近200 a来云南阳宗海摇蚊群落多样性及稳定性变化

云南省拥有丰富的生物多样性,其生态系统稳定性对于发挥生态系统服务功能十分重要,但近几十年以来的人类活动以及气候变化带来的干扰削弱了该区域的生态系统功能.本文以阳宗海为研究对象,探讨了1820s—2006年间人类活动背景下摇蚊群落多样性和稳定性的变化过程,并进一步探讨阳宗海摇蚊群落多样性与稳定性之间的关系.利用沉积物中的营养指标(总有机碳(TOC)含量、总氮(TN)含量和TOC/TN摩尔比)及摇蚊分别重建了湖泊营养变化及摇蚊群落物种丰富度、均匀度、相似度和稳定性(ar1),利用PCA第1轴代表摇蚊群落以检测突变点.研究发现摇蚊群落组成与湖泊营养变化有较好的一致性,二者在1990年左右发生突变,物种丰富度、均匀度和相似度指数分别在1950s、1990s初以及1970s初升高,说明摇蚊群落组成逐渐多样化,种属分布更加均匀.通过检测发现摇蚊群落稳定性在1960s初开始降低,比湖泊系统突变提前30 a左右.摇蚊群落的物种丰富度、均匀度以及稳定性指标伴随着湖泊外源营养物质输入比例增加而升高,群落多样性与稳定性之间的相关性分析表明群落稳定性随物种丰富度的升高而降低.     

大型浅水湖泊中浮游细菌群落的空间格局及其驱动机制——以太湖为例

浮游细菌在驱动湖泊物质循环、指示湖泊水环境质量等方面发挥重要作用,探明其在湖泊中的空间分布格局及其驱动机制,是揭示湖泊物质循环过程及水环境状况的关键。浅水湖泊具有水动力扰动强烈的生境特点,其中的浮游细菌群落空间格局的形成机制尚未明晰。本研究以大型浅水湖泊——太湖为研究对象,通过对全湖开展系统的野外调查,结合高通量测序技术、多元统计分析方法及生态学模型构建,系统探明太湖浮游细菌的空间分布格局,并揭示格局形成的驱动机制。结果显示：（1）太湖西北部湖区（藻型湖区）与东南部湖区（草型湖区）之间浮游细菌群落结构存在显著差异,而这两个区域内各湖区间及湖心区与周边湖区间之间的浮游细菌群落结构差异不显著,太湖浮游细菌群落结构整体上呈现较弱的距离衰减规律;（2）太湖草、藻型湖区及湖心区中浮游细菌群落结构分别与叶绿素a、透明度及总悬浮物显著相关,总体上环境变量对太湖浮游细菌群落空间格局的相对贡献率大于空间变量;（3）尽管确定性过程中的异质化选择、随机过程中的非主导性过程以及扩散限制对太湖浮游细菌空间格局的形成均产生重要影响,但总体上随机过程对格局形成的相对贡献更大;（4）太湖无序风场驱动的水力混合作用导致...     

采用倒置显微镜法定量浮游植物的数据稳定性

浮游植物种类组成细胞密度或生物量的现存量反映其在水生生态系统的结构与功能,准确地对水体中浮游植物进行定量是水质评价和生态功能分析的基础.针对目前国际上推荐使用的倒置显微镜法(即Utermhl计数法),通过采集处于不同营养状态和水体条件(水库和实验围隔)中的浮游植物,分析样品的显微计数量、水体营养状态对浮游植物密度和多样性等指标稳定性的影响,同时比较了多个水体中同一采样点的重复(或平行)样品之间浮游植物定量数据的差别,从而对倒置显微镜法进行较为系统的评估.结果表明,基于浮游植物的显微镜计数效率与定量数据稳定性的综合考虑,选择计数400个个体即可基本保证定量数据的稳定性;在依赖生物量或稀有种进行水质评价时,处于不同营养水平的水体均需要增加样品的平行数来提高定量数据的可靠性,贫营养型水体中单个采样的重复或平行样品更为必要;两种定量方法所得群落数据计算的辛普森指数无显著差异,说明两种方法所获得结果均能反映浮游植多样性;通过样品浓缩法和倒置显微镜法所获得的浮游植物生物量和细胞密度均具有显著差异,因样品浓缩法在样品处理过程中造成浮游植物损失,使通过样品浓缩法所得的浮游植物群落生物量及细胞密度偏小;相比浓缩法,倒置显微镜法沉淀浓缩的水样体积小,样品处理和计数耗时短,更适宜用于应急监测.     

