汉江上游金水河流域近50年气候变化特征及其对生态环境的影响

利用5年滑动平均距平分析、线性回归分析、相关分析及Autoregression 模型等统计分析方法,分析了近50年（1957~2004年）汉江上游金水河流域年度和春、夏、秋、冬4季气温和降水变化特征及其对流域生态环境的影响。结果显示：近50年来金水河流域气候变化呈现气温升高、降水量减少的暖干化趋势。年平均气温总体上升了111℃,同时在上世纪90年代到本世纪初,年平均气温增幅最大,达到06℃;季节变化中,冬季增温最显著（〖WTBX〗p〖WTBZ〗<001）。年平均降水量总体下降了1196 mm,在1985~1997年间,降水量呈现显著波动下降趋势,最大降幅为3452 mm;而季节变化中,夏季下降最明显。在未来10年,流域内气温将持续增加,年平均气温将增加013℃,降水量将逐年减少,年平均降水量将减少78%。金水河流域过去近50年的气候变化对流域内的生态环境产生了较大的影响,从而加剧了流域生态系统的脆弱性,从一定程度上对南水北调中线工程的水资源安全构成了威胁。     

莠去津对野生植物群落下土壤微生物功能多样性的影响

为探明亚致死剂量农药对土壤微生物多样性影响,基于大田控制试验,采用Biolog-ECO微平板技术分析喷施亚致死剂量的莠去津对野生植物群落下土壤微生物群落功能多样性的影响.结果表明:① 莠去津的喷施浓度对土壤微生物群落利用全部碳源的能力无显著影响（P>0.05）,但与喷施处理后第30天相比,处理后第60天的土壤微生物群落利用全部碳源的能力有所降低,其中处理Ⅰ〔喷施浓度（以质量浓度计）为1 200 g/hm2〕、处理Ⅲ（喷施浓度为300 g/hm2）显著下降（P < 0.05）,而CK（对照组）、处理Ⅱ（喷施浓度为600 g/hm2）降低程度不显著（P>0.05）,并且其各处理间土壤微生物群落对全部碳源的利用能力大小为CK >处理Ⅲ >处理Ⅱ >处理Ⅰ.② 喷施处理后第30天土壤微生物群落对碳水化合物类碳源的利用能力最强,对羧酸类碳源的利用能力相对较弱;喷施处理后第60天土壤微生物群落对碳水化合物类碳源的利用能力降幅最大,处理Ⅰ、处理Ⅱ、处理Ⅲ分别下降了0.63、0.78、0.85、0.76.③ 喷施除草剂后第30天处理Ⅱ的Shannon-Wiener指数和Simpson指数显著低于其他处理（P < 0.05）,而第60天各处理间多样性指数无显著差异;与喷施处理后第30天相比,第60天各处理多样性指数都有所下降,但没有显著差异（P>0.05）.④ 对土壤微生物群落碳源利用能力进行主成分分析结果显示,提取的与土壤微生物碳源利用相关的主成分累积贡献率为86.6%,主成分1能够区分喷施处理后两个时期的土壤微生物群落特征.⑤ 冗余分析（RDA）表明,pH是土壤微生物利用碳源能力差异的重要影响因素之一.研究显示,除草剂莠去津的施用可在一定程度上降低野生植物群落下土壤微生物群落功能多样性.      

青藏高原拉萨河流域附石藻类群落结构特征及其驱动因子分析

为探究拉萨河中下游流域附石藻类群落结构特征及其驱动因子,于2019年9月采集并鉴定附石藻类,分析了附石藻类物种组成及空间分布状况,并采用冗余分析识别了影响附石藻类群落的关键环境因子.结果表明,共计鉴定出附石藻类6门31属,附石藻类平均细胞密度为1.92×10⁶ cells·m^-2,其中硅藻门种类数和细胞密度在各采样点均最大;干、支流附石藻类种类数和细胞密度差异显著.干、支流的优势藻属差异较小,干流的主要优势属有硅藻门异极藻（Gomphonema）、脆杆藻（Fragilaria）、桥弯藻（Cymbella）和蓝藻门浮鞘丝藻（Planktolyngbya）,支流的主要优势属有硅藻门异极藻（Gomphonema）、脆杆藻（Fragilaria）、桥弯藻（Cymbella）和蓝藻门颤藻（Oscillatoria）.冗余分析表明,温度、pH和溶解氧是影响干流附石藻类优势属群落结构的主要驱动因子,HCO₃^-和流速是影响支流附石藻类优势属群落结构的主要驱动因子.本研究为拉萨河中下游流域水生生态系统保护及水质管理提供基础资料和理论依据.     

