符合经济生态效益的农田化肥施用量

在洞庭湖区研究了农田化肥的外部成本和经济生态施用量.采用环境影响经济评价方法,估算了化肥的外部成本;运用外部不经济性原理和生产函数模型研究了兼顾农户经济效益、生态效益的农田适宜施肥量.结果表明,2002年洞庭湖区粮食生产中因化肥施用不当而带来的外部成本约为1.35×10⁸元,每千克纯氮的外部成本约为0.3元.在洞庭湖区目前生产条件下,兼顾生产、经济、生态三效益的适宜施肥量是208.26～210.65 kg·hm^-2,相应的粮食产量为5528～5539 kg·hm^-2.2002年洞庭湖区粮食生产实际施肥量已超过农户经济最优施肥量和生态适宜施肥量,建议政府在一些化肥高投入、高污染的地区征收环境污染税.     

基于投入产出方法的甘肃省水足迹及虚拟水贸易研究

随着社会化进程的加快,地处西北内陆的甘肃省正面临日益严峻的水资源短缺危机,社会经济发展受到一定程度的制约,水生态环境也呈现出恶化的趋势。水足迹是近年来提出的衡量人类活动对于水生态系统影响的指标,能够帮助决策者制定水资源管理及保护的政策,从而实现地区水资源的可持续利用。运用单区域投入产出方法计算并分析了甘肃省1997、2002和2007年第一产业、第二产业和第三产业部门的虚拟水强度、水足迹以及虚拟水贸易情况。结果显示:(1)甘肃省第一产业的虚拟水强度最高,但呈现出逐年下降的趋势,水足迹也因此有所下降;(2)虚拟水贸易方面,甘肃省以虚拟水净出口为主,尤其是第一产业,每年虚拟水净出口量约全省总水资源量的10%。建议甘肃省继续巩固已有的节水成果,调整产业结构,大力发展节水型产业和高新技术产业。同时建议适当调整贸易格局,合理控制虚拟水出口,以缓解当地水资源短缺危机,保障地区水安全与生态安全。     

基于PSR模型的耕地生态安全物元分析评价

耕地生态安全评价是改善农田生态系统安全状况、促进耕地可持续利用的重要基础。针对多数综合评价研究中存在信息屏蔽和主观性的问题,在界定耕地生态安全内涵的基础上,构建了基于压力-状态-响应(PSR)模型的评价指标体系,采用物元分析方法和改进的熵值法对我国耕地生态安全进行评价。研究结果表明:(1)1996-2010年我国耕地生态安全水平不断提高,安全等级经历了"临界安全-较安全"的演变历程,但2010年"较安全"等级关联度很弱;(2)单位耕地化肥负荷、人均耕地面积、单位耕地农药负荷、土地垦殖率、水土流失程度等是耕地生态安全等级提升的关键制约因素。为了促进耕地生态安全等级不断提升,需要进一步转变经济发展方式,加强土地利用监督管理,降低经济增长对土地资源的过度消耗;大力发展绿色农业,合理施用农药、化肥;积极开展农村土地整治,加强高标准基本农田建设;加大环境治理力度,有效控制水土流失程度。基于PSR模型的评价指标体系能更准确地反映农田生态系统各要素之间的关系,物元分析方法可以揭示单个评价指标的分异信息和综合评价结果的中间信息、挖掘耕地生态安全存在的具体问题,适合用于耕地生态安全的评价。     

基于MSPA和MCR模型的秦岭(陕西段)山地生态网络构建

快速的城市化发展破坏了生境斑块的连通性,而在应对此环境变化中,从斑块层构建区域生态网络的研究不足。本研究以秦岭(陕西段)为对象,采用形态学空间格局分析(MSPA)辨别生态源地,利用最小阻力模型(MCR)提取潜在生态廊道,构建秦岭生态网络;基于重力模型对生态网络内部斑块的重要性进行分级,并分析了网络的结构特征及景观构成。结果表明: 秦岭(陕西段)生态网络由10个生态源地、45条潜在生态廊道和38个脚踏石构成,生态源地总面积29686.15 km²;网络闭合度(0.11)、线点率(1.18)、网络连接度(0.42)、成本比(0.99)综合表明,网络结构中潜在生态廊道和生态节点的连通性较好,而源地间的连通程度低,构建网络的成本较高;重要生态廊道主要由林地、草地、耕地等景观类型构成,其中,林地面积最大,为571.00 km²,约占廊道总面积的89.2%,景观结构良好;在生态网络中应加强保护生态源地,优先建立并保护重要生态廊道和生态节点。研究结果可为秦岭生态环境保护与高质量发展提供科学的参考和依据。     

