濒危植物邢氏水蕨和海南岛水蕨叶绿体序列rbcL比较及隐种分析

2021年,水蕨属(Ceratopteris)所有植物包括邢氏水蕨(C.shingii)、水蕨(C.thalictroides)和粗梗水蕨(C.pteridoides)被列为国家二级重点保护野生植物。水蕨属植物是研究植物性别决定、配子体形态建成以及遗传学、细胞生物学和生物化学等学科的模式植物之一,也是中国重要的野生水生植物种质资源。隐种(Cryptic species)问题已经成为系统分类研究、物种形成机制、生物进化和基于保护目的的种群遗传研究及保护计划共同关注的重要问题。基于叶绿体rbcL序列评价邢氏水蕨和海南岛陵水黎族自治县白水岭(BSL)、陵水黎族自治县木号镇(BJC)、海口城西镇(SPSK)等3个新发现的水蕨种群叶绿体序列rbcL的差异及系统发育关系,分析新发现尚未被评价的3个水蕨种群的隐种类型,为水蕨属不同物种和隐种的保护及利用提供科学依据。结果表明,邢氏水蕨和3个种群水蕨的rbcL序列长度为1227 bp,邢氏水蕨有2个变异位点,分别在783 bp处和1164 bp处。采用邻近法(NJ)构建了水蕨属叶绿体rbcL系统发育树。系统发育树显示BSL、BJC、SPSK等3个种群的水蕨与南方型水蕨隐种聚为同一支,表明这3个地方的水蕨隐种为南方型;而邢氏水蕨单独成一支。遗传距离分析显示BSL、BJC、SPSK种间遗传距离为0,与南方型水蕨之间遗传距离也为0;邢氏水蕨与BSL、BJC、SPSK遗传距离为0.002。结果进一步表明,海南岛的BSL、BJC、SPSK等3个种群水蕨为南方型水蕨,同时为邢氏水蕨的分类提供了佐证。不同的水蕨及隐种应该采取不同的保护策略,且邢氏水蕨应得到优先保护。保护邢氏水蕨和3个南方型水蕨种群的原生境是最有效的保护策略。

绿化覆盖率对城市绿地破碎度与地表温度的关系的影响

优化绿地空间配置(如破碎度)是改善城市热环境的有效途径。然而绿地破碎度对城市热环境的影响可能随绿化覆盖率的变化而变化,对改善城市热环境提出了巨大挑战,但相关研究十分缺乏。以长沙市为例,利用Landsat地表温度表征城市热环境,使用解译于高分2号遥感影像的城市绿地图在1 m像元尺度量化绿化覆盖率和绿地破碎度(用绿地边界密度表征)。以419个1 km格网为分析单元,应用分段线性回归揭示绿化覆盖率与绿地破碎度间的非线性关系,识别绿化覆盖率阈值并以此为标准将419个1 km格网划分为高绿化覆盖率区和低绿化覆盖率区。以1 km格网平均地表温度为因变量,绿化覆盖率、绿地破碎度、水体覆盖率和裸地覆盖率为自变量从研究区、高绿化覆盖率区和低覆盖率区3个方面建立多元线性回归模型阐明绿地破碎度对地表温度的影响。最后进行方差分解分析绿化覆盖率、绿地破碎度和其他土地覆盖率对地表温度的独立和联合影响。结果显示,1)绿地破碎度随绿化覆盖率的增加先增加后降低,阈值为44.9%。2)整个研究区,4个指标可解释69.1%的地表温度变异,地表温度随绿化覆盖率、水体覆盖率、裸地覆盖率和绿地破碎度的增加显著降低。3)低绿化覆盖率下绿地破碎度显著影响地表温度,高绿化覆盖率下绿地破碎度对地表温度呈不显著正影响。4)在研究区和不同绿化覆盖率区域,绿化覆盖率对地表温度的独立影响均高于绿地破碎度的独立影响。建议长沙城市绿地规划管理在提高绿化覆盖率的同时可提高低绿化覆盖率区域绿地破碎度以改善城市热环境。

