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城市湿地生态学研究

作者：董鸣

出版社：科学出版社出版时间：2021-10-01

开本：其他页数： 712

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城市湿地生态学研究版权信息

ISBN：9787030699657
条形码：9787030699657 ; 978-7-03-069965-7
装帧：一般胶版纸
册数：暂无
重量：暂无
所属分类：
工业技术
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城市湿地生态学研究内容简介

为更好地开展城市湿地生态学研究，本书从理论和应用两个方面对本单位从事城市湿地生态系统相关研究的成果进行了总结，主要内容包括：城市湿地生物多样性、生态系统；城市湿地水体及底泥污染控制技术、城市湿地水环境质量评价和污染源解析等。

城市湿地生态学研究目录

目录
前言
第1章杭州西溪湿地沉积物细菌的群落结构和多样性 1
1.1 引言 1
1.2 材料与方法 2
1.3 结果与分析 3
1.4 讨论 7
参考文献 10
第2章和睦湿地浮游植物群落结构特征及环境因子分析 12
2.1 引言 12
2.2 材料与方法 12
2.3 结果 14
2.4 讨论 17
参考文献 19
第3章杭州西湖浮游藻类变化规律与水质关系的研究 21
3.1 引言 21
3.2 材料与方法 21
3.3 结果 23
3.4 讨论 28
参考文献 30
第4章杭州和睦湿地池塘水体夏季叶绿素a含量与水环境因子的相关性研究 32
4.1 引言 32
4.2 材料与方法 33
4.3 结果与分析 33
4.4 讨论 35
参考文献 37
第5章杭州和睦、西溪湿地及其他生境苔藓植物多样性的对比研究 39
5.1 引言 39
5.2 研究方法 40
5.3 结果与分析 42
5.4 讨论 62
参考文献 64
第6章城市湿地生态系统本地植物受植物入侵的影响 67
6.1 引言 67
6.2 城市湿地外来入侵植物 67
6.3 植物入侵对城市湿地生态系统中本地植物的影响 72
6.4 展望 75
参考文献 76
第7章加拿大一枝黄花入侵对杭州湾湿地围垦区土壤特性的影响 81
7.1 引言 81
7.2 材料与方法 82
7.3 结果 84
7.4 讨论 87
参考文献 90
第8章加拿大一枝黄花入侵对杭州湾地区土壤线虫群落的影响 93
8.1 引言 93
8.2 研究地点与方法 94
8.3 结果 97
8.4 讨论 101
参考文献 102
第9章浙江省互花米草时空动态预测及生物量估测模型构建 105
9.1 引言 105
9.2 基于CA-Markov模型的宁波象山港互花米草动态预测 108
9.3 互花米草地上生物量遥感估算模型建立及应用 118
9.4 总结与展望 129
参考文献 131
第10章植物功能性状对城市湿地水体富营养化的响应研究进展 137
10.1 引言 137
10.2 植物功能性状对湿地水体富营养化的响应 138
10.3 研究展望 141
参考文献 141
第11章杭州西溪湿地几种植物群落营养元素的分布及季节动态 145
11.1 引言 145
11.2 研究地和研究方法 146
11.3 结果与分析 147
11.4 讨论 154
11.5 主要结论 158
参考文献 159
第12章城市湿地植物叶凋落物的分解研究进展 161
12.1 引言 161
12.2 湿地凋落物分解 163
12.3 城市湿地凋落物分解 167
12.4 总结与展望 168
参考文献 169
第13章城市湿地原生动物群落调查及水质评价方法研究综述 176
13.1 引言 176
13.2 样品调查方法概述 177
13.3 结果分析方法概述 178
13.4 问题及展望 181
参考文献 182
第14章西溪湿地大型底栖动物群落特征及其对生态保护工程的响应 184
14.1 引言 184
14.2 材料与方法 185
14.3 结果与分析 186
14.4 讨论 193
参考文献 196
第15章城市湿地水体中氮与铁的时空分布特征及相关关系 198
15.1 引言 198
15.2 研究方法 198
15.3 结果与分析 200
15.4 讨论 204
15.5 结论 207
参考文献 207
第16章杭州余杭塘河干支流水体氮、磷时空分布特征 210
16.1 引言 210
16.2 研究方法 211
16.3 结果 212
16.4 讨论 216
16.5 结论 217
参考文献 218
第17章杭州和睦湿地水污染评价 220
17.1 水污染评价技术现状 220
17.2 以和睦湿地为例开展评价 225
参考文献 234
第18章湿地类型和水流方式对杭州城西湿地沉积物粒度特征的影响 236
18.1 引言 236
18.2 材料和方法 237
18.3 结果 238
18.4 讨论 240
参考文献 241
第19章余杭塘河沉积物重金属污染现状及潜在生态危害评价 243
19.1 引言 243
19.2 材料与方法 244
19.3 结果与分析 247
19.4 讨论 249
19.5 结论 251
参考文献 252
第20章杭州城市湿地沉积物中碳、氮及重金属时空分布特征和污染评价 254
20.1 引言 254
