中国湿地资源与开发保护现状及其管理建议

【研究目的】中国作为世界上湿地类型最齐全的国家之一,湿地面积5360.26万hm^(2),位居世界第四,但近几十年来随着人口迅猛膨胀和经济快速发展,中国面临着湿地保护与经济发展的矛盾冲突,分析中国湿地资源与开发保护现状及其退化原因是研讨湿地管理对策的前提。【研究方法】本文在分析中国湿地资源特征及其开发保护现状的基础上,系统总结了中国湿地损失和退化的驱动因素,由此提出中国湿地管理建议。【研究结果】中国湿地资源丰富,其在发挥水质净化、蓄水防洪、气候调节等功能的同时,为地方经济发展和当地居民提供了丰富的资源保障,并由此发展了一系列具有良好经济效益和社会效益的利用模式。同时中国高度重视湿地保护,颁布和实施了一系列湿地保护政策和工程,湿地保护率达52.65%。然而在人类活动和气候变化双重影响下,中国湿地面积萎缩现象仍然普遍存在,且在湿地保护修复管理实践中仍存在许多科学问题需要解决。【结论】当前中国湿地损失和退化趋势依然严峻,为进一步加强湿地保护,必须强化地球系统多学科的综合研究,同时需考虑经济可行和社会需求问题的约束,从而制订一个能满足社会经济发展要求且生态科学合理的可持续管理方案。

辽河三角洲湿地生态系统对表层沉积物重金属元素的移除作用

为了研究辽河三角洲湿地表层沉积物中重金属元素含量及其与有机碳的相关性,探讨湿地对重金属元素的移除作用,对233个辽河三角洲上三角洲平原湿地(典型湿地)表层沉积物样品和150个相邻浅海湿地(浅水湿地)表层沉积物样品,进行了化学分析测试及数理统计分析,并运用多种评价方法进行重金属污染风险评价。结果显示:①重金属元素浓度量级大小均遵循Cr (Zn)>Pb>Cu>As>Cd>Hg的分布规律;②除As和Hg外,其他金属元素浓度均表现为浅水湿地显著低于典型湿地,暗示湿地生态系统对污染物的移除作用;③除Pb和Zn外,其他重金属元素对环境均造成了中度污染;④重金属元素分布受有机碳和粒径大小的显著影响,浓度存在显著的相关性,浅水湿地表层沉积物重金属元素浓度及其与有机碳之间的相关性更显著,揭示有机碳对重金属的螯合作用;⑤在有湿地分布的浅海湿地区,重金属元素浓度均表现为浅水湿地显著低于典型湿地,暗示湿地生态系统对污染物的移除作用,相反,在大规模湿地被改造成农田的锦州海岸带地区,造成了近海浅水湿地的严重污染。该研究揭示了滨海湿地对重金属元素的过滤作用及在缓解环境污染过程中的重要意义。

辽河三角洲湿地表层沉积物的风化特征及其对生物作用的指示意义

通过对辽河三角洲273个上三角洲平原湿地表层沉积物及100个浅海湿地表层沉积物的粒度和常量元素的系统测试,且对其中的128个表层沉积物样进行了球囊霉素蛋白(GRSP)的提取与分析,揭示了研究区GRSP、粒度、常量元素分布和风化特征及其控制机制,研究表明:上三角洲平原湿地表层沉积物以砂质粉砂和粉砂为主,而浅海湿地表层沉积物由于受潮汐及波浪的淘洗作用影响,颗粒较粗以粉砂质砂和砂质粉砂为主;研究区常量元素以SiO_2和Al_2O_3含量最高,其它元素平均含量均小于5%,且除了CaO外,其它常量元素与沉积物粒度呈显著相关(p<0.01);值得注意的是,本研究发现有植被覆盖的上三角洲平原湿地地区的风化指数(CIA=58.50)显著地高于浅海湿地沉积物的风化指数(CIA=50.17,p<0.05)以及近基岩山区的风化指数(CIA=52,p<0.05),Na/K值与CIA指数分析表明该区从近基岩山区、浅海湿地至有植被覆盖的上三角洲平原湿地依次呈未受化学风化、初等化学风化和中等化学风化过渡特征,且CIA值与GRSP含量呈显著相关(r=0.47,p<0.01),由此揭示了生物作用在地质体风化过程的重要意义。