紫云英长期还田对稻田土壤DOM和Cd形态影响研究

长期种植和翻压紫云英能够显著提高土壤中有机质(SOM)和水溶性有机物(DOM)的含量,影响土壤颗粒对重金属镉(Cd)的吸附行为和Cd在土壤中的形态,了解该条件下Cd在不同土层中的特征对紫云英的进一步推广种植具有重要意义。以余江区(YJ)、南昌县(NC)、丰城市(FC)3地长期种植和翻压紫云英处理(F+M)和化肥处理(F)的定位试验点为研究对象,测试了不同层次土壤中SOM、水溶性有机碳(DOC)含量、Cd总量和形态、DOM三维荧光,以期探明紫云英长期还田模式下不同土层中DOM成分的差异及其对Cd含量和形态影响。结果显示,NC和FC试验点F+M处理耕作层土壤(0-20 cm)中SOM的含量显著高于F处理,分别提高16.8%和10.5%。同一土层中土壤Cd活性呈现F+M处理>F处理的趋势。紫云英DOM主要在耕作层和中层(20-40cm)土壤中迁移,YJ、NC、FC试验点中,F+M处理耕作层土壤中DOC含量比F处理分别提高17.0%、58.1%和33.7%,中层土壤中DOC含量分别提高43.0%、36.7%和11.2%。种植和翻压紫云英降低了DOM中类蛋白质组分的占比,增加了类腐殖质组分的占比,耕作层、中层和深层土壤(40-60 cm)中,3个试验点F处理DOM中类蛋白质的平均占比分别为7.34%、16.7%、23.9%,占比分别是F+M处理的1.26、1.92和1.54倍。类蛋白质组分的深层迁移能力大于类腐殖质组分。逐步回归分析表明,有生物活性的Cd形态占比与土壤SOM、类色氨酸含量存在负相关关系,与类富里酸含量存在正相关关系,其系数分别为-2.170、-0.760和0.239。常年种植和翻压紫云英通过影响土壤SOM总量以及DOM组分对土壤Cd表现出一定的活化潜力。

玉米基肥期农田土壤氨挥发量与近地表氨浓度相关性研究

农田氨排放量与近地表氨浓度密切相关,但两者能否相互转换还缺乏系统研究。基于此,以近地表氨浓度经典方法(被动法)为主要使用方法,以传统海绵法为对照方法,在豫南砂姜黑土开展5种典型施肥处理玉米季基肥期氨排放量与近地表氨浓度的相关性研究。结果发现,不同施肥处理的氨挥发峰值均出现在施肥后的2-4 d,第5天开始显著降低,第8天之后基本与对照无明显差异;不同处理的氨累计排放量差别较大,排序为TR>OPT>SOPT>HK>CK,累计排放量分别为7.68、5.48、3.37、2.78和0.22 kg·hm^(-2);同时发现,不同施肥处理近地表氨浓度也有相同趋势,峰值同样出现在施肥后的2-4 d,第5天开始显著降低,平均氨质量浓度排序为TR>OPT>SOPT>HK>CK,均值分别为17.5、11.6、10.7、8.21和1.70μg·m^(-3)。线性相关性分析表明,施肥后前8 d不同施肥处理的氨挥发量与近地表氨浓度的线性相关性较强,而8 d之后两者的相关性较弱,说明近地表氨浓度和农田氨挥发量的相关性与农田氨挥发量的高低有关。除此之外,不同方法中被动法对低施氮量和缓释肥的估算优于排放因子法,而排放因子法对高施肥条件下氨挥发量的估算优于被动法。整体而言,被动方法估算氨挥发量的相对误差介于-15.9%-17.5%之间,排放因子法相对误差介于-54.3%-81.8%之间,被动方法明显具备更高的估算精度。以上结果说明,被动方法可以潜在替代传统氨监测方法估算大区域农田氨挥发量,但估算精度主要集中在高氨排放期。

云南九大高原湖泊湖滨带入侵植物物种组成与分布特征

湖滨带植物多样性是湖滨带生态系统维持稳定的关键,入侵植物的出现破坏湖滨带生态平衡,对湖滨带生态安全造成威胁。为揭示云南九大高原湖泊湖滨带入侵植物组成与分布特征,基于文献报道及野外踏查,整理得到云南九大高原湖泊湖滨带外来入侵植物名录,并对其种类组成、原产地、生活型、分布特征、区系类型、繁殖特征进行了分析。结果显示,云南九大高原湖泊湖滨带有外来入侵植物64种,隶属于23科52属。从种类组成上看,外来入侵植物多为菊科(Asteraceae)和苋科(Amaranthaceae);从分布特征上看,滇池湖滨带入侵植物分布最多,泸沽湖湖滨带入侵植物分布最少;从原产地上看,超过50%的入侵植物来自美洲;从生活型上看,外来入侵植物几乎均为草本植物,且以一年生草本植物居多;从物种分布上看,白车轴草Trifolium repens、凤眼莲Eichhornia crassipes、土荆芥Dysphania ambrosioides、喜旱莲子草Alternanthera philoxeroides分布最广;从区系类型上看,九大高原湖泊湖滨带外来入侵植物科和属的区系类型均具有明显的广布与泛热带分布特征;从繁殖特征上看,外来入侵植物花期集中于7-10月,果实类型多为被毛瘦果。研究表明,云南九大高原湖泊湖滨带入侵植物较为多样,与同区域数据比对后发现九大高原湖泊湖滨带入侵植物种数有所增加。不同湖滨带入侵植物种数的差异可能与海拔、温度和周边人口数量有关,较高的海拔,较低的年均温以及较少的周边人口数量都有利于减少湖滨带入侵植物种数。研究结果将为高原湖泊湖滨带生态系统风险评估和防控部署提供理论基础。

