区域异质性视角下赣江生态系统服务支付意愿及其价值评估

赣江是中国最大淡水湖鄱阳湖水系的第一大河流,为流域内两千多万常住人口提供着重要的生态系统服务。研究赣江生态系统服务价值及其支付意愿可为建立和实施流域生态补偿机制提供决策依据。在随机效用理论框架下采用Tobit模型和实际调查数据,分析了居民对赣江生态系统服务的支付意愿及其影响因素,并运用条件价值评估法测算了赣江生态系统服务价值。可能的亮点在于,第一,将心理距离、心理所有权等微观因素纳入生态系统服务支付意愿模型中,通过测算心理变量对支付意愿影响的偏效应,探讨了提升生态系统服务支付意愿的可行路径;第二,比较分析了河流上、中、下游居民生态系统服务支付意愿的差异,并探讨了支付意愿异质性产生的原因。结果表明:(1)除居民收入和年龄外,对赣江环境治理满意度、支付偏好、对环保部门的信任度、与河流的心理距离、对河流的心理所有权也是影响其支付意愿的主要因素。(2)赣江生态系统服务支付意愿的区域异质性是由上、中、下游居民支付偏好、对环保部门信任度和收入的差异造成的。(3)满意度、信任度、心理距离和心理所有权的平均偏效应分别为7.22、3.84、2.7、1.85元/户。(4)赣江流域WTP预测值的中位数为19.57元/户,其中,南昌、吉安和赣州每户居民每月愿意支付的金额分别为23.24、19.70、16.86元,赣江为流域居民创造的生态系统服务价值为13.60亿元/a,其中,南昌段、吉安段和赣州段的生态系统服务价值分别为4.31亿元/a、3.21亿元/a和4.65亿元/a。最后,基于研究结论提出了相应的政策建议。     

新薛河底栖动物物种多样性与功能多样性研究

研究功能多样性与物种多样性关系及其随环境梯度的变化规律,有助于理解生物在群落中的共存机制;然而,二者间关系的研究在淡水生态学中尚鲜见报道。通过对新薛河典型河段(A缓流河段、B断流河段、C有机污染河段、D对照河段、E人为干扰河段)底栖动物季节性调查,就物种多样性和功能多样性时空动态及关系进行了研究。结果表明:在空间序列上,物种多样性指数在B河段均最低,表明间歇性断流对物种多样性影响重大。功能丰富度在D河段最高,A河段最低;功能均匀度在A河段高于其他河段;功能分离度在A、B河段最高,D河段最低。在时间序列上,物种丰富度和Shannon指数均值在10月份最低,4月份最高;均匀度指数在12月份最低,10月份最高。3个功能多样性指数于各季节间差异显著、相互独立,主要受水文条件和底栖动物生活史影响。相关分析表明,功能多样性指数间无显著相关性;功能丰富度同物种丰富度和Shannon指数相关显著,功能均匀度同物种均匀度相关显著。逐步回归分析发现,功能丰富度受物种丰富度和Shannon指数影响显著,功能均匀度受物种均匀度影响显著;功能多样性和物种多样性指数间拟合度总体不高。研究结果进一步表明:相对物种多样性,功能多样性对生境梯度变化响应更加全面。     

基于Budyko假设的渭河径流变化归因识别

定量评价河川径流量变化特征,开展其归因识别研究是制定气候变化应对策略与合理利用水资源的基础。以渭河流域为研究区,采用Mann-Kendall趋势检验法、双累积曲线等方法分析渭河流域1958—2015年的气候、水文要素变化特征,采用基于Budyko水热耦合平衡理论的水量平衡法估算径流变化对各驱动因素的弹性系数,定量评价气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明:渭河流域咸阳、张家山、状头站的年径流量呈显著减少趋势,径流深减少速率分别为:-1.520、-0.501、-0.322 mm/a。3个站控制流域面平均降雨量呈非显著性减少趋势,年潜在蒸散发呈非显著增加趋势。剧烈的人类活动如工农业用水、大规模水土保持措施的实施及退耕还林草等引起的下垫面变化是径流量减少的主要因素,渭河干流和泾河流域下垫面变化对径流减少的贡献率均超过了60%,降雨变化贡献次之,潜在蒸散发的影响最小。     

