Mapping Change in Human Pressure Globally on Land and within Protected Areas

It is widely accepted that the main driver of the observed decline in biological diversity is increasing human pressure on Earth's ecosystems. However, the spatial patterns of change in human pressure and their relation to conservation efforts are less well known. We developed a spatially and temporally explicit map of global change in human pressure over 2 decades between 1990 and 2010 at a resolution of 10 km². We evaluated 22 spatial data sets representing different components of human pressure and used them to compile a temporal human pressure index (THPI) based on 3 data sets: human population density, land transformation, and electrical power infrastructure. We investigated how the THPI within protected areas was correlated to International Union for Conservation of Nature (IUCN) management categories and the human development index (HDI) and how the THPI was correlated to cumulative pressure on the basis of the original human footprint index. Since the early 1990s, human pressure increased 64% of the terrestrial areas; the largest increases were in Southeast Asia. Protected areas also exhibited overall increases in human pressure, the degree of which varied with location and IUCN management category. Only wilderness areas and natural monuments (management categories Ib and III) exhibited decreases in pressure. Protected areas not assigned any category exhibited the greatest increases. High HDI values correlated with greater reductions in pressure across protected areas, while increasing age of the protected area correlated with increases in pressure. Our analysis is an initial step toward mapping changes in human pressure on the natural world over time. That only 3 data sets could be included in our spatio‐temporal global pressure map highlights the challenge to measuring pressure changes over time. Mapeo del Cambio en la Presión Humana Global en Tierra y Dentro de Áreas Protegidas     

菌根真菌侵染对植物生物量累积的影响

为了从生态系统尺度探讨菌根资源与植物生物量累积的关系,调查了鼎湖山不同成熟度的三个森林群落主要优势树种的菌根侵染情况.综合分析各森林群落优势树种的个体数、生物量和菌根侵染率发现：1）菌根侵染率与径向生长速率相关,植物生长迅速的阶段菌根侵染率更高.中径级（胸径15-30 cm）的马尾松（Pinus massoniana）和锥（Castanopsis chinensis）的侵染率比小径级（胸径1-15 cm）个体的侵染率高,而大径级个体（胸径30 cm 以上）的侵染率略低于中径级个体的侵染率.木荷（Schima superba）则表现出侵染率随着胸径增大而增高的趋势.2）树种在群落内的侵染率越高,其对群落生物量的贡献率越大.如马尾松在马尾松林和混交林的侵染率分别为（77.30±18.02）%和（40.50±14.42）%,其对马尾松林群落生物量的贡献率达到87.43%,是对混交林生物量贡献率（17.51%）的5 倍.混交林和阔叶林的共有优势树种锥的侵染率和生物量贡献率也有存在相同规律.3）根系碳储量占群落总碳储量比例较高的群落其优势树种平均侵染率相对较高.马尾松林、混交林和季风常绿阔叶林中,根系碳储量占群落总碳储量的比例分别为55%、54%、42%,群落优势树种平均侵染率分别为（66.73±10.55）%、（46.97±27.28）%、（54.22±25.45）%,马尾松林的根系碳储量和平均侵染率均高于混交林和季风常绿阔叶林.以上结果表明,菌根真菌侵染对于植物个体生长速率以及群落水平的生物量累积具有-定的促进作用.     

不同灌溉方式冬小麦农田生态系统碳平衡研究

全球气候变暖趋势明显,陆地生态系统碳循环的研究成为目前的研究热点,而农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,由于农田生态系统是受人类强烈调节与控制的复合系统,其碳循环受各类农作措施的影响极大。新疆地处干旱区,水分条件是农田碳循环的最重要限制因子。为此,分析不同灌溉方式对冬小麦（Triticum aestivuml）农田生态系统碳平衡的影响,从而提出有利于新疆冬小麦生产的固碳减排的灌溉方式。试验于2012—2013年在伊宁县科技示范园冬小麦试验田进行,选择伊农18冬小麦品种为供试材料,确定滴灌和漫灌为两个试验主因子并设置小区。试验自冬小麦返青开始至完全成熟结束,期间平均每7天采1次样,其中用典型样株法采集小麦植株,分根、茎、叶等不同器官单独烘干测定植株固碳量;用静态钠石灰吸收法测定冬小麦土壤呼吸;收集整理已发表国内外文献中的各类碳排放参数确定本研究中所需参数;采用王小彬的碳平衡计算方法分析不同灌溉方式农田生态系统碳平衡,据此对滴灌和漫灌两种灌溉方式的冬麦农田作物生物量固碳、土壤碳排放量和作物生产过程中物质投入的间接碳排放量,以及两种灌溉方式下冬麦农田生态系统净碳值进行分析。试验结果表明：滴灌条件下冬麦农田生态系统小麦的固碳量、土壤碳排放总量分别比漫灌小麦的高出15.38%和11.43%,冬小麦穗是差异形成的主要原因;而农业生产资料排碳总量比漫灌少排3.88%;但无论是滴灌还是漫灌,耗电碳排放量均占农业生产资料碳排放总量的59%以上,是农业生产资料碳排放的第一大来源。两种灌溉方式下冬小麦田生态系统的净碳值均呈现出固碳并存在显著差异（p〈0.01）,且滴灌冬麦农田生态系统净碳值比漫灌高25.39%。因此,新疆冬小麦生产中采用滴灌方式更有利于农田生态系统的固碳,     

