我国自然保护地内具有诸多独特且延续至今的传统农业生产系统,依托这些系统所形成的传统产业既扮演着当地的可持续生计和文化传承角色,也影响着当地的生物多样性和生态系统的保护成效。然而,当前从产业角度解析这些传统产业与自然保护关系的研究较少,对传统产业发展的研究也缺乏对自然保护地管理背景和特征的考量。笔者以武夷山国家公园的传统茶产业为研究对象,采用质性研究方法,分析其近20 a来发展的主导理念、路径、结果并提出相应的对策。研究发现,武夷山茶产业长期以来是社区生计与自然保护管理互动的核心体现,但其转型发展历程尚未能很好地与自然保护管理需求形成良性互动。虽然传统茶产业在生态化、标准化和规模化,茶叶品牌效应提升和茶旅融合发展这3个主导方向取得了一定成效,但在多重历史制度问题的影响和国家公园体制建设新需求的交织中,传统产业的转型发展在生态价值的科学评判与实现、文化价值的识别与传承以及多方利益相关者的交流与共识上还存在着诸多不足。基于此,研究提出传统产业应立足本土生态知识,形成科学管理标准,联动差异化生产经营者,寻求多种增值服务机会,进而促进自然保护地传统产业的特色生态化和自然生态价值的实现,落实"以人为本"的自然保护理念。

作为传统农业生产系统的农业文化遗产在传承与保护过程中与休闲农业和乡村旅游相结合,不仅能充分发挥农业文化遗产诸多功能中的生产功能,而且还能在结合过程中实现传承与保护优秀农耕文化的作用,促进重要农业文化遗产的可持续发展,然而定量分析农业文化遗产与旅游产业耦合发展和提取影响耦合因素方面的研究不多。该研究选取全球重要农业文化遗产的福州茉莉花与茶文化系统为研究对象,通过构建多层次的农业文化遗产与旅游产业耦合发展的评价指标体系,定量分析了2008-2020年茶文化系统与旅游产业的综合发展水平、耦合协调程度、耦合影响因素,以期通过评估遗产系统在入选前及入选后经过多年保护与发展的状况,为后续的优化策略和研究提供参考。结果表明:(1)在旅游产业综合发展水平评价层面,福州茉莉花与茶文化系统作为全球农业文化遗产整体发展情况较好,呈持续上升趋势;(2)在与旅游产业耦合协调发展水平分析层面,茶文化系统与旅游产业处于高耦合水平,但存在低程度的波动;(3)在测算影响两者耦合发展的驱动因素和障碍因素分析层面,灰色关联分析法测算影响因素的关联度普遍大于0.6,表明耦合关联度较高。

从当前全球实现可持续发展目标--自然受益角度出发,分析全球重要农业文化遗产(GIAHS)作为富有传统智慧和随着现代技术而发展的食物生产体系在推动全球食物系统根本性变革中的可能性,从自然受益的食物系统转型的需求与挑战提出GIAHS研究和治理的需求。研究表明,GIAHS作为活态系统运作所依据的整体观是当下自然受益观念的具体体现,可以系统推动农业和食物系统走上生态农业发展方向,并能够提供基于自然解决方案的3条有效路径:(1)保护自然生态系统免于退化和转化;(2)更可持续地管理现有生产系统来支持(农业)生态系统健康和维持景观层面的恢复力;(3)恢复退化生态系统的生产力,提升生态系统服务功能。面对GIAHS面临的困境,要通过强化研究和完善治理体系促进其帮助自然受益的食物系统转型。

云南红河哈尼稻作梯田系统是全球重要的农业文化遗产和世界文化遗产,拥有丰富的生物多样性和重要的生态功能。在由森林、村寨、梯田、水系构成的哈尼梯田生态系统中,植物(特别是资源植物)是该生态系统的重要组成部分,也是维持这个系统稳定性的重要因素。笔者采用植物分类学、植物生态学、民族植物学等方法,以云南省红河州梯田最集中的4个县域哈尼梯田生态系统的重要资源植物为对象,调查了其多样性状况及相关的传统管理与利用知识,探讨了两者在支撑、保护哈尼梯田农业文化遗产系统中的作用。结果表明,哈尼梯田生态系统有151科445属651种资源植物,其中药用植物255种、食用植物226种;当地百姓拥有十分丰富的管理和利用植物多样性的传统知识,包括森林和树木、食用和药用植物、草果和板蓝种植以及薪柴等方面的知识和文化,应用类别涉及日常生产生活和梯田保护等诸多方面;资源的多用途、多功能特点明显,体现了当地深厚的植物利用文化和紧密的人地互动关系。当地丰富的植物多样性构筑了哈尼梯田农业生态系统的基础,居民对资源植物的长期采集、管理和利用承载着独具地方和民族特色的传统知识和文化,支撑着当地居民的生计,在维持整个哈尼梯田农业生态系统稳定、保护农业文化遗产和推动遗产地经济发展方面发挥着非常重要的作用。

