箱体特征对箱式法观测水-气界面CO2和CH4通量的影响

箱式法是广泛运用于内陆水体CO₂和CH₄通量监测的重要方法,但各研究中使用的箱体特征存在差异,箱体设计缺少统一标准,从而会影响观测结果。为明确箱体透光性、箱体内外气压差以及箱体内气体混合状态对水-气界面CO₂和CH₄通量观测的影响,本研究基于多通道闭路式动态箱观测系统,分别对比明箱和暗箱、箱体是否配备气压平衡阀及风扇对养殖塘水-气界面CO₂和CH₄通量观测的影响。结果表明: 夏季白天观测期间,与可观测CO₂实际通量的明箱相比,当CO₂呈现排放状态时,暗箱高估了90%的CO₂通量;当CO₂呈现吸收状态时,暗箱低估了50%的CO₂通量。暗箱测得的CH₄扩散通量比明箱低40%。箱体内气压是否与外界气压保持平衡对CO₂和CH₄通量影响均不显著。无风扇的箱体观测的CO₂通量代表性较差,在本研究中较有风扇的箱体高20%。无风扇的箱体难以区分不同途径排放的CH₄通量。在运用箱式法观测水-气界面CO₂、CH₄通量时,应使用透明箱体,并在其中安装风扇辅助气体混合。     

太湖梅梁湾冬季浮游细菌的多样性

运用分子生物学方法对太湖梅梁湾2005年3月冬季水体中的浮游细菌多样性进行了研究。提取水样中细菌基因组总DNA,以细菌的16SrDNA通用引物进行PCR扩增,扩增产物经分子克隆、酶切归类分析、测序和序列分析,对水样中的细菌群落建立了针对16SrDNA的克隆文库和系统发生树。基于细菌16SrDNA克隆文库和系统发生树的分析,结果表明,该水域的优势细菌类群为拟杆菌(Cy-tophaga-Flavobacterium-Bacteroides,44.3%)和β、γ变形杆菌(Proteobacteria;β-Proteobacteria,25.3%和γ-Proteobacteria,27.8%),其中大部分细菌与黄杆菌属(Flavobacterium)、假单胞菌属(Pseudomonas)和食酸菌属(Acidovorax)细菌的关系密切。与国外富营养化湖泊的研究报道相比较,γ-Proteobacteria类群为水体中的优势类群,是严重富营养化的太湖在冬季所具有的独特种群结构特征。     

不同许氏平鮋与栉孔扇贝养殖系统水-气界面CO2通量及其主要影响因子

本试验建立了4组中型实验生态系统,即空白对照系统、许氏平鮋单养系统、栉孔扇贝单养系统和许氏平鮋-栉孔扇贝混养系统,利用静态箱-气相色谱法对各养殖系统水-气界面CO2通量进行观测,并测定养殖水体物理、化学和生物指标.结果表明:试验期间,空白对照系统表现为稳定的对大气CO2的源,平均通量为12.42 mg·m^-2·h^-1.扇贝单养系统在试验前期和中期为CO2的源,后期为CO2的汇,试验期间整体为CO2的源,平均通量为10.95 mg·m^-2·h^-1.许氏平鮋单养系统和许氏平鮋-栉孔扇贝混养系统在试验前期表现为CO2源,实验中后期为CO2的汇,试验期间平均通量分别为-3.53和-10.49 mg·m^-2·h^-1,整体上均为对大气CO2的汇.回归分析结果显示,水体pH是水-气界面CO2通量较好的预测因子,pH=8.25是系统水-气界面碳源/汇功能发生转变的临界值.线性混合模型分析结果显示,水体净初级生产力是影响各系统水-气界面CO2通量的主要因子,表明浮游植物是调控系统水-气界面CO2通量的主要生物内动力.在本试验混养密度条件下的栉孔扇贝能一定程度上促进浮游植物生物量和水体初级生产力,从而增强系统水-气界面CO2的碳汇功能.     

