水层——底栖耦合生态动力学研究的某些进展

概述浅海生态系的水层系统与底栖系统耦合的基本原理,着重介绍有机质沉降动力学、底栖生态系统对有机质的响应、生物沉降和侧向平流、生物扰动和沉积物再悬浮研究的进展,结语中提出予优先支持研究的科学问题。     

水丝蚓对水田沉积物颗粒垂直分布的生物扰动作用

以化学性质稳定的玻璃珠作为示踪颗粒,研究水丝蚓扰动对水田沉积物颗粒垂直分布的影响,探讨底栖动物在水层-底栖界面耦合过程中的生物扰动作用。水丝蚓扰动10d后,沉积物表层示踪颗粒有31.6%向下迁移,最大迁移深度为6.3cm,垂直迁移率为1.048×10-3g-1.cm-2.d-1。6cm深处的示踪颗粒分别有32.0%和21.1%在扰动后向上和向下迁移,向上和向下最大迁移距离分别为4.1cm和3.4cm,垂直向上和向下迁移率分别为1.061×10-3g-1.cm-2.d-1和6.998×10-4g-1.cm-2.d-1。水丝蚓对水田沉积物颗粒的垂直分布具有重要影响。     

水丝蚓对水田沉积物颗粒垂直分布的生物扰动作用

以化学性质稳定的玻璃珠作为示踪颗粒,研究水丝蚓扰动对水田沉积物颗粒垂直分布的影响.探讨底栖动物在水层一底栖界面耦合过程中的生物扰动作用.水丝蚓扰动10d后,沉积物表层示踪颗粒有31.6%向下迁移,最大迁移深度为6.3cm,垂直迁移率为1.048×10-3g-1·cm-2·d-1.6cm深处的示踪颗粒分别有32.0%和21.1%在扰动后向上和向下迁移,向上和向下最大迁移距离分别为4.1cm和3.4cm,垂直向上和向下迁移率分别为1.061×10-3g-1·cm-2·d-1和6.998×10-4g-1·cm-2·d-1.水丝蚓对水田沉积物颗粒的垂直分布具有重要影响.     

生物扰动对海洋沉积物中有机污染物环境行为的影响

概述了不同功能类群底栖动物的生物扰动行为,介绍了生物扰动作用下沉积物颗粒迁移、混合的特点,以及由此促进沉积物中有机污染物的释放.生物扰动作用改变了沉积环境理化性质,因此提高了其中有机污染物的生物可利用性.展望中提出在生物扰动作用对沉积物中有机污染物环境行为影响研究中应考虑其生物毒性的变化.     

渤海大型底栖动物多样性及其与环境因子的关系

[目的]为了解渤海大型底栖动物多样性现状,研究其物种多样性和分类多样性的分布格局。[方法]依据2008年8月和2009年6月两航次渤海大型底栖动物调查资料,对其物种多样性的辛普森优势度指数(λ)、香农-威纳多样性指数(H′)、Margalef物种丰富度指数(d)、Pielou’s均匀度指数(J′)和分类多样性的分类多样性指数(Δ)、平均分类差异指数(Δ~+)、分类差异变异指数(Λ~+)以及各指数与环境因子的关系进行分析。[结果]两航次共鉴定出大型底栖动物(或分类实体)270种,隶属于206属,130科,39目,19纲,12门。各多样性指数平均值λ为0.05,H′为4.80、d为7.35、J′为0.93、Δ为83.84、Δ~+为87.90、Λ~+为343.88。各多样性指数与环境因子中的粉砂-粘土含量、沉积物中值粒径、有机质含量无显著相关性,而水深、盐度和温度等水层环境因子则对其影响较为明显。[结论]渤海海域总体动物多样性较高,其中渤海海域沿岸地区、辽东湾西部、莱州湾西北部等地受扰动和污染严重。将物种多样性和分类多样性结合分析,可以更好地反映群落多样性结构。水深、盐度和温度等水层环境对渤海大型底栖动物的影响要大于沉积环境的影响。     