东乌珠穆沁旗游牧生产系统是我国重要的农业文化遗产,具有极高的生态、经济、景观、技术和文化价值,然而近年来当地饱受蝗虫灾害的影响,草原正面临着前所未有的威胁与挑战。该研究选取东乌珠穆沁旗为研究区,以草原蝗虫为风险因子,结合草原蝗虫生长特性,基于最大熵模型(MaxEnt),构建基于遥感、土壤、植被和地形的草原蝗虫发生风险指标体系,分析不同生境因子对草原蝗虫发生的影响,对草原蝗虫发生风险区进行提取并分级。结果表明:模型模拟结果良好,平均曲线下面积(areas under curve,AUC)为0.826;草原蝗虫发生风险的主要影响因子为孵化期地表温度、生长期地表温度和产卵期降水;高风险区主要分布在嘎达布其镇,面积为920 km²。该研究有利于更好地保护东乌珠穆沁旗游牧生产系统农业文化遗产,也可为其他草原类农业文化遗产灾害风险监测提供技术支撑。

城市发展的同时也面临着应对气候变化、生态环境保护和经济发展的多重压力,探究城市群尺度减污降碳的时空驱动特征及其演变特征,有助于更好地理解城市化与环境的互动关系。以长三角城市群为研究对象,基于碳排放水平和污染物排放数据构建了减污降碳强度指标,并通过时空地理加权回归(GTWR)方法和随机森林(RF)方法分析经济发展、产业结构、土地利用结构、人口以及气候变化对减污降碳强度指标的时空驱动特征及驱动因素重要性变迁特征。结果表明:2003-2017年,长三角城市群整体减污降碳强度呈下降趋势,27个城市平均减污降碳强度由2003年的0.23下降到2017年的0.05;其中,滁州2003-2017年的平均减污降碳强度仍处于较高水平的梯队,且其减污降碳强度变幅为18.62%。在考虑时间效应后,GTWR模型R²与调整R²均高于0.96,与GWR模型相比,拟合精度和优度提升较大;上海、苏州和浙江9市受园林绿地面积的负向驱动,导致减污降碳强度下降。能源消费总量在2003-2007、2008-2012和2013-2017年3个时期的重要性排名均为第1,同时园林绿地面积的重要性排名从2003-2007年的第5逐渐上升到2013-2017年的第2,人口密度和人口总量的重要性排名虽然靠后,但总体上重要性呈上升趋势。总体而言,GTWR模型对减污降碳强度具有较好的时空拟合能力,减污降碳强度指标时空分异特征显著。建议长三角城市群提升能源利用效率,大力发展第三产业,优化土地利用结构。

基于城市绿地的降温效应这一重要的生态功能,结合遥感影像,采用缓冲区分析及统计分析方法,对长三角一体化中心区27个核心城市的城区绿地的节能减碳量进行估算研究。结果显示,研究区各大城市的中心城区绿地均具有显著的降温效应。城区绿地斑块的平均地表温度(LST)较城区平均低2.18 K,降温幅度在2.9~8.3 K之间,绿地斑块的降温距离则在270~450 m之间。长三角一体化核心区27个核心城市绿地节能减碳量为267 656.12 t·d^-1,每个城市绿地平均节能减碳量约9 913.19 t·d^-1。各大城市中,上海市城市绿地节能减碳量最大,达47 374.83 t·d^-1,其余依次为温州、宁波、南京、杭州、台州、苏州、无锡和合肥,宣城、绍兴、嘉兴、池州、马鞍山和安庆等市城市绿地节能减碳量均在2 000 t·d^-1以下。此外,随着到绿地距离增加,城区绿地节能减碳量从0~90 m范围内的3 562.54 t·d^-1逐渐减少到>180~270 m范围内的54.20 t·d^-1。研究结论可为城市生态建设、城市碳达峰碳中和研究提供科学参考。

20世纪90年代以来,土地利用变化的碳效应及其对气候变化的影响一直是国内外学术界关注的热点。在碳中和目标下,如何通过优化土地利用来达到增碳减排的目的,是当前学术界和相关部门面临的机遇和挑战。以江阴市为例,分析2000-2015年土地利用变化及其对应的植被碳储量和土壤碳储量变化,并对未来的土地利用结构提出优化建议,主要结论如下:江阴市2000-2015年耕地面积逐年减少,主要转化为建设用地,建设用地面积逐年增加,其余土地利用类型变化幅度较小。由于土地利用变化,江阴市植被碳储量减少7.50万t,土壤碳储量减少0.76万t。其中,耕地、林地转出导致的碳储量损失最大。根据江阴市历史土地利用变化,基于碳储量最大化目标提出土地利用结构优化建议。优化模式下,2030年江阴市生态系统碳储量将达445.25万t,较自然增长模式增加0.29万t。

