基于生态系统服务价值评估模型测算了燕山-太行山区生态系统服务价值,进而系统分析了其动态变化过程,最后对比了生态系统服务价值权衡/协同关系在不同尺度(县域、乡镇、网格)下的空间演变规律。结果表明:(1)燕山-太行山区生态系统服务价值呈持续增加趋势,由2000年的2 985.09亿元增加至2019年的3 171.01亿元。生态系统服务价值在空间上呈东高西低、北高南低的分布特征。(2)各类生态系统服务价值中调节服务占比最高,其后依次为支持、供给和文化服务。各类用地中,林地生态系统服务价值占比最高,其后依次为草地、耕地、湿地、水域和荒漠。(3)协同关系为燕山-太行山区生态系统服务之间的主导关系,权衡关系存在于供给服务与其他3项服务中。不同研究尺度下权衡/协同关系具有差异,县域尺度仅表现出协同关系,而乡镇和网格尺度下协同/权衡关系并存。研究结果对准确把握不同尺度下生态系统服务价值和权衡/协同关系具有重要意义,可为燕山-太行山集中连片特困区生态环境恢复提供科学依据,进而为实现贫困区经济发展与生态保护双赢奠定基础。

如何科学认识石漠化时空演化规律及其驱动机理,是开展石漠化治理的首要前提和关键。为此,以1987-2020年Landsat遥感影像为主要数据源,结合RS、GIS技术及地理探测器方法,探究云南省曲靖市近30 a来石漠化时空动态演化特征,并定量揭示石漠化演化的驱动机制。结果表明:(1)1987-2020年间,曲靖市潜在、轻度、中度、重度和极度石漠化区域面积占比分别从8.56%、9.71%、4.85%、0.98%、0.35%减少到8.35%、9.29%、4.32%、0.79%和0.29%。其中,潜在、轻度和中度石漠化区域面积变化较为反复,年均变化率分别为0.16%、-0.22%和-0.19%。重度和极度石漠化区域面积减幅较大,年均变化率分别为-0.56%和-0.32%;(2)曲靖市石漠化区域面积大、分布范围广,主要集中连片分布于峰丛洼地、丘陵、干热河谷地带及县与县的交界处,整体上呈东南部重、中部和西北部轻的宏观格局;(3)影响曲靖市石漠化发育演化的主要单因子是农业总产值(0.281)和耕地面积(0.233),交互式探测器结果表明,坡度∩耕地面积(q=0.465)>耕地面积∩总人口(q=0.374)>耕地面积∩人口密度(q=0.302)>年均降水∩坡度(q=0.283)>耕地面积∩距居民点距离(q=0.278),各驱动因子交互作用对石漠化演化的影响大于单因子作用,表明曲靖市喀斯特石漠化是多种驱动因素交互作用的结果。

土地利用冲突是指在土地开发利用过程中,不同开发活动在利用土地资源时产生的矛盾与对立,并对社会经济和生态环境造成一定危害。以精河县为靶区,基于1990、2000和2018年3期土地利用数据,构建土地利用冲突识别模型,划分5种土地利用冲突类型,分析土地利用冲突综合指数的时空变化规律。结果表明:(1)1990-2018年,受到人类生产活动的影响,研究区土地利用变化显著,建设用地、耕地、水域和草地面积增加,林地、未利用地面积减少;(2)整体分析1990-2018年研究区土地利用冲突综合指数分布情况,50%以上为轻度冲突和稳定可控区域,说明在加强生态保护的政策支持下,土地利用冲突得到缓解;(3)分析不同时期土地利用冲突综合指数变化,1999年重度冲突处于首位,2000年轻度冲突处于首位,2018年稳定可控处于首位;(4)土地利用冲突空间自相关分析结果表明,1990、2000和2018年Moran's I指数分别为0.809、0.554和0.507,呈下降趋势,1990-2018年研究区冷点区(冲突低发区)呈斑块状增加,热点区(冲突高发区)逐渐减少。

于2018-2019年对鄂东南4个不同营养水平湖泊(仙岛湖、梁子湖、磁湖和策湖)进行水质监测,分析水体悬浮物的时空分布特征及其影响因素,以期为不同营养水平湖泊污染控制和生态修复提供参考。结果表明,4个湖泊的营养水平差别明显,综合营养状态指数(TLI)分布规律为仙岛湖(29.67)＜梁子湖(50.62)＜磁湖(61.78)＜策湖(69.34)。仙岛湖、梁子湖、磁湖、策湖水体总悬浮物(TSS)年平均质量浓度分别为(10.16±4.57)、(12.42±6.86)、(25.03±13.42)、(45.17±14.72) mg·L^-1,其分布规律与营养水平一致。梁子湖和磁湖各个季节悬浮物均以无机悬浮物(ISS)为主;策湖秋季悬浮物以有机悬浮物(OSS)为主,春、夏、冬季以ISS为主;仙岛湖则春季以OSS为主,其余3个季节以ISS为主。仙岛湖悬浮物主要是随地表径流输入到水体中的细颗粒泥沙、腐屑等;梁子湖、磁湖和策湖的悬浮物除外源输入外,还有来自于底泥再悬浮引起的细颗粒物、藻类颗粒物和水生植物残体等,总体上以无机颗粒物为主。4个不同营养水平湖泊水体的TSS浓度与TN、TP浓度均呈显著正相关关系,悬浮物含量在一定程度上可以反映湖泊的营养盐水平。

