把握生态系统服务价值(ESV)动态变化特征,厘清其主导因素的演变趋势,对于区域生态建设意义重大。基于2005、2010、2015和2019年的遥感解译数据,结合当量因子法和空间统计工具,分析了湖北省ESV的动态变化特征,利用随机森林模型识别ESV的主导因素,并运用时空地理加权回归(GTWR)模型对其主导因素的驱动作用进行探究。结果显示,(1)2005—2019年湖北省ESV整体减少124.31×108元,但是下降率由2005—2010年的1.14%缩减至2015—2019年的0.57%。历年ESV呈现“四周高中间低”的分布特征,研究期间有83.4%区域的ESV处于上下轻微波动的状态,空间分布较为稳定。(2)随机森林排序结果显示,社会经济因素对ESV的重要程度更高,自然因素次之。重要性排名前六位的分别是人类活动(60.16%)、净初级生产力(50.66%)、年降雨量(46.85%)、地区生产总值密度(34.00%)、人口密度(29.53%)和建设用地占比(29.36%),地形因素及年均温度排名相对较低。ESV主导因素重要性变化结果表明,研究时段内,除人类活动和降水等因素的重要性呈现下降趋势外,其他因素的重要性均有不同程度的上升。(3)不同区域ESV主导因素的作用强度和波动方向各不相同。其中,人类活动对ESV的驱动作用最强,呈现全局负相关,在鄂西最为明显;净初级生产力的正向影响区域主要集中在恩施州东部、宜昌市西部以及十堰市西部;年降雨量的负向影响在江汉平原逐渐稳定;人口密度和GDP密度在三峡和丹江口库区的波动方向于2010年后呈相背离趋势;建设用地占比的波动方向呈现明显的西正东负。研究结果可为湖北省制定针对性的生态保护政策提供参考,同时为生态与经济协调可持续发展提供理论依据。
草地是面积最大的陆地生态系统,具有极其重要的生产和生态功能,但长期的过度利用和气候变化导致草地生态系统在全球范围内出现不同程度的退化。退化草地的自然恢复需要相当长的时间,人为的修复措施是加快草地恢复必不可少的手段。中国草地生态修复的研究已经进行了几十年,但一直以来对生态功能的重视程度不够,导致先退化—后治理—再退化—再治理的现象普遍,草地退化状况仍未得到全面改善。近年来,在强调生态优先、绿色发展的大背景下,中国对草地保护和生态修复的重视程度不断提高,退化草地生态修复是中国当前亟待解决的重大难题和艰巨任务。通过综述草地生态修复的研究进展以及主要的技术和政策措施,分析了国内外草地生态修复主要技术措施(免耕补播、合理放牧、人工草地建植、围栏封育、耕翻和施肥)的恢复效果、限制因素和存在的不足,旨在为退化草地生态修复提供理论参考。论文在以上分析的基础上提出中国草地生态系统修复未来的研究方向和发展建议:(1)建立健全现代草牧业体系和管理模式,从根本上解决草畜矛盾,是解决草地退化和生态修复问题的根本途径;(2)完善草地退化分类分级体系,进一步为生态修复提供理论依据;(3)加强乡土种质资源和土壤微生物的挖掘利用,为生态修复提供物质保障;(4)突破毒草化草地恢复的理论与技术瓶颈;(5)建立分区—分类—分级的生态修复理论技术体系和评价体系。草地生态修复是一项复杂的跨学科的系统工程,加强多领域协作是解决问题的关键。
森林土壤微生物决定了森林生态系统的能量流动和物质循环,研究其群落结构和影响因素对于维持生态系统稳定性和应对全球气候变化具有重要意义。磷脂脂肪酸(PLFAs)因其仅在活体微生物中存在的特性,可以作为生物标志物直观反映土壤中不同种类微生物群落的生物量和群落结构。以土壤微生物为对象,采用PLFA方法,分析了中国全部6种气候类型中天然森林土壤中微生物的群落结构、生物量和理化性质,并采用相关分析和冗余分析方法分析了影响微生物群落结构的主要因素。结果表明,6种气候类型中,土壤容重、土壤pH、土壤凋落物碳质量分数、土壤有机碳质量分数、土壤总氮质量分数、土壤碳氮比和土壤总磷质量分数存在显著差异。