背角无齿蚌滤食对营养盐和浮游藻类结构影响的模拟

利用微型生态系统研究背角无齿蚌（Anodonta woodiana）高密度养殖情况下对微型生态系统水柱中不同形态氮磷浓度和浮游藻类群落结构的影响,结果显示蚌的高强度滤食：（1）减少微型生态系统中悬浮态氮的含量,明显增加厂水柱中的溶解性氮、磷含量,但是对总氮、总磷和正磷酸盐含量没有显著影响;（2）显著减少所有浮游藻类的数量和生物量,提高水体透明度,同时迅速改变微型生态系统中浮游藻类的群落结构,降低了微囊藻等蓝藻的数量及其所占的相对百分比,而绿藻所占的比例迅速上升;（3）导致微型生态系统的生态结构发生了显著变化,上行效应（Bottom-up effects）在浮游藻类与营养盐的关系方面发生了变化,实验组水柱中氮、磷含量与浮游藻类的相关关系显著降低;（4）并不能有效降低微型生态系统的富营养水平．     

抚仙湖浮游甲壳动物群落结构与空间分布

云南抚仙湖是我国典型的高原深水湖泊,为揭示湖中浮游甲壳动物对生态系统变化的响应,研究了其群落结构与空间分布特征.2005年6-7月在抚仙湖共采集浮游甲壳动物8种,平均密度为27.6ind./L,优势类群为桡足类.桡足类优势种为舌状叶镖水蚤(Phyllodiaptomus tunguidus Shen et Tai),枝角类优势种为角突网纹涵(Ceriodaphnia cornuta Sars)和象鼻溞(Bosmina sp.).浮游甲壳动物主要分布在0-30m水层,密度随水深增加而下降;0-10m水层,枝角类和无节幼体占优势,大于10m水层,桡足类占优势.浮游甲壳动物密度南区大于北区(P<0.01),而沿岸区与湖心区之间、沉水植物区与非沉水植物区之间无显著性差异(P>0.05).相关分析表明:浮游甲壳动物密度的垂直分布与藻类密度和水体理化凼子相关关系显著,而水平分布与藻类密度和水体理化因子相关关系不显著.与20世纪80年代相比,抚仙湖浮游甲壳动物优势种发生了演替,西南荡镖水蚤(Neutrodiaptomus mariadviagae mariadviagae (Brohm))消失,被舌状叶镖水蚤代替,可能与太湖新银鱼(Neosalanx taihuensi Chen)引入有关;浮游甲壳动物密度表现出增加趋势,但仍处于较低水平,与水体营养水平的提高及太湖新银鱼的捕食压力有关.     

古生态记录揭示的长江中下游太白湖生态系统稳态转换过程

长江中下游浅水湖泊在过去百年内受到强烈的人类活动影响,生态系统状态发生显著的变化,服务功能逐渐丧失.为了更科学有效地管理浅水湖泊,当前迫切需要了解湖泊的生态系统转变过程.以长江中下游典型富营养化浅水湖泊太白湖为例,结合历史资料和监测数据,基于铅铯同位素重建年代序列,利用粒度、地化指标和沉积物中硅藻群落的时间序列数据,对太白湖过去百年间生态系统转变进行分析.基于T检验的STARS法检测硅藻群落的结果显示,有2个稳态转换分别发生在1950s末和1990s末.1950s末太白湖硅藻群落代表的生态系统状态发生了显著突变,这主要归因于由于建闸筑坝造成的水文条件和营养条件的改变;1990s期间的湖泊生态系统整体转变则是由长期营养输入和渔业活动加强导致的生态系统弹性损失引起的.讨论了不同阶段太白湖生态系统主要要素间反馈机制在水文条件改变和营养富集影响下的变化,加深了对人类活动干扰下太白湖生态系统结构变化过程的理解,为建立浅水湖泊系统动力学模型提供基础.     

