松花湖富营养化发生的阈值判定和概率分析

湖泊、水库富营养化是目前国内外环境科学领域关注的热点,也是我国面临严峻的水环境问题。选择松花湖为研究对象,以2002~2004年松花湖水体中与富营养化相关指标的特征为依据,运用多元相关分析和多元逐步回归分析以及室内藻类模拟实验和蒙特卡罗随机模拟的方法,围绕松花湖富营养化主要限制因子识别、富营养化发生的阈值判定和概率分析开展研究。结果指出:总磷和总氮是松花湖富营养化的主要限制因子,总磷是水体富营养化的第一限制因子;松花湖富营养化发生的阈值为:总磷含量0.065mg.L-1、总氮含量0.843 mg.L-1和叶绿素a浓度11.90μg.L-1;松花湖水体发生富营养化的概率为0.69,其中,无风险的区域占19.21%、一级的区域占9.79%、二级占20.31%、三级占16.5%、四级占25.8%、五级占8.39%,可见,松花湖大部分区域处于轻度富营养化阶段,小部分区域处于中营养阶段。该结论对全面、合理地了解松花湖富营养化的现状以及有效地预防和控制松花湖富营养化的发生和保护湖泊水质具有重要的参考价值,也为水体富营养化的定量化和制定富营养化的标准提供了可行的途径和方法。     

浑河河岸带六种草本植物氮、磷含量特征

通过实地采样方法,测定了大伙房水库上游浑河河岸带水蒿(Artemisia selengensis)、狼牙委陵菜(Potentilla cryptotaeniae)、水金凤(Impatiens noli-tangere)、茵陈蒿(Artemisia capillaries)、金盏银盘(Bidens biternata)、桃叶蓼(Polygonum persicaria)6种草本植物在7、8和9月根、茎和叶的总氮(TN)、总磷(TP)含量.结果表明:浑河上游6种草本植物TN含量为5.10～45.06 mg· g-1,TP含量为1.60～18.01 mg·g-1,氮/磷比平均值为2.68,范围0.92 ～6.14,显示出该地区P过剩;不同植物之间、同种植物不同器官中的TN、TP含量有显著性差异.综合考虑,水金凤中TN、TP含量高于其他5种植物,可以作为以水体修复为目的的河岸带植被恢复的备选植物.     

巢湖叶绿素a浓度的时空分布及其与氮、磷浓度关系

基于巢湖水体2002~2007年水质监测资料,对叶绿素a浓度的分布、动态及与TN、TP的关系进行了统计分析。巢湖叶绿素a浓度与TN、TP的浓度分布存在明显的空间差异,西半湖叶绿素a浓度全年高于20μg/L,TN为1.94~3.84mg/L,TP为0.20~0.42mg/L;东半湖叶绿素a浓度全年小于5.5μg/L,TN为0.95~1.83mg/L,TP为0.08~0.14mg/L。在东半湖,叶绿素a含量与TN呈不明显的正线性关系,当TP浓度较低时,叶绿素a随TP的增加小幅上升,但是当TP>0.15mg/L时,叶绿素a随TP的增加而明显上升;在西半湖,当水体TN<5.8mg/L或者TP<2.0mg/L时,叶绿素a含量与TN、TP关系为正线性关系,当TN在5.8~9.4mg/L或者TP介于0.2~0.3mg/L间时,叶绿素a含量与TN、TP关系为不显著的负线性关系,当TP浓度>0.3mg/L时,叶绿素a含量与TP关系又为正线性关系。西半湖叶绿素a浓度的变化可能是藻类生物活动与沉积物及水体中营养盐的相互作用结果。在治理巢湖富营养化时,应优先控制西半湖的磷元素。     

