农村能源可持续建设是优化农村现有能耗结构、实施联合空气污染防治、实现碳减排目标的重要组成部分。基于课题组入户调查数据,采用Probit回归分析法与Tobit回归模型分析农户生计资本对其组合能源消费选择的影响。结果表明:人力资本显著促进商品能源和清洁能源的消费量;自然资本与非商品能源和常规能源的消费量呈显著正相关,与新能源和清洁能源的消费量则相反;物质资本与商品能源的消费量呈显著正相关,与常规能源的消费量则相反。生计资本对农户组合能源消费选择有显著影响,农户人力资本的优化、物质资本及金融资本的积累使得农户更易形成清洁低碳的组合能源消费习惯。合理引导生计资本转型对农村生活能源消费向清洁化、低碳化转型具有重要意义。应结合当前农村生计状况,通过优化生计资本存量提高农村生活用能保障水平,在加大农村节能意识宣传的同时健全相关配套设施,提高农户环保意愿,以加快农村能源消费的绿色低碳进程。

为了探究土地利用与碳储量的关系,提升区域固碳能力,以大都市郊区武汉市黄陂区为研究对象,采用Markov-FLUS耦合模型模拟自然发展情景、经济优先发展情景和综合发展情景下的土地利用变化,并运用InVEST模型定量研究不同情景下土地利用变化对碳储量的影响。结果发现:2000-2020年黄陂区耕地和林地分别减少63.916和3.549 km²,建设用地和水域分别增加63.826和5.406 km²。区域土地利用变化剧烈,转移地类面积为76.041 km²,其中耕地转出面积达64.486 km²。2000-2020年黄陂区碳储量减少4.27 Tg,尤其是2010-2015年减少量最多,但整体上生态底色良好,地均碳密度较高。3种情景下耕地转向建设用地依然是区域碳储量减少的最主要原因,但综合发展情景下减少量最小。1 km×1 km尺度下土地利用强度与碳储量的莫兰指数呈现显著负相关关系,而局部自相关分析表明综合发展情景下两者协同发展的栅格占比最多。据此提出大都市郊区在未来开发建设过程中要坚守生态安全底线,减缓碳储量的快速流失,走高质量发展之路。

认识生态系统服务供需匹配的城乡梯度特征是统筹推进城乡生态建设的前提,对城乡居民福祉的提升具有重要意义。以南昌市主城区为例,采用生态系统服务供需相对指数评估供需的空间特征,应用自然间断点分级法对供需状态进行分级,对供需等级叠加生成供需匹配类型,并结合景观结构分析与空间区位识别城乡梯度类别。结果表明:研究区生态系统服务高需求与中需求区域主要位于城市,高供给与中供给区域主要位于乡村。供需匹配类型共有6种,每种类型的景观结构与空间区位不同。研究区城乡梯度类别有6种,分别为城市的内圈、中圈、近郊以及乡村的农业、半生态、生态村,近郊有4种生态系统服务供需匹配类型,乡村端有3种供需匹配类型。生态系统服务供需匹配的城乡梯度受距离梯度与景观梯度的双重作用,空间结构呈现为圈层状。总体上从城市往乡村端需求逐渐减少,供给逐渐增加。研究面向各梯度提出了差异化的调控策略,基于梯度合作视角提出了促进城乡供需互补与流动的生态一体化路径。研究结果可为城乡生态系统服务管理和区域融合发展提供有益的参考。

高强度煤炭开发在促进资源型城市经济快速发展的同时,又对区域生态系统服务造成严重的破坏,在此背景下探究煤炭开发强度与生态系统服务的耦合关系及其驱动机制,对我国煤炭资源型城市经济与生态环境协调发展具有重要意义。以典型煤炭资源城市--淮南市为例,在构建煤炭开发强度与生态系统服务指标体系基础上,采用容量耦合模型和灰色关联模型揭示了2005-2018年淮南市煤炭开发强度与生态系统服务耦合度的时序变化规律及主要驱动因素。结果表明:淮南市煤炭开发强度由中强度开发水平逐步过渡到低强度开发水平,生态系统服务呈"L"型下降趋势,两者耦合度于2005-2010年间不断升高,但于2011年之后呈下降趋势。采煤土地塌陷面积占比、食物生产服务是淮南市煤炭开发强度与生态系统服务耦合关系的主要内部驱动因素,其与耦合度的关联度分别为0.728 4、0.583 1。环境治理水平、煤炭产业依赖是耦合关系的主要外部驱动因素,其与耦合度的关联度分别为0.949 2、0.848 3,其余驱动因素按影响程度从强到弱排序依次为生态环境质量>煤炭产业经济效益>煤炭产业效率>环境治理投入。该研究可为资源型城市煤炭开发强度与生态系统服务协调发展提供科学依据。