20.2 研究方法 259
20.3 杭州城市湿地沉积物碳、氮时空分布特征 261
20.4 杭州城市湿地沉积物碳、氮污染评价 266
20.5 杭州城市湿地沉积物重金属时空分布特征 271
20.6 杭州城市湿地沉积物重金属污染及生态风险评价 277
20.7 总结与展望 282
参考文献 283
第21章杭州城西湿地底泥磷分布特征与磷素释放风险评估 287
21.1 引言 287
21.2 杭州西溪及和睦湿地表层底泥中磷素季节变化特征 287
21.3 湿地表层沉积物中磷素的释放风险评估 305
21.4 总结 311
参考文献 312
第22章西溪湿地土壤污染物分布特征及生态风险评价 315
22.1 引言 315
22.2 研究区域与研究方法 315
22.3 结果与讨论 317
22.4 结论 323
参考文献 324
第23章杭州湾南岸围垦区土壤有机碳空间分布特征及影响因素分析 327
23.1 引言 327
23.2 材料与方法 328
23.3 结果与分析 329
23.4 讨论 331
23.5 结论 333
参考文献 333
第24章城市湿地沉积物污染风险评价及生物修复技术研究进展 335
24.1 引言 335
24.2 污染沉积物的生态风险评价方法 335
24.3 污染沉积物的生物修复技术 337
24.4 问题与展望 339
参考文献 340
第25章城市湿地水体中氮素污染物控制新技术——厌氧氨氧化 342
25.1 引言 342
25.2 厌氧氨氧化菌的特性及生化机制 342
25.3 Anammox城市污水脱氮工艺的研究及进展 345
25.4 Anammox应用于主流城市污水处理的挑战 348
25.5 总结与展望 349
参考文献 350
第26章城市湿地水体中典型污染物电化学降解原理与方法 354
26.1 引言 354
26.2 城市湿地中污染物的电氧化降解技术 358
26.3 城市湿地中污染物的电还原去除技术 375
26.4 总结与展望 387
参考文献 389
第27章西溪湿地池塘生态系统水生生物群落恢复及水质净化研究 393
27.1 引言 393
27.2 研究内容和方法 397
27.3 结果与讨论 403
27.4 结论 419
参考文献 420
第28章杭州城西湿地底泥控磷技术及其安全性评估研究 425
28.1 湿地底泥控磷技术研究进展 425
28.2 控制底泥磷素释放技术研究 434
28.3 底泥磷素释放控制技术的安全性评价研究 443
参考文献 449
第29章水体背景对湿地水生植物冠层光谱影响研究 456
29.1 引言 456
29.2 实验环境和研究方法 460
29.3 不同覆盖度下水生植被冠层光谱研究 463
29.4 不同水深背景下的水生植被冠层光谱研究 470
29.5 不同底质背景下水生植被冠层光谱研究 476
29.6 结论与展望 480
参考文献 481
第30章 SWAT和SWMM模型耦合的平原河网城市水体点源污染扩散预测研究 483
30.1 引言 483
30.2 SWAT与SWMM模型及耦合方法研究 488
30.3 基于耦合模型的水体点源污染扩散模拟方法 497
30.4 平原河网城市水体点源扩散实验研究 504
30.5 结论与展望 516
参考文献 517
第31章基于SWAT与SWMM模型的城市内涝预警技术研究 521
31.1 引言 521
31.2 洪水径流模拟方法研究 527
31.3 流域径流模拟与城市径流模拟耦合分析 535
31.4 城市单元水量分配模拟分析 548
31.5 洪水灾害预警系统设计与开发集成 549
31.6 总结与展望 554
参考文献 555
第32章杭州湾滨海湿地时空演变及多情景模拟预测研究 558
32.1 引言 558
32.2 研究区域与数据 562
32.3 杭州湾滨海湿地演变与驱动机制分析 567
32.4 杭州湾滨海湿地演变情景模拟模型构建 575
32.5 多情景下的杭州湾滨海湿地演变模拟预测研究 581
32.6 结论与展望 587
参考文献 589
第33章土地利用变化对生态系统服务的影响——以东苕溪流域为例 592
33.1 引言 592
33.2 研究内容和技术路线 599
33.3 研究区概况与研究方法 600
33.4 结果分析 609
33.5 结论与展望 615
参考文献 617
第34章西溪湿地生态监测数据库系统的设计及初步应用 621
34.1 引言 621
34.2 湿地生态监测数据库的需求分析 624
34.3 湿地生态监测数据库系统构建的关键技术研究 626
34.4 西溪湿地生态监测数据库系统的设计与实现 633
34.5 总结与展望 650
参考文献 651
第35章杭州城西湿地生态系统保护与利用战略 655
35.1 引言 655
35.2 杭州城西湿地生态系统的现状 657
35.3 杭州城西湿地生态系统保护和利用所面临的挑战 660
35.4 杭州城西湿地生态系统保护与利用战略及行动 663
35.5 可行性分析 669
35.6 战略保障机制 672
参考文献 675
第36章关于将杭州建成国际湿地城市和建设钱塘江流域生态系统监测站网的建议 676
36.1 湿地城市建设的背景 676
36.2 国际湿地城市建设的行动建议 677
36.3 国际湿地城市建设的可行性简析 678
36.4 钱塘江流域生态系统监测站网建设 680
参考文献 684
中文索引 685
外文索引 689

