20世纪初以来沂蒙山区森林植被动态及其对气候变化的响应——基于遥感和树轮的研究

遥感能够直接反映植被生长信息,但目前观测时间较短;树轮资料可以弥补遥感手段的不足,但往往缺乏与植被生长状况（如植被生产力）的直接关联。已有研究往往计算不同植被指数指标和树轮指数的相关性,并基于此来重建长时间尺度的植被动态信息。但基于相关性所选取的指标在不同地区存在较大差异,不利于空间对比研究。以沂蒙山区为研究区,选取能够有效表征植被年初级生产力的生长季NDVI累积值指标,利用Bootstrap法建立了其与树轮宽度的关系,重建了20世纪初期以来植被动态时间序列,并分析了变化特征及其与气候变化的关系。结果表明：沂山地区生长季NDVI累积值的多年平均值为7.36,低于蒙山和塔山地区;蒙山地区植被状况呈现好转趋势,特别是20世纪90年代之后植被好转趋势更加明显,而塔山和沂山地区植被无显著变化。小波分析结果表明研究区植被动态存在较显著的2 a、4 a或8 a尺度的周期变化,与生长季帕尔默干旱指数及平均温度的周期变化相一致,但干旱指数与植被动态具有更高的相关性。本研究综合运用树轮与遥感技术发展了长时间尺度植被动态时间序列重建方法,有助于更好地理解植被动态及其对气候变化的响应。     

黄土丘陵区撂荒恢复过程中植物群落组成与土壤养分及酶活性变化的关系

为揭示黄土丘陵区植被恢复过程中土壤性质变化趋势,以黄土丘陵区10~45a的撂荒地为研究对象,分析撂荒后植被恢复过程中植物群落演变规律、土壤养分含量、4种酶活性变化及其相关关系.结果表明,随着撂荒年限的增加,恢复过程中主要群落的演变为猪毛蒿(Artemisia scoparia)→达乌里胡枝子(Lespedeza dahurica)+铁杆蒿(Artemisia sacrorum)→茭蒿(Artemisia giraldii)+铁杆蒿→白羊草(Bothriochloa flaccidum)+茭蒿,群落多样性指数整体表现为先增后减的趋势,菊科(Compositae)、禾本科(Poaceae)及豆科(Leguminosae)这3科占比从66. 67%降至50%,后上升到75%.土壤有机碳(SOC),全氮(TN)、全磷(TP)、速效氮(AN)、速效磷(AP)与碱性磷酸酶(ALP)、过氧化氢酶(CAT)、脲酶(UE)与蔗糖酶(SC)这4种酶活性呈增加趋势,但增加程度不同,化学计量比总体呈波动上升趋势.菊科、禾本科与豆科相比总科数、总属数、总种数及植物多样性,对养分和酶活性有更显著的影响,贡献率分别为72. 8%、69. 1%、66. 0%,且三大科对土壤酶的影响大于土壤养分,其中禾本科与豆科对养分及酶活性表现为正影响,而菊科表现为负影响.撂荒恢复过程中草地群落优势科占比的升高显著影响土壤酶的升高,并导致土壤养分变化.     

天津地区污染天气分析中垂直扩散指标构建及运用

基于255 m气象塔风、温和PM_(2.5)质量浓度数据获取天津地区大气稳定度特征,利用中尺度大气化学模式构建垂直扩散指数β和φ,开展天津地区污染天气预报中垂直扩散分析方法的研究,以期提高天津地区重污染天气预报预警准确率.结果表明,综合运用大气稳定度、基于边界层平均PM_(2.5)质量浓度与近地面PM_(2.5)质量浓度比值构建的垂直扩散指数β,基于数值模式chemdiag功能(以CO为示踪物)构建的垂直扩散指数φ,可以在污染天气预报中较好的进行大气污染物垂直扩散能力分析.当07:00~08:00和18:00~20:00大气稳定度为D及以上时,相比大气稳定为C及以下时,出现重污染天气的概率成10倍的增加;使用垂直扩散指数β和风速双重指标判断重污染天气,比单一的风速指标判断准确率提升67%;垂直扩散指数φ与近地面PM_(2.5)质量浓度相关系数达到0.8,当垂直扩散指数φ小于0.52时,重污染天气概率75%,可识别59%的重污染天气.     

浑河流域底质类型对硅藻群落分布特征的影响

河流底质可以为硅藻提供附着的基质,不同的底质类型对硅藻群落结构有一定的影响.本研究对浑河流域上23个采样点位进行调查研究,并运用多响应置换过程、典范对应性分析、线性回归分析等,分析河流底质类型对硅藻群落的影响.多响应置换过程结果显示,苏子河、红河和英额河、浑河中游及浑河下游水系之间硅藻群落空间差异显著;香农多样性指数、均匀度指数与物种丰富度的平均值分别为2.57、0.69和15;典范对应性分析结果显示,IOS指数、电导率、总氮和总磷是显著影响硅藻群落结构的环境因子;相关分析结果显示,香农多样性指数、均匀度指数和物种丰富度与IOS指数呈正相关.本研究中,河流底质类型为大石块、鹅卵石等类型时,硅藻多样性较高;而底质类型为淤泥和细沙时,硅藻多样性较低.     

