开展土壤环境基准研究是我国生态环境相关法律法规的明确要求,对科学制定土壤生态环境标准具有重要意义。自20世纪70年代以来,随着我国土壤环境容量研究、土壤环境质量标准制定等工作的推进,土壤环境基准领域开展了大量的科学研究工作,取得了较丰富的成果。但是由于土壤环境介质及其相关环境风险的复杂性,目前我国科研与管理人员对土壤环境基准的概念、内涵、研究内容和研究方法等方面尚存在不同见解。当前,在土壤环境管理进入风险管理时代的背景下,土壤环境基准研究既需要基于我国已有的研究方法,又需要密切结合风险评估方法开展。该研究对土壤环境基准的概念和内涵进行了探讨,并建议将建立标准化方法体系、夯实本土数据基础作为近期土壤环境基准研究工作的重点。

湿地是生态系统的重要组成部分,其在演变发育过程中储存了大量环境变化信息,同时,其碳储量巨大,在全球生态系统碳汇中占据重要地位。植硅体作为气候变化的指示剂、长期碳封存的途径,在古环境和全球碳汇研究中备受关注。研究湿地生态系统植硅体及其封存有机碳,对探讨湿地中植被类型变化、重建区域古生态环境、估算长期碳封存潜力,以及调节全球碳循环和应对全球气候变暖等方面具有重要意义。因此,在查阅、梳理国内外相关研究文献的基础上,从湿地生态系统植硅体的形态与分类、含量与分布及影响因素等基础研究,提取技术研究,以及在湿地古生态环境和全球碳汇潜力中的应用研究3大方面进行归纳与比较,并对未来湿地生态系统植硅体的研究方向进行展望,可为未来开展湿地生态系统植硅体与植硅体碳汇研究提供借鉴。

以高水平国土空间规划体系推进国土空间治理现代化,日益成为当前经济社会发展全面绿色转型的现实要求。综合运用文献研究、归纳演绎和理论分析法,系统梳理空间规划的思想缘起,对比国际上规划实践探索,揭示中国国土空间规划体系变迁历程,并明晰其基础理论与内涵,进而基于新制度主义理论探析国土空间规划体系改革的实践方向。结果表明,空间规划内涵呈现"管理手段-指导理论-宏观制度"演进态势,中国国土空间规划体系发展过程形成"初创期-发展期-转型期-重塑期"格局;生态基点、利益中点、协调节点是统筹规划内涵与演化机制的基础;编制模式初步形成"基本理论与实践基础-理论框架与规划目标-空间分类与分区管控-生态修复与重点建设-规划实施与监督-成果与技术要求"的逻辑进路。未来时期,应从法律法规、体制机制、技术平台、经济社会服务和监督管理等层面,为国土空间规划编制实施保障体系夯基筑台和立柱架梁。

土地利用时空变化是全球环境变化的重要影响因素,直接影响生态系统结构和功能,而生态恢复工程对不同土地利用类型时空变化特征的影响尚未明晰。以若尔盖高原为例,采用2000、2010和2015年3期影像资料,对2000-2010和2010-2015年土地利用时空变化特征及其驱动因素进行系统分析。结果表明:(1)2000-2015年土地利用变化面积为289.90 km²,主要表现为草地和建设用地面积增加,分别增加37.29和105.27 km²,以及湿地面积减少129.57 km²;(2)社会经济发展与人口增长促使其他土地利用类型转变为建设用地,建设用地面积显著增加,生态恢复工程促进湿地的恢复,减少了耕地面积,使灌丛和林地面积保持相对稳定;(3)生态恢复工程是若尔盖高原湿地面积增加的关键因素,防沙治沙工程是减缓若尔盖县和红原县沙地面积扩张的影响因素之一,气候变化是该区域土地利用变化的次要因素。加强土地利用时空变化及其驱动因素研究可为区域土地利用优化管理和政策制定提供科学依据。

厘清黄河故道流域景观多功能特征及时空演变,对山水田林湖草综合整治功能提升和国土空间协同优化至关重要。选取黄河故道(睢宁段)作为研究区,评估了初级生产、人居承载、游憩服务、碳固存、产水、水质净化、土壤保持和生境维持8项景观功能,探索1990-2020年该区景观多功能变化及权衡-协同关系。结果表明:(1)近30年研究区从以农业生产为主转变为兼顾生产、生活和生态的土地利用模式;(2)近30年景观多功能服务增长21.07%,其中,初级生产、人居承载和游憩服务等生产和生活景观功能呈持续增长,而碳固存、产水、水质净化、土壤保持和生境维持功能则呈波动式上升;(3)人居承载-产水、人居承载-土壤保持及碳固存-生境维持功能在空间上存在显著协同关系,而人居承载-碳固存、人居承载-生境维持、碳固存-产水、产水-生境维持及水质净化-土壤保持等功能存在显著权衡关系。初级生产-游憩服务、初级生产-产水及初级生产-生境维持则逐渐从权衡关系演变为协同关系。这表明综合整治对黄河故道流域景观多功能具有显著的正向效应,生产-生活-生态功能协同是未来区域景观适应性和可持续性提升的有效途径。

