Review of several problems on the study of eco-hydrological processes in arid zones

Ecosystem degradation is a common and cardinal environmental problem in arid zones. The change in the eco-hydrological processes is the basic cause responsible for such a problem. The study on the eco-hydrological processes in arid zones has become a forefront and focus of the eco-environmental research. Recent studies on eco-hydrological processes in arid zones show that the primary vegetation pattern and its eco-hydrological effect are of the most stable state of the ecosystem in arid zones. Special water absorption ways of plants in arid zones and the hydraulic lift and reverse hydraulic lift functions of some plants are the key mechanisms to maintain the stability of the ecosystem in arid zones. In the case of water shortage, ensuring ecological water requirement and maintaining proper ecological ground- water table are the prerequisite to keep healthful operation of the ecosystem in arid zones. The paper reviews some advances in the study of eco-hydrological processes in arid zones. It puts forward the concepts of critical ecological water requirement, optimal ecological water requirement and saturated ecological water requirement, and discusses their determination methods. It also emphasizes that the studies on natural vegetation pattern and eco-hydrological effect, on plants with hydraulic lift function, on water sources for plant absorption, on ecological water requirement and ecological groundwater table for different plant species should be strengthened to determine the species composition and pattern suitable for the restoration and reestablishment of vegetation in different arid zones in China.     

人类活动对河流生态系统的影响

介绍了流域水利工程建设、农业生产及城市化对河流生态系统的影响。其中 ,大坝等水利工程造成了对河流的人为分割以及径流模式的改变 ,损害了河流廊道的物质、能量、物种输移通道的能力。现代农业生产在挤占漫滩、阶地的同时 ,还由于大量使用化肥、农药造成了难以解决的非点源污染问题。城市化进程由于地面不透水层数量的增加显著地改变了城市地区的径流特性 ,还造成了城市河流生态价值的严重损失 ;这些活动都直接或间接地改变或损害了河流生态系统的结构、功能。出于有效进行生态恢复的目的 ,强调树立流域生态观念的必要性 ,建议从流域的角度出发进行综合整治     

Mercury contamination in aquatic ecosystems under a changing environment: Implications for the Three Gorges Reservoir

Mercury is one of the primary contaminants of global concern.As anthropogenic emissions of mercury are gradually placed under control,evidence is emerging that biotic mercury levels in many aquatic ecosystems are increasingly driven by internal biogeochemical processes,especially in ecosystems that have been undergoing dramatic environmental changes.Here we review the unique properties of mercury that are responsible for the exceptional sensitivity of its biogeochemical cycles to changes in climatic,geochemical,biological and ecological processes.We show that,due to rapid climate warming,a shift from sources-driven to processes-driven mercury bioaccumulation is already happening in the Arctic marine ecosystem.We further suggest that such a shift might also be operating in the Three Gorges Reservoir due to changes in these biogeochemical processes induced by the damming.As a result,the effectiveness of mercury emission control is expected to be followed by long delays before ensuing reduction is seen in food-web levels,making it all the more pressing to control and reduce mercury emissions to the reservoir.Long-term monitoring and targeted studies are urgently needed to understand how biotic mercury levels in the reservoir are responding to changes in mercury emissions and in biogeochemical processes.     

林火对森林生态系统碳氮磷生态化学计量特征影响研究进展

林火可以改变森林生态系统元素的生态化学计量特征,反映火后森林生态系统环境中生物地球化学循环变化模式,阐明林火干扰下森林生态系统碳(C)氮(N)磷(P)生态化学计量特征,对于理解森林生态系统对林火干扰的响应机理至关重要.笔者通过查阅大量相关文献,总结与分析了林火干扰对森林生态系统C-N-P生态化学计量特征影响模式,以及林...     

山海关旅游海滩生态修复工程水动力变化特性

为改善海滩环境,针对山海关白鹭岛至唐子寨岸段展开了旅游海滩生态修复工程.基于Delft3D软件采用三重嵌套的方法建立了渤海-秦皇岛海域-山海关海域的波流耦合数学模型,并用实测资料进行模型率定和验证.基于验证后的数学模型对工程海域水动力变化特征进行分析,结果表明:潮流场基本不受工程影响,海域的水体交换能力基本不变;潜堤掩护区常浪下的波高减幅约为10%,强浪下的波高减幅约为20%.总体上,山海关旅游海滩生态修复工程的建设既保护了工程海域水动力环境,又削弱了波浪对海滩的侵蚀,有利于维持当地旅游海滩的生态环境与稳定.     

