近日，美国明尼苏达大学双城分校的助理教授Judy Q. Yang博士发表了一篇题为“Solute flow and particle transport in aquatic ecosystems: A review on the effect of emergent and rigid vegetation”的综述。文章深入探讨了水生环境中刚性挺水植被对溶质与颗粒传输的复杂影响，为理解并保护水生生态系统的稳定性和健康提供了重要参考。
研究背景
水生环境中的植被广泛存在，对溶质和颗粒的传输起着至关重要的作用。近年来，随着研究的深入，科学家们对植被如何影响水流、溶质对流与扩散、悬浮物与床沙传输以及潜流交换等过程有了更深刻的认识。Yang博士的综述总结了这些最新研究成果，并详细分析了刚性挺水植被对上述过程的影响。
主要发现
1. 水流速度的影响：挺水植被通过产生阻力减缓水流速度，从而减少了溶质和颗粒的传输量。然而，植被同时也通过生成湍流增强了溶质的扩散和悬浮物、床沙的传输。这种双重效应使得植被对水流和物质传输的净影响变得复杂。
2. 溶质传输：植被通过改变水流速度和湍流特性，显著影响溶质的对流与扩散。植被生成的湍流促进了溶质在垂直方向上的混合，而水流速度的降低则减少了溶质的水平传输。
3. 悬浮物与床沙传输：对于悬浮物，植被的存在增加了其在水体中的均匀分布，形成了双层模型。对于床沙，植被通过提高临界床面剪切应力和增加湍流，既可能促进也可能抑制床沙的传输，具体取决于植被的密度和分布。
4. 潜流交换：植被还通过影响水流路径和速度，促进了水体与河床之间的潜流交换，这对水生生态系统的物质循环和能量流动具有重要意义。
研究意义
本综述不仅揭示了植被在水生生态系统物质传输中的多重作用，还为未来的生态修复和环境保护工作提供了科学依据。通过深入理解植被对水流和物质传输的影响机制，科学家们可以更有效地设计和管理水生生态系统，以应对气候变化和人类活动带来的挑战。
未来展望
尽管已取得显著进展，但关于植被对水生生态系统物质传输的影响仍存在许多未知领域。Yang博士建议未来的研究应进一步探讨植被形态、淹没程度、斑块效应、柔韧性、根系结构及生物膜等其他植被相关因素对水流和物质传输的影响。同时，她呼吁加强跨学科合作，以更全面地理解水生生态系统的复杂性和动态性。
本文为水生生态系统的研究提供了新的视角和思路。随着研究的不断深入，研究人员有望更加精准地保护和恢复自然资源。
图1 刚性挺水植被对流体流动和质量运输的两种相互影响概述
图2 刚性挺水植被对水平平均流速和湍流动能垂直剖面的影响
图3 刚性挺水植被对悬浮泥沙浓度垂直剖面的影响
图4 在植被区内相同水面或能级坡度下，挺水植被对地表水流和床面负荷运输的影响
图5 植被影响水文交换的主要机制示意图
作者简介
Yang, Judy 明尼苏达大学土木、环境和地质工程系以及圣安东尼福尔斯实验室助理教授。2015年和2018年在麻省理工学院获得环境工程硕士和博士学位。2018—2020年在普林斯顿大学担任博士后研究员。Yang博士热衷于开展多尺度和跨学科研究，以揭示生物群、流体和颗粒（沉积物、土壤）之间的复杂相互作用。Yang博士的课题组设计了从微流体到水槽实验的多尺度实验，以解决与海岸侵蚀、有害藻类大量繁殖、土壤碳动力学以及土壤和沉积物中病原体和污染物运输相关的关键环境问题。
引用信息
Yang, J. Q. (2024). Solute flow and particle transport in aquatic ecosystems: A review on the effect of emergent and rigid vegetation. Environmental Science and Ecotechnology 21: 100429.
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高被引论文
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期刊简介
在生态环境部黄润秋部长亲自提出和指导下，Environmental Science and Ecotechnology（ESE）于2020年1月正式创刊。ESE由中国科协主管，由中国环境科学学会、哈尔滨工业大学和中国环境科学研究院共同主办。ESE为双月刊，面向全球开放获取（全部论文皆可免费阅读、下载）。
ESE首届编委会由120位全球生态环境研究领域的顶级专家学者构成。哈尔滨工业大学任南琪院士担任主编，中国环境科学学会理事长、生态环境部环境规划院王金南院士和中国环境科学研究院吴丰昌院士担任副主编，俞汉青院士、Danny Reible院士等13位世界顶尖学者担任执行主编和执行副主编。
ESE已入选3个 “一区”，即中科院一区（大、小类）、JCR报告Q1区和中国科协高质量科技期刊T1区。2023年ESE获得首个完整影响因子12.6，最新影响因子为14.0，最新CiteScore为20.4。
期刊官网：https://www.sciencedirect.com/journal/environmental-science-and-ecotechnology