基于“自然-社会”视角的陕西省土地利用变化碳核算与演变格局分析

土地利用变化对碳源-汇有着重要的影响,在全球碳循环中扮演着重要的角色。为揭示土地利用变化对碳平衡的影响,以陕西省为研究区,基于资源清查、土壤调查、能源消费等多源数据,利用簿记模型和GIS软件核算了该省2002-2022年社会间接碳排放和自然直接碳储量,并引入夜间灯光数据反演,揭示了不同地类及地类内部的碳密度差异与时空格局演变。结果表明:1)陕西省土地利用类型空间特征明显,林地和耕地占全省面积71.7%,2022年与2002年相比建设用地、林地、水域面积分别增加2.67×10^(5)、1.05×10^(6)、7.73×10^(3) hm^(2),耕地、草地、未利用地面积分别减少7.76×10^(5)、3.75×10^(5)、1.73×10^(5) hm^(2);2)研究期间陕西省土地利用相关碳吸收与碳排放严重失衡,土地利用相关年均碳汇量为4.98×10^(6) t,与林地面积的扩大及固碳能力的提升有关,年均碳排放量为3.10×10^(7) t,增长了7倍,与高排放能源的消耗有关;3)研究期间陕西省碳汇量在2007年后开始由负增长变为正增长,2017年后增长速度变快,碳排放量则一直处于高速增长,但受生态保护和减排政策等影响2017年后排放趋于稳定;4)研究期间陕西省地均碳密度表现为陕南秦巴山地>关中平原地区>陕北黄土高原,增长较为稳定的碳密度>60 t·hm^(−2)的地块主要集中在安康与商洛、汉中交界一带,碳排放区域主要集中在关中平原一带和陕西西北部,并在栅格单元空间上呈现扩张趋势。研究还发现,固碳主要依靠林地碳汇,当前陕西省碳排放趋于稳定,如何提升林草地的固碳能力将成为“双碳”目标实现的关键问题。

淮北矿区多种类型植被地上生物量反演研究

生物量是植被碳的重要组成部分,对于评估矿山生态环境修复效果至关重要。在淮北矿业闸河矿区,生态破坏与修复并存,地表植被类型丰富多样,有林木、草本和农作物等。在这种多植被类型交叉覆盖的地区,传统的单一物种生物量模型难以应用。为准确反演该区域综合植被的生物量,以sentinel卫星数据为基础,利用植被指数和波段运算方法构建的光谱指数作为特征数据集,通过不同特征和模型的组合构建该区域生物量反演模型。在特征选择阶段,利用随机森林和相关性分析两种方法对特征进行综合评价,最终筛选出关键的5个光谱指数(增强植被指数、归一化差分水体指数、改进的归一化差分水体指数、Sentinel-2红边位置、陆地叶绿素指数)以及5个基于波段运算的自建光谱特征(1/B1、1/B2、1/B7、B1/B2、B5/B6)。基于这些筛选出的特征,设计了5种不同的特征组合方案,并结合传统方程回归和机器学习模型,在林地和综合植被数据上分别构建了生物量反演模型。研究结果表明,相较于传统回归模型,机器学习模型在生物量反演领域具有更高的精度。基于波段运算的自建光谱特征可以提高机器学习模型生物量反演的精度,其中支持向量回归(SVR)模型结合自建光谱特征与原始波段得到的反演结果精度最高,模型验证集的决定系数R^(2)为0.74,均方根误差为8.14kg·m^(-2)。将SVR模型应用于研究区进行生物量反演,得到的结果与当地植被分布特征高度一致。本研究成果不仅为矿区生态修复评价提供了数据支撑,而且为类似生态系统的后续研究提供了借鉴和经验。

