基于水供需服务流及外溢价值核算的太湖流域横向生态补偿机制

通过生态补偿协调流域内经济发展与生态保护的关系、缓解上下游利益相关者之间的矛盾是保障流域经济社会可持续发展的关键措施,而流域生态补偿核定的关键在于两点:一是如何模拟并量化水供需服务流动的流向、流量、流速及路径以明确供需双方及其空间关系;二是如何实现栅格尺度-地理单元-行政单元的尺度推演以实现不同行政单元之间生态系统服务的盈余、占用、外溢核算。整合卫星遥感、经济社会统计、水文气象观测等多源异构数据,集成水量平衡、水供需服务流动、生态价值核算等方法,构建了基于水供需流动及其外溢价值核算的流域横向生态补偿标准核定框架,利用D8流向法解决了水供需服务流动的流向、流量、流速及路径模拟与量化,实现了"栅格尺度-地形单元-行政单元"空间尺度推演的外溢价值核算,形成了流域内横向水生态补偿资金收取与分配方案。以太湖流域为例,在全面分析水资源外溢、占用及其价值的基础上,解析了县域尺度的水供需时空关系、流动路径及属性特征,辅以水质指标进而明确界定了责任方与补偿对象,形成了补偿资金收取与分配方案。结果表明,太湖流域水供需双方界线清晰、服务流近似于自然汇流过程,供给方以流域西部、西南部、中部县域为主,特别是西部至中部的县域,应受偿资金较多,平均各县应受偿资金比例超过2%/a,应受偿资金最多的嘉善区,比例超过19.66%/a;需求方聚集于流域中部、东部,特别是黄浦江自然汇流沿岸县域,应收取补偿资金较多,平均各县应收取资金比例超过5%/a,应收取最多的浦东新区,比例超过15.48%/a;净补偿资金基本呈现西高东低的分布特征,流域的大部分城市核心区的县域净补偿资金为负值。研究的核定框架、量化核算方法、资金统筹方案可应用到其他流域的横向生态补偿机制构建,实现流域内部与流域之间生态保护和经济发展的整体协调。     

黄土高原次生林演替对团聚体有机碳含量及化学稳定性的影响

次生林演替过程中土壤团聚体有机碳的积累机制和化学稳定性研究较少。为探明次生林演替对土壤团聚体有机碳含量及其化学组成稳定性的影响,选取黄土高原次生白桦林(演替初期),山杨辽东栎混交林(演替中期)和辽东栎林(演替后期)为研究对象,分析演替过程中不同粒径土壤团聚体有机碳含量变化特征。采用傅里叶红外光谱技术(FTRI)测定活性(AC)和非活性(IC)有机碳化学组成,以(IC/AC)作为有机碳化学组成稳定性指标,并分析其影响因素。结果表明:次生林演替过程中土壤团聚体有机碳含量表现出逐渐增加的趋势且各群落间差异显著(P<0.05),以演替后期的中等粒径团聚体为最高(37.63 g/kg)。土壤团聚体AC中多糖体有机碳含量最高(55.87%),而IC中芳香族有机碳含量最高(94.45%),演替过程中IC与AC总体变化趋势均呈现先降后增。IC/AC随着演替的进行呈先降低后升高的趋势,其中演替后期微团聚体有机碳化学组成稳定性最强达到了3.95。微团聚体含量(WM)与土壤全氮、全磷、全钾一起,显著促进了团聚体有机碳化学组成稳定性(P<0.05)。综上,次生林演替有利于促进土壤团聚体有机碳的积累以及有机碳化学稳定,其中微团聚体起到了关键性作用。     

