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摘要:耕地是粮食生产的根本和载体。近年来,在中国粮食连年增产的同时,耕地资源环境面临着多重挑战,高强度利用和长期高负荷运转使耕地得不到休养生息,耕地地力严重透支,耕地质量退化、耕地污染尤为突出,严重制约了中国农业可持续发展。科学推进耕地轮作休耕制度,提升耕地综合生产能力,是探索藏粮于地、藏粮于技的具体实现途径,对推动中国农业绿色发展和保障国家粮食安全具有重要战略意义。文章在剖析国内外耕地轮作休耕实践与发展的基础上,战略性地提出了探索实行耕地轮作休耕制度试点问题的研究重点和目标,包括调研中国重点关注区域适于轮作休耕的耕地资源现状与区划,探讨重点关注区域耕地实施轮作休耕的技术路径、建立重点区域耕地轮作休耕制度试点体制机制等。为实现“十三五”国家农业转型发展,保障粮食生产能力和国家粮食安全提供重要咨询建议。
摘要:明晰未来气候变化情景下不同类型生态系统生产功能面临的风险,对因地制宜地采取气候变化适应措施具有重要的现实意义。目前从阈值识别角度对生态系统风险进行评价的研究还较少。该研究提出一种基于阈值识别的气候变化下生态系统风险分析的方法。基于气候、土壤和植被数据,运用大气-植被相互作用模型对1961—2080年北方农牧交错带的生态系统净初级生产力进行模拟,根据气候变化对不同类型生态系统净初级生产力的影响定义了“危险的影响”和“不能接受的影响”两类阈值,并根据生态系统净初级生产力在气候变化下的减少趋势与两类阈值的对比关系进行风险等级的划分,进而对未来气候变化下北方农牧交错带不同类型生态系统生产功能面临的风险进行了评估。结果表明:气候变化将给北方农牧交错带生态系统生产功能带来风险,以低风险为主。风险分布与未来气候变化密切相关,主要集中在西北地区北部、内蒙古地区东北部和东北地区中南部。风险范围随增温幅度的增加而扩展,到远期风险面积达到165.72×104km2,占研究区总面积的44.78%。混交林、稀树草原与荒漠草原较为危险;高寒草甸与常绿针叶林是较为安全的生态系统。农牧交错带核心区风险程度高于边缘区,揭示了其核心区在未来气候变化下趋于脆弱的趋势。
摘要:作为森林生态系统的重要组成部分,林下植物在调控森林结构和功能方面发挥着重要的作用。通过对华北山地干旱区油松(PinustabulaeformisGarr.)天然纯林林下植物群落的调查,探究林下植物物种组成与林分、环境因子之间的关系及其关键控制因子,旨在为华北山地干旱区林下生物多样性保护和维持提供依据。结果表明,(1)在调查的样地中,油松林下共出现植物物种72种,隶属33科65属,其中蔷薇科、菊科、豆科物种种类丰富,占全部种数38.8%;林下灌木的物种多为喜光或兼性树种,与油松林特殊的冠形有关,林下草本以多年生草本占优势。(2)CCA排序较好地揭示了该区油松天然林林下植物的分布格局与环境因子的关系,生物因子与非生物因子共同对林下物种的分布格局产生作用,对林下灌木层和草本层的解释率分别为59.92%和66.16%;其中,地形因子的作用大于林分因子和土壤因子,在油松天然林林下植物分布格局中起着举足轻重的作用。林下灌木层物种多样性在下坡最高、上坡最低,并表现为西北坡高于其他坡向;林下草本层物种多样性随坡位的变化与灌木层正好相反,在上坡最高、下坡最低,在所选样方范围内,草本层物种多样性随海拔的升高而升高。