为评估臭氧(O₃)污染对山西省冬小麦的相对产量损失、产量损失和直接经济损失,利用2017年冬小麦生长期间山西省各地市O₃浓度逐时监测数据,分析O₃浓度的时空分布情况,计算冬小麦O₃暴露浓度M7指数和暴露剂量AOT40指数,研究O₃污染对山西省冬小麦产量的影响。研究结果显示:在冬小麦的生长期(3-5月),山西省O₃平均浓度为37 nmol·mol^-1,温度上升导致全省O₃浓度呈明显上升趋势。山西省M7指数和AOT40指数的空间分布与O₃的平均浓度分布情况基本一致,全省M7指数平均值为50 nmol·mol^-1,AOT40指数平均值为18 μmol·mol^-1。O₃污染对山西省冬小麦相对产量损失的影响为7.87%(M7指数法)~24.28%(AOT40指数法),相对产量损失影响最大出现在晋城市。O₃污染导致山西省冬小麦产量损失为236 943.07 t (M7指数法)~889 176.97 t (AOT40指数法),带来的直接经济损失为55 918.57万元(M7指数法)~209 845.77万元(AOT40指数法),其中运城市由于产量高导致产量损失和直接经济损失最大。研究表明,O₃污染导致山西省冬小麦产量损失较大。为提高冬小麦的产量,需重视大气环境中的O₃污染问题。

运用Tapio脱钩模型分析了中国畜禽养殖碳排放与农村居民经营性收入、工资性收入、转移性收入以及财产性收入的脱钩状态,构建SVAR模型,并运用脉冲响应等方法分析了中国畜禽养殖碳排放与各类农村居民收入的动态响应关系。结果显示,中国畜禽养殖碳排放与4类收入之间逐渐由脱钩波动向强脱钩转变;畜禽养殖碳排放与各类农村居民收入之间存在长期协整和动态响应关系,经营性收入对畜禽养殖碳排放的影响从短期的促进作用转变为长期抑制作用,而工资性收入、转移性收入以及财产性收入的正冲击均具有减少畜禽养殖碳排放的长期累积效应;工资性收入针对畜禽养殖碳排放的正向冲击表现出持续的正向响应,而针对畜禽养殖碳排放的正向冲击,经营性收入、转移性收入与财产性收入均由短期的负向响应转变为长期的正向响应。因此,未来可考虑在拓宽农村居民增收渠道与畜禽粪污资源化利用之间建立联系,促进农村经济与环境的协调发展。

采用座谈交流、问卷调查、采样监测等方式,对江苏省主要奶牛养殖地区的26家规模奶牛场粪污处理利用情况进行调研分析,旨在摸清奶牛粪污处理利用现状,进而梳理优化提升环节,并提出建议措施。结果发现:当存栏量≥1 000头时,85.7%的奶牛场采用机械刮板清粪工艺,92.9%的奶牛场进行粪污固液分离;当存栏量<1 000头时,83.3%的奶牛场采用人工干清粪或吸粪车工艺,50%的奶牛场进行粪污固液分离;粪便堆肥利用和粪水还田利用比例分别为88.5%和76.9%,是应用最广泛的技术模式;73.1%的奶牛场将挤奶厅污水与牛舍粪污水混合处理。奶牛场粪污处理利用存在节水减排措施不足、粪水无害化程度不够、农田施用不科学等薄弱环节,建议后续加强粪污减量技术、粪水水生植物净化工艺以及粪水安全还田管理技术的研究与应用。