真菌群落生物量在6种气候类型中存在显著差异,随气候类型从寒带-温带-热带变化中呈现先升后降的趋势。暖温带土壤真菌与细菌比值最高(0.7),显著高于亚热带、热带土壤(0.4-0.5)。热带土壤和高原土壤的革兰氏阳性与阴性菌比显著高于其他气候类型(1.3-1.5),亚热带土壤最低(0.7)。气候(年均温、年降水量)和土壤理化性质(土壤pH、土壤容重、土壤总氮质量分数和土壤有机碳质量分数)与PLFAs质量分数所代表的土壤微生物生物量和群落结构呈现显著相关关系(P<0.01)。综上,在中国6种气候类型中,森林土壤中总PLFAs所代表的生物量差异不大,但土壤的理化性质和微生物群落结构差异显著。森林土壤微生物群落结构最主要影响因素是年均温、年降水量和土壤pH值。
水稻是中国及全球食物系统的重要组成部分,以食物系统视角研究其生命周期碳足迹对实现水稻食物系统低碳转型和绿色发展具有重要意义。该研究基于中国2018年22个水稻主产省份的统计数据,结合生命周期评估(LCA)法和国际水稻研究所(IRRI)开发的CF-Rice水稻碳足迹计算工具,计算并分析了中国水稻食物系统“从摇篮到销售”的碳足迹及其结构组成、地区差异和水稻类型差异。结果表明:1)以单位产量碳足迹进行比较(以CO2 eq计),晚籼稻 (2.31 kg?kg-1)>中籼稻 (1.32 kg?kg-1)>粳稻 (1.13 kg?kg-1)>早籼稻 (1.08 kg?kg-1);以单位面积碳足迹进行比较(以CO2 eq计),晚籼稻 (9.15×103 kg?hm-2)>中籼稻 (6.34×103 kg?hm-2)>粳稻 (5.56×103 kg?hm-2)>早籼稻 (4.16×103 kg?hm-2);2)稻田甲烷(CH4)是水稻食物系统碳足迹最主要的组成部分,占36.2%-71.5%,其次是施肥,占8.69%-20.0%,收获环节占8.41%-18.5%,产前环节占4.97%-12.1%,机械作业、仓储、加工、包装和运输环节虽占比较小(均<10%)但也不容忽视;3)早籼稻、中籼稻和晚籼稻没有表现出明显的空间分布规律,而粳稻呈现出自北向南碳足迹增加的趋势,具体表现为:除山东外,东北地区(黑龙江、吉林、辽宁)和华北地区(内蒙古、河北)的粳稻碳足迹低于华东地区(安徽、江苏、浙江)、华中地区(河南、湖北)和西南地区(云南);4)从温室气体的构成来看,CH4对水稻食物系统碳足迹的贡献率最高,达到20.1%-76.4%,其次为二氧化碳(CO2),贡献率为21.1%-72.3%,氧化亚氮(N2O)的贡献率最低,仅有1.76%-10.7%。水稻食物系统碳足迹的地区和类型差异主要与气候条件、种植管理措施和排放因子有关,因此,控制稻田CH4排放,优化水肥管理,减少能源消耗及粮食损失和浪费可有效降低水稻食物系统碳足迹。
近年来,微塑料作为一种新型污染物在水环境中的污染受到越来越多的关注,已经成为一个新兴的全球性环境问题。为了解珠三角河网水域常见野生鱼类中微塑料的污染特征,选取8种野生淡水鱼为研究对象,分析其鳃部和肠道中微塑料的丰度、粒径、形态、颜色和组成成分。结果表明,在所有鱼体中共检测出60个微塑料,平均每条鱼摄入了1.6个微塑料,鳃部的平均丰度为 (0.638±1.276) items∙g-1,肠道的平均丰度为 (0.256±0.326) items∙g-1,鳃部的平均丰度大于肠道的平均丰度。通过对鱼类微塑料的丰度与鱼的体长、体质量的相关性分析表明,鱼类微塑料的丰度与鱼的体长、体质量相关性较弱。本次实验检测出的微塑料粒径多大于100 μm,主要为碎片状,颜色主要为黑色和灰色,检测的聚合物类型主要为聚乙烯和聚丙烯。中上层鱼类摄入的微塑料大多为颗粒状,分析其来源可能为个人护理及化妆品内添加的塑料微珠,通过生活污水排入到环境中,从而被摄食。底层鱼类摄入的多为碎片状,分析其来源可能是固体废物,经过风化和光解沉入水底,从而被底层鱼类所摄食。泥鳅(Misgurnus anguillicaudatus)的平均微塑料摄入量最高,鳃和肠道中微塑料含量最高的鱼类均来自左滩采样点。上述研究结果有助于了解珠三角河网野生淡水鱼类群体的微塑料污染现状,可为水生态风险评估提供参考。
