北京城市与西北远郊地表臭氧浓度梯度移动监测研究

北京城市与区域臭氧浓度逐年升高,对自然生态系统已经构成影响。但地表臭氧在北京城市与远郊梯度空间上的连续递变特征机制尚不清楚。采用移动监测车,搭载臭氧分析仪,选择夏季典型臭氧污染天气,以北京教学植物园为对照点,从北京城市中心向西北远郊方向,多点位连续测定地表臭氧浓度。通过分析臭氧浓度和采样点周围归一化植被指数(NDVI)的关系以及典型臭氧污染情况下的天气形势和气团轨迹,探讨北京城市和区域臭氧浓度连续空间变化特征及机制。结果表明:(1)北京西北山区森林区域臭氧浓度显著高于"城市区域",约为城市区域的2.00倍。十三陵是地表臭氧浓度的分界点,从十三陵开始臭氧浓度陡然升高,在西北山区方向保持在高水平。空间上从高到低的顺序是西北山区(254.68μg/m~3)对照点教学植物园(220.89μg/m~3)城市支路(162.84μg/m~3)城市快速路和高速路(103.24μg/m~3);(2)植被分布影响臭氧空间格局。在相同时间范围内,臭氧浓度和NDVI正相关,随NDVI增加臭氧浓度呈Logistic增长;(3)西北山区地表臭氧空间变异系数为0.11,城市支路上平均为0.28,城市快速路上为0.26,高速公路上为0.36。山区地表臭氧浓度的空间变异系数最小,高速公路最大,城市快速路、城市支路空间变异较大;(4)大范围均压场、高压后部、低压前部等稳定型天气型易造成南向弱气流,能够把空气污染物输送到西北远郊,但本研究中监测到的西北山区高浓度臭氧并非当天从城区输送而来。北京城市与区域臭氧格局与植被的关系及成因需要深入研究。     

跨区域森林生态补偿的演化博弈分析——基于主体功能区的视角

新常态下,我国的森林生态环境承载力已经达到或接近上限,森林资源存在乱砍乱伐现象和林区政府监管乏力问题,究其根源是缺乏森林保护和补偿的驱动机制。在中央政府投入大量物力和财力的同时,其他利益相关主体却存在不同利益诉求和行为导向冲突,跨区域森林生态补偿难以实现,因此利用演化博弈模型厘清森林生态环境保护与补偿行动中保护主体、受益主体和中央政府的关系,有助于突破跨区域森林生态保护补偿困境,形成良好的行动机制。分析主体功能区利益群体逻辑关系的基础上,构建保护地区政府和受益地区政府的演化博弈模型,分别研究未引入"约束-激励"机制和引入"约束-激励"机制下的主体行为特征及其影响因素,剖析不同情形地方政府间的博弈决策行为。研究结果表明,在未引入中央政府"约束-激励"机制的情况下,跨区域生态补偿无法实现,保护地区政府会通过权衡保护森林资源收益和机会成本进行策略选择,当保护森林资源的净收益为正时,即使没有受益地区生态补偿,保护地区政府仍然有足够的激励保护森林资源,当保护森林资源的净收益为负时,两类政府群体容易陷入森林生态治理的"囚徒困境",而"约束-激励"机制的引入可以实现森林生态保护补偿的帕累托改进,通过中央政府惩罚、奖励金额的限制能够实现最优稳定均衡策略。     

中国国家公园的边界、分区和土地利用管理——来自自然保护区和风景名胜区的启示

作为生态文明制度改革的具体实现方式和前沿阵地,国家公园体制建设旨在对我国多样化的保护地体系进行重组管理,实现高效合理的国土空间规划、自然资本的保护和全民公益。研究对我国自然保护区和风景名胜区这两类法定保护地的边界和区划的理论基础和实践的技术手段的发展进行梳理,并对我国国家公园体制试点进展进行总结。在此基础上提出,中国国家公园在保护地个体的边界和内部分区上应以实现保护目标为原则,借鉴自然保护区功能分区的基本原则,根据管理目标细化功能分区,借鉴风景名胜区规划实践,注重景观价值,考虑社会经济条件特别是土地权属及土地开发利用可能和方式,进而考虑气候变化和区域长期发展目标等自然和社会经济动态,形成完整的边界和分区理论体系,从而满足全民公益,实现社区经济发展。在区划理论上,一个可行的切入点是考虑空间上生态系统服务功能的差异,根据实现保护目标的管理需求和满足社区生计发展的利用需求,在土地权属和其他限制条件上实现不同组合的生态系统服务功能的空间规划,利用保护地役权来分离土地所有权、使用权和收益权,限制特定土地利用方式,进行利益相关方资源利用管理。     

