面源污染负荷在一些区域已经成为地表水体的第一大污染源，如何有效削减污染水体中氮磷污染负荷已成为重要科学问题之一。自然生物膜是生长在淹水固体表面的微生物群落及其与周边非生物物质交织在一起的聚集体，广泛分布于水土界面环境中，具有很强的环境适应性，能有效去除水相中的污染物，因此，近些年被广泛应用于污水净化。综述了自然生物膜去除氮（反硝化、吸收、氨挥发和吹脱）和磷（吸收降解、吸附、共沉淀）的机制，并探讨了其影响因素；总结了近年发展迅速的新型功能材料耦合自然生物膜提升氮磷去除效率的主要进展。最后，展望了将自然生物膜与不同类型生态工程相结合并应用于大尺度污染水体净化与生态修复的前景。该综述可为自然生物膜及其类似微生物聚集体净化污水以及自然生物膜群落结构优化和功能化研究方面提供理论参考。

在城市化进程加快推进的背后各式生态问题日益凸显，生态安全与生态文明建设成为当前社会发展的一个重要方向。构建区域生态安全格局对地区生态安全保障与规划意义明显。基于生态文明建设"以人为本"的思想，从生态需求角度构建耦合居民生态需求的源地评价体系，尝试利用夜间灯光指数和不透水表面指数共同校正阻力面，利用最小累积阻力模型识别生态廊道网络，最后结合各生态组分构建广东省陆域生态安全格局。结果显示广东省重要性程度高的生态用地斑块面积占全省土地总面积的61.17%，其中，生态源地面积占全省土地总面积的29.59%。各类生态廊道共同构建了"一带多廊两防护"的蛛网式辐射分布网络。利用自然保护区数据从侧面验证了生态安全格局构建的有效性，同时也发现结合多元数据共同校正的阻力面更为合理。广东省生态安全保障的现实路径可以从污染治理、生态修复和源地保持等方面入手。生态源地和生态廊道应成为优先重点生态保护区，建成区周围的次重要生态用地可以优先建设公共生态服务设施，减轻来自中心城区的高强度生态需求。

西部地区是我国矿产资源分布的主要集聚区，定量测度我国西部地区的能源外向服务功能并分析能源城市与我国主要消费城市的引力格局可以综合探究促进西部地区协调、可持续发展的能源输送格局。通过构建城市流模型和引力模型分别对陕西、甘肃、四川、云南、贵州、新疆和内蒙古7个西部省区采矿业外向功能量、城市流强度和能源城市对消费城市的能源输送引力大小进行测度。结果表明：（1）陕西城市流强度和外向服务功能量最高，能源综合竞争力居于第2位，是西部各省区的核心区域；（2）内蒙古和新疆为西部各省区能源综合竞争力较强地区；（3）榆林、鄂尔多斯和咸阳能源供给潜力较高，可作为我国主要的能源供给城市；（4）能源需求较大的重工业城市应当成为能源城市优先供给区域，其次是直辖市地区和我国城市群中心城市；（5）东北三省、广州、海口等距离中心能源区较远的地区与能源城市之间的引力弱，应注重新能源的开发和利用以满足自身发展需要。

农业绿色全要素生产率的提升是生态文明建设的关键。以河北省142个县域作为研究对象，运用非径向非角度、基于松弛的（slacks-based measures，SBM）方向性距离函数和全局参比曼奎斯特卢恩伯格（global Malmquist-Luenberger，GML）生产率指数测算2000-2016年河北省县域农业绿色全要素生产率，并采用空间自相关方法分析河北省县域农业绿色全要素生产率的全局和局部空间特征。结果表明：（1）2000-2016年河北省县域农业绿色全要素生产率年均增长5.42%，主要依靠绿色前沿技术进步驱动，如考虑环境因素，或可实现农业"波特‘双赢’假说"；（2）从地区分布来看，河北省县域农业绿色全要素生产率增长存在地区不平衡的现象，其中冀北地区增长水平高于全省平均水平，而冀中与冀南地区增长水平落后于全省平均水平；（3）河北省县域农业绿色全要素生产率增长存在显著空间相关性，但空间相关性呈减弱趋势；（4）河北省县域农业绿色全要素生产率增长呈明显地理集聚特征，热点区向冀中、冀东南地区扩张，冷点区由冀北"一翼"向冀北"两翼"转移。