不同淹没水深下菹草对强辐射的响应

春末夏初菹草大批衰亡的原因一直是水体生态修复关注重点,强辐射被认为是最为重要的因素。为研究不同淹没水深下菹草对强辐射的抵御能力,通过模拟强辐射方式,用透明渔网将植株压迫至水下相应位置(10、20、30 cm),分别测定菹草形态、叶绿素质量分数及叶绿素荧光参数等变化,并与对照组(未压迫)比较。结果表明,压迫至水下20 cm处的植株在株高、叶面积、鲜物质量,以及叶绿素质量分数等指标均高于其他深度处理组,对照组各项指标最低;水下20 cm组PSⅡ中心活性最强,受强辐射中UV-B伤害最小,而对照组及水下10 cm处理组,受UV-B辐射后,其PSⅡ反应中心遭到破坏或可逆性失活,光能转换效率、光能传递能率以及电子传递速率下降;水下30 cm处理组,虽PSⅡ反应中心未遭到伤害,因光合有效辐射衰减,植株生长各项指标不及20 cm组。辐射对所有监测指标均有极显著影响,大部分指标同时受水深因素影响;株高、节间距、叶绿素质量分数及Fv/Fm、ϕPSⅡ、qP还受两者交互影响。该试验中,水下20 cm既可抵御有害辐射,光合有效辐射也能满足植株生长。因此,利用水体自身屏蔽作用,通过压迫方式可有效削减强辐射中有害辐射对菹草的伤害,是一种简单易行的方式,在自然水体中可参考UV-B生物有效光学深度来确定压迫深度。

2001-2020年内蒙古净生态系统生产力格局多时间尺度分析

掌握净生态系统生产力(NEP)时空格局对提高干旱/半干旱地区生态系统功能有重要意义。已有的NEP时空格局研究大多以年尺度开展分析,而NEP在多时间尺度上的特征差异尚不明晰。基于多源遥感、气象和地面实测数据,采用CASA模型、土壤呼吸地质统计模型(GSMSR)和土壤呼吸-土壤异养呼吸(Rs-Rh)关系模型耦合模拟内蒙古2001-2020年NEP,分析其年、季、月多时间尺度时空特征,并探讨8种不同植被NEP的多时间尺度特征差异。结果表明,1)内蒙古年尺度NEP的空间分布格局稳定,从东北向西南递减,这一格局与春夏秋3季及植被生长期的3-10月一致,而冬季植被进入休眠期使得空间差异显著减小。2)内蒙古多时间尺度NEP年际变化趋势有所不同:年尺度上,内蒙古总NEP呈波动上升趋势,年际变化率为C 3.75 Tg·a^(-1);季尺度上,夏季增长趋势最大,占全年增长的41.6%,春秋两季对NEP的增长也起到至关重要的作用,分别占比34.9%和23.3%,冬季对NEP增长贡献非常有限;月尺度上,NEP年内变化与植被生长物候周期较为接近,1月和12月年际NEP为减少趋势,其余月份年际NEP均为上升趋势,其中9月增长趋势最大,占全年增长的19.3%。3)不同植被类型NEP年际趋势存在差异,5种植被类型年NEP呈增长趋势,3种呈下降趋势;草地在季尺度年际变化中均保持增长,在夏季最高,而灌木林在季尺度年际变化中均为降低趋势,夏季降幅最大;月尺度年际变化中灌木林均为降低趋势,1月降幅最大。该研究能够为明晰区域碳循环及改善生态系统功能提供科学依据。

济南市柴油型移动源排放颗粒物中碳组分特征和排放量估算

为了识别济南市柴油型移动源排放颗粒物中碳组分特征,采用稀释通道采样器于2021年采集了柴油货车和工程机械尾气排放颗粒物,并对汽油车尾气一并采集对比,分析了尾气排放颗粒物质量浓度和其中的碳组分。结果表明,柴油型移动源排放颗粒物质量浓度明显高于汽油车,且以细颗粒物为主,PM_(2.5)/PM_(10)数值几乎接近于1.0,其中柴油货车排放颗粒物质量浓度高于工程机械,且随车型增大排放颗粒物质量浓度增大,重型柴油载货车排放PM_(2.5)和PM_(10)质量浓度最大,分别为4.56×10~4μg·m^(-3)和4.71×10~4μg·m^(-3)。柴油货车PM_(2.5)和PM_(10)排放因子范围分别为8.90-21.8 mg·km^(-1)和9.40-22.5 mg·km^(-1),工程机械中破碎机颗粒物排放因子略大于挖掘机,破碎机PM_(2.5)和PM_(10)排放因子分别为0.12 g·kW^(-1)·h^(-1)和0.14 g·kW^(-1)·h^(-1),挖掘机排放因子分别为0.10 g·kW^(-1)·h^(-1)和0.11 g·kW^(-1)·h^(-1)。碳组分为柴油型移动源排放颗粒物的主要成分,其中工程机械排放总碳(TC)在颗粒物中占比约为66.0%,大于柴油货车的占比41.5%(PM_(2.5))和45.5%(PM_(10))。根据有机碳(OC)和元素碳(EC)在尾气排放颗粒物占比分析可知,柴油货车排放以OC为主,而工程机械排放EC高且为柴油货车2倍多。汽油车与柴油货车OC中占比最高的碳组分相同,均为OC2,而工程机械为OC1。EC2为柴油型移动源排放EC的主要组分,车型最大的重型柴油载货车排放EC2占比最大,分别为20.7%(PM_(2.5))和21.8%(PM_(10)),但汽油车跟柴油货车不同,EC1为汽油车排放主要碳组分。基于2021年济南市柴油货车和工程机械保有量,对城市柴油型移动源碳组分排放量进行了估算,发现柴油型移动源尾气排放PM_(10)中碳组分排放量高于PM_(2.5),工程机械尾气中碳组分排放量高于柴油货车,因此应加快推进机动车新能源化的发展以及工程机械的清洁化发展。

