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摘要:为保护本土野生动物资源,维护城市生态安全,上海市实施浦江蛙类重要栖息地恢复工程。因蛙类主要食物源是昆虫为主的节肢动物,因而,节肢动物可用于栖息地环境质量的评估和监测。2016年6月、9月和12月对栖息地8类不同生境节肢动物进行了调查。采用网扫和陷阱法分别对地上和地表节肢动物进行定量采样并测定各生境土壤理化特性。共获地上节肢动物4322个体,鉴定为182种;地表节肢动物30078个体,83种。地上节肢动物:植被恢复较好的生态复合林(STFHL)、水系沟通较好的沼泽湿地(ZHZ)和湖畔绿地(HPLD)的种数和个体数为最多(67~66种,462~347个体),而植被和水系相对较差的水稻田(SDT)和生态塘(STT)则最少(56~52种,245~188个体)。STFHL、ZHZ和HPLD群落结构特征指标亦最高:12月密度为21.5~11.5indv.·m^-2、物种丰富度11.3~6.5species·m^-2、多样性指数3.1~2.4,分别为SDT、STT或乔木林(QML)的6.1~1.8、4.0~2.3、2.6~1.3倍。线性模型-冗余分析(RDA)排序图亦表明:密度、物种丰富度和多样性指数增长方向指向STFHL、ZHZ和HPLD,减低方向指向SDT、STT和QML。地表节肢动物:ZHZ和水系沟通较好的生态水道(STSD)个体数最多(10921~3917个体),其他生境较少(2107~1508个体);密度亦是ZHZ和STSD最高,6月为266.0~223.2indv.·m-2;多样性和均匀性指数12月都是STSD最高,分别为2.2和0.8。RDA亦表明:密度增长方向指向ZHZ和STSD,减低方向指向QML和HPLD。蒙特卡罗检验显示土壤环境因子对地表节肢动物群落结构有显著性影响。影响最大的是砂土含量、壤土含量和全钾,适合度为23%~27%,其次是阳离子交换量、粘粒含量、速效钾和全磷,适合度9%~18%。浦江蛙类栖息地植被恢复和水系沟通等的生态恢复措施使节肢动物种类和数量丰富,接近自然状态,这为蛙类栖息地建设提供了范本,值得推广和借鉴。
摘要:海岸前沿草带是沙质海岸防风、固沙的重要生态屏障,研究其物种的生理生态特性,可为沙质海岸前沿草带植被的恢复及保护提供科学依据。通过元素分析、热值测定和生物量建成成本计算,对烟台海岸前沿草带4种草本植物砂引草(Messerschmidia sibirica L.)、筛草(Carex kobomugi Ohwi)、肾叶打碗花(Calystegia soldanella(L.)R.Br.)和狗牙根(Cynodon dactylon(L.)Pers.)的物质和能量利用策略进行分析研究,以评估海岸前沿恶劣环境下不同草本植物的生长潜力和适应能力。结果表明,在试验的4个物种中,狗牙根和砂引草的叶片碳质量分数分别为48.82%和47.38%,显著高于筛草(42.66%)和肾叶打碗花(44.96%);叶片灰分质量分数是砂引草(17.11%)显著高于肾叶打碗花(13.28%)且两者均显著高于筛草(8.88%)和狗牙根(8.32%);比叶面积(m2·kg-1)相互之间差异显著,且狗牙根(18.00)>肾叶打碗花(16.45)>砂引草(12.17)>筛草(9.00),说明狗牙根光合能力最强,砂引草和肾叶打碗花具有较强的耐盐能力,筛草则是叶片寿命长、抗逆性强。叶片热值(kJ·g-1)是砂引草(17.33)和筛草(17.04)显著高于肾叶打碗花(16.73)和狗牙根(16.08);叶片单位面积建成成本(g·m-2)表现为筛草(144.18)最高,砂引草(111.53)次之,肾叶打碗花(79.11)第三,狗牙根(68.12)最低,单位质量建成成本的变化趋势相同,表明狗牙根生长快、扩张性最强,但抗逆性稍差;筛草则是抗性最强,但扩张性相对较弱。综合分析可见,在试验的4个草本植物中,抗逆性由高到低为筛草、砂引草、肾叶打碗花和狗牙根,扩张性则相反。
