全球变暖和降水格局的改变将如何影响下垫面水文过程是一个被普遍关注的重大科学问题,然而要阐述其内在联系首先必须排除人类活动及土地格局变化的影响。论文以严格保护下的鼎湖山自然保护区为研究对象(排除人类活动及土地格局变化的影响),以其完整集水区下游区域地下水测井系统测定的地下水位数据为基础,拟阐述全球变暖和降水格局改变对该地区地下水位多年变化动态及趋势的影响机制。结果表明:2000年至2009年10 a间鼎湖山流域下游浅层地下水位由2000年的-2.27 m上升到2009年的-1.81 m,年均极显著(p = 0.005)上升0.043 m·a-1;地下水位干湿季差异显著,湿季地下水位显著(p < 0.001) 高于干季,分别为-1.87±0.23 m、-2.25±0.15 m。时间序列上,干季地下水位无显著(p = 0.190)变化,湿季(1999-2009年)地下水位呈极显著(p = 0.002)上升趋势;日地下水位变异系数CVwt = 0.20明显小于日降水量 CVp = 2.77,日地下水位动态与前40 d的日降水量有关;地下水位的变化不能用同期内降水量变化(p = 0.294)解释,分析认为降水格局的变化是导致地下水位上升的基本原因。该研究对评估降水格局改变和全球变暖环境下,地下水资源的变化趋势有重要指示意义。
为了解海南省主要供水水库浮游植物群落结构特征,于2006年12月、2007年5月、2011年8月和12月对海南省五座典型水库进行浮游植物采样调查。共检测出浮游植物158种,以绿藻、蓝藻和硅藻为主;共鉴定出26个不同的功能类群,其中优势功能类群有7个,分别是以硅藻为代表种的C和P;以蓝藻为主要代表种的S1和K;以绿藻为主要代表种的J和F;以及以甲藻为主要代表种类的Lo。适应混合水体环境的功能类群有P、S1和F,适应较高营养水平水体环境的功能类群有K、J和C,以及大中型水体中广泛分布的功能类群Lo。浮游植物功能类群结构组成具有明显的季节性,在枯水期浮游植物主要以C、P和S1功能类群为优势。浮游植物功能类群Q指数指出赤田水库和松涛水库丰水期为贫营养状态,枯水期为中营养状态;石碌水库全年均处于中营养状态;永庄水库和万宁水库是丰水期为富营养状态,枯水期为中营养状态。
论文研究了不同CO2浓度(390 μL/L和700 μL/L)和温度(15℃和25℃)对坛紫菜(Porphyra haitanensis)生长与光合作用-温度反应特性的影响。结果表明,相对于25℃生长的海藻,15℃生长的海藻具较高的相对生长速率和色素含量(叶绿素和类胡萝卜素),并且在高CO2下增加趋势更显著。在两种CO2浓度下,15℃生长的坛紫菜可溶性蛋白质和可溶性碳水化合物含量高于25℃生长的坛紫菜。低温10℃胁迫下,15℃生长的坛紫菜最大光量子产量(Fv/Fm)、光能利用效率(α)及非光化学淬灭(NPQ)相对于25℃生长的坛紫菜更稳定;高温35℃使得坛紫菜rETRmax、Fv/Fm、α值均下降,这种下降的程度在15℃生长藻中比25℃生长的藻更大;此外,15℃生长条件下,高CO2生长的坛紫菜受35℃高温胁迫时的Fv/Fm和α下降程度小于正常空气生长下的坛紫菜。高温40℃使坛紫菜 rETRmax、Fv/Fm、α、NPQ及qP均急剧下降。结果表明高CO2使得坛紫菜耐高温性能提高。
