生态修复措施对干旱半干旱地区生态系统服务影响研究——以河北坝上地区为例

为了揭示生态修复措施对干旱半干旱地区生态系统服务的影响,以对生态可持续发展提供决策参考,基于典型的干旱半干旱地区——河北坝上地区2000年、2018年土地利用数据以及4种与生态修复措施对应的情景,结合InVEST模型分析了生态修复措施对该区3个重要的生态系统服务(水源涵养、生境质量、碳储量)的影响。结果显示:(1)2000—2018年坝上地区土地利用变化以草地大量缩减以及林地显著扩张为主(>500 km 2),期间,水源涵养量下降7.03%,碳储量、生境质量分别增长2.82%,1.29%;(2)相比林地缓冲带、植树造林情景,开垦荒地和综合发展情景对上述3个生态系统服务的提高更为显著;(3)水源涵养、碳储量均与生境质量呈较强协同作用(r>0.42),碳储量与水源涵养呈较弱协同作用(r<0.24)。综上分析,生态修复措施能够提高坝上地区生态系统服务的供给,但以造林为主的生态修复方式在干旱半干旱地区仍需谨慎实施。

大学专业建设的“水质工程学”课堂教学改革与实践

本文着重分析了通过学校一流核心课程建设以适应一流本科专业建设的路径。课程作为专业的基本要素,是高等学校一流本科专业建设的核心。我校“水质工程学”课程组在充分利用“国家级精品课MOOC资源”的基础上,运用数字化教学工具微信雨课堂(Rain Classroom),结合学校实际对“水质工程学”课程进行改造,构建以学生为中心的在线课程与本校课堂教学相融合的线上线下混合式一流课程,确保在线学习与线下课堂教学质量实质等效,落实高素质应用型人才培养目标。

基于改进方法的承德地表水环境质量评价

为客观反映地表水水质状况,采用层次分析法和熵权法组合赋权以及加权平均综合评价原则改进模糊综合评价法,并与单因子评价法、内梅罗指数法、传统模糊综合评价法进行比较,评价承德地区地表水环境质量。结果表明:2021年承德地区地表水水质有明显的时空差异性,除7—9月的部分断面水质为较差外,其余断面水质均在Ⅰ~Ⅲ类;影响承德地区地表水水质的主要因子为COD_(Mn)和TP;单因子评价法和内梅罗指数法无法反映整体水质状况,改进的模糊综合评价法相较于传统模糊综合评价法兼顾了各污染因子间相互作用,并弱化了个别水质指标对评价结果的影响,且能够对同一类别水质进行排序,更适用于承德地区地表水环境质量评价。

新疆农田和荒漠生态系统土壤有机碳储量及其影响因素

基于中国生态系统研究网络(CERN)长期监测数据,选取新疆维吾尔自治区代表暖温带干旱区的绿洲农田生态系统(阿克苏站)、代表暖温带荒漠区(策勒站)以及温带荒漠区(阜康站)的绿洲农田和荒漠生态系统综合观测场、辅助观测场和农户调查点2005—2020年0—100 cm土层的土壤有机碳(SOC)储量数据,分析新疆农田和荒漠生态系统SOC储量的影响因素。研究结果表明,2005—2020年0—100 cm土层SOC总储量平均值为阿克苏站(5.17 kg/m^(2))>阜康站(4.20 kg/m^(2))>策勒站(2.96 kg/m^(2))。0—20 cm、20—40 cm、40—60 cm土层的SOC分别约占0—100 cm土层储量的27.3%—35.3%、23.1%—24.6%和15.8%—17.5%。在阿克苏站,施肥量最高、灌溉量最低的农户调查点SOC储量最高;而在策勒站和阜康站,农户调查点和辅助观测场的施肥和灌溉措施分别最有利于提高SOC储量。总体来看,土壤含水量、地上生物量与SOC储量呈正相关关系;年平均气温与0—40 cm土层的SOC储量呈负相关关系。在单一生态站的生态系统尺度,年平均气温与SOC储量相关性不显著;地上生物量与策勒站和阜康站的SOC储量呈正相关关系,但是与阿克苏站0—40 cm土层的SOC储量呈负相关关系;施纯钾量与策勒站0—60 cm土层的SOC储量呈正相关关系,但与阜康站40—100 cm土层的SOC储量呈负相关关系。总之,与自然状态下的荒漠和农田不施肥相比,灌溉和施肥的农田管理措施有利于增加干旱区SOC储量。不同生态站要根据自身区域特点制定合理的农田管理模式,以维持较高的SOC储量。

