基于生态系统健康视角下的云南高原湖泊水环境问题的诊断与解决理念

以滇池为代表,从生态系统健康的视角分析云南高原湖泊水环境问题的特点,提出解决问题的宏观路径,对未来重点应解决的关键问题进行了讨论。

静态条件下沉水植物净化污水厂尾水能力研究

为了解沉水植物对污水处理厂尾水水质净化效果,研究了滇池流域常见的5种沉水植物对昆明市第五污水处理厂尾水的净化能力。通过室外模拟、实验室测定,分析了单一种沉水植物对水环境质量的改善能力。结果表明:5种沉水植物均有一定能力去除水体中总磷、总氮、氨氮、COD,但随着沉水植物的生长,其叶片的腐烂分解又提高了水体氮磷等有机物的含量。该研究从水体水质的多个指标可见,苦草、马来眼子菜和金鱼藻在各方面表现能力均较强,可作为滇池流域河道水体修复优先选用的物种。以污水厂活性污泥和红壤混合物作为底质,在静态条件下菹草和浮叶眼子菜在污水厂尾水中很难长期存活下来,作为构建富营养化水体生态修复方案还需进一步研究。

超声雾化进样技术在ICP-AES中的应用研究

研究了超声雾化进样系统在电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)中的应用,考察了测定的影响因素。结果表明,超声雾化进样条件下,影响谱线强度和测量精密度的因素较多。其中影响较大的因素主要有:载气流量、进样速度、进样时间、冲洗条件及溶液的介质条件。载气的最大允许量远小于气动雾化中的常规用量。同时,进样时间对测量精密度的影响较大,而积分时间对测定的影响较小。此外,冲洗条件对记忆时间的影响较大,辅助冲洗水流的方式有助于减小记忆效应的影响。实验表明:超声雾化进样条件下,As,Pb,Se,Bi,Ge,Mo,Cd,Cu等八种元素的检出限低于气动雾化进样的检出限10～25倍,超声雾化进样技术在ICP-AES中的应用有助于改善ICP-AES测定的灵敏度。

滇池柴河小流域暴雨径流氨氮的输移过程研究

氨氮通过暴雨径流的冲刷和土壤颗粒物的携带进入水体,对受纳河流、湖泊造成污染。以柴河小流域为单元,从输出源、输移过程、河道汇集过程这几个方面对2011年7、8月2场暴雨径流中的氨氮进行分析。结果表明：氨氮主要是吸附于土壤颗粒表面进行输移,所以土壤颗粒流失是氨氮流失控制的关键;氨氮浓度跟沉降时间的Pearson相关性均在-0.855（P〈0.05）之上,呈显著负相关;2场暴雨中,均是颗粒物粒径小于0.000 8 mm的水样的氨氮浓度较大,说明粒径较小的颗粒物对氨氮的吸附量较大;氨氮的入河系数与污染源及输移过程氨氮含量的Pearson相关性在0.914（P〈0.05）以上,说明入河系数与污染源及输移过程含量密切相关。氨氮的入河系数为0.12~0.22,说明研究区域80%以上的氨氮被边坡、沟渠截留,效果良好,值得认真对待。

滇池柴河小流域暴雨径流中COD的输移特征研究

以滇池柴河小流域为单元,对暴雨径流中污染物颗粒粒径进行了分类,得出径流中COD浓度与污染物颗粒粒径的关系,并从输出源强、输移过程、汇集入河这几个方面对暴雨径流中的COD进行了从源到汇的输移特征研究,以确定暴雨径流中COD的入河负荷。结果表明,形成的暴雨径流中的大部分COD经适当沉淀(30min以上)可以有效去除,暴雨径流中的COD主要分布在粉粒和粘粒中,2场暴雨径流均在沉淀的5～30min去除的COD最多,这部分污染物的颗粒粒径在0.008～0.020mm,属于容易沉淀去除的部分,沉淀30min时的COD平均去除率在52.19%,沉淀240min左右可去除的主要为粒径在0.003～0.008mm的污染物,沉淀240min时的COD平均去除率在63.41%;而沉淀2 880min后仍未去除的为粒径小于0.000 8mm的微小颗粒,仍无法去除的COD平均占23.26%;降雨强度越大,对地面的冲刷能力越强,形成的径流量更多,输出源的COD含量越高。2场暴雨径流的输出源、输移过程和最终入河的COD浓度存在一定的相关性,但由于污染物输移过程中会受各种因素影响,且本研究监测的暴雨场次有限,由此暴雨径流中COD的入河负荷影响因素还有待进一步研究。

