稀土对缓解油菜镉胁迫的研究

长期利用污水灌溉、污泥改良土壤以及化学农药和化肥的不合理施用,会使农用土壤受到重金属不同程度的污染[1] ,且以重金属镉(Cd)污染最为普遍关注.     

基于SD的耕地与生态用地联合调配策略仿真与优选——以天津市为例

以复杂系统模拟为手段,以生态与经济双赢为目标,进行耕地与生态用地的联合调配策略的设计、仿真与优选,旨在通过两种土地的合理调配,在保障粮食安全前提下,以生态修复促超负荷耕地休养。在人口、经济、耕地和生态用地各子系统及其要素分析的基础上,以耕地污染严重、后备用地紧缺、地处《全国主体功能区规划》中的优化开发区域——天津市为例,建立耕地与生态用地联合调配的系统动力学模型（Tianjin System Dynamic,TSD）并进行有效性检验。结果显示,模型具有较好的稳定性,而且仿真值与实际值误差<5%,因此模型有效。在确定模型有效之后,应用TSD模型模拟不同策略下的天津市2016—2025年耕地与生态用地联合调配结果。本文设置了两种与系统惯性发展相比较的调配策略——耕地资源省域内调配策略和耕地资源跨省域调配策略,并对上述3种情景分别进行仿真。结果显示：1）按当前的惯性趋势发展,2025年受损耕地可以得到修复,耕地数量能够满足耕地红线要求,生态安全也能够得到保障,但是耕地产出压力会突破警戒阈值,因此存在潜在的粮食危机;2）耕地与生态用地省内调配情景下,虽然可以降低耕地的产出压力,但生态安全有所减损,而且耕地产出压力仍高于警戒阈值;3）允许耕地跨省域调配情景下,耕地产出压力可以降低到警戒值之下,而且生态安全能够得到更好的保障。比较3种仿真结果可知,允许耕地跨省域占补情景下的耕地与生态用地联合调配效果最好,可以使耕地与生态用地联合调配更灵活,更好地保障生态安全和粮食安全。以上说明本文所构建的TSD模型进行耕地与生态用地联合调配研究是有效的,一方面可以为耕地与生态用地联合调配策略的优选提供支撑,另一方面为后备耕地紧缺的优化开发地区确定跨省域占补数量提供科学依据。     

土壤中重金属累积特征及生态风险评价——以乌拉特后旗有色金属冶炼企业集中区为例

在内蒙古乌拉特后旗有色金属冶炼企业集中区域内土壤中测定了7种重金属元素的含量,利用地统计学方法、地累积指数法及Hankanson指数法研究了土壤中重金属元素的空间变异特征及成因,综合评价了重金属环境风险。结果表明:研究区内重金属元素含量已经很大程度上受到了工业、农业生产活动的影响,结构性因素的影响已经不显著;重金属元素的地累积指数均值排列顺序为CdZnPbCuAsHgCr,100%的土壤样本表现出极强的Cd污染程度,7种重金属的潜在生态风险由强至弱依次为:CdCuPbAsZnHgCr,研究区土壤总体处于轻微风险程度;研究区重金属含量的累积成因各有不同,总体来说由区域的有色金属冶炼、城镇交通运输、燃煤和耕地区域内的污水灌溉及农业施肥等导致。     

耐辐射奇球菌对受损湿地土壤的生态修复研究

为探究微生物和植物在受损入海河口附近重金属污染的盐碱滩涂湿地上的生态修复效果,选择适合于该类型区域的生态修复方法,通过极端微生物——耐辐射奇球菌、盐生翅碱蓬及其组合处理等方式在受损滩涂湿地进行修复作用研究,分析不同处理对滨海湿地的修复效果。结果表明,上述处理均能部分改良试验区域土壤的物理、化学、生物学性质;添加耐辐射奇球菌后,土壤微生物数量显著增加、重金属Cd(II)含量降幅达25.24%、有效磷含量增加12.75%、有机质含量增加13.1%、水溶性盐含量降低3.37%;耐辐射奇球菌处理在增加土壤有效磷、有机质和微生物数量,降低Cd(II)和水溶性盐含量等指标方面优于其它处理,表现出更为明显的修复效果。本研究结果为利用极端微生物进行受损湿地生态修复提供了理论依据和实践参考。     

再生水灌溉方式对重金属在土壤中残留累积的影响

不同灌溉技术（沟灌、地下滴灌）和灌水方式（充分灌溉、分根交替灌溉）下再生水灌溉对重金属在土壤中残留影响的田间试验表明：其他条件相同时,收获后充分灌水小区土壤重金属Cd含量高于分根交替灌水小区;再生水（二级处理污水）地下滴灌小区高于二级处理污水加氯地下滴灌小区;二级处理污水沟灌小区高于清水灌溉小区;充分灌溉下二级处理污水滴灌小区低于沟灌小区,而分根交替灌溉下沟灌低于滴灌。土壤Pb含量的变化规律与Cd基本相似,除滴灌下二级处理污水区低于二级处理污水加氯小区,无论充分灌溉还是分根交替灌溉均为滴灌低于沟灌。不同处理收获后土壤Pb含量均有不同程度降低;而二级处理污水灌溉小区土壤cd含量较试验前增加0．62％～7．78％,其他处理均有不同程度减小。试验结果为再生水资源的农业安全利用提供了技术依据。     

