水位变化对干涸湖底沉积物有机碳矿化的影响

人为干扰和气候变化会改变湖泊水位状态,明确不同水位条件下湖泊沉积物有机碳矿化特征及其影响因素,对了解内陆水生态系统碳循环具有重要意义.为探究干旱区典型盐湖沉积物有机碳矿化速率对水位变化的响应,以巴里坤湖干涸湖底原状沉积物为研究对象,初步探究了0（T1）、-9（T2）、-23（T3）、-34（T4）和-45 cm（T5）水位处理对沉积物有机碳矿化速率的影响.结果表明,T1、T2和T3处理有机碳矿化速率在试验初期较高（0~10 d）,10 d后缓慢下降,T4和T5处理有机碳矿化速率呈先增加后降低趋势;T1（1.718 μmol/（m²·s））与T3（1.784 μmol/（m²·s））处理有机碳矿化速率不存在显著差异,T1处理有机碳矿化速率是T2、T4和T5处理的1.09、3.31和3.57倍,不同处理有机碳累积矿化量表现为T3 > T1 > T2 > T4 > T5.有机碳累积矿化量（C_t）占沉积物有机碳（C₀）的比例（C_t/C₀）介于0.012~0.044之间,沉积物有机碳潜在排放量（C_i）占C₀的比例（C_i/C₀）介于0.018~0.045之间;水位降低,沉积物有机碳矿化常数（k值）减小,T1处理k值最大（0.137 d）,T4处理最小（0.032 d）.线性方程C_r=0.008x+0.488能较好地模拟有机碳矿化速率（C_r）与水位（x）的关系;不同水位处理有机碳矿化速率与模拟柱中沉积物5 cm温度呈显著的指数函数关系,T4、T5处理有机碳矿化温度敏感系数（Q₁₀）显著高于T1、T2和T3处理,即水位降低增加了巴里坤湖干涸湖底沉积物Q₁₀.因此,就巴里坤湖干涸湖底沉积物而言,水位从0 cm降至-45 cm时有机碳矿化速率降低,Q₁₀增加;反之水位上升则会促进有机碳矿化分解,Q₁₀降低.水位持续下降抑制有机碳矿化可能是维持干旱区盐湖沉积物碳库稳定的机制之一.     

太湖贡湖湾人工湖滨带水生植物恢复及其富营养化控制

以太湖贡湖湾人工湖滨带为对象,研究湖滨水生植物修复过程及其富营养化控制效果.人工湖滨区域内的消浪带、岸上护坡措施为水生植物修复提供了良好的生境条件,形成了包括荇菜（Nymphoides peltatum（Gmel.）Kuntze）、睡莲（Nymphaea tetragona Georgi）、菱（Trapa bispinosa Roxb.）为主的浮叶植物群落,以及以黑藻（Hydrilla verticillata（Linn.f.）Royle）、狐尾藻（Myriophyllum verticillatum L.）、小眼子菜（Potamogeton pusillus L.）、竹叶眼子菜（Potamogeton malaianus）为主的沉水植物群落.通过设置研究区、对照区,持续监测溶解氧、总氮、总磷、氨氮、叶绿素a浓度等水体指标,烧失量、氮含量、磷含量等沉积物指标,水生植物生物量、覆盖度,浮游藻类等指标.不同时期、不同区域间的时空分布显示：随着水生植物的恢复,水体营养状态指数（TLI）、沉积物生物生产力指数（BPI）显著下降,水体透明度显著提升;较高浓度的总氮（>3.0 mg/L）、氨氮（>0.6 mg/L）环境不利于浮叶植物的生长,沉水植物对其则表现出更好的适应性,同时水生植物在成长过程中直接从水体/沉积物中吸收氮;颤藻（Cyanophyta oscillatoria）、直裂藻（Cyanophyta merismopedia）等浮游藻类吸收了水体磷,水生植物利用了沉积物磷,共同缓解了磷在湖滨区域的累计.总结以上,湖滨带的水文水质条件可以影响水生植物群落结构,进而决定氮、磷的控制效果,所以在湖滨带修复中构建合适的生境条件是水生植物发挥氮磷控制效果的重要前提.水生植物在恢复过程中对浮游藻类群落结构的影响是显著的,并且以此影响到湖滨水体中磷的分布.     