摘要:研究太岳山群落分布及其与环境因子之间的关系,旨在为深入研究太岳山群落资源、生境和群落学特征奠定基础,亦为太岳山资源开发利用提供理论依据和实践参考。以山西太岳山森林群落为研究对象,从海拔1600~2200m,海拔每上升100m设置1个样地,每个样地由8个10m×10m的样方组成,并分别在每一个样方内取2个5m×5m的灌木样方和4个1m×1m草本样方,共7个样地,50个样方。根据7个样地50个样方的调查数据,采用多元回归树(MRT)对群落进行分类;采用典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)进行排序分析,旨在研究太岳山森林群落的植被分布格局。结果如下,(1)MRT分类将植被划分为6个群落类型。(2)太岳山森林群落样方与环境因子的CCA排序结果显示,12个环境因子对物种分布的解释量为40.78%,Monte Carlo置换检验结果显示,制约森林群落类型分布格局的主要环境因子是海拔、坡度、坡向和土壤pH值。(3)利用偏典范对应分析(PCCA)定量分离地形、土壤及其交互作用对植被格局总体变异的影响,分析表明,土壤因子和地形因子解释了物种格局变化的40.78%,其中地形因子占13.61%,土壤因子占19.53%,地形因子与土壤因子交互作用解释的部分为7.64%。地形因子和pH值对太岳山森林群落的分布影响最大,是决定植物群落空间分布的主导因子。
摘要:城市绿地及其格局在减轻城市热岛效应方面有重要作用。作者基于卫星遥感开展城市绿色空间改善城市热环境的定量研究,以合肥市3个典型城市功能区(Urban Functional Zone,UFZ)为研究对象,基于Landsat8TIRS遥感影像、资源三号高分辨率影像,综合运用RS、GIS等空间分析技术,结合地理统计分析,表征了城市用地特征及其热环境效应,定量分析了小尺度下绿色空间降温特征,探讨了基于绿色空间构建调控城市热环境效应的策略手段,为规避不合理的土地利用与开发模式对城市热岛的影响,合理规划城市绿色空间单元,实现城市的可持续发展提供科学的理论基础和重要技术参考。研究结果表明,(1)在城市功能区尺度上,水体和植被呈现出相对较低的表观辐射通量密度(Apparent Radiant Flux Density,ARFD),分别为25.92W.m^-2和27.95W.m^-2,而移动板房、在建用地、道路、低层建筑、高层建筑和人工复合材质的ARFD相对较高,分别为35.32、33.29、31.73、31.91、31.16和31.02W.m^-2。(2)在单元地块水平上,采用单位面积净表观辐射通量进行分析以消除不同大小地块的“尺度效应”。公园和以植被为主的地块对单位面积净表观辐射通量的贡献相对较小,为4.87kW.hm^-2。(3)在景观格局水平上,地块内绿色空间的景观面积比例、最大斑块指数和景观聚集度指数与单位面积净表观辐射通量呈负相关关系,综合分析表明,地块内绿色空间面积越大,分布越集中,对城市热环境的控制作用越强。
摘要:为了阐明大城市中心城区不同高度的空气质量差异及其成因,为大气污染防治工作提供科学支撑,该研究基于广州塔大气污染物垂直梯度观测平台的监测数据,采用环境空气质量综合指数和环境空气质量指数(AQI),分别对广州城区近地面层不同高度的空气质量进行评价。结果表明,2015年广州塔4个高度(地面、118m、168m和488m)的空气质量综合指数分别为4.96、5.01、4.83和3.64,AQI超标率分别为27%、30%、25%和40%。