为了解大沙河水库流域内营养盐输入对水库水质的影响,以 2011年3月~2012年2月大沙河水库5条主要入库河流(大沙河、白沙河、双石河、富食河和沃江河)的水文水质监测数据为依据,分析了这些入库河流的流量和氮磷营养盐浓度,并估算了外源负荷总量,旨在为水库进行高效和合理的流域规划以及水质保护方案的制定提供科学依据。结果表明:位于西南方向的白沙河年平均流量最大(1.01 m3·s-1),西北部富食河流量最小(0.23 m3·s-1)。各入库河流总氮平均浓度变化范围为1.62~4.37 mg·L-1,总磷平均浓度范围为0.08~0.36 mg·L-1,其中富食河氮和磷营养盐的浓度最高,大沙河总氮浓度最低,白沙河总磷浓度最低,总体上西北部河流的氮磷浓度高于西南部河流。全年大沙河水库总氮输入量为176.7 t,总磷输入量为13.7 t。在所有入库河流中,位于水库北部的沃江河对水库营养盐输入量贡献最大,氮、磷负荷分别占总输入量的33%和32%,位于西部的双石河氮负荷最小(12%),西南方向大沙河磷负荷最小(9%)。
在不同光照和营养盐结构条件下半连续培养球形棕囊藻和3种硅藻,研究光照、营养盐限制和硅藻竞争对球形棕囊藻囊体形成的影响。结果表明:高光照显著促进了藻类的生长,球形棕囊藻在低光环境下几乎不形成囊体。球形棕囊藻和3种硅藻对光限制和P限制更加敏感,而在N限制环境中均具有相对较高的生物量。粒径较小的球形棕囊藻游离单细胞和中肋骨条藻在营养盐和光限制条件下比粒径较大的细胞具有更强的竞争能力。硝酸盐是球形棕囊藻囊体形成的营养基础,但是营养盐结构并未改变棕囊藻囊体形态。具有两种生活史状态有利于球形棕囊藻度过资源限制的环境,从而有利于球形棕囊藻在硅藻藻华之后再次形成藻华。
鲤是我国浅水湖泊常见鱼类,鲤可以通过扰动底泥、牧食浮游动物、排泄营养盐等途径影响湖泊水质。为了研究鲤对浅水湖泊水质的影响,论文于2009年6月23日至8月18日在暨南大学明湖进行原位围隔实验。实验分为三个处理组(三组围隔):(1)在围隔中放养鲤(放鱼组);(2)在围隔底部放置塑料隔网,在隔网上部空间放养鲤(放鱼放网组);(3)围隔中不放隔网也不放鲤(空白对照组)。实验结果表明:鲤可以显著增加水体悬浮物、总氮、总磷和叶绿素a含量,显著降低了水体透明度。而鲤是否扰动底泥对水体悬浮物、总氮、总磷和叶绿素a含量等指标的影响不显著。 因此,该研究中鲤对浅水湖泊的影响可能主要是通过排泄等途径实现的,鲤扰动底泥对水质的影响不大。
对防城港临时性海洋倾倒区表层沉积物重金属的含量和分布进行了对比分析,并采用污染指数法和Hakanson潜在生态风险指数法对其重金属的污染特征及潜在生态风险程度进行了评价。结果表明,倾倒区沉积物Hg、Pb、As和Zn的含量显著性升高;总体污染程度为中等污染,各重金属元素的污染程度由高到低排序依次为As(3.59)>Hg(2.19)>Pb(1.42)>Zn(1.20)>Cu(1.05)>Cd(0.91),其中As是主要污染因子;该海域表层沉积物重金属总体潜在生态风险程度为中等,各重金属元素的潜在生态风险程度由高到低排序依次为Hg(87.74)>As(35.89)>Cd(27.27)>Pb(7.08)>Cu(5.23)>Zn(1.20),其中Hg为主要潜在生态风险因子。