城镇化流域氮、磷污染特征及影响因素——以宁波北仑区小浃江为例

我国快速的城镇化过程造成了河流氮、磷等营养盐的污染和潜在的水体富营养化问题.对城镇流域水体氮、磷污染特征及其演变趋势的识别具有重要意义.本研究选取长三角典型城镇地区宁波市北仑区小浃江流域为研究对象,在流域内根据空间分布、土地利用类型、人类活动强度等情况布设样点,于2017年夏季和冬季采集水样,研究流域水体氮、磷污染的时空分布特征并分析其污染来源和评估其富营养化水平.结果表明：流域内铵态氮（NH₄⁺-N）、;硝态氮（NO₃^--N）、亚硝态氮（NO₂^--N）、总氮（TN）、总磷（TP）和叶绿素a（Chl.a）浓度范围分别为0.63~3.25 mg/L、0.52~3.75 mg/L、0.02~0.22 mg/L、1.61~12.86 mg/L、0.02~0.74 mg/L和0.6~60.57 μg/L.各个采样点氮、磷分布具有较大的空间异质性和季节变化规律.富营养化综合指数EI评估结果显示,整个流域富营养化程度属于贫至中营养级.氮、磷浓度与土地类型面积占比的Spearman相关性统计表明,100 m缓冲区建设用地面积占比与NH₄⁺-N、NO₂^--N、TN、溶解氧（DO）浓度具有显著相关性,湿地面积占比与DO浓度呈显著正相关.汇水区域内林地面积占比与NH₄⁺-N、NO₂^--N、TP、PO₄^3--P、COD、Chl.a浓度呈显著负相关,与DO浓度呈显著正相关.相关性分析和冗余分析表明城镇化的面源污染及可能存在的点源污染是小浃江流域氮、磷污染的主要来源.因此,在小浃江流域100 m范围内,控制建设用地的规模和污染排放是减轻流域氮、磷污染的主要途径.在汇水区域内,增加林地植被的面积对减少氮、磷污染具有重要影响.     

不同上覆水氟浓度对湖泊沉积物氟释放与微生物群落的影响

通过模拟沙湖沉积物-水系统,以沙湖原水氟离子（F^-）浓度为1倍浓度（0.69 mg/L）,设置0.5倍浓度、1倍浓度、1倍浓度灭菌、2倍浓度和4倍浓度共5个实验组,探究不同上覆水F^-浓度背景下沙湖沉积物中F^-的迁移.结果表明,沉积物F^-的释放量随上覆水F^-浓度的增加而呈下降的趋势,其中2倍和4倍浓度组的沉积物由释放F^-转变为吸附F^-.碱性水体有利于沉积物F^-的释放,即随着pH增大,F^-释放量也会增加.微生物的Beta多样性层次聚类分析表明,F^-会抑制Paenisporosarcina与Thiobacillus的相对丰度,但对Fusibacter的生命活动具有促进作用.根据各浓度组间优势菌属相对丰度与环境因子的冗余分析可得,Acinetobacter、Thiobacillus相对丰度与pH呈负相关;Fusibacter相对丰度与F^-浓度呈显著正相关,而Thiobacillus的相对丰度则与F^-表现出弱负相关.通过对各浓度组中重要离子的分析发现,0.5倍组和4倍组中F^-的迁移受Ca²⁺、HCO₃^-和SO₄^2-浓度影响较大;相关性分析表明0.5倍浓度组的Ca²⁺、HCO₃^-浓度与F^-浓度呈极显著正相关,而4倍组中F^-浓度和Ca²⁺、HCO₃^-浓度呈负相关,SO₄^2-浓度和F^-浓度的相关性则是0.5倍组呈负相关,4倍组呈极显著正相关.本文在不同上覆水F^-浓度背景下全面探究了沙湖沉积物中F^-释放和迁移机理,为沙湖及其他含氟地表水的氟污染防治提供理论支持.     