环渤海湿地沉积物球囊霉素相关土壤蛋白分布特征及其对湿地土壤风化的影响

【研究目的】球囊霉素作为丛枝菌根真菌(AMF)分泌的一种难降解土壤蛋白,广泛分布于陆地生态系统中,是长期碳贮的重要组成。当前鲜有研究涉及其在滨海湿地中的分布。基于此,本文对中国环渤海主要滨海湿地表层沉积物中球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)的空间分布进行表征,探讨不同湿地生境下GRSP分布及其对沉积物风化的指示意义。【研究方法】本文选取辽河三角洲、北大港和黄河三角洲湿地作为研究区,对166个表层样(0~5 cm)和4个柱状样(0~35 cm)的GRSP、粒度以及常量元素进行测定,并计算化学蚀变系数(CIA)。【研究结果】研究区GRSP在空间上的动态变化受植被类型影响显著,范围在0.06~11.31 mg/g,均值为(2.35±0.16) mg/g;沉积物以粉砂质砂和砂为主,CIA值分布范围为44.79~69.59,部分区域达到中等化学风化;CIA与GRSP呈显著相关(R=~0.49,p<0.01),总体上CIA随GRSP的增加呈现先增加后减少的趋势。【结论】GRSP在滨海湿地沉积物中的分布受到生境差异性的影响,其与CIA的相关性表征AMF及其代谢产物在地质体风化过程中发挥了潜在的生态功能。

江苏滨海湿地芦苇和互花米草光合特性对模拟增温的响应

滨海湿地生态系统具有较高的初级生产力,是地球生态系统主要的碳库之一。然而,气候变暖和外来物种入侵通过改变植物光合特征性能使这一碳库的稳定性存在诸多的不确定性。利用在江苏盐城芦苇湿地和互花米草湿地建设的两个增温观测站,采用便携式光合荧光测量系统研究了本土植物芦苇(Phragmites australis)和入侵物种互花米草(Spartina alterniflora)光合特性对模拟增温的响应特征和机制。光合作用日调查变化曲线显示,增温使芦苇的净光合速率(P_(n))、气孔导度(G_(s))、蒸腾速率(T_(r))和水分利用效率(WUE)都发生了显著的下降,但互花米草的各同名参数却表现出相反的变化特征,表明增温使互花米草的生理机能增强,促进了光合作用;根据P_(n)和胞间CO_(2)浓度(C_(i))的变化趋势推断互花米草和芦苇光合速率变化均为非气孔限制因素驱动。利用直角双曲线修正模型拟合的光响应曲线结果显示,芦苇增温组的光响应曲线位于对照组下方,互花米草增温组的光响应曲线位于对照组上方;增温降低了所研究植物的光补偿点(LCP),表明增温可提高两种植物利用弱光的能力;增温增加了互花米草光补偿点(LCP)和光饱和点(LSP)间值域范围,从而揭示了增温可有效提高互花米草利用光合有效辐射的能力;增温降低了芦苇的暗呼吸速率(R_(d)),芦苇受到增温的胁迫,在减缓新陈代谢的同时也减弱了光合作用,而互花米草表现出相反特征。由此推测增温条件下入侵植物互花米草同化大气CO_(2)的能力(即碳汇能力)优于本土植物芦苇,这也是互花米草成为入侵物种的主要原因之一。

