生态堆岛技术在剑湖湿地生态修复中的应用研究

生态堆岛可解决消化入湖口泥沙淤积,具有投资少、占地小、无二次污染、泥沙处理率高等优点。通过研究生态堆岛平面布置、堆岛面积、水域面积、岛屿驳岸坡比、除沙效果等,确定生态堆岛的关键技术因子。研究表明:生态堆岛平面布置各岛长轴与主水流方向交角不宜大于60°,且堆岛区域的水域面积应大于总面积的50%;生态堆岛的驳岸边坡系数与堆岛的占地面积、水域面积、填筑方量有关,经计算分析确定生态堆岛土质驳岸边坡系数为2.5;经过监测与检验:堆岛区域植被恢复显著、水环境质量较好,生态堆岛技术可为湖泊湿地修复、科学除沙提供参考。

云南剑湖自然保护区湿地维管植物多样性特征及其成因

基于2003年和2019年多次调查数据,对云南剑湖省级自然保护区湿地维管植物的多样性进行研究,湿地植物依据国家林业局颁布的标准和相关文献的划分确定。结果表明:剑湖湿地区域分布湿地维管植物34科83属129种,可划分为12个分布区类型和12个变型,温带种比例最高,计97种,占保护区湿地维管植物总数的75.19%;中国特有种13种,占保护区湿地维管植物总数的10.08%,其中云南特有种4种,占保护区湿地维管植物总数的3.10%。按生活型分类统计得到湿生植物92种、沉水植物19种、挺水植物9种、漂浮植物5种、浮叶植物4种。湿地植被分布有湿生植物型、挺水植物型、漂浮植物型、浮叶植物型和沉水植物型5个植被亚型及水蓼–水芹–薹草群系和水蓼–两栖蓼–平卧蓼群系等17个群系。根据野外调查中掌握的物种习性、形态特征、生境及来源,确定剑湖湿地有次生维管植物4类63种,区系次生度48.84%。剑湖与滇西北区域内的拉市海共有湿地维管植物39种,二者物种相似度为22.29%,与滇中区域内的程海共有湿地维管植物18种,二者物种相似度为10.00%,与拉市海物种相似度更高。研究表明,剑湖湿地维管植物表现出物种丰富度较高、温带成分显著、特有率极低、生活型齐全、群落类型多样、区系次生度高、滇西北成分明显的特点。剑湖湿地维管植物多样性特征的主要形成原因是剑湖海拔偏高、纬度偏北、人为影响严重,并且与剑湖湖水较浅、湖水置换速度较快、污染小的水环境特点以及湖床倾斜度平缓、湖岸弯曲度大、湖底淤泥较厚的湖泊特征有直接关系。

绍兴鉴湖国家湿地公园维管植物资源分析

通过对绍兴鉴湖国家湿地公园维管植物资源进行分析,研究了其物种组成、分布区类型、珍稀濒危植物资源、药用植物资源、湿地植物资源等。结果表明:①公园共有维管植物91科207属261种,含1~5属的科和含1~5个种的属植物构成了湿地公园的主体;②公园种子植物具有明显的热带属性,同时具有一部分温带属性,这与该区所处中亚热带常绿阔叶林地带地理位置相一致;③公园有珍稀濒危植物3种,药用植物227种,湿地植物138种。摸清公园维管植物资源的状况,对维护鉴湖湿地生态系统的健康和稳定具有重要意义。