氮、磷营养盐对底栖硅藻的生长及生化组成影响

目的:研究了从福建连江海域分离得到的一株野生底栖硅藻(Nitzschia.constricta)的生长和生理特性.方法:测定了在不同氮磷浓度条件下比增长速率、色素,以及不同时期底栖硅藻蛋白和胞外多糖的积累情况.结果:当硝酸氮浓度为900mg/l时,获得最大比增长速率0.21和叶绿素a含量4.31mg/l、类胡萝卜素含量3.44mg/l、胞外多糖产率90.57μg/ml.当氮浓度为75mg/l时,在第10d得到最大蛋白产率28.90μg/ml.当磷浓度为4.4mg/l时,可得到最大比增长速率0.13、叶绿素a含量3.42mg/l、类胡萝卜素2.82mg/l、蛋白含量23.16μg/ml,无磷培养基中第5d的胞外多糖产率最高13.51μg/ml.结论:氮磷营养盐浓度的增加促进了此种底栖硅藻的生长,但不一定会促进蛋白及胞外多糖的产生.     

基于SSD 法的持久性污染物水生态风险阈值研究

应用物种敏感度分布曲线法(SSD)分别计算了DDT、艾氏剂、狄试剂、异狄氏剂、七氯、毒杀酚、林丹、硫丹等8 类持久性有机污染物(POPs)对保护95%的淡水生物时在淡水环境中的浓度阈值(HC5), 水生生物对不同化学物质的敏感度差异较大, 其中对异狄氏剂敏感度最高, 其HC5 值为0.08 μg·L–1, 对毒杀酚、林丹的敏感性较低, 其HC5分别为1.35 μg·L–1、1.24 μg·L–1。以Sigmoidal 型函数为基本模型, 采用Sigmoid、logistic、Weibull、Gompertz、Hill、Chapman 六种多参数模型分别对DDT 的毒理数据进行了浓度对数累积频率拟合, 最后确定以Sigmoid, 5 parameters 函数进行SSD 拟合, 研究结果表明, 八类污染物质的SSD 拟合曲线R2 均大于0.96, 拟合程度高, 拟合效果较好, 能够反映不同物种毒理数据点的累积概率分布。     

基于附生硅藻的川蔓藻水质综合需求研究

选择生长良好的川蔓藻群落,计算其表面附生硅藻的特定污染敏感指数(IPS)和硅藻生物指数(IBD)及其生态类群,以期阐明川蔓藻对水环境的综合需求,为川蔓藻的恢复和保护提供有价值的参考.结果显示,川蔓藻上附生硅藻共36种,分属9科13属,以异极藻属(Gomphonema)、舟形藻属(Navicula)和菱形藻属(Nitzschia)为主,优势种有Cocconeisplacentula var.euglypta,Cymbella tropica,Achnanthidium minutissimum,Nitzschia amphibia和Gomphonema minutum.硅藻指数IPS和IBD显示水体质量为"好".耐N-自养型和兼性N-异养型生态类群、需氧较高和中等需氧、喜中性类群至喜碱性、微咸水、β-中污和α-中污染性以及富营养性硅藻类群分别大于总数的70%、60%、80%、70%、70%和80%以上.以上结果表明,川蔓藻水体环境pH值7.0～8.0之间,Cl含量大致介于0.1～0.5 g·L^-1之间,水体N浓度较低,有机污染程度较轻,氧气较为充足,适度的营养物质促进川蔓藻的生长,IPS和IBD可以综合显示川蔓藻对水环境的需求.     

基于系统动力学的重庆三峡库区生态安全情景模拟及指标阈值确定

根据重庆三峡库区生态系统的特征,建立了经济子系统、人口子系统和环境子系统的系统动力学模型,并在此基础上确定了其模型的主要参数和反馈关系,通过历史值与仿真值的对比进行了检验。选择了可持续发展型、资源衰竭型和自然状态型3种情景进行模拟最终确定其生态安全的指标阈值,并将其确定的阈值应用于生态安全评价指标,得出重庆三峡库区生态安全指标的综合得分,由此看出库区生态安全呈逐年递增的趋势,但仍然处于较为敏感的时期,需要相关部门的配合,从而最终实现库区的可持续发展。     

