参考点位法在土壤基线判定中的改进与应用

损害基线的判定是环境损害鉴定与评估的基础与前提。参考点位法作为目前损害基线判定中使用最为广泛的方法之一,有效地弥补了历史数据不完善的现象。而参考点位的选取作为参考点位法应用的重点与难点,仍然存在缺乏明确标准与可信度低等问题。针对上述问题,提出了土壤基线判定的参考点位相似度评价指标体系,旨在为参考点位的选取提供一个较为清晰的思路与标准。以锡林浩特市胜利一号露天矿区为例,对土壤基线进行计算,并将计算结果与历史数据进行比较。结果表明:运用参考点位法计算的土壤基线结果具有一定的真实性与可靠性,同时通过控制与评价相关的主要环境要素可以在保证参考点位选择的可靠性的前提下提高方法的实用性。     

参照点位法下的参照状态在草原生态系统损害基线判定中的应用分析

生态环境损害基线的判定是环境损害鉴定与评估的基础与前提。参照点位法作为目前损害基线判定中使用最为广泛的方法之一,有效弥补了历史数据不完善的问题。在基线判断的过程中,参照点位选择的不同,会导致判定基线的参照状态不同,进而影响对人类干扰程度的判定和损害基线的基准值的设定。但目前缺乏统一的对草原生态系统参照状态的讨论与分析。提出了草原生态系统参照点位法的评价指标体系,对文献资料中的样点进行分类和筛选,形成4种参照状态,选择最优的参照状态对损害基线进行判定,并以内蒙古锡林郭勒盟锡林浩特典型草原区为案例进行实例分析。结果表明:对于自然保护区、草原实验站宜采用极小干扰状态和历史状态作为基线标准。对于实施了人为正向干扰的地区宜采用最佳可获得状态作为基线标准。对于草原的其他大部分地区,宜采用最低干扰状态作为基线标准。     

西南喀斯特典型石漠化生态系统土壤养分生态化学计量特征及其影响因素

喀斯特石漠化生态系统土壤养分元素生态化学计量特征及其对环境变异的生态响应是喀斯特退化森林生态系统恢复重建必需明确的关键科学问题。为探明喀斯特石漠化土壤C、N、P、K养分元素生态化学计量特征,探讨其对环境因子的响应,对西南喀斯特3个典型石漠化调查点(贵州毕节鸭池、清镇红枫湖和关岭-贞丰花江) 90个样方土壤及环境因子调查取样,研究了其土壤有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)及全钾(K)的化学计量特征及其影响因素。结果表明:西南喀斯特典型石漠化生态系统土壤C、N、P、K平均含量分别为45.61、2.54、0.79 g/kg和3.33 g/kg,计量比C∶N、C∶P、C∶K、N∶P、N∶K、P∶K平均值分别为19.56、65.07、23.65、3.45、1.32和0.39。4个土壤养分元素中,K元素表现明显高于其他元素的波动性。土壤养分含量及化学计量比在不同调查点、石漠化等级及植被覆盖率环境均有显著差异。无石漠化环境土壤养分C、N、P含量显著大于潜在、轻度、中度和强度石漠化,而强度石漠化环境土壤养分K含量却显著高于其他等级石漠化。土壤养分含量之间及其与化学计量比之间多具有显著的非线性相关关系。降水、温度、岩石裸露率和土地覆被是西南喀斯特石漠化生态系统土壤养分及其化学计量比最主要的影响因素。研究结果对丰富土壤生态化学计量学科学理论和我国西南喀斯特石漠化退化植被科学恢复具有重要意义。     

露天煤矿区生态风险受体分析——以内蒙古平庄西露天煤矿为例

煤矿露天开采行为导致矿区岩体剥离、植被破坏和土壤物理化学性质的巨大改变,对采矿区土壤生态系统造成剧烈扰动,使其成为水土流失、滑坡等矿区潜在生态风险的主要受体。以内蒙古平庄西露天煤矿区土壤生态系统为研究对象,通过分析矿区主要景观单元的土壤理化性质、植被演替规律与土壤线虫群落结构特征,研究其生态脆弱性分布与变化规律。结果表明矿区土壤系统的成熟度与稳定度与其形成年限具有相关性,但与农田生态系统和未受扰动的自然生态系统相比,煤矿开采区与排弃物堆放区的土壤结构较差、土壤肥力偏低、动、植物群落成熟度和稳定性较差。受土壤养分条件及土壤微生物数量等因素的限制,其植被自然恢复速度慢,生态系统脆弱,需通过土壤改良、合理选种适生植物、改善土壤养分条件,促进植被重建。     

