土地利用、覆被变化（LUCC）与环境变化关系研究进展

土地利用、覆被变化（LUCC）作为环境变化的主要原因之一,已成为全球变化研究的前沿和热点问题。文章总结了国内外 LUCC 与环境变化关系的主要研究成果和方法,继而从气候、碳循环、土壤环境、水环境以及生态环境对土地利用方式的限制等方面概括了 LUCC 与环境变化之间的关系。LUCC 通过改变大气成分和下垫面性质对气候造成影响;影响着陆地生态系统的碳循环;改变土壤的理化性质,带来土壤污染、土壤养分迁移等土壤质量问题;并且引起水体的非点源污染,影响区域的产水量和水循环。同时,环境变化对LUCC具有限制作用。不仅通过特定的气候环境直接限制土地的利用方式;还间接通过借助人类生态环境意识的改变,实现对区域土地利用强度与方式的约束。LUCC既是全球环境变化的原因,也是全球环境变化的结果。LUCC 与生态环境之间存在着复杂的、非线性的动态反馈关系。进一步探讨了当前 LUCC 与环境变化关系的主要研究方向和相关研究方法,针对目前存在的缺乏统一的指标体系,研究区域、时空尺度单一,以单要素静态研究为主,实验研究相对薄弱以及动态模拟不够等问题,提出加强跨学科综合交叉研究、注重多尺度探讨LUCC的环境效应、构建一个 LUCC 环境效应研究的统一指标体系及加强“3S”技术与模拟模型的融合等建议。为寻求更科学更合理的土地利用方式提供了基础信息。     

深圳市农林土壤重金属累积现状及风险评价研究（Heavy Metal Accumulation Characters and Risk Assessment in the Soil of Agriculture and Forest of Shenzhen Area）

为探讨深圳市农林土壤重金属的污染现状,系统采集了深圳市菜地、果园、林地和荒地4种土地利用的52个土壤样品,测定了Cu、Pb、Cd、Zn、Cr、Ni6种重金属的全量,对深圳市农林土壤重金属20余年来的累积状况进行了分析并进行了初步的风险评价.结果发现,深圳农林土壤均存在不同程度的重金属累积,总体而言,Cu、Pb、Zn、Cr和Ni的累积较轻,Zn的最大含量尚未超过其80年代末背景值的最大值;Cd的累积最为严重,其最大含量已为背景最大值的16倍.以GB15618-1995为标准,对深圳农林土壤的重金属风险进行评价后发现,Cu的污染最轻,仅20%的菜地土壤超过国家一级标准,Pb50%超过国家一级标准,但尚未超过二级标准;Zn、Cr和Ni均有一定比例的样点超过二级标准,最少4%,最高50%,但未有超过三级标准的样点;Cd的风险最大,不仅有大量超过一、二级标准的样点,而且超过三级标准的样点也占有一定的比例(菜地、果园、林地和荒地土壤中Cd含量超过三级标准的比例分别为10%、23%、29%和50%).深圳农林土壤中的Cd污染应该引起相关部门的重视.     

重金属污染对土壤微生物生态功能的影响（Effects of Heavy Metal Pollutions on the Ecological Functions of Soil Microbes：A Review）

数量庞大、种类繁多的土壤微生物作为地球化学的物质循环与能量转换的主要参与者,其自身及所参与的生化过程都会受到重金属污染的严重影响. 通过研究土壤重金属污染的微生物生态效应,可以建立重金属污染土壤的微生物评价指标体系,而评价体系的建立有利于土壤环境质量的监测与风险评价. 论文就重金属污染对土壤微生物生物量及其多样性,对有机质降解、N传输、酶活性等微生物过程影响的研究现状进行了较全面系统的评述. 在此基础上,提出了该类研究中存在的问题,包括研究区域南多北少的问题以及研究中难以排除其他环境因子干扰等问题. 针对这些问题,论文指出以后应进一步加强分子手段的多方位应用并建立综合可行的被污染土壤的微生物评价体系.     

