黑河流域生态经济带分异协调规律与耦合发展模式

在西北干旱地区建设黑河流域生态经济带,是从根本上高效配置流域水资源,彻底化解流域上,下游利益冲突,实现利益共享,保护流域生态环境,推进流域可持续发展,全面实施国务院黑河流域分水方案的重要途径,通过对黑河流域生态经济带上－中－下游投入产出效益的比较分析和流域上、中、下游生态－生产、生活系统发展分异及互动协调关系的分析,提出了黑河流域生态经济带上－中－下游多维互动的协调耦合发展模式,进而提出了黑河流域生态经济带建设与发展的主要途径,包括推进黑河流域经济发展一体化和集成管理公司化,大力推行全流域水资源的差异化有偿使用制度,实施流动上、中、下游的水权转让贸易,实行规范的流域财政转移支付制度,建立流域资源与生态环境和经济的整合帐户体系,实行跨行政区域河流边界水量水质达标交接制度,等等。     

干旱内陆流域河道外生态需水量评价——以黑河流域为例

河道外生态系统需水量的合理评价是干旱区水资源合理配置与管理、生态环境保护与建设中最为关键的科学问题。基于不同植被蒸散发潜力估算模型,依据不同生态系统及同一生态系统在不同气候与地理区域具有不同生态需水规律的特点,提出了可模拟和评价不同时期生态系统需水量的方法,不仅能体现生态系统需水量的年际变化,也能反映年内不同时间段(月、季节甚至每日)的需水量变化,并提出干旱区生态适宜需水量在不同时期是一个区间。以黑河流域中下游地区为研究区域分析其生态需水量,结果表明:黑河中游地区年平均生态需水量(11.16±2.67)×108m3,其中绿洲生态系统需水(9.13±2.29)×108m3;下游地区生态需水量(16.16±4.04)×108m3,现状绿洲生态体系需水(11.06±2.77)×108m3,现阶段实施的下游分水9.7亿m3/年的方案,可以促使现有绿洲生态系统有一个良好的结构与功能,并给出了不同典型年不同月份的生态需水量及其变化。     

河湖生态系统生态用水优化研究——以滇池流域为例

生态需水是河流与湖泊生态系统健康的重要基础。湖泊流域的河流与湖泊生态系统之间存在密切的水量联系,目前对流域内生态用水的研究多为单一生态系统生态需水简单相加,忽略了河流和湖泊之间复杂的水量联系。基于河湖复合生态系统之间的水量联系构建了河湖生态系统生态用水优化模型,并以滇池为例分析了河湖生态系统生态用水规律。结果表明：湖泊流域中单一河流或湖泊生态需水计算结果不能满足复合生态系统的生态用水要求,需要综合考虑河流和湖泊之间的水量联系;在当前水质状况下,牛栏江每年的调水量不能满足滇池流域的生态用水要求;滇池流域水体污染对流域内生态用水影响较大,随着水体污染程度的下降,流域生态用水量和调水量呈指数下降,河流生态用水呈线性下降。     

流域水生态功能分区以及区划方法的研究进展

持续而剧烈的人类活动已经对水生态系统的健康和安全造成了严重的影响。对流域的水生态功能进行甄别,合理划分其生态功能区,并按不同功能合理管理水资源,成为协调经济发展和水生态保护的关键因素之一。本文通过分析流域水生态功能分区的概念、内涵、特征以及区划方法的系统发展,提出了水生态功能分区的一般划分原则、划分指标和方法,为建立和完善我国流域水生态功能分区的理论和方法,提供了基础信息。     

