耦合水文情势及鱼类繁殖的江垭水库生态调度需求研究

为了修复河流水文情势、维持河流生态系统健康,通过环境DNA采样、IHA水文指标变动分析和文献资料总结等方法,开展了江垭水库坝下水文情势及鱼类繁殖需求关系研究,提出了水库生态调度需求与建议。结果显示,2021年9月在溇水干支流综合调查获得鱼类55种,与20世纪90年代相比,流水性种类在干流江段显著减少了51.35%;按照生态调度优先等级评估原则,确定江垭水库生态调度的主要目标物种为产漂流性卵的银鲴(Xenocypris argentea)、银鮈(Squalidus argentatus)、贝氏䱗(Hemiculter bleekeri)和产粘沉性卵的鲤(Cyprinus carpio)、鲫(Carassius auratus);江垭建坝前后下游水文情势变化较大,发生高度改变且对鱼类洄游产卵及鱼卵发育有重要作用的水文指标包括年最大1日、3日平均流量指标、年出现高流量脉冲事件的次数和持续时间以及连续日流量上涨率。研究表明,以促进坝下不同产卵类型的鱼类繁殖为目标,生态调度需要一定的高流量脉冲次数和历时,还需要控制下游水位的日降幅,通过泄放合理的生态流量来维持下游鱼类的生物多样性。

污泥厌氧稳定化流程中肠道病毒的去除与归趋

根据对典型肠道病毒的生物性研究,选取诺如病毒、腺病毒、轮状病毒作为研究对象,以安徽某污泥厂作为研究地点,污泥厂采用的是离心浓缩-水解-厌氧消化-机械脱水-太阳能干化技术,旨在评估不同污泥处理工艺对这些病毒去除效果的影响。本研究利用实时荧光定量PCR技术,对污泥处理各阶段的病毒含量进行定量分析。研究表明,污泥厌氧消化是诺如病毒和腺病毒的去除效率最高的单元,其对数去除率分别为0.68 lg和0.61 lg,太阳能干化单元是轮状病毒的去除效率最高的单元,其对数去除率为0.73 lg。该污泥处理流程对诺如病毒、腺病毒、轮状病毒总量的去除分别达到了98.7%,97.6%,98.4%,但由于进泥中病毒总量较高,最终污泥处置进入环境中含量为1.52×10^(4) copies/g DW,5.17×10^(4) copies/g DW,7.92×10^(3) copies/g DW。

阳澄湖湿地修复对浮游植物群落结构的影响研究

开展了阳澄湖平水期、枯水期和丰水期湿地修复对浮游植物群落结构影响的调查。布设11个点位,其中6个点位在修复区。结果表明,阳澄湖浮游植物共含8门13纲15目30科74种(属),修复区的浮游植物密度在丰水期和枯水期分别为非修复区的5.1%和35.2%;非修复区的优势藻种数量为修复区的64.3%;修复区浮游植物的Margalef丰富度指数(D)、Shannon多样性指数(H')、Simpson多样性指数(λ)及Pielou均匀度指数(J')均值均高于非修复区。指出,修复区的浮游植物群落更加稳定,湿地修复对阳澄湖水质净化有一定效果。

结合双线性网络和注意力的蓝藻图像识别方法

针对实际工程环境中采集的蓝藻图像数量不均衡、复杂光照条件影响、蓝藻图像局部区域特征捕捉不全面等问题,提出一种结合双线性网络和注意力的蓝藻图像识别方法。首先构建蓝藻图像数据集,并使用图像增强算法对数据集进行优化,再使用双线性网络充分提取蓝藻图像特征信息,同时结合卷积块注意力机制,聚焦重要的局部特征,忽视无用信息,进一步提升对无蓝藻、颗粒状蓝藻、带状蓝藻和片状蓝藻等4类不同形态蓝藻图像的分类效果。在构建的Algea-ultimate蓝藻数据集上进行实验,结果表明:相比识别效果最好的经典网络模型ResNet18,所提方法在识别准确率上提升7.29%,识别精度有明显提升。识别方法可用于太湖流域水质监测和预警平台中,提供蓝藻图像自动识别功能,为实时监测水体蓝藻形态提供智能化解决方案。