通过定量研究叶尔羌河下游河岸胡杨（Populus euphratica）种群长势与植物多样性对淹灌的响应，为优化叶尔羌河流域水资源管理与生态保护实践提供理论依据。于2016-2018年3次调查叶尔羌河下游植被数据，采用Pielou指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数和重要值等指标分析植被对淹灌的响应。结果表明，淹灌2 a后，叶尔羌河下游河岸胡杨Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数分别增加124.8%、119.6%和246.9%，且新增喜湿和一年生草本植物等12种，植被盖度为42.5%，增幅达112.5%。研究区胡杨林为中老龄，胡杨长势没有恶化，中等级以上胡杨林增加3.9%，胡杨平均枝下高下降7.7%。随着距生态闸口距离的增加，植物密度和多样性均有减小趋势，但距生态闸口距离450 m处植物多样性和植物密度较高，与150、300和600 m处差异显著（P<0.05），在150和300 m处优势种为苦豆子和芦苇等一年生草本和喜湿植物，在450 m范围外优势种则为胡杨、柽柳和耐旱多年生草本。2 a的淹灌工程遏制了胡杨林退化趋势，植物多样性和植被盖度显著提高，同时荒漠河岸林植物群落在450 m范围内更新能力得到增强，生物多样性得到保护。为维持目前生态好转趋势，应继续实施淹灌工程。

对工矿废弃地复垦为林地的优先度评判通常只考虑其宜林适宜性，较少考虑其对森林景观连通性的贡献。以湖北省大冶市为研究区，运用模糊综合评价、景观连接度和二维判断矩阵评判工矿废弃地生态复垦利用优先度。结果表明：（1）大冶市工矿废弃地复垦为林地的最适宜、较适宜、较不适宜和不适宜地块面积分别为967.44、343.54、67.85和75.96 hm²。最适宜地块在金山店镇较为集中，不适宜地块主要分布在还地桥镇。（2）大冶市景观生态网络连接的最佳距离阈值为1 250 m。工矿废弃地复垦后对林地生态网络结构贡献程度最高、高、中和低等级地块面积分别为234.80、358.24、315.08和546.68 hm²。（3）大冶市复垦优先度为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级面积分别为403.68、408.82、594.65和47.90 hm²，且模糊适宜性评价结果与网络结构重要性评价结果存在差异。研究结果能避免仅考虑复垦适宜性评价结果的片面性，同时能增强对生态效应的考虑，使评价结果更合理。

基于多源遥感影像，从景观格局和空间耦合的角度对塔里木盆地景观格局演变进行分析，并结合当地碳收支状况，分析景观格局演变对碳收支的影响。结果表明：（1）在气候变化和人类活动影响下，塔里木盆地植被状况有变好趋势，有林地、耕地面积明显增加，草地面积略微增加；（2）塔里木盆地碳收支状况良好，呈现碳汇状态，且碳汇能力逐渐增强；（3）以防沙固碳和输水导水为目的的人类活动改善了塔里木盆地生态环境，在气候变化背景下应进一步加大治理力度。

采用便携式土壤碳通量自动分析仪ACE对天津国槐梨树（GL）和银杏紫叶李（YZ）2种城市绿化景观土壤呼吸速率（R_s）及其影响因子进行测定，分析了土壤呼吸与土壤温度、土壤湿度和土壤理化性质之间的关系。结果表明：（1）2种绿化景观R_s季节变化规律基本一致，均呈现较明显的单峰变化趋势且峰值同时出现。同时，不同月份R_s变化规律之间存在一定差异。在干季，2种绿化景观R_s较低且月变幅较小，GL和YZ的R_s变化范围分别为（0.20±0.03）~（1.09±0.16）和（-0.06±0.01）~（0.26±0.05）μmol·m^-2·s^-1；在湿季，2种绿化景观R_s较高且变幅较大，GL和YZ的R_s变化范围分别为（-0.05±0.01）~（3.62±0.26）和（0.38±0.07）~（3.17±0.27）μmol·m^-2·s^-1。GL的R_s大于YZ。（2）2种绿化景观土壤10 cm处温度（T₁₀）和5 cm处湿度（M₅）对土壤呼吸过程均有重要影响，回归分析表明T₁₀和M₅对R_s变化规律的影响程度分别达45.4%~64.8%和21.1%~52.2%；（3）土壤理化性质与R_s具有一定的相关性，其中，土壤有机质含量与R_s的相关性达显著水平（P<0.05或P<0.01）。