白洋淀沉积物氮磷赋存特征及其内源负荷

白洋淀环境整治对区域生态文明建设具有重要意义,然而,目前对加剧白洋淀富营养化的内源氮、磷污染负荷依然缺乏系统的研究.本研究以野外调研和室内培养实验相结合形式,在白洋淀主要水域内采集原位柱状沉积物样品,详细地研究了白洋淀沉积物中氮、磷赋存形态、间隙水中氮、磷剖面特征以及沉积物-水界面氮、磷交换特征.结果表明,白洋淀沉积物总氮、总磷含量分别为1230.8~9559.0 mg/kg（均值2379.5 mg/kg）和344.4~915.4 mg/kg（均值608.4 mg/kg）,氮、磷累积污染量大.沉积物中铵态氮赋存量大（3.2~175.8 mg/kg）,由此导致间隙水中铵态氮浓度较高,最高达到28.8 mg/L.沉积物磷形态以Ca-P和Fe-P为主,分别占总量的38.3%~76.1%和3.98%~18.0%,间隙水中磷酸盐浓度已接近甚至高于国内外典型富营养湖区.间隙水中高浓度的铵态氮和磷酸盐导致沉积物-水界面氮、磷交换通量较高,铵态氮平均释放和扩散通量分别为106.37和12.42 mg/（m²·d）;磷酸盐平均释放和扩散通量分别为15.06和2.33 mg/（m²·d）,沉积物内源氮、磷污染负荷较高,已严重威胁到白洋淀水环境质量,迫切需要整治.其中,北部河口区域以及中部府河入湖区和人口密集活动区沉积物氮、磷内源负荷尤为突出,应成为白洋淀沉积物内源污染整治的关键区域.     

基于15N稳定同位素示踪技术的太湖梅梁湾浮游植物群落氮吸收动力学研究

浮游植物对氮的吸收与其生长繁殖密切相关,太湖梅梁湾湖区蓝藻水华频频暴发,对该水域浮游植物氮吸收进行研究具有重要意义.本文分别在冬、春、夏、秋4个季节于梅梁湾采样,对水体常规理化指标和浮游植物群落结构进行分析,并利用¹⁵N稳定同位素示踪技术研究了浮游植物对铵态氮（NH₄⁺-N）、硝态氮（NO₃^--N）和尿素态氮（Urea-N）吸收的动力学特征.结果表明,太湖梅梁湾浮游植物群落除了秋季对NH₄⁺-N的吸收不符合米氏方程外,其余均符合.冬季和春季3种形态氮最大吸收速率（V_max）的大小依次为：NH₄⁺-N > NO₃^--N > Urea-N,而夏季为：NH₄⁺-N > Urea-N > NO₃^--N.3种形态氮V_max的季节变化规律为夏季 > 秋季 > 春季 > 冬季.V_max在不同季节以及不同形态氮之间的差异性可能与浮游植物群落组成以及水体中NH₄⁺-N浓度不同有关.浮游植物对NH₄⁺-N吸收的K_S值在冬、春季高于夏季,对Urea-N吸收的K_s值则在夏、秋季高于冬、春季,而对NO₃^--N吸收的K_s值则在夏季显著高于其他3个季节.冬季和春季梅梁湾浮游植物群落最容易受到NO₃^--N限制,而最不容易受到Urea-N的限制;而夏季,则最容易受到NO₃^--N限制,而最不容易受到NH₄⁺-N的限制,且浮游植物群落对NH₄⁺-N的亲和力最高.与NO₃^--N相比,秋季浮游植物更容易受到Urea-N的限制.不同季节,容易对浮游植物产生限制作用的氮的形态不同.     