好氧颗粒污泥结构稳定强化策略研究评述

好氧颗粒污泥由于其强大的抗冲击能力和出色的除污效果,在常规活性污泥性能升级改造中得到热点关注,而其形成时间较长和稳定性较弱的问题限制了在污水处理厂的商业化应用。为了能尽快将好氧颗粒污泥技术广泛投入到污水处理领域中,有必要重新深入认知形成机制和结构稳定性的关键影响因素,从而达到精准调控其形成过程和实现长期稳定有效使用目的。该文通过系统地收集和分析相关研究文献,梳理了好氧颗粒污泥形成机制,形成机制主要集中在七大类假说,即晶核理论、自凝聚原理、胞外聚合物假说、丝状菌假说、细胞疏水性假说、选择压驱动假说和阶段假说等。从宏观和微观两个角度分析了其稳定性的关键影响因素。宏观上,反应器的高径比、水力剪切力、有机负荷率等因素都会对好氧颗粒污泥的形成和稳定性产生影响;微观上,微生物的群体感应及其分泌的胞外聚合物等因素也发挥着重要作用。详细阐述了好氧颗粒污泥微生物群落组成和功能,进一步整理了好氧颗粒污泥微生物群落与颗粒结构稳定性能的内在关联。依据以上研究进展并结合工程应用的实际情况和需求,总结概况了好氧颗粒污泥结构稳定强化策略,即控制污泥粒径、改善进料与曝气方式、调控胞外聚合物分泌、调控群体感应等。初步构想了基于生物强化、崩解和再造粒的技术路径,具有生化、物化和化学理论融合的特点,在一定程度上可能代表了群体感应-晶核凝聚共诱导造粒的研究方向。

基于遥感技术和机器学习的城市街区PM_(2.5)空间分布特征研究——以合肥市滨湖新区为例

为获取合肥市滨湖新区地面PM_(2.5)浓度,利用地面风速对2022年7月31日-2023年7月31日MODIS传感器MCD19A2数据进行风速订正,并与同期气象数据和合肥市10个国控监测站点的PM_(2.5)数据建立AOD-PM_(2.5)反演模型。结果表明:BP网络训练到第10代时训练结果最为理想,均方误差MSE值约为0.027。训练集、验证集、测试集和总体结果回归值r均在0.88以上,总体结果高达0.93。通过BP预测工具箱建立模型,拟合优度达到0.807。选择滨湖新区7个典型测点,测量2023年7月12-16日每日平均PM_(2.5)浓度、地面风速和温湿度,结合气象数据代入反演模型对比发现,估算值和实测值曲线高度吻合,证明该模型可用于反演滨湖新区地面PM_(2.5)浓度。对PM_(2.5)浓度进行估算和分析,结果表明:1)滨湖新区西南侧PM_(2.5)浓度最高,东南侧最低;2)功能区PM_(2.5)浓度呈现为工业区>商业区>居住区>生态园区;3)工业园区废弃物的排放会导致PM_(2.5)浓度升高,对工厂设备的优化使用以及合理处理生产过程中的废弃物可降低PM_(2.5)浓度;4)商业区和居住区中的尾气排放、扬尘、工业排风等均会导致PM_(2.5)浓度升高,优化交通组织,推动新能源汽车的发展可降低PM_(2.5)浓度;5)产业园区的发展模式对城市PM_(2.5)浓度有显著影响,加快产业结构调整,推动产业绿色技术创新可降低PM_(2.5)浓度;6)城市绿地空间对PM_(2.5)有显著调节作用,增加绿地空间连通度、聚集度,加强大型绿地建设可发挥较强的PM_(2.5)消减作用。该研究所建立的AOD-PM_(2.5)反演模型旨在为城市街区PM_(2.5)空间分布特征研究提供可靠方法,具有重要的实践意义。