总体上,中、低层(168m以下)的空气质量差异较小,其中118m点位的综合指数和AQI超标率相对较高;高层(488m)因O3污染尤其显著导致其AQI超标率为各高度最高,但O3质量浓度上升的贡献被其他污染物质量浓度的大幅下降所抵消,故其综合指数反而最低。随着高度增加,PM2.5和NO2超标程度下降,O3超标程度上升,导致高层的PM2.5和NO2几乎不超标,而O3超标率达40%且其超标天数占AQI超标天数的比例高达99%。随着污染级别上升,PM2.5和NO2成为首要污染物的比例减少,O3比例增加,O3成为各高度AQI超标时最主要的首要污染物。当低层空气质量处于优或重度污染级别时,各层等级一致性相对较好;但在其他情况下,低层与高层的空气质量最多可相差3个级别。因PM2.5和NO2以低矮源排放贡献为主,而O3来源于复杂的二次反应,使PM2.5和NO2质量浓度随高度上升而递减,而O3质量浓度随高度上升而递增,最终形成了中、低层以PM2.5、NO2和O3复合污染为主、高层以O3单一污染为主的空气质量垂直分布特征。
摘要:依据2014年曹妃甸海域2个航次调查资料,运用Levins公式和Petrailis指数测定了浮游动物优势种(类)群的生态位宽度和生态位重叠程度,采用冗余分析(RDA)研究了浮游动物生态位分化与环境因子的关系。结果表明,曹妃甸近岸海域2014年共鉴定出3大类9种浮游动物优势种和4种浮游幼虫,优势种更替率达到57.14%,其中,克氏纺锤水蚤(Acartia clausi)和小拟哲水蚤(Paracalanus parvus)为夏季主要优势种,小拟哲水蚤和双毛纺锤水蚤(Acartia bifilosa)为秋季主要优势种。浮游动物优势种(类)群生态位宽度变化范围为0.28~0.93,将其划分为广生态位、中生态位和窄生态位三大类型。其中,夏季,广生态位代表种类为强壮箭虫(Sagitta crassa)和克氏纺锤水蚤,中生态位代表种小拟哲水蚤等4种,窄生态位的种类包括无节幼虫(Nauplius larva)和蔓足类无节幼虫(Cirripedia larva);秋季,广生态位种类包括小拟哲水蚤、异体住囊虫(Oikopleura dioica)等8种,中生态位种类包括腹足类幼虫(Gastropoda larva)和太平洋纺锤水蚤(Acartia pacifica),窄生态位的种类包括中华哲水蚤(Calanus sinicus)和拟长腹剑水蚤(Oithona similis)。浮游动物优势种(类)群之间的生态位重叠指数范围为0.31~0.95,两季均呈现出广生态位种类之间的生态位重叠程度均较高,窄生态位的种类与其他生态位较宽的种类生态位重叠程度较低的特点。RDA排序结果表明,夏季无机氮、pH、温度、化学耗氧量和活性磷酸盐是影响浮游动物优势种(类)群生态位分布最大的环境因子;秋季主要环境影响因子为化学耗氧量、悬浮物、活性磷酸盐和盐度。该研究揭示了曹妃甸近岸海域浮游动物优势种空间生态分化程度,可为该海域生态环境保护提供依据。
摘要:为了解湿地生态系统恢复与保护工作启动前后,具有丰富湿地资源的宁夏平原湿地面积的动态演变对局地气候效应的影响,更好地利用湿地资源缓解半干旱地区气候恶化的问题,选用1999—2016年共7景Landsat/TM(ETM^+,OLI,TRIS)遥感数据监测宁夏平原湿地面积的动态变化,基于SEBAL模型反演地表热通量并分析湿地的局地气候效应。结果表明,(1)近17年来,研究区河流湿地面积减少了20.48km^2,非河流湿地面积增加了73.88km^2,总湿地面积变化增加了1.86%,湿地由修复前的零散状分布状演变为修复后的大面积连通状。(2)修复后湿地的降温效应显著提高,以典型湿地沙湖为例,暖季沙湖对局地1500m范围内有显著降温作用,最大降温幅度比修复前增加了0.7℃;冷季沙湖对局地600m范围内有显著降温作用,最大降温幅度比修复前增加了0.1℃。(3)湿地修复后,研究区感热通量整体呈下降趋势,潜热通量整体呈上升趋势,总湿地面积的增加使得研究区暖季整体感热值下降了25~62W.m^-2,整体潜热值提高了47~114W.m^-2;冷季整体感热通量下降了6~43W.m^-2,潜热值提高了21~68W.m^-2。湿地的波文比倒数分布呈“暖季>冷季”的时间变化规律。综上,湿地对城市热环境的改善作用优于具有相同面积的其他地物类型。
