西北典型生态脆弱区植被覆盖度时空变化及其生态安全评价:以宁夏贺兰山为例

人类生存质量与生态环境密切相关,利用遥感技术可以快速、定量地评价生态环境变化,为区域生态环境治理、改善以及发展规划提供重要参考。以宁夏贺兰山为研究区域,基于1987—2020年5景Landsat 5/8遥感影像,采用植被覆盖度(FVC)和遥感生态指数(RSEI),探究其生态环境时空变化规律,分析2017年贺兰山生态保卫战实施后该区域植被状况和生态恢复效果。结果表明:(1)1987—2020年宁夏贺兰山生态环境得到持续改善,植被覆盖整体提高,年均FVC从保卫战实施前(1987年)的31.03%增长至保卫战实施后(2020年)的43.35%,RSEI指数由32.71%上升至50.45%,生态恢复治理效果显著。(2)研究区FVC和RSEI指数总体偏低,生态质量一般。研究区西部海拔较高地区和中南部旅游密集区FVC和RSEI指数明显退化,退化面积占比分别为12.11%和8.30%,其生态恢复治理仍需高度重视。(3)FVC与RSEI指数的空间分布和变化趋于一致,两者相关系数大于0.80,且绿度指标在主成分分析中所占权重最高,表明FVC指数增加对贺兰山生态环境产生积极影响。研究结果对于贺兰山生态脆弱区及类似保护区生态环境恢复治理评价具有借鉴意义。

旱区滴灌条件下不同养分组合对叶用枸杞土壤活性碳库及细菌群落的调控效应

为探明干旱区滴灌条件下不同氮磷养分组合对叶用枸杞土壤活性碳库、细菌多样性及群落特征的影响,该研究设置施氮量(40,60和80 mg/L)、施磷量(10,20和30 mg/L)2因素3水平试验,采用高通量测序等方法研究土壤细菌群落特征与土壤环境因子之间的关系。结果表明,滴灌不同氮磷养分组合通过改善土壤养分状况,从而影响叶用枸杞产量。施氮60 mg/L、施磷30 mg/L处理下,N2P3处理下,叶用枸杞产量最高。施氮60 mg/L、施磷10 mg/L,N2P1处理下叶用枸杞根际土壤细菌群落多样性和丰富度表现最佳。不同氮磷配施处理下根际土壤细菌群落相对丰度存在差异,门水平优势类群主要为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、芽孢菌门(Gemmatimonadetes)和厚壁菌门(Firmicutes)等。冗余分析(RDA)和相关性Heatmap图表明,不同处理下土壤细菌群落多样性与有机碳(TOC)、易氧化有机碳(EOC)、水溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)和硝态氮(NO3-N)等环境因子显著相关。综上,滴灌条件下合理氮磷配施能有效改变土壤细菌群落结构,提升土壤肥力,为旱区叶用枸杞养分高效利用和资源可持续发展提供理论依据。

基于科研反哺教学的环境类创新人才培养模式探索——以“环境土壤学”课程为例

教学是立校之本,科研是强校之路,人才培养质量是高等教育的出发点和落脚点。面临新时期高等教育的新形势和新要求,全面有效地开展"三全育人",是高校专业教师面临的挑战和亟待解决的重要课题。基于"教学科研相统一"的观点和科研反哺教学的模式,以"环境土壤学"课程为例,探讨和实践了提升高校人才培养质量的方法。通过在教学领域带入科研工作的思路、方法与进展,在教育理念中融入科研精神,把科研方法转化为教学手段,用科研成果丰富教学内容,实现科研反哺教学,培养学生的创新思维与创新能力。

