Drought can offset potential water use efficiency of forest ecosystems from rising atmospheric CO2

Increasing atmospheric CO₂ is both leading to climate change and providing a potential fertilisation effect on plant growth. However, southern Australia has also experienced a significant decline in rainfall over the last 30 years, resulting in increased vegetative water stress. To better understand the dynamics and responses of Australian forest ecosystems to drought and elevated CO₂, the magnitude and trend in water use efficiency (WUE) of forests, and their response to drought and elevated CO₂ from 1982 to 2014 were analysed, using the best available model estimates constrained by observed fluxes from simulations with fixed and time-varying CO₂. The ratio of gross primary productivity (GPP) to evapotranspiration (ET) (WUEe) was used to identify the ecosystem scale WUE, while the ratio of GPP to transpiration (Tr) (WUEc) was used as a measure of canopy scale WUE. WUE increased significantly in northern Australia (p < 0.001) for woody savannas (WSA), whereas there was a slight decline in the WUE of evergreen broadleaf forests (EBF) in the southeast and southwest of Australia. The lag of WUEc to drought was consistent and relatively short and stable between biomes (≤3 months), but notably varied for WUEe, with a long time-lag (mean of 10 months). The dissimilar responses of WUEe and WUEc to climate change for different geographical areas result from the different proportion of Tr in ET. CO₂ fertilization and a wetter climate enhanced WUE in northern Australia, whereas drought offset the CO₂ fertilization effect in southern Australia.     

2016~2017年长荡湖流域河湖系统营养盐时空分布机制分析

以江苏省常州市长荡湖流域河湖系统为研究对象,基于野外监测与室内分析,探讨了水体氮、磷等营养盐的时空分布特征及其影响因素.结果表明,2016~2017年长荡湖流域河湖系统氮、磷污染突出,河流TN、NO₃^--N、NH₄⁺-N、TP和Chla平均质量浓度和高锰酸盐指数分别为（3.70±0.76）mg ·L^-1、（1.81±0.42）mg ·L^-1、（1.03±0.61）mg ·L^-1、（0.38±0.31）mg ·L^-1、（25.74±37.00）μg ·L^-1和（6.35±0.81）mg ·L^-1.河流总氮污染季节差异明显,表现为冬、春季劣于夏、秋季,河流总磷污染表现为秋、冬季劣于春、夏季,空间差异表现为北 > 西北 > 南 > 东部,河流处于中~高度富营养化状态.湖区TN、NO₃^--N、NH₄⁺-N、TP和Chla平均质量浓度和高锰酸盐指数分别为（2.25±0.94）mg ·L^-1、（0.98±0.47）mg ·L^-1、（0.19±0.14）mg ·L^-1、（0.11±0.03）mg ·L^-1、（18.71±8.76）μg ·L^-1和（4.59±1.09）mg ·L^-1,氮、磷质量浓度均超过Ⅲ类水标准,在空间上表现为从西部向东、南部降低的趋势,湖区处于轻~中度富营养状态.丹金溧漕河、通济河与薛埠河等河流是长荡湖流域河湖水系的主要污染物输送通道,丹金溧漕河干流输送氮、磷年通量最大,约为通济河和薛埠河年通量总和的10~12倍.长荡湖流域河流氮、磷污染同时受到农业面源污染物流失与城镇污水排放的影响.土地利用方式转变和大气沉降是导致长荡湖流域河湖系统氮、磷污染加剧的重要驱动因素.     

袁河流域不同土地利用方式下河流浮游细菌群落结构特征

于2018年8月采集袁河上游至下游的16个采样点表层水样,基于高通量测序技术分析土地利用方式下河流浮游细菌群落特征并对比土地利用与水化学指标对浮游细菌群落的影响差异.结果表明：①袁河优势浮游细菌群落为变形菌门（Proteobacteria,35.17%）,放线菌门（Actinobacteria,33.99%）和拟杆菌门（Bacteroidetes,17.59%）,其中Bacteroidetes丰度随流向显著降低;②受农田和建设用地增加的影响,袁河上、下游河段细菌群落多样性均随流向呈升高趋势;中游河段浮游细菌群落多样性由于湖库滞留作用明显下降;③水域和林地是土地利用方式中最佳组合因子,土地利用方式显著影响浮游细菌群落,两者相关系数为0.4797,土地利用方式对浮游细菌群落的方差解释量为31.3%;④土地利用方式对浮游细菌群落的影响大小与水化学指标相近,同时存在土地利用方式与水化学的交叉影响（方差解释量为10.9%）,表明在袁河浮游细菌群落的形成中,质量效应与物种分选机制并存.本研究表明,在河流浮游细菌研究中要重视流域土地利用方式造成的外源细菌输入差异,以及土地利用方式输入的不同水化学成分对浮游细菌的分选作用.     