区际农业生态补偿标准及“两横”财政跨区域转移机制——以虚拟耕地为载体

探讨以虚拟耕地为载体的区际农业生态补偿原理,从两个层面(省际与省域内部市际)开展区际农业生态补偿支付/受偿面积和财政转移额度的测算,最后提出了以补偿管理平台为中介的"两横"财政转移路径。结果表明:①虚拟耕地调出地区付出了过多的经济、资源和生态代价,需要以虚拟耕地为载体对之进行生态补偿。可以根据虚拟耕地净流量进行支付/受偿区域划分和支付/受偿面积的确定。②在省际补偿方面,支付区域包括16个省份,其中支付虚拟耕地面积较大的省市主要分布在东部沿海地区和西南地区;受偿区域包括15个省份,其中受偿虚拟耕地面积较大的省市主要分布在东北地区、华北地区和西北地区。在省域内部市际补偿方面,支付虚拟耕地面积较大地市多为省域内经济发展水平相对较高的地市,受偿虚拟耕地面积较大的地市多为省域内经济发展水平相对较低、农业生产条件优越的地市。③无论是省际层面还是省域内部市际层面,受偿的额度和支付的额度均呈现集中分布的特点。在省际补偿方面,支付额度较大的广东、北京、浙江、上海、天津、江苏和湖北等省市在研究期内年均值超过25亿元;受偿额度较大的黑龙江、吉林、河南、内蒙古、安徽、山东、湖南和河北等省市在研究期内年均值超过40亿元。在省域内部市际补偿方面,江苏、河南和甘肃三省支付额度排名前二分之一地市的总额所占的比例都超过了80%,受偿额度排名前二分之一地市的总额所占的比例都超过70%。④"两横"支付网络通过两级支付管理平台的中介作用可以实现省际和省域内部市际两个层面的区际农业生态补偿跨区域转移。     

三峡库区蓄水前后农田生态系统服务与环境压力分析

农田生态系统是人类赖以生存的基础,重大工程影响下农田生态系统服务的响应与反馈对指导工程影响区的社会经济发展具有重要意义。基于三峡工程蓄水前后(2002,2011)的农业生产数据,评估了库区农田生态系统服务价值,并对其在蓄水前后的变化特征与环境压力进行了分析。结果表明:(1)三峡库区蓄水后,农田生态系统各项服务价值均增加,总价值增加了16.81%,增加部分主要为产品供给、休闲旅游和气体调节,相对于生产功能与生活功能,生态功能价值增加幅度较小;(2)总价值的变化是自然与包括三峡工程在内的人类活动综合影响的结果,其增加原因主要与常用耕地面积增加、种植结构调整、化肥农药施用强度增加,以及休闲旅游发展和科研投入加大有关,部分区县,尤其是常用耕地面积下降的区县,种植结构调整、化肥农药施用强度的增加起主导作用,按1990年不变价计算,库区蓄水淹没耕地损失的农田生态系统服务价值约为4.24亿元/a,其中产品供给价值1.37亿元/a;(3)化肥农药施用强度增加,化肥施用增产效益下降,是维持与提高库区农田生态系统产品供给服务所带来的环境压力,而农田生态系统服务除受到化肥农药施用强度增加对其自身的抑制外,还受到总人口增加与农业人口减少、耕地资源逐年减少和蓄水淹没高质量耕地的制约。     

鄱阳湖生态经济区生态网络构建与评价

大型生态斑块是区域生物多样性保护的重要基础.然而,随着我国城镇化的快速推进,人类活动对环境的干扰越来越强烈,不仅大型生态斑块数量不断减少、质量不断下降,而且斑块之间连接出现弱化, “孤岛化”现象严重,严重影响区域生物多样性保护.本文以鄱阳湖生态经济区为例,通过GIS技术手段,充分考虑景观类型、坡度和人类活动干扰的影响,采用最小费用模型构建了该区域的潜在生态廊道.基于重力模型定量分析了生态斑块间的相互作用强度,并以此将潜在生态廊道分成2级以便区别保护,识别了研究区重要生态节点和生态断裂点,分析了该潜在生态网络结构的连通性.结果表明: 森林和农田是构成研究区生态廊道的主要景观类型;生态斑块之间的相互作用强度差异显著;区域生态网络结构较复杂,网络连接度和闭合度较高.研究结果可为鄱阳湖生态经济区生物多样性保护和生态网络优化提供科学依据.     

