广东省农业面源污染时空变化及其防控对策

利用2009和2019年广东省农业统计年鉴数据,以广东珠三角、粤东、粤西和粤北为基本单元,选取农田化肥施用量、畜禽养殖粪便排放量构建农业面源污染核算清单,对广东4区域农业面源污染变化进行对比分析。结果表明:种养业结构调整是引起农业面源污染时空变化的主要原因。从2008—2018年,全省各区粮食作物播种面积下降、经济作物和其他作物种植面积增加;禽畜养殖量(以生猪养殖为例)珠三角、粤东养殖量缩减,粤西、粤北养殖量扩增。农业面源污染排放强度随之发生变化,2018年全省排放强度上升为687.45 kg·hm^−2,比2008年增加21.04 kg·hm^−2,其中珠三角、粤东有不同程度的下降,粤西、粤北有不同程度的上升;由农田施肥引起的TN排放强度除粤西上升外,其他区均下降,而TP排放强度各区均上升;由养殖业排放引起的COD、TN、TP排放强度,珠三角、粤东下降,而粤西、粤北则相应上升。因此,广东应结合各区农业实际,立足农业面源污染源头控制,排放过程拦截。应采取如下的措施:(1)加强主要农作物施肥技术研究,提高肥料利用效率;(2)以高标准农田建设为契机,提升农业机械化水平,推广应用节水灌溉和水肥一体化等农业先进技术;(3)深入开展禽畜粪污土地承载力研究,提高禽畜粪污资源化利用效率等防控对策。

快速城市化下广州市天河区水塘的生态环境质量评价

快速城市化对城市及其周边的水体景观和生态环境产生了一定影响,尤其是在城乡结合部,水体景观的消失和水环境问题日益严重。在快速城市化的影响下,水塘逐渐消失或者被填埋,同时其生态环境质量也受到了严重的影响。以广州市天河区为例,根据研究区水塘的生态现状,从水塘结构、水体质量、沉积物污染状况和水塘景观视觉4个维度构建评价指标体系,运用层次分析法和综合指数法对天河区水塘的生态环境质量状况进行评价。结果表明:(1)水塘结构结果表明,研究区域内大多数水塘易受到外围环境的干扰,且其自我恢复能力较弱。(2)水塘水质高低与城市化程度呈现负相关。(3)水塘沉积物危害程度随城市化程度自Ⅰ至Ⅳ呈现降低趋势。(4)水塘的综合生态环境质量与城市化程度呈现负相关,即城市化程度越强,水塘生态环境质量越差。天河区郊区受城市化影响较小,水塘的综合生态环境质量较好。

崩岗治理技术措施研究进展与展望

[目的]总结分析当前崩岗治理技术措施研究现状,为制定更为合理的崩岗防治策略提供参考。[方法]通过文献查阅,根据崩岗的空间结构特征,分别从集水坡面、崩壁、崩积堆、沟谷和冲积扇等方面系统性地总结了针对不同部位的崩岗治理技术措施。[结果]总结探讨了不同技术的特点、适用性以及存在的问题,对崩岗的不同治理模式进行了归纳,并对未来崩岗治理技术的研究方向进行了展望。[结论]工程与生物技术相结合的修复方式是目前采用最广泛的治理措施。今后的崩岗治理工作的开展应注重修复效果评价指标体系构建、水土保持作用机制、创新修复技术应用、修复技术与农业生产相结合以及预防措施等方面的研究。

近20年国内外生态系统服务研究回顾与解析

生态系统服务对人类生存发展以及生态环境的可持续具有重要的意义,作为当前生态学、环境科学、地理学、生态经济学等诸多学科的研究热点和前沿,目前已经积累了大量的研究成果。文章基于Citespace V5.2软件以及文献计量学分析方法,以Web of science核心合集与CNKI核心期刊为数据来源,系统地分析了1999-2018年近20年国内外生态系统服务研究热点、进展与存在的问题。首先从生态系统服务形成机制及其流动、生物多样性与生态系统服务、土地利用与生态系统服务、气候变化与生态系统服务、生态系统服务评估、生态系统服务权衡协同与生态管理等6个方面对国际生态系统服务的研究热点进行了详细的评述。又进一步从生态系统服务价值评估、土地利用变化与生态系统服务、生态系统服务与可持续等3个方面对国内近20年生态系统服务研究进展与现状进行追踪与分析;讨论了目前国内研究中存在生态系统服务理论研究尚待深入、评估方法科学性有待提高、研究结果应用性不强等3个方面的问题。最后,针对当前研究存在的问题与未来发展方向提出展望:加强生态系统服务形成机理及综合应用研究、建立更加精确的生态系统服务价值评估体系指标与方法、加强生态系统服务区域集成和尺度转化研究。