土地利用结构与空间格局对袁河水质的影响

于2018年7月和2019年1月在袁河干流及支流38个采样点采集水样,测定营养盐离子及重金属等14项水质指标.同时,采用Bioenv分析、Mantle检验与方差分解等方法,揭示土地利用结构与空间格局在子流域和缓冲区对水质变化的影响机制,并基于层次分割理论探讨不同土地利用类型的空间格局特征对水质的影响.结果表明：①袁河流域重金属污染不显著,氮、磷营养盐是水体主要污染物,水质变化具有河段差异,上游污染物浓度低于中、下游.②空间格局在在近距离缓冲区（100 m、300 m）对水质变化的解释率最高（63%）,土地利用结构在远距离缓冲区（3000 m）和子流域尺度对水质变化的解释率最高（33%）,二者交互作用在过渡带（500 m、1000 m）对水质变化的解释率最高（56%）.③在近距离缓冲区和过渡带,单一土地利用类型的空间格局对水质变化的解释能力依次为：林地 > 农田 > 建设用地;在远距离缓冲区为：农田≈林地>建设用地;在子流域依次为：农田 > 林地 > 建设用地.其中,林地的连通性特征（ENN_MN指数）、农田的边缘密度特征（ED指数）和建设用地的形状特征（LPI、LSI指数）是影响水质变化的关键特征,占各自空间格局解释率的37.8%、31.2%、53.8%.以上结果表明,土地利用结构与空间格局是驱动袁河水质变化的重要因素,加强1000 m缓冲区尺度土地利用的管理对保护流域水质具有重要意义.     

应城市农村居民点人口和用地规模预测

预测2020年应城市的农村居民点人口规模和用地规模。分别利用自然增长法、时间序列分析法和灰色系统等方法预测2020年应城市的农村人口规模;利用人均定额指标法预测2020年应城市农村居民点的用地规模。研究结果显示:(1)利用自然增长法预测2020年应城市农村人口规模为62.74万人;(2)利用时间序列分析法预测2020年应城市农村人口规模为64.4万人;(3)利用灰色系统法进行微分方程模型拟合,预测2020年应城市农村人口规模为65.48万人;(4)通过以上三种方法的预测结果比较得出2020年应城市农村人口的平均规模为64.2万人;(5)利用人均定额指标法预测2020年应城市农村居民点用地规模将达7704 hm~2。研究结论为应城市城乡建设用地增减挂钩项目开展奠定坚实基础。     

随机应用下的锂离子电池剩余寿命预测

目的为模拟海洋工程与水下科考装备电池的真实使用情况,进行随机电流放电下的锂离子电池老化实验,通过高斯过程回归模型进行电池剩余寿命预测。方法从数据驱动方法中选取具备不确定性表达能力的高斯过程回归模型,选定核函数后通过训练数据来优化超参数建立预测模型。用随机应用下的电池充放电循环实验数据验证预测结果。结果与SE核函数相比,基于Matern核函数的模型预测效果更优。训练数据越多,预测起始点越大,模型预测绝对误差越小、MAPE与RMSE值更低。对两种不同实验温度、不同随机电流放电模式下的三组电池,模型预测绝对误差大多在40 cycle内,MAPE与RMSE值分别低于0.06、0.09,均能实现准确剩余寿命预测。结论对于随机应用下的锂离子电池剩余寿命预测,高斯过程回归模型具备高精度与适用性。     

基于多流域生态网络模型的用水系统结构特征演化分析

以黄淮海流域为案例,将其涵盖生态环境和社会经济用水的水资源利用系统作为研究对象,构建多流域生态网络模型,从系统整体角度自上而下对其进行描述并开展生态网络分析,通过系统整体分析指标的计算,对黄淮海流域在2003~2014年期间系统结构特征的演化进行了分析.研究结果表明,2003~2014年期间,通过"十一五"、"十二五"规划所开展的多项水资源可持续利用措施的实施,系统受到来自外界环境的压力和干扰有所减小,系统逐渐趋于稳定,但却仍存在着生态用水量严重短缺的问题,系统的可持续性还有待进一步研究和提高.     