摘要:近年来研究发现互营氧化产甲烷过程中存在种间直接电子传递(direct interspecies electron transfer,DIET),这种电子传递方式比传统的种间氢转移或种间甲酸转移更为高效。导电生物炭作为导电介质,可以有效促进DIET介导的互营产甲烷进程。乙酸作为有机物厌氧降解的重要中间产物,其降解过程是否存在DIET途径尚不清楚,导电生物炭对乙酸互营降解产甲烷过程的影响机制也未有研究报道。以具有DIET功能的Geobacter sulfurreducens和Methanosarcina barkeri菌株为研究对象,构建共培养体系,以乙酸为电子供体,比较添加不同导电性生物炭共培养体系的甲烷产生和微生物生长情况。结果表明:(1)导电性生物炭处理的产甲烷速率为0.015~0.017mmol·d-1,显著高于对照处理的0.012mmol·d^-1;而不导电生物炭处理的产甲烷速率低于对照处理。说明导电性生物炭促进共培养体系中的产甲烷过程,而不具导电性的生物炭没有促进效应;(2)导电性生物炭存在时,共培养体系的甲烷产生速率(0.008mmol·d^-1)和产量(0.14mmol)明显高于Methanosarcina barkeri单菌体系的产甲烷速率(0.006mmol·d-1)和产甲烷量(0.09mmol),而添加不导电生物炭的共培养体系和单菌体系的甲烷产生速率和产量无明显差异。以上结果表明,导电性生物炭能介导Geobacter sulfurreducens和Methanosarcina barkeri之间的直接电子传递,即Geobacter sulfurreducens氧化乙酸产生的电子,以导电生物炭为导电通道直接传递至Methanosarcina barkeri还原CO2产生甲烷,从而促进乙酸互营氧化产甲烷过程。本研究结果有助于我们理解种间直接电子传递对互营产甲烷过程的贡献及影响效应,为研究甲烷产生的微生物机制提供新的研究思路。
摘要:土壤重金属污染高光谱预测的大部分研究集中在重金属浓度的预测上,但是预测模型精度不高,或精度较高而均方根误差较大。利用土壤Cu污染在538~834nm波段区间的光谱数据检测土壤Cu污染的界限浓度及光谱特征波段区间,并根据界限浓度建立土壤Cu浓度的预测模型。先对土壤Cu污染光谱数据进行一阶导数处理,利用一阶导数距离检测土壤Cu污染的界限浓度及光谱特征波段;再利用经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和多重分形理论预测土壤Cu污染浓度,旨在为土壤重金属污染的高光谱研究提供依据,精确土壤重金属污染光谱的研究范围,为利用界限浓度建立土壤重金属浓度预测模型提供新思路。结果表明,538~834nm波段区间土壤Cu污染的界限浓度为120~160μg·g^-1,根据一阶导数距离最大值和多重分形谱参量将土壤Cu污染划分为60~120μg·g^-1和160~740μg.g^-1两个浓度区间,其预测土壤Cu污染的特征波段分别为730~760nm和540~590nm;根据划分的界限浓度,利用土壤Cu污染光谱多重分形谱参量、538~834nm波段区间反射率最大值、一阶导数最大值、及实测土壤含水率、实测土壤有机质含量等参数,分别建立20~120μg·g^-1和160~740μg·g^-1两个浓度区间土壤Cu含量MLR预测模型,R2在0.99以上,RMSE最大为47.3。因此,多重分形谱参量Δα值和一阶导数距离最大值可作为土壤Cu污染界限浓度划分和光谱特征波段提取的依据,其界限浓度为120~160μg·g^-1,光谱特征波段区间为730~760nm和540~590nm;该文构建的MLR模型可有效预测土壤Cu浓度。