滆湖大洪港草、藻状态转换的磷阈值

以滆湖水草残存区--大洪港为对象,研究了自然条件下磷对大洪港草、藻状态转换的影响.对环境因子进行相关分析表明：总磷(TP)与叶绿素a(Chl a)、透明度(SD)呈较好的线性相关关系.主成分分析结果表明,TP、总氮(TN)是影响水质变化的主要成分,其中主成分的贡献率及最大分量来源为TP.总磷浓度的变化影响大洪港草/藻型状态的转换,大洪港冬季处于草型状态,春季从草型状态转换为草-藻中间状态,夏秋季一直维持在草-藻中间状态.系统从草型状态向藻型状态转换的湖水总磷阈值为61 μg·L^-1,从草-藻中间状态向藻型状态转换的总磷阈值为115 μg·L^-1.可通过采取削减与控制污染源、底泥疏浚、构建沉水植被区等措施来改善湖区生境,使TP浓度降低到61 μg·L^-1以下,以维持大洪港处于草型状态.     

基于流域复合生态系统阈值特性的动态赋权理论分析

本文基于流域开发复合生态环境系统累积环境效应的产生机理,以及系统的非线性动力学特征和累积环境效应反应过程特征曲线,提出了时序多指标决策理论模式,建立了复合生态环境效应的动态监测因子确定评判标度的量化模型.建立的动态决策理论是在决策空间和目标空间基础上,引入时间和空间参数,使决策过程与结果充分体现了时序特征,对生态系统规划决策和区域环境长期或不定期动态评估具有一定的指导.     

基于SD的生态安全指标阈值的确定及应用——以上海崇明岛为例

结合区域复合生态系统的特点,建立由经济、人口、资源、环境和生态5个子系统71个参数构成的上海崇明岛区域生态安全的系统动力学模型,并以变量"净GDP"为参考依据,通过情景仿真进行生态安全趋势分析和方案比较,确定生态安全的指标阈值;通过系统模拟对阈值进行验证,认为阈值在反映系统动态发展趋势上,是一定发展模式下的生态安全的特征参照系。这一尝试克服了目前生态安全指标阈值的研究中以参照法为主的静态性缺憾。将确定的阈值应用于崇明岛生态安全的评价和因子分析中,发现由于崇明岛生态岛的定位和生态保障措施的实施,近几年生态安全综合得分呈现逐步提高的特点,但目前(2007年)得分为0.523,仍处于中等水平;并以阈值为标准的因子检验发现各主要安全因子差异较大,主要的制约因子主要体现为环境治污水平和能源利用等方面。     

Surface sediment diatom assemblages and epilimnetic total phosphorus in large, shallow lakes of the Yangtze floodplain: their relationships and implications for assessing long-term eutrophication

1. The Yangtze floodplain (SE China) is characterized by a number of large shallow lakes, many of which have undergone eutrophication due to the intensification of agriculture and urban growth over recent decades. As monitoring data are limited and in order to determine lake baseline nutrient concentrations, 49 lakes were sampled, covering a total phosphorus (TP) gradient (c. 30–550 μg L⁻¹) to develop a diatom-based inference model. 2. There are three dominant diatom assemblages in these shallow lakes with a marked change in assemblage structure near the boundary between eutrophic and hypereutrophic nutrient levels (as indicated by their TP value). Canonical correspondence analysis indicated that TP was the most important and significant variable in explaining the diatom distributions, independently accounting for 9.5% variance of diatoms. 3. Forty-three lakes were used to generate a transfer function using weighted averaging (WA) with inverse deshrinking. This model had low predictive error (root mean squared error of prediction; RMSEP_jack = 0.12) and a high coefficient of prediction (R²_jack = 0.82), comparable with regional TP models elsewhere. The good performance of this TP model may reflect the low abundance of benthic diatom species which are commonly regarded as the main error source in European shallow lake WA models. 4. The WA model was used to reconstruct the past-TP concentrations for Taibai Lake, a shallow hypereutrophic lake in Hubei province. The results showed that TP concentration varied slightly (43–62 μg L⁻¹) prior to the 1920s, indicating an eutrophic state since the 1800s. A period of sustained eutrophication occurred after 1950, because of the development of agriculture, reflecting by maximum values of Aulacoseira alpigena and increased abundance of Cyclotella meneghiniana, C. atomus and Cyclostephanos dubius. The steep increase in nutrient concentration after 1970 was related to the overuse of chemical fertilizer and fish farming in the catchment. 5. The shift in fossil diatoms from epiphytic to planktonic forms in the lake sediment core during 1950–70 provides useful information on the transformation from macrophyte-dominated to alga-dominated states. It is plausible that the TP concentration of 80–110 μg L⁻¹ observed in this study is the critical range for switching between the two stable states in the lake. 6. The regional diatom-TP model developed in this study allows, therefore, the possibility of reconstructing historical background nutrient concentrations in lakes. It will provide an indication of the onset and development of eutrophication at any site. This is particularly important for the many lakes in the Yangtze floodplain where information about historical changes in water quality is lacking.     