黄土旱塬区土壤水分状况与作物生长、降水的关系

土壤水分研究是统筹农业生产和生态环境建设的关键环节.本研究结合4年田间定位试验,通过对黄土高原南部长武旱塬冬小麦和春玉米2012—2015年土壤水分状况的研究,分析农田土壤干层形成情况、土壤水分对作物生长的影响、降水对土壤水库的影响以及作物对土壤水分状况的影响.结果表明: 降水年型是冬小麦地土壤干层形成的主导因素,年内降水分布不均是春玉米地土壤干层形成的主导因素.长武旱塬区冬小麦和春玉米一年一季的种植制度不会导致永久性干层的产生;相较于春玉米,冬小麦根系生长习性更符合黄土旱塬区土壤水分循环特征,黄土旱塬区土壤水分有效性可保证作物产量稳定;降水作用下,冬小麦土壤水库充、放水过程呈现收获期、休闲期和苗期连续充水、缓慢消耗期和大量消耗期连续失水相互交替的特点.0～300和300～600 cm土层土壤水库不一致性现象明显,以最大根深作为野外监测试验中土壤含水量的取样深度时,由于深层土壤水库负反馈作用,不同降水年型下,休闲期和苗期的蒸散均会被高估,缓慢消耗期和大量消耗期的蒸散均会被低估.冬小麦田间过渡层存在的范围为140～360 cm;作物生长的时间跨度影响土壤水库效应的发挥,土壤水库对冬小麦供水表现为年际间的调节作用,土壤水库对春玉米供水表现为季节间的调节作用.     

覆盖对西北旱地春小麦旗叶光合特性和水分利用的调控

2015—2016年在西北黄土高原半干旱区进行大田定位试验,以‘陇春35号’为试验材料,设全膜覆土穴播(PMS)、全砂覆盖穴播(SM)和露地穴播(CK)3个处理,分析旗叶光合特性、春小麦耗水特性和产量构成因子之间的关系.结果表明: PMS和SM 在0～300 cm土层的土壤贮水量在灌浆前分别较CK提高47.8和31.6 mm,灌浆期均较CK降低15.6 mm.PMS和SM提高春小麦挑旗-抽穗期和扬花-灌浆期的土壤耗水.PMS和SM的叶面积指数分别较CK提高59.0%～73.7%和40.1%～52.7%,叶片SPAD值分别较CK提高3.5%～28.4%和2.9%～23.9%.PMS的光合速率和气孔导度在春小麦挑旗、抽穗、扬花期分别较CK提高23.5%、33.0%、17.7%和32.6%、76.4%、66.9%,灌浆期分别较CK降低26.2%和16.4%;PMS和SM的气孔限制值在抽穗、扬花、灌浆期分别较CK降低14.6%、23.9%、22.3%和25.7%、29.8%、17.4%.叶片瞬时水分利用效率PMS在挑旗期较CK提高57.8%,扬花期降低11.2%.PMS的表观量子效率在抽穗、扬花期分别较SM和CK增加22.6%、18.7%和26.8%、14.3%.PMS和SM春小麦的株高和产量构成因子均显著高于CK,且在干旱年份增幅较大;PMS的产量较CK和SM分别提高36.2%和8.7%,水分利用效率分别提高9.4%和3.4%.因此,PMS和SM提高了小麦灌浆前土壤贮水,加剧了挑旗到抽穗和扬花到灌浆期的耗水,提高了小麦叶片SPAD值和叶面积指数,增强了小麦灌浆前旗叶光合功能,促进 “库”的建成和同化物的转运,实现增产和水分高效利用.PMS在丰水年份的增产潜力和干旱年份的适应能力比SM更强.     

北京市六环内城市森林结构总体特征

城市森林结构决定了城市森林的外貌、总体绿量,影响其生态效益.本文对北京市六环外1 km范围内城市森林分层抽样调查,研究其多样性及乔木规格,并根据北京城市特点分析其空间差异,以期找出存在问题及梯度变化规律,为北京城市森林多样性保护及科学管理提供依据.通过对各类城市森林847个标准样方的调查,共记录木本植物50科、106属、159种,本地种占75%;城市森林植物群落仍然是少数物种主导,毛白杨(Populus tomentosa Carr.)与国槐(Sophora japonicaL.)分别为使用数量最多(9.7%)和使用频度最高(28.45%)的树种;乔木平均胸径19.79 cm,平均冠幅5.4 m,规格总体偏小,且规格差异不大.北京市城市森林沿城市发展方向由城内向城外展现出了明显的梯度变化:总物种数4环外多于4环内,最高为4~5环112种;多样性指数逐渐降低;乔木规格减小;“城六区”物种组成、多样性及乔木规格均优于其他行政区.     