入湖河流沉积物营养盐的释放制约了河流与太湖水环境的改善。因目前对太湖岛上入湖河流沉积物氮、磷特征及其对水质的响应研究较少,笔者于2020年10月采集西山岛15个代表点位的沉积物样品并测定了其氮、磷含量,进行沉积物对不同初始浓度氨氮(NH₄⁺-N)、磷酸盐(PO₄^3--P)的吸附-解吸模拟实验;研究各点位沉积物对水质的响应, 确定了需水质管控与沉积物疏浚的点位。结果表明,西山岛河流沉积物总氮、总磷平均含量分别为8.97和2.90 g·kg^-1;沉积物活性氮、磷平均含量分别为3.77 和1.29 g·kg^-1,存在较高的氮、磷释放风险。根据模拟实验结果,7个点位的沉积物NH₄⁺-N和9个点位的沉积物PO₄^3--P处于解吸状态,磷的解吸现象更为严重。通过研究入湖河流沉积物对太湖水环境的影响发现,为维持太湖水环境的稳定,点位CZ1、CZ5在原位水质下仅需进行外源管控,点位CZ4的沉积物需进行疏浚或原位覆盖,其他点位需进行水质改善与沉积物疏浚的综合整治。

永清县是京津冀地区最大的无公害蔬菜种植基地,主要灌溉用水和部分生活用水取自地下水。为全面掌握永清县地下水重金属含量特征、空间分布模式、污染来源及可能引起的健康风险,在全县范围内系统采集370件地下水样品,并对Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Hg和As共7种重金属元素进行了分析测试。根据分析结果,研究区部分地下水样品中Pb、Cd、Ni和As浓度超出Ⅲ类水质标准限值(GB/T 14848-2017),部分样品Pb、Cd和Ni浓度高于农田灌溉水质标准限值(GB 5084-2021),超标点位主要位于研究区中部和南部。根据主成分分析结果,研究区地下水中As和Cd主要与农业生产有关,Cu、Zn、Ni和Pb主要来自交通运输和农业生产,Hg主要受自然背景影响。致癌重金属(Cd和As)引起的健康风险高于非致癌重金属(Cu、Pb、Zn、Ni和Hg),Cd和As是引起健康风险的主要重金属元素,在健康风险总值中所占比例分别为79.24%和20.66%。地下水重金属元素健康风险高值区主要集中于研究区东南部,部分采样点位的健康风险值超过了最大可接受水平,因此应合理规划研究区地下水安全利用,并采取有效措施降低地下水中重金属引起的健康风险。

为揭示湖泊底泥资源化利用在生态修复领域的效果,以呼伦湖底泥作为主要基质,通过添加牛粪、羊粪、秸秆制作植物种植基用于草原牧草恢复。试验设置7个处理,从牧草发芽率和成活率、株高、平均根长等物理性状,以及牧草与种植基的有机质、养分含量和酸碱度等化学性状方面,探究不同原料配比下种植基对草原牧草生长发育的影响。结果显示,TN3(底泥、牛粪、秸秆体积比为2∶3.25∶2)与TY6(底泥、羊粪、秸秆体积比为2∶3.25∶2)处理牧草生长状况最好,且冰草生长状况优于羊草;TN3与TY6处理的冰草发芽率分别为73.00%和72.00%,羊草发芽率分别为19.00%和28.00%;对于牧草其他物理性状指标以及牧草与种植基化学性状指标,TN3与TY6处理均高于其余处理,表明底泥与秸秆含量越高,牧草生长状况越好,且TY6优于TN3,即相同配比下添加羊粪的种植基更有利于牧草生长。研究结果可为呼伦湖底泥资源化利用以及沙化草地治理提供技术支撑。

