青海湖流域生态系统服务空间分异规律及驱动力研究

在青海湖流域拟建国家公园的背景下,生态系统服务空间分异及其驱动因素的探析,可以极大的促进生态环境保护与修复政策制定及区域可持续发展。以青海湖流域为研究对象,基于2010-2020年的土地利用变化,分析生态系统服务的动态变化,探讨了生态系统服务的空间异质性,并引入地理探测器模型探究了生态系统服务空间分异的自然和社会经济驱动因素。结果表明,1)2010-2020年草地作为主要地类变化幅度小;水域面积增幅最大,其主要源于未利用地和草地的转入。2010-2020年ESV表现为弱递增趋势,总生态系统服务价值(ESV)由1.35×10³亿元增加到1.37×10³亿元,增加了1.48%;其中,水域贡献率最大(1.04×10³亿元以上),其次是草地(274亿元以上)。生态服务功能以调节服务为主,贡献量达到1.12×10³亿元以上。2)青海湖流域ESV呈现出从湖体向周围递减的空间格局,并表现出显著的高程依赖性;流域ESV存在显著的空间正相关(Moran’s I均为正数)和聚集分布;高高值和低低值聚集区为空间上的主要聚...     

基于PLUS模型和InVEST模型的南京市生态系统碳储量时空变化与预测

土地利用变化对陆地生态系统碳储量变化有着重要影响,研究土地利用变化与碳储量的空间格局,有利于优化国土空间布局,协调生态保护与土地开发利用之间的关系。以南京市域为研究区,基于2000—2020年土地利用数据,采用InVEST模型对此20年间南京市土地利用变化及碳储量变化进行分析,同时采用PLUS模型预测不同发展情景下2040年南京市碳储量分布,结果表明：(1)土地利用变化直接影响研究区碳储量。2000—2020年,城市建设用地扩张65.62%,耕地、林地和草地随之减少,南京市碳储量减少2.62×10⁶ t;(2)根据预测,到2040年,在耕地保护情景下,碳储量下降最少,仅下降2.44×10⁵ t;在生态保护情景下,碳储量下降1.56×10⁶ t;在城镇发展情景下,碳储量下降最多,下降1.78×10⁶ t;在自然发展情景下,碳储量下降1.62×10⁶ t。这表明采取耕地保护和生态保护政策,可以有效控制碳储量减少;(3)碳储量空间分布特征与土地利用分布保持一致,对于碳储量较高的区域,...     

基于MSPA与电路理论的黄河流域甘肃段生态安全格局构建

作为高质量发展的前提和基础,生态安全格局构建不仅能够警示潜在重大生态环境问题,而且有利于维护生态系统的健康稳定。以黄河流域甘肃段为研究区,采用形态学空间格局分析(MSPA)方法,融合基于In VEST模型的生境质量评估及生态服务功能空间分布,识别生态源地并进行分级。综合自然地理与社会经济因素构建阻力面,依据随机游走理论提取生态廊道,基于电路模型辨识生态夹点、障碍点等关键生态节点,并在此基础上结合甘肃省国土空间规划,构建研究区生态安全格局。结果表明：生态源地主要分布于研究区南部和东部边缘,空间分布不均且破碎化,总面积1.08×10⁴ km²,其中核心生态源地2.45×10³ km²;识别生态廊道257条,总长度6.06×10³ km,其中关键陆地生态廊道22条,长度50.7 km,关键河流生态廊道40条,长度494 km;识别生态夹点109处,面积206 km²,识别一级生态障碍点37处,面积1.59×10³ km²     

