基于PSR模型的能源-生态复合区生态安全预警研究——以山西省忻州市为例

[目的]以山西省忻州市为例,探讨能源与生态复合区生态安全预警,为区域生态保护规划及区域高质量发展提供依据。[方法]基于PSR概念模型框架,从人口、资源、经济、环境、生态要素选取了21个指标建立了能源—生态复合区生态安全预警评价指标体系,采用熵值法确定权重,对山西省忻州市2000—2018年生态安全预警进行分析。[结果]①2018年忻州市14县综合预警值介于0.356 2～0.587 0之间,平均值为0.491 2,预警等级处于中警至轻警范围内。其中忻府区、定襄、五台、繁峙、静乐5县(区)警情为中警状态,其余7县(市)均为轻警状态,忻州市整体生态安全并不乐观,生态安全等级较低。②2000—2018年忻州市生态安全预警值呈波动缓慢上升趋势,警情为中警等级的县减少,轻警等级的县增加。[结论]研究区生态安全空间上呈现不均衡性,警情整体趋于改善,主要取决于系统压力中的经济、资源、环境压力趋缓。     

模拟降雨下黄土区草地灌木地土壤水分空间变化规律

利用黄土区燕沟流域42场模拟降雨下土壤水分观测数据，研究2种坡度的草地、灌木地在不同经营方式（原状地、刈割地、翻耕地）下的土壤水分对模拟降雨的响应。结果表明：1）在5次降雨补充下，依据土壤水分的标准差和变异系数指标，0-100cm土壤水分受土地经营方式影响表现为，原状草灌地土壤水分可划分为活跃层、次活跃层和相对稳定层，刈割地全剖面为相对稳定层，翻耕地可分为活跃层和相对稳定层。2）单次降雨事件则随降雨量增加，各经营方式下的水分活跃层逐渐变薄或消失，次活跃层变厚，而相对稳定层变薄，整个土壤剖面水分变化趋于一致。3）对于受高强度降雨补充的土壤水分变异性分层，建议采用更加灵敏的土壤水分标准差和变异系数判别标准：活跃层，标准差大于1.4，变异系数大于0.12；次活跃层，标准差1.4-0.9，变异系数0.12-0.08；相对稳定层，标准差小于0.9，变异系数小于0.08。4）坡度越小，土壤水分越高，坡度对草灌木地、刈割地的影响较翻耕地显著，且对50-100cm层水分影响远大于对表层0-50cm的影响。总之，降雨后土壤水分0-100cm层不断增加，且剖面土壤水分逐渐一致，土地经营方式、坡度因素对土壤水分变化强度和在不同深度土层中的表现有显著影响。     

黄土丘陵区不同土地利用方式降雨产流试验研究

在延安燕沟试验区建立草地、刈割草地、翻耕草地、灌木地、刈割灌木地、翻耕灌木地径流小区,通过对30场人工模拟降雨产流试验中产流历时、径流强度、径流深、入渗率数据的分析,得出草灌地产流历时远大于翻耕地和刈割地。翻耕灌木地径流强度及波动幅度最大,为翻耕草地的1.5倍、草地的3.4倍、灌木地的15.7倍。在各次降雨过程中,草地平均径流深、入渗率分别为17.1 mm和75%,刈割草地为25.3 mm和62%,翻耕草地为38.4 mm和35.6%,灌木地为3.2 mm和97%,刈割灌木地为5.6 mm和92%,翻耕灌木地为46 mm和35%。研究结果表明,植被能有效地拦蓄径流,而对草灌地的破坏可引发黄土丘陵区严重的水土流失。     