水稻生产是碳排放的主要来源,辽宁省是中国重要的优质水稻主产区,探明稻田减排固碳潜力对实现碳达峰碳中和具有重要意义。遵循《IPCC国家温室气体清单指南2019修订版》的基本框架和要求,按照《省级温室气体清单编制指南》规定,估算分析了辽宁省稻田减排固碳潜力。结果表明,辽宁省稻田CH4排放量(CO2-eqv)为2.13-3.39 Tg·a-1,N2O直接和间接排放量(CO2-eqv)分别为0.37-0.40 Tg·a-1和0.08-0.09 Tg·a-1。常规施肥碳排放总量(CO2-eqv)为2.61 Tg·a-1,优化施肥可减少碳排放(CO2-eqv)0.03 Tg·a-1,有机培肥和秸秆还田碳排放(CO2-eqv)分别增加0.42 Tg·a-1和1.36 Tg·a-1,具有明显的增排效应,稻田单位面积碳排放强度和单位产量碳排放强度均以秸秆还田最高,较常规施肥分别增加了49.96%-52.68%和50.30%-52.46%。稻田单位面积碳排放强度(CO2)以辽河三角洲稻区最高,达到5.17-8.08 t·hm-2·a-1。单位产量碳排放强度(CO2)则以东南部山地丘陵稻区最高,达到0.66-1.01 t·t-1·a-1。不同水稻主产区以辽河三角洲稻区碳(CO2-eqv)减排空间最大,达5.50×104-1.42×105 t·a-1,不同化学肥料以氮肥减施带来的碳(CO2-eqv)减排潜力最大,达0.18×104-1.20×105 t·a-1,不同养分管理措施以有机无机配施碳(CO2-eqv)减排空间最大,达3.78×104-1.42×105 t·a-1。有机无机配施和秸秆还田土壤固碳量(CO2-eqv)分别为0.10-0.28 Tg·a-1和0.22-0.65 Tg·a-1,其碳增排对土壤固碳抵消率分别为56.68%-82.52%和89.34%-99.03%,均能通过土壤固碳抵消其增加的碳排放。有机无机配施是辽宁省水稻生产碳减排最优养分管理措施。
近年来,珠三角地区臭氧污染不断加剧,其重要原因之一在于臭氧与其前体物浓度之间存在非线性关系,不平衡的前体物削减会导致臭氧浓度不降反升,深入分析臭氧前体物与臭氧浓度之间的关系及解析VOCs的来源对于臭氧污染控制具有重要意义。中山市作为珠三角城市群的一个代表性城市,目前臭氧污染极其严重。选取当地5个站点,采取在线和离线两种监测方式,于2020年和2021年臭氧污染较严重的9月,开展臭氧前体物VOCs监测,并进行臭氧污染成因分析和VOCs来源解析。结果表明,2021年紫马岭站点的TVOC平均质量浓度达到127.5 μg·m-3,高于其他站点,且同比上升5.2 μg·m-3,主要原因是烷烃质量浓度从27.3 μg·m-3大幅上升到44.6 μg·m-3;2020年和2021年9月TVOC的质量浓度波动幅度均较大且不规律,中旬和下旬的整体质量浓度水平较高。臭氧敏感性分析表明,2020年9月中山市臭氧污染为明显的VOCs控制区,而2021年9月则为协同控制区。削减分析得出,结合中山市实际污染情况,灵活选择1:3或1:2的ρ(NOx)/ρ(VOCs)比例进行削减更有利于臭氧治理。观测期间在线和离线监测站点的臭氧生成潜势(OFP)分析显示异戊二烯、间/对-二甲苯、甲苯、邻-二甲苯、1, 2, 4-三甲苯、乙烯为中山市的臭氧污染优控物种。VOCs来源解析表明中山市2020年和2021年VOCs浓度贡献最大的来源均为机动车尾气及油品挥发源,分别占比37.4%和32.4%;OFP贡献最大的来源均为溶剂使用源,分别占比23.6%和22.2%。综上所述,为有效缓解中山市臭氧污染,建议重点对机动车尾气及油品挥发源和溶剂使用源进行控制。