黄河故道尾闾湿地大型底栖动物群落对生态补水的响应研究

选取黄河故道尾闾湿地为研究区域,为了探寻以沉积物盐度表征生态补水工程对湿地生态环境的影响,同时以大型底栖动物群落组成、丰度、生物量表征生态补水工程对大型底栖动物群落的影响,分别于2014-2016年生态补水前（4-5月）、后（9-10月）采集生态补水恢复湿地及潮间带湿地沉积物和大型底栖动物样品。研究发现,在生态补水前,研究区域I-IV（陆-海方向）的沉积物盐度呈现先升高后降低的现象,而生态补水工程的实施显著降低了区域III的高盐度带特征;生态补水后沉积物盐度则呈现由陆向海逐渐升高的趋势。生态补水恢复区的大型底栖动物群落多以昆虫纲和甲壳纲为主,群落结构相比潮间带湿地的大型底栖动物较为单一。生态补水前,沉积物盐度与大型底栖动物丰度呈现“U”型关系,而与大型底栖动物生物量则呈现出倒“U”型关系;生态补水后,大型底栖动物丰度呈现出随沉积物盐度的升高而逐渐降低的态势,与此相反,大型底栖动物生物量则呈现出随沉积物盐度而逐渐增高的趋势。尾闾型湿地大型底栖动物群落动态演变规律研究对于滨海河口湿地生态补水工程的实施具有重要价值和科学意义。      

喀斯特洞穴大型底栖动物群落结构与环境因子的关系——以贵州惠水3个洞穴为例

为了解喀斯特洞穴大型底栖动物群落结构及其与环境因子的关系,选择贵州省惠水县的龙洞、牛洞、龙潭洞作为研究对象,分析洞穴大型底栖动物的群落组成、现存量、生物多样性特征,并且运用Spearman相关性分析洞穴部分环境因子与底栖动物群落结构的关系,同时基于底栖动物生物学指数对洞穴水质作出评价。结果表明：夏、冬两季共采集到大型底栖动物39种,隶属4门5纲10目31科,以节肢动物和软体动物为主。洞穴大型底栖动物密度在季节上表现为夏季>冬季,在空间上表现为有光带>弱光带>黑暗带,生物量则无明显时空变化。Spearman相关性分析表明,夏季影响洞穴大型底栖动物群落结构的主要环境因子是光照强度、沉积物有机质和浊度,冬季影响洞穴大型底栖动物群落结构的主要环境因子是光照强度、总氮和水温。Shannon-Wiener指数、Margalef指数及科级水平生物指数(Family-Level Biotic Index,FBI) 3种生物指数评价洞穴水质状况有差异,FBI的评价结果与洞穴的实际水质情况更符合。     

启东长江口围填海工程对大型底栖动物的影响

为研究启东长江口围填海工程对大型底栖动物的影响,于2019年春季和夏季对围填海工程外侧水域大型底栖动物进行调查,分析群落结构特征、多样性指数及其与环境因子的关系。结果表明：2019年共采集大型底栖动物40种,其中围填海建造的围堤近侧和离岸20 km以外辐射的外侧海域分别采集到大型底栖动物19种和29种;近侧海域和远侧海域的优势种分别为7种和10种,春、夏季共有优势种分别为伶鼬榧螺Oliva mustelina和异足索沙蚕Lumbrineris heteropoda,优势类群为软体动物和环节动物,并且出现小型化、单一化趋势;近侧海域和远侧海域平均生物密度分别为15.36,19.64 ind./m²,平均生物量分别为1.28,3.80 g/m²;2019年近侧海域生物多样性指数较2011年有所下降,低于远侧海域;冗余分析（Redundancy Analysis,RDA）表明,盐度、水深是影响大型底栖动物的主要环境因子。围填海改变了海域的盐度、水深、沉积物等生境,加之围垦后人为频繁的扰动及陆源输入等综合因子的影响,导致大型底栖动物群落结构和多样性指数均发生变动。     

环境因子对底栖动物生命活动的影响

底栖动物是水生态系的一个重要组成部分,其生存、种类组成与分布、现存量和生物多样性受到水质、底质、温度、水深等理化因子和水草、底栖动物间、饵料生物、捕食动物等生物因子的影响,本文对在这几个方面的研究进行了归纳,并提出了底栖动物保护和利用的建议.     