全球价值链分工对生态要素空间转移的影响——以iPhone6的水资源利用为例

随着生产与贸易不断向全球化发展,经济活动对生态环境的影响已不限于单一地区内,而形成了牵一发而动全身的全局性问题。产品的全球价值链分工所引致的生态要素转移逐渐成为关乎国家资源安全、社会可持续发展的关键事宜。基于生态要素核算的思想,本文首次以典型高科技产品iPhone6为研究对象,基于其零部件价值拆解数据与全球供应商分布数据,运用混合多区域投入产出模型对其生产端所引起的水资源使用与转移进行了系统核算。主要结论包括:(1)总体上,生产每单位iPhone6需使用7371m~3水资源,其生产对全球水供应具有较强依赖性。(2)地区上,iPhone6中体现的虚拟水主要来自29个国家或地区,围绕亚洲与欧美经济体形成两大集中分布;从国家看,苹果公司所在地美国仅占总量的51.66%,其他国家中虚拟水贡献最高的是中国,占比为39.05%。(3)生产中,主要引起了中国-美国、中国-日本、菲律宾和马来西亚-新加坡等从发展中国家向发达国家的大规模虚拟水转移,体现出iPhone6分工对全球水资源"纳贫济富"的再分配作用。(4)产业布局上,iPhone6生产所涉及的经济体与经济部门的虚拟水体现强度均低于世界全部门平均水平,新兴智能产品呈现出相对高效的水资源生产力。根据结果分析,我国应基于自身发展中国家特点,在如iPhone6等高科技智能产品的生产中聚焦更为核心、资源环境友好的分工环节,或在相对非核心的分工中努力提高自身资源节约能力,落实产业结构与资源整合等方面的转型战略,以实现可持续发展目标。     

基于网络特征的道路生态干扰——以澜沧江流域为例

道路网络对区域景观的生态格局和过程产生较大的影响,作为干扰因子,区域道路网络的特征和所产生的生态干扰水平存在一定的相关性.利用GIS和网络分析法,以澜沧江流域县域为基本单元,分析了研究区各县的道路网络特征指数,在揭示了区域道路网络不同特征之间的规律性的基础上,进一步对区域网络特点和生态干扰之间相关性进行了内在关系的探讨.结果表明,澜沧江流域道路网络结构的空间差异很大,流域内各县的道路网络节点数、连接线数目、α环度、β线点率、γ连接度指数等网络特征因子也存在较大差异;道路密度和道路总长度与区域海拔高度呈现较明显的负相关关系;道路密度和区域道路的廊道密度呈现正相关关系,和区域道路的α指数、β指数和γ指数关系可以用倒数模型来拟合.缓冲区分析表明,耕地比例和道路密度线性相关关系显著,而其他类型相关性较差,但区域综合的人工干扰指数(Hd)(1980,2000)和道路网络的特征指数相关显著,而且不同时期的区域景观的斑块密度、平均斑块面积和区域道路网络特征之间也存在较强的相关性,即网络扩展使得区域生态系统受干扰强度增加,破碎化严重,但较短时期内的生态系统变化和道路网络特征之间相关性不显著.     