冻融是影响高寒草地土壤理化和生物学特性的重要因素,冻融期放牧牲畜粪便沉积及其降解特性也可能受到冻融作用复杂且不容忽视的重要影响,而目前关于冻融对高寒草地牲畜粪便降解及养分变化的影响效应和作用机制尚不清楚。选取季节性冻融藏北高原牦牛和藏绵羊粪便开展30 d室内冻融模拟试验,分别在冻融0、5、15和30 d后采集两种粪便样品进行理化和养分指标测定,探究不同冻融时间对牛羊粪便降解及其主要养分变化的影响。结果表明,1)冻融试验期内牛粪含水量与干物质量在前15 d冻融循环中均显著降低(P<0.05),羊粪含水量在前5 d冻融中下降了82.6%;反复冻融易破坏粪便降解初期的物理结构,加速粪便含水量及牛粪干物质量的损耗。2)牛粪铵态氮(NH4+-N)含量在冻融后第5 d达到最大值(415 mg·kg−1),且牛羊粪硝态氮(NO3−-N)含量在0-15 d冻融过程中显著降低(P<0.05),冻融初期有机氮矿化增加和反硝化速率增强可能是导致NH4+-N含量短暂增加和NO3−-N含量持续下降的主要原因。3)牛粪有效磷(AP)含量在15-30 d冻融中显著降低21.2%(P<0.05),而羊粪AP在整个试验期呈现反复增加-降低的波动变化特性,表明斑块状牛粪AP受后期冻融的影响较大,而颗粒状羊粪AP受冻融作用的影响更为复杂多变。综上,反复冻融通过不同程度改变牛羊粪便斑块结构、理化和微生物特性,使得氮磷迁移转化及活性氮磷养分含量呈现较大的差异性变化特征。研究结论可为优化季节性冻融期草地牲畜粪便管理模式和促进草地生态系统健康发展等提供理论参考。
由于气候变暖和氮磷等外源营养物输入居高不下,全球许多水体中蓝藻水华(CyanoHABs)事件频繁发生,甚至在一些水质已经恢复的区域出现了反弹。部分水华蓝藻(如铜绿微囊藻Microcystis aeruginosa、念珠藻Nostoc等)会产生微囊藻毒素(Microcystins,MCs),危害人体和水生态健康。利用Web of Science数据库调研了全球不同地区324个湖库(共1291条数据)和15条河流(共96条数据)中MCs质量浓度;同时调查水温、pH、氨氮、硝酸盐氮、氮磷比等信息。结果表明,49.8%调查水体中胞外MCs质量浓度低于世界卫生组织标准(1 μg·L-1)。相关性分析表明,水体中ΣMCs质量浓度与硝酸盐氮、氨氮、氮磷比等水环境因子指标存在显著相关性。基于美国环保署水生物毒性数据库,利用风险商法评估了MC-LR水生态风险,研究表明,17.5%调查水体具有较低风险(0.1<RQ≤1),10.2%水体中具有中风险(1<RQ≤10),1.5%水体具有较高的风险(RQ>10)。在MCs毒害作用机制方面,应加强MCs对生物体已有疾病(如炎症、糖原动态平衡障碍)的作用机理研究以及MCs对线粒体的影响研究,并进一步研究MCs对PP1/2A酶的亚基蛋白影响机理。
全氟和多氟烷基化合物(PFASs)是一类极具多样性的新型持久性有机污染物,用途广泛、性质复杂且具有毒性,其环境污染导致的生态和健康危害问题引起了广泛关注。已有综述主要总结了土壤、水体中PFASs的来源和分布,缺乏对大气环境中PFASs污染来源、时空分布及人体健康风险评价的系统归纳,该文对此进行了概括和分析。PFASs可通过含氟聚合物的工业生产和应用、消费品使用、废弃物处理以及土壤和水环境中的挥发和升华过程进入大气环境,易在颗粒物中富集。大气颗粒态PFASs的质量浓度在不同地区和季节间存在显著差异,工业活动、人口密度、气象条件等是主要影响因素,通常在暖季广泛分布但质量浓度较低,冬季则质量浓度较高且多集中于排放源附近。近10年来,中国大气PFASs浓度下降明显,但其种类显著增多,主要归因于政策措施向PFASs替代品生产转型的影响。大气PFASs可通过呼吸暴露、皮肤接触和口腔摄入等途径进入人体从而造成健康风险,目前主要采用吸入暴露评估模型对其进行健康风险评价。污染防控方面,美国、欧洲等发达地区的系列管理措施在一定程度上减少了PFASs的环境排放,但多针对单一物质,且生产逐渐向替代物发展,然而其环境健康风险尚不明确。未来大气PFASs的研究需求和方向包括进一步解析其迁移和转化机制,阐明其与其他污染物(如颗粒物)的协同效应和毒性风险,建立长期监测网络以及定量源解析方法,深入揭示其健康危害机制,并建立系统全面的人体健康风险评估模型。