云南不同土壤铅背景值下大叶茶种群对铅的吸收积累特征及其遗传分化

在具有不同土壤铅(Pb)背景值的云南大叶茶主产区,分析了11个大叶茶种群所在地的土壤Pb含量,相应各种群的老、嫩叶Pb含量和富集系数,并利用ISSR分子标记研究了这些种群的遗传特征,以期认识不同大叶茶种群在不同Pb背景值下对Pb的吸收积累特征及其遗传分化状况。结果表明:(1)在本研究区域内,大叶茶种群间土壤Pb含量、老叶和嫩叶Pb含量、富集系数差异显著,土壤有效Pb、嫩叶Pb含量分别在0.78—15.20mg/kg和2.03—7.02 mg/kg之间,嫩叶Pb富集系数变化范围为0.001—0.24;种群内差异小,例如P6种群内嫩叶Pb含量在2.82—2.84 mg/kg之间,嫩叶Pb富集系数变幅为0.09—0.10。(2)筛选的10个ISSR引物扩增出81条带,平均多态位点百分率(PPB)为75.25%;Shannon's指数(I)估算出种群间的变异为34.28%,利用POPGENE软件计算出种群间遗传分化系数GST为0.3116,分子方差分析(AMOVA)也显示种群间变异占35.37%(P<0.001),表明不同种群的大叶茶出现了遗传分化。(3)UPGMA聚类分析发现,11个种群可分为5个类群,对Pb吸收累积能力高的与能力低的种群在聚类分析中存在明显分异;相关性分析表明,土壤有效Pb含量与PPB、Ⅰ、Nei's基因多样性指数(H)的Pearson相关系数r分别为-0.633,-0.786,-0.581(P<0.05),土壤有效Pb含量与大叶茶种群遗传多样性水平程度不同呈负相关。讨论分析认为,在土壤Pb高背景值条件下,部分大叶茶种群遗传多样性水平降低,不同种群对Pb的吸收累积能力存在明显差异,种群间出现了显著的遗传分化。对低铅富集的遗传分化现象的深入研究将可能为遴选拒吸收污染物的洁净种质、在污染条件下进行无公害生产提供新途径。

水体水质理化性质与沉水植物生长的生物学特征相关性研究

为探讨沉水植物生长影响的水质理化性质,通过室外静态模拟实验,3种沉水植物在高中低3种不同污染浓度的底质中,室内分析测定了沉水植物生物学指标和水质指标,并进行水体水质理化性质与沉水植物生物量、株高、分枝数、叶绿素之间的相关关系研究,数据的典型相关分析结果表明:在低污染底质条件下,水体中污染物浓度与粉绿狐尾藻和竹叶眼子菜的生长呈显著负相关;与金鱼藻的生长呈显著正相关。在中度污染底质条件下,水体中污染物浓度与粉绿狐尾藻的生长呈显著正相关;与竹叶眼子菜和金鱼藻的生长呈显著负相关。在高污染底质条件下,水体中污染物浓度与粉绿狐尾藻、竹叶眼子菜和金鱼藻的生长呈显著负相关。

不同坡地汇水区降雨径流磷元素流失研究

为探讨不同坡地汇水区内磷元素流失特征及差异,本研究在柴河小流域选取了4个有代表性的汇水区,测定了旱季、雨季表层土壤磷含量。结果表明,雨季表层土壤全磷含量高于旱季,有效磷含量除了人为影响较大的汇水区外,都是雨季低于旱季。

滇池流域富磷区退化山地马桑-蔗茅植物群落的生态修复效能评价

滇池流域富磷区退化山地面源污染的防控是滇池富营养化综合治理的重点区域和关键环节。为了了解富磷区退化山地典型植物群落的生态修复效能,该文以马桑(Coriaria nepalensis)-蔗茅(Erianthus rufipilus)群落为例,从群落构建过程、优势种的面源防控能力、形成群落的面源污染防控效能三个方面对该群落的生态修复效能进行研究。结果表明,马桑、蔗茅及其形成的马桑-蔗茅群落均可有效地降低地表径流量,悬浮颗粒,及土壤氮、磷流失,但马桑、蔗茅种群数量水平低,种群之间不存在显著的空间关联性。基于以上研究结果,建议在后期的生态修复过程中,通过增加马桑、蔗茅的数量,使二者之间达到空间正关联性,群落结构的完善不仅可以有效地抑制紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)的入侵,还可以进一步提高对退化山地面源污染的防控效能。