基于生态网络的江苏省生态空间连通性变化研究

经济社会高速发展背景下,人类土地利用强度加大,部分地区生境斑块趋于破碎,生物交流通道趋于阻断,研究生态空间连通性变化,有针对性的进行保护和修复,对区域可持续发展意义重大。研究以江苏省为例,采用形态学空间格局分析（Morphological Spatial Pattern Analysis,MSPA）方法分析景观格局变化并识别重要生态源地破碎与新增情况,利用最小累积阻力（Minimum Cumulative Resistance,MCR）模型构建生态网络并分析生态空间连通性。研究选取整体连通性指数量化斑块/廊道的相对重要性;结合生态网络结构,具体分析廊道连通性的变化、原因及其影响;并运用电路理论、障碍改善方法识别廊道维护与疏通关键点,提出生态网络保护和修复建议。研究结果表明：（1）2000-2015年,江苏省生态网络呈现西密东疏的格局,局部地区生态节点破碎12处,新增5处,源地斑块整体趋于破碎;（2）新沂市马陵山风景区等6处节点的破碎使北部生态网络多条廊道结构功能下降,亟须修复;（3）因沿河防护林及道路林网建设,中部网络与北部网络间廊道连通性有所改善,但缺乏中间节点;（4）丹阳市打雁山丘陵节点的破碎使南部网络与长江湿地间联系削弱,宁镇山脉的结构重要性相对凸显;（5）东部沿海滩涂节点与其他节点间的联系尚处于薄弱状态,有待改善;（6）建议修复生态节点7处,新增生态节点7处,建设踏脚石44处,维护廊道关键点18处,疏通其中5处。     

基于农户受偿意愿的农田生态补偿——以湖北省京山县为例

农产品主产区的耕地保护是关系到全国农产品供给安全的重要问题.本文以湖北省京山县为例,以环境友好型农业生产的机会成本损失为基础,综合考虑农户的受偿意愿,确定出农田生态补偿额度,并通过构建Tobit回归模型分析影响农户受偿额度的相关因素.研究表明: 在对保护性耕作有经济补偿的前提下,分别有77.1%和64.7%的受访农户愿意减少化肥和农药施用量.随着化肥、农药的减少比例从<10%增加到>50%,农户的机会成本分别由1198、5850元·hm^-2·a^-1增加到9698、9750元·hm^-2·a^-1,农户的受偿额度分别由4750、7313元·hm^-2·a^-1增加到9781、12393元·hm^-2·a^-1,在同等减少比例下,农户对农药减少的机会成本和受偿额度都大于化肥减少的机会成本和受偿额度,且基于农户意愿的受偿额度要大于其机会成本损失额度.距离城镇远近、对农田生态环境的认知、改善农田生态环境期望指数对农户减少化肥施用受偿额度有正向显著影响,而受教育程度和村集体经济状况有负向显著影响.家庭农业收入占比、对农田生态环境的认知、改善农田生态环境期望指数对农户减少农药施用受偿额度有正向显著影响,而家庭年现金收入和村集体经济状况有负向显著影响.
     

基于多区域投入产出分析的京津冀地区虚拟水核算

通过贸易与消费调控实现区域水资源优化配置已成为缓解地区水资源压力的途径之一。跨区域投入产出分析可为地区间虚拟水贸易战略提供依据。基于2012年京津冀地区投入产出表与生产用水量构建了跨地区虚拟水核算模型,计算了隐含在经济贸易中的虚拟水总量及各地区各部门的直接用水系数、完全用水系数和拉动系数,分析了各部门虚拟水进出口情况,识别了重点耗水部门。结果表明:京津冀地区呈现虚拟水净出口状态,其中净出口部门主要为北京的服务与交通业,河北的农业和制造业。京津冀的农业、矿业和水供应业在生产过程中直接消耗水量大,应注重提升用水效率及节水技术的开发;三地制造业、建筑业和服务与交通业的平均拉动系数较大,这说明其他部门生产活动对该部门依赖性较大,其单位产出的提高将带动整个地区更多虚拟水量的投入。此外,河北的农业和制造业为京津冀各部门输送了大量虚拟水,为各部门生产提供了支撑,是节水的重点部门,应着重调整其产业结构,并从直接和间接用水两方面入手减少水资源消耗。计算了京津冀地区不同部门的直接、间接水资源消耗、水资源消耗拉动系数,以及部门间的虚拟水贸易情况,结果可为该地区部门间水资源配置和虚拟水战略的制定提供基础。     

