设施农田土壤重金属污染评价及分区阈值研究

设施农田高强度的耕作模式使土壤重金属累积日益加重,因地制宜地确定其土壤重金属目标值与筛选值对设施农田可持续生产意义重大。本文以石家庄、衡水与唐山为研究区,基于土壤重金属污染风险和生态风险评价,用熵权法得出综合风险等级并确定重金属污染分区阈值。结果表明土壤Cd、Cu、Zn污染最严重,高风险区占比达40.57%。研究区设施农田土壤Cd、Cu、Pb、Zn全量与有效态的目标值分别为0.12、40.17、19.23、116.03 mg·kg^-1与0.02、4.19、0.59、8.80 mg·kg^-1;筛选值分别为0.40、90.27、38.33、170.68 mg·kg^-1与0.11、11.77、1.55、14.24 mg·kg^-1。基于综合评价结果反推分区阈值的方法简单便捷,重金属全量与有效态的目标值及筛选值的确定为研究区设施农田重金属污染的预防提供了多方位的指导。     

北方农牧交错带界线的变迁及其驱动力研究进展

在气候变化与人类活动的影响下,北方农牧交错带界线不断变迁。定量辨识气候变化和人类活动对北方农牧交错带界线变迁的贡献程度,是当今气候变化领域的热点问题。该文基于国内外相关研究,概括了不同视角下北方农牧交错带的定义方法,分析了气候变化与人类活动对北方农牧交错带界线变迁的驱动作用,总结了定量分析驱动力贡献程度的方法及主要结果。同时指出目前研究还存在定义、数据、方法和解释方面的问题。针对以上问题,提出了多要素综合定义、驱动力定量分析、高时空分辨率数据的收集以及深层次因果关系的解释等解决方法。该文可为敏感区域土地利用的合理规划和气候变化的减缓与适应措施的制定提供科学依据。     

2008－2018年拉萨市温室蔬菜地时空变化特征

随着居民对蔬菜消费需求的不断提高,拉萨市温室蔬菜地得到快速发展,但对温室蔬菜地格局变化过程仍缺乏清楚的认识。该研究基于2008－2018年11期拉萨市高清遥感影像,结合实地调研,采用重心转移分析、地统计分析等方法,研究了2008－2018年拉萨市温室蔬菜地时空格局变化特征。结果表明：1）2008－2018年,拉萨市温室蔬菜地面积总体呈波动上升趋势,年均增长率为6.93%。研究时段内,温室蔬菜地变化经历了发展、调整、稳定三个阶段,各阶段年均变化率分别为11.08%、-2.13%和0.77%。2）研究时段内,拉萨市城关区和堆龙德庆区温室蔬菜地比例下降56.2%,达孜区和曲水县温室蔬菜地比例上升51.58%,温室蔬菜地分布重心向远离城区的城郊转移,向东南方向迁移了约4 896 m。3）新增温室蔬菜地向高海拔和大坡度区域转移,海拔3 675～3 800 m范围内温室蔬菜地面积比例由22.05%上升到30.41%,坡度6°～10°区域温室蔬菜地面积占比上升5.92%。4）温室蔬菜地新增源于耕地,减少多因为建设用地扩张。蔬菜需求量大和温室蔬菜收益高是温室蔬菜地面积增加的基本动力,区域土地利用调整是温室蔬菜地格局变化的重要推动力。     

土地利用对水体营养物影响的研究进展

日益严重的水质污染威胁到人类健康与生存,水体富营养化是其中一大治理难题。流域土地利用深刻影响水体中的营养物,定量刻画两者关系,可有效指导土地利用优化以改善水体质量。在国内外研究的基础上,本文梳理了样地实验、统计分析、经验模型和机理模型等4类研究土地利用和水体营养物关系的方法,并分析了不同方法应用的优缺点。以往研究多侧重土地利用数量结构,对强度和空间分布的量化及其与水体营养物关系的模型构建等研究尚显不足,多从单一或部分信息进行松散研究,导致不同研究中土地利用对水体营养物的解释能力差异显著。本文着重综述土地利用类型、强度差异和空间分布等3个方面对水体营养物影响的研究进展,并阐述关于两者定量关系尺度效应的争议和不确定性。目前主要存在问题包括现有研究土地利用和水体营养物的关系手段不足、土地利用多组分信息和水体营养物关系规律不清和尺度效应不确定性等3方面。因此,本文以水体污染物的产生、迁移、转化等的生态水文过程为线索,提出土地利用多信息空间综合表达和量化研究框架作为核心突破口。应用该框架,未来围绕融合过程机理与经验统计的模型开发、富营养化过程关联的土地利用多信息综合量化和多尺度结构的构建等3个方面开展研究,旨在为丰富土地利用对水体营养物影响研究提供一定的参考价值。     

