基于耗散结构理论的考洲洋生态修复研究

考洲洋是一个半封闭性的海湾, 特殊的构造使其物质交换较少, 而近年来外源污染物的积聚, 使得环境问更加堪忧。如何恢复考洲洋的生态环境, 使其成为服务于地方海洋经济可持续发展的平台, 是一个亟需解决的问题。文中应用了物理学耗散结构理论, 对考洲洋生态系统做了整体的分析, 探究了影响该海湾生态环境的主要因素, 提出了实现其生态修复的可操作模式。     

耗散结构、等级系统理论与生态系统

耗散结构理论与其他热力学概念一起,可以解释生态学中的许多现象。生态系统是耗散系统,用耗散结构理论来分析和讨论生态平衡等问题更为合理、准确。等级系统理论是为理解和研究高度复杂系统而发展起来的系统理论。等级系统理论为研究生态系统的行为和特征提供了客观的、适用的概念构架和实践指南,并为生态系统科学的统一性理论的形成开辟了广阔前景。本文拟就耗散结构理论和等级系统理论的主要内容及其在生态学中的应用作一介绍和讨论。     

耗散结构,等级系统理论与生态系统

耗散结构理论与其他热力学概念一起,可以解释生态学中的许多现象。生态系统是耗散系统,用耗散结构理论来分析和讨论生态平衡等问题更为合理、准确。等级系统理论是为理解和研究高度复杂系统而发展起来的系统理论。等级系统理论为研究生态系统的行为和特征提供了客观的、适用的概念构架和实践指南,并为生态系统科学的统一性理论的形成开辟了广阔前景。本文拟就耗散结构理论和等级系统理论的主要内容及其在生态学中的应用作一介绍和讨论。     

基于药物毒性反应等级的Up-and-Down设计

Ⅰ期临床试验主要关心毒性,通常划分毒性为五个水平．简单起见,同时兼顾伦理问题,Ⅰ期临床试验通常采用up-and-down序贯设计(例如BCDⅠ,BCDⅡ,K-in-a-row,Narayana,Improved Narayana)．然而,在分配剂量水平时,该设计没有区分已经试验了的病人的严重毒性水平等级,从而有可能分配给病人更高毒性的剂量水平．因此,本文提出了基于药物毒性等级确定最大耐受剂量的up-and-down设计方法,并进一步研究了该设计方法在各种变化的剂量—毒性关系下的运作特征,并且和标准的up-and-down设计作模拟比较,结果表明该设计方法对Ⅰ期临床试验设计的剂量建议具有重要意义．     

基于药物毒性反应等级的up-and-down自适应设计

Ⅰ期临床试验主要关心药物的毒性,目的是在给定的剂量水平中寻找最大耐受剂量（MTD）．本文提出了基于药物毒性反应等级的up-and-down自适应设计,调查了该设计在各种变化的剂量一毒性关系下的运作特征．结果表明：该设计方法对提高建议MTD的精确度,以及保护病人,防止病人暴露在较高毒性剂量下方面,对Ⅰ期临床试验的设计实现了有意义的改善．     

耗散结构理论与生命科学的发展

耗散结构理论与生命科学的发展孙毅当代,由于耗散结构理论与其它学科的交叉,促进了我们对诸多学科的新认识。这种新认识的实质在于加深了我们对事物本质的揭示。耗散结构理论是普利高津领导的布鲁塞尔学派建立的关于在远离平衡点的状态下,可能出现稳定化的有序的耗散结...     