喀斯特高寒干旱区不同经济树种的碳氮磷钾生态化学计量特征

探讨喀斯特高寒干旱区不同经济树种碳(C)、氮(N)、磷(P)、钾(K)含量及生态化学计量特征,丰富对"内稳态理论"、"生长速率理论"和生态系统养分限制状况的理解,为改善喀斯特生态环境提供理论支撑。本文以毕节市七星关区撒拉溪示范区的刺梨(Rosa roxburghii)、核桃(Juglans regia)2种主要经济树种作为研究对象,分析比较不同经济树种的养分含量特征、生态化学计量特征以及"叶片-凋落物-土壤"C、N、P含量和计量比之间的关系。结果表明:(1)2种经济树种不同组分中,核桃叶片有机C含量最高(均值为436.73 mg/g),刺梨叶片全N、全P含量最大(均值为20.77、2.10 mg/g),全K含量则为核桃根区土壤中最丰富(均值为17.07 mg/g)。核桃根区土壤速效K含量高于刺梨,表明核桃具有较好的耐旱性。(2)刺梨N再吸收率(19.23%)显著高于核桃N再吸收率(4.05%),表明与核桃相比,刺梨根区土壤N元素匮乏。(3)生态化学计量特征总体呈现出凋落物叶片根区土壤的规律。刺梨叶片N∶P低于14,说明刺梨生长时主要受N限制。刺梨叶片C∶P、N∶P低于核桃,推测栽种年限相同时,刺梨树种生长速率高于核桃树种。凋落物N∶P表现为核桃刺梨,故核桃凋落物能保留更多养分。核桃根区土壤C∶N高于刺梨,说明核桃地保肥能力较好。(4)根区土壤全P与叶片全P呈极显著正相关,说明植物叶片中P主要来源于土壤。根区土壤全N与凋落物C∶N呈极显著正相关,可见根区土壤中N含量与凋落物分解密切相关。     

长江河口九段沙互花米草湿地生态系统N、P、K的循环特征

研究了九段沙外来入侵种互花米草（Spartina alterniflora）湿地生态系统的营养元素含量、分布规律与循环特征。结果表明,九段沙的上沙、中沙和下沙互花米草湿地土壤全量养分含量差异相对较小,而速效性养分含量差异相对较大。土壤剖面中TK含量大大高于TN和TP含量,排序为:TK＞TN＞TP。各沙洲速效性养分含量排序为：速效K＞速效N＞速效P。土壤速效性养分与全量养分的空间分布规律并不一致,土壤剖面营养元素的垂直分布差异比较明显,速效性养分土壤剖面垂直分异比全量养分显著。各深度土壤营养元素含量均存在差异,不同沙洲同一深度土壤营养元素含量也存在差异。各沙洲不同深度土壤TN含量的差异明显大于TP和TK含量差异。植物中3种营养元素含量以K最高,N其次,P最低。湿地生态系统营养元素归还量远大于存留量。吸收系数排序为：N＞P＞K。不同沙洲营养元素的利用系数和循环系数存在明显差异,上沙P元素、中沙与下沙K元素利用系数最大,上沙K元素、中沙P元素与下沙N元素循环系数最大。     

不同治理年限的离子型稀土矿区土壤生态化学计量特征

以福建省长汀县3个不同水土流失治理年限的离子型稀土矿区为研究对象,并以未开采的稀土矿治理地为对照,对其表层0—10cm和10—20cm土壤碳氮磷含量及生态化学计量特征进行分析,探讨稀土矿治理区的土壤养分恢复状况。结果表明:土壤有机碳、全氮、全磷含量的变化范围分别为0.69—15.7g/kg、0.26—1.21g/kg、0.05-0.11g/kg,0—10cm土壤养分含量高于10—20cm土壤。土壤C∶N、C∶P、N∶P比变化范围分别为0.89—15.42、9.50—136.46、4.17—20.87,随治理年限的增加呈先递减后递增的趋势。土壤生态化学计量特征在治理初期由于矿区氮素的残留,主要受有机碳缺乏的影响;治理后期随着氮素的流失,则主要受氮素限制的影响。研究认为,离子型稀土矿治理初期,要及时种植生存能力强的植物,以充分利用矿区残留的氮素;治理后期则要施加氮肥以克服氮素缺乏对植物生长的限制。     