葡萄酒生产废弃物资源化利用研究——基于CiteSpace的知识图谱量化分析

为探究葡萄酒生产废弃物资源化利用的历史演变规律和应用现状,从主观判断转向客观计量,以Web of Science与中国知网的文献资料为数据源,借助CiteSpace文献计量工具,充分挖掘2000—2020年葡萄酒生产废弃物资源化利用研究领域的发展脉络、论文分布及研究热点。结果显示,葡萄酒生产废弃物资源化利用研究经历了萌芽、兴起和扩散3个阶段,国际相关研究较多,应用领域广泛,研究主题逐步从探究其废弃物组成、性质等向资源化利用转移,呈现出3个方面的研究趋势:如何进行葡萄酒生产废弃物的处理是永恒的研究主题,欧美国家在该领域发挥了重要作用;葡萄酒生产废弃物资源化利用是未来葡萄酒相关行业的研究重点;可持续发展将是葡萄酒生产废弃物相关研究的基本思想。国内关于葡萄酒生产废弃物资源化利用的研究总体关注度相对不高,科学技术不能充分应用,但目前的研究重点也正在向资源化利用方向转变。

课程思政视域下“环境土壤学”课程教学改革实践

课程思政的目标是在知识传递的过程中实现对知识+观念的塑造,即将思政元素与教师传授的专业知识紧密结合,进而达到教书育人的教学效果。专业课程在大学课程体系中占有很大比例,因此,对专业课开展课程思政更有利于构建全课程育人格局。以“环境土壤学”课程为例,探讨在课程思政视域下,如何准确实施课程思政的思路与手段,尊重教育教学规律,从教学内容与教学环节精细打磨,将思政元素有机融入课堂教学,真正落实立德树人的根本任务。

宁夏旱区枸杞/覆盖作物种植体系对土壤活性有机碳库的影响

为探究种植覆盖作物和施用有机肥对宁夏旱区枸杞园土壤活性有机碳库的影响,通过田间定位试验,设置枸杞单作+不施有机肥(S_(0))、枸杞单作+中量有机肥(2 kg·株^(-1),S_(1))、枸杞单作+高量有机肥(4 kg·株^(-1),S_(2))、枸杞/肥田萝卜复合种植+不施有机肥(M_(0))、枸杞/肥田萝卜复合种植+中量有机肥(2 kg·株^(-1),M_(1))和枸杞/肥田萝卜复合种植+高量有机肥(4 kg·株^(-1),M_(2))6个处理,分析土壤有机碳活性组分含量、土壤碳库管理指数及其与其他理化因子的关系,并通过结构方程模型揭示驱动碳库管理指数变化的主要因素。结果表明:与传统枸杞单作相比,枸杞/肥田萝卜复合种植0~20 cm土层土壤易氧化有机碳、水溶性有机碳含量和微生物生物量碳显著提高了55.3%、25.2%和79.0%,同时碳库活度、碳库活度指数和碳库管理指数也显著提高了18.4%、26.8%和18.4%(P<0.05)。而20~40 cm土层土壤有机碳组分及碳库管理指数变化均不显著。与未施用有机肥处理相比,中量有机肥处理0~20 cm土层S1和M1处理的碳库活度和碳库活度指数显著提高,高量有机肥处理仅M2处理的碳库活度、碳库活度指数和碳库管理指数显著提高61.9%、59.4%和64.9%(P<0.05)。而20~40 cm土层S_(1)和S_(2)处理的碳库指数显著降低,M_(1)和M_(2)处理的有机碳组分和碳库管理指数变化均不显著。结构方程模型显示:有机碳、易氧化有机碳、水溶性有机碳、全氮含量和微生物生物量碳共同解释了碳库管理指数98%的变化。综上所述,宁夏旱区枸杞/覆盖作物复合种植模式能有效提升土壤活性有机碳含量,在减少有机肥施用量的情况下仍能达到土壤培肥的目的。

