基于超效率DEA模型的三峡库区生态效率评价及空间演化格局分析

本文基于2010—2017年的统计数据,首先采用超效率DEA模型对三峡库区26个区县的生态效率进行测算,然后运用空间自相关分析方法对三峡库区生态效率的演化格局进行了实证分析,探索三峡库区生态效率的时空动态演变特征。研究表明:2010—2017年三峡库区生态效率平均水平处于0.5601～1.1920,整体呈现波动性变化趋势,生态效率在一定程度上有所改善,但是整体水平仍然较低;从区域层面看,各个区县间生态效率水平不平衡,空间分布上呈现"西高东低"的非均衡性特征。局部空间自相关分析表明,三峡库区2010—2017年集聚性呈逐渐减弱态势,空间异质性逐渐增加,整体的生态效率差异变大。最后依据实证研究分析结果,本文对如何提升三峡库区生态效率提出了相应的政策建议。     

三峡库区消落带土壤汞形态分布与风险评价

为了解三峡库区消落带土壤中汞污染现状和环境风险,选择重庆14个区县的消落带,采集了192个土壤样品,分析其土壤总汞和汞形态分布,探讨其生物可利用性,对比研究和评估土壤总汞与汞赋存形态的污染水平和生态风险.结果表明,三峡库区消落带土壤中汞含量差异较大,土壤汞含量为22.4~393.5μg·kg-1,平均值为(84.2±54.3)μg·kg-1,76.6%的采样点土壤汞含量超过了三峡库区土壤汞背景值.土壤中的汞以残留态为主,不同汞形态所占比例为:水溶态汞4.1%、酸溶态15.5%、碱溶态汞18.3%、过氧化氢溶态汞10.9%、残留态汞51.3%.各区县土壤中生物可利用性汞(水溶态汞、酸溶态汞与碱溶态汞之和)平均含量为19.7~36.6μg·kg-1,生物可利用态汞占总汞的比例达到22.1%~51.6%.地累积指数和潜在生态危害指数评价结果均表明,三峡库区消落带土壤中汞赋存形态的污染水平和生态风险都较低,由生物可利用态汞带来的生态风险也很小;而对土壤总汞含量评价的结果明显偏大.因此,采用汞赋存形态进行污染现状和生态危害评价更能反映消落带土壤汞的环境风险.     

三峡水库运行期支流沉积物营养盐污染评价

通过对三峡库区7条支流表层沉积物中总氮(TN)、总磷(TP)、钾(K)及有机质(OM)的含量进行测定,分析其空间分布特征,评价其污染水平,揭示其污染来源。结果表明,7条支流pH值平均值(7.91±0.53),按照支流沿程分布,表层沉积物各营养盐含量基本呈上升趋势,回水断面和断面营养盐含量较高。仅澎溪河(PX)上游断面表层沉积物各营养盐含量较高,按沿程逐渐降低,到支流回水末端又呈升高趋势。7条支流均未出现有机污染,但受到有机氮污染胁迫;除OM外,25个断面的营养盐(TN、TP)含量基本超过了加拿大安大略省环境和能源部发布的沉积物中能引起水环境生态风险效应的营养物含量评价标准,沉积物已受到污染,但仍属于多数底栖生物可以承受的污染水平。     

三峡库区消落带水淹初期主要优势草本植物生态位变化特征

根据三峡库区初期水位涨落情况,以空间代替时间法,连续两年对典型消落带区域地上植被进行调查,通过计算生态位宽度和生态位重叠来分析不同水淹时间下优势草本植物生态位的变化特征。结果表明,一年水淹区段在未水淹时,植物生态位宽度普遍较窄,此时生态位明显特化,而第二年水淹极大的增加了适应干湿变化的物种的优势度。水淹前生态位重叠值大于0.5的只有12对,小于0.2种对为189对,其中生态位重叠值为零的为103对;水淹后生态位重叠值大于0.5的有24对,小于0.2种对为53对,其中生态位重叠值为零的为6对,说明生境由干燥到湿润的变化,对湿润环境相对适应的物种存活,优势植物生态位重叠明显增加。经两年水淹区段中,第一年以毛马唐的生态位宽度最高,其余17种物种生态位宽度小于0.2的物种占优势物种的61%,第二年以雾水葛和鳢肠的生态位宽度较大,其余15种物种生态位宽度小于0.2的物种占优势物种的50%,共同出现的物种仅有8种。生态位重叠值大于0.5的种对由5对上升到17对,生态位重叠值为零的种对由10对减低到2对,说明连续水淹产生更加均一的生境类型,对资源要求相似的物种是增加的。     