新型生物可降解PLA沙障与传统草方格沙障防风效益

为了解新型材料生物可降解聚乳酸纤维(PLA)沙障防风效益,通过测定PLA沙障样地内不同高度风速,分别研究1 m×1 m、2 m×2 m、3 m×3 m规格PLA沙障防风效能、地表粗糙度与风速廓线特征,同时以相同坡位同种规格的传统半隐蔽式麦草沙障样地和流动沙丘为对照,对比研究了PLA沙障与传统麦草沙障的防风效益。结果表明,新型生物可降解PLA沙障防风效能显著大于麦草沙障,2种类型沙障最大差值可达10.3%,2种材料沙障不同规格防护效果为1 m×1 m规格较其他2种规格更好;2种材料沙障增加地表粗糙度表现为PLA沙障麦草沙障流动沙丘,且均随规格增大呈逐渐下降趋势,在相同地形条件下,PLA沙障地表粗糙度均值为麦草沙障的1.4倍;2种材料沙障在迎风坡坡底、坡中、坡顶及背风坡4种地形下地表粗糙度差异不明显,其地表粗糙度均值为0.7 cm;1 m×1 m规格的PLA方格沙障和麦草沙障内的风速廓线曲线呈现“S”型曲线特征,而在2 m×2 m和3 m×3 m规格的2种材料沙障内,风速廓线与对照裸沙丘相似,其风速廓线均呈指数函数分布。随着沙障规格的增大,降低风速作用减弱,其风速廓线逐渐由“S”型趋向于指数函数曲线。      

近55年来滹沱河山区水资源变化规律与影响因素

通过分析滹沱河山区自然地理背景和经济发展情况,可将其划分为3个水资源区:界河铺以上区域(Ⅰ区为成水用水环境)、界河铺至济胜桥之间区域(Ⅱ区为用水环境)、济胜桥以下至南庄区域(Ⅲ区为成水环境)。利用20世纪50年代以来水文、气象数据,探讨了近55a以来滹沱河山区分区水资源演变规律。结果表明:滹沱河山区地表水资源逐年减少,70年代是该区正负距平的转折时期、地下水主要表现在Ⅰ、Ⅱ区忻定盆地地下水位逐年下降,平均每年下降1.04m,且超采区面积有所增大;滹沱河山区水资源的减少是由气候变化与人类活动共同影响的。1980—2010年气候变化、水保活动、水利活动影响约分别占整个径流减少量的38.6%,26.4%,35.0%,人类活动合计约占61.4%;由于气候变化使Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区水资源分别以平均每年0.88%,0.61%,0.41%(算术平均)的速度减少;人类活动使Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区水资源分别以平均每年1.31%,1.14%,0.71%的速度减少,气候变化与人类活动对水资源变化影响程度具有相同明显的规律性:即从源头向下游影响程度逐渐减小;人类活动的2种方式具有明显区域差异性,水保活动影响程度大小顺序为Ⅲ区Ⅰ区Ⅱ区,水利活动影响程度大小顺序为Ⅱ区Ⅰ区Ⅲ区。     

黄土丘陵区多次降雨补充下草灌地土壤水分空间变化规律

利用黄土丘陵区燕沟流域42场模拟降雨下土壤水分观测数据,研究2种坡度的草地、灌木地在不同经营方式(原状地、刈割地、翻耕地)下的土壤水分对模拟降雨的响应。结果表明:(1)在5次降雨补充下,依据土壤水分的标准差和变异系数,0~100 cm土壤水分受土地经营方式影响表现为:原状草灌地土壤水分可划分为活跃层、次活跃层和相对稳定层;刈割地全剖面为相对稳定层,翻耕地可分为活跃层和相对稳定层。(2)单次降雨事件则随降雨量增加,各经营方式下的水分活跃层逐渐变薄或消失,次活跃层变厚,而相对稳定层变薄,整个土壤剖面水分变化趋于一致。(3)对于受高强度降雨补充后的土壤水分变异性分层,建议采用更加灵敏的土壤水分标准差和变异系数判别标准:活跃层,标准差大于1.4%,变异系数大于12%;次活跃层,标准差1.4%~0.9%,变异系数12%~8%;相对稳定层,标准差小于0.9%,变异系数小于8%。(4)坡度越小土壤水分含量越高,坡度对草灌木地、刈割地的影响较翻耕地显著,且对50~100 cm土层水分影响远大于对表层0~50cm的影响。总之,降雨后土壤水分0~100 cm土层不断增加,且剖面土壤水分逐渐一致,土地经营方式、坡度因素对土壤水分变化强度和在不同深度土层中的表现有显著影响。     