土壤酶和微生物量碳对土壤低浓度重金属污染的响应及其影响因子研究

土壤酶和微生物量碳是反映土壤健康的重要微生物性质指标。土壤重金属污染能够对土壤微生物性质产生影响,然而土壤酶和微生物量碳对土壤重金属污染的响应受到土壤本身理化性质的影响。通过北京市建成区233个样点的数据监测和实验室模拟,研究了土壤脲酶活性和微生物量碳对土壤低浓度重金属污染的响应以及受土壤理化性质的影响。研究结果表明:在野外主要重金属污染的浓度范围内(Cd 0.003~0.98μg·g-1,Cu 13.4~207.9μg·g-1,Zn 29.4~322μg·g-1,Pb 4.02~174μg·g-1),土壤脲酶活性、微生物量碳(MBC)和有机碳(SOC)的含量与土壤中Cd、Cu、Zn和Pb的浓度正相关,而微生物量碳占有机碳的比率(MBC/SOC)与重金属浓度负相关;脲酶活性、MBC/SOC与重金属浓度建立的相关关系只能解释总变异的5%~10%。实验室模拟试验表明,土壤酶活性受土壤重金属含量和土壤性质联合效应的影响;土壤有机质含量和pH是影响酶活性的主要土壤理化性质。引入土壤有机碳含量和pH两个参数,重新建立脲酶活性、MBC/SOC与土壤中重金属浓度的关系,建立的相关关系的决定系数变大,能够解释总变异的14%~17%。     

陡河水库鱼体汞的生物积累初探

为了解陡河燃煤电厂大气汞释放对毗邻的陡河水库水生生态系统中鱼体汞含量、生物积累和放大等的影响,本研究采集陡河水库野生鱼、虾和螺蛳,分别测定了鱼样等生物样品中的总汞和甲基汞,并对部分代表性样品测定稳定碳氮同位素比值。鱼汞分布特征和δ13C‰和δ15N‰同位素比值分布特征显示:鱼体(鲜样)中总汞和甲基汞平均含量分别为56.4±26.7和15.5±8.4 ng·g-1,总汞含量最高的是杂食性的白条鱼为133 ng·g-1。不同食性的鱼体δ13C和δ15N稳定同位素值变化范围分别为-28.1‰~-24.4‰和12.0‰~16.1‰,Log10[Hg]与δ15N的线性相关斜率值为负值。以上结果表明:陡河水库鱼体汞总体偏低,没有发现高生物积累和生物放大,其主要原因在于陡河水库水环境中汞含量较低,且陡河水库靠近市区,过度捕捞使可以捕获的鱼样种类和数量偏少,且鱼龄较低。     

Applications of nanomaterials in water treatment and environmental remediation

Nanotechnology has revolutionized plethora of scientific and technological fields; environmental safety is no exception. One of the most promising and well- developed environmental applications of nanotechnology has been in water remediation and treatment where different nanomaterials can help purify water through different mechanisms including adsorption of heavy metals and other pollutants, removal and inactivation of patho- gens and transformation of toxic materials into less toxic compounds. For this purpose, nanomaterials have been produced in different shapes, integrated into various composites and functionalized with active components. Nanomaterials have also been incorporated in nanostructured catalytic membranes which can in turn help enhance water treatment. In this article, we have provided a succinct review of the most common and popular nanomaterials （titania, carbon nanotubes （CNTs）, zero-valent iron, dendrimers and silver nanomaterials） which are currently used in environmental remediation and particularly in water purification. The catalytic properties and functionalities of the mentioned materials have also been discussed.     