公共建筑入口形式对室内气溶胶扩散的影响研究

气溶胶是悬浮于空气中的微小颗粒物质,对人体呼吸系统健康具有严重危害。作为室内外空气流通的关键过渡空间,公共建筑入口的不同设计形式对室内空气质量(IAQ,Indoor Air Quality)产生显著影响。通过文献综述和实地调研,选取合肥市36座公共建筑的入口设计形式进行特征提取,归纳出了平入口、有雨棚的平入口和凹入口三类典型入口形式模型;利用计算流体力学(CFD)数值模拟方法建立了空气流场和气溶胶扩散分布模型,对模型的不同精度网格展开模拟结果的网格无关性验证;并在此基础上,利用现场实测数据进行了模拟数据的对比验证;探讨了三类不同入口形式下室内气溶胶的扩散路径和分布特征。结果表明:1)室内气溶胶浓度与空气流动之间存在显著的关联性。空气流动速率越大,气溶胶浓度越低;空气流动速率越小,气溶胶浓度越高;2)转角空间或狭小空间容易形成涡流,涡流会导致空气滞留,阻碍气溶胶扩散,进而导致局部区域的气溶胶浓度增加;3)有雨棚的平入口的气溶胶进入量略小于无雨棚平入口,占比无雨棚平入口的92.8%,但其室内气溶胶残留量为23.6%,高出无雨棚平入口7.3%;4)室内气溶胶残留量占比从高到低排列为:有雨棚的平入口(23.6%)>平入口(16.3%)>凹入口(14.8%),凹入口在自然通风情况下气溶胶的扩散得到了有效抑制,室内气溶胶残留量最低。建议在设计中采用凹型入口,避免采用大体量雨棚,有利于自然通风,提升建筑出入口空间的空气质量。

辽河口湿地土壤有机碳组分特征及其影响因素

湿地生态系统碳汇潜力巨大,但不同的气候条件及植被类型,导致湿地土壤有机碳库组分有较大的差异,进而导致不同类型的湿地土壤有机碳受土壤理化性质的影响也有差异。深入了解土壤有机碳组分特征对滨海湿地生态系统开发及保护具有重要意义。以辽河口湿地为对象,选取5种土地覆盖类型(翅碱蓬群落、芦苇群落、光滩裸地、油井区和农耕区),分析不同土地覆盖类型下土壤有机碳组分及土壤基本理化性质,对所得数据进行相关性和差异性分析,以期探明辽河口湿地土壤有机碳组分特征,并确定土壤理化性质对辽河口湿地有机碳储量的影响。结果表明:辽河口湿地在不同土地利用类型下土壤总有机碳(Soil organic carbon,SOC)含量差异显著,其中芦苇群落碳储量最丰富,达(52.6±3.80) g·kg^(-1),光滩裸地碳储量最少,为(28.2±7.05) g·kg^(-1);在植物覆盖下土壤有充沛的碳输入而有利于土壤有机碳的固定,这一现象随土层深度的加深而减弱。轻组分有机碳(Light fraction organic carbon,LFOC)、重组分有机碳(Heavy fraction organic carbon,HFOC)和易氧化有机碳(Easily oxidized organic carbon,EOC)均与SOC含量具有显著的相关性(P<0.05),相关性大小为EOC>HFOC>LFOC。SOC含量与pH值、阳离子交换量呈显著正相关,而受含水率、总可溶性固体的影响不显著,这一现象可能与有机碳组分特征有关。辽河口湿地土壤碳库中HFOC占比最大,EOC占比最小,碳库结构较为稳定。pH值、阳离子交换量主要通过影响HFOC积累速率来影响SOC含量。因此,提高湿地土壤中较为稳定的HFOC储量,有助于提升湿地土壤的固碳能力。研究结果可为滨海湿地生态系统保护与碳汇功能提升提供参考。

中国沿海地区植被NDVI时空变化及驱动力分析

研究植被变化对区域生态修复具有重要意义。以中国沿海地区为例,基于归一化植被指数(NDVI)和降水、夜间灯光等自然和人为因子数据,运用Theil-Sen Median趋势分析+Mann-Kendall检验、最优参数地理探测器(OPGD)、相关分析和Hurst指数,多时空尺度探讨了中国沿海地区植被NDVI时空变化规律及其驱动力。结果表明:1)2001-2020年研究区植被状况较好,NDVI多年均值为0.762,具体到各分区,东北沿海的NDVI均值最高,其次是华南沿海,华东沿海和华北沿海;全区NDVI逐年变化率为0.019/10 a(P<0.01),不同分区的上升趋势从大到小为华南沿海、东北沿海、华北沿海和华东沿海,区域内植被状况不断改善,退耕还林还草和沿海防护林等生态工程效益不断显现;2)夜间灯光指数在全区各个因子中的解释力最大(q值为0.354),人为因素对NDVI的解释力明显大于自然因素,其对植被恢复产生了积极影响,并且随时间推移逐渐增强;3)两因子结合后的解释力大于单因子,表现为双因子增强和非线性增强。在全区范围内,影响最大的一对交互作用为土壤类型∩夜间灯光,其他分区则为日照时数∩夜间灯光(东北沿海地区),土壤类型∩夜间灯光(华北沿海和华东沿海地区),人口密度∩夜间灯光(华南沿海地区),自然因素和人类活动因素作用后影响力有了显著提升,但人类活动因素仍占据主导地位;4)Hurst指数均值为0.463,未来一段时间内,研究区内植被变化有66.3%的地区表现出一定的反持续性。研究结果有利于为中国沿海地区生态保护和高质量发展提供科学支撑。