青藏高原东北部湖泊细菌群落结构特征季节性差异及驱动机制

微生物是湖泊生态系统重要的有机组分。了解不同时期青藏高原湖泊细菌群落特征、环境驱动因子及其群落构建过程的差异,对高原湖泊水生态管理具有重要的指导意义。分别于2020年6和12月采集青藏高原东北部5个湖泊水样,基于高通量测序技术、统计分析和模型分析,解析高原湖泊群在非冰封期和冰封期细菌群落结构、环境驱动因子和中性过程、确定性过程以及随机性过程在细菌群落构建过程的贡献。结果表明：（1）非冰封期湖泊细菌群落的Chao1丰度指数、Simpson和Shannon多样性指数低于冰封期,Spearman相关性分析结果表明非冰封期细菌群落的Chao1丰度指数和多样性指数与水温和海拔显著相关,而冰封期细菌群落的Chao1指数和多样性指数与总氮显著相关;（2）水体细菌群落的优势门均为变形菌门（Proteobacteria）,非冰封期细菌中拟杆菌门（Bacteroidetes）、放线菌门（Actinobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）的平均相对丰度明显高于冰封期。另外,主坐标分析和相似性分析结果表明非冰封期和冰封期的细菌群落组成差异极显著;（3）冗余分析结果表明不同时期湖泊群细菌群落结构的...     

水体叶绿素a和硅藻群落时空分布及影响因子的对比分析——以云贵高原异龙湖为例

藻类是湖泊生态系统中重要的初级生产者,物种多样性高且对水环境变化敏感,其生产力水平与群落构建模式是反映湖泊环境梯度和生态系统特征的可靠指标。其中硅藻优势属种的演替模式及其环境条件识别,是开展湖泊生态健康和环境质量评价的重要内容。本文选择亚热带地区浅水湖泊异龙湖开展季节调查,对20个采样点的叶绿素a和硅藻群落组成等指标开展分布特征及其驱动因子的定量评价,系统分析藻类变化的时空模式、驱动因子及其指标异同。2020年12月一2021年9月,异龙湖水环境特征的季节波动明显,综合营养指数TSI平均为74.76,总体处于富营养水平。在80个水体样品中共发现硅藻21属68种,群落结构以浮游类型(平均占比79.33%±20.69%)的耐中富营养种为主;在4个季节的调查中,膜糊直链藻Aulacoseira ambigua(61.62%±20.26%)为优势种。主成分分析显示,硅藻群落组成存在明显的空间差异和季节变化。冗余分析和方差分解等结果表明,水体营养因子(TN、TP和N:P)是影响叶绿素a浓度空间变化的重要因子(解释方差为19.08%±11.4%),水温和水深梯度的影响较小(9.63%±11.31%...     

环境因子对乌梁素海水体营养状态的影响:基于2013-2018年监测数据的分析

为探明寒旱区浅水型湖泊乌梁素海水环境因子对水体营养状态的影响程度,以2013—2018年1月和7月湖泊水环境监测数据为基础,对具有典型代表性监测点的水体营养状态与水环境因子（盐度、pH值和水深）之间建立向量自回归模型（VAR）模型,通过方差分解方法分析水环境因子对水体营养状态的贡献水平,同时界定出水体营养状态处于最佳水平条件下的水环境因子的适宜范围.结果表明：水环境因子对水体营养状态的方差贡献初期表现显著而后趋于稳定,且盐度、pH值和水深指标的综合方差贡献率最高可达66.62%;并以全湖94.4%的水体面积不呈现富营养化状态作为标准界定出乌梁素海水体处于最佳营养状态水平条件下盐度、pH值和水深指标的适宜范围,分别为0.06~2.68 g/L、7.50~8.63和1.76~3.50 m,且湖泊在此营养水平条件下全湖盐度、pH值和水深指标的均值分别为1.55 g/L、8.15和2.33 m.因此,可以通过人类活动调控湖泊水环境因子值,并实施以水养湖的策略来推动湖泊水体营养状态向良性发展.     

水体细菌碱性磷酸酶及其编码基因研究进展

水体溶解性反应磷是浮游植物可直接利用的主要磷营养形式,细菌碱性磷酸酶催化的有机磷矿化过程则是维持溶解性反应磷供给的重要途径.通过总结细菌碱性磷酸酶的种类与分布特征,发现主要包括Pho A、Pho X和Pho D 3种类型细菌碱性磷酸酶,其中超过50%的Pho X分布于细菌细胞的外部环境,对溶解性反应磷的循环再生尤为重要.综述水体产碱性磷酸酶细菌群落组成的研究进展,以及影响编码基因表达的环境因素,对比分析产碱性磷酸酶细菌群落鉴定方法的特点及发展趋势.细菌碱性磷酸酶编码基因的研究多关注寡营养海洋生态系统,对于同样存在磷限制问题的富营养化湖泊生态系统鲜有涉及,而构建针对典型富营养化湖泊生态系统的细菌宏基因组数据库,则可为建立淡水生态系统细菌碱性磷酸酶及其编码基因的研究方法奠定基础,有助于认识湖泊水华频发的微生物学驱动机制.     