科学识别生态补偿空间并确定生态补偿时序是制定生态补偿政策的必要前提。现有生态补偿研究中缺乏完善的生态风险评估,直接影响区域生态补偿政策的时效性和准确性,导致区域生态系统难以得到及时有效的保护和管理。研究构建了基于生态风险评估的生态补偿空间识别途径,通过依次评估生态系统服务价值、生态供给和生态风险状况,并结合区域经济状况计算生态补偿优先指数,识别生态补偿优先区域,提出确定各单元生态补偿分配权重的方法。以洞庭湖生态经济区为例进行研究,结果表明:(1)2010-2020年研究区生态系统服务价值整体增长333.7亿元,增长率为7.6%,湿地面积增加是其增长的主要原因;(2)将研究区的生态系统服务供给水平与生态系统服务风险水平评为0~5分,生态系统服务供给水平空间分布呈现中心湖区突出、北部较低、由东西向内圈层式递减形态;而生态系统服务风险水平东南部较高,中部湖区最低。总体来看,研究区东部和南部生态供给与生态风险都处于较高水平,应优先给予生态补偿;(3)将研究区划分为4类生态补偿区域:优先补偿区、次级补偿区、一般补偿区和潜在补偿区。其中研究区东部和南部的安化县、平江县、石门县和桃源县作为优先补偿区,分配权重最大,分别为0.182、0.129、0.108和0.110。次级补偿区和一般补偿区的分配权重较低,分别为0.332和0.139。潜在补偿区不参与生态补偿的分配。该研究方法有助于更准确全面地划定生态补偿优先区,确定生态补偿金分配权重,指导区域生态系统的科学管理。

为评估宝应湖的生态健康状况,加强宝应湖的管理与保护工作,于2014、2016、2018以及2019年对宝应湖进行水生态监测,调查研究浮游植物群落结构并分析其演变趋势,利用相关性分析和冗余分析方法,研究其主要环境驱动因子。结果表明,宝应湖浮游植物群落结构以绿藻门、蓝藻门和硅藻门为主;2019年鉴定出浮游植物68属103种,比2014年增加了17属27种,浮游植物丰度为26.87×10⁶ L^-1,比2014年上涨了755.73%,且湖泊下游浮游植物丰度明显高于上游;优势种有向蓝藻门、硅藻门发展的趋势,浮游植物多样性指数和物种均匀度指数年际间波动显著,水质状况评价结果为轻度污染。冗余分析结果表明,透明度、总磷、溶解氧和氨氮浓度是影响浮游植物群落结构和种类数量变化的主要环境驱动因子。

观赏鱼贸易是引进外来鱼类的主要途径,但由于缺乏风险评估和管理,给水生生态系统带来了潜在的威胁。该研究以外来甲鲶科鱼类为研究对象,通过市场调查结合文献资料,摸清该科鱼类引种状况,利用外来水生生物风险筛选工具,分析当前和气候变化情景下31种外来甲鲶科鱼类在中国南北生态区的入侵风险。结果表明:常见甲鲶科鱼类共有103种,其中14种鱼类的原产地气候与我国气候相似。共有16种外来甲鲶科鱼类在南北生态区具有相同的入侵风险,其中5种为高风险(包括下口鲶属1种、翼甲鲶属4种),9种为中风险,2种为低风险。气候变化情景下,南部和北部生态区分别有11和5种鱼类由低风险转为中风险。在当前气候条件和气候变化情景下,分别有6和11种外来鱼类在北部生态区为低风险,在南部生态区为中风险。说明外来甲鲶科观赏鱼在中国南方和北方地区都存在一定的入侵风险,尤其需要注意在气候变化情景下,外来鱼类的入侵风险将增高。研究结果可为外来观赏物种入侵风险进行早期预警,为制定管理策略提供参考。需要注意的是,无论是外来水产养殖,还是外来观赏鱼品种,在采取管理措施之前仍需要用严谨的实验数据来进一步确认其风险。

在两栖动物多样性调查或观测工作中,通常会遇到取样受限的问题。尤其在一个多样性很高的群落中,若观测的物种数目严重低于真实的物种数目,则观测结果较难反映一个特定区域的物种多样性变化。笔者基于2014-2018年在四川省叙永县画稿溪自然保护区5 a的两栖动物观测数据,采用贝叶斯权重估计方法估计了两栖动物总数,分析了保护区两栖动物物种数、个体数量和多样性指数的年度和月度变化。结果显示:画稿溪自然保护区观测到的两栖动物的物种总数为16种,与贝叶斯权重估计方法的预测结果相同;物种数在年度之间无差异,在月度之间存在显著差异;个体数量有3种(中华蟾蜍、华南湍蛙、棘腹蛙)存在明显的年度变化,有4种(棘指角蟾、大绿臭蛙、绿臭蛙、粗皮姬蛙)存在明显的月度变化;香农-威纳指数的年度和月度之间无显著性差异,但辛普森指数在年度和月度之间存在显著性差异。根据观测结果提出了针对性的观测建议:在观测工作中需制订最低物种数量指标,在评估工作中需提高计数数据的质量,在保护工作中需关注路杀的影响。