成渝城市群黑碳气溶胶的时空分异特征及其对土地利用/土地覆被变化(LUCC)的响应

基于2000—2015年MERRA-2的黑碳气溶胶(BC)空间分布数据和土地利用/土地覆被数据,利用GIS空间分析手段和地理加权回归模型,识别成渝城市群BC浓度的时空分异和土地利用/土地覆被变化(LUCC)特征,探讨BC浓度对LUCC的响应关系。结果表明:(1)成渝城市群BC浓度在整体上呈现出中部高、四周低的同心圆格局,且这一态势在15 a中没有发生明显改变;2000、2005、2010和2015年的年均浓度分别为3.86、4.97、4.91和4.51μg·m~(-3),以2005年为拐点呈先上升后下降的趋势,且2005年高值区的空间范围最大,经历了扩张-收缩的变化过程;在季度水平上表现出冬季秋季春季夏季的趋势,秋冬季BC污染形势严峻;(2)2000—2015年成渝城市群土地利用/土地覆被的主要类型为耕地、林地和草地,该时期3种地类面积总和的占比均在94.61%以上,土地利用结构未发生明显改变;以耕地与草地连续减少和建设用地持续增加为LUCC的主要特征,水域、林地和未利用地略有增加;(3)不同土地利用/土地覆被类型下的BC浓度总体上呈现出建设用地耕地水域林地未利用地草地的特征;在不同的土地利用/土地覆被转换方式下,当人工用地转为自然用地时BC浓度降低,当自然用地转为人工用地时BC浓度增加;(4)地理加权回归模型计算结果表明,局域拟合系数较高区域的LUCC对BC浓度的影响较为显著,且呈现出明显的空间分异现象。     

华北平原地区某铅冶炼厂附近土壤重金属有效性研究(Heavy Metal Availability in Soil near a Lead Smelter in the North China Plain)

为研究华北平原地区某铅冶炼厂对附近农田土壤和居民点内土壤重金属有效性的影响,在距离冶炼厂烟囱1000m和2500m处设置A1和A2两个采样断面(两断面间有一居民点),采取0～20cm土样,测定DTPA-Ni、Cu、Pb、Zn和Cd含量.结果表明,A1断面DTPA-Ni、Cu、Pb、Zn和Cd平均含量均低于A2断面.A1断面土壤DTPA-Pb和Cd变化范围分别为7.18～37.8和0.250～0.950mg·kg-1,平均值分别为25.2和0.580mg·kg-1;A2断面DTPA-Pb和Cd变化范围分别为14.7～133和0.280～2.35mg·kg-1,平均值分别为59.9和1.16mg·kg-1.所有样品的DTPA-Ni、Cu和Zn含量均小于5.5mg·kg-1.随着采样点距离冶炼厂烟囱距离的增加,土壤中DTPA-Ni、Cu、Pb、Zn和Cd含量呈非线性下降,可用幂方程(Ni、Cu和Pb)或对数方程(Zn和Cd)拟合.用Pb和Cd的拟合方程计算得到的研究区内居民点中心位置土壤DTPA-Pb和Cd含量分别为30.0和0.731mg·kg-1,高于地带性土壤背景值.DTPA-Ni、Cu、Pb、Zn和Cd的含量之间均存在极显著线性正相关关系(p<0.01).以上结果表明,冶炼厂造成研究区内土壤Pb和Cd有效性远高于正常水平,并导致Ni、Cu和Zn有效性有一定程度的升高,附近居民点内居民受到土壤高铅和高镉有效性的威胁;土壤铅和镉升高的范围达到距离冶炼厂烟囱2.8km以外区域.     