污水灌区耕层土壤中铅、镉的空间变异特征

随着污水灌溉面积的迅速扩大 ,污灌区土壤重金属污染问题日趋严重 ,其中Ｃｄ、Ｐｂ的污染问题十分突出[1 ,2 ] ,了解污水灌区土壤重金属的空间分布特征是防治土壤污染、合理进行污水灌溉的重要前提。地统计学作为一门新的空间分析方法[2 ] ,它特别适于对区域化变量空间变异特征     

基于GIS的天水市秦州区樱桃园土壤重金属元素空间分布与污染评价

[目的]获取土壤重金属污染状况,为促进秦州区樱桃园产业的可持续发展提供科学依据,也为其他果树用地的土壤重金属污染防治提供借鉴。[方法]以天水市秦州区樱桃园主产区的6个镇(太京、玉泉、藉口、关子、牡丹、杨家寺)作为研究点,运用空间分析的方法,研究表层土壤中的重金属污染的空间分布特征,又运用尼梅罗综合污染指数法和污染负荷指数法对土壤重金属环境质量及潜在生态风险进行评价。[结果]通过应用GIS得到的空间分布图可知,秦州区樱桃园土壤重金属污染程度都较轻,东北部樱桃园土壤重金属污染较西南部污染严重。[结论]樱桃园土壤重金属污染程度突出元素为Pb,而Zn,Cr,Cu属轻度污染水平,Cd污染最轻,5种重金属元素之间含量差别较明显。土壤重金属污染主要集中在太京镇、玉泉镇、藉口镇,这些区域靠近城市中心,受交通、人为因素影响密切,污染严重。     

福建土壤退化类型、特征与持续农业

分析了福建土壤退化的类型,探讨了土壤污染化,土壤侵蚀化及土培贫瘠化的地域分异特性,提出了发展持续农业,加强土壤资源保育,研究结果表明,（１）污染土壤的Ｃu,Zn,Cd,Ni,Pb,Hg,As的平均含量分别比对照土壤高出０.8,1.0,1.9,0.9,1.3,1.2和０．２倍,（２）不同土地利用方式耕地重金属污染的差异较明显,（３）耕地化肥与农药用量的逐年增加, 给逐业生产带来一定影响。（４）土壤仇蚀面积有不断发展之势,且不同上地利用类型的土训侵蚀强度差异很大,矿山,基建等用地侵蚀面积和强度大,其次是未成林造地,茶园,而牧草地和林地的土壤侵蚀比例相对较低,（５）耕地土壤养分含量,特别是有机质含量大大低于相应的自然土壤,耕垦后土壤氮素含量将普遍减少,从Ｎ,Ｐ,Ｋ亏缺的地区差异看,农田土壤养分的缺乏是较严重的。     

土壤酶对土壤环境质量指示作用的研究进展

土壤环境质量是土壤容纳、吸收和降解各种环境污染的能力。各种污染物(农业、工业)进入土壤后,都会对土壤的环境质量造成一定的影响。土壤酶作为土壤中的重要组成部分,是土壤中产生专一生物化学反应的生物催化剂,对土壤环境质量的变化反应迅速,常被用来作为指示土壤环境质量的生物学指标。因此本文综述土壤酶对化肥、农药、污水污泥、城市垃圾和重金属的指示作用,为污染土壤的修复提供理论依据。     

2007-2017年洞庭湖平原耕地生态安全评价及障碍因子诊断

[目的] 研究洞庭湖平原耕地生态安全状况,并诊断其障碍因子,为区域耕地合理利用和耕地污染治理提供参考依据。[方法] 基于DPSIR模型构建洞庭湖平原耕地生态安全评价指标体系,从县域尺度,采用基于熵权的改进TOPSIS模型测度洞庭湖平原2007—2017年耕地生态安全指数,并采用障碍度模型诊断耕地生态安全状态的主要障碍因子。[结果] 2007—2017年洞庭湖平原整体耕地生态安全程度处于临界状态,整体安全指数在研究期内波动上升但增速缓慢;不同县（区、市）耕地生态系统安全变化特征不一;中低产田改良比例、秸秆还田比例、测土配方施肥比例、农药使用强度、地膜使用强度、化肥施用强度、农业自然灾害成灾比例等是制约耕地生态安全的主要障碍因子。[结论] 为改善洞庭湖平原耕地生态安全状况,应大力实施全域土地综合整治,加强农业面源污染治理。     