中国居民口粮消费特征变化及安全耕地数量

明晰中国口粮消费的变化特征是保障中国粮食安全的根本。全国尺度的中国健康与营养调查数据提供了多期的中国城乡居民口粮消费调查数据。文章利用食物成分表将中国健康与营养调查数据折算成原粮,分析1997-2011年中国城乡居民口粮消费的数量与结构变化特征,以期明晰中国城乡居民口粮消费的真实情景。结果表明:1)近年来中国城乡居民口粮消费量明显减少,1997-2011年间,中国城镇居民口粮消费量从168.4 kg/a下降到111.2 kg/a,农村居民从209.6 kg/a下降到131.5 kg/a,全国平均水平从196.6 kg/a下降到124.7 kg/a。以发达国家或地区口粮消费的125 kg/a稳定态为参考,中国城乡居民口粮消费的下降区间可能有限。2)城乡口粮消费的差距在缩小。1997-2011年间,中国城镇与农村居民的口粮消费差距由41.2 kg/a缩小为20.3 kg/a,而且两者也正由存在显著性差异向无显著差异转变,最终两者可能会归为统一值。3)2011年中国口粮绝对安全的耕地保障面积为2 691.6万hm2,约占1/4的基本农田面积。《全国种植业结构调整规划(2016-2020年)》稳定2020年稻谷、小麦8亿亩播种面积,极有可能会造成稻谷与小麦的生产过剩,产生口粮饲用或卖粮难的现象。     

再生铝企业周边农田土壤与农作物重金属含量特征分析

为探究再生铝企业群周边农田土壤及作物的污染状况,通过现场采样及室内测试,对企业周边土壤及农作物中7种重金属元素的含量进行分析,应用空间插值法对土壤重金属的空间分布特征进行研究。结果表明,研究区域土壤中Cd含量相对较高,含量范围为0.11~1.86 mg·kg^-1,其平均值超过了我国土壤污染风险筛选值标准,Cu、Cr、Zn、Pb、Cd、Ni和As 7种元素的平均值分别达到河北省背景值的1.9、1.1、1.4、1.5、4.1、0.91倍和0.39倍,Cd元素存在强生态风险。从空间分布特征来看,土壤中Cd、Pb、Cu、Zn 4种元素均表现出以企业为中心向四周逐渐递减的分布趋势,且高值分布范围相对其他金属较广。小麦籽粒中Cu、Zn、Cd、Cr和Pb 5种元素存在不同程度的超标现象,最严重的为元素Pb,其含量范围为0.02~1.06 mg·kg^-1,与食品安全国家标准相比,最大超标倍数达到5.3倍,其高值样品分布在研究区北部。玉米籽粒也发现Cr、Zn、Ni超标的现象,Cr超标较其他重金属严重,其含量范围为0.16~1.32 mg·kg^-1。研究表明,再生铝企业活动对周边农田土壤和农作物造成多种重金属污染威胁,需要引起重视。     