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城市湿地生态学研究节选

第1章杭州西溪湿地沉积物细菌的群落结构和多样性 1.1 引言湿地是水陆交界处形成的独特的生态系统。湿地生态系统中，沉积物是由各种微生物参与的、物质和能量发生频繁交换的特殊生境（徐长君和张国发， 2009）。沉积物中微生物的多样性对整个水体系统有重要影响（何建瑜等， 2013）。与水体中的悬浮微生物比较，沉积物微生物往往在单位数量和功能多样性上更胜一筹（Klammer et al.，2002），因此对水体生态系统平衡的重要性也更大。目前，沉积物微生物正受到越来越多研究者的关注（任丽娟等， 2013）。Li等（2011）利用荧光原位杂交法（fluorescence in situ hybridization， FISH）和变性梯度凝胶电泳（denaturing gradient gel electrophoresis，DGGE）技术，研究了海底表层沉积物中细菌的群落结构，发现属于 β-变形菌纲（β-Proteobacteria）的氨氧化细菌（ammonia-oxidizing bacteria，AOB）的丰度达到了（1.87～3.53）×105个细胞 /g，其群落结构组成与沉积物的盐度、温度、呼吸作用和总有机碳（total organic carbon，TOC）等因子密切相关，可以作为海域沉积物硝化作用的间接指示因子。时玉等（2014）利用定量 PCR（quantitative PCR，qPCR）和 DGGE技术，对青藏高原淡水湖普莫雍错和盐水湖阿翁错湖底沉积物进行细菌多样性的比较研究，结果发现青藏高原淡水与盐水湖泊沉积物细菌丰度与群落结构具有明显的差异；同时，沉积物细菌群落结构在不同深度也表现出差异。杭州西溪国家湿地公园位于杭州市区西部，是自然湿地在一千多年农渔耕作下形成的罕见的城中次生湿地，曾经的稻、桑（柿）、鱼、蚕的农业模式是西溪湿地的一大特色。近 20多年来，随着经济和社会的发展，西溪湿地的面积由原来的 60 km2萎缩到现在的不足 12 km2，并且因为人类活动的日趋频繁，湿地的生态系统也遭到了不同程度的破坏（陈久和， 2003）。在此背景下， 2003年正式启动了西溪湿地综合保护工程，到 2008年保护工程一期、二期、三期基本建成并投入使用。西溪湿地植物园是西溪国家湿地公园二期建设的一部分，其目标是通过恢复一定比例的湿地植物群落，将原来大面积的鱼塘 -基-渚湿地演变成典型的湿地景观，形成自然的湿生生态系统，这对于西溪湿地的保护和修复有着重要的实践意义。本章以西溪湿地植物园区域内不同水生植物生境下的表层沉积物为研究对象，通过 MiSeq高通量测序的方法，研究沉积物中细菌的群落特征和多样性，以期为丰富西溪湿地生态系统内涵，开发西溪湿地的微生物资源，进而为西溪湿地的保护和修复提供理论和实践依据。 1.2 材料与方法 1.2.1 沉积物样品沉积物样品于 2014年 6月采自杭州西溪国家湿地公园保护区湿地植物园野外观测样地（120°4′18″E，130°16′26″N）。湿地植物园的群落构建遵循了优势种培育模式，即在大面积宽阔的水域大量种植一种或数种水生植物，发展大面积的优势群落。选择的水生植物主要包括：①挺水植物群落［蒲苇（Cortaderia selloana）、白茅（Imperata cylindrica）等］；②浮水植物群落［睡莲（Nymphaea tetragona）、凤眼蓝（Eichhornia crassipes）等］； ③沉水植物群落［金鱼藻（Ceratophyllum demersum）、狐尾藻（Myriophyllum verticillatum）等］；④湿生植物群落［美人蕉（Canna indica）、黄菖蒲（Iris pseudacorus）等］。以上述 4类不同水生植物生境下的表层沉积物（0～10 cm）为研究对象，每种类型的样品由采样点中心及周围共 5个点的土样混合而成，样品编号为 1～4号。