绿洲作为干旱-半干旱地区人类栖居与繁荣发展的重要场所,其独特的"冷岛效应"特征对于人居环境质量影响深远。基于Landsat遥感影像,采用辐射传输方程对石河子市2006、2011、2017和2021年地表温度(LST)进行反演计算得到冷岛指数,分析LST的空间自相关性;采用随机森林法分类提取土地利用信息,并使用归一化植被指数(NDVI)、归一化建筑指数(NDBI)、改进归一化水体指数(MNDWI)、裸土指数(SI)和归一化水汽指数(NDMI)5种遥感指数,结合数字高程模型(DEM)、坡度和夜间灯光等9种影响因子,基于地理探测器模型对石河子市LST空间分异性进行探测,最后采用协调性模型分析城镇发展与LST变化的协调程度。结果表明:(1)研究区建设用地逐年向四周扩张,在15 a间,其面积由83.42 km²扩张至164.05 km²,增长迅速;林地面积缓慢上升,而耕地、草地和水域面积则逐年下降。LST空间分布受土地利用类型影响剧烈,极高温、高温和中温区面积随城市扩张而上升,2006、2011、2017和2021年冷岛指数分别为0.53、0.47、0.39和0.35,冷岛强度自2017年下降速度达到最大,2021年下降速度减缓。(2)空间自相关分析结果表明,LST呈显著空间正相关关系。(3)因子探测结果表明,NDBI的q值最大,表明城镇发展对LST具有较强影响力;而交互探测结果表明,双因子交互对LST的影响大于单因子,其中,DEM ∩ NDMI和DEM ∩ NDBI对LST的解释力最大。(4)在城镇发展初期,LST变化超前于城镇发展,但在城镇发展后期,LST与城镇发展受到一定局限,LST变化滞后于城镇发展。

为探索泥炭沼泽生态系统服务功能价值,以福建天宝岩国家级自然保护区水竹(Phyllostachys heteroclada)沼泽、垂穗石松(Palhinhaea cernua)沼泽、灯芯草(Juncus effusus)沼泽和泥炭藓(Sphagnum magellanicum)沼泽4种典型泥炭沼泽生态系统为研究对象,应用能值理论,构建了泥炭沼泽生态系统服务价值评价体系,评估天宝岩不同类型泥炭沼泽生态系统服务价值。结果表明:(1)泥炭沼泽生态系统服务总能值为1.01×10¹⁹ sej·a^-1,宏观经济价值约为9.99×10⁶元·a^-1,其中直接服务能值为5.45×10¹⁷ sej·a^-1,经济价值为5.36×10⁵元·a^-1;间接服务能值为2.73×10¹⁸ sej·a^-1,经济价值为2.69×10⁶元·a^-1;存在服务能值为6.86×10¹⁸ sej·a^-1,经济价值为6.76×10⁶元·a^-1;(2)单位面积泥炭沼泽生态系统服务价值大小顺序为泥炭藓沼泽＞灯芯草沼泽＞垂穗石松沼泽＞水竹沼泽;(3)各项服务功能价值大小顺序为文化科研(60.28%)＞净化水质(27.03%)＞维持生物多样性(6.65%)＞增加生物量(4.27%)＞增加NPP(0.81%)＞涵养水源(0.74%)＞储蓄泥炭(0.39%)＞固碳释氧(0.16%)。研究结果可为泥炭沼泽湿地生态补偿与差异化保护提供理论支撑。

化肥过量施用已成为中国农业生产中较普遍现象,且小农家庭经营仍是中国当前乃至今后相当长时期内农业经营的主要形式,因此,探究小农户化肥过量施用行为内在机理,是中国农业实现化肥减量增效政策调控的焦点。基于湖北东南地区775份水稻种植户调查数据,采用有序Logit模型分析耕地细碎化和劳动力老龄化对水稻化肥施用强度的影响。结果表明:(1)耕地细碎化和劳动力老龄化对化肥施用强度呈显著正向影响,且耕地细碎化对化肥施用强度的正向影响远大于劳动力老龄化;(2)耕地细碎化和劳动力老龄化对化肥施用强度的影响受地貌类型制约,其中,耕地细碎化对低山丘陵区化肥施用强度的正向影响远大于岗地平原区,而劳动力老龄化对低山丘陵区化肥施用强度的正向影响略大于岗地平原区;(3)耕地质量等级和水稻种植规模对化肥施用强度呈显著负向影响,而稻谷商品化率对化肥施用强度呈显著正向影响。