由于环境因子之间的互相干扰,土壤微生物生物量碳、氮及其影响因子之间的关系研究存在着不同的结论,亟需在不同的生态系统中加强研究。为探究青海高寒草地生长季土壤微生物生物量动态,以及水热因子对其空间变化的相对贡献,在青海三江源草地生态系统国家野外科学观测研究站设置的监测样地进行了相关研究。结果显示:(1)位于青海省中西部的高寒草原,尤其是可可西里地区土壤微生物生物量最低,而高寒草甸、高寒草甸草原和温性草原则相对较高;(2)不同区域土壤微生物生物量碳、氮存在不同的季节动态,青海省中西部与东部区域表现出明显不同的变化趋势;(3)利用增强回归树模型定量评估水(土壤含水量、空气相对湿度、降雨量、实际蒸散发)、热(土壤温度、气温、净辐射)因子对微生物生物量变化的相对贡献,发现:与其他水热因子相比,对微生物生物量碳、氮影响最大的为土壤含水量(P=0.000)和土壤温度(P=0.000),且均为正相关。在土壤垂直梯度上,水分因子(63.58%-76.62%)对微生物生物量变化的影响均大于热量因子(23.38%-36.42%),且其贡献随土层加深呈下降趋势。从不同研究区看,东中部区域对土壤微生物生物量变异贡献较大的是热量因子(52.11%-81.84%),而到西部区域,则为水分因子(66.33%-95.19%)控制着微生物生物量的变化。结论:青海高寒草甸、高寒草甸草原和温性草原的土壤微生物生物量明显高于高寒草原;土壤含水量和土壤温度是控制土壤微生物生物量变异的主要因子;对土壤微生物生物量变异的影响,在区域上从东到西呈现从热量因子向水分因子的过度。该研究为探究在气候变化大背景下青海高寒草地土壤碳氮循环规律及其影响因素提供参考。
微塑料污染作为新型的生态环境问题,是全球共同面临的严峻挑战,其对生态系统的威胁及潜在风险已成为当前环境领域的研究热点。自然界中的微塑料与多种污染物共存所产生的复合污染,比微塑料单一污染造成的后果更严重,因此,对微塑料复合污染的内在机制研究及所采取的防控对策将更加复杂。该文按照土壤环境中与微塑料产生复合污染的污染物的不同来源,将微塑料复合污染划分为两种类型:污染物来自土壤环境中的重金属、持久性有机污染物和抗生素等,称为外源性复合污染;污染物来自微塑料自身所释放的有毒添加剂等,则称为内源性复合污染。综述了土壤中微塑料复合污染的3种主要路径:一是微塑料与土壤环境中常见的主要污染物,如重金属、持久性有机污染物、抗生素等发生吸附作用;二是微塑料与土壤微生物等形成生物膜;三是微塑料与自身释放的有毒添加剂形成共同污染。同时,分析了微塑料与以上不同污染物和自身释放的添加剂共同作用的过程、相关影响因素,以及微塑料复合污染所引发的生态毒性效应。在此基础上,对土壤微塑料复合污染研究一些未来发展方向进行了展望。该文旨在为深入探究土壤中微塑料复合污染的互作机理、风险评估和综合治理提供参考。
植被净初级生产力(NPP)是表征生态系统物质和能量循环的基础,也是区域和全球碳循环的重要组成部分。为揭示2001-2020年中国净初级生产力时空变化特征及其驱动机制,基于MOD17A3HGF数据产品,运用Sen趋势分析、Mann-Kendall检验以及Hurst指数等方法分析了中国植被NPP时空变化与未来发展趋势,并通过相关性、残差分析等方法定量分析了气候变化和人类活动在植被NPP变化过程中的相对作用。研究结果表明,(1)中国植被NPP空间上呈现东南高西北低的分布格局,时间上呈波动增加趋势,变化速率为2.86 g·m-2·a-1;空间变化以基本不变为主,NPP呈显著增加的面积明显大于显著减少的面积,未来中国84.38%的地区植被NPP将持续增加或由减少转为增加。