柴河流域不同景观类型径流氮磷含量及其计量比变化特征

流域内不同景观类型控制着径流养分输移程度及其计量比,进而影响流域内不同生态系统的服务功能,因此养分含量及其生态化学计量成为评价流域生态过程及水体营养状态的重要手段。为了解滇池流域内柴河子流域不同景观类型径流氮磷含量及其计量比变化特征,在时空尺度上针对流域主要景观类型进行野外水质监测,结果显示:(1)该区域径流水体氮磷超标较为严重,溶解态氮与颗粒态磷是氮磷的主要存在形态,氮磷污染指标基本符合面源污染特征;(2)坝平地径流氮含量及磷矿区径流磷含量时间变异程度较高;整个流域内雨季初期径流氮含量空间变异较强,雨季中期磷空间变异较大;(3)根据径流水体营养物限制划分标准,坝平地与台地的径流整体处于磷限制状态,磷矿区及富磷区林地径流处于氮限制状态,而大棚区及柴河下游水体不受营养盐的限制。因此,柴河水体排入滇池后容易增加滇池富营养化的风险。

矿区废弃地先锋植物齿果酸模在Pb、Zn污染下抗氧化酶系统的变化

作为云南矿区废弃地常见的先锋植物,齿果酸模(Rumexdentatus)已形成对重金属污染的耐性生态型,是理想的逆境生态学研究实验材料。为进一步揭示不同抗氧化酶在先锋植物幼苗早期抗逆境的耐性机理中的作用,采集了来自云南兰坪铅锌矿废弃地的齿果酸模,观察其幼苗多种抗氧化酶在实验室模拟的重金属Pb与Zn单一污染条件下(浓度分别为0,1,5,10,50,100,200 mg/kg)的变化特征。结果表明:随着Pb与Zn单一污染浓度的增加,(1)MDA含量持续上升,与对照相比,在200 mg/kg Pb或Zn单一污染下,MDA分别显著上升了427%和330%;而(2)SOD,POD与CAT三者活性变化特征则各有不同。其中SOD活性呈现先升后降的趋势,POD活性则持续上升;而CAT活性很低,在Zn污染下未检测出,Pb污染下其变化无显著规律。相关性分析结果表明,Pb与Zn单一污染导致先锋植物齿果酸模幼苗产生膜脂过氧化,而抗氧化酶系统在抵御这种不良影响的耐性机制中发挥了一定的作用,且不同酶发挥的效用不同,其中POD发挥了主要作用。

土壤中亚致死剂量毒死蜱对蚯蚓抗氧化防御系统酶活性的影响

以赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)为供试生物,研究了暴露于含有亚致死剂量毒死蜱的人工土壤中8周时间内蚯蚓超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性的变化。结果表明,毒死蜱对蚯蚓SOD、CAT、GSH-Px酶活性具有显著抑制。蚯蚓抗氧化防御系统酶对毒死蜱毒性具有一定的指示作用。除蚯蚓的LC50、产卵率、卵孵化率等常用的蚯蚓生态毒理学指标外,蚯蚓的SOD、CAT、GSH-Px抗氧化酶活性与实验农药的毒性效应具有相关性,但各指标在对毒性的响应敏感性上存在差异,其中,SOD、GSH-Px最为敏感,而CAT最不敏感。因此,在生态毒性诊断时,应选择不同指标作为一套指标体系相互补充,以增强污染诊断的灵敏性及长期诊断。