黄渤海湿地芦苇光合特征对增温的响应

滨海湿地是高效的蓝碳碳汇系统,但气候变暖正在直接或间接地影响着滨海湿地植物的光合作用特征,从而影响湿地的碳汇功能。本研究在少雨的黄河三角洲(东营)和多雨的江苏盐城两地芦苇湿地建设增温观测站,采用Li⁃6800光合测量系统研究在东营和盐城两地芦苇的光合特征对模拟增温的响应机制,并对比了东营6月与8月两个生长季的差异。结果表明:与8月相比,6月芦苇光合作用能力更强,增温在2个生长季均提高了芦苇的净光合速率(P_(n))、蒸腾速率(T_(r))、气孔导度(g_(s))和胞间CO_(2)浓度(C_(i)),但在8月Pn的正响应波动较小;与东营相比,盐城湿地的芦苇具有更高的Pn和水分利用率(WUE),且盐城湿地芦苇的最大净光合速率(P_(n max))、光饱和点(LSP)、表观量子效率(AQY)和暗呼吸速率(R_(d))对增温的正响应更为显著,其AQY、LSP和P_(n max)在增温样地分别提高了16.7%、53.6%和30.3%,表明在多雨湿润的条件下,增温可以提高植物的弱光利用效率、对强光的适应能力和光合作用潜力。本研究对于在气候变暖背景下准确量化滨海湿地在区域、季节尺度上的碳汇过程具有重要的参考价值。

巴丹吉林沙漠盐湖微生物多样性

【目的】研究内蒙古巴丹吉林沙漠碱性盐湖中的原核生物多样性及其与环境因子之间的关系。【方法】利用分子生物学方法构建16S rRNA基因克隆文库,对盐湖中的嗜盐碱微生物进行系统发育分析;利用R语言绘图,对不同盐湖的微生物群落结构进行对比研究。【结果】该区域盐湖含盐量很高,矿化度达165g/L-397 g/L。同时,水体呈强碱性,p H均在10以上。三个湖的盐度和p H值等理化参数有梯度变化,因此微生物多样性和群落结构存在明显差异。整体而言,细菌的多样性大于古菌。样品中含有的主要的细菌门类为γ-变形菌亚门(Gammaproteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、α-变形菌亚门(Alphaproteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、疣微菌门(Verrucomicrobia),古菌则全部属于广古菌门(Euryarchaeota)中的盐杆菌科(Halobacteriaceae)。【结论】盐度是决定细菌群落结构的主要因素,古菌群落结构则由多种环境因素综合影响。一些已知的嗜盐碱菌,如Roseinatronobacter spp.、Halohasta spp.等,可以生活在比其盐度和碱度生长范围更高的极端盐碱环境中。此外,样品中还含有大量未培养的嗜盐碱细菌和古菌,对进一步开发极端盐碱环境中的微生物资源有重要意义。

安徽某铁矿酸性矿山废水夏季和秋季微生物群落结构特征

分别采集了夏秋两季安徽某铁矿的酸性矿山废水样品,分析其物理化学参数,并利用分子生物学方法研究了该酸性矿山废水中微生物群落结构随时间和空间的变化规律.结果表明:该矿山废水酸性极强,夏季所采样品pH在2.80左右,且阴阳离子含量很高,Al^(3+)为1108~1138mg·L^(-1),SO_4^(2-)则高达19.80~23.79 g·L^(-1).秋季样品p H没有明显变化,但由于两次采样期间的大量降水,样品中各离子含量明显低于夏季.值得注意的是,该极端酸性的矿山废水中叶绿素a含量较高,夏季达63.8~94.2μg·L^(-1),秋季则降至16.6~32.7μg·L^(-1).无论是在夏季还是秋季,Alphaproteobacteria在绝大多数位点的细菌群落中占据着优势地位.化能异养菌Acidiphilium是最主要的细菌菌属,它在夏季和秋季各位点群落中所占比例都达20%左右,这应该与其丰富的代谢方式有关.对于真核微生物群落,夏季主要为尖毛虫和小球藻,秋季主要为棕鞭藻和小球藻.小球藻是该酸性生态系统主要的生产者,尖毛虫和棕鞭藻则扮演着顶级消费者的角色.该酸性废水应处于酸水形成末期,所以细菌群落中化能异养菌占据着优势地位,化能自养菌比例较少.由于温度等理化性质的不同,微生物群落结构随时间和空间发生了一定变化,其中以真核微生物群落结构变化最为显著.