(2)植被NPP与降水、气温总体上均呈正相关,其中降水对植被NPP影响更为显著;植被NPP与降水显著正相关的区域主要分布在长江以北地区,与气温显著正相关的区域主要分布在青藏高原中部和北部、云贵高原东南部、东南沿海地区以及山东南部等地。(3)气候变化和人类活动对中国植被NPP的增加均产生了重要作用,但两者在植被NPP改善区中的相对作用存在显著的空间差异性;气候变化主导的植被改善区主要集中在东北、华北、四川盆地及长江中下游平原等地区,人类活动主导植被改善区主要集中在华中、西南以及西北地区;而气候变化和人类活动对植被退化的影响在空间分布上较为一致,且气候变化对NPP退化区的影响较小,人类活动是植被NPP退化的主要因素。
在国家政策高度重视生态自然修复的背景下,系统梳理了生态自然修复理念、效果及应用条件,探讨了人工促进生态植被自然修复的概念、范围及技术方法,展望了未来进一步研究的重点方向,以期推动自然修复模式的发展进步及其在国家生态建设领域的有效应用。通过生态自然修复、人工促进自然修复与人工恢复等技术模式技术要点的对比,认为人工促进自然修复模式需采取有限的人工治理措施实现植物自然恢复的效率与质量提升,常规生态修复技术方法均可认作人工促进生态修复措施,但需界定人工干预程度。其中,需基于生态承载力理念,考虑界定人为措施治理面积占比与当地自然植被盖度之间的比例关系。研究认为人工促进自然修复模式下,需要构建植被种源区与扩繁区两大体系。其中,种源区可通过植被种植区域选择、适生植物选择与植被建植处理过程,为未处理区域的植被自然恢复提供长期的种源条件;扩繁区可通过地表微地形整理提升粗糙度,来促进区域内的天然落种的截留与植物萌发生长。预期关键节点的植被建植、土壤改良、微地形塑造研究,典型脆弱生态或不利环境条件下的针对性技术研究以及技术规范、考核指标编制等,将成为未来人工促进自然修复的重要研究方向。
磷是湖泊的关键生源要素,其转化受多种生物化学反应的驱动。在富营养化后期,藻类在厌氧条件下衰败所产生的乙酸盐可作为反硝化过程的有机电子供体,铁可作为反硝化过程的电子供体和能量来源,它们会通过影响氮的转化而直接或间接对磷转化产生影响。本研究取武汉市墨水湖的样品构建了沉积物-上覆水体系,通过向上覆水中输入硝酸盐、铁和乙酸盐以探明有机电子供体(乙酸盐)影响下铁和氮对磷转化的驱动作用。在不同乙酸盐浓度下,研究上覆水和间隙水中氮、磷与铁质量浓度随时间的变化,确定沉积物中反硝化酶活性与硝酸盐型亚铁氧化菌(NDFOB)丰度,分析沉积物中的磷形态以明晰铁结合态磷的存在形式。结果表明,(1)乙酸盐增加了沉积物中NDFOB丰度和反硝化酶活性,使硝态氮(NO3--N)去除效率提高22.6%。(2)总磷(TP)浓度与总铁(TFe)浓度之间显著正相关(P=0.001),易还原铁氧化物(Feox1)和可还原铁氧化物(Feox2)是沉积物中对磷吸附能力最强的铁形态,占沉积物总铁质量的43.8%-54.1%。(3)乙酸盐促进了沉积物中Fe(Ⅲ) 的还原,由于沉积物中Feox1和Feox2还原作用而产生较高质量分数Fe(Ⅱ),铁结合态磷质量分数明显降低。(4)最终沉积物中易还原铁结合态磷(P-Feox1)质量分数比NO3-处理组低0.250 mg·g-1,同时乙酸盐抑制沉积物中Feox2生成过程,可还原铁结合态磷(P-Feox2)质量分数比NO3-处理组低0.010 mg·g-1,上覆水和间隙水总磷浓度显著高于NO3-处理组(P=0.000)。研究结果通过明确不同介导作用下沉积物磷与铁结合形式的转变,有助于加深对湖泊内源污染理论的认识。