果实类型的地理分布模式在很大程度上取决于其最适生长期所处的环境条件。基于沿海拔梯度样地调查结果,分析武夷山国家公园范围内沿海拔梯度被子植物果实类型的组成及变化规律。结果表明:(1)武夷山国家公园植物干果比例为43.41%,肉果比例为56.59%;13种果实类型中核果比例最高,占总数的31.18%,其后依次为蒴果和浆果,占比分别为22.30%和15.35%;这些特征与武夷山国家公园所处的中亚热带季风湿润气候区相适应。(2)乔木植物中干果比例为38.97%,肉果比例为61.03%;灌木植物中干果比例为29.51%,肉果比例为70.49%;草本植物中干果比例为91.67%,肉果比例为8.33%;藤本植物中干果比例为30.77%,肉果比例为69.23%。(3)随着海拔的升高,武夷山国家公园植物群落果实类型中干果比例逐渐上升,而肉果比例逐渐下降。海拔为800~1 700 m时,样地内优势果实均为核果、蒴果和浆果,当海拔升到1 800 m时,样地内植物优势果实为核果、蒴果和坚果,浆果类型比例降低,甚至消失;当海拔升到1 900 m时,样地内植物优势果实为核果、瘦果和蒴果;当海拔为2 000~2 100 m时,样地内植物优势果实为瘦果、蒴果和颖果,浆果和核果类型减少,甚至消失。(4)核果和蒴果在14个样地均有出现,核果比例整体呈现随海拔升高而降低的趋势,而蒴果比例与海拔梯度没有呈现明显变化规律。研究结果对了解武夷山果实类型分布格局与当地气候的关系以及陆地生态系统对自然环境变化的适应性演化具有一定意义。

筛选光合细菌并探究其对沉水植物的促生效应,以期为促进沉水植物生长提供一种新思路和微生物资源。从江苏长荡湖水样中筛选光合细菌,采用水培试验,研究接种光合细菌和促生细菌Sphingomonas sanguinis YJ11对两种沉水植物(苦草和大苦草)的生长和根活力以及抗氧化酶活性等的影响,比较2种细菌对沉水植物的促生效应。筛选到一株产吲哚-3-乙酸(IAA)、产生物膜并具有溶磷能力的光合细菌N1,经16S rDNA序列分析归属于沼泽红假单胞菌属(Rhodopseudomonas palustris)。结果表明,接种菌株N1和YJ11均促进了两种苦草的生长,且N1的促生效果好于YJ11。菌株N1处理组苦草和大苦草株高、根长、鲜重和干重比对照显著增加15.4%~58.8%,根活力、叶绿素含量显著增加28.4%~47.5%;且两种苦草抗氧化酶活性都显著升高,根系更粗壮健康,根表生物膜明显。光合细菌N1能够更好地促进沉水植物的生长,提高其根活力、抗氧化酶活性和根表生物膜形成,可为微生物促进沉水植物的生长提供理论依据和生物资源。

云南省文山市位于西双版纳生物多样性保护优先区域,拥有丰富的生物多样性。文山市内的"滇南第一高峰"薄竹山座落于文山国家级自然保护区老君山片区,是研究物种垂直分布的理想场所。为探明文山市保护区(老君山片区)内外鸟类多样性差异和老君山片区鸟类季节性垂直分布特征,于2019年7月至2020年4月,对云南省文山市繁殖季和非繁殖季鸟类进行调查。在保护区内依据300 m的海拔跨度布设18条样线,在保护区外依据10 km×10 km网格布设41条样线。研究发现:(1)文山市共调查记录鸟类16目51科199种,其中,国家Ⅱ级重点保护鸟类24种。保护区外调查到鸟类16目47科147种,保护区内调查到鸟类12目45科149种。(2)在繁殖季,保护区内Pielou均匀度指数高于保护区外(P=0.028, Z=-2.191);在非繁殖季,保护区外物种数(P=0.002, Z=-3.165)和Shannon-Wiener多样性指数(P=0.005, Z=-2.776)显著高于保护区内。非度量多维尺度方法(NMDS)和多元方差分析(PerMANOVA)结果表明保护区内外鸟类群落存在显著差异。(3)保护区内(老君山片区)繁殖季和非繁殖季鸟类丰富度峰值均出现在1 700~2 000 m海拔带,在非繁殖季老君山鸟类呈现明显的分布下移。研究结果表明,保护区面积仅占文山市面积的7.71％,鸟类丰富度占74.87％,对文山市鸟类物种维持具有重要作用,其中,1 700~2 000 m海拔带是鸟类保护的重点范围;在保护区外的湿地鸟类和其他重点鸟类也值得关注和保护。