基于PCR-DGGE技术的剑湖湿地湖滨带土壤微生物群落结构多样性分析

为了解剑湖湿地湖滨带植物根际土壤中细菌的群落结构特征多样性,应用PCR-DGGE技术对剑湖湿地湖滨带4种植物根际土壤细菌的群落结构进行了研究,根据DGGE指纹图谱,对它们的遗传多样性进行了分析。结果表明,不同植物群落根际和非根际土壤细菌多样性指数(H′)、丰度(S)和均匀度(J)均有所不同,根际土壤细菌多样性指数、均匀度、丰富度均高于非根际,其中茭草根际土壤细菌多样性指数、均匀度、丰富度均最高,说明植物群落类型与土壤微生物多样性的关系十分密切;不同植物群落根际土壤细菌群落结构相似性较高,非根际土壤细菌群落结构相似性较低,在82%的相似水平上聚为4大类群,根际土壤细菌和茭草非根际土壤细菌聚为一类,其余非根际土壤细菌各聚为一类,说明植物群落对微生物群落结构具有一定的影响。对DGGE的优势条带序列分析,同源性最高的微生物分别属于变形菌门(Proteobacteria)、草酸杆菌科(Oxalobacteraceae)、紫色杆菌属(Janthinobacte rium)、杜擀氏菌属(Duganella)、埃希氏菌属(Escherichia)和链球菌属(Streptococcus),它们均为未培养微生物。不同植物群落根际土壤氮磷含量均有所差异,其中茭草根际土壤氮磷含量最高,湿地土壤细菌多样性与土壤有机质、总N、总P的含量呈正相关关系,土壤细菌多样性与土壤pH值呈负相关关系。

剑湖湿地湖滨带5种植物群落类型氮和磷根际效应

通过对剑湖湿地湖滨带茭草(Zizania latifolia)、水蓼(Polygonum hydropiper)、蒿(Artemisia selengensis)、禾草(Alternanthera philoxeroides)和蓼茭混交5种植物群落类型对氮、磷的根际效应进行研究,并从植物生物量、植物富集量、根际土壤有效氮磷和pH值变化对根际效应的影响,揭示不同种类湿地植物对氮磷净化效率差异的内在机制。结果表明,5种植物群落的根际土壤氮、磷含量与非根际土壤相比均显著增加,其中茭草根际氮、磷增加最大,根际效应最为明显,茭草对氮磷的富集作用最强。植物对氮、磷根际效应大小顺序依次为茭草>蓼>蒿>禾草;植物根际土壤pH值和植株对氮磷的需求大小都是根际出现氮、磷累积的原因。

农田利用方式对剑湖湿地土壤微生物多样性的影响

【目的】对剑湖湿地土壤微生物多样性进行研究,了解农田利用对剑湖湿地土壤微生物多样性的影响,为湿地土壤的合理利用及云南高原退化湿地的研究与保护提供科学依据。【方法】选择蔬菜地、小麦地、蚕豆地、油菜地和湖滨带5种不同农田耕种方式湖滨带土壤为采样点,采用正方形五点取样法采集土壤样品。试剂盒提取5个采样点的土壤总DNA,应用PCR-DGGE技术对5种土壤的细菌群落结构多样性指数(H')、丰度(S)和均匀度(J)进行研究,运用理化性质测定方法测定土壤有机质、总氮、总磷等理化指标。【结果】不同利用方式湖滨带土壤细菌多样性指数、丰度和均匀度均有所不同,天然湖滨带土壤的细菌多样性指数、均匀度、丰富度均高于农田耕种土壤;天然湖滨带土壤细菌群落结构与农田利用土壤相似性较低,单独聚为一类,农田耕种土壤细菌群落结构相似性较高,在82%的相似水平上聚为一类;在93%相似水平上5个土壤样品聚为5个类群;不同土壤样点间具有许多共同的条带,不同农田利用土壤细菌的优势种群均属于变形菌门(Proteobacteria)、草酸杆菌科(Oxalobacteraceae)、紫色杆菌属(Janthinobacterium)、杜擀氏菌属(Duganella)、埃希氏菌属(Escherichia)和链球菌属(Streptococcus)6大类。【结论】剑湖湿地湖滨带土壤微生物群落结构多样性较丰富。不同农田利用方式下剑湖湿地湖滨带土壤的理化性质有一定差异,影响了土壤微生物群落结构的变化,从而影响土壤微生物多样性的变化。

农业利用和人为干扰对剑湖湿地土壤特性的影响

采用野外采样及室内分析方法,研究了剑湖自然保护区湿地土壤特性,探讨了农业利用和人为活动干扰对剑湖湿地土壤的影响以及森林对湿地的涵养作用。结果表明,湖滨带围垦造田,集水面上毁林开荒以及流域范围内的土壤利用对湿地土壤的发生发展产生显著影响。50年间湖面积减少了33.44%,蓄水量降低了62.95%,土壤养分呈现下降趋势。施肥影响下的农耕地包括水稻田引起的面源污染以及森林破坏后引起的表土养分流失和水土流失,是导致湖泊水质变劣、面积萎缩,引起剑湖湿地退化的潜在因素,对澜沧江下游及附近地区自然环境的形成与演变产生重大影响。