基于MCR模型与蚁群算法的洮河流域生态安全格局构建

生态安全格局的构建是保障地区生态安全的根本措施,是促进地区经济可持续发展的关键。洮河流域作为黄河上游重要的生态功能区,具有涵养水源、保持水土和生态安全屏障等重要生态功能,对黄河流域生态保护和高质量发展意义重大。受自然和人为因素双重影响,其生态环境脆弱敏感。关于该区域生态环境保护与修复的研究还不够全面,故选择洮河流域为研究区。基于洮河流域的生态特征,将生态系统服务重要性、生态敏感性和景观连通性的评价结果叠加分析,进行生态源地识别;采用最小累积阻力模型与蚁群算法并结合核密度分析方法,识别生态廊道空间范围;采用水文分析法识别生态节点,构建洮河流域生态安全格局。结果表明,(1)洮河流域的生态系统服务重要与极重要区域面积之和约为3.124×10⁴km²,约占研究区面积的69.02%,说明洮河流域生态系统服务价值较高;洮河流域生态敏感性主要以一般敏感和中等敏感为主,总面积约为2.753×10⁴ km²,约占研究区总面积的60.81%。(2)景观连通性极重要与重要区域面积为2.022×10⁴...     

2011-2020年汾渭平原农田生态系统碳足迹的时空格局演变

农田是重要的温室气体排放源,同时也是陆地生态系统的重要碳汇。充分认识我国重要粮食生产基地——汾渭平原的碳库潜力,深入了解汾渭平原农业活动的碳排放特征,可为汾渭平原产业结构调整和区域可持续发展提供基础信息。通过收集2011-2020年汾渭平原农田生态系统农业投入要素及作物产量数据,解析了汾渭平原农田生态系统的碳源/碳汇及碳足迹时空变化及影响因素,核算了汾渭平原农田生态系统的碳生态盈余/赤字。2011-2020年,汾渭平原碳排放总量从3.78×10⁶ t先升高至4.16×10⁶ t后逐步下降到3.72×10⁶ t,单位播种面积碳排放呈上升趋势,最高达0.880 t·hm^-2,两者均呈现西部高于东部、中心高于边缘的分布格局,而化肥使用是碳排放的主要因素(碳排放总量年均贡献率达58.8%),其所贡献的碳排放量与总碳排放量的变化趋势大体一致。汾渭平原碳吸收总量从2.48×10⁷ t先升高到2.69×10⁷ t后下降至2.38×10⁷ t,空间分...     

河流旁路生态系统构建及应用实践

以广东省某河流水环境治理工程项目为案例,基于生态修复技术原理构建河流旁路生态系统,在不改变河流原状态和不影响雨季行洪的情况下,实现水质净化、生态补水、景观提升等多种功能,使原河道水体在雨季和旱季都能够保持较好的水质和较高的自净能力。该系统由人工水草、浮动湿地、曝气系统、水生植物、功能性填料等工艺措施组合而成,在改善水质的同时还具有一定的生态景观效益。工程实践表明,该系统能够降低河流水体COD_Cr、BOD₅、NH₃-N和TP等主要污染物浓度,主要水质指标满足《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅴ类水质标准要求。工程项目总投资1 250万元,折合吨水投资为625元/m³,运行能耗不足0.10 kW·h/m³,直接运行费用约0.16元/m³,相比传统污水处理工艺,旁路生态系统是一种低成本、处理效果好的仿自然工艺。本研究成果可为其他类似支流丰富、坑塘较多的中小流域水环境治理提供参考,对河流生态修复具有重要指导意义。     

“双碳”背景下农村居民清洁取暖减排效益研究

冬季以散烧煤为主的采暖方式是影响北方区域大气质量环境的重要原因之一。为了贯彻实施《大气污染防治行动计划》,以山西省等为代表的地区大规模推进清洁取暖工程。目前,清洁取暖带来的减排效果和经济效益尚不清楚。以忻州市为研究对象,采取遥感和实地调查方法,探究“双碳”背景下农村居民清洁取暖碳排放情况和污染物减排效果,并计算了清洁取暖工程的经济成本。结果表明,2016年忻州市农村居民共消耗生活燃煤1.0×10⁶ t,PM10、PM2.5、SO2、NOx的排放量分别为8 820.0、6 860.0、7 400.0、1 600.0 t;改造后PM₁₀、PM_2.5、SO₂分别削减了29.5%、23.5%和24.8%,NO_x增加了32.9%;改造后农村居民每年需支付1.141×10⁹元,较改造前增加了1.17×10⁸元,政府每年补贴3.28×10⁸元,改造后农村居民取暖费用比改造前增加了4.45×10⁸元;改造后...     