可溶性有机质(DOM)与土壤胶体颗粒相互作用将控制着紫色土胶体颗粒的凝聚过程,对三峡库区水土保持具有重要影响。以三峡库区3种紫色土胶体为研究对象,采用zeta电位仪和光散射技术研究不同浓度DOM对土壤胶体表面zeta电位和胶体颗粒凝聚过程的影响。结果表明:(1)随着DOM浓度的升高,3种紫色土都表现出从慢速凝聚(线性增长)转化为快速凝聚(幂函数增长);3种紫色土总体平均凝聚速率(TAA)存在明显差异,中性、石灰性和酸性紫色土临界聚沉浓度(CCC)分别为4.74、2.72和1.77 mg·L^-1,中性紫色土CCC分别是石灰性、酸性紫色土的1.74、2.68倍。(2)随着DOM浓度的升高,中性、石灰性和酸性紫色土胶体zeta电位分别从-20.08、-18.89和-16.44 mV降至-10.60、-6.86和-5.62 mV,3种紫色土胶体zeta电位(绝对值)减小,颗粒间静电排斥势能降低,同时,3种紫色土胶体zeta电位随DOM浓度变化存在一个临界值,分别为5.0、2.5和1.7 mg·L^-1,此与CCC值大小排序一致;在相同DOM浓度下,中性紫色土胶体zeta电位(绝对值)最大,其次是石灰性紫色土,酸性紫色土最小。(3)随着DOM浓度的升高,3种紫色土胶体颗粒间相互作用活化能均不断降低,特别是在较低浓度范围内,活化能下降更加显著,在相同DOM浓度条件下表现为中性紫色土＞石灰性紫色土＞酸性紫色土。DOM浓度的变化引起紫色土胶体颗粒zeta电位、活化能和CCC值发生改变,进而影响紫色土胶体颗粒的凝聚过程。

采用大田小区的试验方式,通过分析常规施肥+秸秆还田(CK)和常规施肥+秸秆还田+秸秆促腐菌剂(IT)两个处理土壤团聚体、理化性质和酶活性以及phoD微生物群落结构和多样性,研究稻麦轮作秸秆还田条件下秸秆促腐菌剂配施对土壤养分变化特征及解磷菌微生物多样性的影响。结果表明,促腐菌剂处理秸秆腐解率显著提升42.1%,土壤团聚体水稳定性显著增加,土壤平均重量直径(MWD)显著提升46.7%,大团聚体数量(R_0.25)和几何平均直径(GMD)分别增加62.5%和22.2%,但无显著差异。促腐菌处理土壤有机质、速效氮和速效磷含量以及土壤碱性磷酸酶活性分别提高11.8%、59.8%、62.6%和33.8%,但土壤pH、EC以及腐殖酸、全量氮磷钾和速效钾含量等无显著差异。促腐菌处理小麦产量增加不显著,而籽粒全磷含量较CK显著提升28.1%。基于phoD基因的微生物群落对比分析,IT处理显著增加了phoD微生物群落物种数量,同时显著改变phoD微生物群落结构,但两个处理phoD微生物群落多样性指数无显著差异。冗余分析(RDA)结果显示,phoD微生物群落结构与pH、速效氮和MWD均呈显著相关。添加秸秆促腐菌剂有助于改善土壤结构,增加土壤有效磷含量和优化土壤phoD微生物群落结构,从而有效改善农田土壤磷养分的供应效率。

以浙江省建德市葛塘村水田、旱地、茶园和果园土壤为研究对象,分析不同土地利用方式土壤养分指标及重金属含量,评估其土壤综合肥力指数和重金属污染风险,为当地有机农业生产与农村生态环境保护示范村建设提供参考依据。结果表明:研究区土壤pH呈微酸性,土壤有机质、全氮、速效氮和有效磷含量处于中等或较丰富水平,而速效钾含量则处于缺乏水平。土地利用方式对土壤肥力产生显著影响。茶园土壤pH显著低于其他土地利用方式土壤;旱地土壤有机质和全氮含量处于较缺乏水平,显著低于其他土地利用方式土壤;果园土壤有效磷和速效钾含量显著高于其他土地利用方式土壤。研究区果园土壤综合肥力指数为0.55,显著高于其他3种土地利用方式,水田次之,处于中等水平,茶园和旱地则均处于差水平。不同土地利用方式土壤速效钾含量均是土壤肥力的主要限制因子。研究区土壤重金属含量均低于农用地土壤污染风险筛选值,处于未污染状态。