神农架国家公园体制试点区(以下简称"神农架国家公园")位于我国华中区域,是亚洲黑熊(Ursus thibetanus)的重要分布区域。目前,缺乏该物种在神农架林区的活动节律研究,无法支撑神农架国家公园制定该物种针对性的保护方案。研究收集了2018-2020年神农架国家公园772台次红外相机位点监测数据,累计62 575个相机工作日,利用其中亚洲黑熊的影像数据分析其活动节律,并采用卡方检验和单因素方差分析法分析亚洲黑熊对不同海拔段的利用强度及不同季节的垂直迁移行为。结果表明:(1)神农架国家公园亚洲黑熊年活动节律为单峰型,夏季和秋季的活动强度较高,冬眠期为12月下旬至次年4月中旬,持续时间约为3个半月。(2)神农架林区亚洲黑熊日活动节律为晨昏活动模式,日间活动强度更高,具有明显的昼行性。(3)在海拔梯度上,亚洲黑熊在神龙架>1 000~2 600 m海拔段最为活跃。(4)不同季节亚洲黑熊活动的海拔范围差异明显,具有垂直迁移行为。(5)在神农架林区亚洲黑熊拍摄率最低的>1 600~1 800 m海拔段内,公路长度和居民点数量分别居第2和第1,说明人为活动对亚洲黑熊活动产生较大影响。神农架国家公园亚洲黑熊的活动节律研究具有重要价值,可为神农架国家公园制定亚洲黑熊种群的保护管理方案以及缓解人熊冲突提供重要的基础数据和科学支撑。

2016-2018年对曹娥江干流以及主要支流的9个采样点进行鱼类调查,构建曹娥江鱼类生物完整性指数(F-IBI)体系,评价曹娥江流域水生态系统的健康状况。共采集到鱼类标本17 116尾,分属12目25科69属107种。从种类组成与丰度、营养结构、环境耐受性、繁殖共位群、鱼类数量与健康状况5个属性的23个候选指标中筛选出鲤形目鱼类种类数(M3)、中下层鱼类物种数占比(M9)、敏感性鱼类个体数占比(M15)、借助贝类产卵鱼类物种数占比(M19)4个指标作为计算曹娥江流域F-IBI的核心指标,建立具有诊断意义的鱼类生物完整性评分标准,并对曹娥江流域9个采样点的鱼类生物完整性状况进行了评价。结果表明,曹娥江流域不同采样点中干流的健康状况等级为"极差~差"到"一般",支流为"一般"到"好"。水质污染、水利设施阻挡和过度捕捞是造成曹娥江干流水生态系统健康水平较低的重要因素,而水利设施则可能是造成支流长诏健康水平较低的重要因素。

高铁酸钾作为水质改良剂,在水产行业中已经被广泛使用,但高铁酸钾使用的安全性与淡水水产养殖生物基准值一直不明确。利用物种敏感度分布法(species sensitivity distribution, SSD)来推导高铁酸钾淡水水产养殖生物基准值,评价高铁酸钾对淡水水产养殖生物的生态风险,通过急性毒性试验法获取高铁酸钾对14种淡水水生生物的急性毒性值;选取6种拟合模型来拟合毒性数据,通过比较回归系数和残差平方和来确定拟合优度最佳的模型;推导高铁酸钾对不同类生物的5%危害浓度HC₅阈值(hazardous concentration for 5% the species)以及高铁酸钾淡水水产养殖生物及淡水水生生物基准值;结合SSD模型计算高铁酸钾对淡水水产养殖生物的潜在影响比例(potentially affected fraction, PAF)。结果显示,Sigmoid模型拟合优度最佳,高铁酸钾对全部淡水水生生物的安全基准值为6.82 mg·L^-1,对水产养殖生物的安全基准值为9.53 mg·L^-1;日常水产养殖高铁酸钾使用的浓度值所对应PAF值为0,生态风险低。研究结果可为高铁酸钾淡水水产养殖生物基准值制定以及安全使用提供科学依据以及理论指导。

