基于生态地租的生态环境补偿方案选择及效应

生态地租是反映生态资源利用的经济社会效果的超额利润。在将生态地租这一超额利润用于生态环境补偿的思路框架下,整个生产行业应获得的平均利润不会受到损害,因而具有较高的可行性。结合生态地租分配和调节的税收、收费、价格等手段,赋予不同经济主体收益享有权利以及生态环境保护责任,提出生态环境补偿的生态税、地租分享、受益负担和价格补偿等方案选择并作对比,然后以我国生态资源利用和经济产出为参照值模拟不同方案的效应。结果表明,不同补偿方案在补偿主体、补偿原则、补偿形式和适用范围方面存在明显差别,并且针对不同方案,分别在生态税税率达到8.6%、政府和集体享有13.4%的生态地租、受益者补偿支付额为5916元a-1人-1以及产品价格上升23.8%等不同补偿水平情形下,生态资源消耗和社会经济产出才能保持在资源生物承载力范围之内。同时,各补偿方案在责任主体以及调节手段上的差异,也会导致不同方案选择在社会福利、利益分配和技术创新等效应上的差异。因此,生态环境补偿实践中,具体补偿方案选择应根据当地实际情况进行综合决策,无差别化的方案将无法实现生态环境保护目标。     

鲢幼鱼通过水流速度障碍的模拟

鱼类能否通过水流速度障碍直接影响过鱼设施的过鱼效果。利用计算机技术,综合水力因素、鱼类行为、地理特征及环境因子,展开鱼类通过水流速度障碍的模拟,有助于过鱼设施的优化设计。以国外涵洞式鱼道模拟软件Fish Xing为切入点,结合主要模块和关键因子,对我国特有鱼类鲢幼鱼进行模拟,得到鲢通过不同水流速度障碍的成功率;对比鲢在物理模型中的游泳表现,从模型主要模块和影响鱼类游泳表现的关键因子角度,分析影响鱼类通过水流速度障碍模拟的因素。结果表明,Fish Xing软件不能精确模拟鲢通过水流速度障碍的表现。分析表明,该软件在地理要素、管道特征和水力信息等参数方面具备独特的优势,但对我国鱼类有一定局限性,主要体现在鱼类的生物学信息如鱼类游泳特征等方面存在不足;进行鱼过障碍的模拟需要深入研究目标鱼类的生理特征、游泳能力及其与水力环境因子的响应关系。     

基于Hyperion的锡林郭勒草原光合植被、非光合植被覆盖度估算

掌握草原生态系统光合植被覆盖度(fPV)与非光合植被覆盖度(fNPV)时空动态对了解干旱半干旱草原生态系统特征(覆盖状况、火灾负载、载畜量、干扰及恢复等)及进行科学、有效地草地资源管理具有重要的意义。选取锡林郭勒典型草原为试验区,以Hypeiron高光谱数据为数据源,利用NDVI-CAI三元线性混合模型对试验区fPV和fNPV的时空动态分布进行了估算,并对不同端元选择方法(最小包含端元特征法、纯净象元指数法和实测法)对估算结果的影响进行了比较分析。研究结果表明,NDVI-CAI三元线性混合模型是同时估测锡林郭勒草原fPV和fNPV的有效方法,且估算的fPV和fNPV的季节变化与牧草的物候发育特征相吻合。不同端元选择方法对估算精度具有一定的影响,其中基于最小包含端元特征法提取端元进行估算的精度最高,fPV估算的均方根误差RMSE=4.57,估算精度EA=91.2%;fNPV估算的RMSE=5.90,EA=67.91%(样本数N=52)。     