用光合-蒸散耦合模型模拟冬小麦CO2通量的日变化

根据SPAC理论建立了一个冬小麦光合和蒸散的耦合模型.冬小麦CO2通量包括冠层光合、呼吸和土壤呼吸.冠层光合采用了Farquhar光合作用生化模型,并通过冠层阻力的参数化将光合作用与蒸腾作用耦合起来.用涡度相关方法观测了CO2通量,对模型进行了验证,结果显示模型可以较好地模拟CO2通量日变化过程.对模型的敏感性分析发现日间CO2通量最敏感的参数是初始量子效率.其次,CO2通量对光响应曲线凸度、CO2补偿点、凋萎点和叶面积指数的变化也有着较强的敏感性;夜间CO2通量敏感的参数是最适温度下Rubisco催化能力和暗呼吸参数.     

用光合-蒸散耦合模型模拟冬小麦CO2通量的日变化

根据 SPAC理论建立了一个冬小麦光合和蒸散的耦合模型。冬小麦 CO2 通量包括冠层光合、呼吸和土壤呼吸。冠层光合采用了 Farquhar光合作用生化模型 ,并通过冠层阻力的参数化将光合作用与蒸腾作用耦合起来。用涡度相关方法观测了 CO2通量 ,对模型进行了验证 ,结果显示模型可以较好地模拟 CO2 通量日变化过程。对模型的敏感性分析发现日间 CO2 通量最敏感的参数是初始量子效率。其次 ,CO2 通量对光响应曲线凸度、CO2 补偿点、凋萎点和叶面积指数的变化也有着较强的敏感性 ;夜间 CO2 通量敏感的参数是最适温度下 Rubisco催化能力和暗呼吸参数     

用光合-蒸散耦合模型模拟冬小麦水热通量的日变化

从SPAC理论出发,建立了一个冬小麦光合和蒸散的耦合模型．感热通量和潜热通量采用Shuttleworth-Wallace的双层模型计算,并通过冠层阻力的参数化,将光合作用与蒸腾作用耦合起来．用涡度相关方法,观测了感热通量和潜热通量,对模型进行了验证．结果表明,模拟值与观测值比较一致,模型可以很好地模拟感热通量和潜热通量的日变化过程．对模型的敏感性分析发现,冬小麦蒸腾比较敏感的参数有凋萎点、气孔导度参数、叶对红外辐射的反射率和光响应曲线凸度;土壤蒸发只对土壤阻力参数的敏感性较强．本模型对水热通量与环境因子作用过程的理论研究和指导农田的灌溉制度等有一定的意义．     

黄土塬区麦田CO2通量季节变化

利用涡度相关法对黄土塬区小麦地CO2通量季节变化进行了研究。结果表明：（1）小麦CO2通量日变化与生育期、光合有效辐射、土壤温度密切相关。（2）小麦各生育期CO2的平均日收支由大到小依次为拔节孕穗期〉返青期〉起身期〉抽穗期〉成熟期〉灌浆期〉出苗分蘖期〉越冬期。（3）白昼CO2通量与光合有效辐射在出苗分蘖期、起身期、成熟期几乎不相关,在灌浆期低度相关,在其他生育期内都达到了显著相关。CO2通量与夜间2cm土壤温度在越冬、起身、拔节孕穗期显著相关,其他5个生育期内为低度相关。（4）小麦收割后表现为碳源,各天具体状况与前一天是否降雨、当天的天气状况有关。     