三峡水库香溪河库湾底泥中总氮、总磷含量的时空分布

2004年10月-2006年7月,对三峡水库香溪河库湾底泥中总氮(TN)、总磷(TP)含量的时空分布特征及其影响因素进行了分析.结果表明：香溪河库湾底泥中TN、TP含量均表现为“中间高,两头低”的空间分布规律,其中,TN含量最高值为1.08 mg·g^-1,出现在库湾中部区域,最低值为0.89 mg·g^-1,出现在河口附近区域;TP含量最高值为1.07 mg·g^-1,最低值为0.80 mg·g^-1,分别出现在库湾中部和库尾.TN含量按秋季、冬季、春季的顺序依次降低,从春季到夏季则大幅上升,夏季达最高值;TP含量的季节波动较小,以春季最高.研究区底泥中TN、TP含量的年际差异均达显著水平.香溪河库湾底泥中总氮、总磷含量的空间分布主要受水体中悬浮物质沉积率的影响,沉积率较高区域的TN、TP含量较高;TN含量的季节波动主要受上游来水量季节变化的影响,而TP含量 的季节变化主要源于点源污染.     

黄土高原不同土壤质地农田土壤碳、氮、磷及团聚体分布特征

结合野外观测和室内分析,研究了黄土高原不同土壤质地农田土壤碳、氮、磷含量及其生态计量学特征,以及土壤团聚体分布状况,以揭示土壤质地对区域农田土壤肥力的影响,以及土壤团聚体对肥力的调控作用.结果表明: 黄土高原农田土壤大团聚体含量、主要养分含量及其生态计量比值均随土壤质地由细变粗(壤质黏土→黏壤土→砂质壤土)逐渐降低;土壤pH值和微团聚体含量则呈现出相反的变化趋势. 随土壤黏粒含量增加,大团聚体含量、有机碳、全氮和全磷含量,以及C/P和N/P显著增加,土壤pH和微团聚体含量显著降低. 土壤有机碳、全氮和全磷含量,以及C/P和N/P随大团聚体含量的增加显著增加.表明区域尺度上农田土壤肥力状况取决于土壤质地,并受土壤大团聚体的调节.     