基于土地利用与土地覆被的长三角生态系统服务供需空间格局及热点区变化

快速城市化与土地利用变化导致区域生态系统服务供需失衡,进而使得生态环境恶化已成为共识。开展生态系统服务供需关系及其空间量化研究,有助于识别出区域中存在的主要生态环境问题及其关键驱动。以长江三角洲为研究区,基于土地利用与土地覆被和生态系统服务供给和需求评价矩阵的方法对1985—2015年长三角生态系统服务供需盈亏格局及热点变化进行分析,结果表明:1)长三角地区生态系统服务供给减少,需求增多,生态系统服务盈余区从1985年的40.9%下降至2015年的38.5%,生态系统服务赤字区面积占比从1985年的1.3%增长到2015年的10.6%,总体呈现供不应求的趋势; 2)沪宁杭城市发展梯度带上生态系统服务供需盈亏呈"V"型分布,且30年内城市中心及其附近的生态系统服务供需值下降更为明显; 3) 30年内长三角生态系统服务供需盈余热点区整体变化不大,30年内面积减少了0.1%;而赤字热点区则呈现出快速扩张趋势,面积占比30年内增加了14.9%。说明随着城市化进程的加快,长三角生态系统服务供需亏损状况更严重; 4)生态系统服务供需评价矩阵可以比较简便、全面的反映出生态系统服务供需盈亏状况,研究结果可对快速城市化地区生态环境与土地利用规划与管理提供有益参考。     

黄河二氧化碳逸出时空变化及其影响因素——以头道拐水文站为例

河流连接着海洋碳库和陆地碳库,河流碳逸出是全球碳收支的重要组成部分。本文以黄河上游和中游分界点—内蒙古段头道拐断面为研究对象,采用Li-7000静态箱法监测了断面4个采样点在2013—2015年期间四季的CO_2逸出通量(FCO_2),并分析了FCO_2时空变化规律。基于研究断面主要水文和水化学指标的野外监测和室内分析结果,探讨了FCO_2的主要影响因素。结果表明断面FCO_2介于14—186 mol m~(-2)a~(-1),平均值为84 mol m~(-2)a~(-1);水体CO_2分压(p CO_2)介于467—2101μatm,平均值为995μatm;DOC浓度介于2.7—13 mg/L。FCO_2季节性差异明显:夏季FCO_2为全年最大456 mmol m~(-2)d~(-1),冬季最小33 mmol m~(-2)d~(-1)。FCO_2在4个采样点的空间差异显著:河道右岸S4点处最大为392 mmol m~(-2)d~(-1);河道中部S2和S3点基本相同;河道左岸S1点最小为86 mmol m~(-2)d~(-1)。FCO_2与河道流速呈现较好的正相关关系,与p CO_2中等相关,与p H负相关,与风速的相关性不明显,说明对于该研究断面河道流速较p CO_2对FCO_2的贡献更大。本研究较为精细地探讨了头道拐断面的水体CO_2逸出规律,表明即使在同一河道断面,FCO_2也可能存在较大空间差异,流速较大处的FCO_2较大,因此在野外监测FCO_2时需要在河道断面选取具有代表性的采样点,特别是较大的河流。研究结果为黄河中上游CO_2逸出量评价和河道断面FCO_2监测点的布设提供了科学依据。     

基于CMDAS驱动SWAT模式的精博河流域水文相关分量模拟、验证及分析

利用大气和水文模型定量描述陆表相关变量变化规律一直是大气科学和水文学界的研究热点。然而,由于我国西部地区站点匮乏,传统气象观测站点已不能满足大尺度地表分量高精度模拟分析的需求。建立SWAT模型中国大气同化驱动数据集(China Meteorological Assimilation Driving Datasets for the SWAT model,CMADS)驱动SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型(简称为CMADS+SWAT模式),选取传统气象站点稀缺的新疆精博河流域为靶区,完成流域各地表分量(如土壤湿度、雪深、融雪)校准、验证及其时空关系提取与分析。分析发现:CMADS数据集可很好地驱动、率定SWAT模式完成本地化工作。其中,CMADS+SWAT模式在月尺度上总体NSE效率系数均在0.659—0.942,日尺度也均在0.526—0.815。对流域内土壤湿度和融雪过程进行相关分析发现:精博河流域土壤湿度在年内3—4月份达到其第一次峰值,主要贡献来自于流域内高山融雪现象;融雪期结束后,流域降水量增加,伴随气温上升等现象导致土壤温度呈现波动态势,至10月中旬冷空气过境产生较大降水(雪),最终使土壤水转变为冻土,直至次年接近融雪期,土壤水再次增加直到融雪过程结束。一方面证明CMADS+SWAT模式可有效提高SWAT水文模型在我国西北干旱区(站点稀缺区域)的表现能力,另一方面理清了精博河流域相关地表分量(土壤湿度、蒸发等)时空演变规律。本研究对我国大气水文学科发展将起到一定的科学促进作用。     