农田土壤重金属污染阻控技术研究进展

土壤重金属污染阻控技术主要是指通过化学行为将重金属钝化在土壤中,或利用植物生理作用,喷施各种阻隔剂抑制重金属在植物体内的流动,或通过水分管理、深耕等农艺措施调控重金属进入植物体内的行为。其中,钝化技术主要是向土壤中添加钝化剂,通过吸附、沉淀、络合、离子交换和氧化还原等一系列反应,降低重金属污染物的生物有效性和可迁移性,从而达到修复目的的方法;阻隔技术通常指通过向农作物喷施肥料以调节其生理代谢,从而降低农作物对重金属的吸收或降低重金属向作物可食用部位的转运。而作物从土壤中吸收重金属,不仅取决于土壤中重金属的含量,还受到土壤性质、肥料种类、作物种类、水分条件及耕作制度的影响,因此,合理改善上述条件,可有效抑制重金属活性,降低其生物有效性。土壤重金属污染阻控技术具有处理成本低廉、效果明显、操作简单和不影响农作物生产等优点,是土壤重金属污染治理的重要手段之一,是当前世界范围内的研究热点,亦是一种治理土壤重金属污染的环境友好技术。文章主要介绍和评述了土壤重金属污染阻控技术的原理、类型、技术优点及进展情况,并对今后的研究重点进行了简要的讨论。

城市低影响开发面源污染治理措施研究进展与展望

城市面源污染是指通过降水淋洗大气和冲刷地表而形成携带多种污染物的地表径流,以地表污染物溶解、扩散的形式污染城市受纳水体。近年来,随着中国城市化进程加快,城市面源污染逐渐成为中国城市水体水质的重要影响因素,是城市水环境治理的一大难题。优化并推广城市低影响开发(LID)面源污染治理措施是当前缓解城市面源污染问题的有效途径,因此文本综述了城市LID治理措施相关研究进展。在高流量城市区域,机动车排放等人类活动和大气沉降是氮磷污染物、有机物污染物、重金属污染物、生物性污染物等几种城市面源污染物的主要来源。城市主要通过工程措施与非工程措施相结合的方式治理城市面源污染,而工程措施分别从源头、迁移与终端3个过程控制面源污染,以生物滞留系统、绿色覆盖、透水铺装以及人工湿地系统4主要的LID工程治理措施为例。文章综述了这4种LID工程治理措施的基础结构、对几种污染物的去除效果以及采用改进方式后去污效果。治理措施的治理效果常因填料基质堵塞、温度变化、植物腐烂与设施材料耐受性下降等问题而受到影响,因此文章同时讨论了这些工程措施存在的问题。最后,文章针对治理措施存在的问题提出了几点改进展望,如选择吸收能力稳定的植物与搭配方式、采用简易的辅助性措施缓解填料基质堵塞以及探索新的促渗能力与耐受性强的材料等。

佛山市城市森林生态系统服务价值估算研究

以佛山市城市森林为研究对象,参照国家林业局《森林生态系统服务功能评估规范》评估方法对佛山城市森林进行估算.结果表明:2015-2016年度佛山市森林生态服务总价值为77.76亿元/a,单位面积生态服务价值为13.32万元/(hm 2·a),对生态服务功能价值贡献从大到小依次为涵养水源、固碳释氧、保育土壤、生物多样性保护、净化大气环境、积累营养物质,分别占总生态服务价值的54.60%,18.54%,13.28%,9.28%,3.49%,0.80%,涵养水源和固碳释氧是佛山城市森林最主要的生态服务功能.通过量化森林生态服务功能,为佛山城市林业发展和生态补偿提供决策依据,从而推动区域绿色生态文明建设,同时提出科学布局环境功能林对维护区域可持续发展有重要意义.