不同土地利用类型土壤重金属生态风险与人体健康风险

采集龙口市北部平原区5种土地利用类型表层土壤,检测5种重金属(Cu、Pb、Zn、Cd和As)的含量.在初步了解土壤重金属污染状况的基础上,利用调整评估阈值以后的Hakanson潜在生态风险评价模型和修正参数后的健康评估模型,评价该区由土壤重金属引起的潜在生态风险和对人体健康带来的风险.结果表明,本研究中的5种重金属含量均超过背景值;Cd元素的潜在生态风险高而复杂,在水浇地、果园和裸地中主要为二级风险,城市工业用地和采矿用地以重度风险为主,As元素在每种地类中一级和二级风险基本相当,其余3种重金属各地类的轻微风险面积占比都在70%以上; 5种元素的综合生态风险在除裸地外的地类中多为三级风险,城市工业用地及采矿用地四级风险的面积占比相对较大;该区5种土壤重金属对人体健康存在非致癌和致癌风险,成人和儿童由Pb元素引起的非致癌风险以经口摄入为主要途径,且致癌重金属As对这两类人群的致癌风险的暴露途径亦是经口摄入.     

2007—2015年中国农村居民点用地与农村人口时空耦合关系

系统研究中国农村居民点用地与农村人口的时空耦合关系,是优化农村土地资源配置的重要理论基础。论文利用人口统计数据与土地调查数据,基于弹性系数模型,分析了我国农村居民点用地面积与农村人口数量的时序变化特征、空间分异规律和耦合关系类型,研究主要结果如下：1）2007—2015年,全国农村居民点用地以1.94%的年均增长率快速增长,8 a间共增加257.27万hm²;2）我国农村常住人口人均居民点用地面积和农业户籍人口人均居民点用地面积分别以年均4.61%和1.98%的速度增长,两者差距以年均16.2%的速度逐年拉大;3）农村居民点用地面积与农村常住人口数量耦合类型在全国尺度上为G类（用地面积增加,人口数量减少,且前者增长率小于后者）失调发展类型,在省域尺度上都是失调发展类型,主要是G类和H类（用地面积增加,人口数量减少,且前者增长率大于后者）失调类型。农村居民点用地面积与农业户籍人口数量的耦合类型在全国尺度上为H类失调发展类型,全国93.55%的省份为失调发展类型,失调类型以A类（用地面积增加,人口数量增加,且前者增长率大于后者）和H类为主。研究结果表明：2007—2015年间,中国农村居民点用地面积与农村人口数量耦合关系呈现失调发展态势,并具有明显的空间异质性特征。论文研究结果可以为优化农村土地资源配置、促进农村人地关系协调发展提供科学依据。     

Managed grassland alters soil N dynamics and N2O emissions in temperate steppe

Reclamation of degraded grasslands as managed grasslands has been increasingly accelerated in recent years in China. Land use change affects soil nitrogen(N) dynamics and nitrous oxide(N_2O) emissions. However, it remains unclear how large-scale grassland reclamation will impact the grassland ecosystem as a whole. Here, we investigated the effects of the conversion from native to managed grasslands on soil N dynamics and N_2O emissions by field experiments in Hulunber in northern China. Soil(0–10 cm), nitrate(NO_3~-),ammonium(NH_4~+), and microbial N were measured in plots in a temperate steppe(Leymus chinensis grassland) and two managed grasslands(Medicago sativa and Bromus inermis grasslands) in 2011 and 2012. The results showed conversion of L. chinensis grassland to M.sativa or B. inermis grasslands decreased concentrations of NO_3~–-N, but did not change NH_4~–N . Soil microbial N was slightly decreased by the conversion of L. chinensis grassland to M.sativa, but increased by the conversion to B. inermis. The conversion of L. chinensis grassland to M. sativa(i.e., a legume grass) increased N_2O emissions by 26.2%, while the conversion to the B. inermis(i.e., a non-legume grass) reduced N_2O emissions by 33.1%. The conversion from native to managed grasslands caused large created variations in soil NO?3~-+–N and NH_4~–N concentrations. Net N mineralization rates did not change significantly in growing season or vegetation type, but to net nitrification rate. These results provide evidence on how reclamation may impact the grassland ecosystem in terms of N dynamics and N_2O emissions.