基于可插拔式区块链的生态流量监测系统设计

针对生态流量监管公开、透明、多方参与、数据溯源等需求,分析区块链技术在生态流量监测应用中的优势,在水情监测系统常用框架基础上,考虑可插拔式区块链支撑组件,设计一种有利于多方协同参与的生态流量监测系统,在系统数据资源层采用区块结构进行数据链式存储,在网络层运用点对点传输和拜占庭容错共识机制进行数据通信,将生态流量监管所需的各类算法写入智能合约中,并根据计算结果在业务层进行可信应用或数据溯源。传统监测系统引入区块链技术后,可使监测数据具有真实透明、难以篡改、可追溯等特性,适合多主体、跨部门的监测数据共享与发布。研究成果可为生态流量泄放监管提供一种可靠的技术支撑,亦可为区块链技术在水利行业尤其是水资源管理领域的应用落地提供借鉴。

鄱阳湖长江江豚同步监测及种群动态分析

为助力鄱阳湖长江江豚(Neophocaena asiaeorientalis)保护方案制定,及时准确掌握其种群动态,2019年11月至2021年11月开展了4次同步监测,采用Distance 7.4软件估算了其种群数量和密度。结果表明,总有效航程为1846 km,在429个位点累计观测到长江江豚1001头(次),母子豚130对(次)。2019年11月在123个位点观测到225头个体;2021年11月在139个位点观测378头个体;2年间鄱阳湖长江江豚观测个体数量增长了68.0%,观测位点数量增长了13.0%,估算种群密度增长49.2%。在集群规模方面,以1~2头个体组成的群体频次最高,占60.4%~90.2%,年际间差别较大,占比逐年下降;5头及以上群体占比4.9%~12.2%,占比逐年上升,均与水位关系不明显。长江江豚平均遇见率为0.418~0.804头/km,不同水位差别较大,低水位遇见率高;2021年11月长江江豚以及母子豚的遇见率和幼豚占比均最高,说明江豚种群数量、幼体和可育雌性群体在种群中占比均呈现稳中有增趋势,表明鄱阳湖长江江豚种群可能已经实现了正增长。

基于环境DNA宏条形码的青岚湖自然保护区鱼类组成及分布特征

为探究在不同引物、不同参考数据库下环境DNA技术检测结果的差异,于2021年4月,采用环境DNA宏条形码技术分析了青岚湖鱼类多样性。选取16S rRNA及Cytb 2种引物,NCBI及本地数据库2种数据库,分别进行比对注释。结果表明:在青岚湖29个采样点中,共检测到7目15科43属64种鱼类,其中在16S-NCBI情形下获得4目9科19属20种鱼类,在16S-本地数据库情形下获得6目13科27属38种鱼类,在Cytb-NCBI情形下获得4目6科16属19种鱼类,在Cytb-本地数据库情形下获得2目5科15属20种鱼类。在青岚湖29个采样点中,鱼类更多地分布于湖面宽阔的中间地带(如S31附近),且南部较北部更少,鱼种的分布呈现一定的空间相似性。就研究区域而言,选择16S rRNA引物及本地数据库可以获得更全面的鱼类物种。通过与青岚湖鱼类历史数据比对发现,环境DNA技术在研究区域具有较强的适用性,如能选择适当的引物和本地数据库,可以更全面地反映研究区域的物种组成情况。