滇东断陷盆地南洞岩溶地下水系统地下河水文动态特征与资源量评价

本文对滇东断陷盆地南洞岩溶地下水系统各地下河的水文动态特征进行了分析,推断了南洞岩溶地下水系统的结构特征。根据岩性构造、地下河发育以及补径排关系,将其划分为四个子系统。分别采用降雨入渗系数法和径流模数法对南洞岩溶地下水系统的天然资源量进行计算,计算结果分别为35610.7万m^(3)/a和33460.2万m^(3)/a。用枯季径流模数法对南洞岩溶地下水系统的可采资源量进行了计算,计算结果为23407.3万m^(3)/a,其可开采资源量巨大。南洞地下河在没有天然补给量的情况下,120天消耗的调蓄量为4503.3万m^(3),南洞地下河日允许开采资源量为49.4万m^(3)/d。二号暗河建库蓄水条件下库区上游的日允许开采量为75.9万m^(3)/d,蓄水库容来源于工程设计,资源保证程度高。本次研究可为南洞岩溶地下水资源的开发利用和调配提供科学依据。

基于输出系数模型的清水河上游农业非点源污染负荷估算

结合调查资料和地理信息系统(geographic information system,GIS)技术,采用Johnes经典输出系数模型估算2000、2005、2010、2015年清水河上游流域总氮(total nitrogen,TN)、总磷(total phosphorus,TP)农业非点源污染负荷,并分析其时空变化特征和污染来源。结果表明:四个时期TN、TP的污染输出负荷均呈明显的下降趋势,且前者是后者的9.2~9.8倍;不同污染源类型对TN、TP负荷贡献率的影响规律相似,且土地利用是最关键的影响因素,表现为耕地>草地>林地。从空间变化趋势上,TN、TP的污染负荷强度分布特征相似:整体分布不均,高负荷区集中分布在清水河支流水系两岸坡度较小的平原和丘陵区,低负荷区主要分布在耕地较少的源头区,且TN的负荷强度是TP的10倍左右。分别从土地利用、禽畜养殖和农村生活等角度分析其污染来源,结果表明耕地,尤其是蔬菜等经济作物种植是农业非点源污染的主要来源,禽畜养殖及居民生活是非点源污染的重要组成部分。

清水河流域生态系统服务评估及预测

城镇化扩张、农业活动和生态修复等人为因素给清水河流域土地格局和生态环境带来了显著改变,评估并预测未来的土地格局以及生态系统服务与价值对于流域生态可持续发展具有重要意义。基于CA-Markov模型和GIS软件,以预测+设计的方式通过InVEST模型模拟了未来生态系统服务与价值。结果显示:(1)清水河流域2000—2018年单位面积碳储量、单位面积土壤保持量、单位面积产水量分别为100.68 t/hm^(2)、800.62 t/hm^(2)、57.88 mm,除碳储量呈减小趋势外,产水量和土壤保持量均呈增长趋势;(2)2018年流域生态系统服务价值为24.42亿元,比2000年减少了2.2%,分别为该区2018年农林渔牧业总产值、GDP的2.31、0.78倍;(3)未来在坡度大于15°的区域退耕还林条件下,除产水量显著减小外,流域碳储量、土壤保持量生态系统服务价值均显著提升。研究表明,近20年清水河流域在气候均质条件下,生态系统服务及其价值的提升仍然不显著甚至有所下降,但在大于15°陡坡上的植树造林措施能够有效改善这一趋势。

