中原城市群区域碳储量的时空变化和预测研究

为了有效评估中原城市群碳储量,运用灰色预测模型获取动态碳密度数据,结合Dyna-CLUE模型和InVEST模型,动态评估2005~2030年土地利用变化下不同情景的碳储量演变特征,以及城市发展对碳储量的影响.结果表明,2005~2020年中原城市群碳储量分别为1689.59×10⁶t、2035.36×10⁶t、2066.34×10⁶t和2093.05×10⁶t,呈现持续增加趋势;2030年经济发展情景、生态保护情景和经济生态协调发展情景下碳储量分别为2162.45×10⁶t、2179.39×10⁶t和2174.28×10⁶t,经济发展情景下碳储量最低,生态保护情景下碳储量最高.碳储量变化与土地利用面积变化密切相关,主要表现为耕地面积的下降导致其碳储量减少约250×10⁶t,林地面积的扩张导致其碳储量增加约103.4×10⁶t,建设用地的扩张导致其碳储量增加约87.77×10⁶t;耕地和草地面积与总碳储量呈较弱的负相关关系,林地、水域、建设用地和未利用地面积与总碳储量呈较强的正相关关系.2005~2030年中原城市群30个城市的碳储量分别为11.38×10⁶t~214.24×10⁶t,碳储量的变化反映出城市土地碳排放在2030年之前已经达到峰值,且经济生态协调发展情景可能更适合未来城市发展的目标.     

基于关键源区识别的饮用水水源保护区划研究

准确划定饮用水水源保护区是实现饮用水安全精细化管理的重要前提.基于源头削减和全过程协同管理的思路,将GIS平台、ArcSWAT模型、成本-效益分析技术相结合,以贵州省红枫湖饮用水水源保护区为例,通过对近5年（2010-2014年）水污染负荷特征进行模拟,识别影响水环境污染控制的关键源区,在此基础上划定水源保护区.结果表明:① 研究区总氮、总磷污染负荷主要来源为农业面源,其中农业种植和畜禽养殖的负荷贡献分别达到89.7%和91.8%,总氮和总磷负荷高风险区主要集中在流域西北部地势较高且农业耕作活动频繁区域;② 污染控制措施的成本效益分析表明,测土配方施肥、1°~15°坡耕地等高植物篱、保护性耕作、植被缓冲带的成本-效益比较高,在该区域水环境污染控制中具有较高的推广应用价值;③ 基于水污染关键源区识别结果,划定饮用水源四级风险区,其中一级、二级风险区总面积为97.6 km2,仅占原饮用水水源一、二级保护区面积的41.4%,可削减总氮、总磷负荷的60%~70%,所需的搬迁成本仅为原划定方案的35%.研究结果可为我国中西部人口密度大且逐水而居的地区饮用水水源保护区及管控政策的制订提供理论基础和技术参考.      

论我国耕地保护与粮食安全

耕地资源关系到国家经济发展、社会稳定和粮食安全。对我国而言，经济飞速增长，人地矛盾十分突出，每寸土地都显得弥足珍贵。在收集我国1997-2005年耕地面积变化的资料，并作相关分析的基础上，研究得出我国耕地资源呈现不断减少的趋势，其中生态退耕和非农建设用地占用耕地是其变化的主要原因。耕地资源的减少引起了粮食总产量和单产量的变化，而耕地复种指数也是影响耕地产量的主要原因之一。在此基础上分析了耕地保护和粮食安全的内在关系，并提出适合我国的耕地资源可持续利用与粮食安全的措施。     

北方农牧交错带土地利用及景观格局变化特征

基于1988,1995和2000年3期Landsat TM数据,采用遥感,GIS和景观生态学方法,运用土地利用转移矩阵、景观格局分析软件Fragstats3.3,对北方农牧交错带土地利用及景观格局变化进行了动态研究.结果表明:①减少的耕地主要转为草地,增加的耕地也主要源于开垦草地;②耕地转为草地的空间分布较均匀,草地转为耕地的区域差异明显;③1988—1995年和1995—2000年2个时段参加变化的土地数量差异显著;④增加的沙地主要源于草地退化;⑤景观异质性上升,结构趋向均衡化,稳定性增强,受人类干扰程度在加大.      

大型底栖动物生物评价指数比较与应用

采用不同生物指数评价河流健康,结果往往有差异,如何识别各种生物指数的关系和适用性成为亟待解决的问题.基于太子河流域大型底栖动物群落研究,比较了5种大型底栖动物生物指数评价结果的差异.结果表明,5种指数具有极显著的相关性,但由于健康等级划分标准差异,造成不同指数的健康评价等级存在一定差异.同时分析了不同指数对不同类型人为活动影响的敏感性,研究其在河流健康评价中的适用性.结果表明在太子河流域中,BI指数与土地利用类型和溶氧具有较好的相关关系,对这两类的干扰具有较好的指示作用;FBI指数对酸污染和氨氮污染具有较强的指示作用;ASPT指数与耗氧相关的水质指标有较强的负相关;B-IBI指数与总氮呈显著的负相关关系,可较好指示氮污染,而且B-IBI指数与其他类型人为干扰活动均呈显著的相关关系,对土地利用和水质污染也具有较好的指示作用.综上所述,大型底栖动物BI指数和ASPT指数应该分别适用于评价流域土地利用和水化学指标对河流生态系统的影响,而B-IBI可用于评估多种类型人为干扰活动.     