用耗散结构理论对莫高窟园林用水的分析

通过莫高窟园林用水的调查,发现平均灌溉量为8366mm,远高于敦煌农田的灌水量2250mm,并且全部通过土壤表面蒸发和植物蒸腾耗散掉了.这就出现了一个实际用水量很高的地方,它仍然表现为缺水的悖逆现象.而且也远大于以水面为基础当地的耗散量2486mm.应用 Penman的蒸散指数、Thornthwaite的蒸散指数、Holdridge生命地带指标等进行比较研究,结果仍然不能解释莫高窟存在的现象.通过对于莫高窟的温度、光照、湿度、风速、热量、土壤结构、浇灌方式等与水分耗散有关的因子进行深入的调查与分析后,发现这个现象与耗散结构理论相吻合.应用耗散结构理论解释了在莫高窟园林用水中存在的一个似非而是的问题.水的耗散结构理论对西北干旱地区的水资源利用有重要意义.应用耗散结构理论与前人对水分耗散方面的研究并不矛盾,完全可以在这一理论指导下统一起来,有望建立起统一的水分耗散应用模型.同时对与耗散结构理论相关的熵问题进行了探讨,认为这个问题与时间问题一样,是认识的主体——人的心理错觉,并没有物质上的实质.     

有毒污染物对生物体的毒性效应与自由基反应

概括介绍了有毒污染物对生物体毒性效应的基本类型、毒性效应研究的热点问题、毒物诱导自由基产生的机制和自由基对机体的损害机制等,最后指出今后应进一步认识和加强研究的几个方面的问题,如新型有毒污染物对生物体的毒性效应及其毒性效应产生的机制、慢性毒性效应有毒污染物的毒性效应、生态毒理学方法诊断和评价复合污染物对生物的遗传毒性效应、生物标记物研究和合理清除自由基等。     

MDMA神经毒性长期效应导致皮层和海马组织结构改变

通过短时间多次给药建立3,4．亚甲基二氧基甲基苯丙胺（3,4-methylenedioxymethamphetamine,MDMA）的神经毒性模型,将雄性Wistar大鼠随机分为对照组和实验组,实验组给予MDMA10mg／kg,每小时一次,共4次,即总量为40mg／kg,对照组给予等体积生理盐水。于末次给药后32周采用原位杂交检测5-HT转运体（serotonin transporter,SERT）mRNA和内源性焦虑物质苯甲二氮革结合性抑制物（diazepam binding inhibitor,DBI）的mRNA表达,免疫组织化学染色检测胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein,GFAP）的表达,银染观察神经末梢变化。结果显示,短时间多次给予MDMA后,与生理盐水组比较,MDMA组大鼠海马SERTmRNA信号表达降低（P〈0．05）,大脑皮层DBImRNA的信号表达增高（P〈0．05）,GFAP表达显著升高（P〈0．05）;银染MDMA组大鼠皮层神经末梢明显减少。上述结果提示,MDMA神经毒性导致皮层和海马结构改变持续存在,进而导致脑功能的紊乱。     

菲和芘对土壤中植物根伸长抑制的生态毒性效应

测定了草甸棕壤条件下 ,菲、芘对小麦、白菜、西红柿 3种植物根伸长抑制率 ,以及复合污染毒性效应。结果表明 ,菲、芘浓度与植物根伸长抑制率呈显著线性或对数相关 (P =0 0 5 )。 2种有机物对植物根伸长抑制强度为菲 >芘。这与菲、芘的水中溶解度明显相关。与土壤脱氢酶活性和蚕豆根尖微核实验结果相比 ,植物根伸长对菲、芘毒性更敏感。小麦为有机污染的最敏感指示植物。菲、芘复合污染产生明显协同作用。     

土壤外源金霉素污染对蚯蚓生长发育的生态毒性效应

采用赤子爱胜蚓作为受试生物,研究了土壤金霉素污染对蚯蚓生长发育的慢性毒性效应.结果表明： 暴露7 d时,1、10、100 mg·kg^-1金霉素对蚯蚓体质量均无显著影响,暴露21 d后,10、100 mg·kg^-1金霉素对蚯蚓体质量产生显著抑制作用;1、10、100 mg·kg^-1金霉素均诱导了蚯蚓体内可溶性蛋白含量的增加,且暴露浓度越高,诱导效应越强;1、10、100 mg·kg^-1金霉素胁迫下蚯蚓体内的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)均有不同程度的上升;暴露28 d后,蚯蚓的基因表达也产生了明显变化. 表明金霉素污染对蚯蚓的生长发育具有慢性生态毒性效应,蚯蚓体质量、可溶性蛋白、抗氧化防御酶和基因表达等指标可以作为评价金霉素毒性的生物标志物.     