基于压力-状态-响应模型的黑河中游张掖市生态安全评价

生态系统服务的状态与生态是否安全密切相关,生态系统服务的正常发挥是实现生态安全的前提。近年来,中国西北荒漠-绿洲扩张速度加快,改变了生态系统服务的供给与传输,进而影响了区域生态安全。以典型荒漠-绿洲区域黑河中游的张掖市为例,基于压力-状态-响应模型,耦合生态系统服务理论,构建了黑河中游生态安全评价指标体系,评估了2001-2015年黑河中游生态安全演变趋势。研究结果表明黑河中游生态系统面临的资源消耗和环境污染压力越来越大,压力指数有所降低;部分地区出现植被退化、破碎化增加等现象,状态指数略有降低;在实施节水灌溉、产业转移、湿地保护等举措后,响应指数显著增加。总体来看,2001-2015年黑河中游生态安全水平呈现波动增长趋势,生态安全综合指数由0.3748增至0.5888,生态安全等级由\"较不安全\"达到\"临界安全\"状态,其中高效节水灌溉面积、生态用水量、地下水开采率等水资源相关要素是影响绿洲生态安全水平的主要因子。基于以上研究,提出了坚持生态保护优先、调整种植和产业结构、发展高效节水灌溉技术、提高公众生态保护意识等提高生态安全水平的相关对策与建议,以期为促进区域生态经济可持续发展提供支撑。     

呼伦贝尔草原草甸生态功能区建设效益评价

生态工程费用效益评价是对生态工程实施有效性及合理性的评估。基于费用效益理论,分析了呼伦贝尔草原草甸生态功能区建设费用投入情况,在区分气候与人类活动因素对生态效益变化的贡献率的基础上,采用遥感和统计数据从生态、经济和社会三个方面评价了该功能区的综合效益,计算功能区建设工程的效益-费用比,综合评估了呼伦贝尔草原草甸生态功能区建设的经济性。结果表明:(1)2010—2014年该功能区重点生态功能区相关领域建设总投入为84.31亿元,其中重点生态功能区建设投入为1.18亿元,占总投入的1.40%;(2)利用残差趋势分析法计算出人类活动因素对研究区产生生态效益变化的贡献率为37.25%,2011—2015年该功能区重点生态功能区建设产生的生态效益为12458.13万元;(3)2011—2015年该功能区重点生态功能区建设产生的经济效益和社会效益分别为4877.74万元和2804.85万元;(4)呼伦贝尔草原草甸生态功能区建设的工程效益-费用比为1.71,效益高于费用,证明该工程具有一定的经济性。研究将为国家重点生态功能区工程的不断完善以及加快推进实现国家重点生态功能区的功能定位提供一定的科学支撑。     

水生态空间红线概念、划定方法及实证研究

我国面临着多方面、复杂的水生态问题:洪涝、干旱、水质污染、水生生境丧失以及人水关系日益疏远等等。解决这些问题,不能依赖单一目标的灰色工程方法,而必须从维护和保育水生态系统的完整性出发,来系统地解决问题。为此,如何定义一个相对完整的水生态系统的边界、划定维护其安全和健康的底线,即水生态空间红线,是用生态方法综合解决水问题的基础性的工作。研究提出了以保护水生态系统的综合生态服务为核心的水生态空间红线概念;提出了以水生态安全格局构建为基础的水生态空间红线划定方法和\"水生态问题分析-水生态过程模拟和评价-水生态安全等级划分-水生态安全格局判定-水生态空间红线的划定\"技术流程,分别划定水资源供给保护、水文调节保护、水生命支持和水文化保护四种类型的水生态保护空间红线,在此基础上,整合为综合的水生态空间红线,它呈现为对水生态过程具有关键意义的点、线、面和空间联系所构成的空间格局,并以雁栖湖流域为例进行了实证研究。     

赣江上游流域景观生态风险的时空分异——从生产-生活-生态空间的视角

以赣江上游流域为研究对象,利用1995年、2005年、2015年的3期遥感影像,分析1995—2015年赣江上游流域的土地利用演变特征;基于景观扰动指数与景观脆弱指数构建土地利用生态风险模型;采用半变异分析、自相关分析等方法,研究了赣江上游流域土地利用风险时空变化与驱动力。结果表明:赣江上游流域城乡生活空间面积显著增加,从三生空间看,农业生产空间面积显著减少,土地利用类型由生态、生产空间向城乡生活空间转化,土地利用程度提高。1995—2015年期间土地利用生态风险逐渐上升,高-高型聚类多分布于章贡区、南康区、信丰县等附近,低-低型聚类多分布于安远县、全南县等附近,高风险区、较高面积逐渐扩大,低风险区、较低风险区面积逐渐缩小,引起土地利用类型变化的因素主要为总人口、公路里程、城镇化率等人为因素。研究结果可为区域生态安全格局构建、土地利用的优化布局提供借鉴。     