村镇生态建设是实现乡村振兴的关键步骤。村镇生态建设过程中的模式总结和影响因素研究,对促进区域生态、社会和经济系统协调发展具有重要理论和现实意义。以大娄山区水源涵养与生物多样性保护重要区(以下简称"大娄山区")为研究对象,应用主成分分析(PCA)研究了村镇生态建设的影响因素,并通过"以面束点"和"以点带面"的思路进行了大娄山区村镇生态建设模式研究。结果表明:大娄山区村镇生态建设受人居环境因子(A1)、经济发展因子(A2)和生态环境因子(A3)综合影响,其中经济发展因子(A2)对村镇生态建设影响最显著;选取的大娄山区16个典型村镇中,娄山关街道(T5)、丙安镇(T8)、天台镇(T9)、茅台镇(T13)、黑树镇(T14)、以勒镇(T15)和水田镇(T16)的村镇建设受生态环境因子(A3)的影响显著。人居环境因子(A1)和经济发展因子(A2)也对娄山关街道(T5)、茅台镇(T13)具有显著影响;大娄山区村镇生态建设包括发展生态经济助推乡村振兴(L1)、恢复绿水青山激活乡村振兴(L2)、改善人居环境赋能乡村振兴(L3)和创新体制机制巩固乡村振兴(L4)4条路径及12种模式。研究结果对促进大娄山区生态建设和乡村振兴具有重要意义,也可为全国美丽乡村建设提供示范案例。

深入挖掘大都市边缘地区农村居民点时空演变特征及影响因素,对城镇化过程中农村居民点空间结构布局优化以及土地资源的节约集约利用具有重要的实践意义。基于Landsat TM遥感影像,利用ArcGIS软件获取研究区1980、2000和2019年450个村的农村居民点用地信息,采用空间叠置分析、核密度分析、结构方程模型等揭示近40 a农村居民点的时空演变规律及影响因素。研究发现:(1)研究区农村居民点数量由1980年的426个减少到2019年的127个。1980-2000年未变化型村庄355个,2000-2019年逐渐减少型村庄达322个,未变化型81个;(2)农村居民点空间分布呈集聚性特征,但1980-2019年间农村居民点核密度估计值逐渐降低,高密度区域较少,距离中心城区较近区域基本无农村居民点分布;(3)区位经济、农户行为对农村居民点变化具有直接影响效应,家庭禀赋和政府政策通过经济发展间接推动农村居民点的变化。

以云南省滇中城市群为研究区域,以2000、2010和2020年的土地利用/覆盖变化(LUCC)数据为基础,结合相关性分析选择潜在的LUCC驱动因子,构建FLUS模型,模拟研究区内2035年的LUCC,在此基础上分析2000-2035年不同时间段内LUCC时空演变特征和空间格局效应。结果表明:(1)研究区内土地利用类型由耕地、林地和草地主导,整体格局较为稳定,2000-2020年建设用地主要来源于对耕地的大量侵占,2010-2020年变化速率明显比2000-2010年快;(2)根据预测,2020-2035年建设用地主要来源于对林地的侵占,城市扩张有明显的方向性;(3)大部分县(市、区)土地综合利用程度呈上升趋势,部分地区由于退耕还林还草政策的实施,存在着土地利用综合程度下降的现象;利用程度变化热点地区主要集中于中部和东部的县(市、区),呈现出多中心发展的趋势;(4)各地区的景观格局指数变化各有不同,总体来看,景观破碎程度增加、多样性降低。该研究在西部大开发战略和城市化进程加快的背景下,探讨了滇中山地城市群的土地利用特征,模拟了未来的土地利用模式,定量分析了空间格局及其变化效应,对于制定国土空间规划、实现"多规合一"、明确国土空间开发保护目标具有重要意义。

景观异质性是维持耕地系统生物多样性及多种生态系统服务功能的基础。为探明非耕地对耕地系统景观异质性的作用,以辽宁省昌图县为研究区,在划定网格单元的基础上,采用Rao二次熵指数(Q)表征其景观异质性,通过冗余分析、独立样本t检验及回归分析等方法探讨非耕地斑块对景观异质性及影响。结果表明:当不同网格单元非耕地比例相近时,景观异质性存在明显差异;当非耕地比例为8%时,景观异质性差异最大。林地、草地、农村道路、水域及沟渠5种非耕地类型对景观异质性均有极显著正向影响(P＜0.01),其中林地对景观异质性的影响程度最大。景观异质性不同的网格单元中非耕地斑块的平均最近邻体距离指数(ENN_MN)存在显著性差异(P＜0.05)。非耕地斑块连通性越强,景观异质性也越强。研究结果可为严守耕地红线背景下的耕地生态管护提供参考借鉴。