剑湖湿地保护区土壤特性及其环境影响研究

对云南西部澜沧江流域的高原湿地剑湖的土壤特性,以及人为活动干扰对其湿地生态环境造成的影响进行了研究,结果表明:由于围湖造田及毁林开荒,50年间湖面积减少1/3,蓄水量降低近2/3,沼泽土垦为旱耕地,有机质和全氮含量分别损失43.03%和60.71%,垦为水稻土分别损失6.4%和21.43%,使入湖处水的全氮和全磷分别为湖心的3～10倍,NH4+,NO2-,NO3-约为4倍,水体渐趋混浊,悬浮物增加了1倍.分析了剑湖湿地土壤生态环境恶化趋势,提出了剑湖湿地土壤资源可持续利用建议.

水生植物对剑湖湿地水体N，P营养空间分异的影响

为探究水生植物对剑湖湿地水体N，P营养空间分异的影响，运用野外采样及室内分析方法，分析了剑湖湿地水生植物资源、湿地水体N，P营养状况以及湿地水体N，P营养物质空间异质性，讨论了水生植物对湿地水体N，P营养水平空间分异的影响。结果表明，剑湖湿地具有丰富的水生植物资源，水体N，P营养物质受到水生植物群落的影响表现出空间强变异性；湖滨带挺水植物和湖体沉水植物对水体N，P营养物质的吸收利用程度较高，湖滨带迎水面水体TN和TP含量分别是0．583、0．119mg／L，而在其背水面水域则为0．411、0．043mg／L；从永丰河入湖处水体TN和TP含量高达14．097、1．628mg／L，降至出水口的TN和TP含量为0．321、0．022mg／L，水质得到极大改善，可见水生植物对剑湖湿地水体N，P营养的空间分异具有重要的影响，对剑湖湿地生态系统发挥其特殊的生态功能有着重要的作用。

滇西北高原剑湖茭草湿地湖滨带对入湖泥沙截留效果研究

以滇西北高原的剑湖茭草湿地湖滨带作为研究对象，通过对生活污水纳污河流-永丰河，农业面源污染纳污河流-金龙河和面山泥沙地表径流汇集河流-格美江河口的茭草湿地湖滨带迎水面和背水面采样监测分析，研究湖滨带对入湖泥沙的拦截效果。结果表明，剑湖茭草湿地湖滨带对各入湖河流泥沙拦截效果较好，且夏秋季节的拦截效果为冬春季节的2～4倍。同时，剑湖茭草湿地湖滨带通过对入湖泥沙的拦截作用能有效减少外源氯、磷污染物进入水体，从而达到对剑湖水环境保护的作用。

剑湖高原湿地茭草根系内生细菌多样性及其土壤影响因子研究

2011年在剑湖高原湿地3个入水口,1个出水口和湖面上分别采集茭草根系及对应土样,通过对样品DNA提取和PCR扩增,采用DGGE方法分析及内生细菌16S rDNA片段的克隆和测序,对剑湖茭草根系内生细菌多样性类群及种群影响因子进行研究。结果表明,剑湖不同取样地点的茭草根系内生细菌多样性不同,入水口金龙河的茭草根系内生细菌Shannon指数和Simpson指数最高,而出水口黑惠河的茭草根系内生细菌Shannon指数和Simpson指数最低;聚类分析显示所得细菌DGGE片段序列分为4个类群,分别为Firmicutes、Beta-proteobacteria、Gammaproteobacteria和Uncultured bacterium;冗余分析显示,NH4+显著影响着茭草根系内生细菌的种群结构。

剑湖湿地湖滨带功能效益研究

通过野外定位采样及室内试验分析,对剑湖湿地湖滨带水质净化作用进行了研究。结果表明:入湖口和湖滨带前端水质的多项指标与湖滨带后端及出水口相比均较高。其中,湖滨带前端总磷、总氮、氨氮的含量分别是湖滨带后端的2.68、3.07、1.43倍。剑湖湿地湖滨带通过水—土壤(沉积物)—植物系统的过滤、渗透、吸收、滞留、沉积等物理、化学和生物功能效应,控制、减少了来自地表径流的溶解性污染物质,达到了降解环境污染、净化剑湖水质的目的,是湿地生态系统的重要组成部分。