RZWQM2模型对河北坝上地区大白菜模拟适用性评价

为明析根区水质模型(RZWQM2)对河北坝上地区蔬菜作物的适用性,以该地区膜下滴灌大白菜为研究对象,建立模型运行的气象、土壤及作物数据库,模拟2018年和2019年大白菜生育期内田间土壤水分动态变化、作物株高变化及最终产量,并通过实测值进行对比分析。结果表明:①经过对该模型参数的校准,得到各土层(20 cm、40 cm及60 cm)土壤水分模拟结果RMSE(均方根误差)值位于1.00%~3.03%之间,d(一致性指数)值位于0.50~0.78之间;②在2018年和2019年,作物株高模拟结果RMSE值分别为0.87 cm和0.90 cm,d值均大于0.85,产量的d值达到了0.99和0.98。校准后的RZWQM2模型在河北坝上地区具有较好的适用性,可为该地区大白菜田间水分高效利用、不同灌溉制度等进一步相关研究奠定基础。

高校教育生态系统构成要素及运行机制研究

全球经济一体化趋势的动态发展,推动我国高校教育体制不断发生改革与变化。应用型高校在构建各学科教育体系的过程中,需要助推专业教育内容与世界先进水平趋近,并在结合我国地方经济发展特点的基础上,建设具有良好社会适应性的应用型高校教育体系。本文以高校教育生态系统为课题重点研究内容,首先对教育生态系统的概念界定进行了简要概述,然后分析了高校生态系统的构成要素及运行机制,并在教育生态视域下,深入探究了优化应用型高校教育生态系统的策略与手段。高校教育生态系统运行机制的完善,必将为我国高校教育带来更加良好的动态平衡与正态发展。

西南典型地下河系统无机-有机指标特征及健康风险评价

岩溶地下水为全球约25%的人口提供饮用水源,地下河作为主要岩溶地下水类型,是中国西南岩溶区重要供水水源,掌握其水质污染状况及人体健康风险,对岩溶区水资源保护与安全用水具有重要意义。本文以广西桂林会仙狮子岩地下河系统为例,采集地下河水样品22组(无机和有机样品各11组),采用电感耦合等离子体质谱、离子色谱、气相色谱-质谱等方法测定11项无机离子、10项金属元素及41项有机指标的质量浓度,运用单指标污染标准指数法、健康风险评价模型揭示了研究区无机与有机指标分布、污染及健康风险。结果表明:①狮子岩地下河水中无机超标指标有NH^(+)_(4)(1.33倍)、Fe(1.2倍)、Al(1.5倍)和Mn(1.01倍),超标点多位于地下河排泄区;检出18项有机物,其中挥发性有机物(VOCs)、半挥发性有机物(SVOCs)和有机氯农药(OCPs)检出率分别为18.75%、30.77%和91.67%,研究区存在普遍的农药残留(49.14~109.83ng/L)。②与地下水对照值相比,研究区受到10项无机指标的轻度~中度污染、14项有机指标的轻度污染,个别采样点受到NO^(-)_(3)、Fe、Al和Mn的较严重~严重污染,一处采样点遭受苯并[a]芘的极严重污染。③经饮用水和皮肤接触两种途径暴露的非致癌健康风险(成人9.98×10^(-3) a^(-1),儿童1.09×10^(-2) a^(-1))和致癌健康风险(成人1.33×10^(-7) a^(-1),儿童2.82×10^(-7) a^(-1))均在可接受范围内。本文认为研究区存在不同程度的无机和有机污染,但污染物指标对人体暂不构成非致癌和致癌健康风险。