鄱阳湖底栖动物生态研究及其底层鱼产力的估算

研究了鄱阳湖底栖动物种类组成，数量分布、季节变化及其与环境因子的关系等生态特点并估算了底层鱼类的生产潜力。结果表明，鄱阳湖底栖动物种类丰富，平均总生物量为２４６．４２６ｇ／ｍ＾２，平均栖息密度为７２１个／ｍ＾２。生物量和栖息密度的分布极不均匀，呈Ｅ＝Ｐ核心分布，局部区域的水动力特点、水生植被类型、不同沉积物类型都影响底栖动物种群和数量的分布。     

沉积物再悬浮氮磷释放的机制与影响因素

在对沉积物再悬浮的诱因和方式进行分析的基础上,系统探讨了沉积物氮磷释放进入水体的机制与影响因素,提出了沉积物再悬浮引起的氮磷释放研究中应重点关注的问题。主要结论包括:沉积物主要因波浪与水流、人类活动及生物扰动等诱因而发生再悬浮;沉积物-水界面上氮磷不同形态之间的转化及迁移为沉积物氮磷的释放机制;上覆水体理化性质(如pH、盐度、温度、溶解氧与氧化还原电位)、沉积物性质(如粒径、氮磷赋存形态)、扰动时间与强度是沉积物再悬浮氮磷释放的关键影响因素。进一步研究应着重从沉积物再悬浮过程中氮磷释放的动力学过程、再悬浮沉积物氮磷释放的生物影响程度等方面深入开展。     

水沙交界面冲刷与淤积的同步性探讨

在悬沙与底床泥沙的交换过程中,冲刷的同时是否伴随着悬沙的淤积,这对于了解水沙交界面泥沙通量至关重要,冲刷和淤积的具体过程值得进一步探讨。本文分析总结了几个系列实验,包括经典的Krone、Mehta、Partheniades等的实验,并从近底泥沙通量的几个不同提法出发,分析各自所描述的冲刷和淤积过程,结合Sanford等在一些河口、海湾的分析,认为近底水沙交界面附近,不论非粘性粗颗粒泥沙还是粘性细颗粒泥沙,冲刷和淤积同时发生。利用再悬浮过程解释细颗粒泥沙冲刷与淤积过程同时发生的问题,从而进一步完善近底泥沙交换现象的物理图谱。     

河口推移质水道冲淤计算公式

在珠江三角洲横门出海水道的整治工程研究中，引进了一种计算以推移质造床为主的水道冲刷深度的方法，针对推移质造床的水流、泥沙特点，将推移质看作接近床面运动的浓度较高的悬移质来处理，并引进一综合参数来校正将推移质作为悬移质近似处理时造成的与实际情况的差异，通过物理模型实验的实测值得率定该参数。研究结果表明，该计算方法较好地反映了推移质引起的冲淤情况，较为准确地计算和模拟了推移质河床的冲淤数量与冲淤过程。     

河流古流量研究进展

河流古流速、流量的估算,可以反映出古河道的冲刷与沉积的演变过程．通过对古流量进行研究将为深入理解过去气候变化、讨论人类与环境变化的互动关系以及环境因素在文明形成中的作用都具有重要的意义．笔者对河流古流量研究状况进行了综述,多数学者主要用河相关系法、地貌-水力学法、泥沙粒径-水力学法、古水系法等对占流量进行估算,并指出了目前研究的不足和发展趋势,以利于研究者把握古流量研究现状,并推动其进一步探讨．     

颤蚓生物扰动对Cu和Cd从上覆水向沉积物迁移的影响

通过实验室模拟沉积物/水体系中颤蚓的生物扰动过程, 研究颤蚓密度和上覆水pH对颤蚓生物扰动效应及其对Cu和Cd向沉积物迁移速率的影响. 实验结果表明： 颤蚓扰动作用可显著提高Cu和Cd向沉积物迁移的速率, 且Cu受影响的作用大于Cd; 随着颤蚓密度的增加, Cu和Cd的迁移速率均增大; 酸碱胁迫均可促进生物扰动, 碱性条件下生物扰动作用更显著; 生物扰动促进的物质交换作用可显著增强实验体系对酸碱的缓冲能力, 使体系pH趋于中性、 均一; Cu和Cd的迁移速率同时受体系pH和扰动强度的影响, 总体随上覆水pH值的增大而增加; 生物扰动对Cd迁移的促进作用更大.     