滇西北高原入湖河口退化湿地生态修复效益分析

选取滇西北高原典型退化湿地剑湖,对入湖河流永丰河入湖河口退化湿地进行的生态修复措施及其效益进行研究,评估其恢复效果,为高原退化湿地的修复和污染湖泊的治理提供依据。研究地修复2a后,入湖河口湿地景观格局得到较大改善,空间结构得到优化配置;水质状况明显改善,水体透明度提高101%,水体中总氮(TN)、氨氮(NH+4-N)、硝氮(NO-3-N)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)的含量较恢复前明显下降,去除率分别达到62.5%、89.3%、62.5%、91.7%、68.0%,这一水质降解结果表明:基底修复促进了入湖河口水文状况的改善,而依据植物对不同浓度污水的适应状况进行多生活型、多种类的植物配置,并适当增加沉水植物比例,有效发挥了植物的净化作用,但不同湿地植物群落之间净化效果存在差异,显示了植物对氮磷的喜好程度和植物间的互作关系,而相同植物群落在不同浓度污水条件下的表现同样存在差异。因此,污染水体的治理必须选择性利用适合不同污水浓度的水生植物进行合理的群落配置,同时,根据水质变化及时对植物进行适应性调整,有利于植物的生长和湿地生态系统的稳定,以及湿地生态系统结构和功能的恢复。该退化湿地修复后,每年可产生以净化功能效益为主的生态系统服务功能价值185万元,以水源涵养和生物多样性保育、生态旅游等的生态系统服务功能价值32.7万元,以及以生态农业系统为主的市场价值270万元,呈现了较好的经济、社会效益和生态效益价值。

基于高光谱技术剑湖湿地茭草磷含量估算模型研究

以云南剑湖湿地典型植被优势种茭草为研究对象,利用ASD Filed Spec 3光谱仪采集茭草反射光谱,并测定其磷含量,通过高光谱数据建立茭草磷含量估算模型。结果表明:茭草的反射光谱曲线与健康绿色植被的反射光谱曲线趋势一致,通过一阶导数变换可以更清楚地分析原始光谱的细节特征,作为植被光谱特有的"三边"参数,可以定量分析茭草光谱特征。分别利用光谱反射率、反射率一阶微分值和"三边"参数与磷含量作相关性分析,相关性最高的变量分别为平滑光谱1 085 nm波段、光谱一阶微分1 259 nm波段、红边面积,相关系数分别为0.528、0.619、0.526;基于Land-sat 8 OLI波谱重采样的低维光谱数据,近红外波段对茭草磷含量较为敏感,相关系数为0.519;通过主成分分析提取的变量平滑光谱提取第1成分和反射率一阶微分提取第1成分与磷含量的相关性最高,相关系数分别为0.547和0.494。在建立的估算模型中,多元逐步回归模型估算效果较优,其次为主成分回归模型和单变量回归模型;茭草磷含量最佳估算模型为基于反射率一阶微分建立的多元逐步回归模型,R2为0.76、RMSE为13.69、P为91.08%、MAE为10.75。

剑湖湿地入水口的美化与植物景观设计

指出了湿地植物扮演着重要的角色,不仅可以吸收水中有害物质,还能形成植物景观。通过对剑湖3个入水口的现场调查后,对其现状进行了分析。提出了以生态恢复为原则,利用美学原理,将乡土植物与外来植物相结合,通过景区设计和植物配置,美化云南西部澜沧江流域的高原湿地剑湖的入水口的环境,为景观设计工作提供参考。