广东省土壤Cd含量空间分布预测

土壤重金属的空间格局对土壤重金属污染防治具有重要的指导意义.本文以广东省土壤Cd含量为研究对象,基于"规则"模型——Cubist以及样条插值法、反距离加权法、自然邻域法、普通克里金插值法、局部多项式插值法和径向基函数插值法等6种GIS空间插值方法,选取2 000、1 500、1 000、800、500、300、200、150及90 m这9个不同的格网尺度,构建Cd含量空间格局模型.选择不同方法的最佳预测尺度和最优模型参数,预测广东省土壤Cd含量分布.结果表明:(1)在相同尺度时Cubist方法预测结果都比传统的空间插值结果精度高,格网大小为300 m×300 m时预测精度最高.其次是样条插值法,其在1 500 m插值尺度上精度最高;(2)Cubist模型同时可以识别土壤Cd含量空间分布的驱动因子.结果表明在37个影响Cd含量的自然和人为因子中,地质类型是驱动广东省土壤Cd含量分布差异的主要因子;(3)Cd含量高值主要分布在珠三角地区及粤北少部分地区.广东省土壤Cd含量超过GB 15618^(-1)995中3级和2级标准,即大于1.0 mg·kg^(-1)和0.3 mg·kg^(-1)的面积分别约为160 km^2和2 140 km^2,约占广东省总面积的0.09%和1.18%.

广东省土壤镉含量影响因子解析与评估

影响镉(Cd)含量的因子众多,包括自然影响因子和人为影响因子,而治理Cd污染首先应查明Cd污染来源及其影响因子,这对因地制宜制定Cd污染治理措施及指导相关产业布局具有重要意义.广东省地理状况复杂、经济发达,Cd含量分布区域间差异较大.因此,本文基于Cubist构建土壤Cd含量与相关影响因子关系模型,解析影响广东省土壤Cd含量的主要因子.结果表明:土壤pH值与土壤类型是影响广东省Cd含量最主要的因素,土壤Cd含量与土壤pH值呈正相关关系;赤红壤、砖红壤及紫色土中Cd含量相对较低,潮土、红壤、黄壤、水稻土及石灰土中Cd含量相对较高.Cd含量高值主要出现在第四纪、泥盆纪和石炭纪地质构造运动形成的土壤中.此外,植被指数、土壤粉粒、平均气温、高程、距道路及距河流距离也是影响广东省土壤Cd含量的主要因素.其中,土壤Cd含量与土壤粉粒、高程呈正相关关系,与植被指数、距道路距离、距河流距离呈负相关关系.本文研究结果可为土壤Cd污染治理提供科学的参考依据.

中国海绵城市研究进展与展望

建设海绵城市是中国落实生态文明的重要举措,它强调"自然积存、自然渗透、自然净化"的理念,目前已上升到中国国家战略层面,已有30个城市(如济南、武汉、厦门、北京、天津、上海等)开展了海绵城市建设试点工作。但中国海绵城市的研究和实践尚处在初级阶段,注重工程性措施而忽视了配套的非工程性措施,尚存在诸多亟需解决的难点问题。文章从海绵城市的提出背景入手,首先介绍了海绵城市的概念和理论内涵,包括建设海绵城市的基本原则、规划核心、预期目标以及理论本质等方面,然后从理论、技术和实践3个层面总结了中国海绵城市研究进展,重点介绍了这3个层面的主要研究内容和成果;最后从基础理论体系建设、城市面源污染治理技术、现有建成区的改造、建造和运行中的商业模式、非工程性设施建设等5个方面,指出了当前中国建设海绵城市有待深入解决的问题,为今后海绵城市的研究指明了方向。

广东省不同区域农田土壤酸化时空变化及其影响因素

基于广东省1980s、2010年以及2015年3期土壤数据,对全省不同区域农田耕作层土壤pH值的时空变异特征进行分析,并初步探讨了可能导致土壤pH变化的因素.结果表明:不同时期广东全省土壤pH值空间分布格局变化显著.全省农田土壤在1980s—2010年间,pH整体下降了0.3,呈酸化趋势,2010—2015年,土壤pH上升了0.09,但不均匀势态有所增强,酸碱分化趋势较明显.从各区域看,1980s—2010年,各区域土壤均呈现酸化趋势; 2010—2015年,珠三角地区农田土壤pH均值上升了0.27,而东、西两翼土壤pH均值分别下降了0.05、0.15,山区土壤pH变化不明显.分析表明:广东省各地区土壤酸化除受土壤自身及降水等自然因素影响外,酸雨、不合理施肥以及高产作物高复种的种植结构等人为因素也是导致土壤酸化的主要原因;工业化、城市化、矿山开发和测土配方施肥的推广导致局部地区土壤pH值有所上升.研究结果可为不同区域控制缓解土壤酸化、提高耕地质量提供理论指导.