基于改进麻雀搜索算法优化BP神经网络的土壤有机质空间分布预测

土壤有机质是衡量土壤肥力的重要指标,提高区域有机质空间分布预测精度十分必要.利用黄河流域卫宁平原采集的1690个土壤表层(0~20 cm)有机质及自然环境、人类活动数据,通过1348个点采用经典统计学、确定性插值、地统计插值和机器学习的方法分别建立了土壤有机质空间分布预测模型,以342个样点数据为测试集检验分析不同模型预测精度.结果表明,卫宁平原土壤表层ω(SOM)的平均值为14.34 g·kg^(−1),1690个采样点土壤有机质变异系数为34.81%,为中等程度变异,呈现出东北部、西南地区含量低,中间黄河左右岸和地势平缓的黄河阶地相对含量高的空间分布趋势.4类方法的预测精度大小为:机器学习法>地统计插值方法>确定性插值方法>经典统计学方法.通过对比,基于改进麻雀搜索算法优化的BP神经网络预测精度最好,改进后的麻雀搜索算法具有更优的收敛精度,避免了陷入局部最优,防止了数据过拟合,具有较好的预测能力,该优化算法可以提高土壤有机质含量预测精度,在土壤属性预测上有良好的应用前景.

1990~2020年黄河流域典型生态区生态环境质量时空格局及驱动力分析

科学评估生态环境质量是实现区域生态可持续发展的前提.基于1990~2020年Landsat遥感影像,采用熵值法构建遥感生态指数(E-RSEI),结合Mann-Kendall趋势检验、Sen倾斜度、Hurst指数和稳定性分析,在多时空尺度下分析黄河流域典型生态区的生态环境质量时空变化格局,并利用地理探测器量化了环境和人为等8个因子对E-RSEI时空分布的影响.结果表明:(1)31年间E-RSEI均值为67.5%,时间尺度上呈增加趋势,平均增幅为0.066·(10 a)^(-1),空间尺度上呈东低西高、南高北低的分布特征;(2)研究区生态环境质量未来变化趋势将以持续性改善为主,但仍有9.33%的区域存在退化的潜在风险.(3)降水是影响该区域E-RSEI空间分布的关键环境因子,人为因子的影响力较低,同单因子相比,因子交互作用对生态环境质量的解释力更强,降水与其他因子的交互作用处于主导地位.研究结果可为黄河流域生态区生态环境质量的可持续发展提供科学参考.

果树-覆盖作物可持续种植体系土壤碳氮固存及其影响因素

基于1990—2020年间已发表的文献数据,应用荟萃分析综合量化种植覆盖作物对中国果园土壤碳氮储量的影响,并分析其影响因素。结果表明:与清耕相比,种植覆盖作物能显著增加土壤碳氮储量,增加效应分别为31.1%和22.8%。与非豆科作物相比,种植豆科作物使土壤有机碳和全氮储量分别提高4.0%和3.0%;覆盖年限为5~10年时对土壤碳氮储量的增加效应最显著,分别增加58.5%和32.8%。土壤基础条件较差的地区(初始有机碳<10 g·kg^(-1),初始全氮<1.0 g·kg^(-1))土壤碳氮储量增加效应最高,分别达32.3%和34.1%;此外,黄河中下游年均温度(10~13℃)和年均降水(400~800 mm)条件适宜的地区土壤碳氮储量增加效应更明显。综上,果园土壤碳氮储量的协同变化关系受到多种因素的影响,果树间套作覆盖作物是提升土壤碳氮固存的有效途径。

基于地理探测器的宁夏贺兰山植被覆盖度时空分异及驱动因子

监测区域植被覆盖变化并分析其驱动因子,有利于实现生态环境的可持续发展。本研究以1989—2021年Landsat 5/8遥感影像为数据源,利用像元二分模型获取宁夏贺兰山植被覆盖度,基于地理探测器量化了环境和人为等10个因子对其时空分布的影响。结果表明:1989—2021年间,宁夏贺兰山平均植被覆盖度为35.8%,时间尺度上总体呈增加趋势,平均增幅为0.043·(10 a)^(-1),空间尺度上呈现从西南向东北递减的分布特征;研究区58.1%的区域植被覆盖度未来将持续性改善,但仍有30.7%的植被存在退化的潜在风险。降水是影响植被分布的主要环境因子,与单因子相比,环境因子和人为因子的交互作用对植被覆盖度的解释力更强,降水与其他因子的交互作用处于主导作用。