基于遥感生态指数改进模型的沱江流域生态环境质量时空变化及驱动力研究

[目的]沱江流域面临严重的水土流失、水环境污染和土壤侵蚀等生态环境问题,开展流域生态环境质量评价对推动长江上游生态环境保护和流域社会经济高质量可持续发展具有重要意义。[方法]基于谷歌地球引擎平台,选取2000-2020年的Landsat遥感影像,以绿度、湿度、热度、干度、生物丰度指数构建生态环境质量评价模型,采用变异系数、一元线性回归和空间自相关分析方法对流域内生态环境质量的时空演变格局进行分析,并运用最优参数地理探测器模型(optimal parameter geographic detector model,OPGD)对其驱动力进行探测。[结果](1)2000-2020年,沱江流域生态环境质量多年平均值为0.66,等级以良为主,占比为63.01%。成都周边区县、内江、自贡、泸州等城镇地区生态环境质量较差,呈现南北低中间高的空间分布格局。(2)沱江流域生态环境质量总体呈下降趋势,生态环境质量变差的趋势显著,轻微退化和显著退化面积占比分别为19.75%和5.88%。人口密度大,社会经济发展水平高的城镇化地区,生态环境质量以较高波动为主,占比为18.15%。(3)2000-2020年沱江流域全局自相关莫兰指数范围为0.769~0.870,主要分布在第1象限和第3象限,局部自相关的高-高集聚区和低-低集聚区范围随时间呈显著变化,景观斑块破碎化明显。(4)OPGD结果表明,土地利用类型、坡度、高程、夜间灯光为流域生态环境质量变化的主要驱动因子,人口密度、气温和GDP为次要驱动因子,降水量和坡向因子影响较小。土地利用类型与其他因子交互作用增强对流域内生态环境质量变化的影响。[结论]改进的遥感生态指数模型对开展区域生态环境质量评价提供新方法,研究结果为生态环境保护提供参考。

云南省自然保护地综合科学考察辅助管理系统构建与应用

自然保护地科学考察工作是自然保护地开展保护规划和管理的重要前提,生物多样性调查是自然保护地科考工作的核心。传统的野外调查和数据整理方法费时费力,加之物种识别困难等问题,使得野外科学考察工作效率普遍不高。随着信息技术的发展,智能识别技术应用越来越广泛,物种识别精度得到不断提高。根据自然保护地科考工作需求,参考“北极花生物调查APP”,本研究建成包含“一终端、两系统、三平台”的自然保护地综合科学考察辅助管理系统:“云科考”。“云科考”APP(即“一终端”)配备的拍照识物、语音记录、联想录入等功能显著提升了野外科考工作中数据调查效率;网页管理端(包括“两系统”和“三平台”)具有数据管理、数据分析、报告撰写以及科考成果展示和对外服务等功能,有力支撑了科考数据便捷化管理和智慧化应用,提升了自然保护地科考工作管理水平。云科考系统的开发应用将开启一种新的自然保护地科学考察调查和管理信息化模式,降低调查门槛、工作经费,有助于自然保护地生物多样性调查监测与保护事业。

基于碳氮稳定同位素的珠江口南沙海域渔业生物群落营养结构研究

根据2015年秋季珠江口南沙海域拖网渔业生物的调查,采用碳(C)、氮(N)稳定同位素技术,分析了珠江口南沙海域渔业生物的碳氮稳定同位素基本特征,构建了连续营养级谱,并探讨了食物网中鱼类营养级历史变化特征。结果表明:珠江口南沙海域秋季渔业生物δ^(13)C介于–29.22‰--–20.67‰,均值为(–25.89±2.08)‰,δ15N介于10.55‰-15.66‰,均值为(12.44±1.41)‰。以小型浮游动物的氮稳定同位素平均值作为基准值构建渔业生物的营养级谱,发现珠江口南沙海域鱼类的营养级范围为2.72-4.23,甲壳类的营养级范围为2.99-3.99,且各种类生物营养级跨度大。与Fishbase鱼类生态学数据库记录进行对比,发现64%的鱼类其营养级均值位于历史营养级数据范围内,27%的鱼类营养级低于历史营养级水平,只有9%的鱼类营养级高于历史营养级水平。珠江口南沙海域渔业生物总体处于受人类活动影响较大,食物网受干扰较多的状态。研究初步建立了珠江口南沙海域渔业生物群落营养结构,旨在为该海域的渔业资源科学管理和可持续利用提供理论依据。