天然林是中国应对气候变化和落实国家自主贡献的重要载体。科学评估天保工程对实施区域森林碳汇/碳源特征的影响,对于巩固提升区域尺度森林固碳增汇作用和统筹区域生态-经济-社会协调发展具有重要意义。以黑龙江大兴安岭重点国有林区为研究对象,基于多期和多类森林调查和统计数据,运用材积源生物量法,将天保工程实施过程中的人工造林、森林抚育、木材调减、森林巡护等经营管理活动产生的影响纳入核算过程,测算1998—2018年天保工程对该区域森林碳库的影响。结果表明,(1)通过实施天保工程,20年来黑龙江大兴安岭重点国有林区累计产生净固碳量1.32×108 Mg,相当于抵消了同期黑龙江省二氧化碳累计排放量的近12%,且相较于生物质能和碳捕集与封存等工业措施具有明显的成本优势。(2)对存量森林资源开展森林经营管理所产生的森林碳汇量是研究区净固碳量的最大贡献来源,占比高达80.0%。(3)人工造林和调减木材任务在空间布局上的不均,是造成研究区净固碳量存在一定程度空间异质性的主要原因。(4)天保工程在实施过程中引发的碳排放、碳泄漏会抵消研究区的部分固碳效益,但抵消比例仅为0.29%,森林固碳增汇的整体效益不受影响。在后天保工程时代为持续稳定发挥研究区的森林碳库作用,建议从固碳、增汇、保汇3个方面科学强化天然林的保护与修复成效,避免或减少森林碳库无序损耗,创新天然林碳汇价值实现路径,减少计量与监测不确定性影响,实现森林生态系统固碳增汇效能持续提升。
研究PM2.5时空演化及人口暴露风险,对于环境风险评价及人居环境改善、政府环保部门制定针对性的空气污染防控政策具有重要意义。渭河流域是国家重要工业基地,也是国家级城市群和关中—天水国家级经济区的核心区域,降低该区域PM2.5人口暴露风险是实现高质量发展的必然途径。基于渭河流域2000—2020年PM2.5遥感反演数据和人口格网分布数据,测算人口暴露风险指数。采用Theil-Sen Median与Mann Kendall检验法,分别识别PM2.5质量浓度值和人口暴露风险指数时间演化特征,并通过GIS空间探索工具,分析其空间变化特征。结果表明,(1)2000—2020年渭河流域PM2.5年均质量浓度为47.2 μg·m-3,最高值为2013年的57.6 μg·m-3,最低值为2020年的31.8 μg·m-3,呈现先上升后下降的变化趋势。趋势显著性检验发现,渭河流域PM2.5污染情况呈现好转趋势。(2)PM2.5年均质量浓度空间分布呈东高西低特征,高值主要集中在流域下游地区,如西安市、咸阳市和渭南市等。低值主要分布在流域中上游地区,如天水市、定西市、平凉市等。(3)2000—2020年渭河流域PM2.5人口暴露风险等级总体呈下降趋势,但历年暴露于35 μg·m-3以上人数占比均值高达96.2%。2000—2003年,2005—2014年间,渭河流域100%人口暴露于浓度值35 μg·m-3以上。但高风险区域面积从2000年的20.6%下降为2020年的17.1%。(4)2000—2020年渭河流域历年PM2.5人口暴露风险等级均呈现东高西低的空间格局,且空间差异较大,“热点”型主要集中渭城区、秦都区、未央区等城市建成区单元,“冷点”型主要分布在定西市、天水市、平凉市等流域西部海拔较高区域。研究结论可为渭河流域制定联防联控的PM2.5污染治理政策提供科学依据。
提升区域的碳汇能力是中国生态文明建设的重点战略方向,是促进经济社会发展绿色转型的重要举措。太行山区是中国华北地区重要的生态屏障,其生态系统拥有良好的碳汇能力。研究太行山区生态系统碳储量时空分异特征及其影响驱动机制,对华北地区落实国家“双碳”工程建设,提升区域释氧固碳能力,乃至全面提升区域生态环境质量具有重要的意义。以太行山区为例,基于2005、2010、2015、2020年太行山区四期土地覆盖及碳密度数据,使用InVEST模型估算研究区碳储量,使用地理探测器探索驱动碳储量空间分异的主要因子,分析驱动机制。研究结果表明,(1)在2005-2020年期间,太行山区的土地利用类型发生明显变化。林地、建设用地土地利用面积增加,耕地、草地土地利用面积减少。耕地和草地主要转化为建设用地,同时也有一部分耕地转化为林地。