高浓度含油废水中不同组分烃的生物强化去除特性

为探究石油烃降解菌群对高浓度含油废水中不同组分烃的生物降解特性,向含油水相中接种石油烃降解菌群LW-10(Accession number:SRR15082184)进行降解实验.利用GC-MS研究了LW-10对原油中不同组分烃的降解性能,采用流式细胞术检测降解体系中的菌量变化.利用qPCR技术对控制不同组分烃降解的关键基因进行检测.结果表明,原油浓度为5000 mg·L^-1的含油废水中接种LW-10降解17 d,对原油中烷烃和多环芳烃组分的降解率分别为96.7%和28.4%.体系中的降解菌总浓度与高活性菌浓度由接种时的1.0×10⁸ cfu·mL^-1增加至2.1×10⁹ cfu·mL^-1和8.3×10⁸ cfu·mL^-1.检测的3种石油烃降解功能基因中,烷烃单加氧酶基因alkB2拷贝数由1.06×10⁸ copy·mL^-1变为2.84×10⁸copy·mL^-1...     

黄土高原典型县域生态系统服务变化特征及驱动因素

陕北黄土高原沟壑区作为全国重点水土流失区和退耕还林还草核心区,探究县域尺度生态系统服务的时空变化特征、驱动因素和权衡关系对于生态系统的可持续管理更有针对性和现实性。基于RUSLE、CASA和In VEST模型,分析了陕北志丹县2000-2018年土壤保持、碳固存和水源供给3种生态系统服务的时空变化,并运用地理探测器和偏相关分析研究了生态系统服务的驱动因子和权衡关系。结果表明：2000-2018年,志丹县土壤保持、碳固存(以C计)和水源供给都呈现增加趋势,分别增加了199 t·hm^-2·a^-1、426 g·m^-2·a^-1和122 mm。地形、气候和植被生长状况等自然因素对生态系统服务空间异质性的影响强于土地利用类型等人为因素,并且多因子的交互作用对生态系统服务的影响大于单一因子。影响土壤保持服务空间异质性最主要的因子是坡度,其次是NDVI,碳固存服务空间异质性受降雨、NDVI和土壤类型等因素的综合影响,水源供给服务空间异质性的主要驱动因素是降雨和土地利用类型。志丹县土壤保持和碳固存、土壤保持和水源供给...     

长江口水体化能自养固碳过程的潮周期变化特征及影响因素

河口水体中硝化微生物的化能自养固碳(DCF)对碳氮循环过程有着重要影响,但目前关于河口水体氨氧化微生物对DCF过程的贡献鲜见报道。以长江口为研究区,利用¹⁴C和¹⁵N同位素示踪技术,分别测定了大潮和小潮期间水体DCF和硝化速率,并通过实时荧光定量PCR技术量化了相关功能基因丰度。结果表明,长江口水体大小潮期间,DCF和硝化速率分别介于170.72-1 007.35 nmol·L^-1·d^-1和1.45-70.75 nmol·L^-1·h^-1,呈现大潮速率相对较高,小潮速率低的变化特征,且底层水体DCF和硝化速率显著高于表层水体。水体中铵盐和可溶性无机碳浓度是影响DCF和硝化速率的关键环境因子。定量PCR结果表明,大潮和小潮时cbbL基因丰度分别为0.40×10⁸-3.40×10⁸ copies·L^-1和0.49×10⁸-2.27×10⁸ copies·...     