摘要:开展城市外来植物种类构成的研究,可以为城市植物多样性的保护和城市绿地的科学设计提供重要依据。为剖析厦门城市外来植物种类构成的主要特点,规避外来植物对城市环境带来的潜在威胁,采用大样本分层随机抽样调查法结合K-means聚类分析、方差分析、重要值、频数分布等方法进行系统分析。结果显示,(1)记录到厦门市城区外来植物67科174属223种,占各绿地类型植物种数的49.1%~55.2%;其中最常见的优势种类有乔木植物凤凰木(Delonixregia)、垂叶榕(Ficusbenjamina),灌木植物黄金榕(Ficusmicrocarpa‘GoldenLeaves’)、矮黄假连翘(Durantarepens),草本植物沟叶结缕草(Zoysiamatrella)、喜旱莲子草(Alternantheraphiloxeroides)和小蓬草(Conyzacanadensis)。(2)国外外来植物主要来自美洲,占各绿地类型国外外来植物种数的58.4%~70.8%、频数的71.9%~89.0%;其次是来自非洲或亚洲的植物。(3)频数分布图显示,优势种的优势性明显,高频植物种仅占少数。(4)调查到入侵植物7科13属13种,其中小蓬草是出现频数最高的入侵种类,已成为草本植物中的优势种类。文章揭示了外来种在厦门市城市植物中的重要地位和特点,分析了外来植物种类结构的特征,并指出要加强对外来优势植物的进一步研究,相关结果可为厦门市城市绿地的可持续发展和管理监控提供建议和理论参考。
摘要:红树林是海岸的特有植被类型,研究其物种多样性与空间分布,对红树林的恢复与保护具有重要意义。本文以南沙湿地公园红树林为典型案例,采用遥感影像解译和样方调查的方法,对红树林物种多样性、群落特征与空间分布格局进行研究。结果表明:(1)南沙湿地公园红树林物种多样性指数高于其他与之纬度相近的红树林群落;(2)以无瓣海桑SonneratiaapetalaBuch-Ham.、桐花树Aegicerascorniculatum(L.)Blanco.、黄槿HibiscustiliaceusL.和芦苇Phragmitesaustralis(Cav.)Trin.exSteud.为优势种;(3)主要的群落类型为无瓣海桑群落、黄槿群落和芦苇群落等3种,总面积百分比达86.72%,无瓣海桑群落和黄槿群落面积占比分别为41.13%和36.44%,成为红树林的绝对优势群落;(4)红树林群落在空间上呈聚集态分布,聚集度最高的是无瓣海桑群落,其次是黄槿群落,面积占比最低的是木榄群落;(5)引进种无瓣海桑,发展态势好,抑制了乡土种红树植物生长。建议扩种白骨壤Avicenniamarina(Forsk.)Vierh.、桐花树和秋茄Kandeliacandel(L.)Druce.,扩大其斑块面积,以提升乡土红树植物群落的稳定性,达到有效保护红树林的目的。
摘要:采用样地调查和土壤采样分析方法,对五台山地区华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)天然林土壤养分特征进行研究,探讨不同林分密度华北落叶松天然林土壤养分特征,旨在为华北落叶松天然林的可持续经营提供理论依据。结果表明,林下土壤总碳、铵态氮和速效钾含量在0~10、10~20、20~30cm土层之间的差异显著,表现出明显的由上到下递减的趋势;土壤硝态氮和速效钾含量在土层之间的差异不显著,但土壤硝态氮含量也在一定程度上表现出土层之间由上到下递减的趋势;土壤速效磷含量在各土层之间的差异最不显著,但中层略高于表层和下层。在不同土层中,不同林分密度的土壤养分特征存在差异。在0~10、10~20、20~30cm土层中,土壤总碳、硝态氮、铵态氮、速效钾含量在576~1568plant·hm-2密度范围内都表现为随林分密度的增大而先增加后降低的总体变化趋势;速效磷含量则分别表现为:表层先增加后减少,中层缓慢减少,下层先减少后增加。林分密度对表层土壤养分影响最为明显,随着土壤深度加深,营养元素对林分密度的响应发生改变。当华北落叶松天然林林分密度为896~1216plant·hm-2时,0~30cm深度土壤的总碳、硝态氮、铵态氮、速效钾、速效磷保持在相对较高的水平,以土壤养分为评价指标,研究地区华北落叶松天然林适宜的保留密度为896~1216plant·hm-2。