(2)太行山区碳储总量在1.48×109-1.50×109 t之间,整体逐渐增加。从土地类型来看,碳储量占比由大到小依次为:林地、耕地、草地、建设用地、水域、未利用地。林地增加是太行山区碳储量增加的主要原因;(3)太行山区碳储量空间分异主要受地形、环境和土壤因素的影响。根据地理探测器分析,NDVI(0.214-0.280)和土壤类型(0.151-0.160)的解释力明显大于其他因素,是驱动太行山区碳储量空间分异的主导因子。各驱动因子间的交互作用强度均强于单一因子,其中协同作用最强的是DEM与NDVI协同影响类型(0.368-0.406),这说明在“双碳”建设时需要综合考虑驱动因子对生态系统碳储量空间分异的作用。该研究使用了地理探测器方法来探索生态系统碳储量空间分异驱动因子的作用机制,为生态系统碳汇领域的研究提供了一种新的思路。
有机肥和生物炭在改善中低产田土壤质量,提升土壤肥力方面具有重要意义。设置不施肥CK、单施化肥NPK、增施羊粪有机肥NPK+M、增施生物炭NPK+B和增施羊粪有机肥-生物炭NPK+M+B等5个处理,进行5年田间定位试验,采用高通量测序技术,探讨有机肥和生物炭对改善新疆盐碱沙化土壤微生物群落多样性和功能的施肥策略。结果表明,有机肥和生物炭改善了盐碱沙化土壤理化性质,降低pH,增加阳离子交换量和养分含量,其中NPK+M+B处理对土壤中有机质、速效磷和速效钾有显著提升作用,分别提高了87.80%、125.15%和59.52%。施肥增加了土壤电导率,但NPK+B和NPK+M+B处理可缓解其升高。微生物α多样性分析发现,施肥增加了盐碱沙化土壤细菌群落Shannon多样性指数及Chao和Ace丰度指数,以NPK+M+B处理效果最好,分别提高了6.31%、57.98%和57.25%。施用化肥增加了土壤真菌多样性,增施羊粪有机肥和生物炭则降低。NPK+M+B处理使细菌群落组成朝更有利于增加耐受盐碱、干旱、抗菌和寡营养能力的放线菌门方向发展,显著减少了潜在病原真菌群落丰度,降低了土传真菌性病害风险,改善了土壤微环境。冗余分析表明,AK、OM、TP、TK和TN、TK、CEC、AN是影响土壤细菌和真菌群落结构和功能类群的主要环境驱动因子。PICRUSt功能分析表明,施肥能提高与盐碱、干旱等抗逆相关的细菌代谢功能;FUNGuild功能预测表明,NPK+M+B处理显著降低了土壤病理营养型真菌比例。由此可以看出,有机肥和生物炭改变了盐碱沙化土壤理化性质,有助于优化土壤有益微生物组、抑制有害真菌数量,从而使土壤微生态系统朝稳定健康方向发展。
东江湖是长江中下游重要的人工湖泊之一,也是湖南省最大的饮用水源地,探究水质变化规律及其与流域土地利用关系,可为东江湖生态保护提供科学依据。基于2011-2022年东江湖2个国控断面及2021-2022年6条主要入湖河口水质监测数据,运用统计分析和Spearman秩相关系数法,阐明了东江湖水质时空变化规律及其与土地利用变化的关系。结果表明,(1)在近12年期间,东江湖水环境污染综合指数呈上升趋势,水质由地表Ⅰ类水下降到地表Ⅲ类水。东江湖主要入湖河口水质介于地表Ⅲ-Ⅳ类水之间,水环境污染综合指数呈现出枯水期高于丰水期特点。(2)东江湖流域各土地利用类型的面积呈现出林地>耕地>水域>建设用地>草地的特点,其中建设用地、耕地和草地面积随着时间的增加而增高,林地面积随着时间的增加而减少,水域面积呈现小幅减少。(3)东江湖国控断面的化学需氧量、高锰酸盐指数、电导率及水环境污染综合指数与流域内耕地和建设用地面积呈极显著正相关,而与林地面积呈显著负相关;然而,东江湖入湖河口水体的溶解氧与子流域内水域面积呈显著正相关。可见,在2011-2022年间,东江湖水质呈下降趋势,而流域内耕地、建设用地面积的增加和林地面积的减少是水质降低的主要原因。建议减少全流域化肥施用,推进城镇污水处理设施全覆盖,实施退耕还林还草,加强河湖消落带生态修复等措施,以减少入湖污染物,确保东江湖水质良好。