西北干旱区山地-绿洲-荒漠系统生态恢复综合效益评估

西北干旱区目前已实施众多生态恢复举措试图修复和重建受损的生态系统,截至目前恢复效果如何我们不得而知,但生态恢复效益评估却能够检测其结果,并为未来的生态工程提供参考。在前人研究的基础上,以地面观测的气象资料、土壤调查数据、多源遥感数据和陆面模型模拟数据作为输入,对基于像元二分法的植被覆盖度估算方法、修正的风力土壤侵蚀模型、修正的通用土壤流失方程和基于光能利用率的净初级生产力模型中的参数进行本地化,更为准确的估算了西北干旱区生态恢复效益评价体系中的关键指标,并集成生态恢复效益指标,评估了1990—2015年西北干旱区14个山地-绿洲-荒漠子系统的生态恢复效益。研究发现:(1)山地-绿洲-荒漠子系统的生态系统结构、生态系统质量和生态系统功能时空分异明显:全区山地系统的生态系统结构有所改善,北疆和伊犁地区的山地-绿洲-荒漠子系统生态系统质量上升,荒漠生态系统的生态系统功能下降;(2)1990—2015年西北干旱区的荒漠子系统生态恢复效益在下降,而绿洲和山地的生态恢复效益在上升。基于多指标的生态恢复效益定量评估有助于客观认识西北干旱区的生态恢复现状和动态,评估结果可为未来生态工程提供具体的空间位置,也为我国其他生态脆弱区的生态恢复效益评价提供参考。     

新疆白杨河流域特征及生态植被需水分析

新疆白杨河流域地跨上游乌鲁木齐市达坂城及下游吐鲁番市托克逊县两个行政区,上游达坂城区位于天山博格达峰山前冲击、洪积山间盆地干旱区,源于天山多支源流汇集于盆地南端峡口,基于峡口形成下游并由有多支流沿程补给白杨河干流,穿越极端干旱戈壁荒漠区的托克逊县直至末端吐鲁番市境内尾闾-艾丁湖,是我国典型少有的跨越干旱与极端干旱叠加型流域灌区,水资源有效利用及水生态环境保护具有重要作用。遵循流域各河流水系形成的自然生态环境属性及河道取水工程节点,采用Penman-Monteith法生态需水定额和卫星遥感面积识别及水文年内展布方法,分析评估流域内上下游绿洲生态环境植被需水量和河流生态基流及其调控断面。结果表明,上游达坂城区黑沟河年生态需水量、生态基流、年均径流占比和控制断面,分别为921万m³、0.29m³/s、18%和黑沟渠首;阿克苏河为1048万m³、0.33m³/s、12%和阿克苏渠首;高崖子河为862万m³、0.27m³/s、12%和高崖子渠首;下游托克逊境内由白杨河干流调节,艾丁湖等生态需水量分别为4256万m³、1.35m³/s、32%和小草湖渠首。白杨河流域年生态需水7880万m³,生态基流2.50m³/s,生态水占年均径流量17%,分析结果为流域生态环境管理保护提供依据。     

青弋江流域大型底栖动物群落结构及水质评价

研究河流大型底栖动物群落结构特征及水环境质量对水生态的保护与修复具有重要意义。以青弋江流域为研究对象,于2020年9月进行了大型底栖动物及水体理化因子的调查,采用相对重要性指数、生物多样性指数及Jaccard相似性系数分析了大型底栖动物群落结构特征,运用丰度/生物量比较曲线法及冗余分析法探究了底栖动物群落受到的干扰程度及其主要影响环境因子,最后利用水生态环境质量综合指数对河流水质进行评价。研究结果表明：(1)共采集鉴定大型底栖动物61种,隶属于3门6纲17目,平均丰度为265.9个/m~2,平均生物量41.6 g/m~2。相对重要性指数分析显示,日本沼虾(Macrobrachium nipponensis)、中国圆田螺(Cipangopaludina chinensis)、羽摇蚊(Chironomus plumosus)及扁蜉(Ecdyrus)为群落中的主要优势种。(2)由群落相似性分析知,Jaccard相似性系数较低,调查点位之间存在较强的空间异质性。(3)冗余分析表明,电导率、氨氮浓度及流速是影响底栖动物群落结构的主要环境因子。(4)生物指数分析结果显示该流域水质为轻度污染或中度污...     