微囊藻毒素降解酶 (Microcystinase, MlrA) 是在自然环境中微囊藻毒素 (Microcystin, MC) 降解过程中起重要作用的酶。通过PCR方法从水体中扩增MlrA基因cDNA部分序列,序列长342 bp,编码113个氨基酸 (GenBank号:FJ972202),PCR方法系统性检测不同季节环境中水体、鱼体MlrA的存在情况。结果表明,克隆的序列与日本学者Saito所公布的 Sphingomonas sp. MD-1、Y2菌株的MlrA基因同源性高达96%和89%,与挪威 Sphingomonas sp. ACM-3962、澳大利亚 Sphingopyxis sp. LH21菌株的MlrA基因同源性分别为95%和94%,确定所获为鞘氨醇单胞菌菌株中的MlrA基因cDNA部分序列。同时对不同季节环境水体和部分鱼体MlrA基因的检测时,发现在水华发生的四月及五月,水体和所检测的鱼体中MlrA基因结果显示为阳性,而所检测的其余6个月份的全部水样以及7月和10月检测的鱼样,结果均呈阴性。
水霉病是淡水和咸淡水鱼类被水霉菌感染引起的常见疾病。该研究从多个养殖水体中分离得到6株水霉拮抗菌,SZK15、XL03、TG08、DJ12、HD05和DS08,以SZK15的拮抗作用最强。对SZK15研究发现,在PDA平板上,其对水霉菌丝抑制距离为11.5 mm,对水霉孢子抑制圈直径为29.7 mm,其10倍浓缩的无细胞发酵液的抑水霉菌圈直径达30.2 mm;在液体培养条件下,SZK15无细胞发酵原液能完全抑制水霉菌丝和孢子的萌发生长,其5倍稀释液中,水霉菌丝生长受抑制而长度稳定在2.0 mm,有30%的孢子萌发,且萌发后菌丝受抑制而未形成菌丝网,其10倍稀释液中水霉菌丝生长慢于对照组。SZK15分泌的拮抗活性物质对121℃高温敏感,对80℃、100℃高温、蛋白酶K和胰蛋白酶均部分敏感。本研究为水霉病害的生物防治提供了潜在新途径。
以贵州喀斯特高原深水水库-万峰湖为例,研究了其夏季和冬季湖沼学和富营养化特征。结果表明:冬季和夏季湖沼学及富营养化特征区别明显,夏季水温,pH值,溶解氧,电导率等指标在10 m和30 m分别出现明显的分界点,而冬季仅在30 m出现分界点,表明夏季属于双分层型,冬季属于单分层型。表层和底层的水温变化幅度较小,底层温度较高,在10℃以上;底层全年处于厌氧状态,钙离子浓度在0.192~0.235 mg/L 之间,镁离子的浓度在0.149~0.196 mg/L 之间,但是垂直和季节变化较小。总磷浓度在0~40 m较低,在0.02~0.04 mg/L之间,底层达0.794 mg/L;总氮浓度在0~40 m维持在2.18~3.54 mg/L,夏季略高于冬季,总氮浓度随深度逐渐降低。根据单因子指数判断,万峰湖大多时期属于中富营养状态。万峰湖不同季节的分层特征,反映出了喀斯特高原深水水库湖沼学变化特征,水体分层影响着水环境因子的变化和水体富营养化程度。
选取滇西北高原纳帕海湿地湖滨带优势植物茭草(Zizania caducifolia)、水葱(Scirpus tabernaemontani)和刘氏荸荠(Heleocharis liouana)作为研究对象,采用网袋法对凋落物的分解动态进行研究,并分析了凋落物的初始化学组成。结果表明:3种凋落物都表现出随时间进程残留率有逐渐减少的趋势,但残留率并不与时间呈线性相关。水葱凋落物残留率(70.5%)显著高于茭草(56%)和刘氏荸荠(52.5%)(P﹤0.05),茭草与刘氏荸荠凋落物残留率无显著差异。不同凋落物分解速率存在差异。刘氏荸荠分解速率最大、茭草其次、水葱最小,平均分解速率常数k值分别为0.067、0.062和0.039。3种凋落物在不同时段分解速率存在差异,凋落物的分解与温度的关系非常密切,随着温度升高,分解速率加快,且呈线性增长。此外,3种凋落物在C、N组成上也存在显著差异,但没有发现凋落物分解速率与凋落物本身C、N、C/N间的密切关系。