表面酸碱2步改性对活性炭吸附Cr(Ⅵ)的影响

研究了酸碱2步改性对活性炭吸附水相中Cr(Ⅵ)的影响.将活性炭(AC₀)在HNO₃溶液中氧化(AC₁),然后在NaOH和NaCl的混合液中处理(AC₂).分别采用平衡和连续吸附试验,测试Cr(Ⅵ)的吸附特征.以Boemh滴定法定量检测活性炭表面酸性官能团数量,结合元素分析结果定量表征活性炭的表面含氧官能团变化;以低温液氮(N₂/77K)吸附法分析活性炭的比表面积和孔径结构.结果表明:活性炭经2步改性后,其Cr(Ⅵ)的吸附容量和吸附速度均显著改变.吸附容量和吸附速度大小依次为AC₂>AC₁>AC₀.改性活性炭表面积下降,表面含氧酸性官能团数量增加.HNO₃液相氧化处理可使活性炭表面生成带正电含氧酸性官能团,第2步改性后活性炭表面酸性官能团H⁺部分被Na⁺取代,使活性炭表面酸性降低.表面较多的含氧酸性官能团(与AC₀相比)、适宜的表面pH(与AC₁相比)是AC₂所表现出较高Cr(Ⅵ)吸附容量的主要原因.     

磷元素在饮用水生物处理中的限制因子作用

应用细菌生长潜力(BGP)法,考察了磷元素在淮河流域某地面水厂饮用水生物处理工艺中的限制因子作用原水添加50μg·L^-1KH₂PO₄-P后,BGP可以提高54%,添加其它无机元素和添加磷元素对BGP的影响没有显著差异;原水添加20mg·L^-1C₆H₁₂O₆对BGP的影响要小于添加50μg·L^-1KH₂PO₄-P的影响;原水添加磷后生物滤池对COD_Mn的去除率比对照生物滤池提高了7.5%,其出水明显表现为碳限制型,对照生物滤池出水则为磷限制型.结果说明磷元素是该水厂饮用水生物处理的限制因子,且限制作用强于碳元素,可以通过外加磷源的方法提高饮用水生物处理工艺对有机物的去除效率.     

太湖地区3种水稻土不同温度培养中有机碳库变化及其对升温的响应

全球变暖下土壤有机碳储存的变化是土壤与全球变化研究的热点问题.本研究选择了3种太湖地区代表性水稻土的表层土壤,分别进行20℃和25℃的室内恒温培养,监测培养过程中总有机碳、溶解性有机碳和微生物量碳的变化动态,试图了解这些土壤的有机碳分解过程对全球变暖的响应特点.结果表明,这些土壤培养中总有机碳变化可以用一级衰变动力学方程或对数衰减方程描述,但动力学特征依培养温度的不同而异.升温大大促进了铁渗水耕人为土和潜育水耕人为土中有机碳的分解与呼吸损失,而铁聚水耕人为土没有显著变化.供试土壤总有机碳损失的Q₁₀系数分别为:潜育水耕人为土(11.1～14.1)＞铁渗水耕人为土(4.4～6.4)＞铁聚水耕人为土(0.63～0.73).这一方面说明温度敏感性在同一地带的不同土壤间的差异超过文献上报道的不同气候带的差异,但另一方面揭示了水稻土可能是一类对全球升温敏感响应的人为土.溶解性有机碳和微生物量的碳的变化还提示不同温度培养下水稻土微生物群落结构可能改变,因而影响到土壤有机碳库的生物有效性在温度条件下的变化.可以认为,土壤升温下有机碳的变化不但与土壤有机碳的性质有关,而且与土壤性质控制下的生物条件的改变有关.故土壤升温下有机碳的损失不仅仅是温度对分解过程的反应速度的影响.当然,对于不同土壤间的这种差异还需从有机碳-土壤环境-土壤生物的相互关系上做进一步的工作.     

持续放牧和围封对科尔沁退化沙地草地碳截存的影响

研究了科尔沁退化沙地草地持续放牧和围封恢复下土壤-植物系统的碳(C)贮存,以揭示草地管理对C动态的影响.结果表明,0～15cm土壤OC和植物系统贮存的C(包括初级生产固定的C,立枯和地表凋落物C和根系C)贮量大小为:围封10年草地(584g·m^-2和309 g·m^-2)＞围封5年草地(524g·m^-2和146g·m^-2)＞持续放牧草地(493g·m^-2和95 g·m^-2).在围封10年,围封5年和持续放牧草地中,0～15cm土壤贮存C分别占各自土壤-植物系统C的65.3%,78.2%和83.9%.在风蚀严重的科尔沁沙地,持续放牧对植被,土壤及其周围环境有极严重的恶化作用.采取围封恢复措施后,植被恢复和凋落物积累使土壤免遭风蚀,也显著增加了土壤有机质的输入,因而显著作用于大气C的截存.但排除家畜放牧的长期围封使植物C向土壤C的再循环受到限制,截存的大部分C以凋落物的形式积存在土壤表面,需进一步深入研究围封的时间尺度.研究结果表明,退化沙地草地在采取有效的保护措施后,可以由C源变为C汇.