丛枝菌根真菌对褐土玉米氮素吸收和土壤N2O排放的影响

探究不同氮肥水平下丛枝菌根(AM)真菌对褐土玉米土壤N₂O排放和氮转化功能基因的影响,为阐明AM真菌在褐土N₂O排放中的作用和效应提供理论依据。设置氮肥用量(NⅠ:105 mg/kg;NⅡ:210 mg/kg)、AM真菌(M0:不接种AM真菌;M1:接种根内根孢囊霉(Rhizophagus intraradices);M2:接种摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae);M3:接种Rhizophagus intraradices + Funneliformis mosseae等比例混合)双因素盆栽试验。测定植株地上部全氮含量、土壤铵态氮、硝态氮含量和N₂O排放量,采用实时荧光定量聚合酶链式反应(PCR)法分析土壤硝化功能基因(amoA-AOA和amoA-AOB)和反硝化功能基因(nirS、nirK和nosZ)的丰度。结果表明,两种施氮水平下,接种AM真菌均可显著降低土壤N₂O排放通量和累积排放量,不同AM真菌处理下N₂O累积排放量表现为:M0>M2>M1>M3。相同AM真菌处理的土壤N₂O排放通量和累积排放量在NⅡ施氮水平高于NⅠ施氮水平;相同AM真菌处理的玉米菌根侵染率在NⅡ施氮水平低于NⅠ施氮水平。与M0相比,NⅠ条件下M1、M2和M3处理土壤铵态氮含量分别降低24.5%、20.8%和45.3%,硝态氮含量分别降低19.7%、14.9%和30.2%,植株地上部全氮含量分别增加16.3%、35.2%和59.6%;与M0相比,NⅡ条件下M1、M2和M3处理土壤铵态氮含量分别降低20.9%、24.8%和40.0%,硝态氮含量分别降低36.3%、25.6%和45.2%,植株地上部全氮含量分别增加33.2%、43.9%和95.4%。两种施氮水平下,AM真菌可显著降低土壤硝化功能基因(amoA-AOA和amoA-AOB)丰度,增加反硝化功能基因(nirS、nirK和nosZ)丰度。AM真菌与N₂O排放通量呈极显著负相关。本盆栽试验条件下,接种AM真菌均可增强两种氮肥用量玉米植株氮素吸收能力,调节硝化、反硝化相关功能基因的丰度,减少土壤N₂O气体的排放,且两种AM真菌混合处理的N₂O减排效应强于单一AM真菌接种。     

基于随机森林法的山核桃林地土壤速效养分含量空间分布特征研究

土壤氮磷钾是土壤肥力管理的重要元素,是植物生长的必要养分元素。对土壤氮磷钾的空间分布进行特征解译,可为精准管理临安山核桃产区林地土壤肥力,促进山核桃林产业可持续发展提供理论依据。研究以临安山核桃主产区为研究区域,利用随机森林（RF）、普通克里格（OK）和Shapley加性解释（SHAP）方法,结合地形因子、气候因子、土壤因子、遥感因子等环境变量,对山核桃林地土壤碱解氮（AN）、有效磷（AP）、速效钾（AK）的空间分布特征进行分析。研究结果表明：相比于OK模型,基于环境协变量所构建的RF模型对AN、AP和AK含量空间分布预测表现最佳,R²分别为0.68、0.60和0.64,均方根误差（RMSE）分别为20.005、10.287和22.426,平均绝对误差（MAE）分别为15.425、7.709 和21.628。RF模型SHAP分析显示,AN和AK含量分布主要受土壤有机质（SOM）的影响,并且SOM与AN和AK存在正相关性;AP主要受pH的影响,其次为色调指数,AP与pH和色调指数均具有负相关性;AK和AP同时受到海拔和坡向的影响。两种模型预测的氮磷钾空间分布趋势总体相似,不同速效养分存在明显的空间异质性。碱解氮高值区域主要分布于研究区东部;有效磷高值区域主要分布于研究区西部,但分散度高;速效钾高值区域则主要分布于研究区中部。总体而言,基于随机森林模型可以高精度模拟山核桃林地土壤氮磷钾含量空间分布特征,并依据主要环境协变量对土壤氮磷钾的影响关系,提出相应改良措施。在有效磷含量低值区域可以施用石灰来缓解土壤酸化,同时补追磷肥;碱解氮含量高值区域可以合理减少氮肥施用;速效钾含量低值区域合理施加钾肥;对于海拔较高及迎风坡多降雨的区域,可以构建林下高效水土保持植被,减轻水土流失;在林地施用有机肥料,改善土壤理化性质,增加土壤养分含量。     

农业面源氮污染控制措施滞后效应形成机理与评估方法研究进展

推广实施最佳管理措施(BMPs)被认为是防治农业面源污染的有效途径,然而许多流域实施BMPs后通常难以在预测的时间内实现水质改善目标,导致人们对BMPs的有效性提出质疑。受流域内养分遗留效应影响,BMPs实施后的环境质量改善效益可能不会立刻显现(也即“滞后期”),这是由于过去人为活动输入的过量营养物质在流域水文传输和生物地球化学转化过程中的积累所致,当来自外部的污染负荷减少时,这部分营养物质的汇集和释放可能掩盖治理措施对于水质改善的影响。鉴于遗留的营养物质在延迟水质改善方面的关键作用,滞后期的量化评估对于全面分析污染成因,科学配置BMPs,有效治理流域农业面源污染,提升水质改善效率非常重要。以农业面源氮控制措施的滞后效应形成机理和评估方法为主线,概述了流域尺度氮累积和滞后效应产生的主要机理,述评了氮污染滞后效应的量化评估方法,提出目前大多数流域模型尚不能很好的表述滞后效应以及缺乏解决水文和生物地球化学遗留效应的能力,并对未来BMPs优化配置研究提出建议：(1)摸清流域水文传输过程和生物地球化学转化过程对BMPs控氮效益滞后期的影响,分析污染负荷削减的时空响应规律;(2)构建包含土壤、浅...     