乌梁素海盐分在冰-水-沉积物间的分布及迁移特征

盐分是参与湖泊物质循环的重要成分之一,湖泊盐度增加对湖泊生态系统健康造成了严重的威胁.乌梁素海总溶解性固体（TDS）和盐度均处于较高的水平,为揭示盐分在冰-水-沉积物中的分布及迁移规律,冰封期在乌梁素海7个采样点采集冰、冰下水和不同深度沉积物样品,分析样品的TDS、Na⁺和Cl^-浓度,得到各自在冰-水间浓度的比值,即分配系数K,并对水-沉积物界面Na⁺和Cl^-的扩散通量进行估算.结果显示,TDS、Na⁺和Cl^-在冰-水中分配系数K的均值分别为0.02、0.03和0.01,表明在湖水结冰形成冰盖的过程中,随着冰晶的析出,TDS、Na⁺和Cl^-逐渐在水体中浓缩,水体中Na⁺和Cl^-在浓度梯度驱动力作用下,向沉积物间隙水中扩散,估算其扩散通量均值分别为-229和-676 mg/（m²·d）.总之,湖水在冻结过程中,由于冰晶的析出,盐分向冰下水体中迁移,使得盐分浓度在冰下水体中浓缩增加,继而向沉积物中迁移,对湖泊水生态环境构成胁迫.     

洞庭湖主要河口区表层沉积物与河蚬中砷的污染特征及风险评价

水体砷污染及其健康危害已成为一个备受关注的环境问题.本研究通过测定洞庭湖主要河口区表层沉积物砷含量、河蚬砷及砷形态（亚砷酸盐As（Ⅲ）、砷酸盐As（Ⅴ）、甲基砷酸MMA、二甲基砷酸DMA和砷甜菜碱AsB）含量,对表层沉积物砷的潜在生态风险和河蚬食用健康风险进行评价.结果表明,洞庭湖主要河口区表层沉积物砷含量在11.47~61.20 mg/kg之间,其水平分布规律表现为：南洞庭湖>东洞庭湖>西洞庭湖.河蚬砷含量范围为6.36~11.15 mg/kg,各砷形态含量排序为：AsB > As（Ⅴ） > DMA > As（Ⅲ） > MMA,各样地间不存在显著性差异.应用潜在生态风险指数法对表层沉积物中砷的潜在生态风险进行评价,各样地的潜在生态风险指数均值为23.09,潜在生态风险程度属于轻微级别.同时,利用致癌风险指数（CR）和危熵系数（HQ）评价经河蚬摄入无机砷给人体带来的潜在健康风险.洞庭湖主要河口区河蚬中无机砷的致癌风险CR_iAs值达到了1.36×10^-3~3.43×10^-3（平均值为2.24×10^-3）,均显著超过USEPA推荐的可接受风险水平上限值（1×10^-4）,其危熵系数HQ_iAs值达到3.01~7.61（平均值为4.98,约为标准值的5倍）,说明长期食用当地河蚬具有较高的致癌和非致癌健康风险.本研究结果对于了解洞庭湖沉积物和底栖动物的砷污染现状和风险水平具有重要意义,为该流域的砷污染控制及治理提供科学依据.     