基于BP神经网络的流域生态恢复度计算——以福建长汀朱溪小流域为例

以福建省长汀县朱溪小流域为研究对象,通过野外调查、室内分析以及遥感影像提取相结合的方法获取数据。利用Matlab7.0软件建立BP神经网络生态恢复模型,定量评价退化生态系统的恢复程度。选择土壤理化性质(有机质、全N、全P、全K、容重和p H)、植被结构(植被盖度)、物种多样性指数(Shannon-Wiener指数)和热环境(地表温度)等4个方面的9个指标建立退化生态系统评价体系,并作为生态恢复模型的输入层数据,生态恢复度作为输出层数据。使用Matlab7.0进行数据预处理、样本训练、样本检验并建立生态恢复模型。利用建立的生态恢复模型对整个朱溪小流域生态恢复度进行定量评价。结果表明,生态恢复模型预测结果与流域生态恢复的实际情况基本吻合,利用BP神经网络模型定量评价退化生态系统的恢复程度具有可行性。朱溪小流域内生态恢复程度极低的区域面积仅占0.94%,95.48%区域为中等恢复程度,说明生态保护措施已初见成效;生态恢复程度高的区域面积仅占3.62%,意味着未来仍需加强治理和保护工作。     

基于VAR模型的森林植被碳储量影响因素分析——以陕西省为例

森林作为陆地生态系统最大的碳库,对现在及未来的气候变化、碳平衡都具有重要影响。而对影响森林植被碳库的自然和非自然因素进行研究更是对增强森林的碳汇作用,继而改善生态环境状况意义重大。现有的森林动态模型虽然可以很好的模拟碳储量各影响因子之间的联系,但研究往往集中于小尺度从单一影响因素着手,且由于确定模型输入变量和参数的复杂性,使得这些模型在区域甚至更大尺度上的应用存在着一些困难。因此,运用VAR模型,以陕西省为例,构建森林植被碳储量与病虫害发生面积、木材产量、森林火灾面积、森林抚育面积、人工更新造林面积、降水和温度之间的动态关系,来验证该模型在省级尺度条件下的区域森林植被碳储量影响因素分析中的可行性。结果表明:各变量在5%的显著性水平下呈一阶单整序列并具有长期稳定的均衡关系,VAR模型也通过了平稳性检验满足运行的前提条件。通过脉冲响应和方差分解分析可知,森林病虫害、木材产量对陕西省森林植被碳储量呈现出很明显的负作用,并且贡献度很高,分别为5.61%和4.52%;森林抚育、人工更新造林对碳储量的影响存在一定的滞后期;火灾、温度和降水的冲击给碳储量带来的影响均不明显。模型较好的模拟了各影响因素对陕西省碳储量的影响,且具有一定的现实意义,因此,该模型可应用于省级尺度条件下的区域森林植被碳储量影响因素分析。     

基于假设抽取法的黑河流域中游行业用水关联分析

基于2000—2012年张掖市混合型水资源投入产出模型,运用改进的假设抽取法,分析了张掖市6部门水资源关联效应,揭示了水资源在行业间的消耗规律,为调整产业结构提供有利的参考。研究结果表明:(1)各部门水资源直接消耗量与满足自身所需的水资源量不对等,种植业的水资源直接消耗量和纵向集成消耗量均为最大,且其纵向集成消耗水量小于直接消耗量,是张掖市经济系统中真正的水资源净输出部门。(2)种植业的内部效应和复合效应均最大,对自身的依赖性极强。服务业的净后项关联最大,对其他部门的依赖程度最高。(3)水资源在各部门之间发生了转移,种植业是张掖市经济系统中最大的水资源供给者,服务业是各部门中最大的受水者,通过中间投入的方式,由种植业到服务业的路径是最大的水转移途径,而建筑业是"纯"输入部门。(4)2000—2012年间,各部门的内部效应、复合效应、净前项关联和净后项关联均变化显著,进一步反映了产业部门水资源利用的动态关联。     

