洞庭湖湿地土壤种子库特征及其与地表植被的相关性

本文研究洞庭湖三种分布于不同水位的主要群落(荻、苔草、虉草)土壤种子库大小组成、垂直分布特征及其地表植被的相关性.结果表明:荻群落土壤种子库密度最高,为44656粒/m2,苔草群落的最低,为15146粒/m2,虉草群落的居中,为31725粒/m2.种子主要分布于土壤表层(0～5 cm),且随土壤剖面深度的增加而迅速递减.三种群落湿地种子库由53种植物组成,分属18科39属,其中多年生物种20种,一或二年生物种33种.在荻、苔草和虉草三种群落中,种子库的多年生物种分别占29.9%、35.2%和38.0%,物种多样性指数分别为0.76、0.70和0.72;地表植被物种多样性指数分别为0.53、0.17和0.45,土壤种子库与相应地表植被相似性系数分别为0.40、0.28和0.52.可见,在洞庭湖这一通江湖泊湿地,多年生地表植被所产生的种子对土壤种子库大小贡献相对有限,种子库可能主要通过其它途径(如水的流动作用)输入.

洞庭湖湿地植被组成及区系成分分析

以2007-2009年的野外调查资料为依据,对洞庭湖湿地植物的组成及区系成分进行了初步研究。结果表明:(1)洞庭湖湿地共有种子植物229种,隶属于58科150属。其中草本植物占的比例高达97.9%,木本植物匮乏;(2)单种科属较多,单种科共计34科,占总科数的54.0%,单种属共计118个属,占总属的76.1%;(3)科级区系成分中,泛热带分布和北温带分布占的比例较大,属级区系成分中,温带分布属共计59属,占的比例最大,说明洞庭湖植物地理成分明显具有温带性质。

洞庭湖近20年水质与富营养化状态变化

利用近20年水质监测资料,系统地分析了洞庭湖水质与营养状态的时空变化特征.结果表明,受流域社会经济发展等因素的综合影响,洞庭湖水质整体呈下降趋势,水体富营养化日趋严重,东洞庭湖的富营养程度稍高于西洞庭湖和南洞庭湖.洞庭湖水体主要污染物为TN和TP,ρ(TN)、ρ(TP)年均值分别为1.08～1.93和0.026～0.203 mg/L.洞庭湖水体中ρ(Chla)与ρ(TN)呈显著正相关;浮游植物数量与ρ(TN)、ρ(TP)呈显著正相关,与最大流量呈显著负相关.2007年洞庭湖流域造纸企业污染整治后,洞庭湖水体中ρ(CODCr)降低,但ρ(TN)、ρ(TP)仍呈上升之势,浮游植物数量显著增加.洞庭湖水体富营养化治理应以控制面源污染为重点.

基于环境基尼系数的洞庭湖区水污染总量分配

从社会、经济和自然资源系统的整体效益出发,构建了基于基尼系数的水污染负荷公平分配评价指标体系,并且以贡献系数作为判断不公平因子的依据,结合GIS技术分析洞庭湖区不公平因子分布的空间差异性;利用基尼系数最小化模型,制订了洞庭湖区基于公平性的水污染物总量分配方案.研究表明:2008年湖区基于GDP和土地面积的总氮、总磷污染负荷基尼系数均大于0.2,超过了基尼系数合理限值,湖区氮磷排放在经济和自然资源方面存在不公平现象;在湖区3个大型污染控制区中,Ⅰ区(中心城市污染控制区)和Ⅲ区(山地丘陵生态保育区)分别具有最小的氮磷土地面积贡献系数和经济贡献系数,是湖区不公平性特征最为显著的2个区域;在优化分配所得的2020年湖区各单位相对于2008年的总氮排放削减方案中,Ⅰ区削减率最高,达8.18%,岳阳市区削减量最大,为865.0 t/a;在相应的总磷排放削减方案中,Ⅱ区(平原农业综合整治区)削减率最高,达9.45%,华容县削减量最大,为78.45 t/a.