摘要:青藏高原农业区正经历着明显的气候变暖,但气候变暖如何影响高寒农业生态系统碳循环目前仍不明确。土壤呼吸是第二大陆地生态系统碳通量,高寒农业生态系统土壤呼吸对气候变暖的响应的不确定性限制了气候变化背景下人类对青藏高原高寒生态系统碳循环的预测能力。2015年4月在西藏玉米田采用开顶式生长箱进行模拟增温试验,旨在探究气候变暖对土壤呼吸及其温度敏感性的影响。在2015年玉米生长季节的5—8月份,利用Li8100土壤通量观测系统测定了6次土壤呼吸日变化(8:00—20:00),并利用HOBO微气候观测系统观测了5cm深处的土壤温度和土壤湿度。结果表明,实验增温显著提高了5cm深处的土壤温度(t=11.93,P=0.000),增幅为3.22℃,同时显著降低了5cm深处的土壤含水量,降幅为0.04m3·m-3(t=4.87,P=0.008)。对照和模拟增温处理的土壤呼吸速率分别为6.79μmol·m-2·s-1和7.34μmol·m-2·s-1,两者间无显著差异(F=1.65,P=0.235)。尽管如此,土壤呼吸仍存在着显著的日变化(F=137.66,P=0.000)和季节变异(F=54.48,P=0.000)。对照和模拟增温处理的土壤呼吸温度敏感性分别为1.70和1.77,两者间也无显著差异(t=2.69,P=0.100)。土壤温度解释了36%的对照处理的土壤呼吸变异,而土壤温度和土壤湿度共同解释了62%的土壤呼吸变异。因此,3.22℃的土壤增温没有显著改变土壤呼吸及其温度敏感性,这与3.22℃的土壤增温引起了土壤湿度的降低有关。
摘要:土壤是陆地生态系统最大的碳库,有机碳通过微生物分解作用向大气释放CO2,土壤碳库的微小变化将会对大气CO2浓度和全球碳循环产生巨大的影响。在当前人类活动频繁和土地利用与土地覆被变化的背景下,研究不同土地利用方式对土壤有机碳等理化性质和土壤微生物呼吸等功能的影响,可以阐明影响土壤碳汇功能的关键因子,为未来土地利用管理提供科学依据。以开封市为例,研究了黄淮海平原不同土地利用方式(包括弃耕地、草地、果园、农田和森林)下土壤湿度、pH值、铵态氮、硝态氮、总碳、总氮、有机碳、可溶性有机碳、微生物生物量碳氮、微生物呼吸及其温度敏感性的变化规律。研究结果表明,(1)森林土壤湿度、总碳、总氮、有机碳(1.48%)、微生物生物量碳氮含量显著高于其他土地利用方式,但其微生物呼吸(101.06mg·kg-1·d-1)和温度敏感性(1.18)最小。(2)农田土壤的总碳、总氮、有机碳、微生物生物量碳氮含量均次于森林且高于其他土地利用方式,微生物呼吸速率较大(128.55mg·kg-1·d-1)。(3)弃耕地、草地和果园土壤碳氮和微生物碳氮较小。(4)结构方程模型表明土地利用方式可以直接解释土壤有机碳积累的68%,且可通过土壤湿度间接地影响土壤有机碳和微生物呼吸。土壤有机碳和微生物呼吸分别被土壤湿度和硝态氮含量等因子解释了93%和54%。该研究表明森林生态系统利于土壤有机碳固持,其较小的微生物呼吸温度敏感性对应对未来全球气候变化具有重大意义;农田占地面积广大,农业经营中在保障粮食生产的同时要采取免耕或秸秆还田等措施充分发挥其碳汇作用。