基于Apache Spark 机器学习的生态安全格局构建方法

区域生态安全格局构建往往是通过对各类环境因子不同层次、不同深度的分析以生成规划结果,少有学者直接对生态安全格局与环境因子之间的关系进行分析,研究通用模型。利用大数据计算框架Apache Spark机器学习库的Logistic Regression(LR)模型对佛山市高明、三水和顺德区已有生态安全格局规划数据与岩性、土壤、用地类型、NDVI、海拔、坡度、道路距离、河流距离、年均降雨量、人口密度等多个变量的相互关系进行了训练学习,得到回归模型,用以预测广东省生态安全格局,结果显示:1)基于Spark-LR的保障生态安全格局模型(GSPM)精度达到90.58%,其预测的广东省保障安全格局高概率区比例为50.56%,在实际应用中,有一定的参考价值;2)总体上GSPM预测的生态安全格局分布与已有规划类似,但是模型容易受到样点分布均匀性的影响;3)GSPM预测结果更加切合生态资源保护的需求,而常规方法构建的结果则需要进一步优化;4)Spark-LR机器学习对生态安全格局中城市扩张的预测具有一定的优势。

华北平原县域耕地质量综合评价

基于采样、观测和统计数据,从耕地自然质量、经济质量和生态质量属性视角构建了耕地质量评价指标体系,运用隶属度函数、主成分分析、栅格采样和综合指数模型,对华北平原禹城市耕地质量进行了综合评价与分析.评价结果表明:2009年禹城市耕地自然质量、生态质量和经济质量分别以一、二、三等,二、三、四等和一、三、五等为主,且分别呈现耕地质量等级由中部、南部,中北、中南部和东部向周边区域降低的空间分异格局,区域耕地自然、生态和经济条件差异与耕地质量格局分异密切相关.

广东省土壤重金属溯源及污染源解析

近年来土壤重金属污染问题日益加剧,而土壤重金属溯源解析对土壤重金属污染防治具有重要的指导意义.本文采集并测试了广东省土壤表层(0~20 cm)1000个样本中的As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn 8种重金属元素的含量,选取了可能影响这些重金属元素在土壤中含量的106个因子,将其分为自然和人为两大类,基于回归模型树方法,通过R语言及Cubist模型定量计算这些影响因子对8种重金属元素在土壤中含量的贡献率,筛选不同元素的主要影响因子,进行溯源及污染源解析.结果表明:广东省土壤中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn来源受自然因素作用大于人为因素,土壤中Hg则相反,其主要来源于工业生产,部分来源于农业生产.土壤中Cd和Hg元素的人为源具有同源性.广东省土壤重金属人为源贡献率由大到小分别为土壤As为工业>农业>交通>人口>其他;Cd为工业>农业>交通>其他;Cr为农业>工业>交通、人口>其他;Cu为工业>农业>交通>其他;Hg为工业>农业>交通、矿区>人口>建筑;Ni为工业>农业>交通>其他;Pb为工业>农业>其他;Zn为工业>农业>人口>其他.本研究结果有利于指导相关产业减少污染排放,降低土壤环境质量受到的污染风险.