蓝藻生消对巢湖沉积物phoD碱性磷酸酶基因细菌群落结构的影响

phoD基因编码的碱性磷酸酶驱动沉积物有机磷矿化并释放生物可利用磷,促进了富营养化湖泊蓝藻的生长与暴发,但对富营养化湖泊蓝藻生消周期phoD基因细菌群落动态变化的认识依然有限.本文研究了中国典型富营养化湖泊巢湖蓝藻生消过程沉积物碱性磷酸酶活性（APA）、phoD基因细菌多样性和群落结构的动态变化及其与环境的关系.结果显示：巢湖沉积物APA活性在蓝藻生长与暴发阶段显著升高,且与水温、pH、溶解氧（DO）等环境因子显著相关.蓝藻生消各阶段沉积物phoD基因细菌群落的优势菌属均由Pseudonocardia和Friedmanniella构成;与蓝藻潜伏期和衰亡期相比,生长初期与暴发期大多数样点沉积物Pseudonocardia的丰度显著降低而Friedmanniella显著升高.携带phoD基因的菌属丰度呈显著的时空变化,其中菌属丰度的空间异质性较高.蓝藻生长初期与暴发期的phoD基因细菌群落的Ace指数与Shannon多样性指数显著大于潜伏期与衰亡期.研究表明,携带phoD基因细菌群落结构的变化主要受APA、DO、叶绿素a、水温、总磷以及无机磷的驱动;春季蓝藻的生长消耗大量上覆水溶解性无机磷,激发了沉积物APA活性并诱发Friedmanniella生长从而缓解水体磷限制.     

三轴拉伸试验下K0固结饱和黏土的动剪切模量和阻尼比

开展一系列的等幅循环应力的K₀固结饱和黏土的循环三轴拉伸试验,结果表明动剪切模量G不仅与循环剪应变γ_cy有关,还与累积应变γ_p有关。为了进一步研究其影响,开展逐级加载的循环三轴拉伸试验。结果表明,随着累积应变的增加,初始动剪切模量G_max逐渐下降。在某一围压下以G_max作为归一化参数,建立G/G_max-γ_cy关系,验证在其他围压下具有较好的适用性。累积应变、围压对阻尼比影响不大,可以认为阻尼比随振动剪应变有唯一对应关系。根据一组循环三轴拉伸试验下建立的动剪切模量和阻尼比关系,可以应用到其他应力组合的循环三轴拉伸试验。     

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.     

Earthquake Engineering and Engineering Vibration Aims And Scope

正This journal is established by the Institute of Engineering Mechanics(IEM),China Earthquake Administration,to promote scientific exchange between Chinese and foreign scientists and engineers so as to improve the theory and practice of earthquake hazards mitigation,preparedness,and recovery.To accomplish this purpose,the journal aims to attract a balanced number of papers between Chinese and     

Foreword

Destructive earthquakes have caused great damage in China and the United States and collapsing buildings havecaused many deaths and injuries. The field of earthquake engineering studies earthquake hazards, the occurrence ofearthquakes of various magnitudes, the nature of the ground shaking during an earthquake, the vibration of structuresduring earthquakes, the strengthening of existing structures and the design of new structures to be earthquake resistant,and finally, how to cope with earthquake damage and restore a city to normal functioning. Such efforts are in progressin both countries, but unfortunately, the language barrier interferes with the free flow of information between China andthe Untied States. It would be mutually beneficial if some means could be developed to promote the exchangeof information across the Pacific Ocean. This new journal has been established for this purpose and its success willbe an important step in promoting earthquake engineering in China and the United States.     

WORLD ASSOCIATION FOR SEDIMENTATION AND EROSION RESEARCH(WASER)

正President:Giampaolo Di Silvio,Italy Vice Presidents:Ulrich C.E.Zanke,Germany Zhao-yin Wang,China The World Association for Sedimentation and Erosion Research(WASER),inaugurated on Oct.19,2004,is an independent non-governmental,non-profit organization.The mission of WASER is to promote international co-operation on the study     

Enhancing remote sensing research on global change to improve our understanding on Earth system processes

正Global Change includes climate change and other environmental changes caused by the joint interaction among various layers of Earth. From the positive side, global change provides new opportunities to human and other living forms on Earth. In the meantime, it creates tremendous challenges and negative impact. At present, the negative impacts have reached all primary processes of the global ecosystem and every aspect of human society, especially causing degradation of the ecosystem. For instance, intensive deforestation causes decline of biodiversity; global warming causes sea level rise and increases     

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

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