微囊藻毒素的环境暴露、毒性和毒性作用机制研究进展

微囊藻毒素(MCs)是富营养化淡水水体中蓝藻的爆发性繁殖产生的最常见的藻毒素,因其分布广、结构稳定、毒性大引起了科学界的广泛关注。本文系统梳理了微囊藻毒素在我国水体中的污染现状和典型毒性效应及毒性作用机制。另外,针对目前藻毒素研究的不足提出了建议,可为有效降低环境中微囊藻毒素的潜在安全风险及深入研究其生态毒性效应提供支持。

水力负荷和气温对生态滤池处理农户灰水的影响

在三峡库区一个农户家构建了一套处理单个农户灰水的生态滤池工艺,研究了水力负荷和气温对工艺系统运行效率的影响。结果表明,在0.05~0.4 m3·m-2·d-1的变化范围内,随着水力负荷的逐渐升高,工艺系统对CODCr、NH+4-N、TN、浊度(T)的去除率均呈现逐渐降低的整体变化趋势,而TP的去除率则表现出先升高后降低的变化规律。数据分析表明,生态滤池工艺的最佳运行水力负荷约为0.2 m3·m-2·d-1,在该水力负荷条件下,工艺系统对农户灰水中CODCr、TN、NH+4-N、TP和浊度的平均去除率分别为75%、58%、72%、50%、80%。工艺系统对灰水中各污染物的去除率平均值均表现为夏季高于冬季,且其在冬季对各项指标的去除率仍然较高。在所监测的各项指标中,气温对CODCr指标的系统去除率影响相对最大。

洞庭湖最小生态需水量研究

从湿地水文的角度对典型通江湖泊——洞庭湖3个时期的最小生态需水量进行了研究。结果表明:(1)1974和1988年的最小生态水位均为24m,而1998年为24.6m;(2)1974、1988和1998年的最小生态蓄水量分别为21.06×108、18.04×108和18.80×108 m3;(3)1974～1987、1988～1997和1998～2007年的最小出湖生态需水量的平均值分别为3 396、3 379和4 717m3/s,最小入湖生态需水量的平均值分别为2 657、2 704和3 745m3/s。可见,随着洞庭湖的演变,1974年最小生态水位比1998年大幅减少,最小生态蓄水量明显增加,出、入湖最小生态需水量不均衡增加。最后,对洞庭湖最小生态需水量的变化原因进行了分析,并提出了生态恢复对策。

低温下不同钝化剂抑制底泥磷释放的性能研究

对比研究了5℃水温条件下,3种钝化剂(锁磷剂、硫酸铝和聚铝)抑制滇池重污染底泥磷释放效果的影响。滇池冬季水温在5℃上下浮动,因此5℃部分代表滇池冬季水温条件。结果表明,随着时间的推移,上覆水磷浓度增加,底泥磷释放速度减缓。3种钝化剂中,锁磷剂在抑制沉积物磷释放,及捕捉上覆水中含磷颗粒方面,较硫酸铝、聚铝表现出更优的效果:锁磷剂对TP/DTP释放抑制率比硫酸铝高16.74%,16.93%,比聚铝高9.17%,6.43%。主要原因是:锁磷剂中含有镧化物,可与磷酸根生成溶解度极低的磷酸镧沉淀;且其十分稳定,可使磷长期被钝化于沉淀底泥中,不产生二次释放。差异性分析表明,硫酸铝、聚铝和锁磷剂对TP及DTP释放抑制效果没有差异(P>0.05)。经济比较分析:在同等工程量的前提下,达到相同的沉积物磷释放抑制效果锁磷剂经济效益最佳,锁磷剂所需费用为硫酸铝的71.74%,为聚铝的44.44%。