三峡库区典型消落区土壤氮磷的动态变化特征

在三峡库区干流段忠县石宝寨与支流段汝溪河涂井设置固定采样点,研究1年内不同月份、不同高程出露表层土壤氮、磷含量随水位变化特征.结果表明,干流石宝寨点(未淹区/消落区)土壤中全氮、全磷年均含量分别为(0.68/0.74)、(0.56/0.54)g·kg-1,而支流涂井点为(0.67/0.80)、(0.52/0.65)g·kg-1,其中,干支流采样点消落区全氮含量在7月累积量最明显,全磷含量在9月最高;相应干流采样点的速效氮、速效磷年均含量分别为(39.81/40.42)、(11.75/14.22)mg·kg-1,而支流采样点为(35.63/48.89)、(6.72/7.68)mg·kg-1,其中,干支流采样点消落区速效氮含量在9月累积量最明显,速效磷含量在7月最高,与相应全量特征不同.可见,消落区土壤氮磷全量高,其相应速效态含量未必高.较于未淹区,干流石宝寨与支流涂井消落区土壤氮磷含量在落干期间均表现出一定的积累,且涂井点的累积量明显高于石宝寨点,待水位上涨时,汝溪河的潜在富营养化风险更大.     

三峡库区腹地草堂溪小流域土地功能格局变化

探讨三峡库区腹地土地功能格局动态特征是促进库区土地功能优化、土地利用可持续发展的重要途径之一。以草堂溪小流域为研究区,基于1990~2015年4期遥感影像和1∶5万DEM数据,借助ArcGIS 10.2与Fragstats 4.2软件,依据土地提供主要服务的差异性将土地功能划分为3个大类5个亚类,并分析研究区土地功能格局时空演变特征。结果表明:近25 a,研究区生态功能用地占绝对优势,面积增长1 541.96 hm~2,生产功能用地面积缩减1 844.19 hm~2,生活功能用地面积扩展302.24 hm~2;生物质生产功能用地和人工/天然生态功能用地间的转移关系是研究区土地功能转移网络的关键关系,决定着研究区土地功能变化特征;土地功能变化空间集聚特征时空差异性显著,生物质生产功能用地和人工/天然生态功能用地附近为土地功能变化热点区域,1990~2015年土地功能变化热点区向研究区西部推移;生物质生产功能用地、交通功能用地和住宅功能用地优势区间为中低地形位,中高地形位是非生物生产功能用地优势区间,人工/天然生态功能用地在高地形位占优势;较低地形位上景观异质性高、形状复杂,较高地形位上景观类型单一、聚集程度高。     

三峡库区典型土壤酸碱缓冲性能及其影响因素研究

受酸沉降和化肥施用等外源性酸输入的影响,三峡库区土壤面临着严重的酸化威胁。通过选取三峡库区两种典型土壤(紫色土和黄壤)作为研究对象,采用酸碱滴定法对土壤酸碱缓冲性能及其影响因素进行了研究。结果表明:在一定的p H范围内,紫色土(p H 6.5~2.5、6.2~11.5)和黄壤(p H 5.6~2.8、5.5~10.7)的p H变化与外源性酸、碱加入量均呈线性相关关系。通过分段拟合获取的缓冲容量结果显示,紫色土酸、碱缓冲容量分别为101.3、34.6 mmol/kg;而黄壤酸、碱缓冲容量分别为105.3、38.0 mmol/kg。黄壤和紫色土主要受碳酸钙与阳离子交换的缓冲作用;缓冲体系及初始p H、机械组成等土壤理化性质的不同是导致库区典型土壤酸碱缓冲容量差异的主要原因,总体表现为黄壤酸、碱缓冲性能略优于紫色土。此外,由于近年来酸沉降和氮肥用量的增加,使得库区土壤面临的酸化威胁呈上升趋势。该结果对库区土壤环境容量和典型土壤酸化潜势等研究具有参考价值,还可为区域外源性酸临界值评估以及应对策略制定提供理论依据。     