镉对黑斑蛙精巢组织结构的毒性效应

为了研究镉对两栖动物精巢组织结构的影响,用不同浓度Cd2 溶液对黑斑蛙(Rana nigromaculata)成体隔日皮下注射染毒,光镜下观察精巢组织的显微结构变化。结果表明,镉具有毒性效应,可以导致处理后的黑斑蛙精巢组织中的各级生精细胞、支持细胞和间质细胞受到损伤。对处理组和对照组的精巢组织分别用金属硫蛋白(MT)进行免疫组化定位观察,MT阳性颗粒在处理组和对照组均有表达,表达随处理组镉浓度的增大而减弱。     

生物大分子的自复制和耗散结构的形成

近代的理论生物学指出,生命是结构和功能上高度有序的自复制和自组织的系统。为了解释生命须得首先澄清生命秩序的意义。按照平衡态热力学理论,物质结构的形成仅能在充分低的温度下实现,形成之后就与环境独立,例如晶体。因此,它不能用解释生命秩序的形成和演化。生命结构是个非平衡的动力体系,它在常温下不断地与外界交换着物质和能量,自我复制和自我组织。因为此种结构是在远离平衡态依靠耗散过程而形成和维持的,故命名为耗散结构。但是,耗散结构在无机界也大有存在,例如著名的B(?)nard现象。那么,生命体的耗散结构的形成有何深刻的特征呢?据比     

基于结构洞理论的产业生态群落关联度赋值方法

产业生态系统稳定性的度量是工业生态学研究领域的热点和难点问题.在生态群落关联度的基础上,借鉴社会网络理论中的"结构洞"思想,构造了考虑权重的产业生态群落关联度.对卡伦堡和安阳高新区生态工业园区的案例研究表明,与不考虑权重的关联度指标比较,考虑权重的关联度能够更好地体现节点和链接重要性的不同,由此可以为生态工业园区规划提供了更好的定量化指标.     

基于小麦种子发芽和根伸长的麝香酮污染毒性效应

研究了新型污染物麝香酮对小麦种子发芽及幼苗生长的影响.结果表明,土壤麝香酮（10 mg·kg^-1）污染对小麦发芽率抑制作用达到显著水平（P<0.05）,对小麦根长和芽长的抑制作用达极显著水平（P<0.01）,并且芽长、根长与土壤中麝香酮浓度之间存在极显著（P<0.01）的剂量 效应关系.表明小麦根和芽伸长可以指示土壤麝香酮的污染程度.在土壤麝香酮污染条件下,小麦幼苗的根长和芽长之间呈极显著（P<0.01）的正相关性,发芽率和生物量之间呈极显著（P<0.01）的负相关性.有机污染物的毒性除了与它在水中的溶解度有关外,还与其化学性质及对靶标生物的毒性机制有关.     

LAS和DEHP对草鱼胚胎和鱼苗的毒性效应

LAS对草鱼胚胎及鱼苗96h LC50值分别为4．2mg/L及5．6mg/L。胚胎发育在高于5．6mg/L时出现发育畸形。DEHP在乳化后浓度高达1000mg/L对虹将幼鱼未见急性毒性,在饱和的DEHP溶液中暴露30d的胚－鱼苗阶段试验也未见明显的毒性效应。     

基于景观结构和空间统计学的区域生态风险分析

以农牧交错带的典型区域——内蒙古翁牛特旗为研究对象,基于景观结构中的景观干扰度指数和景观脆弱度指数构建区域生态风险指数,并借助空间统计学中的空间自相关和半方差分析方法,进行区域生态风险空间分布和梯度变化特征分析,得出如下结论：（1）研究区内的生态风险度存在着一定的正相关关系,并随着粒度增大,呈现出下降的趋势;（2）1985～2000年的15a中,研究区生态环境质量整体有所下降,生态风险指数较高的地区有所增加;（3）研究区内的沙地坨甸区生态风险度高,相邻区域的生态风险度也较高;（4）研究区生态风险指数空间分异的步长都比较大,为410.9km。     