采用紫外/可见光光谱和荧光光谱技术,研究盐城沿海的大米草(Spartina anglica)、碱蓬(Suaeda glauca)、芦苇(Phragmites australis)和刺槐(Robinia pseudoacacia)4种典型湿地类型土壤溶解性有机质(DOM)的光谱特征。结果表明,刺槐湿地土壤DOM的芳香性指数(SUVA₂₅₄)显著高于其他湿地;除碱蓬外,其他湿地表层土壤DOM的SUVA₂₅₄值显著高于深层土壤(P<0.05)。土壤DOM的荧光效率(FE)在土层间的差异明显,FE值随土壤深度增加而增加,且与SUVA₂₅₄值呈显著负相关关系(P<0.05);>25~40 cm土层芦苇湿地土壤DOM的FE值显著高于其他湿地类型(P<0.05)。不同湿地类型土壤DOM的荧光指数(FI)值均＜1.40,DOM陆源输入占主导作用。4种湿地类型中,大米草湿地土壤DOM的同步荧光腐殖化指数(HIX_syn)较高,刺槐湿地土壤DOM的HIX_syn在土层间表现出显著差异性。相关性分析表明,土壤有机碳和溶解性有机碳含量、C/N比与土壤DOM的SUVA₂₅₄值具有显著正相关关系。2种光谱技术综合分析结果显示,刺槐和大米草湿地表层土壤DOM的芳香性和腐殖化程度更高,表明其含有更多结构复杂的化合物。

为探索叶面喷施锌(Zn)、硅(Si)阻控剂对减少轻污染土壤中莴笋Cd累积的效应,对Cd在莴笋各器官的积累、亚细胞的分布以及形态变化等开展了研究。结果表明,叶面喷施Zn、Si后,可食部位Cd含量可降低10.51%~45.09%,喷施Zn阻控剂和60 mmol·L^-1 Si阻控剂的处理莴笋可食部位Cd含量均低于GB 2762-2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》;阻控剂施用浓度是影响莴笋Cd累积的主要因素,高浓度阻控剂降Cd效果优于低浓度;叶面喷施处理促进Cd由活性态向非活性态转化,莴笋各器官的氯化钠提取态Cd占比显著增加,根、茎、叶活性态Cd含量占比分别降低75.83%、60.38%、80.03%;叶面喷施均显著减少根部细胞器Cd的分配比例,茎、叶部细胞器Cd分配比例降幅达30%以上。叶面喷施Zn、Si降低了重金属Cd在莴笋根部的活性,进而阻控Cd在莴笋可食部位的积累。

氨氮高效吸附材料的研制及酸性氨氮尾水的处理对离子型稀土矿区生态环境建设具有重要的意义。通过浸渍法制备钠化改性沸石(NZ-NaCl),研究不同改性条件对其吸附氨氮的影响,并借助比表面积分析测试仪(BET)、扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)、X射线荧光光谱分析仪(XRF)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)等对改性前后的沸石进行结构表征。结果表明,NaCl改性可促进天然斜发沸石对氨氮的吸附性能,1 mol·L^-1 NaCl溶液在常温下、固液比(m∶V)为1∶5改性5 min时制备的NZ-NaCl材料对氨氮的平衡吸附容量达到11.12 mg·g^-1,是天然沸石的2.62倍,在实际稀土矿区废水应用中,NZ-NaCl投加量为0.02 g·mL^-1时对氨氮、稀土元素、Pb和Cd的去除率分别为100%、96.2%、99.8%和47.0%,显著高于天然沸石。NaCl改性增加了沸石比表面积,裸露内部的片层结构和孔道,出现类纳米纤维的柱状体;同时Na置换了沸石空穴中其他阳离子的吸附位点,降低了沸石吸附氨氮的空间位阻,加快了内扩散,释放了更多NH₄⁺的吸附位点,进而提高NZ-NaCl对氨氮的吸附和交换性能。此外,在吸附去除氨氮过程中NZ-NaCl比天然沸石有更多的结合形态。研究结果对进一步研发高性能沸石吸附材料,改进稀土矿区酸性氨氮废水治理技术具有重要参考价值。