新疆赛里木湖流域过去373年降水变化的树轮记录

利用采自天山西部赛里木湖流域的树木年轮标准化宽度年表,重建了赛里木湖流域过去373年上年8月到当年7月的降水变化,重建序列的解释方差达到39.8%,多方验证表明,重建结果是稳定可靠的。分析历史降水变化特征表明,赛里木湖流域过去373年的降水经历了6干7湿的阶段变化,其中,持续最长的干旱阶段为1762—1791年,而最为干旱的阶段为1841—1865年;持续最长的湿润阶段为1794—1840年,而最为湿润的阶段为1734—1761年间;赛里木流域历史降水存在3个极端湿润年(1749,1876和1924年)和4个极端干旱年(1714,1775,1847和1917年),1910年代为最干旱的十年;降水变化存在11—12a、3.0a、2.5a、2.1a和2.0a的变化准周期;赛里木湖流域过去373年的降水的阶段变化、周期变化和极端降水年份均与天山北坡中西部和中亚天山山区降水变化具有很好的一致性,本研究的降水重建序列能较好的代表天山北坡中西部和中亚大部分区域历史降水变化。     

珠江口及毗邻海域营养盐对浮游植物生长的影响

基于2006年7月(夏季),10月(秋季)和2007年3月(春季)的现场调查数据,对珠江口及毗邻海域中的营养盐和叶绿素a等环境生态因子的时空分布特性进行了对比分析,研究了氮磷比与叶绿素a含量和种群多样性之间的联系,探讨了该海域营养盐对于浮游植物生长的影响。结果表明:(1)研究海域营养盐表现出较强的季节和空间差异性,总氮(TN)和总磷(TP)浓度均值春季(1.545 mg/L、0.056 mg/L)和夏季(1.570 mg/L、0.058 mg/L)均大于秋季(1.442 mg/L、0.034 mg/L),且春夏季浓度空间差异更明显。(2)调查期间海域营养盐含量超标现象突出,夏季尤为明显。无机氮(DIN)总体均值0.99 mg/L,超四类海水标准限值1倍,活性磷酸盐(PO4-P)总体均值0.021 mg/L,DIN∶PO4-P平均值为130;叶绿素a浓度与营养盐、p H、温度有较显著的相关性。(3)叶绿素a浓度较高的站位,具有较高的DIN∶PO4-P值,但浮游植物多样性指数偏低,优势种明显,主要为中肋骨条藻。氮磷比的改变会影响不同生长特性的浮游植物间的竞争和种群结构的改变;今后海洋污染治理中,在控制氮、磷污染时要注意氮磷比的改变可能造成的浮游生态影响。     

黄河口湿地有机碳来源及其对碳埋藏提升策略的启示

滨海湿地是地球上具有多种独特功能的生态系统,是地球上重要的碳库之一,其在全球碳循环中的作用在近年来越来越受到人们的重视。总结了用C/N、稳定碳同位素和生物标志物等方法追踪黄河口湿地有机碳来源的研究成果,并据此探讨了黄河口湿地的固碳提升策略。黄河口湿地是我国典型的滨海湿地,碳来源复杂,但各种示踪方法均表明有机碳的来源中陆源输入较海源输入优势明显,而且陆源输入以地表径流和植被为主,但海源输入从内陆向近海逐渐增强,碳的来源有明显的时空变化并且受到人类活动的强烈干扰。从有机质来源看,提升黄河口湿地的碳埋藏能力应该从合理调配河流淡水资源、保护植被、加快植物群落演替等方面入手。目前有机碳来源的研究还存在覆盖区域有限、碳源区分粗略、影响因子研究较少等问题,缺乏系统性,多限于观测,对机制的理解十分薄弱,因此难以对碳埋藏能力的提升提供定量化的指导。今后的研究要从以下几个方面加强:1)不同区域和不同环境条件之间的比较研究;2)探寻更具特异性的生物指标、优化数据模型,使来源区分更细致;3)不同来源有机质在沉积物中埋藏效率的对比研究;4)构建湿地碳埋藏能力评估体系,综合考虑各方面因素研发和集成能够最大限度提高滨海湿地碳埋藏能力的技术。     

漓江上游典型森林植被对降水径流的调节作用

利用野外同步长期定位观测林外降雨、地表径流和河川径流的方法,对漓江上游典型森林植被的生态水文过程进行观测研究。结果表明:1)流域降水年内分配极不均匀,50a年降雨量总体变化趋势不明显。林冠截留受林外降雨特征的影响,也与植被类型密切相关。2)地表径流平均滞后时间为70 min。在连续降雨的情况下,降雨滞后效应不再明显,甚至出现地表径流与降雨同步的现象,小降雨可能产生大的地表径流,从而加大流域在雨季发生洪灾的风险。3)湿季径流系数略大于旱季,干季降水量减少,且森林植被消耗大量水分,减少了枯水期径流的产生,增大发生旱灾的风险。森林植被延长河川径流持续时间,使一次持续18 d的降水过程形成的径流,在降水停止后能延续24 d。降雨后退水持续时间与前期降水及后期降水叠加有关。目的为揭示漓江上游森林植被对降水径流的调节作用,客观评估漓江上游水资源潜力、加强流域水资源管理和森林经营提供科学依据。