基于组分区分的南方红壤丘陵土壤呼吸对植被类型转换的响应

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要环节之一。长时期的水土保持生态建设导致南方红壤丘陵区植被类型转换非常普遍。探讨植被转换对土壤呼吸及其关键组分的影响,不仅对深入了解土壤呼吸与碳循环的内在机制有着重要的理论价值,还可以为科学评价水土保持生态建设在应对气候变化方面的作用提供科学依据。依托江西水土保持生态科技园对侵蚀退化裸地及其恢复承建后的百喜草地、柑橘果园和湿地松人工林进行了一年尺度的土壤呼吸速率监测。结果表明,土壤呼吸速率月变化呈夏高冬低的曲线模式,最大值出现在8月份或9月份,最小值出现在1月份,植被转换没有改变土壤呼吸的季节变化模式。土壤呼吸速率的季节变化主要受浅层土壤温度的控制,与土壤含水率没有显著关系,5 cm深度土壤温度能解释总呼吸速率和异养呼吸速率季节变异的83.3%和86.0%。随着植被类型由裸地向草地、果园和林地转换,土壤呼吸的温度敏感性系数Q10值由1.86增大到2.20、2.72和2.75,即土壤呼吸对土壤温度的变化越来越敏感。异养呼吸占土壤总呼吸的比例呈现出单峰曲线模式,平均达到72.3%,且随土壤呼吸速率的增大而增大。南方红壤丘陵区侵蚀裸地向人工草地、果园和湿地松人工林转换的过程中土壤呼吸速率有所增强,草地与裸地之间土壤总呼吸速率存在显著性差异,草地与裸地、草地与林地之间土壤异养呼吸速率差异显著。在区域或生态系统尺度上,植被类型是土壤呼吸的重要影响因子。     

西藏阿里地区耕地的时空分异特征及其影响因素

研究西藏阿里地区耕地时空分异特征,为阿里土地利用现状、农业用地规划、耕地可持续发展等提供参考。该研究基于Google Earth 高分影像,目视解译获取2005、2013和2020年3期阿里地区耕地数据,运用ArcGIS软件识别耕地时空分异及影响因素。结果发现：1)阿里地区耕地分散破碎,以普兰县西南部和札达县中部的河谷地带较集中,且以小斑块为主。2)在空间分异上,耕地主要分布于海拔3500～4500 m、坡度0～6°、坡向西南方、年均降水量0～25 mm、年均温0～5℃、距道路和河流< 200 m的区域。3)在时间分异上,2005—2020年,耕地面积整体呈增长趋势,集聚区呈多区域化。阿里南部地区增加缓慢甚至有下降趋势,北部地区增加明显。总体而言阿里地区耕地以区位条件和水热条件为基础条件,并受人口数量、非农化发展水平、市场需求等影响存在时空分异特征,且不同地区耕地分布和面积变化存在差异。     

三江源区土壤侵蚀变化及驱动因素分析

采用修正通用土壤流失方程(revised universal soil loss equation, RUSLE)对三江源区1997-2012年的土壤侵蚀模数和土壤侵蚀量进行定量模拟,并对其生态工程实施前、后时空变化特征进行对比分析,采用空间叠加法分析降雨侵蚀力及植被覆盖度对土壤侵蚀状况的影响,利用模型参数控制法对气候变化和生态工程对土壤侵蚀变化的贡献率进行分析。结果表明:1)生态工程实施后,三江源区土壤侵蚀增加的趋势尚未得到遏制,多年平均年土壤侵蚀模数和侵蚀量较工程实施前增加6.5%,但局部地区土壤侵蚀状况有所好转,约占总面积的45%;2)长江流域在工程实施后的土壤侵蚀量与工程实施前基本持衡;黄河流域土壤侵蚀量增加明显,增幅超过45%;澜沧江流域土壤侵蚀量有所下降,降幅为9.8%;3)降水增强导致土壤侵蚀加剧的贡献率达到180%,植被恢复对土壤侵蚀变化的贡献率为-80%。全面遏制三江源区土壤侵蚀增加趋势,仍需持续努力。     

21世纪以来河南省植被覆盖变化及气候驱动解析

借助MODIS NDVI数据和气象插值数据,采用一元线性回归、Hurst指数及相关分析等方法,从年际尺度探讨河南省21世纪以来植被覆盖时空变化规律,并分析其对气候因素的响应特征。结果表明:河南省植被覆盖区域差异较大,NDVI频度呈单峰结构;近16年来,河南省大部分地区植被覆盖呈现增加趋势,10年平均增速约为4%(P0.01),且阶段性明显;河南省植被变化的同向特征强于反向特征,植被覆盖整体上呈持续改善态势,但郑州、洛阳、焦作等市域局部地区存在持续减小现象;年平均温度的上升是平原区植被覆盖增加的主要驱动因子,但升温尤其是年平均最高温度增加抑制了山区植被生长,植被覆盖对气候因子的敏感程度地域异质性明显。