天山北坡雪岭云杉森林土壤微生物群落及影响因素研究

土壤微生物是维持森林生态系统平衡与土壤养分的一个重要因素。雪岭云杉林是天山重要的生态屏障和珍贵生物资源,其生态系统的固碳能力持续提升。研究雪岭云杉森林土壤微生物群落特征及微生物与土壤养分之间的互作关系,对维持雪岭云杉森林生态系统质量,促进雪岭云杉森林生态系统可持续发展至关重要。以天山北坡雪岭云杉林表层土为研究对象,利用宏基因组技术,探究天山北坡雪岭云杉林土壤微生物群落组成和多样性及其影响因素。结果表明,天山北坡雪岭云杉林土壤微生物群落特征表现为细菌相对丰度82.5%,真菌1.3%,古菌0.5%,其他15.7%。细菌Alpha多样性在中东部和西部之间有显著性差异;古菌Beta多样性在中部与西部存在显著差异,且中部和东部之间极显著;细菌Beta多样性在3个区域之间均有显著差异,其中西部与东部极显著;真菌Beta多样性仅中部与东部存在极显著差异。古菌多样性主要受有机碳、总氮、pH和土壤湿度的影响;细菌多样性主要受氮素、pH、年均降水量和年均摄氏温度的影响;真菌群落多样性主要受微生物碳和年均摄氏温度的影响。综上说明,土壤因素和水热条件在天山北坡雪岭云杉林土壤微生物群落分布中起主要控制作用,其中pH值和年均摄氏温度是微生物类群空间分异的主导因素。该研究探讨了环境因子对雪岭云杉林土壤微生物分布的调控作用,为今后森林的经营和可持续发展提供依据。

盐度对硝酸盐还原型铁氧化菌亚铁氧化与硝酸盐还原的影响研究

作为重要的嗜中性铁氧化菌,硝酸盐还原型铁氧化菌一直以来都被认为是在环境污染修复中具有广阔应用前景的一类微生物,其广泛分布于淡水沉积物、地下水、稻田土壤、海岸沉积物等各种盐度的水土环境中。已有研究指示,盐度可能会对此类铁氧化菌的生长代谢和亚铁氧化过程产生抑制作用,但是具体作用机制尚不清楚。为深入探究盐度对硝酸盐还原型铁氧化菌生长代谢的影响,选取Acidovorax sp.BoFeN1为模式菌株,设置微宇宙培养实验,并利用NaCl调节反应体系盐度(NaCl质量浓度分别为0、15、35、55 g·L^(-1))。通过监测反应过程中亚铁离子和硝酸盐的浓度变化,并对产物进行矿物学表征,探究硝酸盐还原型铁氧化菌在不同盐度条件下亚铁氧化和硝酸盐还原过程;进一步设置真实海水(盐度为34 g·L^(-1))的模拟实验对实验结果进行验证。亚铁氧化和硝酸盐还原动力学结果表明,尽管低浓度氯化钠影响不大,但当NaCl质量浓度为35 g·L^(-1)和55 g·L^(-1)时,Acidovorax sp.BoFeN1的亚铁氧化和硝酸盐还原过程会被促进。利用SEM、XRD和FTIR对反应终点产物进行物相分析,结果显示盐度会促进微生物亚铁氧化成矿类型由纤铁矿向针铁矿转变。最后,真实海水验证实验表明,在海水提供的盐度条件下Acidovorax sp.BoFeN1的亚铁氧化和硝酸盐还原能力分别提升了1.2倍和1.3倍;此时,微生物亚铁氧化的成矿类型为纤铁矿和针铁矿。这一结果与微宇宙培养实验所得结论一致。从环境意义上看,该研究证明了硝酸盐还原型铁氧化菌能够适应海水入侵等高盐水土污染环境,更新了盐度抑制细菌代谢的传统认识,这将有助于推动此类细菌在高盐环境污染修复中的应用。