太湖梅梁湾夏季水体组分光谱吸收特性

2006年8月16、17日对太湖梅梁湾湖区15个样点水体进行采样,利用分光光度计和定量滤膜技术测量了水体要素CDOM、非藻类颗粒物和浮游植物的吸收系数,同时进行水质参数的测定,分别对各水体要素的光谱吸收特性进行分析,并结合水质参数建立相应的区域模式.其中,分UV-C(250～290nm)、UV-B (290～320nm)、UV-A(320～400nm)和蓝光(400～500nm)4个波段建立CDOM光谱吸收的关系模式,同时发现曲线斜率值S与440nm处吸收系数存在很好的二次函数关系,在紫外和蓝光波段R2分别达到0.958和0.835;总悬浮物的光谱吸收特征在不同深度处有些相近,有些则存在明显差异,主要是由有机和无机颗粒物剖面分布的不确定性和总悬浮物浓度所引起;非藻类颗粒物吸收系数在400～700nm的指数函数拟合斜率值S的变化范围为0.0056～0.0090nm-1(平均值(0.0070±0.0008)nm-1),各样点指数函数拟合的R2在0.91以上.在可见光波段范围各水体要素对总吸收系数的贡献大小顺序是:浮游植物＞非藻类颗粒物＞CDOM.浮游植物在蓝、绿和红光波段的平均贡献率都在0.5以上,是水体吸收的主要贡献者;在蓝、绿和红光波段,非藻类颗粒物的平均贡献率分别为0.350±0.145、0.412±0.162和0.232±0.125,CDOM的分别为0.121±0.052、0.088±0.059和0.050±0.038.     

海洋二甲基硫观测技术及其海-气通量分析研究进展

二甲基硫(DMS)海-气交换是全球硫循环的主要参与者,对全球气候变化产生重要影响。有关海洋DMS排放及其海-气交换过程研究已引起人们的广泛关注,并成为现今国际上的研究热点之一。从海洋DMS观测技术及海-气通量估算两方面进行了系统总结,并指出了它们的最新进展和发展趋势,具体包括:虽然遥感技术在获取DMS时空分布及大面数据方面具有独特优势,但气相色谱法是目前应用最为广泛的观测技术,而质谱也越来越受到研究者们的青睐;直接观测技术在提升分析性能的同时朝着自动化、智能化现场实时观测的方向发展;观测对象从单一DMS扩展至其前体、二甲基亚砜等其他物质,同时所获数据呈多元化趋势,准确度也逐渐提升;以滞膜模型为代表的模型估算和以涡旋相关法为代表的直接测量法是目前DMS海-气通量分析的主要方法,而多元化数据则促进了两种或两种以上通量分析方法的联合及对比;深入探究海洋环境因素对海-气交换过程的影响,进一步完善速率常数计算和通量估算方法,是获得适用性更广、准确度更高的DMS传输率常数及提高通量估算准确度的重要途径;将直接观测技术和遥感卫星观测技术相结合,开展时间、空间维度上的全球海域DMS大数据调查研究,并深入评估DMS对海洋环境及气候变化的影响将是未来研究的重要内容;基于大数据基础构建海洋DMS排放趋势模型,实现未来DMS排放的准确预测是DMS观测及其海-气通量分析研究的重要目标。     

铜锈环棱螺对藻华水体沉积物-水界面营养盐通量的影响

于2008年在室内小型试验模拟生态系统中进行了为期1个月的铜锈环棱螺生物干扰对底泥耗氧率和上覆水营养盐通量的影响试验,根据铜锈环棱螺放养密度设置了3个处理组和1个对照组。与试验前相比,培养1个月后,所有处理组和对照组的底泥耗氧率均显著下降;各处理组的底泥耗氧率初期高于对照组,后期低于对照组,且密度高的处理组其底泥耗氧率高于密度低的处理组。除12月7日外,对照组沉积物始终向上覆水释放铵氮,且释放量逐渐减小,而各处理组中,除试验初期沉积物向上覆水释放铵氮外,试验中后期均表现为吸收铵氮。除试验初期外,处理组和对照组中亚硝酸盐+硝酸盐通量主要表现为向上覆水中释放,且处理组1与对照组间存在显著差异(P<0.05)。磷酸盐通量主要表现为,试验初期沉积物向上覆水中释放,后期被沉积物吸收。本试验结果表明,短期内铜锈环棱螺的生物干扰增加了底泥耗氧率,但其长期效应可使底泥耗氧率下降,铜锈环棱螺的存在促进了沉积物中的总体硝化速率,加快了沉积物中的N循环。     