滇中亚高山森林植物叶-凋落叶-土壤生态化学计量特征

为了深入认识滇中亚高山区域5种典型森林生态系统养分循环规律和系统稳定机质，通过测定植物叶、凋落叶和土壤C、N、P含量，掌握该区域典型森林植物叶-凋落叶-土壤生态化学计量特征。结果显示：（1）5种森林类型C、N、P含量差异显著，其中各林型植物叶和凋落叶C、N、P含量均高于土壤。（2）5种森林类型植物N、P再吸收率均为华山松林 > 云南松林 > 常绿阔叶林 > 高山栎林 > 滇油杉林；5种森林类型的再吸收率均为P（均值为61.20%）高于N（均值为36.48%），表明了该区域土壤P的相对匮乏。（3）5种森林类型C/N、C/P、N/P均表现为凋落叶 > 植物叶 > 土壤；各林型植物叶N/P范围为10.17-15.31。（4）5种森林类型植物叶与凋落叶C、N、P含量、C/N和C/P均呈极显著或显著正相关；凋落叶与土壤的C、N含量及N/P呈显著正相关；5种森林类型植物叶N与P含量呈显著正相关关系；土壤N与P含量呈显著负相关关系。本文探究养分元素在"植物叶-凋落叶-土壤"之间的化学计量特征，为了解该区域森林生态系统的养分状况和揭示生物地球化学循环过程提供了理论数据。     

三种判定落叶阔叶混交林土壤损害基线的方法研究——以吉林省抚松县为例

生态环境损害鉴定评估是生态系统修复与保护管理工作的基础,而生态环境损害基线作为一个地区生态水平原始状态的表征,是鉴定评估生态环境损害的基准。森林土壤是森林生态系统的重要组成部分,是维系森林生态系统生物及化学循环的关键部分,同时也是森林生态系统是否受到损害及损害程度大小的重要表征指标。在已有的生态环境损害基线判定方法的基础上,针对森林土壤的特点,改进森林土壤损害基线的判定方法并用这些方法对吉林省长白山抚松县地区落叶阔叶混交林进行研究。运用的3种方法包括群体分布法、三分位法和回归模型法。计算结果显示,运用三分位法确定的基线值最高,运用群体分布法确定的基线值最低。从方法的适用范围考虑,群体分布法和三分位法计算简便,结果可比性强,适用于无明显人为干扰的地区;回归模型法灵活度高,应用性广,适用于有较强人为干扰的地区;在数据充足的情况下应首选回归模型法,在回归模型法无法确认基线时,另外两种方法作为补充。     

氮磷添加对荒漠草原植物-凋落物-土壤生态化学计量特征的影响

为明确植物、凋落物和土壤养分含量及化学计量比对土壤中添加多种限制性养分的响应，阐明"植物-凋落物-土壤"连续体化学计量动态及各组分之间的协同作用，以宁夏荒漠草原为研究对象，于2018年开始进行氮（N）、磷（P）养分添加控制试验。试验处理包括对照（CK）、N添加、P添加、NP共同添加4个处理。结果表明：（1） NP共同添加显著增加了荒漠草原植物N和P含量、以及凋落物和土壤P含量，显著降低了荒漠草原植物C：N和C：P、以及土壤和凋落物C：P和N：P。P添加显著增加了荒漠草原植物、凋落物和土壤P含量，显著降低了植物、凋落物、土壤C：P和N：P。N添加分别增加了植物、凋落物N含量和N：P，但对植物N含量影响未达到显著水平。（2） C、N、P含量和N：P大小均表现为植物 > 凋落物 > 土壤，C：N和C：P均表现为凋落物 > 植物。（3） N添加提高了荒漠草原植物对P再吸收效率，降低了荒漠草原植物对N利用效率；P添加提高荒漠草原植物对N再吸收效率，降低荒漠草原对P的利用效率；NP共同添加提高了荒漠草原植物对N和P再吸收效率，降低了荒漠草原植物对N和P利用效率。（4）植物-凋落物-土壤的N、P含量和化学计量比之间显著相关，其中植物N、P、N：P与凋落物和土壤N、P、N：P显著正相关，凋落物P、C：N与植物和土壤C：P、N：P显著负相关。（5）荒漠草原植物和凋落物N较稳定（1/H=0.45和1/H=0.48），而植物和凋落物P、N：P较敏感（1/H=0.80、0.73和1/H=0.81、0.78）。荒漠草原植物生长受N限制，N添加缓解荒漠草原植物N限制，P添加和NP添加加剧荒漠草原植物N限制，荒漠草原植物通过改变养分利用策略和再吸收利用效率适应土壤中N、P含量的变化。     