基于土地利用变化的河北省坝上地区景观生态风险评价

[目的]对河北省坝上地区近40 a来的土地利用动态变化和生态风险进行分析评价并对未来趋势作出预测,为该地区生态建设和治理、可持续发展提供科学依据。[方法]基于坝上地区1980—2018年5期土地利用数据以及通过土地转移矩阵、空间相关性分析等方法揭示和预测该区1980—2026年的土地利用变化特征并评估该区生态风险水平。[结果]①整个研究期间,坝上地区土地利用类型以耕地为主,所占比例近50%,其中,1980—2018年,耕地、林地扩张面积均超过300 km 2,草地减少近616.60 km 2,水域面积缩减36.04%,其中耕地、林地、草地之间的互相流转程度较为剧烈,空间变化上表现为各地类的重心在2000—2010年明显迁移。②1980—2026年,坝上地区6个时期内生态风险值全局空间自相关Moran’s I指数均在0.500左右,其空间分布表现出较高的趋同集聚性。③近40 a来,坝上生态风险水平升至为高风险级,其区域增加了123.22 km 2,较高风险区域分布在城镇地区,据CA-Markov模型预测,未来坝上地区中等及中等以上风险区域持续扩张,丰宁县和围场县将分别出现小规模高风险区和较高风险区。[结论]①近40 a来坝上地区草地退化严重,水域面积显著减少,原因系安固里淖干涸所致。②该区生态风险水平与土地格局分布具有较强相关性,且在未来会继续升高。

河北坝上地区2000-2019年植被绿度动态及其土地利用/覆被变化归因分析

[目的]分析河北坝上地区植被绿度变化及土地利用/覆被变化,旨在为区域生态建设和京津冀生态环境支撑区的建设提供科学参考,为土地合理利用及生态环境保护提供决策支持。[方法]以MODIS MOD13Q1 NDVI遥感数据为数据源,结合Landsat土地利用数据,使用线性倾向估计分析了2000—2019年坝上地区植被绿度的年际变化趋势,并定量分析了土地利用/覆被变化对其的影响。[结果]①河北坝上地区主要生长季(4—10月)多年平均植被绿度整体上呈现坝东高,坝西低的空间格局,且林地>草地>耕地;②研究时段坝上地区生长季NDVI最大值和平均值均呈现明显的增加趋势,速率分别为0.063/10 a和0.044/10 a,植被绿度显著提升区域比例为60%~83%;③结合土地利用变化定量解析植被绿度年际变化发现,研究时段,坝上地区植被绿度变化量中,耕地的贡献率为50.51%~57.22%,其次,林地和草地的贡献率分别为21.73%~28.62%和14.41%~15.07%,水域、建设用地和未利用地的总贡献率在6%左右。[结论]2000—2019年,坝上地区植被绿度增加趋势中耕地的贡献最大,但贡献率呈下降趋势,林地和草地的贡献逐渐增加。

1996-2017年张家口市区景观格局与地表热环境的时空变化

[目的]对河北省张家口市景观格局及城市热环境的时空变化及关系进行分析,为缓解城市热环境极端化给人居环境、工业生产带来的严重威胁提供策略。[方法]基于Landsat遥感影像,通过地表温度反演和移动窗口法分析张家口市区1996—2017年城市热环境和景观格局的时空变化关系。[结果]①1996—2017年,研究区景观格局主要变化为不透水面景观的增加(81.26 km^(2))以及植被景观的减少(61.78 km^(2));②研究区平均地表温度(LST)在1996—2017年增长了约3℃;不透水面和植被景观的平均LST为27.29℃和23.77℃,分别为城市热环境中的“热源”和“冷源”;③植被、水域景观面积比例每下降10%,对应的LST分别下降2.71℃和5.77℃;不透水面面积比例增长10%,LST则上升0.25℃;景观聚合度、景观形状指数、耕地面积比例均与LST保持非线性相关。[结论]1996—2017年张家口市热环境的进一步加剧,主要与城市化扩张以及植被的减少有关。