基于灰色理论的忻州市适宜退耕还林面积预测

退耕还林工程是忻州市最大的生态工程,全市退耕比例高达23.08％.根据2000-2010年忻州市统计年鉴资料,分析了退耕还林还草对当地粮食产量和粮食需求量关系的影响.运用灰色理论的GM(1,1)预测模型,分别建立了粮食总产、人口、粮食单产和人均粮食消费的预测模型,并利用模型预测得到2012 2016年忻州市适宜退耕还林面积分别为15 450,14 056,12 052,13 856,10 429 hm2,结果表明:忻州市可以继续推行退耕还林草工程.但研究中所取得的未来5 a适宜退耕面积只是理论值,仅是为忻州市实施退耕还林草工程提供参考.     

超高压处理对袋装榨菜杀菌效果的研究

采用超高压处理袋装榨菜,检测了处理前后菌落总数及大肠菌群的变化。结果表明,超高压处理可以很好地抑制细菌生长。压力试验表明,压力升高抑菌效果也随之升高,在300MPa下超高压处理对细菌的抑制效果,可以达到并超过国标的要求。时间试验表明,在300MPa下,10min即可很好的满足生产需求。在此条件下,对袋装榨菜的菌落总数及大肠菌群均可达到国标的要求,可有效延长袋装榨菜的保质期。     

忻州市古树资源分布及文化价值研究

以忻州市古树为研究对象,探讨了古树资源类型和分布。结果表明：忻州散生古树以油松、国槐、侧柏、榆树、旱柳和楸树为主,占总株数的81.94%,树种之间的数量差异悬殊,松槐柏榆为优势树种。散生单株古树及古树群总体上呈东多西少特征,主要生长于传统村落四旁和寺庙中,居住民俗影响着树种在微生境的分布。忻州散生树种树龄结构,一级、二级和三级分别占27.8%、28.6%和43.6%。油松、国槐、侧柏、楸树和枣树等树种高龄古树和超高龄古树占比较高,成为古树管理保护的重点。古树承载着重要社会文化价值,其分布与保护与宗教文化、传统信仰和农耕文化有着紧密联系,在实践中触发了居民长期保护古树的实践行为,基于此提出古树景观保护策略。     

威百亩熏蒸后土壤微生物群落重建及功能恢复

本研究旨在科学评价威百亩熏蒸对土壤微生物生态系统的影响,为环境友好型消毒剂的选择提供理论线索。本研究以实验室威百亩熏蒸的土壤为材料,通过高通量测序技术,研究威百亩熏蒸对土壤细菌群落的影响及熏蒸后土壤微生物群落重建及功能修复的机制。结果表明：高通量测序总共测得1 062 241个高质量序列,共比对出5 882个细菌分类单元(OTUs)。熏蒸处理后不同阶段土壤细菌群落结构在门水平上较为类似,但是在种水平差异显著。威百亩熏蒸处理对微生物群落结构和功能造成很大影响,使得细菌群落α多样性、群落构建的驱动因素、共发生网络关系以及碳水化合物代谢、氨基酸代谢、能量代谢等代谢活性在熏蒸处理后的初、中期阶段表现出上升或者下降的趋势,并在处理后的中后期迅速恢复并趋于平稳。以上结果表明,威百亩处理对细菌群落造成强烈的“生态扰动”,导致细菌群落表现出“抑制-激活-恢复”的阶段性特征。微生物群落的稳定性与群落的抵抗力和恢复力密切相关。本研究为科学评价威百亩土壤消毒对土壤微生态系统的影响提供理论支撑,为环境友好型消毒剂的选择提供线索。