秦巴山生态功能区生态系统服务供需关系时空演变研究

生态功能区在确保国家生态安全方面具有重要作用,但在过度人类活动的影响下,其生态系统正面临着严峻考验。为实现生态功能区的可持续发展需要探究生态系统服务的供需关系。以往研究多关注生态系统服务供需的权衡/协调作用,在生态功能区供需的耦合协调方面还存在空白。以秦巴山生态功能区为例,采用In VEST模型、生态系统服务供需比、四象限模型、相关性分析和耦合协调度模型等方法分析了2000、2010和2020年产水、粮食供给、碳固存和土壤保持4种生态系统服务的供需匹配状况、权衡/协同作用和耦合协调关系。结果表明,1)2000-2020年产水和碳固存服务供需比分别由0.613、0.958降至0.482、0.892;粮食供给和土壤保持服务供需比分别由-0.243、0.948增至0.224、0.971。空间上,产水、碳固存和土壤保持服务均以供应盈余状态为主,耕地较少的中西部地区存在粮食供给不足。2）粮食供给和土壤保持服务供需在低-低空间匹配,产水服务供需表现出高-低空间错配和低-低空间匹配的特点,碳固存服务供需以过剩的高-低错配为主。3）研究期间生态系统服务供给的权衡/协同关系略有变化,除土壤保持与其他服务...     

夏季水口水库近坝段水质变化及其影响因素分析

水库调度对库区水环境影响是流域生态保护的热点,尤其近坝段水环境状况直接影响下游流域生态环境。选择河道型深水水库闽江水口水库,于夏季50%下泄流量水文频率条件下,对水库近坝段进行水文水质同步监测,研究该水文条件下水质理化指标的三维分布及主要影响因素。结果表明：(1)近坝段监测断面平均流量分别为1 420和1 440 m³·s^-1,大坝下泄流量为1 227和1 207 m³·s^-1,区域出现明显横、纵向环流;(2)各水质理化指标三维分布主要受库区纵向和横向环流影响,研究区域水体表现为TN超标严重,中、底层水体缺氧和表、底层水体TP超标,水口大坝上游5.5 km处水体表现为底层富营养化;(3)近坝段水质理化指标分布受温度和蓝绿藻藻蓝蛋白量的影响较大。     

中国水稻食物系统碳足迹结构组成和地区差异

水稻是中国及全球食物系统的重要组成部分,以食物系统视角研究其生命周期碳足迹对实现水稻食物系统低碳转型和绿色发展具有重要意义。该研究基于中国2018年22个水稻主产省份的统计数据,结合生命周期评估(LCA)法和国际水稻研究所(IRRI)开发的CF-Rice水稻碳足迹计算工具,计算并分析了中国水稻食物系统“从摇篮到销售”的碳足迹及其结构组成、地区差异和水稻类型差异。结果表明：1)以单位产量碳足迹进行比较(以CO₂ eq计),晚籼稻(2.31 kg·kg^-1)>中籼稻(1.32 kg·kg^-1)>粳稻(1.13 kg·kg^-1)>早籼稻(1.08 kg·kg^-1);以单位面积碳足迹进行比较(以CO₂ eq计),晚籼稻(9.15×10³kg·hm^-2)>中籼稻(6.34×10³ kg·hm^-2)>粳稻(5.56×10³ kg·...     