中国主要湿地植被氮和磷生态化学计量学特征

研究湿地植物氮(N)和磷(P)的生态化学计量学特征对揭示植物与生境的耦合关系具有重要意义。通过收集中国52个采样区湿地植物不同器官和全株样本的N和P含量, 对其进行分类和统计分析, 探讨植物器官、生长期、植物类型、湿地类型和气候带对湿地植物N和P生态化学计量学特征的影响。结果表明: 1)湿地植物各器官N、P和N:P的几何平均值均表现为叶片(N, 16.07 mg·g^-1; P, 1.85 mg·g^-1; N:P, 8.67) >地上部分(N, 13.54 mg·g^-1; P, 1.72 mg·g^-1; N:P, 7.96) >茎(N, 7.86 mg·g^-1; P, 1.71 mg·g^-1; N:P, 4.58); 2)叶片N含量随时间变化呈现“三峰”型变化, 峰值分别出现在5月、7月和9月; 茎的N含量随时间变化表现为“双峰”型, 峰值出现在5月和9月; 成熟期之前, 植物叶片的N:P与N趋同波动, N:P主要受N含量控制; 衰老期N:P受P含量控制。3)湿地类型是影响植物叶片N和P生态化学计量特征的关键因素, N和P含量最高值出现在河流, 最低值出现在沼泽湿地, N:P的变化趋势大致与之相反。4)植物叶片N、P和N:P的几何平均值都表现为热带>温带>亚热带, 但总体差异不显著(p > 0.05)。5)中国大部分湿地植物叶片N:P < 14, 表现为N限制。     

贺兰山不同海拔土壤团聚体碳氮磷含量及其化学计量特征变化

探究干旱半干旱区山地森林生态系统不同海拔土壤养分在团聚体中的分布规律,可为理解脆弱山地生态系统养分循环提供理论依据.本研究以贺兰山不同海拔(1380 ～2438 m)土壤为对象,分析0～20 cm土层团聚体分布及其稳定性、不同粒级团聚体有机碳、全氮、全磷储量及其化学计量特征.结果 表明:随海拔升高贺兰山主要土壤团聚体由...     

长江平原区乡村景观的结构、管理及其对土壤氮磷的影响

通过实地研究主要位于宜兴市域的区域乡村景观代表性样方,评价并阐明了人口密集的长江平原区乡村景观的结构、管理与土壤全氮、全磷密度和储量的关系.景观绘图是基于1m分辨率的IKONOS影像并采用生态立地分类及绘图标准,通过直接解译和实地检验对均质景观缀块进行分类和绘图;依据区域权重分层取样方法,在生态立地缀块中随机设定取样点进行土壤或底泥取样;通过自助法对12个样方重取样,用区域多变量最优化方法计算样方的区域权重,并结合不确定性分析模型评价区域土地利用/覆被、土壤全氮和全磷储量.结果表明:在85.24×103km2的长江平原区乡村景观面积范围内,0～30cm土壤全氮、全磷储量分别为29.87Tg N和 19.79Tg P.最大的5种土地利用/覆被的类型为水田、水产养殖、非渗漏性建筑用地、旱地1年生作物和闲置水域,占区域总面积的82.9%;其土壤全氮、全磷储量分别占区域总量的82.6%和80.8%.其中平原稻田面积为38.93×103km2,占总面积的45.5%;其0～30cm土壤全氮、全磷储量分别高达15.26Tg N和9.13Tg P,分别占总储量的51%和45%.揭示了人口密集的乡村景观中土地利用/覆被方式对区域土壤全氮、全磷的影响模式.这种在小尺度下对土地管理调查,土壤全氮、全磷及其它生态特征研究方法的精确度明显优于传统的基于30～1000m分辨率遥感影像的土地覆被研究.     

三峡库区消落带水位变化对落羽杉C、N、P 生态化学计量特征的影响

为了解落羽杉C、N、P生态化学计量特征对三峡库区消落带水位变化的响应,2016年9月测定重庆市忠县汝溪河消落带植被修复示范基地内种植于海拔165 m(重度水淹组)、170 m(中度水淹组)、175 m(对照组)的落羽杉根、枝条、叶片中碳(C)、氮(N)、磷(P)元素含量以及植株生长指标,分析水位变化对其生长和C、N、P生态化学计量特征的影响。结果表明:(1)三峡库区消落带落羽杉通过降低生长速率来适应水位变化,植株整体生长状态良好;(2)落羽杉各器官C含量分配比较均衡,N集中在叶片中,P主要贮存在根中,未见严重缺素现象;(3)重度水淹组植株叶片C含量受到水位变化显著提高;水位变化显著降低了中度水淹组植株根P含量却显著提高了其叶片P含量,导致中度水淹组植株叶片C∶P和N∶P显著降低,根C∶P显著升高。研究结果表明,三峡库区消落带落羽杉能保持器官之间合理的元素分配来保障其生长所需,表现出对三峡库区消落带水位变化的良好适应性。     