中性环境中铝盐絮凝剂对典型作物的生态毒性效应

采用种子发芽和根伸长抑制的陆生生态毒理方法,在中性条件(pH=7.0)下对铝盐絮凝剂(AlCl₃)的生态毒性效应进行了研究.结果表明,AlCl₃溶液在pH=7.0时,与其酸性条件(pH=4.0)相比对萝卜、白菜和小麦等受试作物种子发芽和根伸长均表现出抑制作用,且发芽抑制率和根伸长抑制率与铝浓度均呈极显著相关(P＜0.01).尽管在酸性条件下AlCl₃对白菜和小麦根伸长抑制效应比相同浓度中性条件更为强烈,但对萝卜根伸长的抑制程度在相同铝浓度条件下则是pH=7.0时明显大于pH=4.0时,在低浓度时萝卜发芽抑制率也是中性条件明显高于酸性条件.同时,铝盐在中性条件下对萝卜、白菜的发芽和根伸长产生明显抑制效应的起始浓度低于酸性条件(＜2.0 mg·L^-1).     

基于等级层次分析法的金沙江下游地区生态功能分区

金沙江下游地区是我国西南重要的生态环境保护区域,也是我国未来水电建设的重要区域,在西南民族经济和区域可持续发展等方面都具有十分重要的战略意义。该地区水能资源开发潜力巨大,是我国重要的能源基地,但是该地区生态环境相对脆弱。为了保护这些脆弱生态环境的地区,尽管国家和大多数省级层次的生态功能分区已经制定并颁布和实施,但是如何探索和制定区域、流域尺度的生态功能分区研究却为数不多。而大尺度的生态功能分区研究并不一定非常适合这一具体流域实际情况,所以小尺度典型流域的生态功能分区探索是非常必要的。基于金沙江下游地区的生态环境特征,运用空间分析的方法和技术,采用定性和定量分析相结合的等级层次分析法,对金沙江下游地区进行了生态功能分区。结果表明:金沙江下游地区可划分为2个生态区、6个生态亚区和29个生态功能区;以流域尺度上水源涵养、水土保持和生物多样性保护为主导生态系统功能,进行了重要生态功能分区,确定了金沙江下游地区具有重要意义的19个重要生态功能区域。该重点区域的划分对金沙江下游地区生态安全具有重要生态意义,可用于指导金沙江下游地区自然资源的有序开发利用和产业布局的合理配置,为金沙江下游地区生态环境保护提供科学依据,对维护金沙江下游地区的水电生态安全提供重要指导。     

邻苯二甲酸二丁酯对绿色巴夫藻的生长毒性和干扰效应

采用批次培养的方法研究了邻苯二甲酸二丁酯(DBP)对绿色巴夫藻(Pavlova viridis)的生长毒性和干扰效应。实验设置了0 mg·L^-1、2.5 mg·L^-1、3.0 mg·L^-1、3.5 mg·L^-1、4.0 mg·L^-1、5.0 mg·L^-1和7.5 mg·L^-1 共7个质量浓度梯度的DBP暴露处理组,测定了绿色巴夫藻的细胞密度、光合色素含量、叶绿素荧光特性及丙二醛(MDA)含量等指标,试图揭示DBP对绿色巴夫藻的生态毒性影响规律及机制。结果表明:DBP暴露对绿色巴夫藻的生长具有显著抑制作用,高质量浓度(5.0 mg·L^-1和7.5 mg·L^-1)DBP暴露下绿色巴夫藻细胞10 d内全部死亡;随着DBP暴露质量浓度增加,藻细胞叶绿素a和类胡萝卜素含量均显著降低;DBP暴露使光系统Ⅱ(PSⅡ)的最大光能转化效率(F_v/F_m)、潜在光化学活性(F_v/F_o)、实际光能转化效率(Yield)和光合电子传递速率(ETR)等指标也显著降低;DBP暴露还能够使绿色巴夫藻的细胞MDA含量显著增加。该研究进一步证实了DBP污染物对微藻光系统和酶类生理生化过程的干扰作用。