安徽某铁矿不同矿山废水库中微生物群落结构特征

【目的】研究安徽某铁矿不同矿山废水库中微生物群落结构特征及其影响因素。【方法】对比分析了该铁矿3个大型废水库的地球化学特征,并用高通量测序技术研究了水体中微生物群落组成,进而用统计学方法解析了环境因子对微生物群落结构的影响。【结果】3个废水库中有2个为酸性,1个为中性,理化性质有明显的差异。近年形成的塌方采场废水库(TF) pH仅为2.55±0.01,Fe浓度高达154.95±0.78mg/L,SO42–浓度为3374.86±3.81mg/L;形成于20世纪70年代的排土场废水库(PT)酸性略弱(pH 2.9±0.02),Fe浓度(34.57±4.00 mg/L)与TF相比明显降低,SO42–浓度则高达10398.98±626.70 mg/L;东沙采场废水库(DS)则为中性(pH7.55),但SO42–仍高达4162.99mg/L,主要的金属离子为Mg(594.90 mg/L)、Ca (650.10 mg/L)。3个废水库的原核生物多样性随pH的升高而升高。两个酸性废水库的原核生物组成较为接近,但TF的化能自养菌含量较高(69.54%±2.89%),PT的化能异养菌含量较高(64.45%±13.81%)。自养铁氧化菌Ferrovum在TF中的比例高达(64.17±1.84)%,在PT中则下降为(35.39±13.74)%。但PT中含有丰富的化能异养嗜酸菌如Acidicapsa(15.75%±3.99%)、Acidiphilium(10.65%±2.05%)、Acidisphaera (6.34%±1.02%)等。DS中虽然也含有较高的金属离子和SO42–,但其中的原核生物组成与TF和PT截然不同,主要为Limnohabitans (18.47%)、Rhodobacter (8.42%)等。3个废水库的真核生物群落主要由藻类组成,酸水库TF和PT中主要为棕鞭藻属(Ochromonas)和胶球藻属(Coccomyxa),棕鞭藻属在TF中(53.65%±2.02%)占优势,胶球藻属在PT中(68.84±10.4%)占优势,中性废水库DS中则主要是小环藻属(Cyclotella)(49.85%)。经统计学分析,pH是影响矿山废水微生物多样性和群落组成的主要环境因素。

安徽某铁矿排土场废矿石中产酸微生物群落

安徽某铁矿排土场是该铁矿主要的废矿石堆放地.这些露天堆放的废矿石经过长期的氧化,于20世纪70年代在排土场中央形成了一个大型酸水库.此外,在该酸水库周边还存在一些近年形成的小范围酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD).为研究该区域废矿石的产酸潜力及产酸微生物群落,采集了酸水库周边长期堆放的废矿石以及两处新形成AMD周边的废矿石样品共6个,分别为酸水库边1号位裸露1LL,新形成的AMD 5号位旁5J、5Y,6号位旁6-1、6-2和6-3.物化分析表明6个样品酸性均很强,样品1LL的pH最高,也仅为2.77,而其他5个样品的pH均在2.60以下.1LL的电导率为0.32m S·cm^(-1),5号和6号位样品的电导率则高达2.25~7.08 m S·cm^(-1),证明其中含有更高浓度的阴阳离子.1LL中Fe^(2+)的含量为0.80 mg·kg-1,而其它几个样品的含量则为2.91~33.40 mg·kg^(-1),证明1号的样品经过长期的风化,Fe^(2+)基本上已被氧化成Fe^(3+).16S rRNA基因高通量测序表明,5号位和6号位样品中的嗜酸菌主要属于γ-Proteobacteria、Firmicutes、Nitrospira.1号位样品中的嗜酸菌主要属于Actinobacteria、Acidobacteria、Chloroflexi.5号位和6号位样品含有大量的铁硫氧化菌,如Sulfobacillus、Leptospirillum、Acidithiobacillus,证明其中发生着旺盛的产酸过程;而1号位样品1LL微生物群落相对复杂,但基本不存在铁硫氧化菌,原因可能是酸水库周边长期堆放样品中的铁和硫都已经氧化殆尽,基本上不再产酸.统计学分析结果表明,1号位样品1LL与另外5个样品微生物组成存在明显差异,说明不同物化条件对微生物群落结构有决定性影响.