基于光谱参数对小白菜叶片镉含量的高光谱估算

为实现利用高光谱技术快速、准确、无损地检测叶类蔬菜叶片重金属镉污染情况,通过采用室内盆栽试验,检测了小白菜在6个不同的镉浓度梯度0 mg/kg(CK)、0.5 mg/kg(T1)、1 mg/kg(T2)、5 mg/kg(T3)、10 mg/kg(T4)和20 mg/kg(T5)下的叶片高光谱反射率及其镉含量。利用相关分析和逐步回归的统计方法对叶片原光谱、一阶导数光谱和光谱参数与镉含量进行统计分析,确定了反演叶片镉含量的敏感光谱参数,并建立了估算叶片镉含量的参数模型。结果表明:(1)在540 nm附近和红外区域,叶片光谱反射率随着处理浓度的增加呈下降趋势。T1组叶片光谱与对照组的光谱没有明显的变化差异;(2)原光谱与镉含量的敏感波段主要在690—1300 nm,相关系数最高的波段是782 nm。一阶微分光谱与镉含量的敏感波段在黄边、红外、近红外和远红外范围均有分布;(3)反映植物色素、水含量和细胞结构的参数MCARI(叶绿素吸收反射修正指数Modified Chlorophyll Absorption Reflectance Index),SDy(黄边面积Yellow Edge Area),WI(水质指数Water Index),DCWI(病态水分胁迫指数Disease Water Stress Index),SDr(红边面积Red Edge Area)和Dr(红边幅值The Amplitude of the Red Edge)可分别作为反演镉含量的敏感光谱参数,其倒数回归模型能够较好地反演镉污染下小白菜叶片的镉含量;(4)镉胁迫处理15 d时,建立的SDr的倒数模型估算处理30 d时小白菜叶片镉含量的效果最优。研究表明红边面积参数可以用于估算小白菜叶片的镉含量,可为评价小白菜的食用安全提供科学方法。     

广义可加模型在R中的快捷实现及蓝藻水华预测分析中的应用

广义可加模型(generalized additive models,GAM)适用于响应变量与解释变量之间的关系是非线性或非单调的数据分析,近年来在生态学中受到越来越多的关注。本文利用太湖湖泊生态系统研究站的监测数据,在RStudio集成编程环境下通过R对数据进行预处理、确定连接函数、对模型进行筛选以及评估等步骤,运用GAM分析了环境因子对微囊藻生物量的影响。结果表明,水温、总磷、化学需氧量以及电导率是影响太湖微囊藻生物量的4个关键环境因子。分析过程中,通过自编函数能有效地减少编程过程中的代码输入工作;R+RStudio是高效、快捷的编程环境。     

短期氮添加对东灵山三种森林土壤呼吸的影响

为了分析氮沉降对我国温带地区森林土壤碳循环的影响,以北京东灵山的阔叶林(辽东栎林)和针叶林(华北落叶松林和油松林)为研究对象,通过模拟氮沉降的方式(10g N·m-2·a-1,大约5倍于大气氮沉降速率),探讨了不同温带森林土壤呼吸对氮沉降的短期响应。结果表明:短期氮添加降低了阔叶林土壤呼吸速率,而提高了针叶林土壤呼吸速率,但其短期效应未达到显著性水平。不同森林类型间,土壤呼吸速率(P0.001)和生长季土壤呼吸释放总量(P0.001)均存在显著差异,整体表现为:辽东栎林油松林华北落叶松林,土壤温度是引起不同森林类型间土壤呼吸差异的主要因素。温度-水分双因素模型可以较好地模拟野外条件下3种森林类型土壤呼吸与温度和水分间的关系,解释率约为47%~87%。此外,氮添加可以改变土壤呼吸对温度和水分变化的响应:氮添加后在较高温度且较低水分情况下,土壤呼吸速率明显上升,此时土壤呼吸对温度变化更加敏感。实验结果揭示了氮沉降对我国温带地区不同森林类型土壤呼吸的影响,但其复杂的影响机制仍有待进一步研究。     

不同放牧制度下呼伦湖流域草原植被冠层截留

冠层截留是降雨过程中的水量分配和流域水平衡的一个重要组成部分,通过水浸泡法和降雨模拟实验研究呼伦湖流域草原3种放牧制度下(休牧、轮牧、自由放牧(超载放牧))植被冠层截留量的变化规律,并利用遥感解译植被归一化指数(NDVI),确定3种放牧制度下草原面积,估算呼伦湖流域草原降雨截留量。研究表明:在休牧、轮牧、自由放牧3种制度下,水浸泡法测定的截留量分别是0.468、0.320、0.271 mm。降雨模拟实验法测得的结果分别是0.957、0.613、0.431 mm。休牧、轮牧、自由放牧草场叶面积指数、盖度、容重、生物量等指标差异显著(P0.05),且单株植被高度、鲜重对截留量影响显著呈线性正相关关系。呼伦湖流域草原一次降雨量为大于等于30 mm全流域降雨,其植被截留量为6.462×106m3。