觉华岛近海水域人工鱼礁建设对日本蟳生物连通的潜在影响

人工鱼礁在改善局部海底流场、提升庇护场所、聚鱼增产、增加生物栖息地等方面发挥着重要作用,为评估觉华岛海域人工鱼礁的生态修复效果,筛选出10对微卫星引物对觉华岛海域自然岩礁1、自然岩礁2、人工鱼礁、海草床、泥沙底质5个典型生态系统的日本蟳进行遗传多样性与生物连通性评估.结果表明:10个位点在5个群体中有效等位基因数N_(e)为2.94~17.72个,观测杂合度Ho和期望杂合度H_(e)分别为0.30~0.82和0.67~0.95;不同生态系统日本蟳遗传多样性均处于较高水平,有效等位基因数N_(e)为6.06~7.45,观测杂合度H_(o)为0.64~0.74,期望杂合度H_(e)为0.85~0.88,Shannon信息指数I平均值为1.95±0.07,多态信息含量PIC均较高,平均值为(80.03±1.31)%;10个日本蟳微卫星位点的F-统计量(F_(IS)、F_(IT)、F_(ST))平均值分别为0.207±0.156、0.240±0.152、0.050±0.013,遗传分化的近交程度不同;不同生态系统间日本蟳遗传分化系数F_(ST)为0.001~0.026,所有成对生态系统日本蟳的遗传分化均较小(F_(ST)<0.05);两两生态系统日本蟳的基因流为9.410~567.932,均>1,不同生态系统间日本蟳基因交流水平高,存在极强的生物连通,其中海草床、自然岩礁和人工鱼礁等生态系统间生物连通性极高,泥沙底质与其他生态系统日本蟳的连通程度相对较低.印证了人工鱼礁具有良好的生境修复和资源养护效果.

样品保存温度和时长对环境DNA鱼类监测的影响

环境DNA技术作为最具潜力的生物监测手段正逐渐应用于生物多样性调查。水样采集和前处理对环境DNA生物监测至关重要。通过实验室水箱实验分析4种温度梯度下(4、15、25和35℃)7种常见鱼类环境DNA随时间的降解规律,探究保存温度和时长等前处理条件对环境DNA鱼类监测的影响,并在25℃下测定了野外环境中鱼类环境DNA的降解速率。结果表明:整体上,温度越高,鱼类环境DNA降解越快。水箱实验中,除4℃外,各鱼类环境DNA在采集后24 h内降解超过90%,计算半衰期在0.91~5.80 h之间。野外环境样品中,鱼类环境DNA含量更低、降解更快,总鱼类环境DNA计算半衰期仅为0.15 h。环境DNA宏条形码比定量PCR检测灵敏度高,在水样采集第13天后仍能检出大量鱼类信息,但定量PCR在水样采集第2天就无有效检出。宏条形码检出各鱼类相对丰度在水样采集前5天内基本保持稳定。综上,采用定量PCR方法开展鱼类监测时,建议采样后4 h内完成过滤;采用宏条形码方法时,建议24 h内完成样品过滤,以最大程度降低环境DNA降解对监测结果的影响。

甲乙基化植物油对藻荧光法检测三嗪类除草剂阿特拉津、扑草净与特丁通生物毒性的增敏性能研究

为了提升藻叶绿素荧光对痕量三嗪类除草剂的检测效果,以蛋白核小球藻、铜绿微囊藻和斜生四链藻为试验藻种,通过水样叶绿素荧光仪(WATER-PAM-WALZ)测量四个藻叶绿素荧光动力学参数Fv/Fm、Y(Ⅱ)、NPQ和qP作为毒性评价指标,研究微藻对阿特拉津、扑草净与特丁通三种三嗪类除草剂毒性的响应时间和甲乙基化植物油对藻荧光法检测除草剂生物毒性的增敏效果。实验结果显示:①蛋白核小球藻、铜绿微囊藻和斜生四链藻对三种除草剂的生物毒性最佳响应时间分别为20、10和10 min;增敏效果最显著时甲乙基化植物油浓度分别为0.25%、0.5%和0.25%。②斜生四链藻对三种除草剂的响应敏感性最高,而铜绿微囊藻对除草剂的适应性和抗性较强,在20μg·L^(-1)的扑草净暴露下,实验组斜生四链藻和蛋白核小球藻的Fv/Fm抑制率均达到23%,而铜绿微囊藻Fv/Fm抑制率只达到8%。③甲乙基化植物油的作用下,Y(Ⅱ)和NPQ对除草剂的毒性响应灵敏度最高。40μg·L^(-1)的扑草净对斜生四链藻Y(Ⅱ)抑制效果达到了56%,对Fv/Fm抑制率最高达到41%,是对照组的2.5倍,而除草剂浓度至200μg·L^(-1)时,三种藻类NPQ值均提升了1.5倍以上,参数值qP的响应程度受甲乙基化植物油的增敏效果较小。实验结果表明甲乙基化植物油扩大了除草剂与藻细胞的接触面积,增强了除草剂的渗透力,提升了藻荧光对除草剂的毒性响应,可降低除草剂的检出限值。研究中首次将甲乙基化植物油应用于藻荧光法检测三嗪类除草剂中,并且在甲乙基化植物油的作用下,藻荧光法表现出良好的检测效果,解决了某些情况下叶绿素参数响应不灵敏的问题,为快速、灵敏地检测环境中的痕量三嗪类除草剂的生物毒性提供了一种新的方法。