N2 production by the anammox reaction in the anoxic water column of Golfo Dulce,Costa Rica

In oxygen-depleted zones of the open ocean, and in anoxic basins and fjords, denitrification (the bacterial reduction of nitrate to give N2) is recognized as the only significant process converting fixed nitrogen to gaseous N2. Primary production in the oceans is often limited by the availability of fixed nitrogen such as ammonium or nitrate, and nitrogen-removal processes consequently affect both ecosystem function and global biogeochemical cycles. It was recently discovered that the anaerobic oxidation of ammonium with nitrite--the 'anammox' reaction, performed by bacteria--was responsible for a significant fraction of N2 production in some marine sediments. Here we show that this reaction is also important in the anoxic waters of Golfo Dulce, a 200-m-deep coastal bay in Costa Rica, where it accounts for 19-35% of the total N2 formation in the water column. The water-column chemistry in Golfo Dulce is very similar to that in oxygen-depleted zones of the oceans--in which one-half to one-third of the global nitrogen removal is believed to occur. We therefore expect the anammox reaction to be a globally significant sink for oceanic nitrogen.     

木栅栏砾石笼生态护岸技术及其应用

结合林庄港的生态修复工程建设,系统地研究了木栅栏砾石笼生态护岸的技术要求和生态效果.现场监测结果表明:试验河段内河道水体中CODMn,TN,TP的去除率分别达到20.7%,13.9%,21.1%,同时生态护岸建设前后河段内底栖动物结构、种类和优势物种均出现明显变化,底栖动物的类群发生了由耐污类群为主向中间类群为主的转化,说明木栅栏砾石笼护岸对林庄港河流生态系统的改善和修复有良好的效果.     

东北寒区多年冻土退化的主要研究综述

通过回顾东北多年冻土的研究成果,从多年冻土退化研究方法、退化形式、影响因子及对寒区生态系统和环境的影响等方面,归纳综述了东北地区多年冻土退化的主要研究。目前东北多年冻土受气候变化与人类活动双重影响,出现面积萎缩、冻融深度变化以及南界北移等现象,影响东北寒区生态系统及环境变化,例如导致林木倾倒、林带转移、湿地面积萎缩、土壤温室气体排放及生物地球化学循环受到干扰等。今后应重点开展冻土退化对寒区多年冻土-森林-湿地生态系统相互作用的影响研究,加强寒区冻土碳储量、碳迁移以及碳循环对气候变化的响应研究;明确多年冻土退化对区域生态环境的影响,加强构建模型预测及开发新技术探究冻土退化趋势,从多角度多尺度深刻揭示东北寒区多年冻土区冻土退化的机理及趋势,切实考虑环境和社会经济的综合发展,促进东北多年冻土区生态保护与环境安全发展。     

不同沼泽地对神农架大九湖湿地土壤—植被碳氮磷化学计量比的影响

湿地生态系统碳氮磷(C、N、P)生态化学计量比已成为当前探索群落生态动态过程的热点.然而,人类活动对沼泽湿地生态化学计量比的影响规律及其影响机制尚未明确.以神农架大九湖沼泽湿地为研究对象,探索植被—土壤碳氮磷生态化学计量比及其对人类活动的响应规律,以期为该区域湿地保护恢复提供决策支撑.研究表明:随着人类活动的影响,与泥...     

全球变化研究的新内容与方向

随着对全球变化研究的深入，全球变化已不仅仅局限在全球气候变化上，内容已扩展到全球人口增长、大气成分变化、养分生物地球化学循环变化，土地利用和覆盖的改变及生物多样性的丧失等方面，未来全球变化研究将重点放在全球变化对生物多样性的影响，生态系统中CO2浓度升高，营养、温度、水分变化对生态过程的影响，景观水平上的研究以及人类决定的反馈生态学等方面。     

高速公路建设与景观生态学应用研究

高速公路建设作为国民经济的支柱产业,正在全国各地突飞猛进地发展.随着高速公路建设大规模的进行,公路沿线的生态系统将受到严重影响.在景观生态学中,该影响表现为景观格局的改变,最终可能导致景观功能的丧失.从景观生态学的角度分析高速公路建设对生态系统产生的影响,有助于推动高速公路沿线景观格局恢复工程的理论支撑的深入研究;指出地理空间信息技术是对受损的生态景观格局进行研究和监测最有效的手段,也是生态景观功能恢复最有力的指导.     

