“海洋生态系统动力学模型”课程思政建设探究——以广东海洋大学为例

文章以广东海洋大学为例,首先阐述了“海洋生态系统动力学模型”课程思政建设的重要性,然后论述了“海洋生态系统动力学模型”课程思政建设的路径,包括借助多学科交叉载体,强化课程思政建设;开展课程思政宣讲,加强教师队伍培养;挖掘课程思政内涵,通过实践完善教学模式;渗透生态文明观,进一步拓展课程思政建设。

辽东湾浮游植物分布的生态系统动力学模型

为定量描述辽东湾海区浮游植物的分布状况,以水体叶绿素a浓度为表征指标,采用数值模拟的方法进行了辽东湾海区叶绿素a浓度的时空分布特征研究。首先建立海区的水动力模型,然后引入各水质和生态指标变量之间的生化反应过程,构建海区多因素耦合影响的生态系统动力学模型,并基于辽东湾海域2020年的监测数据进行参数调节和模型验证。结果表明:本文中构建的辽东湾浮游植物分布生态系统动力学模型对各指标的模拟值与实测值吻合良好,均方根误差在15%以内,表明模型精度较高;辽东湾靠近辽河口入海区、葫芦岛和长兴岛附近海区的叶绿素a浓度模拟值明显高于其他海区,辽东湾8月叶绿素a的平均浓度明显高于5月,二者的比值在1.6左右,表明叶绿素a浓度存在明显的季节性分布特征;叶绿素a浓度模拟值在5月中旬达到峰值(13.4μg/L),而后由于藻类呼吸和沉降变化,又引起浓度的显著下降,8月藻类丰度增加,又达到另一个峰值(21.3μg/L),此结果与历年浮游植物观测丰度的分布趋势——双峰结构特征相吻合。研究表明,本文中构建的多因素耦合影响的生态系统动力学模型,对海区生态系统动力学问题具有较高的重演与预测性能,该模型也可应用于海区的生物资源恢复、渔场建设及赤潮预警研究中。

基于生态系统动力学模型的胶州湾菲律宾蛤仔养殖容量动态评估

养殖容量评估是衡量贝类养殖活动是否环境友好、碳汇功能能否充分发挥的重要前提。本研究基于2018年5月—2019年2月的走航观测和定点连续观测数据,通过构建营养盐–浮游植物–浮游动物–碎屑–菲律宾蛤仔(nutrients–photoplankton–zooplankton–detritus–clams,NPZD-C)生态系统动力学模型,动态评估了胶州湾菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)的养殖容量。结果显示,构建的生态系统动力学模型能够较好地反演菲律宾蛤仔的生长和浮游植物的动态响应,菲律宾蛤仔和浮游植物的实测值和模拟值均呈显著线性相关(P<0.01),R^(2)分别为0.9348和0.9264;不同放苗密度情境下的产量模拟结果显示,当苗种(2000~3000 ind./kg)的初始放苗密度分别为300、500、700、1000、1500 ind./m^(2)时,蛤仔的预测产量分别为10.5、15.6、18.9、21.6、23.2 t/hm^(2);养殖容量评估结果显示,若在期望的10个月养殖时间内收获湿重为5 g以上的商品蛤仔,放苗密度需控制在1000 ind./m^(2)以内,以生态效益和经济效益的最大化为判定标准,适宜的放苗密度为550~750 ind./m^(2)。研究结果可为实施生态系统水平的胶州湾菲律宾蛤仔养殖管理、充分发挥菲律宾蛤仔的碳汇功能提供理论依据和科学指导。

基于生态系统动力学模型的太湖藻类动态模拟

本文以生态系统动力学模型CAEDYM为建模框架,紧密结合太湖生态系统结构与功能特点,以河道流量及其物质含量、风场、太阳辐射等为外部函数,以藻类生消及其相关营养盐变化过程为建模核心,建立了考虑内源释放的各种形态氮、磷输移与转化的太湖整体三维生态系统动力学模型。在前人研究工作的基础上,应用太湖2000年实测数据对模型进行率定和验证,确定了模型各参数值,计算结果显示模拟值能较好地拟合实测值,表明所建藻类生态动力学模型能较好地描述藻类及各种营养盐的动态变化,这对揭示太湖藻类"水华"暴发机理有一定的意义。

滇池湖泊生态系统水动力学模拟

针对滇池富营养化状况,依据滇池生态环境建设规划,在以前研究工作的基础上,综合考虑湿地植物、底泥、水域条件变化,根据水动力学原理建立了垂向平均的二维生态系统水动力学模型,模拟了滇池现有水体、拆除防浪堤水域扩展后水体和滇池湿地建成后总水体3种情况的流场和浓度场,以及入滇河道达标排放后的水质浓度场,分析了湿地植物和水域扩展对滇池流场的影响,以及水域扩展、湿地植物、入湖河流达标排放对滇池水质的影响。结果表明,水域拓展对滇池流场的影响是局部的,湿地植物对滇池流场的影响主要发生在湿地区域。水域拓展对滇池水质具有一定影响,TN、TP平均质量浓度由2.08和0.19 mg.L-1(现有水体)降至1.69和0.16 mg.L-1;人工湿地建设对滇池水体TN、TP浓度影响较大,湿地建成后平均质量浓度降至0.76和0.05 mg.L-1,基本达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质标准;人工湿地建设完成并且入滇池河流达标排放后,TN、TP平均质量浓度分别降至0.17和0.01 mg.L-1,水质明显改善。因此,人工湿地建设及入滇池河流的达标排放对滇池生态环境的改善具有重要作用。

海洋生态系统及海岸工程生态影响预测模型研究进展

对海洋生态系统的研究已形成了以实验观测为基础、建立生态模型的方法。文章对已有的海洋生态模型研究成果进行了归纳总结,认为初级生产力模型是纯生态模型的主要发展方向,综合考虑物理生化作用的生态系统动力学模型将是未来海洋生态研究的必然趋势。同时,由于我国大规模海岸工程建设对近岸海域生态系统造成了较大影响,而相关的生态影响预测模型研究较少,为有效预测评价海岸工程建设对近岸海域生态系统的影响,进一步深入研究海岸工程建设对近岸海洋生态影响预测模型将显得尤为重要。

WASP水质模型在河流富营养化问题中的应用

生态系统动力学模型可以真实地刻画河流富营养化问题。基于这一模型,运用WASP水质模型对浑河支流细河2007年污染质运移问题进行数值模拟,并对模拟的效果进行分析与解释。结果显示,7月份在靠近工业园区和居民区附近河段,BOD浓度>140 mg.L-1,污染严重,其主要原因为工业废水和居民污水的大量排放,表明基于生态系统动力学模型的WASP较以往的经验回归等统计模型更能反映河流富营养化问题的动态变化规律。