植物根际促生菌（PGPR）可分泌植物生长激素，促进土壤养分循环，是生物肥料重要的种质资源。PGPR吸附于作物根系是形成定殖与功能的必要条件，抗性药物标记是研究功能菌株定殖促生能力的一种手段。利用解钾功能菌（Bacillus aryabhattai LZP01，简称LZP01）、解磷功能菌（Bacillus pumilus LZP02，简称LZP02）和溶磷功能菌（Bacillus megaterium LZP03，简称LZP03）这3株高效的水稻根际促生菌，通过抗生素药物利福平梯度筛选分别得到标记菌株K-LZP01、K-LZP02和K-LZP03，并且研究标记菌株的功能保留情况，进而检测标记菌株在水稻根际与土壤中定殖存活及促生能力。结果表明，水稻幼根浸入菌液后吸附量随浸入时间的增加而增大，其中K-LZP01在10min后吸附基本稳定；K-LZP01在50 min时吸附量达到最大；K-LZP03在5 min时吸附量达到最大，最大吸附量为12×10₇ CFU·g_-1，之后趋于动态稳定。将水稻幼苗浸入不同浓度菌悬液中，幼根吸附量随菌悬液浓度的增大而增大。标记菌株在接种于土壤中10 d后定殖量趋于稳定，且定殖能力较强。距离水稻根际越近标记菌株含量越高，表明菌株定殖竞争力越强。在灭菌土与未灭菌土条件下，3株菌株均具有促进水稻根系生长的能力。

为研究不同热解温度条件下生物炭的理化性质及对Zn²⁺的吸附特性和机理，以龙虾壳为生物质原料，采用限氧慢速热解法在300、400、500和600℃条件下制备龙虾壳生物炭，分别记作LS300、LS400、LS500和LS600。采用扫描电镜能谱仪（SEM-EDS）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）等对龙虾壳生物炭进行表征，并结合批量吸附实验分析其对Zn²⁺的吸附特性和机理。结果表明：随着热解温度的升高，龙虾壳生物炭产率降低，灰分含量升高，pH增大，孔径增大，芳香性增强；4种生物炭吸附动力学遵循准二级动力学模型，LS600在7 h时达到吸附平衡，其他3种均在24 h时达到平衡；LS600的吸附等温线更符合Langmuir模型，LS300、LS400和LS500的等温吸附过程更符合Freundlich模型，LS600对Zn²⁺的吸附效果最好，最大吸附容量可达462.50 mg·g_-1；龙虾壳生物炭对Zn²⁺的吸附机理包括阳离子交换、沉淀作用、与含氧官能团络合及与π电子配位。

为了解草原区煤矿开采对周边旱作农田土壤养分及重金属含量的影响，选取鄂尔多斯市伊金霍洛旗丁家圪堵煤矿周边旱地为研究对象，测定土壤养分（有机质、全N、全P、全K和pH）与重金属（Pb、Cd、Cr、Cu、Zn、Ni、Hg和As）含量，并对土壤养分与重金属含量之间关系以及重金属污染来源进行分析。结果表明，煤矿对矿区周边旱田0~10 cm土壤层养分及重金属含量影响较大，土壤有机质与全N含量明显下降；在距离矿区500 m范围内，土壤Cu和As含量高于对照区（CK）；在2 500 m范围内，土壤Pb和Cr含量均高于CK；在1 250 m范围内，土壤有机质和全N含量均低于CK区域，并与区域内土壤Pb、Cr、Cu和As含量呈负相关。重金属来源分析表明，研究区土壤Zn主要来源于交通运输，Ni主要来源于农业生产活动，Cd与Hg来源于自然成土母质的同时还受到矿区范围外的人为活动影响。因此，对研究区旱地土壤进行治理与保护时应重点管控来自煤矿的Pb、Cr、Cu和As污染。

为全面了解我国表层土壤多环芳烃（PAHs）含量状况及空间分布，收集整理了1999-2018年发表的208篇有关全国各地表层土壤PAHs的文献，综合运用ArcGIS空间插值技术、地理探测器模型和统计学方法，定量分析了我国表层土壤PAHs含量、空间分布、主要来源及成因。结果表明：我国各地表土PAHs平均含量的空间分布具有明显的区域特征，从华北、东北、华东、中南、西北到西南地区依次递减，华北地区土壤∑16PAHs平均含量约为西南地区的2.5倍；我国土壤PAHs含量总体上处于中低污染水平，中等污染、轻微污染和未污染土壤占比分别约为22.6%、71.1%和6.3%。利用地理探测器对9种社会经济影响因素的定量分析表明，燃煤发电对PAHs含量的空间分布格局影响显著高于其他因子；主成分分析结果也表明燃煤是重要污染源之一。该研究对实现我国土壤PAHs的科学管控和防治具有一定参考价值。