南方红壤区崩岗侵蚀及其防治研究进展

崩岗侵蚀威胁区域生态安全,是当前土壤侵蚀研究领域所关注的热点和难点。文章首先简要回顾了崩岗侵蚀的研究历程,介绍了崩岗的组成要素。随后重点从崩岗侵蚀类型、崩岗空间分布特征、崩岗发育阶段及形态特征、崩岗侵蚀驱动因素、崩岗侵蚀防治措施等方面总结了崩岗侵蚀及防治的研究现状与进展,探讨了当前崩岗研究的薄弱之处。并在此基础上,提出了崩岗水力重力侵蚀的耦合机理、崩岗发育与区域地貌发育的关系、崩岗产生及发育指标的建立、崩岗防治机理及其评价标准的建立等有待深入研究的问题。

基于无人机多光谱遥感数据的烟草植被指数估产模型研究

无人机遥感估产具有实时、高效的特点。通过无人机搭载多光谱相机,以广东省韶关市特色优质烟叶生产示范区为对象,基于2019年成熟期烟草冠层多光谱影像数据,选用5种植被指数与烟草实际产量构建回归估产模型,并对估产模型精度进行检验,从中选出最优估产模型。结果表明,非线性回归估产模型精度整体高于线性回归估产模型,多植被指数组合遥感估产可提高估产模型精度;最优植被指数为改进简单植被指数(MSR),最优植被指数组合为改进简单植被指数-绿色归一化植被指数(MSR-GNDVI),其非线性回归估产模型的决定系数(R~2)最高,为0.70,均方根误差(RMSE)最小(n=20),为31.18,相对误差(RE)为1.47%。基于无人机遥感信息的最优估产模型为y=129.49x~2-181.46x+2066.7。该模型可用于区域烟草遥感估产的快速实现,为小尺度烟草估产经营提供高效管理依据。

生态与常规种植对土壤养分、微生物及重金属的影响

为探讨生态种植模式对土壤环境的影响,以四川成都府南河上游地区安龙村生态农业和传统农业为研究对象,比较分析了生态种植与常规种植模式对土壤养分、微生物及重金属的影响。结果表明:除细菌含量外,生态种植的土壤中微生物碳含量及真菌、放线菌数量均高于常规种植,生态种植改善了土壤中微生物群落结构;生态种植土壤中重金属Cr、Pb、Hg和As含量均低于常规种植,Cd含量相差不大,生态种植带入的重金属较少;生态种植土壤中总氮、总磷、有效氮及有效钾的含量均高于常规种植,但总钾和有效磷的含量低于常规种植,这与两种种植方式下农业投入品不同密切相关。研究表明,生态种植能一定程度提升土壤养分,改善土壤微生物群落结构,并有效减少种植带入的重金属。

可变电荷土壤表面酸碱性质与模型研究进展

可变电荷土壤表面酸碱性质是指土壤与质子的结合能力,主要包括表面质子反应活性位点密度Ds、电荷零点pHpzc以及质子化、去质子平衡常数pKa。表面酸碱性质对于评估土壤酸碱缓冲能力、揭露酸化机制有重要意义,也是探究阳离子和阴离子在土壤固液间的分配,控制微量元素移动性和生物有效性的重要土壤性质之一。本文综述了通过表面络合模型获取表面酸碱性质参数的方法以及研究复杂土壤体系的两种方法。电荷零点pHpzc主要通过宏观滴定实验获得,但需要不断优化实验操作来减少无意义因素的影响。而表面质子反应活性位点密度Ds和质子化、去质子化平衡常数pKa,则通常分别通过Gran函数和直线外推法计算等方法得到。目前,土壤活性成分金属氧化物、黏土矿物及腐殖质表面酸碱性质已通过表面络合模型得到广泛研究,研究方法和相关数据已逐渐趋于完善。而随着表面络合模型的发展,土壤混合体系表面酸碱性质的研究也在不断加深。组分添加法通过各组分表面性质的加和来预测质子在土壤和溶液中分配和形态,目前已从矿物聚合模型扩展到矿物-有机物聚合模型,因为有机物和矿物组分之间的相互作用对于研究相当重要。而广义复合法假设土壤表面性质均一,依据实验吸附数据和表面积拟合获得表面酸碱性质,现在已发展为n-site/n-pKa,并建立了一种通过土壤化学性质预测表面酸碱性质广义回归方程。最后,文章探讨了表面络合模型相关研究应该解决的科学问题,以及土壤表面酸碱性质研究在未来的趋势。