抚河流域浮游植物群落结构特征及其水生态状况评价

抚河流域水环境质量呈下降趋势,给沿岸供水甚至鄱阳湖生态安全造成巨大压力,亟需开展全流域生态监测与评价,诊断水生态风险。浮游植物作为水生态系统的初级生产者,能表征水生态环境的变化。针对以往抚河浮游植物群落特征研究主要集中在干流和河口等局部区域,以抚河干流和主要支流为研究对象,于丰(2017年7月)、枯(2017年12月)、平(2018年4月)等3个水文期对抚河流域40个采样点的水环境因子及浮游植物群落结构进行了调查,结合浮游植物的种类组成、优势种、密度、生物多样性等对抚河流域水生态状况进行评价,运用冗余分析方法(Redundancy analysis,RDA),分析抚河流域浮游植物优势种与水环境因子的关系。结果表明：抚河流域共检出浮游植物7门171种,浮游植物细胞密度变化范围为8.33×10⁵-4.43×10⁶ cell·L^-1,优势类群以硅藻、绿藻和蓝藻为主,颗粒沟链藻极狭变种(Aulacoseira granulata var.angustissima (O.Müller)Simonsen)、针杆藻(Synedra E...     

五大连池火山蒙古栎种群空间分布格局

种群空间格局研究是深入认识种群生态学功能和过程的有效途径,研究森林群落优势种群空间分布格局可为阐明其种群的生态特征和群落演替趋势提供参考依据。以五大连池4座老期火山南坡蒙古栎(Quercus mongolica)种群为研究对象,采用多尺度、多指数综合判定方法,分析不分龄级和不同龄级蒙古栎种群随空间尺度变化的空间分布特征。研究表明：(1)4座火山蒙古栎种群空间分布格局随空间尺度变化而不同,不分龄级种群在200 m²和400 m²尺度上以集群分布为主,但集群强度存在明显差异;龄级Ⅴ种群在25 m²和50 m²尺度上集群分布显著,而龄级Ⅶ种群在200 m²和400 m²尺度上集群分布显著。(2)4座火山蒙古栎种群空间分布格局均具有明显尺度效应,6个判别指数随尺度增大呈不同变化趋势,4座火山蒙古栎不分龄级种群呈幂函数递增趋势(46%)最多,龄级Ⅶ种群呈幂函数递增趋势的高达50%。(3)4座火山蒙古栎种群格局规模不同,不分龄级种群只有东焦得布山均方值在200 m     

北运河水体、沉积物和鱼类中微塑料的分布特征研究

河流水体的微塑料污染已引起国内外的广泛关注,但对人类活动影响显著的城市排水河道不同水期多环境介质中的微塑料污染研究相对较少。为揭示城市排水河道微塑料分布规律,以北京市北运河水体为例,基于汛期和非汛期北运河表层水、沉积物和鱼类样品,分析统计了不同种类微塑料的时空分布特征,讨论了组成特征差异,揭示了北运河微塑料的主要来源。结果表明,北运河表层水中微塑料丰度为4.90-22.1 items·L^-1(汛期)和3.10-14.8 items·L^-1(非汛期);沉积物中微塑料丰度为0.74×10³-2.88×10³ items·kg^-1(汛期)和0.16×10³-1.69×10³ items·kg^-1(非汛期);鱼类肠道内微塑料的丰度为0.33-3.33 items·ind^-1。与国内外其他河流对比,北运河水体和沉积物的微塑料污染处于中等水平,鱼类微塑料污染程度较低。时间尺度上,表层水和沉积物中微塑料丰...     

不同林龄顶坛花椒林地土壤微生物浓度与生物量化学计量特征

阐明顶坛花椒人工林土壤微生物化学计量随林龄的变化特征,以及对土壤化学特性的响应规律,可揭示喀斯特区土壤养分与质量状况,有助于制订林分管理措施。以贵州喀斯特区4个林龄级(5—7、10—12、20—22、28—32 a)的顶坛花椒人工林土壤为对象,通过测定微生物浓度、生物量,阐明不同林龄土壤微生物化学计量特征及其互作关系,探讨土壤理化性质的变化。结果表明,(1)土壤细菌、真菌、放线菌浓度依次为3.3×10⁵—7.9×10⁵、2.10×10³—4.15×10³、2.20×10⁵—3.95×10⁵ CFU·g^-1,表现为细菌>放线菌>真菌,随林龄增加优势菌群未发生改变。(2)随顶坛花椒生长年限增加,土壤微生物生物量碳(MBC)差异不显著,微生物生物量氮(MBN)先升高后降低,微生物生物量磷(MBP)以28—32 a的林分最低;土壤MBC/MBP和MBN/MBP以28—32 a林分最高,MBC/MBN在4个龄级之间差异显著。(3)土...     