三维多孔生物炭吸附剂的制备及其对菲的吸附行为

以生活中常见的丝瓜络为原材料,在氮气保护和不同温度(600、700、800、900℃)的条件下热解制备了三维多孔丝瓜络生物炭(LSBC600、LSBC700、LSBC800、LSBC900)。表征了丝瓜络生物炭的理化性质,通过动力学吸附实验和等温线吸附实验研究了不同热解温度条件下制备的丝瓜络生物炭对菲的吸附动力学特征和吸附等温线特征,探讨了可能的吸附机理,评估三维多孔生物炭对菲的去除能力,为水生态系统保护和饮用水安全提供科学依据。结果表明,热解温度会影响生物炭的表面官能团组成,进而影响其芳香性。丝瓜络生物炭呈现多管束堆叠的三维多孔结构,随着热解温度的升高,挥发性物质减少,丝瓜络生物炭的表面变得粗糙,比表面积增大,芳香结构增加;LSBC900的比表面积达到了467 m^(2)·g^(-1)。吸附动力学结果说明,丝瓜络生物炭对菲的吸附是复杂和多阶段的,主导吸附速率的是液膜扩散过程,其次是颗粒内扩散过程。在600-900℃范围内,随着热解温度的升高,丝瓜络生物炭对菲的平衡吸附量升高,吸附速率加快。吸附等温线结果说明,热解温度升高可以提高丝瓜络生物炭对菲的吸附容量。根据Langmuir等温线模型,在吸附动力学实验(ρ_(0)=5.00 mg·L^(-1))中,LSBC900的平衡吸附量为16.3 mg·g^(-1),初始吸附速率为9.60 mg·L^(-1)·min^(-1),最大吸附量达到了26.0 mg·g^(-1),超过了大部分已报道的材料。菲在丝瓜络生物炭上的吸附是一个自发的过程(ΔG<0),疏水相互作用和π–π电子供体受体相互作用可能是菲在丝瓜络生物炭上吸附的主要机制。这些发现证明三维多孔丝瓜络生物炭是有效和可行的,可用于水体中有机微污染物的去除。

东莞城市河流大型底栖动物群落结构及影响因子

了解城市化进程对河流生态系统结构组成的影响是城市水生态环境保护的基础。为探究城市河流大型底栖动物群落结构的时空变化特征,于2021年12月-2022年1月和2022年5-6月对东莞市内东江、东引运河、石马河3条城市河流开展大型底栖动物监测。结果显示,东莞城市河流大型底栖动物种类组成上节肢动物占优势地位,其次是软体动物。科级分类水平上,枯水期常见科级分类单元包括齿吻沙蚕科、田螺科、摇蚊科、长臂虾科等,丰水期常见科级分类单元为田螺科、颤蚓科等。霍甫水丝蚓Limnodrilus hoffmeisteri、宽身舌蛭Glossiphonialata、梨形环棱螺Bellamya purificata、中华沼螺Parafossarulus sinensis、钩虾属一种Gammarus sp.和湖沼股蛤Limnoper lacustris是造成群落结构时空差异的关键物种。物种丰富度和现存量枯水期高于丰水期,石马河高于东江和东引运河。基于统计学的估计值表明,整体上大型底栖动物物种数46-52种,枯水期约38-42种,丰水期约28-31种,石马河物种数最高(约35-38种)而东江最低(约23-27种)。β多样性丰水期高于枯水期,东引运河最高而石马河最低。CCA分析发现水温、高锰酸盐指数、总溶解性固体和底质重金属(铜、汞、锌、砷)是枯水期大型底栖无脊椎动物群落结构的主要影响因子;溶解氧和总溶解性固体是丰水期的主要影响因子。该研究结果表明减少水质污染、增加河道生境多样性是东莞城市河流未来生态修复的管理方向。

西藏热振国家森林公园土壤原生动物群落沿海拔分布格局及其与环境因子的关联特征

土壤原生动物是土壤中一类微型单细胞真核生物,是土壤的关键组成部分,对土壤环境质量动态变化具有重要的指示作用。为了解不同海拔土壤原生动物群落组成、多样性、分布格局及其与环境因子的耦合关系,于2021年7月根据西藏热振国家森林公园地理特征设置了3种不同海拔(低,LA;中,MA;高,HA)共9个样地,采用“非淹没培养法”、“活体观察法”和“Wilbert蛋白银法”对土壤原生动物进行培养和形态学鉴定。结果表明,研究区3种不同海拔共鉴定出土壤原生动物76种,隶属2门12纲23目32科46属,优势纲为动鞭纲(Zoomastigophorea),占总物种数的22.37%。其中,低海拔以动鞭纲为主,中高海拔以肾形纲(Colpodea)占据优势,这与肾形纲的生长方式为R-对策有关。Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数在3种海拔段之间均无显著差异。土壤pH、含水量在低海拔和高海拔间存在差异。共发生网络分析显示,3个不同海拔土壤原生动物物种的共现网络节点间的关系主要为正相关。Mantel分析和冗余分析结果显示,总磷是影响土壤原生动物群落组成的主要驱动因子。该研究结果有助于了解西藏热振国家森林公园生态系统变化,为青藏高原生态环境保护和可持续发展提供基础数据支持。