洞庭湖湿地土壤持水能力及其影响因素研究

土壤持水能力是反映土壤调节水文和供给植物耗水的重要指标,受土壤有机质、容重、机械组成和植物地下生物量的直接或间接影响。与森林和农田生态系统相比,湿地土壤持水能力关注较少。于2010年12月,对洞庭湖湿地3种主要植被（苔草、芦苇和杨树）土壤持水能力、土壤理化性质和地下生物量进行了调查,并采用主成分分析对影响土壤持水能力的主要环境因子进行了分析。结果表明：除非毛管孔隙度外,3种植被上层土壤的总孔隙度、毛管孔隙度、田间持水量和含水量差异显著,均为苔草〉芦苇=杨树,而中、下层无显著差异。沙粒为苔草≥杨树≥芦苇,而粗粉粒、细粉粒和粘粒均为杨树≥芦苇≥苔草;容重为杨树≥芦苇〉苔草,有机质为苔草=芦苇〉杨树。各级别生物量在植被类型大小顺序不一：总地下生物量、0-1mm和〉5mm径级地下生物量均以芦苇最大,而1-5mm径级地下生物量则以苔草最大。主成分分析表明,上层土壤,容重、有机质和1-5mm径级地下生物量是影响其持水能力的主要因素,而中层土壤和下层土壤,环境因子对土壤持水能力的影响很小。此研究对于洞庭湖生物多样性保护和湿地管理政策的制定具有重要意义。

湿地生态系统土壤微生物研究进展

土壤微生物是湿地生态系统的重要组成部分,在物质循环、能量流动等生态过程中具有重要作用.本文综述了湿地土壤微生物功能、微生物研究方法及环境因子对微生物的作用机制等的研究现状.微生物的功能主要体现在元素循环、物质转化、能量流动及生态修复等多个方面;研究方法主要包括传统的微生物计数法、微生物生理指标方法及分子技术3类;此外,从自然因子和人为因子两方面综述了各环境因子对土壤微生物的影响及作用机制.在今后的研究中,需加强湿地生态系统中微生物功能机理、环境因子与微生物间关联性的研究,同时在研究方法上应注重传统方法和分子技术的结合.

泥鳅在污染物毒性评价中的应用

泥鳅营底栖生活,生存能力强,易于饲养,便于采集和处理,有作为模式生物的潜力。受到污染物胁迫时,泥鳅在分子、细胞、组织、器官和个体水平上会发生明显的变化,其存活、生长和繁殖从而受到影响。泥鳅的这些特性可以被用来进行污染物毒性评价。从急性毒性、蓄积毒性、生殖力毒性、遗传毒性等方面,综述和分析了泥鳅在污染物毒性评价中的应用研究进展,并对未来研究重点进行了展望。

洞庭湖典型湿地植被群落土壤微生物特征

以洞庭湖湿地3种典型植被(虉草、苔草、芦苇)为对象,研究了不同植被下土壤微生物生物量和微生物呼吸等特征,并对其主要影响因子进行了分析。结果表明:微生物生物量碳、氮和微生物呼吸以虉草群落最高,苔草群落次之,芦苇群落最低,微生物碳熵变化趋势为虉草群落>苔草群落>芦苇群落,微生物呼吸熵具有与微生物碳熵相反的变化趋势。相关分析表明:土壤含水量、容重和有机质是影响土壤微生物特征变化的重要因子,同时,土壤pH和土壤总氮与土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物呼吸等也有较强的关联性。

近50余年荆江三口水沙变化特征及驱动力分析

以荆江三口(松滋口、太平口和藕池口)入洞庭湖的代表性控制站1956-2009年长系列水文数据为基础,运用Mann-Kendall趋势突变检验、双累积曲线等方法探讨三口水沙变化特征并对其驱动力进行了分析。结果表明:近50余年来,松滋口、太平口和藕池口年径流量和年输沙量呈不断减少的趋势,以藕池口变化最为显著,其突变时间最早(1978年和1986年)。松滋口年径流量和年输沙量趋势性改变的时间分别为1980年和2003年;太平口年径流量趋势性改变的时间为1972年和1986年,年输沙量为1998年和2003年;藕池口年径流量趋势性改变的时间为1967年、1972年和1989年,年输沙量为1998年和2003年。年径流量和年输沙量趋势性改变是由于上游径流量的不断减少及诸多人为工程共同作用的结果,其中裁弯和三峡工程的影响最为明显。裁弯主要因大幅减少三口径流量而减少输沙量,三峡工程主要因直接减少悬浮泥沙浓度而减少输沙量。

