重点生态功能区生态资产保护成效及驱动力研究

重点生态功能区是保障国家生态安全、扩大绿色生态空间的重要区域,在实现全国生态资产保值增值方面发挥着重要作用。然而,现阶段围绕重点生态功能区生态资产保护成效及驱动力开展的研究较少。为明确重点生态功能区生态资产保护的驱动力以及存在的问题,本文利用遥感影像并结合图像解译、GIS空间分析和数理统计等方法对重点生态功能区内生态资产展开分析,并将其与非重点生态功能区进行比较。研究结果显示:重点生态功能区内森林、灌丛、草地和湿地生态资产总面积为349.30万km~2,优级和良级生态资产占生态资产总面积的42.42%,生态资产综合指数为21.19。15年间,重点功能区内生态资产总面积增加0.05%,优级和良级生态资产面积占比分别增加0.59%和0.85%,生态资产综合指数增加2.94。重点生态功能区生态资产面积和质量增幅均小于非重点生态功能区,然而重点生态功能区生态资产指数增量高于非重点生态功能区。生态恢复是驱动重点生态功能区生态资产面积变化的主因,对原有生态资产的保护是促进生态资产指数增加的最主要驱动力(贡献率达81%),城镇化和农业开发对生态资产的不利影响不容忽视(贡献率达-6.81%)。研究表明,对重点生态功能区生态资产保护成效显著,同时还有较大提升空间。本研究也为优化重点生态功能区的城镇化和农业开发的管理提供了证据和参考。     

东北春大豆品种东生1号对臭氧胁迫的响应

采用开顶式气室(OTCs)方法,研究了不同臭氧(O3)浓度处理对春大豆品种"东生1号"的影响,主要包括产量与产量构成因子,叶片与籽粒碳、氮元素与碳氮比、盛花期叶片气体交换速率、叶绿素荧光参数与光合色素含量变化.试验设置3个臭氧水平:过滤大气(CFA,10 nL·L-1)、自然大气(NFA)与自然大气添加40 nL·L-1(NFA+O3).结果表明,经过一个生长季处理(AOT40值累积为10.6μL·L-1·h),与CFA相比,NFA处理东生1号大豆单株产量与百粒重降低4.5%、4%,而NFA+O3处理分别显著降低34%、18%(P<0.05),而处理间株高、主茎节数、单株荚数与每荚粒数均无显著变化.鼓粒期NFA+O3处理叶片C、N元素含量分别显著增加3%、26%,碳氮比则显著降低18%.CFA与NFA相比,NFA+O3显著降低盛花期大豆叶片净光合速率(Asat)、气孔导度(gs)、水分利用效率(WUE)、开放的光系统反应中心激发能捕获效率(F’v/F’m)和作用光下光系统Ⅱ的实际量子效率(ΦPSⅡ),而胞间CO2浓度(ci)、光化学猝灭系数(qP)和光合色素含量则无显著变化.结果表明,O3浓度升高导致东生1号单株产量下降的主要原因是其显著降低百粒重、净光合速率和电子传递效率.     

海河流域河流生态系统健康评价

随着经济发展,人类活动对河流生态系统的胁迫日益强烈,生态系统健康状况受到严重威胁.本研究以海河流域2010年73个采样点的水质、营养盐和底栖动物指标为例,采用指标体系法,从化学完整性和生物完整性两方面评价了流域内河流生态系统健康.结果表明,海河流域河流生态系统健康状况整体较差,有72.6%的样点处于"极差"健康状态,同时表现出明显的地区集聚效应;河流水质与人类活动强度密切相关;海河流域水体富营养化趋势明显;流域内底栖动物多样性低,清洁物种较少.氨氮、总氮、总磷等营养盐指标是影响河流生态系统健康的关键因子,应从控制上述指标入手,遏制海河流域河流生态系统健康恶化.对于河流生态系统健康评价,多因子的综合评价法优于单因子评价法.     