作为典型的黄土丘陵沟壑区,延安市的土壤侵蚀严重影响了区域的生态环境安全。采用遥感影像、气象、土地利用以及土壤质地等数据,利用修正的通用土壤流失方程(RUSLE)和地理探测器模型,定量模拟20 a来延安市土壤侵蚀的动态变化和空间格局,探究土壤侵蚀变化的驱动因素及因子间耦合作用程度。同时从生态服务能力、生态敏感性和生态组织结构3个方面构建生态安全综合评价体系进行评价。结果表明:(1)2000和2020年平均侵蚀量模数分别为9 790.40和4 249.82 t·km^-2·a^-1,土壤侵蚀面积和强度呈双下降趋势,近20 a间退耕还林已显现成效,但子长县、延川县和延长县等东部地区还存在剧烈侵蚀,所以沿黄河流域的区县是目前防范治理的优先区域。(2)地理探测器结果显示,影响研究区土壤侵蚀空间格局分布的主控因素是植被覆盖度,土地利用类型和坡度仅次于主控因素,植被覆盖度与坡度因子的交互协同作用大于各单因子对土壤侵蚀的影响。因此,土壤侵蚀区要结合多种因素进行综合治理和防范。(3)相较于延安市2000年较不安全状态,2020年生态安全水平已经上升至安全状态。生态环境整体状况呈现"总体改善,局部好转"的向好趋势,但并没有达到很安全的理想状态,生态安全水平还有一定的提升潜力。基于上述研究,将延安市分为北部水土流失控制区、南部的水源涵养区和黄河沿岸土壤侵蚀敏感区进行分区防治,研究结果可为开展水土保持规划以及生态环境建设提供科学依据。

选取北京市4个公园(南海子公园、圆明园、陶然亭公园和龙潭公园)的景观用水作为研究对象,分析水体DOC的荧光组分和分子量分布特征,并对不同分子量DOC与Cu²⁺、Pb²⁺分别进行荧光猝灭滴定实验,确定络合态重金属含量、参与络合的荧光组分、络合参数等,以表征不同重金属离子与DOC的络合特性。结果显示,北京市4个公园水体DOC中鉴定出3种荧光组分,其中C1和C2为类腐殖质物质,C3为类蛋白色氨酸类物质。对DOC进行分子量分级,分级后DOC中鉴定出2种荧光组分,其中C1为类腐殖质物质,C2为类蛋白质色氨酸物质。荧光猝灭滴定实验后,＜1 kDa DOC形成的络合态重金属含量最多,与Cu²⁺、Pb²⁺络合时的络合稳定常数也最大。络合形成的DOC-Pb浓度(16.91~99.15 μmol·L^-1)大于DOC-Cu (12.42~95.99 μmol·L^-1),但Cu²⁺对组分C1、C2的猝灭程度和络合稳定常数均强于Pb²⁺。Cu²⁺对组分C1的猝灭作用强于C2,表明Cu²⁺更倾向于与类腐殖质组分络合,而Pb²⁺则没有明显倾向性。研究结果可为北京市景观水体的水质维护和潜在污染治理提供指导。

为去除小流域河水中污染物,恢复水体生态功能,采用改性中空纤维膜曝气生物膜(MABR)进行了78 d的中试试验。水力停留时间(HRT)约为8~10 h时,曝气膜单位面积降解氨氮污染负荷为0.65~1.85 g·m^-2·d^-1,降解COD污染负荷为6~10 g·m^-2·d^-1,降解TP污染负荷为0.05~0.10 g·m^-2·d^-1。中试段上下游荧光指数(F_I)分别为1.82和2.12;自生源指数(B_IX)为0.946和1.104;新鲜度指数(β∶α)为0.897和0.99。试验结果表明,MABR技术对河水主要污染物具有较好的去除效果,有助于河流生态功能的修复,可用于低流速河流和黑臭水体的污染治理。

对比阴、阳离子聚丙烯酰胺(APAM、CPAM)和聚合氯化铝(PAC)对洱海湖滨带底泥上覆液中浊度和有机物的调理效果,并进行相关性分析。结果表明:CPAM和APAM主要起粘结架桥作用,浊度去除率分别为53.70%和36.55%,而对溶解性有机物(DOC)的去除率仅为9.75%和10.20%,由于高分子量PAM容易增加水体粘度,不利于胶体颗粒脱稳沉降,随着投加量增大,浊度和有机物浓度不降反升。PAC调理后,上覆液中浊度和DOC的去除率分别为85%和20.87%;三维荧光谱图显示,上覆液中腐殖质含量较高,PAC调理后其特征峰强度减少42%,明显高于PAM的8%。同时,PAC调理上覆液中DOC与浊度、COD和三维荧光光谱(3D-EEM)的相关性(R²=0.905、0.905和0.881)明显高于CPAM和APAM,说明电中和作用对上覆液中腐殖质等DOC调理效果更有效。3种混凝剂/絮凝剂对上覆水调理机理的研究对低浊度水体的处理以及后续工艺有重要指导作用。