岸线形态与近岸底泥元素分布特征的相关性分析

【目的】岸线形态影响近岸水体的水动力状况、沉积过程、微生境及植被特征,对近岸沉积物的物理与化学特征有直接影响,研究其与近岸底泥元素空间分布的相互关系,用以指导滨岸带的生态修复。【方法】以太湖北部贡湖湾退圩还湖修复项目区为研究对象,分别在项目区选取凹形、凸形和平直形3种岸线形态,按浅滩区、浅水区和深水区3个水深梯度采集样品,分析了不同微生境条件下底泥的粒级结构特征和总磷(TP)、总氮(TN)、有机碳(OC)的含量。【结果】①凹形、凸形岸线形态段不同水深梯度带间底泥粒级结构的差异均较大,而平直岸线段底泥粒级结构在水深梯度上的变化幅度相对较小,且不同岸线形态段间随水深的变化趋势不同,近岸底泥平均粒径在凸形岸线段随水深增加而增加,在凹形岸线段随水深增加而下降; ②滨岸带近岸表层底泥中TN、TP、OC含量在凹形、凸形岸线形态段随水深的变化总体上大于平直岸线段,凹形和凸形岸线段近岸深水区TN、有机碳含量最高,TP在凸岸线段浅水区最低; ③冗余分析发现,岸线形态与植被状况(植被类型、水深、植被盖度)是影响近岸底泥中TN、TP和有机碳含量的主要影响因子,而底泥的粒级结构特征与底泥中TN、TP和OC含量的相关性相对较小。【结论】与平直岸线相比,相对曲折的岸线形态更有利于增加不同水深梯度带底泥的异质性,对底泥元素的空间分布格局有显著影响。在湖滨带生态修复时,通过构建相对曲折的岸线形态,可有效促进不同水深底泥TN、TP、有机碳的再分配。     

胶州市土地利用功能分区研究

 土地资源是一个综合的功能整体,具有生态功能、生产功能和生活功能。其中,生态功能是基础,同时生产、生活功能又影响生态系统。为充分发挥土地资源系统的整体功能,有必要对整个区域土地资源的重要功能进行统筹研究,即可以采用土地利用功能分区的方法统筹安排土地的利用方向。选取人口密度、亩产GDP、水浇地比重、城市用地比重等13个指标作为评价指标,对胶州市所辖的18个乡镇（街道办）进行土地利用功能分区。利用SPSS软件的Hierarchical Clust功能,得到系统聚类结果,在充分考虑区域间土地利用结构差异、生态环境差异、经济发展特征、区位条件及资源条件等因素的基础上,对聚类分异的结果进行了修正。将胶州市分为中心城镇发展区、东部重点开发建设区、北部基本农田保护区、南部低山丘陵生态环境保护区,并且对四类功能分区提出调控措施及利用方向,为合理利用土地资源提供科学依据,有利于实现区域土地可持续发展。     

重庆三峡库区生态功能区划研究

生态功能区划是实施区域生态环境保护建设和科学管理的基础.以长江三峡库区(重庆段)沿江区域受库区蓄水影响的23个区县为研究对象,确立能够反映生态功能区划的目的、区域分异规律、区域生态环境特征和范围的指标,采用定量分析(系统聚类方法)和定性分析(图形叠置法)的方法,将重庆三峡库区划分为6大生态功能区.为重庆三峡库区的生态系统管理提供初步的管理框架和尺度范围.     

秦皇岛筏式养殖对水动力和污染物输运的影响

随着秦皇岛近海筏式养殖产量增加和养殖规模的扩大,大量养殖网笼的布置改变了近岸海洋动力环境特性.结合筏式养殖物理模型试验和实测资料对水动力和水质数学模型进行率定和验证,运用验证好的数学模型,模拟秦皇岛有无养殖区条件下近岸海域水动力和污染物输运过程,探究筏式养殖区对海域水动力和污染物输运的影响机制.结果表明:养殖区对海域水流有明显的阻碍作用,区内流速明显减小;高密度养殖区较低密度养殖区流速减小幅度大;养殖区阻碍了污染物的输运,对污染输运的影响集中在养殖区内部,且影响程度向外海递减.     