采集后的样品迅速放入无菌保鲜袋中，–20℃保存。 1.2.2 土壤理化性质测定沉积物 pH测定采用间歇水测定法，称取数克沉积物样品，离心，取上清液，用 pH计测定其 pH。总有机碳含量采用 Analytik multi N/C 3100分析仪测定；总氮含量采用EURO EA元素分析仪测定；总磷含量采用 H2SO4-HClO4双酸消煮 -钼锑抗比色法测定（赵亚杰等，2015）。 1.2.3 高通量测序及数据分析 1. MiSeq高通量测序用 EZNA Soil DNA Kit（OMEGA公司）提取基因组 DNA，对 16S rRNA V3、V4区进行扩增，引物： 338F（5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCA-3′）；806R（5′-GGACTACH VGGGTWTCTAAT-3′）。PCR扩增反应体系（20 μL）：5×FastPfu Buffer 4 μL，2.5×10–3 mol/L dNTP 2 μL，Forward Primer（5×10–6 mol/L）0.4 μL，Reverse Primer（5×10–6 mol/L）0.4 μL， FastPfu Polymerase 0.4 μL，Template DNA 10 ng。反应条件： 94℃预变性 120 s，94℃变性 30 s，55℃退火 30 s，72℃延伸 45 s；28个循环。每个样品 3个重复，将同一样品的 PCR产物混合后用 2%琼脂糖凝胶电泳检测， AxyPrepDNA凝胶回收试剂盒，切胶回收 PCR产物，Tris-HCl洗脱，2%琼脂糖凝胶电泳检测。参照电泳初步定量结果，将 PCR产物用 QuantiFluor.-ST蓝色荧光定量系统（Promega公司）进行检测定量，之后按照每个样品的测序量要求，进行相应比例的混合，委托上海美吉生物医药科技有限公司进行 Illumina MiSeq高通量测序（李靖宇等，2015）。 2. 测序数据优化处理为了保证后续生物信息学分析的准确性，对测序数据进行质量控制。通过过滤读数尾部质量值 20以下的碱基，利用 Trimmomatic、FLASH等软件筛选拼接序列的重叠（overlap）区错配比率低于 0.2、编码（barcode）错配数为 0、*大引物错配数为 2的优化序列进行后续分析。 3. OTU聚类分析及分类学分析利用 Usearch（vsesion 7.1）软件平台，在 97%的相似水平对所有序列进行可操作分类单元（operational taxonomic units，OTU）划分。为了得到每个 OTU对应的物种分类信息，采用 RDP法（Wang et al.，2007）（置信度阈值为 0.7）对 97%相似水平的 OTU代表序列进行分类学分析。比对数据库为 16S细菌数据库： Silva（Release115）。 4. 群落 α多样性分析基于优化处理的 OTU及相关分析软件 Mothur（version v.1.30.1）绘制了各样品的稀释曲线，并在重取样的基础上计算了种群丰富度指数 Chao值和物种多样性指数 Shannon-Wiener指数。 5. 多样本相似度分析利用树枝结构描述和比较多个样本间的相似性和差异关系。首先使用描述群落组成关系和结构的算法计算样本间的距离，即根据 β多样性距离矩阵进行层次聚类（hierarchical clustering）分析，使用非加权组平均法 UPGMA构建树状结构，得到树状关系形式用于可视化分析。分析软件：利用 Qiime软件计算 β多样性距离矩阵。 1.3 结果与分析 1.3.1 沉积物理化性质沉积物中的总有机碳、总氮和总磷等含量是反映营养状况和污染程度的双重指标。