基于灰色拓扑理论的草地生态系统损害基线动态预测

生态环境损害鉴定评估是生态环境损害赔偿制度有效执行的关键。生态环境损害基线贯穿生态环境损害鉴定评估的整个过程,是生态环境损害确认与损害修复的重要依据与标准。历史数据法是损害基线确认的优先采用方法,以损害发生前3年平均值作为静态基线值,难以体现基线的动态性与不确定性,因此生态环境损害基线的动态研究尤为重要。选取净初级生产力(NPP)作为草地生态系统损害表征指标,以锡林浩特市巴彦宝力格矿区未开发建设前2000—2008年NPP历史数据为基础,运用灰色拓扑模型对矿区2009—2011年年均NPP基线值进行动态预测,并将其与静态基线值进行比较,探讨该方法的可行性。结果表明:灰色拓扑模型建模精度高,相对误差小,该模型预测平均相对误差为2.88%,且2009—2011年的拟合曲线与实际变化曲线相一致,将该模型预测结果作为动态基线值比静态基线值更能反映现实情况。构建的植被NPP基线动态预测方法为基线的确定提供一种解决思路,具有一定的应用价值与科学合理性。     

Regional distribution characteristics and ecological risk assessment of heavy metal pollution of different land use in an antimony mining area – Xikuangshan,China

Abstract

Mining activities have introduced various heavy metals and metalloids to surrounding soil environments, causing adverse impacts to the ecological environment system. The extremely high concentration of various heavy metals and metalloids make the Xikuangshan (Hunan, China) an excellent model to assess their ecological risk. In this study, the soil samples from 26 locations of different land use methods in four areas (smelting area, road nearby ore, mining area, and ore tailing area) in Xikuangshan with different levels of various heavy metals and metalloids (Sb, As, Pb, and Cd) were analyzed; in addition, the index of geo-accumulation and the potential ecological risk index were used to evaluate ecological risk. The results showed that the average contents of Sb, As, Pb, and Cd in all soil samples were 4368.222?mg·kg^?1, 40.722?mg·kg^?1, 248.013?mg·kg^?1, and 40.941?mg·kg^?1, respectively, implying serious contamination of compound pollution of heavy metals in soil. The concentration of heavy metals in soil among smelting area, road nearby ore, mining area, and ore tailing area showed significant distribution characteristics of region because different mining activities such as smelting, mining, transportation, and stacking caused different pollution intensity. Moreover, the contents of Sb in soil samples decreased successively in residue field, wasteland, forestland, sediment, grassland, and vegetable field, and the contents of Sb in vegetable-field and ecological restoration grassland were relatively low, which indicate that the method of grassland ecological restoration is an effective method to control antimony pollution in soil. The results of ecological risk assessment showed that the antimony mining area was seriously polluted by Sb, As, Pb, and Cd, and had strong ecological risk, and Sb and Cd were the most important pollution factors, which indicated that the pollution of Sb and Cd should be a major concern of relevant departments of environment and health.     

基于生态足迹的半干旱草原区生态承载力与可持续发展研究--以内蒙古锡林郭勒盟为例

以内蒙古自治区锡林郭勒盟为例,以锡林郭勒盟1981-2008年的统计资料为依据,应用生态足迹法对其近30 a的生态足迹和生态承载力进行了实证计算和研究,探讨了半干旱草原区的生态承载力动态变化及其对可持续发展的影响。研究表明:(1)工业化、城镇化的快速发展,使该区生态足迹明显增加,人均生态足迹由1981年的1.0868 hm²增加到2008年的24.2176 hm²,高于全国和国内部分草原区,化石能源和草地生态足迹急剧增加是区域生态足迹增加的主导因素;(2)随着人口增长,草地、耕地等人均承载力下降,土地总人均承载力也从1981的3.1565 hm²下降到2008年的2.3915 hm²;(3)该区域发展呈现出由生态盈余转为生态赤字,且生态赤字快速增长的趋势。其根源一方面是20世纪90年代以来,国内市场对煤炭等本地优势资源需求的增加和重新配置加速了该区域工业化进程,增加了生态足迹;另一方面草地需求旺盛导致对草地的掠夺性经营加剧,致使草地退化严重,降低了生态承载力。锡林郭勒盟以畜牧业为主,草地是经济发展的基础,而工业化、城镇化的发展急剧增加了对草地资源的需求,如何科学、合理的协调工业化、城镇化发展和草地退化之间的矛盾,是锡林郭勒盟能否可持续发展的一个关键性因素。     