1940—2002年长江中下游平原乡村景观区域中耕地类型及其土壤氮磷储量的变化

过去60a间,长江中下游平原乡村景观区域中土地利用覆被类型,特别是耕地类型发生了显著地转变,并对其土壤全氮和全磷产生了明显地影响。通过选取区域代表性样方、研究耕地类型的小尺度转化、土壤取样和收集1965年前土壤全氮、全磷历史数据,采用尺度推绎和蒙特卡洛不确定性分析方法,评价了1940-2002年长江中下游平原人口密集的乡村景观区域中耕地类型及其土壤全氮、全磷储量的变化。结果表明:近60a来,在86×103km2的区域中有47%的面积发生了变化,其中33%的面积是耕地类型转化。耕地面积减少18.6%(-16.0×103km2),其中稻田面积减少21.5%(-18.5×103km2),种植木本作物的旱地面积减少1.7%(-1.5×103km2);而种植木本作物和种植1年生作物的水浇地的面积分别增加了3.5%(3.0×103km2)和2.0%(1.7×103km2)。尽管稻田面积大幅减少,但其仍是区域中面积最大的土地利用覆被类型。1940-2002年,有98%的可能性区域耕地0-30cm土壤全氮储量净减少,而其0-30cm土壤全磷储量则无明显变化。区域耕地土壤全氮储量明显减少(-7.2Tg N),主要受稻田土壤全氮储量显著减少(-8.0Tg N)的影响,而稻田面积大幅减少是导致稻田土壤全氮储量减少的主要原因。与此同时,种植木本作物的旱地的土壤全氮储量减少了0.7Tg N;而种植木本作物和种植1年生作物的水浇地分别增加1.3和0.7Tg N。区域耕地土壤全磷储量变化不明显,主要受稻田土壤全磷储量无明显变化的影响。尽管稻田面积大幅减少,但由于稻田土壤全磷密度增加了29%(其净增加的可能性为76%);加之稻田土壤全磷密度变异较大,所以稻田土壤全磷储量并没有明显减少,其净减少的可能性仅为64%。与此同时,有75%的可能性种植木本作物的旱地的土壤全磷储量净减少,但仅减少了0.3Tg P;而种植木本作物的水浇地和种植1年生作物的水浇地土壤全磷都有少量增加,分别为0.7和0.4Tg P。通过选取区域代表性样方、研究耕地类型的小尺度转化、土壤取样和收集土壤历史数据、结合尺度推绎和蒙特卡洛不确定性分析方法,能够揭示1940-2002年长江中下游平原人口密集的乡村景观区域中耕地类型及其土壤全氮和全磷储量的变化。     

施氮频率和强度对内蒙古温带草原土壤pH及碳、氮、磷含量的影响

以内蒙古温带典型草原为研究对象,通过 9 个氮沉降梯度以及一年 12 次和一年 2 次的施氮频率比对,经过4年的氮沉降模拟,研究不同氮沉降强度和频率对不同土层土壤 pH 及碳、氮、磷含量的影响.结果表明: 随着施氮强度的增加,土壤 pH 及全磷含量逐渐降低,但土壤有效氮和有效磷的含量呈增加趋势,可溶性有机碳(DOC)含量无明显变化规律,而土壤全碳、全氮含量基本保持不变.与更接近于自然氮沉降状况的一年 12 次施氮相比,一年 2 次施氮明显高估了氮沉降在降低土壤 pH和增加有效磷含量上的作用,低估了氮沉降在增加土壤有效氮含量上的作用,其中0～5 cm土层差异显著.