Evaluation of chronic toxicities from sediments before and after ecological project in Meiliang Bay, Lake Taihu, using cell bioassays

An ecological project for water purification was conducted in Meiliang Bay, Lake Taihu, which supplies one-third of the drinking water for Wuxi City, China. Sediment dredging was employed. The floating-leaf and floating macrophytes were planted, combined with wave-attenuating, algal bloom blocking to improve the water quality. At the same time, large amounts of fish net were placed in the experimental zone, to which massive periphytes adhere. To evaluate the effectiveness of remediation, many studies were based on chemical analysis or acute toxicity test. In this study, chronic toxicities before and after the ecological project in Meiliang Bay, Lake Taihu, China, were evaluated based on a battery of in vitro bioassays, including EROD bioassay, recombined yeast assay, as well as umu test for detection of Ah-receptor (AhR) agonists, estrogenic chemicals and genotoxic chemicals, respectively. Before remediation, AhR effect, estrogenic effect and indirect genotoxicity were all detected in sediments of Meiliang Bay, Taihu Lake. After amelioration, levels of AhR agonists decreased by 42.3–80.7%, estrogenic chemicals decreased by 71.6–93.9% and indirect genotoxic chemicals decreased by 23.2–75.0%. Results showed that the ecological project effectively removed the chronic toxicants from the sediments.     

太湖梅梁湾生态系统健康状况周年变化的评价研究

生态系统健康是生态学和环境管理方面一个新兴的多学科综合性研究领域。湖泊生态系统健康包含两个方面的内涵,满足人类社会合理要求和湖泊生态系统自我维持与更新的能力。湖泊生态系统健康评价是湖泊环境管理和生态系统调控的基础。运用Exergy、结构exergy和生态缓冲容量等指标来评价太湖梅梁湾湖区2001年生态系统健康的周年变化,其健康状况由好到坏依次为3～4>1～2>11～12>9～10>5～6>7～8月份。这和分别应用营养状态指数(TSI)和生物多样性指数(DI)进行评价的结果相似,表明运用Exergy、结构exergy和生态缓冲容量指标对湖泊生态系统健康状况进行评价的方法是可行的。     

Toxicity evaluation of Meiliang Bay, Lake Taihu, China—a drinking water source

In this study, potential toxicity in organic pollutants in Meiliang Bay, Lake Taihu, a drinking water source, was investigated using the comet assay and zebrafish embryo test, and two control sites in Lake Changdang and the Changjiang (Yangtze) River were established. For the genotoxicity assay, results showed that organic extracts from water samples induce DNA damage on human lymphocytes and mouse testicular cells. A statistically significant difference (p < 0.01) was observed versus the solvent control, as shown by multiple comparisons at a dose of 100 ml tube⁻¹. The degree of DNA damage caused by Meiliang Bay water was most serious (human lymphocytes cells—184 arbitrary units (AU); 234 AU on mouse testicular cells). Organic extracts also affected zebrafish embryo development. Embryo coagulation, axis abnormality, slow absorbability of vitellicle, and multi-edema related to teratogenesis at 96 hpf were observed. In the high dose group, there was obvious edema in the hearts and vitellicles for most dysplastic embryos. Toxic potential in organic pollutants in drinking water sources from the Yangtze River and Lake Changdang were less serious than Meiliang Bay. Therefore, the drinking water source in Meiliang Bay was unsafe compared to the Changjiang River and Lake Changdang, and it is exigent that Meiliang Bay water quality should be ameliorated further.     