河岸带土地利用是影响河流水质的重要因素，基于上海市2013年55个河网水质监测点10项水质指标数据，利用SOM+K-means自组织特征映射（self-organization feature mapping，SOM）神经网络，识别全市水质空间分布格局；运用冗余分析（RDA）和Spearman秩相关在不同空间尺度（100、200、500和1 000 m缓冲区）上探讨水质与河岸带土地利用的关系及尺度效应。结果表明：（1）可将上海市55个水质监测点划分为4个聚类，体现出较为明显的空间异质性，监测点分布于淀山湖、崇明岛等城市远郊地区的聚类Ⅰ水质最优，而监测点分布于苏州河沿线的聚类Ⅱ和城市近郊的聚类Ⅲ的水质较差；（2）在空间尺度上，500 m缓冲区对聚类Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ的总解释率最强，1 000 m缓冲区对聚类Ⅱ的总解释率最强；（3）在最优空间尺度上，城镇建设用地对各聚类水质都有较高的解释率，且与大部分水质指标呈正相关。

溶解性有机质（dissolved organic matter，DOM）广泛存在于水体、土壤和沉积物中，在自然系统有机物向无机物的转换过程中起重要作用。DOM作为载体可影响污染物迁移转化，作为碳源和营养元素又为微生物提供能量。为探讨湖泊水体中DOM组成、来源和腐殖化程度，以蘑菇湖上覆水为例，采用三维荧光光谱（3DEEM）结合平行因子法（PARAFAC）分析蘑菇湖上覆水DOM组分，利用荧光指数（FI）、自生源指标（BIX）和腐殖化指数（HIX）等光谱指数研究DOM来源和腐殖化程度，并通过FI与最大荧光强度（F_max）的相关性解释DOM种类和特征。结果表明：（1）蘑菇湖上覆水DOM包含4种组分，其中C1和C4为富里酸物质，C2为类蛋白中色氨酸物质，C3为腐殖酸物质；（2）蘑菇湖上覆水DOM以微生物内源代谢产物为主，生物可利用性较高，腐殖化程度较低；（3）各组分F_max与FI间均呈正相关关系，其中富里酸与FI之间呈显著正相关（r=0.89，P<0.01）。这表明蘑菇湖上覆水DOM主要为含羰基、羟基等活性官能团的相对分子质量小，且腐殖化、芳香性和分子缩合度较低的类富里酸物质。

以草原露天矿区为例，对比神华北电胜利露天煤矿南、北排土场复垦地和原地貌未损毁地土壤容重、土壤含水率、土壤砾石含量和土壤质地等物理指标，采用方差分析和拟合分析方法，研究复垦地与未损毁地土壤物理性质的差异性及其产生原因。结果表明：（1）复垦8 a的北排土场与复垦4 a的南排土场土壤容重、土壤含水率和土壤砾石含量均高于未损毁地土壤，而南排土场与未损毁地均为砂质壤土，北排土场为砂质黏壤土，拟合分析发现土壤砾石含量与土壤质地影响土壤容重和土壤含水率。（2）随着复垦年限延长，重构土壤容重、土壤砾石含量和砂粒含量呈现降低趋势，而土壤含水率、粉粒和黏粒含量呈现升高趋势；随着土层深度的增加，重构土壤容重、土壤含水率、粉粒和黏粒含量呈现升高趋势，而土壤砾石含量和砂粒含量呈现降低趋势。（3）总的来说，复垦8 a的北排土场土壤物理性质优于复垦4 a的南排土场，与未损毁地更为接近，其>20~40 cm土层土壤含水率明显高于0~20 cm土层，这可能是因为煤矸石具有良好保水性能，利用表土和煤矸石分层构建土壤剖面可能是表土稀缺的草原矿区土地复垦较理想的土壤重构模式。

为了解滴灌模式对玉米生长的影响，以甜玉米（正甜68）为试验材料，采用大田试验研究不覆膜充分滴灌（T1）、膜下充分滴灌（T2）和膜下控墒滴灌（T3）3种模式对甜玉米生物量及分配、产量和水分利用效率的影响。结果表明：（1）不同滴灌模式对甜玉米生物量没有显著影响。T3处理甜玉米茎-植株和叶-植株异速生长指数均小于T1和T2处理；而T1处理根-植株异速生长指数小于T2和T3处理；（2）T2和T3处理甜玉米营养器官-生殖器官异速生长指数为1，呈等速生长关系，而T1处理营养器官-生殖器官异速生长指数小于1，呈异速生长关系；（3）T1处理甜玉米地下部分-地上部分异速生长指数小于T2和T3处理。这表明不同滴灌模式能改变甜玉米异速生长轨迹，覆膜滴灌可能促进甜玉米茎、叶、地上部分和生殖器官的生物量分配。与T1处理相比，在甜玉米产量差异不显著的前提下，T2和T3处理分别节水26%和44%，灌溉水利用效率分别提高0.65和1.43 kg·m^-3。可见，膜下控墒滴灌（土壤相对含水量下限为70%，上限为90%）是适用于元谋干热河谷甜玉米种植的高效节水灌溉模式。