摘要:为揭示排土场复垦区植被恢复的土壤水文效应,选取12个环境因子作为排土场植被恢复过程中土壤水文效应评价指标,采用层次分析法确定各评价指标权重,建立排土场土壤水文效应评价指标体系和评价模型,并对6种复垦植被类型下(刺槐Robiniapseudoacacia林地、榆树林地、混交林地、灌木林地、农地和荒草地)土壤水文效应进行评价。结果表明:(1)土壤因子、水分因子和植被因子的权重值分别为0.5138、0.1930和0.2932,各个评价指标的综合权重在0.0318~0.1462之间;(2)排土场不同植被恢复模式的土壤水文效应综合指数大小顺序为刺槐林地(0.55385)>混交林地(0.5349)>榆树林地(0.5213)>灌木林地(0.4292)>荒草地(0.3753),较农地(0.361)分别提高53.41%、48.17%、44.4%、18.89%和3.96%;(3)植被恢复可以有效地改善排土场的土壤水文效应,且以乔木林恢复效果更佳。该研究可为排土场不同植被恢复过程中土壤水文效应的评价提供较为科学的评价指标体系,同时为排土场土地复垦和生态恢复与重建提供理论依据和新的分析角度。
摘要:在ArcGIS10.2的支持下,分析卧龙自然保护区大熊猫(Ailuropodamelanoleuca)在地形因子(海拔、坡度和坡向)和生物因子(植被、竹林类型)上的生境选择(动物利用某种生境类型面积占其家域的比例)与利用(动物家域内某生境类型面积与保护区的这一类型面积的比例)特征进行了定量研究。结果表明,(1)地形因子:卧龙大熊猫在生境选择过程中,生境利用率较高的海拔区间为1500~3000m,平均利用率达到了55.93%,而生境选择的主要海拔区间为2000~3500m,占空间利用面积的89.64%;大熊猫生境利用在坡度上相对均匀,而生境选择的主要坡度区间为20°~50°,占空间利用面积的85.56%;生境利用率最高的坡向区间为270°~315°,占比达到了31.88%。(2)生物因子:大熊猫生境利用率较高的植被类型区域为亚高山针叶林与常绿落叶阔叶林,利用率分别为51.04%和70.20%;而生境选择的主要植被类型区域为针叶林与针阔混交林,占空间利用面积的90.23%;生境利用率最高的竹林类型区域为冷箭竹(Bashaniafangiana)林,利用率达到了51.63%,而生境选择的主要竹林类型为拐棍竹(Fargesiarobusta)和冷箭竹,二者占空间利用面积的95.20%。研究结果揭示了在不同地形和生物因子分异区间(类型)大熊猫的生境面积分布和空间利用模式特征,丰富了大熊猫生境选择与利用特征的研究手段。
摘要:半城市化地区是城镇发展过程中形成的不同传统二元城乡结构、土地利用混杂交错且变化迅速的地域类型。该地域城镇发展问题突出,社会矛盾集中,研究该地区半城市化发展特征对深化认识城镇发展,推进半城市化向城市化转变具有重要的理论意义和实践意义。为探析半城市化地域的土地利用特征和形成机制,以潮州市潮安区古巷镇为例,综合研究其土地利用演变规律、空间分布特征、土地利用效率和土地利用转移矩阵,并借鉴程序框图思维,创新半城市化机制研究,发现:2001—2016年间研究区建设用地和未利用地增加,2001年、2006年、2011年和2016年人均建设用地分别为137.3、197.5、257.8和194.5m2,超出国家法定水平,耕地、园地和坑塘水面面积减少。工矿用地增长速度快,分布范围广,单位工业用地产值仅692.6元,低于国家水平,存在用地比例过高、增长速度过快以及用地产出效率低等问题。城乡居民用地面积变化缓慢,其人均用地面积先增后减,符合国家规范要求。矩阵转移分析结果表明:建设用地的增加主要是来自耕地、园地、坑塘水面和未利用地。农用地是该地区最容易受到侵占的用地类型。以卫生洁具产业为核心的工业发展是古巷镇建设用地变化的主要驱动力,为半城市化地域形成提供了基础条件。农民充分的自主发展权以及政府监管、规划引导缺位是半城市化地域形成的根本原因,如不介入管理和引导,环境恶化和本地人口外流将进一步促进半城市化地区的固化。