为探讨不同退耕年限对土壤微生物特性的影响,以民勤绿洲不同年代退耕地(1、2、3、4、5、8、15、24及31 a)9个样地为研究对象,采用空间尺度代替时间尺度的方法,对民勤绿洲不同年限(1~31 a)退耕地土壤微生物生物量的变化特征及季节动态变化规律进行系统分析与研究。结果表明:(1)同一年限退耕地的土壤微生物量变化规律均为表层高于深层。表层土壤微生物生物量碳含量最高可达979.13 mg·kg^-1,而10~20、>20~30和>30~40 cm土层土壤最高只有610、480和327.74 mg·kg^-1,分别占表层含量的62%、49%和33%。土壤微生物生物量氮和生物量磷具有类似的规律,土壤微生物量表聚现象明显。(2)土壤微生物生物量碳与生物量氮总体上随着退耕年限的增加呈波动减小的状态,土壤微生物生物量磷呈波动式上升的趋势。(3)土壤微生物生物量碳含量随季节的动态变化规律比较明显:冬季最小,秋季最大,夏季与春季居中,表层(0~10 cm)土壤变化幅度较大。(4)微生物生物量氮的季节动态呈现出倒"V"型分布的状态,总体变化规律与微生物生物量碳相似。(5)土壤微生物生物量磷含量基本为秋季、夏季较大,春季居中,冬季最小。3月土壤微生物生物量磷居中,6或9月达到峰值,12月下降到最低值。(6)通过研究可以推断,退耕5 a左右是民勤绿洲退耕地恢复治理过程中的关键时期。

针对富营养化地表水突发水华及磷污染问题,研发了一种用于应急除藻除磷的基于絮凝强化的微气泡气浮技术,利用高速摄像技术揭示了装置内的微气泡尺寸和空间分布规律,对混凝剂种类、有效物质含量和投加量进行优化,实现了在投加单一混凝剂条件下对富营养化地表水藻类、总磷和浊度的高效去除。结果表明:所开发的气浮装置在溶气压力为0.32 MPa条件下可稳定产生微气泡,气泡在上升和水平流动过程中尺寸逐渐变大,但平均直径仍在适用于气浮除藻的最优范围(21.6~34.4 μm)。采用聚合氯化铝(PAC)为混凝剂(氧化铝含量w为29%、投加量为40 mg·L^-1)进行强化后,在该技术条件下,气浮时间设置为11.8 min,对富营养化地表水中藻、浊度、总磷、叶绿素a、COD的去除率分别达(93.2±1.7)%、(85.3±0.7)%、(79.4±2.0)%、(78.5±1.5)%和(58.9±13.5)%,实现了同步高效除藻除磷。

在垃圾分类背景下,污泥、厨余和存量垃圾资源化利用成为城市有机固体废物管理的重要环节。通过正交试验研究污泥-厨余-存量垃圾多元物料蚯蚓堆肥的最佳工艺,并利用堆肥的植物生长试验和潜在生态风险模型评价堆肥肥效以及堆肥应用的环境风险。结果表明,污泥、厨余垃圾和存量垃圾混合堆肥可以显著改善物料理化性质和蚯蚓生长状况,但厨余垃圾的添加比例超过50%时会影响蚯蚓生长繁殖。多元物料蚯蚓堆肥最佳工艺组合如下:污泥和厨余垃圾质量比为7∶3,存量垃圾添加比例为5%,蚯蚓接种数量为33条·kg^-1。蚯蚓堆肥及其混合土的pH值、种子发芽指数、有机质、总养分及重金属含量均满足NY/T 525-2021《有机肥料》和CJ/T 340-2016《绿化种植土壤》标准要求,其施加比例为20%时,黑麦草的生长状况最佳;施加比例为50%时,有机质、总氮、总磷和速效钾含量增量最大,分别为107.00 g·kg^-1、6.69 mg·g^-1、5.96 mg·g^-1和0.42 mg·g^-1。施加比例从0增至50%,单一重金属潜在生态风险系数随之升高,综合潜在生态风险系数从17.42升至33.82,环境风险程度均为轻微生态危害;Cu是土壤中最主要的潜在风险重金属单体(潜在生态风险指数E_r=17.69),以堆肥施加比例20%连续施用30季,会使Cu的生态风险指数由10.69升至35.04,之后积累效应不明显(E_r=35.09)。由此可见,污泥-厨余-存量垃圾多元物料蚯蚓堆肥可成为城市有机固体废物管理中安全、有效的资源化利用途径。