黄土高原典型小流域草地群落功能性状对土壤水分的响应

植物功能性状可以响应生境的变化并决定生态系统的功能,探究植物功能性状间的关系及其随土壤有效水分梯度的变化规律,对认识不同水分条件下植被在群落水平碳水代谢关系和维持水分平衡的生理生态学机制具有重要意义。以甘肃定西典型半干旱黄土小流域草地群落为研究对象,采用排序分析和回归拟合方法,分析了30个代表性草地样地中7个植物功能性状加权均值对土壤有效水分的响应以及响应性状间的相关关系。结果显示:(1)7个性状中,除叶宽与土壤有效水分无明显相关外,叶长、株高、叶面积、比叶面积、叶厚和叶干物质含量均与土壤有效水分显著性相关,可识别为草地在群落水平对土壤水分的响应性状。(2)草地群落通过降低株高,减小叶长、叶面积和比叶面积,增加叶厚和叶干物质含量以适应土壤有效水分减少;其中叶干物质含量的解释度最大,是土壤水分的最优响应性状。(3)除叶厚与叶长无显著相关外,其余功能性状均存在显著相关,说明草地群落的功能性状在土壤水分梯度上已基本形成了一个相互权衡或协同变化的功能性状组合。     

克氏针茅草原土壤生态化学计量特征对放牧强度的响应

生态化学计量学是研究生态系统中各元素间平衡的科学,对于探究土壤有机碳（C）、全氮（N）、全磷（P）元素循环以及土壤养分限制状况具有重要意义。为了解克氏针茅（Stipa kirschnii）草原土壤生态化学计量特征,以内蒙古克氏针茅草原区为研究对象,在不同放牧强度草场进行采样分析。结果表明：随着放牧强度的增加,C、P含量先降低后升高,N含量先升高后降低;土壤C/N先降低后升高、C/P逐渐升高、N/P先升高后降低。C/N随着放牧强度的增加与有机碳相关性逐渐增大、与全氮的相关性逐渐减小;轻牧区的C/P受有机碳作用有所增强;中牧区N/P受全氮作用增强。C/N主要限制因素是有机碳含量,C/P和N/P主要限制因素是全磷含量。不同放牧强度会影响土壤化学计量比与其他物质的关系,也会改变土壤化学计量比各制约因素的强度。     

微尺度下城市公园人造绿地土壤水分的时空分异格局及其驱动机制

水是生态系统的基本非生物组成要素,土壤水分对生态系统结构和功能有重要影响。微地形改造被证明能有效涵养水源、防止水土流失,并被广泛应用在生态恢复工程中。然而,在微尺度下人造生态系统土壤水分的时空分异格局及其驱动机制仍不明确。选择北京奥林匹克森林公园一处集合了4种不同地形的草地作为研究对象,对表层(0—10 cm)和深层(10—25 cm)土壤水分开展了长期的研究工作。研究结果表明,不同地形上土壤水分的季节变化特征没有显著差异,土壤温度是影响土壤水分季节变化的主要因素。在植被覆盖均匀的条件下,微地形对土壤表层水分的空间分布格局有显著影响,除洼地和冲沟两种特殊地形外,坡度决定的生态水文过程是主要的驱动机制;土壤深层水分没有明显的空间分布格局。研究结果说明在微尺度下,微地形通过影响土壤水分的空间分布格局,可能会对生态系统结构和功能产生潜在影响,应当在景观改造和生态恢复相关研究和工程应用中给予更多的关注。     

农牧交错带草地土壤剖面微生物总量、多样性和互作网络的垂直分布特征

【背景】草地土壤微生物是维持草地生态系统功能和稳定的关键要素之一,探寻微生物在土壤剖面的垂直分布特征和构建规律对于理解其在草地生态系统的作用至关重要。【目的】在80cm深的土壤剖面内,全面分析微生物的总量、多样性和物种间的相互作用网络表现出的垂直分布特征。【方法】基于内蒙古农牧交错带上典型草原土壤中原核微生物的定量和高通量测序数据,比较微生物的总量和多样性,使用分子生态网络方法(molecular ecological network approach,MENA)探究微生物相互作用网络的垂直变化。【结果】原核生物的总量和多样性随深度增加而逐渐降低,且群落结构变异沿土壤剖面逐渐增大。网络结构在表层最为复杂,微生物物种间联系紧密;随着深度的增加,微生物间紧密的关联会逐渐变稀疏,网络结构变得简单。此外,酸杆菌是当地土壤生态系统中的优势种群以及网络核心微生物物种,可能对土壤生态服务功能的稳定发挥具有重要的作用。【结论】原核微生物的总量、多样性和物种间的互作网络都表现出高度一致的垂直变化规律,即总量、多样性与深度成负相关,且其群落结构变异会逐渐扩大,同时微生物网络相关性会减弱。这些结果为我们提供了微生物动态变化的重要见解,对典型农牧交错带草地的生态保护具有一定的参考价值。