摘要:环境基准反映了环境介质中污染物的阈值剂量与保护对象的临界效应之间的对应性,其本质是一种下限阈值。经由推导和检验而得到的环境基准,可以在环境管理方面广泛应用。太湖位于我国经济最发达的地区之一——长江三角洲,其水质直接影响着该地区的生活与经济,太湖水环境污染主要是氨氮污染。该研究以太湖为对象,推导出太湖的氨氮环境容量,确定氨氮浓度控制目标和最大容许排放量,为今后太湖氨氮减排与治理提供理论依据。通过环境基准共性推导模式,建立和率定了水环境系统阈值响应模型;为了确定环境容量,开展了多种情景的模型模拟,将实测值与模拟值进行独立样本T检验,得出模拟值与实测值之间并无差异;建立的水环境系统的阈值响应模型具有一定的有效性。基于模拟结果比较而确定了氨氮的环境容量为1.334mg·L-1,将其作为氨氮污染控制目标。以太湖流域2010氨氮年均浓度0.26mg·L-1为初始浓度,以20a为模拟期,模拟不同排放强度下氨氮的浓度变化。将控制目标代入阈值响应模型,分析了不同排放情景下氨氮的浓度,通过情景模拟发现,氨氮的综合响应、消极响应(水体氨氮浓度对氨氮排放的响应)和积极响应(水体的自净能力)在不同排放强度下呈现出不同的变化特征。发现如果以20a为目标期限,为保证氨氮浓度不超过污染物浓度控制目标,氨氮年度排放量要低于7.2×104t。
摘要:沉积物中的有机质在微生物作用下矿化,产生大量氨氮,大部分氨氮会被沉积物颗粒吸附,影响氮在沉积物中的硝化、反硝化以及厌氧氨氧化等作用,因此,沉积物对氨氮的吸附-解吸作用是影响沉积物中氮循环的一个重要过程。海湾具有水动力作用强烈,扰动和盐度等物理化学条件复杂多变的特点,研究环境条件变化对沉积物中氨氮吸附-解吸的影响有助于揭示其对沉积物-水界面氮营养盐交换的影响机制。因此,以海州湾表层沉积物样品进行室内模拟实验,通过吸附-解吸动力学和热力学实验,研究扰动大小、粒度分布和盐度等环境因子对氨氮吸附-解吸的影响。结果表明,吸附和解吸是一个复合动力学过程,主要在30min内完成,30min以后逐渐达到动力学平衡状态;准二级吸附动力学方程和修正的Elovich模型对沉积物吸附氨氮的模拟效果较好,一级反应动力学方程可以较好地描述沉积物对氨氮的解吸动力学过程。热力学模型的拟合结果显示沉积物对氨氮的吸附符合Henry模型,描述解吸过程的最优模型是Langmuir模型。一定范围内振荡频率的增加、粒径的减小、盐度的降低都会提高沉积物对氨氮的吸附能力;一定范围内振荡频率的增加、粒度的增大、盐度的升高都会增强沉积物对氨氮的解吸量。该研究可为进一步认识和理解环境因子变化对氨氮吸附-解吸的影响及机制提供理论依据。
摘要:洞庭湖区是久负盛名的鱼米之乡,同时又是国际著名的重要湿地自然保护区。全球气候变暖、极端天气和气候事件的频繁发生必然对湖区水资源产生不可忽视的影响。可利用降水量是可被实际利用的降水资源,其变化直接影响到湖区的农业生产、湿地保护等方方面面。利用洞庭湖区21个气象站构建的1910—2013年区域平均逐月气温、降水序列,采用陆面蒸发经验模型计算得到逐月蒸发量,并验证其可靠性;再根据水量平衡关系,得到可利用降水量,最后采用数理统计方法分析洞庭湖区可利用降水量的变化特征。结果表明,洞庭湖区可利用降水主要集中在3—6月,占全年的60.0%;1910—2013年湖区年可利用降水量无显著线性变化趋势,以20~25a周期的年代际波动为主;洞庭湖区可利用降水量变化存在季节差异,近百年来冬季和夏季可利用降水量有所增多,秋季可利用降水量略有减少,春季无明显变化,但各季节可利用降水量的变化趋势均未通过显著性检验,整体仍以年代际波动为主。