长期养分添加对贝加尔针茅草原土壤微生物群落的影响

土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分,是土壤生态系统物质循环和能量流动的主要参与者,在维持土壤生态系统过程和功能方面发挥着关键作用。以内蒙古贝加尔针茅草原为研究对象,采用磷脂脂肪酸(PLFA)技术,探讨连续12年氮(N)、磷(P)、钾(K)养分单一添加和复合添加条件下草地土壤理化性质、微生物群落结构特征的变化及其主要影响因素。结果表明,长期养分添加条件下,土壤有机碳和全氮均无显著变化,但磷(P、NP、PK、NPK)和钾(K、NK、PK、NPK)添加处理分别显著提高了土壤速效磷和速效钾含量(P < 0.05)。单一氮添加显著增加了土壤硝态氮和铵态氮含量,并显著降低了土壤pH值(P < 0.05)。单一磷和钾添加均提高了土壤细菌、真菌、放线菌和总PLFA含量,而单一氮添加和复合养分添加(NP、NK、PK、NPK)均显著降低了以上指标的含量(P < 0.05)。此外,各养分添加处理均未显著改变革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌比(G⁺/G^-),但含氮的复合添加处理(NP、NK、NPK)均显著降低了真菌与细菌比 (F/B) (P < 0.05)。相关性分析结果表明,多种微生物PLFA含量与速效磷和铵态氮显著负相关,与土壤pH值显著正相关。基于冗余分析和随机森林模型分析发现土壤pH值和土壤磷含量是影响土壤微生物群落特征的主要驱动因素。综上,长期养分添加显著改变了土壤速效养分含量和土壤pH值,并显著影响了土壤微生物群落结构。     

2001-2019年台风干扰下我国东南沿海地区植被抵抗力和恢复力评估

台风是影响我国陆地生态系统结构和功能的主要自然灾害之一,尤其对东南沿海地区植被具有明显的干扰效应。为深入了解台风对我国沿海地区植被的影响及其响应,基于MODIS增强型植被指数(Enhanced Vegetation Index, EVI)和叶面积指数(Leaf Area Index, LAI),分析了2001-2019年间不同等级的台风对植被EVI和LAI的影响,评估台风登陆时植被的抵抗力及台风过后植被的恢复力。结果表明:(1)2001-2019年间,共有70个台风登陆我国东南沿海地区,其中,台风(TY)、强台风(STY)与超强台风(SuperTY)的数量分别为35、26和9个。我国台湾省的台风登陆次数最多,为26个,其次为广东省(20个);(2)在整个研究区范围内,台风(TY)、强台风(STY)与超强台风(SuperTY) 登陆后的EVI净变化率分别为4.88%、-7.48%、-1.85%,LAI净变化率分别为22.28%、-65.70%、-17.60%;(3)在经历台风干扰后,沿海地区大部分植被可在3个月之内得到恢复,其中浙江省与广东省植被的恢复时间较长,海南省与台湾省植被的恢复时间较短。研究结果对我国沿海地区森林经营管理和生态环境保护具有重要意义。     

植被格局对砒砂岩坡地降雨侵蚀的影响

为进一步研究砒砂岩区不同雨型下植被格局对坡面土壤侵蚀特征的影响,基于野外径流小区原位观测试验与景观生态学相结合的方法,通过对比分析不同坡面的植被斑块格局指数与产流产沙之间的相关关系,阐明植被格局对砒砂岩坡地降雨侵蚀的影响。结果表明:(1)该地区降雨可划分为3类,根据各植被坡面产流产沙能力,得出降雨侵蚀力表现为:雨型II(长历时、大雨量、大雨强) ＞ 雨型III(短历时、小雨量、中雨强) ＞ 雨型I(中历时、中雨量、小雨强)。降雨量和最大30min雨强与产流产沙量呈显著或极显著关系,相关系数0.695以上,是预测该区域水土流失的主要降雨因子。(2)各坡面水土保持能力与降雨类型有关,不同雨型下3种植被坡面减流减沙率分别达0.42%、20.8%以上,不同植被格局坡面减沙效益优于减流效益,3种植被坡面的减流能力为:雨型I ＞ 雨型III ＞ 雨型II。(3)3种植被坡面的径流泥沙模数由小到大依次为:均匀分布 ＜ 聚集分布 ＜ 随机分布,对比区域多年平均径流泥沙模数,3种植被坡面能够减少侵蚀达21.33%以上。(4)景观形状指数和分离度指数是影响坡面产流产沙的主要格局因子,相关系数分别达0.884和0.825以上。产流、产沙量与坡面植被斑块分离度呈显著正相关,与景观形状指数呈显著负相关。坡面产流量(Y₁)与斑块分离度(SPLIT)和景观形状指数(LSI)的关系式为Y₁=8.247SPLIT-6.605LSI+38.928,R²=0.905。以上结果表明植被斑块间的分离度越小,形状越复杂,坡面阻力增大,抗侵蚀能力越强。研究成果可为生态恢复过程中植被斑块格局的优化提供理论依据和数据支撑。     