SCIENCE CHINA Earth Sciences SUBJECT INDEX TO VOLUME 57(2014)

正~~     

Distribution of throughfall and stemflow in multi‐strata agroforestry,perennial monoculture,fallow and primary forest in central Amazonia,Brazil

The partitioning of rain water into throughfall, stemflow and interception loss when passing through plant canopies depends on properties of the respective plant species, such as leaf area and branch angles. In heterogeneous vegetation, such as tropical forest or polycultural systems, the presence of different plant species may consequently result in a mosaic of situations with respect to quantity and quality of water inputs into the soil. As these processes influence not only the water availability for the plants, but also water infiltration and nutrient leaching, the understanding of plant effects on the repartitioning of rain water may help in the optimization of land use systems and management practices. We measured throughfall and stemflow in a perennial polyculture (multi‐strata agroforestry), monocultures of peach palm (Bactris gasipaes) for fruit and for palmito, a monoculture of cupuaçu (Theobroma grandiflorum), spontaneous fallow and primary forest during one year in central Amazonia, Brazil. The effect on rain water partitioning was measured separately for four useful tree species in the polyculture and for two tree species in the primary forest. Throughfall at two stem distances, and stemflow, differed significantly between tree species, resulting in pronounced spatial patterns of water input into the soil in the polyculture system. For two tree species, peach palm for fruit (Bactris gasipaes) and Brazil nut trees (Bertholletia excelsa), the water input into the soil near the stem was significantly higher than the open‐area rainfall. This could lead to increased nutrient leaching when fertilizer is applied close to the stem of these trees. In the primary forest, such spatial patterns could also be detected, with significantly higher water input near a palm (Oenocarpus bacaba) than near a dicotyledonous tree species (Eschweilera sp.). Interception losses were 6·4% in the polyculture, 13·9 and 12·3% in the peach palm monocultures for fruit and for palmito, respectively, 0·5% in the cupuaçu monoculture and 3·1% in the fallow. With more than 20% of the open‐area rainfall, the highest stemflow contributions to the water input into the soil were measured in the palm monocultures and in the fallow. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

A Monte Carlo study of rainfall forecasting with a stochastic model

A procedure for short-term rainfall forecasting in real-time is developed and a study of the role of sampling on forecast ability is conducted. Ground level rainfall fields are forecasted using a stochastic space-time rainfall model in state-space form. Updating of the rainfall field in real-time is accomplished using a distributed parameter Kalman filter to optimally combine measurement information and forecast model estimates. The influence of sampling density on forecast accuracy is evaluated using a series of a simulated rainfall events generated with the same stochastic rainfall model. Sampling was conducted at five different network spatial densities. The results quantify the influence of sampling network density on real-time rainfall field forecasting. Statistical analyses of the rainfall field residuals illustrate improvement in one hour lead time forecasts at higher measurement densities.     

Anthropogenic Eutrophication and Red Tide Outbreak in Lacustrine Systems of the Kashmir Himalaya

Red tide, a recurrent phenomenon has become conspicuous in several Kashmir lake ecosystems since 1991. The responsible organism (Euglena pedunculata), a rare flagellate rediscovered in the Kashmir Himalaya (Khan 1993) caused first and unprecedented red tide outbreak, constituting a maximum of 96% of resident numerical phytoplankton density in Dal Lake. At present, conflicting hypotheses exist on the generation of causal assemblage(s) imparting redness to waters: Jeeji Bai (1991) linked its origin to acid precipitation – a fallout of burning oil‐fields during the Gulf War – whilst Khan (1993) holds local factor(s) responsible. Field/experimental studies support the latter contention that the influx of untreated sewage, in unison with warm temperatures, high levels of PhAR, iron and interruption to hydrological flow‐pattern together with absence/or reduction in grazing activity created conducive environmental milieu for red tide outbreak. Dal Lake “red tide” drifted the bloom‐inoculum to other waters, including Lake Wular, where additional ecological niches were carved out, threatening the aesthetic value and biological diversity of Kashmir lakes. Ecological monitoring indicates frequent seasonal red tide occurrence in Dal Lake (including summer‐autumn event of 1998) which testifies its unabated eutrophication status. Further studies are needed on ecological adaptability and biogeographic distribution of this rare and unique red tide‐causing flagellate.