长三角地区2015年大气重污染特征及其影响因素

基于2015年长三角地区129个环境空气质量监测站的空气质量指数（AQI）及主要大气污染物浓度数据,结合气象资料和HYSPLIT后向轨迹模式,探究长三角地区大气重污染的时间变化和空间集聚特征,并深入分析气象条件和区域传输对重污染过程发生和维持的影响.结果表明,2015年长三角地区各城市平均出现AQI超过200的重污染天气共8 d,重污染频率为2.01%,PM_2.5作为首要污染物出现频次最多.从时间变化看,重污染主要分布在1月和12月;从空间分布看,北部地区重污染相比南部地区更为严重,徐州和常州市出现频率最高.选取典型重污染过程1月9—11日（纬向扩散型）、1月24—26日（经向扩散型）和12月20—26日（两种模式相结合的重污染天气）进行成因分析,发现长三角地区重污染天气主要受到西北风向、低风速、高湿度和逆温层的影响,导致大气污染物积累且不易扩散.基于HYSPLIT的大气传输轨迹及频率分布表明,来自西北方向的气流对江苏北部地区的污染输送特征有着显著影响.     

宁南山区人工林草对土壤真菌群落的影响

以宁南山区天然草地（长芒草（Stipa bungeana Trin））为参照,选取2种典型人工恢复植被：人工草地（苜蓿（Medicago sativa））和人工林地（柠条（Caragana korshinskii Kom））的表层土壤（0-20cm）为研究对象,利用Miseq高通量测序技术分析土壤真菌的多样性、物种组成及其相对丰度变化特征,并采用冗余分析（RDA）的方法研究环境因子对不同植被土壤真菌群落的影响.结果表明：3种植被样地土壤样品共测得真菌27个门,44个纲,70个目,91个科.其中,优势菌门有子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）,丰度分别为71.8%和15.2%;优势菌纲主要有：粪壳菌纲（Sordariomycetes）、座囊菌纲（Dothideomycetes）、伞菌纲（Agaricomycetes）和盘菌纲（Pezizomycetes）;优势菌属有：赤霉菌属（Gibberella）、肾形虫属（Colpoda）、水球壳属（Hydropisphaera）、叶生壳属（Floricola）、管柄囊霉属（Funneliformis）和Marcelleina.土壤真菌丰富度和多样性在苜蓿地最大,柠条地最小.球囊菌门（Glomeromycota）在天然草地的丰度最高,为4.8%;子囊菌门丰度在苜蓿地里最大,达82.6%,在柠条地最低,为56.8%;担子菌门和分类不明确门（Unclassified）在柠条土壤中丰度最大,分别为：25.3%和7.9%,在苜蓿地中最低,分别为：7.1%和0.8%.盘菌纲在天然草地中的丰度最高,为17.8%,且显著高于柠条地.伞菌纲在（Agaricomycetes）柠条地中的丰度明显高于苜蓿地.Heatmap热图分析表明,尽管苜蓿地中土壤真菌群落与天然草地的相似度更高,但是天然草地中AM真菌（Arbuscular mycorrhizal Fungi）的相对丰度最大,种植苜蓿使土壤致病菌属的相对丰度增加,柠条地的肾形虫属相对丰度最高.人工林草对土壤真菌的群落组成和多样性有较明显的影响.土壤水分（SW）、有机碳（TOC）和全氮（TN）是影响宁南山区林草地土壤真菌群落的主要理化因子.     

植物叶表尘及重金属对城市大气颗粒物污染的指示与评估

城市大气颗粒物污染问题日渐突出,目前主要依靠大气站点的直接观测数据反映污染的即时状况,而植物叶表尘及重金属的监测为评价大气颗粒物阶段性污染状况提供了新的途径.本研究通过分析北京交通带和公园共7个样点的臭椿(Ailanthus altissima)、槐(Sophora japonica)、北京杨(Populus beijingensis)、榆树(Ulmus pumila)、紫叶李(Prunus cerasifera f.atropurpurea)等5种常见绿化树种的叶表尘及重金属Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn含量,并计算尘金属综合累积指数(MAI),进而与邻近站点大气颗粒物观测数据对比并进行统计分析,尝试量化评价植物所处环境的大气颗粒物及尘重金属综合污染状况.结果表明:采用榆树叶表尘可量化评价大气可吸入颗粒物PM10的月均质量浓度,相对误差为1.2%~10.6%;臭椿叶表尘可量化评价大气细颗粒物PM2.5的月均质量浓度和月均空气质量指数(AQI),相对误差分别为0.18%~3.7%和0.26%~5.7%.MAI值可指示大气尘重金属综合污染状况,本研究中京承高速和朝阳公园大气尘重金属综合污染较重,其次为念坛公园、望京公园和玉蜓桥,最轻为岳各庄桥和麋鹿苑.     