碳酸盐矿化菌固结Pb2+的生物矿化

为了研究碳酸盐矿化菌在修复重金属污染过程中的生物矿化作用及其在不同污染体系下对生物矿化的影响,以从南京栖霞山土壤中筛选出的一株耐受Pb的碳酸盐矿化菌株——Bacillus cereus Pb₂₁为研究对象,选用葡萄糖作为底物,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等分析测试手段对其矿化产物进行表征.结果表明:碳酸盐矿化菌可以利用2%葡萄糖底物诱导下的酶化作用将游离态Pb2+转变为稳定态PbCO₃,从而达到修复环境中Pb2+污染的目的.不同污染体系下的生物矿化分析结果显示,随着pH的升高,矿化产物的平均粒径也在变大,由pH为3时的约24 μm增至pH为9时的99 μm.而且,当环境溶液为中性或碱性(pH为7、9)时,矿物生成的速度较快,结晶较好,Pb2+的固结率达到90%以上;而当pH较低(pH为3、5)时,晶体不易成核生长,Pb2+的固结率低于60%.ρ(Pb2+)对Pb2+固结率的影响差异较小,几乎都在90%以上,但是其对矿化产物结构形态的影响较大,随着ρ(Pb2+)的增加,矿化产物的形态越清晰,对微生物矿化固结重金属形成矿化产物也越有利.      

丹江口水库浮游植物群落时空动态及其多样性指数

通过对丹江口水库2009～2010年的水质和浮游植物进行调查,分析了浮游植物群落的时空动态,利用典型对应分析法（CCA）研究了影响群落时空格局的环境因素,同时运用细胞密度及群落多样性指数等进行了水质综合评价.结果表明,浮游植物群落种类组成中硅藻门占51.08%,其次是蓝藻（18.39%）;浮游植物群落结构、密度及生物多...     

基于WRF模型与气溶胶光学厚度的PM2.5近地面浓度卫星反演

为了反演高分辨率的PM_2.5近地面浓度,利用WRF(中尺度气象模型)模拟的大气相对湿度、风速、边界层高度等气象因子对AOD(气溶胶光学厚度)分别进行订正,以逐步提高AOD与近地面ρ(PM_2.5)间的相关性;分析不同反演模型的统计学特征,优选反演模型,并利用最优模型反演中国中东部地区2014年年均ρ(PM_2.5)的空间分布特征.结果表明:AOD经相对湿度订正后,其与近地面ρ(PM_2.5)的相关性显著提高,相关系数达到0.77;同时引入相对湿度、风速2个气象因子,AOD与近地面ρ(PM_2.5)的相关系数升至0.79(n=145,P<0.01);同时引入相对湿度、风速和边界层高度3个气象因子,AOD与近地面ρ(PM_2.5)的相关系数进一步升至0.80(n=145,P<0.01).模型反演表明,研究区域内ρ(PM_2.5)年均值大于35 μg/m3的面积高达334.49×104 km2,占研究区域面积的83.2%,并且高污染地区与人口密度高度重合.分析表明,北京、天津、河北、山东及河南等典型重污染省、直辖市分别有96.30%、100%、78.16%、98.86%、100%面积的ρ(PM_2.5)超标,分别约有99.97%、100%、96.41%、98.88%、100%人口生活在空气质量超标地区.      

灌溉方式对设施土壤温室气体排放的影响

为了寻求在高产、高效、节水的同时能够最大程度促进温室气体减排的灌溉方式,以长期定位灌溉设施蔬菜(以番茄为例)栽培土壤为研究对象,探讨覆膜滴灌、节点式渗灌、沟灌3种不同灌溉方式对土壤温室气体(N₂O、CO₂、CH₄)排放特征的影响,以及温室气体排放与土壤温度和湿度两大环境因子的相关性,并运用产气比概念对温室气体累积排放量进行比较.结果表明:①在番茄生长季,不同灌溉方式下N₂O排放总量表现为沟灌(25.33 kg/hm2)>覆膜滴灌(23.87 kg/hm2)>节点式渗灌(10.04 kg/hm2),土壤温度适宜条件下,N₂O排放通量与土壤湿度呈极显著相关(P<0.01).②CO₂排放通量随着气温升高及植株生长而逐渐增大,具有明显的季节性变化.不同灌溉方式下CO₂排放总量表现为节点式渗灌(11.84 t/hm2)>沟灌(10.45 t/hm2)>覆膜滴灌(9.53 t/hm2);覆膜滴灌和节点式渗灌处理下CO₂排放通量与土壤温度呈极显著相关(P<0.01),沟灌处理下二者呈显著相关(P<0.05).③在番茄整个生长季期间,土壤总体表现为大气CH₄的汇,不同灌溉方式下CH₄吸收总量表现为节点式渗灌(1.98 kg/hm2)>覆膜滴灌(0.93 kg/hm2)>沟灌(0.71 kg/hm2),CH₄排放通量与土壤湿度呈显著相关(P<0.05).研究显示,采用覆膜滴灌方式不仅可以达到高产、高效、节水的目标,而且综合排放的温室气体量最少,可达到土壤温室气体最大程度的减排效果,减缓全球气候变暖趋势,是一种最佳的灌溉方式.      