基于不同土地利用方式的深圳市农用地土壤重金属污染评价（Evaluation of the Heavy Metal Pollution in Different Agricultural Soils of Shenzhen City）

为探讨深圳市农林土壤重金属的污染现状,分菜地、果园、林地和荒地等4种不同的土地利用类型,共采集了52个表层土壤样品,采用原子吸收法测定了其重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Cr和Ni全量,单项污染指数法和内梅罗综合指数法评价了6种重金属在土壤中的污染现状.评价结果显示,部分土壤样点存在较为严重的重金属污染,Cd的污染最为严重,Cu的污染最轻;不同用地类型下的污染等级不同,荒地处于尚清洁(警戒限)水平,菜地和林地处于轻度污染水平,果园处于中度污染水平,全市农用地土壤处于轻度污染水平.     

蚯蚓-植物联合修复土壤重金属技术研究:回顾与展望

由于自然和人类活动而产生的重金属污染是目前国内外主要关注的热点问题之一.生态环境部和自然资源部联合发布了一份中国土壤污染现状报告,报告提出中国土壤重金属污染总体形势严峻.蚯蚓-植物联合修复的效果优于单一的植物修复和蚯蚓修复的效果.本文在大量收集文献资料的基础上,回顾了我国的超积累植物研究现状和蚯蚓在植物修复土壤重金属污染的作用.对蚯蚓-植物联合修复优缺点进行归纳,展望了蚯蚓-植物联合修复应用的广阔前景,为蚯蚓-植物联合修复的应用提供参考.针对蚯蚓-植物联合修复技术的应用,指出了今后研究的重点与方向.     

坝上地区土地利用与覆被变化对土壤养分的影响

坝上地区是典型的农牧交错带 ,生态环境十分脆弱。研究表明 ,解放后 ,该区土地利用与土地覆被状况经历了多次反复的变动。 2 0世纪 80年代以前 ,草地大规模改变为旱地 ,部分改为林地 ;90年代初 ,旱地又逐步被改为草地、林地和水田使用。土地利用与土地覆被的变化引起土壤中有机质、全N、全P、全K、碱解N以及有效态P、K、B、Mo、Mn、Zn、Cu和Fe等养分呈有规律的改变。当土地由草地变为林地、旱地变为林地、旱地变为水田时 ,总体养分增多。但也有例外 ,尤其是碱解N、速效P和速效K以及微量元素 ,有时出现与上述规律不一致的情况。     

土壤重金属污染治理措施综述

在阐述土壤环境重金属污染特点的基础上，介绍了近年来国内外采用的各种土壤重金属污染的治理措施，按治理方式归纳为四类：工程措施、生物措施、农业措施和改良措施．分别阐述了各类措施的适用条件、范围、效果和费用．同时，对今后的治理研究提出了一些见解．     

微生物-植物联合修复镉砷污染农田土壤技术与应用

农田土壤重金属污染严重,难以降解且通过食物链传递,影响农作物食品安全且具有潜在人体健康风险,其中以镉(Cd)、砷(As)污染尤为突出。重金属污染土壤修复技术主要包括固化稳定化、化学淋洗、电动修复、微生物修复和植物修复等,其中,基于超富集植物的重金属抗性、活化和超吸收机制以及根际微生物对植物修复效率的强化作用,微生物-植物联合生物修复已成为重金属污染土壤修复的研究热点,亦具有良好的应用前景。本文重点关注农田土壤及农作物中Cd、As污染与土壤修复技术,在阐述土壤Cd、As污染现状基础上,综述微生物(丛枝菌根真菌、植物内生菌和根际促生菌等)-植物(东南景天、龙葵、美洲黑杨、蜈蚣草和樟子松等)联合修复Cd、As污染农田土壤的研究进展,阐述联合修复的过程作用机制(重金属抗性、解毒、活化、转运及微生物-植物共生),重点讨论不同微生物-植物联合技术的修复效率、作用机制、应用条件、限制因素及应用前景。合理利用微生物-植物联合技术修复体系,可充分发挥微生物与植物效力优势,提高污染土壤修复效率,以期为提高Cd、As污染农田土壤生物修复效率和保障土壤种植安全及食品安全提供理论依据和技术参考。     