大汶河流域土地利用时空演变分析及生态空间多情景模拟

多情景模拟土地利用演变为大汶河流域土地管理和推动区域高质量发展提供参考。基于大汶河流域1990、2000、2010和2020年土地利用数据,借助动态度和土地利用转移矩阵分析研究区近30年来的土地利用时空演变特征和相关驱动机制,从地理环境、社会经济和交通路网三方面选取12个驱动因子,设置生态保护、耕地优先和经济发展3种情景,利用PLUS模型模拟研究区2030年土地利用空间分布及对比分析各情景模拟差异。结果表明:①近30年来,耕地面积减少明显,达630 km^(2);建筑用地面积持续增长且增幅较大,占比从8.8%增至16.7%。②2020年土地利用模拟结果Kappa系数为0.89,总精度为93.15%,均高于标准,PLUS模型满足大汶河流域土地利用模拟要求。③综合3种情景模拟结果发现,耕地优先情景下,耕地面积总量得到有效保护,相对限制建筑用地面积的增长,同时生态环境和经济建设都得到较好保障。因此耕地优先情景更符合大汶河流域可持续发展的要求。

广西会仙岩溶湿地水体主要离子和溶解无机碳来源及控制因素

【研究目的】为查明会仙岩溶湿地水体主要离子和溶解无机碳(DIC)的来源及控制因素。【研究方法】于会仙岩溶湿地采集地下水和地表水样品,分析了水化学和溶解无机碳同位素(δ^(13)CDIC)参数特征。【研究结果】会仙岩溶湿地大部分的地下水和地表水水化学类型为Ca−HCO_(3)。湿地水体Ca^(2+)、Mg^(2+)与HCO_(3)^(−)主要来源于碳酸盐岩溶蚀;NO_(3)^(−)主要来源为农业化肥和土壤有机氮的硝化;K^(+)、Na^(+)和Cl^(−)主要来源为化肥、粪肥和污水等;SO_(4)^(2−)主要来源为酸雨和硫铁矿的氧化。湿地地下水中DIC主要来源于土壤CO_(2)和碳酸盐岩矿物的溶解,据同位素质量平衡,计算结果显示约46%来自于土壤CO_(2),约54%来源于矿物本身的贡献。会仙岩溶湿地不完全是CO_(2)参与下碳酸盐岩风化的结果,含硫矿物、酸雨和人类活动来源的H_(2)SO_(4)作为侵蚀介质也参与碳酸盐岩的风化,此外,农业输入还原态氮肥的硝化作用不容忽视。湿地地表水中DIC主要来源于地下水,湿地地表水中δ^(13)CDIC值受水生植物的光合作用和CO_(2)脱气的影响,组成较地下水相对富集偏正。【结论】水化学和δ^(13)CDIC可以帮助理解岩溶湿地的风化和生物地球化学过程,同时还应结合湿地水文地质和人为活动等条件才能提供更准确的信息。

进水底物对好氧颗粒污泥特性及微生物群落的影响

为了研究进水底物对好氧颗粒污泥(AGS)特性的影响,通过接种絮状污泥于序批式反应器(SBR)中以生活污水和模拟生活污水作为进水底物,对AGS形成过程中的污泥特性和微生物群落展开研究。研究表明:以模拟生活污水为进水底物,发现颗粒污泥内部以丝状菌为框架,通过对污泥的截留逐渐形成AGS,污泥沉降性能良好。随着AGS的形成胞外聚合物(EPS)组分中蛋白质(PN)含量增加显著,PN/PS由1.77上升至5.80,促进了AGS的形成和稳定性,且EPS含量与Zeta电位、污泥沉降指数呈负相关。连续投加Fe(OH)_(3)胶体抑制了NOB菌的活性,导致生活污水阶段污染物的去除效果较差;AGS形成后污染物的去除效果明显上升,特别是氮、磷污染物。生活污水阶段Candidatus_Microthrix菌属引起了系统内丝状菌膨胀,同时微生物群落丰富度、多样性逐渐降低。模拟生活污水阶段具有疏水性和分泌EPS功能的菌属丰度占比持续上升,例如:unclassified_o__Saccharimonadale(33.%→22.0%)、Zoogloea(3.0%→6.0%)、unclassified_f__Sphingomonadaceae(0.87%→3.1%)菌属等;促进了污泥颗粒化;同时随着污泥颗粒化程度提高,具有反硝化和除磷功能的菌属丰度占比持续上升,保证了AGS系统高效的脱氮除磷性能。