阳澄湖表层沉积物中氮磷及重金属的空间分布特征及污染评价

为了解阳澄湖表层沉积物中氮磷及重金属的空间分布和污染特征,对全湖开展了大范围调查,基于综合污染指数、地积累指数法和潜在生态风险指数法对沉积物污染风险进行评价.结果表明:阳澄湖表层沉积物中w(TN)、w(TP)平均值分别为3 433、379 mg/kg,湖区氮磷污染严重且空间差异明显,w(TN)高值区位于阳澄东湖,w(TP)高值区位于阳澄西湖;综合污染指数评价结果显示,整个阳澄湖TN均为重度污染状态,TP除阳澄西湖外大部分区域处于轻度污染状态.阳澄湖表层沉积物中w(Cu)、w(Zn)、w(Pb)、w(Cr)、w(Cd)、w(As)、w(Hg)、w(Ni)的平均值分别为35.0、141、12.6、62.6、0.36、27.5、0.145、47.6 mg/kg,分别是江苏省土壤重金属环境背景值的1.50、2.17、0.57、0.83、4.22、2.93、5.78、1.45倍,阳澄西湖的重金属含量要高于阳澄中湖和阳澄东湖.地积累指数法和潜在生态风险指数法评价结果均表明,Hg和Cd是主要的生态风险贡献因子,二者生态风险指数平均值分别为231.23、126.63.相关分析结果表明,阳澄湖表层沉积物中Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Hg和Ni的质量分数显著相关,说明其具有相似的来源,结合水系结构和周边企业分布,推测其主要来自于相城区和常熟市的工业企业.      

近60年汉江流域侵蚀性降雨的时空变化特征

汉江流域是水土流失与洪涝灾害严重的地区。侵蚀性降雨是剧烈土壤水蚀的原动力,是洪涝灾害的直接致灾因子,因此对汉江流域侵蚀性降雨特征的研究具有重要的实践意义。利用汉江流域及其附近地区47个站点逐日降雨观测资料,采用常规统计学方法计算研究区逐年年降雨量、侵蚀性降雨量以及暴雨量平均值,进而得到降雨特征值逐年距平百分率及变异系数(Cv),分析了这3个将于特征值之间的相互关系,揭示了汉江流域降雨的时间变化特征。借助于地理信息系统技术,将汉江流域逐年降雨特征值在ARCGIS里采用Kriging方法进行空间插值,得到年均降雨特征值的空间分布,分析了研究区3个降雨特征值的空间分布特征。研究结果表明:1951-2012年汉江流域多年平均降雨量为886 mm,日降雨量≥12 mm的侵蚀性降雨量为614.1 mm,日降雨量≥50 mm的暴雨量为167.6 mm。研究期间内,3个降雨指标均在波动中下降,但下降趋势不显著,没有表现出显著的干湿趋势;年侵蚀性降雨量和年降雨量变化具有显著的一致性,但侵蚀性降雨的变化幅度大于降雨量的变化幅度;年暴雨量的变化特征与年降雨量的变化特征亦相似,但年暴雨量的波动幅度较年侵蚀性降雨量、年降雨量更大。1951-2012年汉江流域年均降雨量、侵蚀性降雨量及年暴雨量在空间上均从东南向西北递减,降雨的异常程度很高。研究结果可增进对汉江流域降雨变化规律的认识,为汉江上游植被生态恢复及中下游的防洪减灾提供参考意见。     

基于生态保护成本的三江源区生态补偿资金估算

为了量化生态保护成本作为生态补偿的理论最低标准,以三江源区为例,将生态保护成本作为生态补偿标准下限,从实际需求角度分析基于生态保护成本的生态补偿标准核算范围与指标体系,结合相关政策和调研资料,采用费用分析法对生态保护成本进行动态核算,以2010年为基准年,确定与量化2011—2030年三江源区16县1乡的生态补偿标准.结果表明:① 2011—2030年三江源区生态补偿标准下限为4 095.4×108元,其中,2010年为177.7×108元,2011—2020年为2 069.5×108元,2021—2030年为2 025.9×108元.② 按补偿资金的不同投入类别,生态保护与建设投入的补偿下限为1 728.6×108元,居民生产生活改善投入的补偿下限为1 250.4×108元,基本公共服务能力投入的补偿下限为1 116.4×108元.③ 2011—2030年,三江源区土地生态保护投入由12元/（hm2·a）增至180元/（hm2·a）,农牧民生产生活改善的投入由4 500元/人增至8 000元/人.生态补偿资金的差异主要源于草地退化严重程度、人口分布相对集中程度等方面,这将有助于缓解三江源区“人-草-畜”这一核心矛盾,同时有助于推进三江源区生态补偿机制的建立.