水流剪切力对活性污泥特性影响的试验研究

利用SBR反应器模型研究了水流剪切力对活性污泥沉降特性和活性的影响;通过不同水流剪切力下活性污泥絮凝体形态及微生物类型的比较,分析了水流剪切力对活性污泥特性的影响机理.结果表明:SBR系统中的活性污泥对水流剪切力的变化较敏感;剪切力会影响活性污泥的微生物生态系统,改变絮凝体的结构;利用水流剪切力来改变SBR反应器中活性污泥的沉降特性和活性是可行的.     

两江新区土地利用的生态服务价值研究

基于GIS和RS软件解译分析1995年、2000年和2007年三期TM土地利用数据,探寻两江新区土地利用及生态服务价值的时空特征.研究表明:①研究区主要以林地、耕地为主,但总体结构趋于多样化、均匀化,各地类的数量发生了变化,生态背景质量下降,土地利用程度处于发展期.②研究区生态服务价值呈下降趋势,且2000年后的下降趋势减缓;在研究时段内单位生态容量与单位GDP的比值均低于1,生态负荷超限,横向对比低于同期的全球、中国以及重庆等地,但高于同期的快速经济发达区.③生态资产空间分布变化由小区域的零星变化转向成区片的变化,且总体生态资产减少.总之,以新近成立的两江新区的生态服务价值展开研究,对两江新区的发展方向及可持续发展利益具有较强的现实意义,为区域的经济、社会、生态的可持续发展提供理论指导.     

江西省生态功能区划原理与分区体系

根据国家环境保护总局有关要求以及江西省省情,江西省生态功能区划在全省生态环境现状评价、生态环境敏感性评价和生态系统服务功能重要性评价的基础上,将生态景观、生态系统、生态子系统作为三级区划确定的生态学依据,将地貌作为控制生态系统服务功能空间分异的主要因素,并按宏观地貌区、重要流域和流域内区位进行三级区划单元划分,一共将全省划分为5个生态区、16个生态亚区和43个生态功能区。     

室内实验规模的出砂数学模拟

为了研究疏松砂岩的出砂特征,根据连续性孔隙介质渗流、微粒释放和微粒运移理论,建立了室内实验规模的出砂数学模型,并采用有限差分法对该模型进行了求解。结果表明,实验条件下数学模拟与物理实验模拟的结果吻合较好。用理论出砂模型模拟了胶体力、水动力导致的出砂和砂粒运移过程中滞留引起的渗透率变化。模拟结果表明,渗流速度高于临界流速才引起冲刷出砂;胶体力和冲刷力是出砂的诱发因素,砂微粒在运移过程中在孔隙表面再沉积和孔喉处被捕集将降低出砂程度;渗透率比值与注水孔隙体积倍数或渗流速度的关系曲线均呈"S"形;在运移过程中,砂微粒滞留导致渗透率比值随岩心长度的变化呈线性降低趋势。     

Bacterial carbon processing by generalist species in the coastal ocean

The assimilation and mineralization of dissolved organic carbon (DOC) by marine bacterioplankton is a major process in the ocean carbon cycle. However, little information exists on the specific metabolic functions of participating bacteria and on whether individual taxa specialize on particular components of the marine DOC pool. Here we use experimental metagenomics to show that coastal communities are populated by taxa capable of metabolizing a wide variety of organic carbon compounds. Genomic DNA captured from bacterial community subsets metabolizing a single model component of the DOC pool (either dimethylsulphoniopropionate or vanillate) showed substantial overlap in gene composition as well as a diversity of carbon-processing capabilities beyond the selected phenotypes. Our direct measure of niche breadth for bacterial functional assemblages indicates that, in accordance with ecological theory, heterogeneity in the composition and supply of organic carbon to coastal oceans may favour generalist bacteria. In the important interplay between microbial community structure and biogeochemical cycling, coastal heterotrophic communities may be controlled less by transient changes in the carbon reservoir that they process and more by factors such as trophic interactions and physical conditions.