供水调蓄水库浮游植物功能群特征及其影响因素

本文调查分析了清林径水库水质及浮游植物功能群特征,并应用冗余分析方法探讨影响浮游植物优势功能群的主要环境因素。结果表明,目前清林径水库处于贫营养至中营养状态,主要超标污染物为总氮,且以有机氮污染为主。本次调查共鉴定浮游植物110种,可划分为25个功能群,包含A、J、Y、W2、Lo、MP、S17个优势功能群。其中功能群A占据绝对优势,表征清洁、深水、贫营养的生境特征,与水环境调查结果相一致。冗余分析结果表明,清林径水库浮游植物优势功能群的分布明显受水环境因子影响,其中溶解氧、铁、化学需氧量、硝酸盐氮、氨氮和透深比是影响优势功能群丰度的主要因素,水库存在水体富营养化和水华风险。针对外来水水质相对较差的供水调蓄水库,从工程措施和管理手段两方面提出水环境保障措施建议,可为供水调蓄水库水质保障和管理提供借鉴。

湘莲不同器官中常见重金属含量检测及富集特征分析

目的:了解湘莲种植区底泥及湘莲不同器官中常见重金属含量,进而探究湘莲各部位对重金属的富集转移特征。方法:以湖南省典型湘莲种植区为研究对象,通过ICP-OES检测底泥及湘莲不同器官中Cd、Cr、Pb、Ni、Cu、Zn、Mn含量;采用生物富集系数(BCF)和生物转移系数(TF)评价湘莲对重金属的富集转移特征。结果:底泥中Cd、Cr、Pb、Ni、Cu、Zn、Mn含量均值分别为0.73,176.28,40.48,27.61,28.07,95.57,311.68 mg/kg,与NY/T 391—2021限量值相比,Cd、Cr、Pb含量的超标率分别为100%,75%,10%。湘莲中7种重金属的最高富集器官:莲芯中为Cd、Cu、Zn,莲根中为Cr、Pb,去芯莲肉中为Ni,莲叶中为Mn,其含量均值分别为0.20,13.64,78.58,14.66,2.23,1.11,924.03 mg/kg。仅莲茎和莲叶中的BCF Mn均值>1,各器官中的TF Cu值均>1。结论:研究区以Cd污染相对严重;湘莲不同器官重金属含量不同,莲茎及莲叶对Mn有较强富集作用,Cu在湘莲内转移能力较强。

1861-2010年巢湖流域气候和生产力要素数据集

巢湖是我国五大湖泊之一,人类活动历史长久,并对流域生态环境和湖泊水体造成了重要影响。尤其近百年在全球变暖背景下,巢湖流域工农业发展和城镇化加剧了流域植被退化,导致了水体富营养化、生态环境破坏等严重环境问题。本研究利用实测和模拟的多源数据,建立了高分辨率、长时段的生态系统气候和植被生长数据集,通过采用薄板光顺样条空间插值方法,以STASH软件为基础开发生物气候软件建立了气候数据,包括1861-2010年的高分辨率气温、降水、日照百分比、最冷月均温、最暖月均温、大于0℃积温和大于5℃积温数据,通过机器学习方法结合NPP算法模块计算得到了相同时期的植被数据,包括植被净初级生产力(NPP)、生态系统净生产力(NEP)和叶面积指数(LAI)数据,并进行了质量控制分析。本数据集为区域潜在植被重建及其植被变迁定量研究提供了模型数据,也为准确地评估气候变化对巢湖流域生态环境的影响提供了基础数据,同时也可以作为工业革命以来中国区域典型流域生态系统数据集建设的参考案例。

