测树精度;对TLS获取的胡杨树形参数进行相关性分析,并建立关系模型;探讨不同水胁迫条件(不同离河道距离,不同地下水埋深)对胡杨单木结构参数的影响;最后按不同径级划分胡杨的年龄,得出各龄级胡杨所占比例。结果表明:(1)TLS能够高精度获取不同密度和长势的胡杨单木株数和结构参数,单株准确分割比率为94%—100%,相对于UAV低空影像更为准确;(2)TLS获取的胡杨树高(Tree height,TH)、胸径(Diameter at breast height, DBH)、冠幅直径(Crown diameter,CD)和冠幅面积(Crown area,CA)与传统实测值拟合度R~2较高,分别为0.95、0.97、0.77和0.84,表明实测数据和TLS获取数据无明显差异;(3)胡杨CD、CA分别与TH呈显著正相关,其相关性系数为0.73、0.67;基于此构建了胡杨TH与CD的关系模型,即TH=2.6274×CD~(0.706),R~2为0.64;(4)根据径级划分胡杨年龄段可知,DBH为15—30 cm的近熟林比例最大,占8个样方内监测胡杨总株数的47%,表明胡杨种群年龄结构相对稳定并总体态势良好,呈现了生态输水对塔河下游胡杨种群恢复有明显的促进作用。总之,激光雷达技术能够客观反映胡杨树形结构参数,可替代耗力、耗费、耗时的传统实测方法,为时时掌握胡杨林生长发育、长势动态以及多尺度、多时相生态耗水研究提供高精度信息,为干旱区荒漠河岸林的有效保护与可持续管理提供科学依据。     

闽江河口湿地不同植被带土壤全硅的含量及分布特征

硅是湿地系统元素循环所关注的重要内容之一,土壤全硅的分布特征与湿地土壤-植物系统活跃程度密切相关。于2016年1-12月,以闽江河口鳝鱼滩湿地为研究对象,通过野外原位采样及室内实验分析,对短叶茳芏、短叶茳芏与互花米草交错带、互花米草3种植物类型湿地的土壤全硅含量和储量的变化特征进行观测。结果表明：短叶茳芏、短叶茳芏与互花米草交错带、互花米草湿地土壤全硅的年平均含量依次为197.67、201.21、210.33 mg/g,表现为由陆向海方向逐渐增加的趋势;季节上均呈现秋冬高于春夏的趋势;土壤全硅含量和储量均表现为上部土层（0-30cm）高于下部土层（30-60cm）。经统计分析发现,湿地土壤全硅含量与有机质显著负相关（P < 0.05）,与含水率和pH有极显著正相关关系（P < 0.01）。除短叶茳芏湿地外,其余2种湿地土壤全硅含量与有效硅含量显著负相关（P < 0.05）。研究闽江河口湿地不同植被带土壤全硅含量和储量及其分布特征,旨在揭示湿地土壤全硅水平在不同类型湿地植被生长影响下的变化过程,为本研究区的硅素研究补充关键数据。     

基于生态系统服务供求评价的空间分异特征与生态格局划分——以长三角城市群为例

生态系统服务供给与需求能力存在显著的空间异质性与空间失衡,对区域经济发展与环境保护产生巨大影响。以长三角城市群区县为研究单元,分别核算其生态系统服务供给与需求值,引入梯度分析,分析生态系统服务供给与需求的空间特征,并基于供求分析提出长三角城市群生态格局分区方案,且针对性地提出相应片区的发展策略,为长三角城市群土地利用规划、区域协调发展提供科学依据。研究结果表明:(1)长三角城市群生态系统服务供给能力与土地利用类型密切相关,呈现从北到南逐渐升高趋势;(2)长三角城市群生态系统服务需求能力与社会经济发展联系紧密,在长江入海口附近形成生态系统服务需求高值区,然后向外围递减;(3)沪宁杭庐发展梯度带上,生态系统服务供需大致呈现负相关趋势;(4)基于生态系统服务供需关系构建,得到长三角城市群生态格局四大分区:生态保育区(高供给-高需求),生态修复区(低供给-高需求),生态重塑区(低供给-低需求),生态开发区(高供给-低需求)。     

变异条件下淮河流域生态径流变化特征及驱动因子

基于淮河流域7个水文站点1956—2016年逐日径流量和72个雨量站点1960—2016的逐日降水量数据,利用Pettitt变异点检测、生态赤字和生态剩余等生态径流指标,定量分析淮河流域水文变异特征,根据生物多样性指标和水文变异指数间的关系,分析该流域水文变异的生态效应,利用位置、尺度、形状的广义可加模型(Generalized Additive Models for Location, Scale and Shape,GAMLSS)理论框架量化气候因子对生态径流变化的贡献。研究表明:(1)水文变异后生态剩余减少,生态赤字增多,干流流量历时曲线比支流下移更明显;年生态剩余/赤字与面降水距平变化一致,水利工程调蓄作用是夏季生态径流与降水距平相关性差的主要原因;(2)除冬季外,淮河流域年、季尺度生态赤字(生态剩余)逐年增加(减小),春季增加最为明显。尽管冬季生态剩余比其他季节高,但生态剩余整体减小,21世纪干流生态剩余达最低,香农指数表明淮河流域生物多样性逐年下降。生态径流指标与水文改变指标(Indicators of Hydrologic Alteration,IHA)指标相关达0.45,能体现IHA大部分参数信息;(3)淮河流域生态径流对北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)、太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)和Nino3.4气候因子影响最为敏感。干流生态径流对气候因子响应最敏感,而支流生态径流对气候因子响应不敏感,通过GAMLSS模型构建的生态径流对极端值和局部趋势拟合的效果更优。