贡湖湾北部退渔还湖区水、沉积物和土壤中氮的时空分布

太湖贡湖湾北部退渔还湖区(2.18 km2)的水陆交错带,虽已进行了基底改造和小部分植物种植,但仍需开展大规模种植,故迫切需要了解其生境特性的状况,为此开展了该区域的水陆交错带水、沉积物、土壤中氮的时空分布特征调查,以便为后续示范工程的设计提供基本参数。选择南部和北部两处交错带(面积分别为6700、8300 m2)及其周边陆域、水域,分别在2012年11月和2013年5月采集17个点位的水、沉积物和土壤样品,分析了其氮的时空分布。结果表明:水、沉积物和土壤样品中的氮存在明显的季节变化,春季水、沉积物和土壤中的总氮和氨氮均低于秋季,而春季沉积物和土壤中硝氮含量较高。人为栽种植物有利于氮的去除,温度和微生物的活动对此也有一定的贡献。在春季,水陆交错区的硝化作用更强烈;氨氮的空间分布与总氮基本一致,水中氮的主要存在形式是氨氮,而沉积物和土壤中的氮以有机氮为主。

洱海缓冲带土壤特性的空间分布

[目的]了解洱海缓冲带内土壤特性空间分布状况,进而为缓冲带面源污染治理、精细农业与植被布局等提供参考。[方法]采集80个缓冲带表层土壤样品,测定其含水率、有机质、全磷、全氮、氨氮和硝氮的含量,并应用传统统计学和地统计学方法对数据进行分析。[结果](1)土壤中含水率、有机质、全磷、全氮、氨氮和硝氮各项统计特性均通过K—S检验,呈正态分布;(2)洱海缓冲带土壤中养分水平较高;氨氮和硝氮的变异系数大于100%,属强变异性;(3)有机质南部略低,东西向呈东西高,中部低,全氮、全磷南北向呈南北低,中部高,东西向变化不大;(4)有机质表现出强烈的空间相关性,而全氮和全磷空间相关性弱。[结论]缓冲带农田格局和迁移转化是影响土壤特性空间分布的两个重要因素。

湿地土壤水源涵养功能研究进展

湿地土壤依靠孔隙而发挥水源涵养功能,广义的湿地土壤水源涵养功能是指湿地土壤内多个水文过程及其水文效应的综合表现,而狭义的湿地土壤水源涵养功能仅指湿地土壤蓄水。主要从土壤水源涵养的机制、计算方法、土壤蓄水量及其对径流调节、影响土壤蓄水的因素等几个方面对当前湿地土壤水源涵养功能的研究进行了综述。土壤涵养水源是由于水分能在土壤孔隙中的存储、持留和运转。从力学的角度看,水分主要依赖于吸附力、毛管力和重力作用而持留。湿地土壤蓄水能力的3种计算方法各有优缺点,计算时应结合湿地水文波动的实际情况而选择。不同类型湿地的土壤蓄水能力因土壤本身性质而异。湿地土壤蓄水能力受土壤粒径组成、结构、孔隙、有机质和含水量等因素的影响,同时受自然及人为因素的调控。针对当前湿地土壤蓄水能力研究的不足,指出应加强对湿地蓄水能力的定量研究及计算方法的探讨;同时,土地利用对湿地土壤水源涵养功能影响的研究也需进一步加强。

江湖关系变化及其对鄱阳湖水环境影响研究——代“江湖关系变化及其对鄱阳湖水环境影响研究”专栏序言

近年来,江湖关系变化成为影响鄱阳湖水环境的重要因素之一.立足于近年来鄱阳湖与长江江湖关系变化,试图通过鄱阳湖发展演变及江湖关系变化影响因素,以及江湖关系变化对鄱阳湖入湖污染负荷、水质、沉积物和藻类水华影响等方面,深入揭示江湖关系变化对鄱阳湖水环境影响机理.其中,从N、P生物地球化学循环的角度切入,研究揭示江湖关系变化对水体和沉积物N、P等生源要素的产生、输移、转化与降解过程以及赋存形态与时空分布等的影响机理;利用水质-水动力耦合模型量化江湖关系改变对鄱阳湖水动力及水质的影响;应用SWAT模型以及GIS技术,定量估算了江湖关系变化对鄱阳湖入湖营养盐负荷及其典型湿地植被景观格局时空变化的影响;利用现场观测和室内模拟试验研究预测了江湖关系变化对鄱阳湖藻类水华风险的影响,并讨论分析了其影响的重点区域和时段.