基于环境DNA宏条形码技术的南京不同林地陆生昆虫多样性差异分析初探

为探究环境DNA宏条形码技术在多种林分下昆虫生物多样性调查中的可行性,采用马氏网法,于2022年3—5月,对江苏省南京市六合区、高淳区和江宁区的人工林、杂木林以及天然次生林开展昆虫生物多样性调查。通过环境DNA宏条形码技术共注释到陆生昆虫11目100科330种465个分类操作单元(Operational Taxonomic Unit,OTUs)521219条序列,其中鳞翅目、双翅目和半翅目为优势种群。Chao1指数和ACE指数结果显示,天然次生林的物种丰富度最高,其次是杂木林和人工林。香农维纳(Shannon-Wiener)多样性指数表明天然次生林的生物多样性较好,杂木林次之,人工林较差。基于此,对环境DNA宏条形码技术在陆生昆虫多样性监测中的表现进行讨论,以期为陆生昆虫多样性监测方法提供新思路与技术参考。

南水北调中线水源区植被指数时空变化分析

通过单线性回归(SLOPE)和地理加权回归(GWR)法,用植被指数(NDVI)研究南水北调中线水源区的植被分布变化趋势及机制,为保障水量和水质提供理论支撑。结果表明,2000—2019年水源区NDVI和入库流量呈现同步增长,植被逐渐变好,2007年以前NDVI增长幅度大,2008—2011年处于波动阶段,2012年以后增长幅度减小;NDVI变化最明显的是研究区东北部、西部和丹江口库区周边,这些区域地势相对低平、人口集中,中山和高山区NDVI变化不大;高程、坡度、人口数和城镇化是影响水源区NDVI分布的主要因素,降水、气温和产业比重是次要因素;各因素影响的强度和方向在空间上有异质性,自然地理因素对NDVI影响的最显著范围为高程1090 m以下、年均降水量980 mm以上的区域,人文地理因素影响的显著范围区是人口密度大、城镇化率高的地区。

生态监测时空信息微服务:架构、技术与应用——以南岭国家站为例

随着物联网、大数据等新一代信息技术和生态系统与生物多样性监测领域的深度融合,持续汇聚的海量、多源异构、多模态时空大数据资源的高效管理与智能应用具有重要意义。以南岭森林生态系统国家野外科学观测研究站(简称“南岭国家站”)积累的时空监测大数据为研究对象,设计了面向森林生态系统与生物多样性监测的时空信息微服务架构,阐明了微服务划分与封装、数据抽取方法等关键技术,研发了南岭国家站生态系统与生物多样性监测时空数据管理平台,有效管理和分析了南岭国家站的时空大数据资源。测试与应用分析表明,森林生态系统与生物多样性监测时空信息微服务架构能够满足生态监测大数据高效管理的核心应用需求,提升了生态监测时空数据资源的科学管理效率,可为森林生态系统与生物多样性监测时空大数据管理提供有力的新工具。

基于藻类生长潜力评估调水对藻类生长的影响

为评估水体生态健康,量化和确定供水输入的浮游藻类群落对受水水体浮游藻类生长的影响程度具有重要意义。该研究在不同季节的调水期测定了供、受水水体的理化因子,同时利用藻类生长潜力试验比较和分析了不同比例的供、受水水体混合处理后浮游藻类细胞密度和群落结构变化。结果显示,调水期间受水水库的氮磷营养盐浓度没有显著变化(P>0.05)。不同季节的藻类生长潜力试验显示,夏、冬季处理组的浮游藻类细胞密度峰值时间比对照组提前了4 d,且密度峰值随着混合比例的提高而增大;但夏季培养末期(20 d)处理组的浮游藻类密度均低于对照组,同时夏、秋和冬季处理组的实际藻类密度峰值均低于理论估算值,分别低10%、17%~24%和31%。处理组的群落结构变化表现为夏季受水水库的绝对优势种转变为输入的优势种,秋、冬季绝对优势种的相对丰度随调水比例的提高而增加,明显受到供水优势种生长的影响。供、受水水体的营养盐浓度差异是影响藻类生长的主要因素,持续调水显著影响受水水体浮游藻类的群落结构,但在一定程度上降低了发生藻类水华的风险。