在工农业生产过程中,由不合理排放的重金属和残留的农药所形成的复合污染在水体及其沉积物中普遍存在。为探讨香根草(Vetiveria zizanioides)对镉-扑草净复合污染水体的修复潜力,采用温室水培模拟试验,研究香根草对水体中Cd(初始质量浓度为0.5 mg·L^-1)、扑草净(初始质量浓度为1 mg·L^-1)单一或复合污染物的吸收积累和去除特征。结果表明,随着培养时间的延长,种植香根草组水体Cd²⁺和扑草净质量浓度均显著低于未种植香根草(对照)组(P<0.05)。经过30 d的培养,单一Cd和扑草净污染处理水体Cd²⁺和扑草净实际去除率(R₀)分别显著高于Cd-扑草净复合污染处理(P<0.05)。与对照相比,种植香根草使单一扑草净污染和Cd-扑草净复合污染处理水体扑草净半衰期(t_1/2)和去除99%扑草净所需时间(t_0.99)均显著缩短(P<0.05)。扑草净半衰期、去除99%扑草净所需时间和扑草净在水体中的降解速率均表现为种植香根草组显著优于未种植香根草组(P<0.05),单一扑草净污染处理显著高于复合污染处理(P<0.05)。培养期间,香根草对水体中Cd²⁺的吸收主要富集在根系,根系Cd²⁺含量显著高于茎叶(P<0.05),两者转移系数均小于1。单一扑草净污染处理扑草净在香根草内最大转移系数为1.90,而Cd-扑草净复合污染处理转移系数均小于1。香根草能够同时去除水体中Cd和扑草净,且对单一污染的去除效果优于复合污染,说明香根草能用来修复重金属、农药单一/复合污染水体,为筛选人工湿地植物修复重金属、农药单一/复合污染理想植物提供基础理论依据。

为探究生物炭对人工湿地处理生活污水的强化作用,同时解决污泥的资源化再利用问题,以沸石和污泥生物炭为基质构建上行垂直流人工湿地系统,以沸石基人工湿地A为对照组,并设置2组不同生物炭投加量的湿地B和C〔顶层填料V(生物炭)∶V(沸石)分别为1∶2和1∶1〕。探究了污泥生物炭及其投加量对人工湿地脱氮除磷的强化效果,以及水力停留时间(HRT)对污染物去除效果的影响,并结合静态吸附试验和表征数据分析污泥生物炭对TP的吸附特性和机理。结果表明:污泥生物炭的添加显著提高了污染物的去除效果,与湿地A相比,湿地C对COD、TN、NH₄⁺-N及TP的去除效果更好,去除率分别提高7.56、15.99、11.97和40.77个百分点;较长的HRT更有利于污染物的去除,当HRT为3 d时,湿地对污染物的去除效果更好;污泥生物炭对TP的吸附动力学符合准二级动力学方程,吸附等温线符合Langmuir模型,其对TP的最大吸附量达1.42 mg·g^-1;吸附机理主要包括物理吸附、官能团络合及矿物质沉淀作用。研究表明,污泥生物炭的吸附量大且成本低,将其作为新型湿地填料具有良好的应用价值,对解决水污染问题也具有借鉴意义。

为提升生物炭在Pb、Cd复合污染土壤中的钝化修复能力,以稻秆为原料制备生物炭(BC),采用二氧化锰/氨基联合改性的方式得到改性生物炭(MNBC),对采用MNBC钝化修复后的土壤基本理化性质以及重金属有效态和形态进行分析,并深入分析生物炭对重金属的钝化作用机制。结果表明,MNBC的添加能有效提高土壤pH、EC和有机质含量,且提高效果随生物炭施加量的增加而增加。二氧化锰/氨基改性显著提升生物炭的钝化性能,且生物炭对Pb的钝化效率大于Cd,施加0.6%的MNBC可使土壤中有效态Pb和Cd含量分别降低67.2%和47.6%,降幅分别为BC的2.64和3.63倍。MNBC能有效改变重金属化学形态,使土壤中酸溶态Pb和Cd含量分别减少10.0%和18.0%,而残渣态Pb和Cd含量分别增加12.6%和9.1%。研究结果表明MNBC是一种高效的土壤重金属钝化材料。