表 1-1结果显示， 4个沉积物样品的理化特性有较大的差异，其中总有机碳和总氮*高的是 1号挺水植物生境样品，其次是 4号湿生植物生境样品；而总磷*高的是 4号湿生植物生境样品，其次是 1号挺水植物生境样品。 2号浮水植物和 3号沉水植物生境样品无论是总有机碳、总氮还是总磷明显低于 1号挺水植物、 4号湿生植物生境样品。样品的 pH均偏酸性，其中 2号浮水植物生境样品的 pH为 5.17，酸性*强。表 1-1 西溪湿地沉积物样品理化性质 1.3.2 沉积物样品主要细菌类群分布采用 RDP法对 97%相似水平的 OTU代表序列进行分类学分析，在数据库中没有相应分类单元的序列，以 norank标记。结果表明，沉积物样品具有很高的细菌多样性。在门的水平有变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、硝化螺旋菌门（Nitrospirae）、酸杆菌门（Acidobacteria）、绿菌门（Chlorobi）、螺旋菌门（Spirochaetae）、梭杆菌门（Fusobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、疣微菌门（Verrucomicrobia）和芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）等 30门（数据未显示）。在属的水平上共鉴定有 252属（图 1-1，已将丰度极低的部分合并为其他在图中显示），其中丰度较高且所有样品均有分布的主要有铁杆菌属（Ferribacterium）、乳球菌属（Lactococcus）、厌氧黏细菌属（Anaeromyxobacter）、硫杆菌属（Thiobacillus）、假单胞菌属（Pseudomonas）、螺旋体属（Spirochaeta）、硫碱螺旋菌属（Thioalkalispira）、硫针菌属（Sulfuritalea）、泉发菌属（Crenothrix）、互养菌属（Syntrophus）和假红育菌属（Pseudorhodoferax）。1号和 4号的优势类群为铁杆菌属，丰度分别为 8.29%和 12.30%；2号和 3号的优势类群是乳球菌属，丰度分别为 13.52%和 8.87%。有些细菌类群仅在特定的样品中出现，如 1号样品特有的菌群包括 Actibacter属、贝日阿托菌属（Beggiatoa）和 Ferruginibacter属等 6个属； 2号样品特有的菌群有 Ferritrophicum属、堆囊菌属（Sorangium）和新衣原体属（Neochlamydia）等 10个属； 3号样品特有的菌群只有蛭弧菌属（Bdellovibrio）；4号样品特有的菌群有甲基暖菌属（Methylocaldum）和 Propionivibrio属。这些特有的菌群通常丰度较低。此外，尚有未培养（uncultured）和未分类（unclassified）细菌类群，前者占比为 30%～50%，后者占比为 10%～20%。说明西溪湿地沉积物中可能蕴藏有较多的潜在新物种。图1-1 各样品优势细菌群落结构（彩图请扫封底二维码） 1.3.3 沉积物样品细菌群落 α多样性利用高通量测序技术，过滤掉低质量的序列后， 4个样品共获得有效序列 67 734条，根据编码（barcode）标签进行样品序列拆分，并对初始序列进行去冗余处理以获得 16S rDNA唯一读段（unique reads），在 97%相似度下将其聚类为用于物种分类的 OTU，统计各样品在不同 OTU中的丰度信息， 4个样品共产生 2181个 OTU，经优化处理后，得到平均长度为 441 bp的序列，其中片段长度 >400 bp的序列数占总序列数的 99.74%。各样品读数和 OTU数量如表 1-2所示。表 1-2 不同样品细菌群落的多样性指数采用对测序序列进行随机抽样的方法，以抽到的序列数与它们所能代表的数目

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