龙穴南航道整治工程对潮流泥沙影响的模拟

建立了覆盖珠江河口河网区与口外海滨区的大范围整体平面二维水沙数学模型,模拟计算了珠江河口的水沙空间分布特征。利用近期伶仃洋水域实测水文资料进行了验证,验证结果表明模型能够较好地模拟珠江口的潮流泥沙运动。在此基础上,通过局部加密,模拟了龙穴南航道整治工程实施前后潮流泥沙运动过程变化,计算并分析了工程实施对周边水域水动力条件的影响和航道沿程的水流条件变化以及航槽泥沙回淤状况等。研究结果表明:龙穴南水道内,潮流为西北-东南方向往复流;整治工程后,上段流速略有增大,下段流速略有减小,但总体流速变化较小。泥沙回淤预测结果显示,出海口以上航道有冲有淤,以淤积为主,平均淤积强度为0.12 m/a;出海口航道整体处于淤积状态,平均淤积强度为0.64 m/a。     

流域泥沙过程机理分析

黄土高原地质地貌复杂，是黄河流域的主要泥沙源区，并以黄土丘陵沟壑区和黄土高塬沟壑区为代表．沟壑区的不同部位具有不同的侵蚀产沙现象，并在不同的空间尺度上表现出迥异的水沙运动规律．为此需将流域分为坡面与沟道两大系统分别研究，本文描述坡面侵蚀产沙、沟坡区重力侵蚀和沟道水沙运动的主要现象，分析各水沙过程的主要机理．揭示出可依据坡面径流建立坡面侵蚀产沙模型；根据水流的诱发作用，用沟坡土体失稳的随机力学模型模拟沟坡重力侵蚀；考虑影响水沙运动的多种要素，建立沟道系统的高含沙水沙模型．流域泥沙过程机理的研究为建立符合实际物理图景的水沙模型系统，完成流域泥沙过程模拟提供基础。     

Ploughing the deep sea floor

Bottom trawling is a non-selective commercial fishing technique whereby heavy nets and gear are pulled along the sea floor. The direct impact of this technique on fish populations and benthic communities has received much attention, but trawling can also modify the physical properties of seafloor sediments, water–sediment chemical exchanges and sediment fluxes. Most of the studies addressing the physical disturbances of trawl gear on the seabed have been undertaken in coastal and shelf environments, however, where the capacity of trawling to modify the seafloor morphology coexists with high-energy natural processes driving sediment erosion, transport and deposition. Here we show that on upper continental slopes, the reworking of the deep sea floor by trawling gradually modifies the shape of the submarine landscape over large spatial scales. We found that trawling-induced sediment displacement and removal from fishing grounds causes the morphology of the deep sea floor to become smoother over time, reducing its original complexity as shown by high-resolution seafloor relief maps. Our results suggest that in recent decades, following the industrialization of fishing fleets, bottom trawling has become an important driver of deep seascape evolution. Given the global dimension of this type of fishery, we anticipate that the morphology of the upper continental slope in many parts of the world’s oceans could be altered by intensive bottom trawling, producing comparable effects on the deep sea floor to those generated by agricultural ploughing on land.     

p_(CO_2)平面光极在生物扰动存在下水/沉积物体系中的应用

用内层包埋、外层覆盖的方法制备一种基于TOA+PTS4-离子对的pCO2平面荧光传感膜,并将该传感膜制备的pCO2平面光极系统应用于生物扰动存在的水/沉积物体系,通过连续监测体系垂直剖面pCO2的分布及变化,可得水/沉积物体系中pCO2的原位二维时空分布图.结果表明:在生物扰动作用下,体系中底层上覆水pCO2的变化较大,先上升后逐渐稳定;沉积物表层的pCO2边界扩散层逐渐消失,中层沉积物中pCO2基本不变,深层沉积物中pCO2先增大后逐渐稳定.体系中pCO2的变化是一个复杂的多维变化,涉及CO2产生和消耗的动态过程,是物理混合、颤蚓生命活动及有机质矿化等多种机制综合作用的结果.     

辐射沙脊小庙洪水道口门形态演变及其水动力机制研究

 近40年来地形资料对比显示,小庙洪水道口门段存在北淤南冲的演变趋势,口门段北水道深槽不断萎缩直至消失,南水道则充分发展。通过对实测水文资料分析和所建立的潮流数学模型,从动力的角度阐述了小庙洪口门各水道多年来冲淤变化的机制。研究表明小庙洪水道是受潮流控制为主的潮汐水道,水道近年来之所以表现出南冲北淤的状态,与口门水道内部潮流的性质有很大的相关性。北水道呈涨潮水道性质,中、南水道表现出落潮水道性质。南、中水道断面输沙量为净泄,北水道断面为净进,水道口门段悬沙存在“北进南出”趋势,悬沙运移的趋势与近几十年来小庙水道北水道淤积、萎缩;南水道冲刷、发展的态势相符合。