太湖梅梁湾浮游植物叶绿素a和初级生产力

1998年5月～1999年8月对太湖梅梁湾4站点进行了每季1次、为期1年的初级生产力及相关因子研究,分析了梅梁湾叶绿素a含量和初级生产力的时空分布特征．结果表明,梅梁湾的叶绿素a含量、初级生产力均存在明显的季节变化和空间差异,春、夏季浮游植物叶绿索a含量和初级生产力要比秋、冬季高,空间上位于污染严重的直湖港口6#点叶绿索a含量和初级生产力要高,并大致呈现从湾内向湾口递减的趋势;在春、夏、秋季光照较强时,初级生产力最大指值出现在水下20～50cm处。到冬季垂直差异不明显;10～30℃之间初级生产力基本上随温度的上升而呈指数增加趋势．浮游植物生物现存量与初级生产力存在显著的正相关．营养盐与初级生产力相关性变化很大．光照显著地影响初级生产力的日变化。春、夏季强光作用下表面光抑制现象比较明显．     

太湖梅梁湾沿岸带水体生物学与光学特性

基于 1998～ 1999年周年 4季原位水下光场观测资料及中国科学院太湖湖泊生态系统研究站 1992～ 2 0 0 1年悬浮物、叶绿素 a、透明度长期历史观测资料分析了太湖梅梁湾沿岸带第 2号站点水体的生物学与光学特性 ,探讨了水下光合有效辐射(PAR)总量的日变化、垂直分布 ;光衰减系数的季节变化及光谱分布 ;影响光衰减系数的主要水色因子。结果表明 ,无论是 PAR还是光谱衰减系数其值都很高 ,其中 PAR衰减系数在 1.4 0～ 5 .30 / m间变化 ,均值为 2 .4 3± 0 .5 5 / m,秋季最大、夏季最小 ,真光层深度在 0 .87～ 3.2 9m间变化 ,均值为 1.98± 0 .4 1m;水下光谱在蓝光波段衰减最强烈 ,其次是红光、绿光 ,随着深度增加光谱成分出现绿移和红移现象 ,绿红光占得比例越来越大 ;光谱衰减系数随着波长的增加大致呈下降趋势 ,但在 6 70 nm附近有个峰值 ;基于线性相关分析发现在混浊的沿岸带水体中影响光衰减主要因子为水体中的悬浮物和有色可溶性有机物 ,叶绿素 a对 PAR衰减系数的贡献率只占到 1.5 9%～ 14 .2 1%。     

太湖梅梁湾水体中紫外线状况及藻体内MAAs的检测

在对太湖梅梁湾水体中的紫外线状况以及藻体内MAAs的研究时发现：在一年的1～3月,紫外线与有效光合辐射的比值较低,而在7月较高,其余月份相对稳定;可溶性有机碳(Doc)的含量有明显的季节性变化;有色可溶性有机碳(CDOC)对紫外线的衰减作用较为明显;通过紫外分光光度计扫描和高效液相色谱方法对藻类研究时发现,藻体内有含量较高的MAAs类物质,主要为shinorine和porphyra-334。     

Phosphorus release from cyanobacterial blooms in Meiliang Bay of Lake Taihu, China