突变检验结果显示,近百年洞庭湖区年、冬季、夏季可利用降水量均存在1个显著增多的突变点,表明尽管年、冬季、夏季可利用降水量呈现以年代际波动为主的变化特征,但一定时段内仍存在突然增多的现象。小波分析结果显示,近百年来年和四季可利用降水量均存在多时间尺度的周期振荡,均经历了10~13个偏多或偏少期的转换,且在这些偏多或偏少期内可利用降水量仍存在明显的年际波动。文章旨在为今后洞庭湖区的农业生产和防汛抗旱提供理论依据,同时为制定洞庭湖区应对气候变化的战略提供一定的理论指导。
摘要:为了解秸秆焚烧对大气气溶胶光学厚度(AOD)时空分布的影响,利用江苏省2010—2015年卫星监测数据和气象观测数据,计算了5—7月份江苏省的AOD信息,采用基于上下文的增强的火点遥感识别方法提取了6月江苏省的火点信息,分析了AOD与火点的时空变化特征,以期为开展大气环境监测与评价提供依据,为政府秸秆焚烧防控决策提供参考。结果表明:江苏省秸秆焚烧火点主要集中于6月,2010—2013年6月秸秆焚烧火点较多,2014年和2015年的火点数明显减少,且火点主要集中于长江以北地区,而长江以南地区较少;在没有秸秆焚烧的情况下(以5月和7月作为对照),江苏省AOD的空间分布表现为苏南最高,苏中其次,苏北最低;而受秸秆焚烧影响的6月,全省平均AOD值均大于5月和7月,其中江苏西部、苏北、苏南大部分地区AOD值明显增大,AOD高值区跟秸秆焚烧火点高发区分布总体一致;秸秆焚烧对苏南、苏中和苏北的AOD值影响存在一定差异,针对5—6月AOD进行差值计算,发现苏北AOD平均差值为0.19,苏南为0.22,苏中最小,仅为0.11,且苏中部分地区的AOD差值与火点的分布并非完全一致,这是由于6月苏中地区以东到东南风为主,且苏中平原秸秆焚烧排放的污染物更易扩散,导致秸秆焚烧对苏中地区AOD值的影响程度小于苏南和苏北,与火点的分布并不完全一致。可见,秸秆焚烧可对江苏省AOD的时空变化产生较明显的影响。
摘要:大气灰霾污染已经成为了大气环境领域的研究热点之一,但是目前国内针对背景地区站点的大气污染形成机制和输送规律的研究仍然有限。利用PM2.5、PM10、CO、SO2、O3、NO2等6种大气成分质量浓度数据、常规气象要素观测资料、结合HYSPLIT后向轨迹模式,对2015年1月15—28日发生在江苏省苏州市东山镇的一次持续十余天的空气污染过程进行了分析。结果表明,此次污染过程东山镇经历了一次完整的灰霾生成-积聚-消散的演变过程,其中包括两个主要污染时段,1月15—19日轻污染时段和1月22—26日重污染时段。ρ(PM2.5)/ρ(PM10)平均值达到62.8%(30.0%~93.4%),表明PM2.5对东山大气颗粒物污染贡献显著。6种大气污染物相关性分析发现CO和NO2与PM2.5和PM10相关性最好,人为燃烧源和交通源对灰霾形成贡献显著。高空较稳定的环流形势和地面弱气压场的配合以及低压高温高湿的不利气象条件,阻碍了污染物的垂直和水平扩散,是此次持续性灰霾天气形成的客观原因。通过风向、风速统计和后向轨迹分析发现,此次污染过程,在大风下颗粒物以远程输送为主,微风下颗粒物以局地排放为主。外来源的输送和本地源排放的叠加造成了灰霾的形成和积聚。轻污染时段,高浓度污染气团主要来自西北方向的远距离输送,来自山东、河北等工业发达地区的排放源对东山地区灰霾的形成影响显著。重污染时段,污染气团主要来自偏南方向的局地输送,此外来自湖南、江西一带的大规模生物质燃烧生成的高浓度污染气团输送也是污染加重的重要原因。来自东北方向的气流对此次区域灰霾污染起到了清洁作用。