摘要:为了解宁东基地不同燃煤电厂周边土壤重金属污染特征,采集并测定了表层土壤样品的Cr、Cd、Pb、As和Hg等5种重金属含量,分析了土壤重金属元素的含量特征、不同风向上重金属含量的分布规律,采用单因子污染指数和综合污染指数对研究区域土壤重金属污染程度进行分析,并利用潜在生态风险指数法对其生态风险进行评价。结果表明:研究区域表层土壤中上述5种重金属元素质量分数的平均值分别为52.19~63.35、0.52~0.57、22.18~26.16、5.57~10.68和0.12~0.18mg.kg^-1,均没有超过《国家土壤环境质量标准》(GB15618—1995)二级标准(pH>7.5)和《展览会用地土壤环境质量评价标准(暂行)》(HJ350—2007)A级标准限值,但Cd、Pb和Hg的平均值超过了宁夏土壤背景值,其中Pb含量略高于背景值,Cd和Hg含量明显超出背景值,分别是背景值的4.6~5.1和6.0~9.0倍;Cr、Cd、Pb和As含量在不同燃煤电厂不同风向上的变化无明显规律,而Hg含量呈现西北风向最小,东南风向最大的分布规律,明显受主导风向影响;经单因子污染指数和综合污染指数评价,不同燃煤电厂周边表层土壤重金属的单项和综合污染指数均小于0.7,污染水平属于“清洁”。潜在生态风险指数评价结果进一步表明,电厂周边表层土壤呈轻微生态风险。尽管不同燃煤电厂周边表层土壤受重金属污染影响较小,但Cd和Hg含量在当地积累明显,这2种重金属元素的防治应受到重点关注。该研究可为宁东基地不同燃煤电厂周边土壤重金属污染防治和管理提供理论依据
摘要:为研究砷污染稻田水稻(Oryza sativaL.)各器官(根、茎、叶、稻壳、稻米)在拔节期、灌浆期、成熟期对不同形态砷的富集、吸收、转运和分布特征,以贵州省兴仁县高砷煤矿区砷污染稻田的水稻为研究对象,采用高效液相色谱-氢化物发生-原子荧光光谱法测定水稻各生育时期各器官中形态砷含量。研究表明,随着水稻生长,根部对As的富集逐渐降低,而水稻茎、叶部对As富集并未随根部As含量降低而降低;拔节期至灌浆期是茎、叶部对As富集的主要生长期。不同生育时期水稻根部主要富集As(Ⅴ),但水稻向茎部主要输送As(Ⅲ),在成熟期茎、叶部和稻米中As(Ⅲ)占总砷含量的70%以上。拔节期根部阻留As能力和茎部向叶部输送分配As的能力都相对较强,但随着水稻生长而逐渐减弱。水稻成熟期茎部与叶部相比,可能更易赋存As(Ⅴ)。成熟期水稻各部位As(Ⅲ)含量比值为根.茎.叶.稻壳.稻米=91.6.20.5.6.3.1.6.1;As(Ⅴ)含量比值为根.茎.叶.稻壳.稻米=620.8.12.2.5.7.4.7.1。水稻各器官吸收不同形态砷的同时,会保持体内As(Ⅲ)与As(Ⅴ)的平衡。研究结果可为深入认识矿业背景条件下砷在水稻中的富集及形态分布提供参考。
摘要:为了探讨纳米二氧化钛对污染土壤砷的稳定化效果,采用溶胶-凝胶法制得纳米二氧化钛,同时将其固定在活性炭上(TiO2-AC)并对其进行铁修饰改性(Fe-TiO2-AC)。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对两种材料进行表征;用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)对其载钛铁量进行测试。