滇池流域山地富磷区常见植物的水土保持功能比较

利用径流观测微小区,测定和对比滇池流域7种常见植物小铁仔(Myrsine africana)、旱冬瓜(Alnus nepalensis)、云南松(Pinus yunnanensis)、杜鹃(Rhododendron hemitrichotum)、桉树(Eucalyptus globulus)、马陆草(Eremochloa zeylanica)、马桑(Coriaria nepalensis)的根区土壤理化性质、径流量、土壤侵蚀量和养分流失量。研究结果表明:7种植物都可以有效改善土壤性质,减少水土与养分的流失量。其中,小铁仔、旱冬瓜土壤理化性质良好,渗透速率快,分别为10.50,13.60ml/min;而马桑相应的土壤理化性质较差,渗透速率慢,为0.08ml/min。小铁仔对径流量和土壤侵蚀量的削减率最高,相比裸地分别减少85.00%和98.14%,小铁仔对养分流失的削减率也最高;桉树对径流量的削减率最低,相比裸地减少28.34%,马桑对土壤侵蚀量的削减率最低,相比裸地减少69.73%。7种植物的土壤理化性质方差分析表明均存在显著性差异,其土壤改良效益大小排序依次为旱冬瓜>小铁仔>云南松>杜鹃>桉树>马陆草>马桑。建议植被恢复工程中营造针阔叶乔木和小灌木混交林。

松华坝水库入库河流牧羊河水质时空变异特征

牧羊河是松华坝水库上游的一条重要支流,其水质质量直接影响到松华坝水库的水质。通过牧羊河上、中、下游不同断面的水质监测和分析,结果表明:(1)牧羊河流量及其变异系数变化均是上游<中游<下游;(2)牧羊河的pH值变化较小,变化范围在7.5～9.0之间;(3)牧羊河水质化学需氧量(COD)变化幅度较大,上游和中游化学需氧量变幅大于下游,下游变化较为平稳;(4)丰水期牧羊河水质总氮(TN)变化幅度大,枯水期总氮(TN)变化渐趋平稳,其数值逐渐减小;(5)牧羊河水质总磷(TP)含量随流量的增大而升高,上中下游水质总磷(TP)含量变化有一定的延迟效应;(6)牧羊河水质化学需氧量可以较敏感地反映水质状况,总氮反映流域环境变化,总磷反映流域水土流失情况。

基于PIC16F688的翻斗式雨量计低功耗设计

针对传统的电池供电数据记录系统不能兼顾低功耗与数据快速导出的问题,本文以翻斗式雨量计为例,给出了一种基于单片机PIC16F688的优化设计,即根据不同的工作状态改变单片机的系统时钟频率,并自动切换供电通道,从而达到系统在数据采集时的超低功耗和数据快速导出的目的。实验结果表明,系统工作在数据采集状态时的电流可低至15μA,稳定可靠的通信速率可达9600bps以上。

滇中不同植物群落对紫色土表层土壤碳、氮累积的影响

通过连续观测2007-2008年滇中飒马场5种植物群落下紫色土表层土壤理化性质及碳、氮含量的旱雨季变化和层次分布特征,以揭示滇中不同植物群落对紫色土碳、氮累积效应的影响。研究结果表明:植物群落对表层土壤有机碳及其组分、全氮含量、pH及容重有显著的影响。云南松林表层土壤(0-20cm)有机碳贮存量(24.9t/ha)显著低于次生常绿阔叶林、桉树林和针阔混交林土壤的。不同植物群落表层土壤(0-20cm)的全氮贮存量之间没有显著的差异。易氧化有机碳含量的变化是引起各植物群落表层土壤有机碳含量的呈现差异的主要原因。旱雨季变化对各土层易氧化有机碳及总有机碳含量、pH有明显的影响。表层土壤有机碳贮量与地表枯落物碳贮量变化特征之间表现出明显的滞后效应,且二者无显著相关性,表明地表枯落物可能不是影响土壤有机碳碳贮量季节变化的主要因素。

滇池湖滨缓冲带和农田土壤无机磷分布及淋失特征

为了明晰滇池湖滨土壤磷素分布状况，评估其淋失特征，对昆明市滇池南部湖滨缓冲带及农田I（邻近缓冲带）和农田Ⅱ（离农田Ⅰ约1．5km）剖面土壤理化性质、磷素分布特征及其与地下水关系进行研究。结果表明：湖滨缓冲带土壤有机碳和全氮含量均显著高于农田土壤，缓冲带土壤浅表地下水中COD和总磷含量也显著高于农田Ⅱ。湖滨缓冲带土壤0～40cm土层全磷含量与农田土壤的差异不显著，但有效磷（Olsen—P）含量显著低于农田土壤。Ca—P是滇池湖滨土壤无机磷的主要组分，占无机磷总量的63％～69％。湖滨缓冲带土壤O-P含量及其占无机磷总量比例显著高于农田土壤，而Al-P和Fe—P含量及其占无机磷总量比例则显著低于农田土壤，表明缓冲带建设已经导致湖滨土壤无机磷组分及分布呈现明显分异。相关分析显示，湖滨浅表地下水埋深与其COD和总磷含量呈极显著负相关关系，同时表层（0～20cm）土壤Olsen—P、Al-P和Fe—P含量与地下水总磷含量也存在显著或极显著负相关关系。这表明土壤表层是滇池湖滨区土壤磷素淋失的主要层次，而浅表地下水埋深是影响湖滨区土壤磷素淋失的重要因素之一。