零价铁与腐殖质复合调理剂对稻田镉砷污染钝化的效果研究

稻田土壤环境中,重金属镉和类金属砷的行为受pH和Eh的影响强烈,这导致了稻田镉砷复合污染治理难度大。该研究研制了零价铁与腐殖质(质量比为12.5?87.5)的复合土壤调理剂(简称复合调理剂),在水稻早稻和晚稻种植前,分别向试验小区施加零价铁、腐殖质、复合调理剂,研究稻田镉砷的同步钝化效果。结果表明,与对照(不施加零价铁与腐殖质中的任何一种)相比,施加2 250kg·hm-2复合调理剂,水稻各部位砷和镉的质量分数显著降低,早稻稻米中镉质量分数从(0.35±0.04)mg·kg^(-1)下降至(0.19±0.04)mg·kg^(-1),总砷从(0.99±0.11)mg·kg^(-1)下降至(0.38±0.04)mg·kg^(-1);晚稻稻米镉从(0.50±0.05)mg·kg^(-1)下降至(0.25±0.02) mg·kg^(-1),总砷从(1.14±0.15) mg·kg^(-1)下降至(0.48±0.07) mg·kg^(-1);单独施加腐殖质,早稻和晚稻稻米总镉质量分数下降至(0.30±0.11)mg·kg^(-1)和(0.34±0.02)mg·kg^(-1),总砷下降至(0.68±0.05)mg·kg^(-1)和(0.83±0.01)mg·kg^(-1);单独施加零价铁,早稻和晚稻稻米总镉质量分数分别下降至(0.32±0.01) mg·kg^(-1)和(0.49±0.02) mg·kg^(-1),总砷下降至(0.48±0.03)mg·kg^(-1)和(0.64±0.13) mg·kg^(-1)。施加复合调理剂可改善土壤理化性质,水稻产量、土壤pH值、水稻根表铁膜中铁、镉和砷的含量显著升高;而土壤孔隙水中亚铁离子、镉离子和三价砷离子的浓度,土壤中磷酸盐提取态砷和二乙基三胺五乙酸(DTPA)提取态镉的含量则显著下降。其中,施加复合调理剂对土壤磷酸盐提取态镉的降低率(早稻和晚稻分别为37.8%和34.1%)远高于单独施加零价铁和腐殖质的降低率的总和(早稻和晚稻分别为15.1%和12.3%),表明零价铁和腐殖质之间的交互作用对抑制镉进入水稻具有协同作用。零价铁与腐殖质复合调理剂具有同步钝化稻米镉砷的功能,可改良土壤,对环境友好。

蚯蚓粪肥输入促进水稻土有机磷矿化的机制研究

采用盆栽试验,以小白菜(Brassica chinensis L.)为试验作物,设置4个蚯蚓粪肥处理,分别为对照(CK,0 g·kg^(-1))、低量(A1,40 g·kg^(-1))、中量(A2,80 g·kg^(-1))、高量(A3,120 g·kg^(-1)),每个处理4次重复,于小白菜移栽后0、7、14、21d和35d采集土壤样品并测定各指标,研究蚯蚓粪肥对水稻土有机磷矿化以及微生物活性的影响。结果表明,(1)蚯蚓粪肥对小白菜根际土和非根际土微生物生物量碳、微生物生物量磷均有显著影响(P<0.05),各处理组中非根际土微生物生物量碳磷比均低于根际土1.9-2.0倍。(2)培养期间,蚯蚓粪肥处理的水稻土酸性磷酸酶活性、有效磷及各磷形态含量相比对照组均有显著性提高。(3)处理组土壤各指标相关性分析结果表明:土壤微生物生物量磷、酸性磷酸酶活性均与中稳定性有机磷Na OH-P_o存在显著负相关关系;在A2和A3水平下,微生物生物量磷与活性有机磷Na HCO_3-P_o之间存在显著负相关关系,Na HCO_3-P_o与Na OH-P_o存在显著正相关关系,稳定态有机磷C.HCl-P_o与Na OH-P_o、Na HCO_3-P_o均呈显著负相关关系。研究表明,蚯蚓粪肥极显著提高土壤NaOH-P_o含量和酸性磷酸酶活性,有效促进Na OH-P_o活化的同时提高了微生物对磷的贮存,其中非根际土微生物对磷的固定强于根际土;蚯蚓粪肥在加速土壤Na HCO_3-P_o和Na OH-P_o矿化的同时也促进了C.HCl-P_o生成,其中微生物生物量磷对C.HCl-P_o的合成具有促进作用。