1980-2020年极端气候变化对京津冀玉米产量的影响

基于1980-2020年京津冀地区25个国家级气象台站气象数据与8个典型站点玉米单产数据,通过线性回归、反距离权重插值、M-K检验、Pearson相关性等方法,分析了1980-2020年逐日平均气温、最高气温、最低气温、生长度日等变化对京津冀地区玉米产量的影响。结果表明:(1)1980-2020年京津冀地区生长度日(GDD)、高温指数[极端最高气温(TXx)、高温日数(Htd)]呈显著上升趋势,上升速率分别为58.31℃·d·10a^(-1)、0.39℃·10a^(-1)、0.96d·10a^(-1);低温指数[极端最低气温(TNn)、低温日数(Ltd)]显著下降,下降速率分别为0.28℃·10a^(-1)、2.8d·10a^(-1)。突变分析结果显示,高温指数比低温指数突变更为剧烈,1980-2020年京津冀地区增温趋势明显。(2)极端气温指数存在空间差异性,高温指数高值区主要集中在经济发达城市(北京、天津),低温指数高值区集中在北部(张北)、西南部(邢台)等地。(3)玉米实际单产呈波动上升趋势,玉米气候产量波动变幅大(-1179~831kg·hm^(-2))。1990-2020年京津冀地区气候丰年有3个(2004年、2005年、2006年)、气候歉年有2个(1999年和2000年)。相关性分析表明GDD、TXx、Htd为京津冀地区玉米产量变化的主要响应指数;结合多项式拟合曲线可知,当TXx≥36℃、Htd≥4d时,玉米气候产量呈下降态势。

水体微塑料检测与处理方法综述

近年来,微塑料(MPs)逐渐进入人们的视野,成为重要的水体污染物,对生物和生态环境产生了潜在的不利影响。其自然降解效果不明显,而传统的水处理工艺又无法对其完全去除。微塑料作为水环境污染的新兴问题,已引起全球范围内的广泛关注。文章重点介绍了微塑料的种类、来源及危害。结合相关前沿研究,系统地介绍了水体中微塑料的检测方法和处理技术。强调了该领域的新趋势和未来的研究方向,并对水处理技术应用提出建议。

承德某钼尾矿重金属淋溶释放规律及影响因素

为掌握承德地区钼尾矿中重金属的潜在环境风险,以某尾矿为研究对象进行了重金属淋溶释放规律研究,考察了淋溶液pH值、固液比、温度等因素对重金属元素释放的影响。结果表明:Mo、Mn、Cu和Zn为该钼尾矿淋溶释放的主要重金属;当淋溶液呈弱酸性或中性时,淋出液pH值均逐渐上升,并稳定在7.2~7.7,钼尾矿具有一定酸性缓冲能力;固液比越大、环境温度越高,尾矿中的重金属越容易释放;Mo、Mn和Cu动态淋溶释放动力学过程可用双常数速率方程描述,抛物线方程更适合描述Zn淋溶释放动力学过程。

双阳离子复合改性膨润土对甲基橙的吸附性能研究

以四甲基溴化铵(TAB)和聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDMDAAC)为改性剂,对天然钠基膨润土进行双阳离子复合改性,制得低成本吸附剂双阳离子复合改性膨润土(T/P-PRT)。用FTIR、BET等手段进行表征,考察了吸附剂用量、初始pH、吸附温度、接触时间等因素对水中偶氮染料甲基橙(MO)的去除效果影响。结果表明,膨润土经改性后,比表面积和孔容变小,平均孔径增大。T/P-PRT对MO的最佳吸附条件为MO初始浓度为500 mg/L、溶液pH为4、吸附剂用量为10 g/L、反应温度为298 K、吸附时间为480 min。在此最佳吸附条件下,吸附量和去除率都达到了最大值,分别为42.66 mg/g和85.33%。MO在T/P-PRT上的吸附过程更符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型,吸附过程为化学单层吸附和放热反应。