三峡库区重庆段土壤保持服务时空分布格局研究

土壤保持是生态系统服务与功能的重要组成,在防止土壤侵蚀、减少径流泥沙与农业面源污染等方面具有至关重要的作用。以对国家生态安全具有重要作用的土壤保持生态功能区——三峡库区重庆段为研究区域,研究得到了2000~2013年时间序列区域土壤保持服务"流量"结果,结果表明:(1)三峡库区重庆段多年平均土壤保持量为604.39 t/hm~2·a,沿长江干流自西向东逐渐增强,区域差异显著;(2)三峡库区的土壤保持服务存在明显的垂直分异特征,随着高程的增加,以300 m与900 m为节点,出现递减-递增-递减的分段规律,与人类活动存在明显的相关关系;(3)增加森林覆被面积是改善区域土壤保持、减少水土流失的重要举措。同时,在三峡库区开展坡改梯工程,减少坡耕地的数量能够有效控制区域水土流失;     

三峡库区典型消落带土壤微生物生物量碳、氮的变化特征及其影响因素探讨

本文以三峡库区王家沟一典型消落带为研究对象,选择180、175、165和155 m这4个高程以探讨水位变化对土壤微生物生物量碳(SMBC)和微生物生物量氮(SMBN)的影响.其中,175、165和155m高程坐落在消落带内,分别表现为短、中和长期淹水,180 m高程作为对照,为永不淹水的陆地.土壤样品的采集深度为0~20 cm,每周采集一次.结果表明,180 m高程处土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)均无明显的季节变化,而175 m高程处SOC和TN季节变化明显,表现为春夏季高于秋冬季;各高程上的SMBC和SMBN及其分配比例呈现出秋高夏低的季节变化形态,表明消落带夏季高温低湿的土壤环境限制了微生物活性及土壤有机碳氮的周转速率.数据分析表明,与180 m高程相比,消落带上的175 m和165 m高程SOC、TN、SMBC及微生物商、SMBN及其分配比例均得到不同程度的升高,而155 m高程除了SMBN及其分配比例与对照无显著差异外,其他指标均显著低于对照,表明与未淹水对照点相比较,中短期淹水有利于提高消落带土壤碳氮含量及周转速率和微生物生物量,而长期受到江水淹没胁迫的土壤则会抑制土壤碳氮以及SMBC含量,并降低SOC的周转速率.相关分析表明,SMBC和SMBN均与地下5 cm处温度和p H呈极显著负相关,说明地下5cm处的温度以及p H对土壤微生物生物量有强烈的影响.     

三峡库区典型退耕还林模式土壤养分流失控制

选择三峡库区典型退耕还林模式,包括园地(茶园)及林地(板栗)与原有坡耕地对照,观测并分析其土壤养分(氮磷)输出途径及数量情况,以评估实施退耕还林工程对流域土壤养分输出的影响.结果表明:1退耕后土壤养分氮磷年流失量(包括随泥沙和地表径流流失的量)减少;总氮(TN)年输出量从大到小依次为坡耕地(2 444.27 g·hm-2)茶园地(998.70g·hm-2)板栗林地(532.61 g·hm-2);总磷(TP)为坡耕地(1 690.48 g·hm-2)茶园地(488.06 g·hm-2)板栗林地(129.00 g·hm-2);与坡耕地比较,退耕还林模式(园地、林地)总氮、总磷年输出载荷分别减少了68.68%和81.75%.2茶园地、板栗林地与坡耕地相比,土壤养分速效态氮流失量明显减少,硝态氮(NO-3-N)输出总量依次为坡耕地(113.79g·hm-2)茶园地(73.75 g·hm-2)板栗林地(56.06 g·hm-2);铵态氮(NH+4-N)养分输出次序为茶园最大(69.34 g·hm-2),坡耕地次之(52.45 g·hm-2),板栗林地最小(47.23 g·hm-2).3硝态氮、铵态氮主要通过地表径流输出,所占总量比例分别为91.4%和92.2%;总氮和总磷主要通过泥沙输出,所占总量比例分别为86.6%和98.4%.通过退耕还林等措施,该地区地表径流以及土壤侵蚀输出明显减少,土壤养分流失得到有效控制.