不利风向条件下北部湾人为源对海口市PM2.5浓度影响的模拟研究

通过分析2013—2017年海口市风向频率、地面PM_(2.5)浓度及海口市所处北部湾地理位置,确定12月为北部湾对海口市最不利风向时间段.利用中尺度气象模式(WRF,Weather Research Forecast)驱动空气质量模型(CMAQ,Community Multi-scale Air Quality),设置一系列数值模拟情景,深入分析北部湾人为源对海口市PM_(2.5)浓度影响.结果表明:WRF/CMAQ能很好地再现北部湾气象场和PM_(2.5)浓度的时空分布.2013年12月,北部湾人为源对海口市PM_(2.5)平均贡献率约为45.4%,其中约有90%来源于海口市自身人为源,约有10%来源于广东广西片区,海南片区除海口外其余市县贡献可忽略不计.污染时段,北部湾和海口市自身贡献率均下降,平均贡献率分别为40%和36%,表明污染时段海口市PM_(2.5)主要源区不仅来自北部湾.通过分析后向轨迹,发现污染时段均会经过一个关键区——珠三角区域,表明珠三角区域很有可能也是造成2013年12月海口市PM_(2.5)污染的主要源区.清洁时段,北部湾和海口市自身贡献率均上升,平均贡献率分别为52%和48%,表明北部湾对海口市PM_(2.5)浓度影响在清洁时段更显著.因此,北部湾未来产业规划值得关注,因为这些产业很有可能使目前海口市清洁时段变为污染时段,导致空气质量下降.     

上海城市表土磁性特征对重金属污染的指示作用

选取上海市城市表土作为研究对象,结合磁学方法与传统化学方法,研究了上海市192件表土样品的磁性特征和重金属含量,并探讨了磁学参数指示重金属污染的可行性.结果表明,上海市表土磁化率平均值为187.66×10~(-8)m~3·kg~(-1),亚铁磁性矿物占主导地位,颗粒较粗.上海市表土重金属Zn、Pb、Cu、Cr、Ni、Mn、Fe含量均超过背景值,属于轻度污染.重金属和磁学参数(磁化率、饱和等温剩磁)具有相似的空间分布,高值集中在宝山区和闵行区,低值集中在崇明区.工业生产和交通活动是上海市表土重金属、磁性矿物的主要来源.磁化率χlf指示污染负荷指数的半定量结果为:χlf38.90×10~(-8)m~3·kg~(-1)时,土壤属于清洁状态,无污染;38.90×10~(-8)m~3·kg~(-1)≤χlf258.69×10~(-8)m~3·kg~(-1)时,土壤遭受轻度污染;258.69×10~(-8)m~3·kg~(-1)≤χlf793.45×10~(-8)m~3·kg~(-1)时,土壤遭受中度污染;χlf≥793.45×10~(-8)m~3·kg~(-1)时,土壤遭受重度污染.因此,磁学参数对城市表土重金属污染有着一定的指示意义.     

再开发利用工业场地土壤重金属含量分布及生态风险

选取上海市普陀、宝山、闵行和嘉定这4个区内50块典型场地,测定1847个不同垂直剖面深度土壤样品中重金属Hg、Cd、Pb、Cr和As含量,并通过内梅罗综合指数法和潜在生态风险指数法进行评价.从总体上看,Hg、Cd、Pb、Cr和As在表层土壤样品中的平均含量分别为0.33、0.37、74.55、69.23和9.05 mg ·kg^-1,其中Hg、Cd和Pb均超过上海市土壤背景值,分别是背景值的2.75、2.85和2.93倍;5种重金属含量随着土壤垂直剖面深度的增加逐渐降低,深层和饱和带土壤重金属含量接近或低于背景值水平,这表明人类活动扰动影响主要局限于表层.普陀区表层土壤中Hg、Cd和Pb的累积程度最为明显,平均含量是背景值的4.25、4.85和3.09倍;宝山区的Hg和Pb平均含量则为背景值的4.92和6.43倍.宝山区和普陀区的内梅罗综合指数分别为3.70和3.20,属重污染等级;普陀区潜在生态风险指数最高为398.59,具有很强风险,宝山潜在生态风险指数为303.08,具较强风险.闵行和嘉定土壤重金属含量和生态风险水平相对较低.综上,再开发利用工业场地土壤重金属污染受企业生产年限、行业类型及历史管理水平等因素的综合影响,工业发展较早的普陀和宝山土壤重金属累积程度明显高于闵行和嘉定.工业场地土壤中重金属Hg、Cd和Pb的污染值得关注.