Ca2+添加对微生物矿化固结Cd2+的影响

微生物诱导碳酸盐沉淀（MICP）可将游离的重金属离子转化为稳定的矿化物,在修复土壤重金属污染方面具有广阔的应用前景.本研究从铜陵矿区周边土壤中筛选得到1株产脲酶且耐镉矿化菌株CZW-1,16S rDNA鉴定为芽孢杆菌（Bacillus sp.）,并将其利用于添加外源Ca²⁺的矿化固结Cd²⁺实验中.通过扫描电镜（SEM）、傅立叶红外光谱（FT-IR）以及X射线衍射（XRD）对矿化产物进行表征和分析.结果表明,添加一定浓度的Ca²⁺可促进细菌的生长,其最佳浓度为20 mmol·L^-1.且Ca²⁺的添加可提高细菌的最小抑制浓度和促进脲酶活性,提高对Cd²⁺的矿化率,加钙前后的矿化率由68.93%提高到75.95%.通过对矿化物的定性分析,可知加钙前后的矿物沉淀由单一CdCO₃变为CdCO₃和CaCO₃的复合沉淀,其表面也由严密紧实变成填满了小颗粒CdCO₃的多孔状.     

重金属污染土壤的电动原位修复技术研究

电动力学修复技术作为一种新型的修复技术,由于其处理土壤污染的高效性,近几年来受到了越来越多的关注。综述了电动力学修复技术原理及近几年来其在重金属修复中的最新研究进展,阐述了电动力学修复技术相对于其它修复技术的优势,并指出了电动修复技术中需要克服的技术障碍,探讨了其大规模商业应用的可行性。电动技术能够强化土壤物质的传质过程,能够高效、快速定向迁移土壤中重金属离子达到去除的目的;同时电动技术可以与其它修复技术结合发展出系列组合修复技术,具有广泛的应用前景。从单一电动到复合电动是今后电动力学技术发展的重要方向。目前对污染物质复合电动力学效应下的迁移机理及模型、不同土壤性质(组分、酸碱性等)对于污染物质去除效率及其调控措施的研究仍需进一步深入。     

黄土小流域水沙输移过程对土地利用/覆被变化的响应

以甘肃定西安家沟小流域为典型研究区,基于TM、ALOS遥感影像解译和地面长期水文数据,深入分析了1997至2010年间流域土地利用变化特征及其产流产沙效应。结果显示,（1）14年间,流域林灌草面积分别增加160.23%、176.33%和80.75%;坡耕地、居民地、裸地和梯田面积分别减少25.57%、0.16%、48.45%和21.52%。以2005年为时间节点,发现前期灌草增加较多、裸地减少明显,后期则是乔木增加比例和坡耕地减少比例更为显著,彰显出不同历史阶段植被恢复的策略变化。（2）流域出口多年平均径流量和输沙量分别由前期的18 249 m3和6 383 kg锐减至后期的2 292 m3和2 267 kg,流域土地利用/覆被有效增加是其主要驱动。（3）春冬季节,由于降雨稀少、径流泥沙的本底值很低,前后两个阶段的水沙输移量差异较小,土地利用/覆被变化的影响相对尚不显著。但在夏秋季节,随着降雨事件增多,土地利用/覆被变化减水减沙的效应趋于显性化。     

1996—2006年武汉市土地利用/覆被变化研究

以武汉市为研究区,利用1996和2006年Landsat5的TM影像解译结果,基于GIS空间分析与数理统计方法定量研究了1996—2006年11年间的武汉市土地利用/覆被变化。研究结果表明：（1）1996—2006年期间,武汉市土地利用覆被总体特征表现出耕地、草地和未利用地减少,林地、水域和建设用地面积增加的态势;（2）这11年间耕地转化为林地、建设用地和水域这3种变化类型分布最为广泛,转换率最大;（3）11年来武汉市土地利用综合动态度变化幅度较大,并呈缓慢上升趋势。土地利用年变化速度达到1.25%;（4）1996—2006年武汉市土地利用程度逐年提高,土地利用程度变化量和变化率均大于0,说明武汉市处于土地利用发展时期,土地利用集约度会进一步提高。