旱地农日水肥效应研究进展

水、肥是提高旱地农业生产力的关键,也是制约该类型区农业发展的主要因素,能否充分发挥水肥的增产效应对我国粮食安全与农业可持续发展具有重要意义．本文介绍了灌溉试验、旱棚试验与长期定位试验等几种水肥效应常用研究方法的设计原理及不足;并在总结旱农地区水肥协同效应定性与定量研究的基础上,对旱地农业水肥相互作用机理和交互作用模型进行了系统论述,指出适宜的水、肥条件对作物生长与产量形成具有明显的正交互作用,但因研究方法与试验地自然条件的不同而存在明显差异．结合农业生态系统特点对未来旱地农业水、肥效应的研究方向进行了展望．     

The dichotomy in degree correlation of biological networks

Most complex networks from different areas such as biology, sociology or technology, show a correlation on node degree where the possibility of a link between two nodes depends on their connectivity. It is widely believed that complex networks are either disassortative (links between hubs are systematically suppressed) or assortative (links between hubs are enhanced). In this paper, we analyze a variety of biological networks and find that they generally show a dichotomous degree correlation. We find that many properties of biological networks can be explained by this dichotomy in degree correlation, including the neighborhood connectivity, the sickle-shaped clustering coefficient distribution and the modularity structure. This dichotomy distinguishes biological networks from real disassortative networks or assortative networks such as the Internet and social networks. We suggest that the modular structure of networks accounts for the dichotomy in degree correlation and vice versa, shedding light on the source of modularity in biological networks. We further show that a robust and well connected network necessitates the dichotomy of degree correlation, suggestive of an evolutionary motivation for its existence. Finally, we suggest that a dichotomous degree correlation favors a centrally connected modular network, by which the integrity of network and specificity of modules might be reconciled.     

Impact of Soil Heavy Metal Pollution on Food Safety in China

Food safety is a major concern for the Chinese public. This study collected 465 published papers on heavy metal pollution rates (the ratio of the samples exceeding the Grade II limits for Chinese soils, the Soil Environmental Quality Standard-1995) in farmland soil throughout China. The results showed that Cd had the highest pollution rate of 7.75%, followed by Hg, Cu, Ni and Zn, Pb and Cr had the lowest pollution rates at lower than 1%. The total pollution rate in Chinese farmland soil was 10.18%, mainly from Cd, Hg, Cu, and Ni. The human activities of mining and smelting, industry, irrigation by sewage, urban development, and fertilizer application released certain amounts of heavy metals into soil, which resulted in the farmland soil being polluted. Considering the spatial variations of grain production, about 13.86% of grain production was affected due to the heavy metal pollution in farmland soil. These results many provide valuable information for agricultural soil management and protection in China.     

旱地农田水肥效应研究进展

水、肥是提高旱地农业生产力的关键,也是制约该类型区农业发展的主要因素,能否充分发挥水肥的增产效应对我国粮食安全与农业可持续发展具有重要意义.本文介绍了灌溉试验、旱棚试验与长期定位试验等几种水肥效应常用研究方法的设计原理及不足;并在总结旱农地区水肥协同效应定性与定量研究的基础上,对旱地农业水肥相互作用机理和交互作用模型进行了系统论述,指出适宜的水、肥条件对作物生长与产量形成具有明显的正交互作用,但因研究方法与试验地自然条件的不同而存在明显差异.结合农业生态系统特点对未来旱地农业水、肥效应的研究方向进行了展望.     

阜新市农田土壤重金属含量及其分布特征

通过对辽宁省阜新市城郊区县180处农田土壤的取样调查分析,初步了解了农田土壤重金属As、Cu、Zn、Ni的含量特征及其空间分布,并探讨了当地矿业开采活动对农田土壤重金属积累及空间分布的影响.结果表明,研究区域内农田土壤Cu、Zn和Ni的几何平均含量均高于背景值,且这3种重金属存在普遍累积的现象;不同种植类型土壤中,菜地土壤Cu、Zn、As含量显著高于粮田,且重金属积累更为明显;4种重金属的空间分布均呈城区高于郊县的趋势;重金属含量较高的区域与矿山开采区域基本重叠.研究区域内采矿活动是农田重金属的重要来源,同时畜禽养殖业所产生的畜禽粪便可能对农田土壤中Cu、Zn和As的增加有一定作用.当地农牧业生产和布局应适当考虑土壤污染的风险.