退耕对滇池湖滨土壤理化性质与无机磷分布的影响

[目的]明晰退耕对滇池湖滨土壤理化性质和土壤磷素形态分布的影响,进而评价退耕的土壤恢复效应和环境效应。[方法]采用空间代替时间的研究方法,对比研究滇池湖滨缓冲带和设施农田剖面土壤理化性质以及无机磷剖面分布特征,并且以滇池湖滨3个区域(牛恋、海埂、兴隆)相同退耕方式为对照进行研究。[结果]退耕3a后,牛恋缓冲带浅表地下水埋深明显变浅,土壤有机碳和全氮含量明显增加,土壤全磷,Olsen-P,Al-P和Fe-P含量均明显降低,O-P含量明显增加。但是浅表地下水埋深较深的海埂缓冲带土壤理化性质和无机磷组分没有发生明显变化。兴隆缓冲带土壤有机碳和全氮含量明显降低。3a内退耕没有直接对土壤理化性质和无机磷组分产生明显影响,浅表地下水埋深改变是影响土壤恢复和无机磷组分变化的直接原因之一。[结论]滇池湖滨缓冲带和设施农田土壤磷素均存在淋失风险,退耕活动通过抬高浅表地下水位加速土壤磷素淋失从而降低土壤潜在淋失风险。

柴河流域典型景观类型土壤氮磷含量的空间变异特征

为了从流域尺度了解柴河流域土壤氮、磷含量的空间变异特征,在柴河流域选择6个景观类型,并根据每个景观类型内不同土地利用方式及景观位置,共进行了72个样点的表层土壤采集,并对土壤有机质、氮、磷含量进行了测定。结果表明,磷素主要以磷矿区及富磷区林地区域含量较高,其中磷矿区土壤全磷含量平均高达20 g/kg,富磷区林地有效磷含量平均为3 687.7 mg/kg;而氮素则表现为沟渠和柴河河道底泥的含量较高,柴河底泥中全氮及碱解氮含量高达2.99 g/kg和631.8 mg/kg。相同景观类型下不同土地利用方式土壤氮磷含量在富磷区、坡耕地及坝平地均表现出较高的差异。嵌套方差分析表明景观类型及土地利用方式或所处的景观位置对土壤有机质及氮磷含量均具有显著的影响。以上结果表明柴河流域内土壤养分含量空间变异程度较高,不同景观类型和土地利用方式共同决定了土壤氮磷含量的变异。因此,在面源污染输移风险评估及防控时应同时结合景观类型及土地利用类型进行分析,并在此基础上探讨主要影响因素。

滇池湖盆区露地蔬菜种植方式对农田水土流失的影响

研究露地蔬菜覆膜垄沟种植体系中2种不同的种植方式(膜上、膜侧)对滇池面山台梯地农田表层土壤结构稳定性及农田产流的影响。结果表明:与膜上种植方式比较,膜侧种植方式对种植行0-5cm土层的容重、孔隙分布及>0.25mm水稳性团聚体含量均无明显影响。在5-10cm土层,虽然膜侧种植方式下的总孔隙度及>60μm孔隙度显著低于膜上种植方式的,但是2种种植方式下5-10cm土层>0.25mm水稳性团聚体含量间的差异不显著。这表明膜侧种植方式不会明显降低表层土壤的结构稳定性。与膜上种植方式比较,膜侧种植方式下农田的径流深度和输沙量减少57%和65%,单位面积农田中随径流输出的TN、TP、COD总量减少49%,64%,72%,表明膜侧种植方式能显著降低台梯地农田的产流量、输沙量和污染物输出量。研究还发现农田污染负荷(TN、TP、COD)输出主要以径流中的泥沙流失为主,约占输出总量的80%以上。相关分析表明,滇池湖盆区台梯地农田产流量与降水量、降水强度间均无显著相关关系,径流中泥沙含量和降水强度、径流量间存在显著的正相关关系。