黑河流域水资源承载能力分析

黑河流域属资源性缺水地区,区域水资源难以满足当地社会经济发展和生态平衡的需要.随着西部大开发战略的逐步实施,西北干旱内陆河地区水资源的支撑作用将显得愈来愈重要.因此分析黑河流域水资源现状条件下对区域经济、社会发展的承载能力,显得极为重要.根据黑河流域具体情况,结合流域经济社会发展特点、生态环境状况,以遏制并逐步改善流域生态环境为基本前提,以流域水资源承载能力为约束.首先利用水资源承载压力指数计算了现状条件下黑河流域水资源承载压力度,得出目前黑河流域水资源承载能力属于超负荷承载.水资源将成为制约黑河流域社会经济发展和保证生态平衡的重要因素.当前必须立足于当地的水资源条件,按照以供定需的原则,合理安排生活、生产和生态用水,才能实现流域经济社会和生态环境的协调和可持续发展.然后针对超载现状,对黑河流域规划水平年（2010年）水资源承载能力作进一步的分析评价,根据相关预测资料设计了3种可能情景,利用流域评价的发展系数、协调系数、公平系数和可持续发展系数,从水资源开发利用方式、社会发展方式、经济发展模式、生态恢复程度等方面分析水资源承载能力,并计算其水资源承载压力度,同时结合水资源的可持续发展建立流域可持续发展评价指标体系,进行方案组合和各种发展模式的水资源优化配置.满足流域水资源支撑经济社会可持续发展判据的方案的承载能力指标即为该方案下的水资源可持续承载能力指标.通过对黑河流域现状及规划水平年的水资源承载能力及可持续发展度分析评价,利用水资源可持续发展战略分析,选取出了最优发展模式,为流域的可持续发展提供了基本依据.通过寻求情景方案中水资源承载能力和可持续发展度的最佳组合,实现了经济、社会与生态的可持续发展目标.结果表明：通过努力,谋求经济和社会与水资源承载能力协调发展是有可能实现的.     

Study of codon bias perspective of fungal xylanase gene by multivariate analysis

Fungal xylanases has important applications in food, baking, pulp and paper industries in addition to various other industries. Xylanases are produced extensively by both bacterial and fungal sources and has tremendous potential of being active at extremes of temperature and pH. In the present study an effort has been made to explore the codon bias perspective of this potential enzyme using bioinformatics tools. Multivariate analysis has been used as a tool to study codon bias perspectives of xylanases. It was further observed that the codon usage of xylanases genes from different fungal sources is not similar and to reveal this phenomenon the relative synonymous codon usage (RSCU) and base composition variation in fungal xylanase genes were also studied. The codon biasing data like GC content at third position (GC_3S), effective codon number (N_C), codon adaptive index (CAI) were further analyzed with statistical softwares like Sigma1plot 9.0 and Systat 11.0. Furthermore, study of translation selection was also performed to verify the influences of codon usage variation among the 94 xylanase genes. In the present study xylanase gene from 12 organisms were analyzed and codon usages of all xylanases from each organism were compared separately. Analysis indicates biased codon among all 12 fungi taken for study with Aspergillus nidulans, Chaetomium globosum, Aspergillus terreus and Aspergillus clavatus showing maximum biasing. N_C plot and correspondence analysis on relative synonymous codon usage indicate that mutation bias and translation selection influences codon usage variation in fungal xylanase gene. To reveal the relative synonymous codon usage and base composition variation in xylanase, 94 genes from 12 fungi were used as model system.     