北京城市生态系统地表水硝酸盐污染空间变化及其来源研究

利用2009～2010年北京城市生态系统地表水10处监测点水环境监测数据,评价了北京城市生态系统地表水硝酸盐污染状况及其空间分布,结合水化学因子相关关系分析了硝酸盐的主要来源.结果表明,北京城市生态系统地表水硝态氮(NO3--N)质量浓度为0.7～7.6 mg.L-1,其中,位于北京市东南部的地表水监测点(东便门和通惠河)水体NO3--N质量浓度为7.0～7.6 mg.L-1,显著高于上游8个监测点NO3--N质量浓度(P<0.01);Cl-质量浓度为14.8～86.0 mg.L-1,东便门、通惠河地表水监测点水体Cl-质量浓度为81.5～85.0 mg.L-1,约为上游其他8个监测点的2.3～5.8倍.东便门、通惠河地表水监测点水体电导率(EC)、SO24-质量浓度也表现出同NO3--N、Cl-相似的变化规律,表明东便门、通惠河两处地表水监测点附近存在明显的污染源.相关分析表明,地表水Cl-/Na+和SO24-/Ca2+呈明显的线性相关,说明地表水NO3--N污染来源比较单一;水体中NO3--N/Cl-及NO3--N的质量浓度状况说明北京城市生态系统地表水NO3--N污染来源主要是城市污水,包括污水处理厂的废水、垃圾沥出液及生活污水.未来北京市地表水治理应重点关注东便门、通惠河等东南部下游水体污染治理.     

半干旱黄土丘陵区土壤结皮的地表水文效应

黄土高原广泛分布的土壤结皮对地表水文过程有重要影响.以定西黄土丘陵区安家沟小流域内的土壤结皮为研究对象,基于野外采样和水文模拟实验等技术,探讨不同土壤结皮类型对地表水文过程的影响.结果表明:①与裸地相比,有结皮覆盖的地表土壤容重较小,土壤持水能力显著增强,其增加幅度为裸地的1.4～1.9倍;②土壤结皮可有效拦截降雨,以苔藓结皮的拦截能力最强,其次为混生结皮和地衣结皮,无结皮覆盖的裸地抵御降雨冲击的能力最差;③模拟实验显示,土壤结皮能在一定程度上增加水分入渗速率及总入渗量.有结皮覆盖的平均地表入渗速率是裸地的近2倍,而其累计入渗总量也远远高于裸地.     

再生水灌溉对土壤性质及重金属垂直分布的影响

再生水利用是解决水资源危机的重要手段之一,再生水灌溉对土壤的影响一直是受到关注的问题.以北京市典型再生水灌溉区为研究对象,对选定区域土壤进行剖面取样、样品分析以及灌溉用水中的重金属含量的分析来确定再生水灌溉对于土壤中重金属含量分布的影响,同时分析了对土壤中总碳、总氮、有机质含量以及pH的影响.结果表明,凉水河灌区灌溉用水中重金属含量大于北野厂灌区灌溉用水,是其2.5～10.5倍.再生水灌溉导致土壤有机质、总碳、总氮含量增加及pH值降低.灌溉再生水有利于提高土壤肥力,但是也会提高土壤重金属累积的风险.再生水灌溉作为土壤重金属来源之一会对土壤表层重金属累积和迁移有一定影响,同时土壤重金属的迁移分布受到土壤有机质含量的影响,凉水河灌区有更多的重金属被植物吸收或进入更深土层中.     

长三角典型城郊不同土地利用土壤抗生素组成及分布特征

阐明不同土地利用条件下土壤抗生素的组成及其分布特征对于正确客观认识抗生素的空间扩散迁移过程具有重要意义.本研究选取长三角典型城郊地区宁波樟溪流域,在流域内根据土地利用、地形特征等布设样点采集0~40 cm深度土壤样品,利用固相萃取和HPLC-MS/MS测定土壤中抗生素含量,研究不同土地利用类型中土壤抗生素的组成及其含量,以及土壤抗生素在城郊地区的空间分布特征,并对其来源和影响因素进行了初步探讨.研究结果表明,流域内土壤抗生素分布具有较大的空间差异性,抗生素含量范围为0.05~395.55μg·kg~(-1).不同土地利用类型土壤中抗生素含量与组成差异较大,农田土壤抗生素含量范围0.35~395.55μg·kg~(-1),主要成分为四环素类(TCs),约占81.45%;林地土壤抗生素含量显著低于农田,含量范围为0.07~3.65μg·kg~(-1),主要成分为喹诺酮类(QNs),约占70.04%;园地土壤抗生素含量与组成介于两者之间,主要包括TCs(67.63%)和QNs(29.55%),含量范围为0.05~26.43μg·kg~(-1),显著低于农田,但与林地之间没有显著差异.本研究选用距城镇距离、距道路距离、海拔以及土壤C/N来表征人类活动的影响,数据分析表明土壤抗生素含量随4个指标的增加而降低,同时Spearman相关分析表明选取的4个指标均对土壤抗生素总含量具有显著的负影响(P0.01).研究结果表明典型城郊土壤抗生素污染主要受土地利用的影响,其含量则随人类活动强度的减弱而降低.     