基于地形梯度的岩溶槽谷区土地利用空间格局分析

揭示当前多因素驱动机制下岩溶槽谷区典型地貌单元在地形梯度上土地利用分布的一般规律与差异性特征具有重要意义。以2017年landsat TM高清影像和30 m×30 m DEM（Digital Elevation Model）为数据源,并结合实地调查,通过地形位分布指数、土地利用多样性指数、土地利用程度指数及土地利用相对合理性指数指标计算,探讨岩溶槽谷区地形梯度的土地利用类型空间分布共同特征与差异。结果表明：（1）岩溶槽谷区土地利用类型呈现山坡（高地形位）-槽坝（低地形位）两种分布格局特色存在,且土地利用类型在地形梯度上主要以低、中、高3种地形位组合模式;（2）土地利用类型在地形梯度上呈现梯度效应,表现出各自分布特征与差异;（3）岩溶槽谷区土地利用多样性、土地利用程度和土地利用合理性在地形梯度上分布格局既存在一些共同性特征,又存在各自差异性;（4）地形梯度土地利用特征差异性是受自然因素、社会经济因素、政策因素共同作用的结果。     

以材料“创造”土地？——中国城市化进程的一个重要特征

中国快速城市化进程的一个重要特征是以土地为载体,通过大量投入钢铁、水泥等建材大规模修建城市建筑和基础设施,创造出大量的城市生产和生活空间。利用1985—2010年中国省级行政单元城市建成区总面积、城市居住用地总面积、城市住宅总面积和城市住宅建筑材料总使用量等数据,识别城市扩张模式,揭示中国城市化进程中土地、建筑面积及其构筑材料三者间的关系。研究表明2000年是中国城市扩张的重要分界点,2000年之前中国各省份的城市建成区总面积、城市住宅总面积和城市住宅建筑材料总使用量均较小且省份间差异不大,2000年之后三者迅速增长且省份间差异逐渐扩大。在地区尺度上,三者均呈现东部地区最高、中部次之、西部最低的特点,地区内部差异则表现为东部地区最大、西部次之、中部最小的特征。大多数省份的城市住宅总面积及其构筑材料总量随着城市建成区的扩张而增长,表明城市在发展初期以扩大建成区和水平扩张为主。随着城市化水平的不断提高,城市内部空间重组和用地置换导致高层建筑逐步替代了原有的单层或低矮建筑,城市扩张的方向由依赖土地的水平扩张转向以大量使用建筑材料为基础的垂直扩张,使得许多省份的城市住宅总面积逐渐超过辖区内居住用地总面积。这种以建筑材料"创造"出更多"土地"的城市垂直扩张在满足人们对城市生产和生活空间需求的同时,有利于节约土地资源和保护生态空间,但需要以消耗更多的建筑材料并承担建筑材料在开采、制造、运输、使用和废弃过程中所造成的环境影响为代价。     

基于生态系统服务评价的围填海区域景观生态红线划分方法及应用研究

以围填海活动为代表的高强度的人类开发利用方式从根本上改变了海岸带地区的自然属性,区域生态环境发生了深刻变化。定位于我国大陆沿海的围填海区域,通过人机交互目视解译的方法获取我国大陆沿海围填海区域的矢量数据,基于围填海活动影响下海岸带区域的景观类型和生态系统服务变化的评估结果,识别我国海岸带的生态脆弱区和重点保护区,提出围填海区域景观生态红线的划分方法。通过分析可知:(1)围填海区域景观生态红线区呈现出"总体分散、局部集中"的的分布特点;(2)景观生态红线区主要分布在人工湿地和残存自然湿地中。围填海区域是进行海陆统筹研究的关键区域,而景观生态红线作为识别其重要生态功能区,并进行二次保护和抢救性保护的有效手段,将为我国海岸带生态管理提供新思路和新方法。     

喀斯特槽谷区生态退化与修复专题导读

在国家重点研发计划项目——"喀斯特槽谷区土地石漠化过程及综合治理技术研发与示范(2016YFC0502300)"的支持下,经过项目组全体成员三年的共同努力,在喀斯特槽谷区生态退化与修复方面取得了一些重要进展。主要有:(1)2000—2015年槽谷区土壤侵蚀总量逐年减少,年平均侵蚀模数逐年降低,槽谷区植被覆盖明显提高;(2)拉巴豆地埂篱根土复合体不仅能有效提高喀斯特土壤的粒径大小和增强土体的抗剪/冲性能,并且能够利用大气N_2合成植物生长所需的氮肥,从而提高土壤肥力,可望实现石漠化治理中生态效应和经济效应的双赢;(3)喀斯特槽谷区隧道建设改变了地下水流场并降低了地下水位,进而降低了土壤微生物丰度和多样性,而增加了适应干旱的微生物种群,并导致土壤质量的降低;隧道建设加速了坡面产流和土壤流失,加剧了土地石漠化,从而导致生态退化;(4)随着槽谷区退化生态系统的恢复,生态系统的生态服务功能得到提升。