为从污染土壤中吸附移除重金属镉(Cd),将共沉淀法合成的磁性纳米羟基磷灰石(nHAP@Fe₃O₄)分别按0、0.1%、0.5%、1.0%、3.0%比例添加至土壤中,在修复21、30、45 d时,磁分离nHAP@Fe₃O₄与土壤,考察nHAP@Fe₃O₄对土壤Cd的去除、材料的回收效果及修复后土壤理化性质的变化。结果表明,w(Cd)为 2.510 mg·kg^-1的重污染稻田土壤中添加1.0% nHAP@Fe₃O₄,修复21 d时土壤Cd去除和材料回收效果最好,Cd平均去除率和材料回收率分别为16.45%和85.33%;nHAP@Fe₃O₄能明显降低土壤Cd的可交换态,促使其向较稳定的形态转化;经nHAP@Fe₃O₄修复后的土壤pH值升高,CEC有所降低,土壤颗粒间孔隙增大。利用磁性将nHAP@Fe₃O₄及其吸附的Cd从土壤中分离出来,以此实现对土壤Cd的吸附-移除。该方法对土壤理化性质影响较小,适宜修复重度污染程度的农田土壤。

通过研究不同土地利用类型土壤碱性磷酸酶基因细菌多样性和群落结构,为离子型稀土矿区解磷细菌多样性丧失的影响机制提供参考。以矿区内弃耕地(尾水浇灌)为对照,采集矿区农田(部分尾水浇灌)以及泉水浇灌的蔬菜地、油茶地、脐橙地土壤样品,采用高通量测序技术分析phoD基因细菌群落特征,测定土壤理化性质,探究矿区土壤酸化及phoD基因细菌响应。结果表明,不同土地利用类型土壤pH值存在明显差异,尾水灌溉加剧了土壤的酸化程度,phoD基因细菌操作性分类单元(OTUs)、Shannon指数排序为蔬菜地>油茶地>脐橙地>农田>弃耕地。不同土地类型土壤phoD基因细菌群落结构存在明显差异,优势门为变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)和酸酐菌门(Acidobacteria)。弃耕地与农田土壤主导phoD基因细菌属分别为慢生根瘤菌(Bradyrhizobium,64.7%)和假单胞菌属(Pseudomonas,47.7%),且其土壤中Gemmata、Stella、未分类Planctomycetes、Rhodoplanes等菌属丰度均显著低于其他用地(P<0.05),pH值、有效磷含量与这些菌属丰度呈正相关。主成分分析显示,弃耕地与农田土壤phoD基因细菌群落较为类似,pH值、有效磷和硝态氮含量是影响不同土地利用类型phoD基因细菌群落结构的主要因子(P<0.05)。土壤有效磷含量与phoD基因细菌丰度呈显著正相关(P<0.05),尾水灌溉通过影响土壤中pH值、有效磷含量等理化性质进而影响phoD基因细菌群落结构及多样性。

溶解性有机质(DOM)在全球碳循环及污染物的迁移转化过程中起着重要作用,而光谱特征能快速识别DOM的主要来源和重要特征。研究针对几种原料(苹果枝、橘子枝、花生壳、水稻秸秆、玉米秸秆)在同一热解温度下制备的生物炭,采用紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱和傅里叶变换红外光谱相结合的方法对其释放的DOM光谱特征进行了研究。结果表明:秸秆类生物炭的溶解性有机碳(DOC)含量显著高于其他3种生物炭;紫外-可见光谱分析表明,5种生物炭DOM的芳香性组分含量均较少,腐殖化程度较低,亲水性组分占主导;三维荧光光谱分析表明,秸秆类生物炭DOM的荧光组分物质含量高于木质类和壳类,且各荧光组分含量占比中可溶性微生物降解产物和类胡敏酸比例最高;傅里叶变化红外光谱表明,5种生物炭DOM光谱特征相似,含有丰富的有机官能团(如羧基、酚羟基等)或半醌自由基等。