滇西北高原主要湿地挺水植物净化氮、磷效应研究

实验选取滇西北高原湿地4种典型挺水植物,茭草、菖蒲、香蒲、水葱进行室内净化效率试验,通过对4种植物净化水体中的氮、磷等营养元素的比较研究,为云南省污染湖泊治理的人工湿地构建提供科学依据。在对茭草、菖蒲、香蒲、水葱四种挺水植物的室内净化效率试验研究中发现,茭草对TN的平均去除率为69.3%;TP平均去除率为75.2%;氨氮平均去除率为76.4%;正磷酸盐平均去除率为74.7%;COD平均去除率为69.4%。香蒲对TN的平均去除率为60.1%;TP的平均去除率为66.3%;氨氮平均去除率为69.8%;正磷酸盐平均去除率为64.3%;COD平均去除率为60.3%。菖蒲对TN的平均去除率为56.2%;TP平均去除率为61.7%;氨氮平均去除率为64.7%;正磷酸盐平均去除率为62.4%;COD平均去除率为57.9%。水葱对TN的平均去除率为51.9%;TP平均去除率为57.8%;氨氮平均去除率为60.7%;正磷酸盐平均去除率为57.4%;COD平均去除率为53.8%,表明4种挺水植物具有较好的对生活污水的净化效果,4种主要挺水植物中,茭草对氮、磷的总体净化效率最高、香蒲次之、菖蒲第3、水葱第4。运用湿地植物净化水体中的氮、磷是一项既能处理污染,又能保护环境、美化环境的生态工程,人工湿地构建中植物选择是基础,研究为我国高原污染湖泊湿地的治理、修复、重建以及保护利用提供了科学依据。

剑湖自然保护区种子植物区系特征及其评价

采用典型样方法和典型线路法,于2019年7月和2019年9月在剑湖湿地自然保护区开展陆地和湿地植物2次调查,对该区进行了科属种的统计、次生植物的划分和统计、分布区类型的研究以及区系特征的评价。结果表明:剑湖湿地自然保护区有种子植物110科353属623种,其中,裸子植物2科3属3种,被子植物108科350属620种;有中国特有属8属、中国特有种205种,其中云南特有种36种;有次生植物168种,占保护区种子植物623种的26.97%。植物区系成分以温带类型为主,由种到科温带性质逐级降低,热带性质逐级升高。因此,剑湖自然保护区植物物种丰富度较低、特有率低、植物区系次生度较高。其原因主要是气候干燥、生境单一和人为干扰严重。

滇西北剑湖湿地研究进展

参考大量文献,总结了剑湖湿地研究的6个主要方面:运用3S研究阐释了剑湖湿地土地的主要利用类型、历史变动情况及发展趋势;景观驱动与时空演变研究表明剑湖水域景观带受环境因素影响产生了显著变化;在对剑湖水体研究过程中发现剑湖湿地水体呈现富营养化的特征,并揭示了外源污染源的输入路径以及水体中N、P元素的动态分布;在剑湖湿地土壤方面,湿地流域中的沼泽土、水稻土、冲积土及松栎混交林下的红壤呈现出不同的肥力特征;在湿地土壤微生物方面,剑湖湿地植物根际与非根际微生物在数量和多样性上表现迥然不同,有研究表明,区域独特的气候环境也会影响微生物的呼吸强度和多样性;从恢复后的剑湖湿地产生的生态和经济效益评价了剑湖湿地的保护。对剑湖湿地的研究与保护提出了合理化建议。

剑湖湿地自然保护区杨树虫害调查及防治研究

剑湖湿地保护区杨树不断出现枯倒木、风折木,究其根本原因为虫害所致,经过2年的调查研究与试验分析,剑湖湿地保护区主要的蛀干害虫是麻点豹天牛(Coscinesthes salicis Gressitt)、杨干透翅蛾(Shecia siningensis Hsu),主要的食叶害虫是杨枯叶蛾(Gastropacha populifolia Esper)、背刺蛾(Belippa horrida),通过树干解析等方法发现杨树受害率已高达100%,针对调查发现问题,提出适合保护区实际并兼顾环保高效、易于操作的防治措施建议,为后续的杨树虫害防治提供参考。

基于P-S-R模型的剑湖湿地自然保护区生态安全评价

以滇西北高原湖泊剑湖湿地自然保护区为研究对象,运用P(压力)-S(状态)-R(响应)分析法为基础框架,选择28个生态安全评价指标建立生态安全评价体系,使用德尔菲法(Delphi)对相应指标进行权重计算,分析2006-2016年各个指标对剑湖湿地自然保护区生态系统的影响程度,运用综合指数分析法,对剑湖湿地自然保护区综合指数进行计算,按照不同区间段划分安全等级,进而对剑湖湿地自然保护区进行生态安全评价。