To investigate the relationship between cyanobacterial density and phosphorus release into a lake aquatic environment, in situ experiments with 2.5 L microcosms were conducted in Meiliang Bay, located in the northern part of Lake Taihu, China. The effects of different environmental factors on phosphorus release and the ways changes of water quality indexes are involved in phosphorus release were further examined. It was found that total dissolved phosphorus (TDP) concentration kept to low levels (around 0.488 mg L⁻¹) in the microcosm with the low cyanobacterial density (8.85 × 10⁷ cell L⁻¹) throughout the experimental period, whereas first-order kinetics of TDP release was observed in microcosms with intermediate (7.60 × 10⁸ cell L⁻¹) and high cyanobacterial density (3.65 × 10⁹ cell L⁻¹). Accordingly their TDP release rate constants were both approximately 0.8930 d⁻¹ in the latter two treatments. The dissolved inorganic phosphorus (DIP) concentrations also increased with the increase of cyanobacterial density in 4 days. However, the DIP decreased from 35.52 mg L⁻¹ on day 4 to 6.72 mg L⁻¹ on day 6 in microcosm with the high cyanobacterial density during the experiments. Temperature could remarkably improve phosphorus release, while disturbance and illumination had negative effects on it. In addition, both TDP and DIP concentrations were positively correlated with electronic conductivity, salinity and total dissolved solid, but negatively correlated to chlorophyll-a and cyanobacterial density when cyanobacterial density was more than 7.60 × 108 cell L⁻¹. Thus, more phosphorus can be released from cyanobacterial blooms at higher cyanobacterial densities in Meiliang Bay, which is also determined by high temperature. Higher dissolved phosphorus concentration in cyanobacteria-dominated lakes (regions) is mainly due to the decomposition of cyanobacteria during the outbreak of cyanobacterial bloom in Lake Taihu, especially in Meiliang Bay.     

太湖梅梁湾水体悬浮颗粒物和CDOM的吸收特性

通过测定滤膜上悬浮颗粒物和过滤液中CDOM吸光度的方法计算得到太湖梅梁湾总颗粒物和CDOM的光谱吸收系数,并计算了各吸收组份的贡献份额以及吸收与PAR衰减的比值。总颗粒物的吸收系数从400 nm到600 nm大致呈下降趋势,到675nm附近由于叶绿素a的特征吸收会出现明显峰值,峰值高低随叶绿素a浓度的变化而变化,ap(440)在3.58~9.86 m-1间变化。非藻类颗粒物和CDOM的吸收随波长增加大致按指数规律下降,ad(440)和ag(440)的变化范围分别为2.23~7.07m-1和1.06~1.70 m-1。非藻类颗粒物在400~700 nm波段的指数函数斜率Sd的平均值为(10.91±0.62)μm-1;CDOM在280~500 nm波段指数函数斜率Sg的平均值为(15.52±0.49)μm-1。浮游藻类的光谱吸收表现为在440、675 nm附近存在两个明显的峰值,分别为(2.55±1.14)、(1.34±0.69)m-1。ap(440)与TSS、OSSI、SS均存在显著性正相关,而ad(440)则只与TSSI、SS有显著性相关,aph(440)只与OSS、Chla有显著性相关。CDOM吸收系数与DOC浓度没有显著正相关,但与Chla存在显著幂函数关系,浮游藻类降解产物是水体中CDOM的重要来源之一。水体中物质吸收主要以颗粒物为主,对总吸收的贡献率在70%以上,而颗粒物中又以非藻类颗粒物占主导,一般超过40%,总吸收对漫射衰减的贡献也在40%以上。     

太湖春季沉积物间隙水中磷的分布特征及界面释放的影响

通过对太湖春季不同湖区水体和沉积物间隙水中磷的分布特征研究,探讨了间隙水中磷的释放对上覆水环境的影响。结果表明,颗粒态磷(PP)和溶解态有机磷(DOP)是太湖水体中主要的磷形态,占总磷的58%～95%。不同湖区沉积物间隙水磷的剖面变化可能与生态特征及水动力引起的沉积物-水界面的扰动强度密切相关。湖心和西部沿岸沉积物扰动强烈,致使间隙水中磷含量向上逐渐降底,而梅梁湾和贡湖间隙水磷的垂向变化不大。东太湖和竺山湖沉积物界面间隙水中磷含量偏高,可能是由于表层沉积物的有氧环境使Fe2+被氧化固定下来,并促进了总磷(TP)和溶解态活性磷(DRP)的扩散释放。总体而言,间隙水中各形态磷具有向上覆水体释放的趋势,其中DRP的扩散潜力最大,竺山湖沉积物-水界面DRP扩散通量高达11.42mg.m-2.d-1,表明春季浮游植物的复苏生长对DRP的迫切需求。