气候变化对森林景观产生深远的影响,景观边界对气候变化反应尤其敏感。论文采用多元统计分析、遥感和地理信息系统相结合的方法,来定量分析长白山景观边界的变化与气候变化的关系。结果表明:可以利用长白山自然保护区经度、纬度和海拔高度对现存11个气象因子进行空间差值。1975-1997期间,苔原分布的海拔上、下限经历了一个先上升后下降的过程;岳桦(Betula ermanii)分布的海拔上限也有一个先上升后下降的过程,岳桦分布的海拔下限在降低;云杉(Picea koraiensis)冷林(Abies squamata)分布的海拔上限在上升,但其分布的海拔下限的变化没有明显的规律,苔原边界和岳桦分布的海拔上限的变化可能与1月均温和年降水量的变化有关;岳桦分布的海拔下限和云冷杉林分布的海拔上限可能与7月均温有关。
论文对杏林湾表层沉积物重金属、有机碳和硫化物含量进行了检测,对数据作了相关性分析和因子分析,并应用潜在生态危害指数法对重金属的潜在生态风险进行了评价。结果表明:重金属之间有显著的相关性,Cu与Ni、Pb与Ni、Pb与Cr以及Cr与Hg之间的相关系数分别为0.786(P﹤0.05)、0.783(P﹤0.05)、0.937(P﹤0.01)和0.770(P﹤0.05)。重金属与有机碳及硫化物的相关性较差,表明该地区重金属污染来源与硫化物和有机碳并不相同。既有人为输入,又有自然的沉积过程。因子分析进一步解释了该水域重金属污染的主要来源。根据Eri均值大小,Hg的危害风险最大,Cr最小。6种重金属潜在生物毒性风险大小依次为:Hg > Pb > Cu > Cd > Ni > Cr。重金属的生态危害程度均较小,尚属轻微生态危害。
采用同源克隆和RACE技术扩增到鲈鱼 (Lateolabrax japonicus) 免疫球蛋白M (Immunoglobulin M,IgM) 重链 (Heavy chain,H) 基因全长cDNA序列。鲈鱼IgM cDNA全长为1 901 bp,开放阅读框包含1 749 bp,编码582个氨基酸。根据鲈鱼IgM和其他硬骨鱼免疫球蛋白重链恒定区的氨基酸序列构建的系统发育树表明IgM、IgZ和IgD分别聚为一枝,其中IgM与IgZ分支的进化关系较近,而与IgD分支的进化关系较远。RT-PCR检测IgM在鲈鱼各组织器官的表达情况,其中在头肾及脾脏中表达量最高,心脏、肌肉及脑中几乎不表达。利用已获得的鲈鱼IgM cDNA序列,构建原核表达载体pQE30-IgM,并在M15大肠杆菌中成功诱导表达了分子量为63kD的重组蛋白His-IgM,Western-blotting显示鲈鱼IgM重组蛋白能与鼠源抗6×His的单克隆抗体特异性结合,说明已经获得了基因工程表达IgM重链蛋白。
论文采用自然曝气生物滤床工艺处理富营养化水体,研究水力停留时间(HRT)对其净化效能的影响并进行机理方面的探讨。研究结果表明,当HRT为9.6 min时,自然曝气生物滤床对各目标污染物的去除效果最好,TN、NH4+-N、COD及Chl a的去除负荷分别为1.08、1.30、3.36和26.02 g/(m2·d)。随着HRT的减小,异养细菌所占的比例从7.0%增加到98.4%,自养细菌所占的比例从93%下降到1.6%。填料表面的生物膜及菌丝体结构也随着HRT的减小而增多。此外,本文还得出了沸石生物滤床HRT与HLR之间的经验公式,可以为类似滤床的设计和运行提供理论参考。