一种灰茶尺蠖高效引诱剂的研制及其田间防效评价

为研制有效诱杀重要害虫灰茶尺蠖雌、雄成虫的性信息素/植物源信息物复合型性诱剂,选源自茶梢和茶花挥发物的30个主要成分,分别配成10^-6 g/mL、10^-4 g/mL和10^-2 g/mL液体石蜡溶液作味源,检测其引起1日龄灰茶尺蠖雌、雄成虫的EAG反应值。结果表明：①每种味源的3个剂量处理皆引起明显的EAG反应;随着味源浓度增加,EAG反应值显著增大;②引起的雌、雄成虫EAG反应值相近,差异不显著;③芳樟醇、反-2-己烯醛、顺-3-己烯-1-醇、己醇、苯乙醇和6-甲基-5-庚烯-2-酮的每个剂量处理引起强烈的EAG反应。将这6种EAG活性成分与灰茶尺蠖2个主要的性信息素成分Z, Z, Z-3, 6, 9-十八碳三烯和Z, Z-3, 9-6, 7-环氧-十八碳二烯配成数个备选的复合型性诱剂,载于羊毛毡细条上、塑封、制成诱芯,在茶园中检测其引诱活性,发现诱效最优的复合型性诱剂在每个诱芯上组成为：6种EAG活性成分各2 mg、Z, Z, Z-3, 6, 9-十八碳三烯0.4 mg、Z, Z-3, 9-6, 7-环氧-十八碳二烯0.6 mg、抗氧化剂——2, 6-二叔丁基-4-甲基苯酚1 mg、正己烷100 μL。此外,使用土黄、荧光黄、米黄、素馨黄、桔黄、土褐、墨绿、芽绿、草绿、荧光绿、天蓝、大红和纯白等13种色板诱杀灰茶尺蠖成虫,发现其偏嗜暗黄色,以土黄色效果最佳。遂将该诱芯载于土黄色粘板上组成诱捕器,诱杀防治灰茶尺蠖主害代——第3代,试验程序：在第2代羽化始盛期用诱捕器诱杀成虫以减少交尾几率而压低第3代幼虫数,在第3代初龄幼虫期喷施2.5%联苯菊酯、茶尺蠖核型多角体病毒 · 苏云金杆菌悬浮剂（1×10⁴ PIB · 2000 IU/μL）,接着定期调查三者的防治效果,结果表明复合型性诱剂的防效显著优于后两者。该研究为灰茶尺蠖的绿色防控提供了可敷应用的技术产品。     

新疆风力发电减碳效益全生命周期评估

风力发电减碳效益评估有助于从减碳角度更好制定能源发展相关政策。以风力资源总体丰富且亟需发展风力发电以实现能源系统脱碳的新疆为研究区,将生命周期方法与风力发电模型结合,在省、市级尺度分别评估了风力发电全生命周期的排放水平及发电效益,核算了风力发电相对于火力发电和光伏发电的减碳效益,有效弥补了传统生命周期评估中空间差异考虑不充分的问题。结果表明,风机全生命周期平均发电量为13.1×10⁷ kWh,风力发电全生命周期共排放3944.24 tCO₂-eq,通过材料处置回收和循环再利用可减少1424.79 tCO₂-eq。新疆发展风力发电具有低排放强度和高减碳效益的特点,与火电相比可减少97.44%排放,减碳效益平均可达906.72 gCO₂-eq/kWh,并且应优先布局在哈密、巴音郭楞蒙古自治州和北屯市;与光伏相比,减碳效益可分别达到43.85 gCO₂-eq/kWh(衰减率DR=1%)和169.84 gCO₂-eq/kWh(DR=3%),此情景下风电应主要部署在克孜勒苏柯尔克孜自治州、喀什和和田。在风电减碳效益较差地区如石河子市、铁门关市和双河市应考虑利用本地充足太阳能资源发展光伏发电。需注意风电的排放强度和减碳效益在局地小尺度评估中存在不确定性,获取更精细的结果仍需进一步评估。未来应大力发展新疆本地的风电产业,打造绿色供应链和加快发展处置回收技术以增加减碳效益。