黄土高原地表温度变化的时空格局

地表温度是表征大气底层和陆地表层之间热量状况的重要指标,地表温度的变化受地表反照率、蒸散发、地表粗糙度等因素的影响。利用MODIS数据中的地表温度、地表反照率和蒸散发数据产品,分析了2000~2013年黄土高原生长季地表温度变化的时空格局,探究了地表温度变化与地表反照率和蒸散发之间的关系。结果显示,2000~2013年,黄土高原地表反照率由2000年的0.178下降到2013年的0.146,年际下降速率为0.0015/a;蒸散发量由314.33mm增加到455.24mm,年际增加速率为6.56mm/a;日地表温度呈波动降温趋势,幅度为-0.16℃/a;夜地表温度有升高的趋势,但不显著,幅度为0.035℃/a;昼夜温差减少显著,幅度为-0.2℃/a,温度变化显著的区域集中于黄土高原中部地区。地表温度与地表反照率和蒸散发量之间相关性显示,日地表温度与地表反照率呈正相关关系,与蒸散发量呈负相关关系,在山西西部、陕西北部和甘肃南部区呈极显著相关关系,且日地表温度与蒸散发的相关性强于与地表反照率的相关性,夜地表温度的变化与地表反照率和蒸散发不具有显著相关性,因此,受退耕还林工程的影响,研究区蒸散发增加是引起地表温度降低的重要原因。     

平原河网典型污染物生物降解系数的研究

生物降解是污染物综合降解的重要组成部分,生物降解过程的快慢用生物降解系数表示.为探明太湖上游平原河网典型污染物的生物降解规律,于2015年9月进行原位实验,采用一级反应动力学模型对高锰酸盐指数、氨氮(NH~+_4-N)、总氮(TN)和总磷(TP)的生物降解系数进行测算,并分析了生物降解系数的影响因素.结果表明,高锰酸盐指数、NH~+_4-N、TN和TP的生物降解系数分别为:0.008 3~0.126 4、0.002 1~0.213 8、0.002 1~0.090 5和0.011 0~0.152 8 d~(-1);高锰酸盐指数生物降解系数的主要影响因素为高锰酸盐指数和p H;NH~+_4-N生物降解系数的主要影响因素为NH~+_4-N浓度和p H;TN生物降解系数的主要影响因素为无机氮浓度、总溶解固体浓度和亚硝态氮浓度;TP生物降解系数的主要影响因素为TP浓度和p H.研究结果对太湖上游平原河网的污染物去除与生态恢复具有重要指导意义.     

基于水劣化足迹的城市发展的水环境效应评价——以北京市为例

水劣化足迹是反映污染物排放对水质影响程度的一种评价方法和指标.为了评估和揭示北京市城市发展的水环境效应,本文基于水劣化足迹评价的方法框架,发展和完善相关模型和参数,选取关键污染因子,对北京市2004—2013年水体酸化足迹、水体富营养化足迹和水体生态毒性足迹进行了评价,进而对水劣化足迹与部分城市发展指标的相关关系进行了分析.结果显示:12004—2013年北京市水酸化足迹逐年减小,由2004年的19.1×107kg SO_2eq减少到2013年的8.7×107kg SO_2eq,污染排放对水体酸化的影响有所减弱;2水体富营养化足迹在2004—2009年和2010—2013年两个时间段内总体均呈现减少趋势,但后一时间段内水体富营养化绝对值总体高于前一时间段.2004—2009年,水体富营养化足迹减少了约1.5×10~7kg NO_3eq,而从2010—2013年减少了约0.8×107kg NO_3~-eq;2011年至2013年期间,基于新增污染物(氨氮、总氮和总磷)计算的水体富营养化足迹减少了2.4×10~7kg NO_3eq.从其组成来看,水体富营养化的关键因素为总磷;3选取铅(Pb)、汞(Hg)、铬(Cr)、镉(Cd)、砷(As)5种重金属污染物,对北京市2011—2013年的水体生态毒性足迹进行评价发现,水体生态毒性足迹从4234.7×106m3H_2O eq增加到4653.1×106m3H2O eq.从其组成来看,重金属水体生态毒性足迹的关键污染因子为镉(Cd);4水劣化足迹与城市发展特征指标的关系分析显示,人口数量增速减缓、产业结构调整(第二产业向第三产业转化)以及农业化肥用量的减少,对于水劣化足迹的改善有积极作用.