基于毒性浸出实验TCLP(Toxicity Characteristic Leaching Procedure)原理,选择纳米二氧化钛(粒径15、100nm)、蒙脱土、沸石、碳酸钙、三氧化二铁、活性炭等作为对照材料对土壤砷的稳定化效果进行同步研究。XRD和SEM表征结果表明,所制得的负载型纳米二氧化钛粉体颗粒小,分散度好,孔径分布窄,固持牢固。TiO2-AC和Fe-TiO2-AC中二氧化钛含量均高于17.95%,Fe-TiO2-AC中氧化铁含量为11.43%。在2.50g土样中添加0.05gTiO2-AC后,pH上升了2.04个单位,铵态氮和硝态氮分别提高了0.10和1.40mg·kg^-1。在2.50g土样中添加0.05gFe-TiO2-AC后,pH上升了1.88个单位,铵态氮提高了0.44mg·kg^-1而硝态氮减少了1.07mg·kg^-1。利用TiO2-AC和Fe-TiO2-AC稳定化处理砷污染土壤时,当添加量为0.02g·g^-1时,处理7d后稳定化效率即可达到平衡状态,土壤砷TCLP浸出量分别降低了90.54%和94.42%。同步试验结果表明,TiO2-AC和Fe-TiO2-AC对砷的稳定化效果优于对照材料。由此可见,以纳米二氧化钛复合改性材料作为污染土壤砷的稳定化剂,对砷污染土壤修复及减轻砷污染带来的危险具有现实意义。
摘要:城市内部湖泊水体作为城市生态空间的重要组成部分,对城市热岛效应的缓解具有重大意义。基于多源遥感数据,提取广州市中心区内部湖泊水体并反演夏、秋、冬三期不同季相的地表温度,分别从降温强度(ICE)和影响范围(SCE)两个角度,定量刻画城市核心区内部湖泊的热缓释效应,分析湖泊水体的自身景观特征及其周边景观配置对湖泊热缓释效应的影响及其季相变异规律。结果表明,(1)广州市中心城区的地表温度的高温区主要与城市建成区相对应,夏、秋、冬三季湖泊水体分别比中心城区平均温度低4.97、2.78、0.71℃,形成城市中的“冷岛”。(2)夏、秋、冬三季,湖泊水体内部温度主要受水体面积(S)及边界形状(LSI)的影响,湖泊的面积越大或边界形状越复杂,一定程度上湖泊内部的冷岛效应越强,但随着水体面积、形状指数的增大,湖泊内部温度的下降趋势逐渐趋于平缓。(3)从夏季到冬季,湖泊的降温强度及降温范围共同受自身景观特性及湖泊周围景观配置的影响,但具有明显的季相变化特征;增加湖泊的面积、体积及湖泊周围植被面积,将有效提高湖泊的热缓释强度,且林地对湖泊热缓释作用的增强效果强于草地;从降温收益角度出发,湖泊水体的面积、体积分别控制在15hm2及2000000m3内较为合理,植被面积最好达到湖泊面积的50%,以发挥最大的降温效应。
摘要:乡村是一定地域内覆盖了人与自然、人与社会关系的“自然-经济-社会”复合生态系统。城市化的快速发展对丘陵地区乡村景观产生了巨大的冲击,改变了其自然地形并对河流和水塘等天然水体产生了破坏,乡村旅游的泛滥导致丘陵地区乡村的农业文化割裂与景观特色丧失,现存一系列乡村问题的根源其实是乡村复合生态系统的失衡。以四川省简阳市三星镇双桂村为例,针对现状存在的问题,如村民日常生活与生产活动对环境造成污染、乡村劳动力流失严重、耕种效率低下、村庄生活设施落后、村民生活单调等,从景观规划设计的角度提出解决途径,具体包括:通过迁移部分居民点、增加垃圾收集处理站与分散式人工湿地以控制点源污染;生态式改造河流驳岸以提高河流水质与净水能力,提高环境效益;发展“林粮间作”、“水旱轮作”和“立体渔业”3种生态立体农业模式对丘陵地貌进行保护与利用,在降低化肥使用的同时提高资源利用效率和农业产出效率;开展农耕体验与农家乐等经营活动,提升乡村经济效益;增加滨河木栈道、观鸟亭与垂钓平台等滨水休闲设施,提升农村户外活动空间品质,改善村民生活,提高社会效益。通过上述手段既保留乡村的生态价值,又满足生产与生活需求,保证整个复合生态系统的稳定,实现乡村的和谐统一与可持续发展。