微生物絮凝剂处理含油废水

对用一种用发酵法制备的生物絮凝剂的絮凝性能进行了研究。结果表明,试验所得生物絮凝剂具有较好的耐温性和较好的絮凝能力。对试验用乳浊液絮凝除油效率达95%以上,优于商品破乳剂E-3453的絮凝性能。将生物絮凝剂用于含油废水的处理,出水含油量小于5mg/L。     

西北地区种植业需水分析——以泾河流域为例

采用面积定额法估算泾河流域31个县的农作物需水量,从农作物需水结构着手,探讨农业用水存在的问题。结果表明,泾河流域农作物需水量总计740 543.20万m3,农作物需水占总需水量的比例较高,为41.58%。粮食作物需水定额较经济作物高;就具体作物而言,菜、瓜类、水稻、棉花等需水定额较高,向日葵、薯类、胡麻等较低。各县(区)单位面积需水量差异较大,平均值为4 583 m3.hm-2;泾阳县最高,为5 682 m3.hm-2,定边县最低,为4 022 m3.hm-2。由于事先设定大多数作物的需水定额不随县(区)的改变而改变,因此需水量与作物结构密切相关。农业用水浪费严重,使泾河流域农作物实际用水量远高于需水量的理论计算值。为此,提出合理利用泾河流域农业水土资源的4项对策:调整种植业结构;多角度实施农业节水;完善农业水土资源优化配置定量方法;退耕还林还草,发展生态林牧业。     

温度和水分对羊草草原土壤呼吸温度敏感性的影响

采用静态暗箱-气相色谱法对内蒙古锡林河流域羊草(Leymus chinensis)草原土壤呼吸进行测定,研究了温度和水分条件对土壤呼吸温度敏感性系数Q_(10)值的影响.结果表明羊草草原土壤呼吸与5cm地温具有很好的指数关系(r~2=0.338～0.858,P<0.001～0.08),Q_(10)介于1.15～2.25之间,均值为1.72.Q_(10)值与5 cm地温呈负相关关系(r~2=0.407),而与0～10 cm土壤水分含量呈显著的二次函数关系(r~2=0.872,P<0.05).在较低含水量时Q_(10)值随着水分含量的上升而增大,当土壤水分含量较高时转而减小.以往大多数研究认为Q_(10)值与土壤水分含量呈正相关关系,这可能是土壤水分跨度不足造成的,极端的水分条件对Q_(10)值具有重要影响.     

混合脱氮微生物菌群的高密度培养

利用微生物的混合培养技术,研究了好氧条件下同时硝化-反硝化的生物脱氮过程.混合脱氮微生物菌群生长的适宜pH范围为7～10,在5 L发酵罐上探索了实现混合脱氮微生物菌群高密度培养的pH控制策略:发酵前期补酸控制pH≤8,发酵中后期不控制pH值,可缩短菌体的生长周期,提高菌体的氨氮降解速率,细胞质量浓度达3.9 g/L,比自然pH条件下提高了62.5%.并在10 L发酵罐上作进一步的培养,验证了其pH控制策略的可行性.通过分批补加(NH2)2SO₄使菌浓进一步提高了15.4%,最终细胞干重为4.5 g/L.      

利用微脉冲激光雷达分析上海地区一次灰霾过程

通过分析2008年6月至2009年5月期间浦东新区灰霾天气出现的特征,并以2008年12月19日至2008年12月21日一次典型的灰霾天气过程为例,利用激光雷达(Light laser detection and ranging,简称Lidar)数据资料反演得到气溶胶消光系数及其强度图和廓线图,结合地面气象数据和气溶胶观测资料,分析了此次灰霾天气形成的原因.一年的观测资料表明,上海地区冬季和春季易产生灰霾天气,冬季出现重度霾最多,秋季和夏季灰霾天气较少.较弱的太阳辐射以及静风、小风是导致灰霾天气发生的重要原因,且高湿度的霾天气对能见度影响更大.大气边界层(以下简称边界层)高度变化决定着灰霾天气发生的强度,当边界层高度在1km左右时,易发生轻微霾天气,当边界层高度降至600m左右时,易发生中度、重度霾天气,而太阳辐射强度变化决定着边界层高度的变化.轻微霾天气下,大气气溶胶垂直分布最强消光值约为0.15km-1,而重霾天气下可达0.30km-1以上.本次霾过程还受地面颗粒物排放的影响,主要是PM1和PM2.5,且在消光作用中散射性气溶胶的贡献大于吸收性气溶胶.轻微霾天气下PM2.5浓度为50μg·m-3,黑碳浓度为5000ng·m-3,浊度为200Mm-1,而重度霾时则分别达到200μg·m-3、24000ng·m-3和1400Mm-1.随着此次霾的出现,整层大气气溶胶光学厚度(AOD,550nm)不断增加,在重度霾时达到0.6左右,Angstrom指数在重度霾时显著降低,表明有大颗粒物导入,说明此次重度霾天气的发生还与气溶胶的输送有关.