有机质含量及其组分对洱海沉积物磷吸附-释放影响

研究了洱海不同湖区沉积物有机质含量、组分及其吸附-释放磷的特征,试图揭示有机质含量及组分对沉积物磷吸附-释放行为的影响机制.结果表明,洱海沉积物磷释放潜能随着沉积物中有机质(TOM)含量的增加而增大,而沉积物磷的最大释放速率(V释,max)和最大释放量(Q释,max)随沉积物中轻组有机质(LFOM)含量的增加而增大,释放平衡时间随活性有机质(ASOM)含量的增加而缩短,磷释放强度随LFOM占TOM比例的增加而减弱.沉积物磷的最大吸附速率(V吸,max)、最大吸附量(Q吸,max)和吸附效率随沉积物TOM含量的增加而增大,吸附平衡时间随TOM含量的增加而缩短,吸附强度随ASOM含量的增加而增强,吸附-解析平衡浓度(EPC0)随ASOM含量的增加而降低.沉积物磷释放后再吸附过程中磷释放的Q释,max和再吸附的V吸,max随TOM含量的增加而增大,当TOM含量相当时,则随沉积物ASOM含量的增加而降低,再吸附强度随沉积物中LFOM含量的增加而降低.沉积物磷吸附释放容量随有机质总量的增加而增加,吸附释放平衡浓度随有机质活性的增加而降低,释放强度和速率随有机质分解程度的增加而降低,吸附强度和速率随有机质活性的增加而增加.

处理湖水的垂直流湿地中陶粒的磷吸附特性

研究了净化城市湖泊(宜兴团汣)湖水的3个下行垂直潜流人工湿地(运行1年)中的不同深度层的陶粒对磷的吸附特性。结果表明,当标准液KH2PO4-P为5 mg/L和10 mg/L时,上层陶粒的磷吸附能力强弱依次是1#美人蕉湿地(2.98和4.63 mg/kg)﹥2#曝气湿地(1.78和3.71 mg/kg)﹥3#无植物湿地(1.56和3.42 mg/kg);下层陶粒的磷吸附能力从强到弱排序依次是:1#美人蕉湿地(3.51和5.43 mg/kg),3#无植物湿地(3.01和4.39 mg/kg),2#曝气湿地(2.44和4.14mg/kg)。综合对比,1#美人蕉湿地中陶粒具有更强的磷吸附能力,1#湿地中陶粒的磷吸附能力比后两者分别高出23.69%和31.16%。同一湿地的下层陶粒比上层陶粒有更强的磷吸附能力,当标准液中磷浓度为10 mg/L时,1#、2#和3#下层陶粒磷吸附量分别为上层陶粒的1.17倍、1.12倍和1.28倍。

黑臭底泥土著微生物促生对磷的影响

土著微生物促生是一项低成本高效率的河湖黑臭底泥原位修复技术,然而向底泥中投加药剂可能会影响上覆水水质。为探讨该技术对水环境的不利影响,实验研究了城市湖泊黑臭底泥修复过程中上覆水中磷浓度和底泥中磷含量及形态的变化。结果表明,在投药深度为泥面以下15 cm,微生物营养剂(BE)和生物解毒剂(MT)的投加量分别低于60mL/m3和70 mL/m3的条件下,上覆水总磷(TP)浓度低于地表水环境质量Ⅲ类(湖库类)标准值。投加微生物促生剂(BE和MT)导致上覆水磷含量升高,并促进了上覆水中藻类的增长。复配投加硝酸钙能减少上覆水中磷含量及藻类生物量,从而抑制微生物促生剂对上覆水磷浓度的影响。另外,投加微生物促生剂及硝酸钙到底泥中后,底泥磷含量以及磷形态组成的变化均不明显。