Nucleotide composition and synonymous codon usage of open reading frames in Norovirus GII.4 variants

Abstract

Norovirus GII.4 variants, a genotype in genogroup II belonging to the genus Norovirus, is a single-strand positive sense RNA containing three open reading frames (ORF1, ORF2 and ORF3) and is the most important pathogen causing nonbacterial gastroenteritis outbreaks. By using bioinformatic softwares such as Codon W, SPSS and so on, a total of 292 strains of the viruses isolated from 1974 to 2016 were analyzed for nucleotide composition and synonymous codon usage in each ORF. The result shows that it is enriched for A over the other bases in nucleotide composition, G behind the other bases in the 3^rd site of all synonymous codons in the three ORFs. The patterns of nucleotide composition and codon bias of ORF2 are similar to those of ORF3 and different from those of ORF1. There are generally UpA motif and CpG motif in the codons with the lowest proportion. Correspondence analysis indicates that the codon usage may be changing over a certain time period for ORF1 in 2006 and 2012, ORF2 in 2012, and ORF3 in 2013. ENC (effective number of codons) plot and other analyses indicate that both natural selection and mutational pressure play partly roles in the ORFs, but natural selection is more important for ORF2 and ORF3. Besides, we also found all optimal codons in the ORFs. The study provides a basic understanding of the mechanism for norovirus GII.4 codon usage bias. Abbreviations ORF Open Reading Frame

ENC Effective Number of Codons

COA correspondence analysis

RSCU Relative Synonymous Codon Usage

CAI Codon Adaptation Index

CBI Codon Bias Index

Fop frequency of optimal codons

L_sym number of synonymous codons

L_aa length amino acids

GRAVY grand average of hydropathicity

Aroma aromaticity

Communicated by Ramaswamy H. Sarma     

Impact of translational selection on codon usage bias in the archaeon Methanococcus maripaludis

Patterns of codon usage have been extensively studied among Bacteria and Eukaryotes, but there has been little investigation of species from the third domain of life, the Archaea. Here, we examine the nature of codon usage bias in a methanogenic archaeon, Methanococcus maripaludis. Genome-wide patterns of codon usage are dominated by a strong A + T bias, presumably largely reflecting mutation patterns. Nevertheless, there is variation among genes in the use of a subset of putatively translationally optimal codons, which is strongly correlated with gene expression level. In comparison with Bacteria such as Escherichia coli, the strength of selected codon usage bias in highly expressed genes in M. maripaludis seems surprisingly high given its moderate growth rate. However, the pattern of selected codon usage differs between M. maripaludis and E. coli: in the archaeon, strongly selected codon usage bias is largely restricted to twofold degenerate amino acids (AAs). Weaker bias among the codons for fourfold degenerate AAs is consistent with the small number of tRNA genes in the M. maripaludis genome.     

流域尺度水土保持生物措施减沙效益研究

1　引　　言黄土高原位于黄河中游 ,流经黄土高原的 9大支流进入河口镇至花园口的中游河段 ,总径流量为 187× 10 8ｍ3 ,输沙量占黄河流域总沙量的 90 % .建国以来以修建梯田坝地、造林种草、建谷坊、调整种植结构为主的水土保持工程、生物治理长年不懈 ,其目的在于减水减沙 ,改善流域生态环境 .但是 ,除部分中小尺度流域进入生态、经济效益良性循环的轨道外 ,大部分地区生态环境仍然十分脆弱 ,部分地区有恶化之势 .因此 ,定量评价水土保持工程、生物措施的治理效益是广为关注的研究课题 ,虽相关的研究成果不少 ,但是绝大部分工作是评价水土…     

植物KCO基因密码子使用特性

以植物钾离子外排通道（K’channeloutward．rectifier,KCO）基因为研究对象,运用CodonW软件分析了75个植物KCO基因密码子的使用模式,探讨密码子的使用模式和影响密码子使用的各种可能因素。结果表明：碱基组成差异（r=0．961,P〈0．01）和自然选择（r=0．568,P〈0．01）是影响密码子使用的主要因素,并且高表达的基因强烈偏爱使用以G或C结尾的密码子。确定了UUC、CUC等26个均以G／C结尾的密码子为植物KcD基因的高表达优越密码子。