研究了有机磷农药敌百虫对中肋骨条藻Skeletonema costatum生长的影响。相对于水生甲壳类和鱼类,敌百虫对中肋骨条藻毒性较低,72 h半抑制浓度(EC50)为84.8 mg/L。在31 d的亚慢性暴露下,低浓度组(≤10 mg/L)藻细胞生长趋势与对照组相似;50 mg/L的敌百虫在暴露初期对骨条藻的生长具有明显抑制作用,但在暴露15 d后,该浓度组藻细胞密度仍保持增长,最大细胞密度为2.77×107 cells/mL,是对照组的137.7%。100 mg/L则能完全抑制藻细胞的生长。本实验结果说明敌百虫等有机磷农药的广泛使用可能会刺激浮游植物的生长,从而增加引发赤潮的风险。
贵州是我国汞矿的主要产地,其储量和产量均居全国首位,因此造成了该区域环境受到广泛的汞污染。从大的区域尺度上研究汞的污染分布特征对于了解该区域汞的污染现状有很好的指导作用。通过对贵州省汞污染源及各环境介质中汞污染情况的调查,首先阐释了万山、务川、滥木厂等几个主要汞矿区及燃煤和有机化工等行业的汞污染现状;并从大气、土壤和水体等环境介质方面综合分析了贵州地区汞的暴露水平与分布特征;采用ArcGIS 10.0描绘了各环境介质中总汞及甲基汞的分布特征。结果表明贵州省东北部与西南部汞矿区汞污染程度较高,大气、土壤和水体中的总汞分布呈明显的区域性,汞矿毗邻区域明显高于其他区域,矿区和城镇水体中甲基汞浓度较高,表明汞矿区和人为活动等因素影响水体中的甲基汞的分布。
蒸发是土-气界面上水分损失和水循环的重要组成因子,受到环境温湿度条件的强烈影响。为阐明高原背景条件下土壤蒸发速率对大气温湿度因子的响应,以西藏林芝农田裸地为研究对象,采用土壤H2O/CO2通量仪自动测定土壤表面水分蒸发速率、近地层气温、大气湿度等因子,并通过相关性分析研究变量间的相关关系。结果表明,土壤水分蒸发速率表现为单峰型日变化特征,最大值出现在午后14:00-15:00时,最小值出现在夜间,气温和大气湿度也表现相似的变化特征。土壤蒸发速率与气温之间呈极显著正相关关系(R>0.9, P<0.001),近地层大气湿度对土壤蒸发速率有极显著的正响应关系(R>0.7, P<0.001)。
通过对水黄皮在我国的资源分布、生长环境土壤理化性质、繁殖栽培技术、种子含油率及油脂脂肪酸组成等生态生物学特性的调查和分析,探讨了水黄皮在改良土壤、防风固沙等方面的生态价值,对水黄皮在华南沿海滩涂地的种植及作为能源植物的可行性进行了评估。结果表明,水黄皮可以作为华南地区土壤改良的工具种和能源植物。
消落带区域是生态环境敏感脆弱地带,其严峻的生态环境安全问题成为国内外专家学者关注的焦点。如何减缓和阻止消落带自然植被的退化和萎缩,恢复和重建受损的消落带生态系统成为国内外研究热点。论文结合国内外消落带研究成果,概述了消落带的分类和功能,并从消落带存在的生态环境问题、植被生态修复与治理以及消落带的开发利用和管理等方面全面概述消落带国内外研究现状,在此基础上指出现有研究存在的不足,提出了今后消落带的重点研究方向。
形态结构是植物对气候变化响应研究中的重要内容之一。论文分别综述了CO2浓度、气温及二者同时升高对植物株高、分枝、冠型、叶片和根系形态结构的影响。结果表明,大气CO2浓度升高促进植物的枝、茎、节间长和根系的生长,因而改变了植物的冠层结构和根系结构;单独气温升高或CO2浓度和温度同时升高对植物形态结构的影响因不同功能群、种或区域而显现出不确定性;通过对比研究,探讨了各研究结果出现差异的可能原因。最后分析了目前气候变化对植物形态结构影响研究的特点并提出未来应加强形态结构变化机理及形态结构变化与生态系统功能之间关系的研究。