中国淡水环境锰的水质基准及其生态风险评估

锰(Mn)是生物必需微量元素,但近年来地表水锰超标现象时有发生,威胁水生态安全。鉴于目前尚缺乏中国锰的淡水水生生物水质基准,本研究通过筛选中国淡水生物锰的急慢性毒性数据,利用水体硬度和pH参数归一化的毒性数据,建立物种敏感度分布曲线获得了锰的短期和长期水质基准,并采用商值法评价我国部分水体锰的生态风险。本研究建立了基于水体硬度修正的锰的短期水质基准模型,推导了不同硬度和pH值水平下中国淡水环境锰的短期和长期水质基准。研究结果表明当水质硬度标准化到150 mg·L^-1 CaCO₃和pH标准化到7.8时,锰的短期基准值和长期基准值分别为2 625μg·L^-1和231μg·L^-1。锰的短期水质基准值以硬度的函数表示：短期水质基准=e⁽[1.0304ln(硬度)+2.7099])。生态风险评价表明山西汾河、贵州松桃河流域和湖南酉水流域存在较高生态风险。研究结果可为锰水质标准制定、水生生物保护和水生态环境管理提供科学依据。     

高锰酸钾氧化饮用水中醛类嗅味物质的效果及动力学研究

我国北方呼和浩特市以黄河为水源的JH饮用水厂近年来冬季经常有醛类嗅味物质检出,常规处理工艺如混凝、沉淀等对其去除效果有限,需要对其进行其它处理工艺的探究.本文选择高锰酸钾对水厂检出频率和浓度均较高的反,反-2,4-庚二烯醛(tt24hept)、反-2-辛烯醛(t2oa)、反,反-2,4-辛二烯醛(tt24oda)、反,反-2,4-癸二烯醛(tt24dda)和β-环柠檬醛(β-cyclo)5种醛类嗅味物质进行氧化控制研究,探究其去除效果、氧化动力学和氧化机理.结果表明,20℃,pH=7时,2 mg·L^-1高锰酸钾氧化5种醛类嗅味物质30 min后,去除率达75%以上.根据动力学分析可知,高锰酸钾氧化5种醛类嗅味物质属于伪二级动力学过程,其伪二级反应速率常数分别为5.25×10⁴、2.66×10⁴、4.50×10⁴、2.71×10⁴、5.37×10³ L·mol^-1·min^-1,醛类嗅味物质结构中含碳碳双键数目越多、...     

大兴安岭生态功能区生态系统服务功能动态及权衡协同关系研究

大兴安岭水源涵养与生物多样性保护区是我国北方重要的生态屏障,定量分析其生态系统服务功能动态及内在关系,对于实现该区自然资源的合理利用与可持续发展具有重要的科学意义。基于多源数据和生态系统服务功能评估模型,实现了2000—2015年大兴安岭生态功能区水源供给、碳储存和生境质量服务功能的动态评估,并结合相关性分析和权衡协同度模型探讨各服务功能之间的权衡协同关系。结果表明：(1)林地是该区优势生态系统类型,占功能区总面积的67.80%,湿地和草地次之,3种类型面积之和占功能区总面积的92.35%。2000—2015年,林地面积增加2 080 km²,草地和湿地面积分别减少1 365和1 265 km²,其他类型面积变化较小。(2)2000—2015年研究区水源供给服务功能明显减弱,碳储存服务功能有所增强,生境质量改善显著。其中,水源供给量减少15.10亿m³,碳储量增加16.79 Tg,良好及以上生境面积增加5 746 km²,占生态功能区总面积的85.41%,生物栖息活动区生境质量显著提高。(3)在区域...