生态脆弱区土地生态安全动态评价——以河北省张家口市为例

[目的]通过研究河北省张家口市土地生态安全的演变趋势及时空差异特征,旨在为张家口市土地资源管理及可持续利用提供科学依据。[方法]从土地自然基础状况、土地利用状况、土地污染、退化状况、土地景观格局状况、土地生态建设状况及土地社会经济状况6个方面构建张家口市土地生态安全评价指标体系,运用综合指数法对张家口市2000和2010年土地生态安全状况进行动态评价,分析其土地生态安全动态变化趋势及其空间异质性特征。[结果]2000—2010年张家口市多数区县的土地生态安全评价综合指数呈增长趋势,且土地生态安全状况多处于安全、较安全及敏感态,土地生态安全状况处于风险态和恶劣态的区县主要集中在中部市区及其周边地区。[结论]近10a来,张家口市土地生态安全状况总体变好,这与退耕还林还草工程及其他生态建设工程的实施具有密切关系。     

基于系统动力学模型的扬州市土地利用结构多情景模拟与实现

[目的]对江苏省扬州市未来土地利用结构进行多情景预测模拟,并探索不同情景下各目标土地利用结构的实现路径,为土地利用规划方案制定与管理提供科学依据。[方法]采用系统动力学(SD)模型模拟土地利用系统开展研究。[结果]在不同情景下几类主要用地差异明显,耕地面积在耕地保护情景下较高,而在生态保护与经济发展情景下耕地缓慢下降;城镇工矿用地与交通水利用地面积在3种情景下均获得稳定增长,但经济发展情景下的增长快于其他2个情景;林地面积在生态保护情景下出现大幅上升,在另外2个情景下则基本保持不变甚至小幅下降。结合各情景指标设定可得出,耕地保护情景下,除控制城镇扩张占用耕地外,还要加强未利用地开发与农村居民点整理以补充耕地;生态保护情景下,则需加强植树造林、保护好具有丰富生态服务价值的水域、滩涂用地。[结论]SD模型不仅可模拟不同情景下土地利用变化,还可将土地利用与社会经济系统之间的复杂非线性关系显化,有利于土地资源可持续利用调控。     

2009-2015年中国耕地资源利用时空格局变化研究——基于粮食安全与生态安全双重视角

[目的]研究2009—2015年中国及其31个省（不含港澳台地区）耕地资源利用的时空格局变化,为优化和完善中国耕地保护政策,促进区域可持续发展提供科学参考。[方法]基于粮食安全和生态安全双重视角,利用粮食供需平衡法和生态足迹法,分析耕地资源的供需盈亏和生态盈亏,并结合耕地保护红线和行星边界框架,探讨中国耕地资源利用的安全区间。[结果]从粮食供需盈亏来看,中国耕地利用处于供需不平衡状态,省际差异明显,盈余省份主要分布在中部和东北地区,东南沿海省份赤字系数较高;从生态足迹盈亏来看,中国耕地利用总体处于生态赤字状态,赤字系数较高的省份主要位于中东部人口集聚和经济发达地区及西北地区,少数盈余省份分布在南部和西南地区;行星边界框架提出的耕地转化率不超过15%,具有一定合理性。结合耕地保护红线讨论中国耕地规模的安全区间,认为1.20×10⁸~1.44×10⁸ hm²是相对合理的设定。[结论]今后在完善区域差别化耕地保护政策的过程中,应当关注耕地规模区间的设定和变动,遵循粮食安全与生态安全协调并举的可持续发展原则。     

基于PSR模型的区域土地利用可持续水平测度

[目的]研究广西壮族自治区钦州市土地利用可持续水平,为城市土地合理利用与科学管理提供理论依据。[方法]利用PSR模型,选取15个评价指标建立评价指标体系对钦州市土地利用可持续水平进行测度。[结果]2008—2010年土地利用可持续水平不断上升,2011—2015年土地利用可持续水平升呈现升降起伏变化。评价结果基本能够反映钦州市8a来土地利用可持续水平的动态变化水平。[结论]社会经济和城市化的快速发展以及人口的急剧增长是影响钦州市土地利用的三大重要因素,需要采取政策调控措施才能够对土地进行有效的管理,确保钦州市土地的可持续利用和社会经济稳定发展。     

城市土地集约利用评价及障碍因子诊断——基于生态健康与低碳发展视角

[目的]揭示京津冀地区城市土地集约利用状况,为生态健康与低碳发展视域下的城市土地集约利用提供理论基础。[方法]相对熵组合赋权法、多因素综合评价法、协调度测算法和障碍因子诊断法。[结果](1)京津冀地区城市土地集约利用水平呈现出以京津为核心的“十字形”扩散态势。(2)系统协调度与土地集约利用水平之间显著相关,但不同城市间存在相对差异。(3)高度集约区的北京市和天津市,主要障碍因子集中在与生态健康和低碳环保有关的指标上;中度集约区的秦皇岛市和唐山市,主要障碍因子集中在与土地利用程度和布局相关的指标上,石家庄、邯郸和保定地区则集中在与生态健康相关的指标上;低度集约区的沧州、廊坊和邢台地区的主要障碍因子集中在与生态环境和低碳投入相关的指标上,承德和衡水地区集中在与经济发展和土地投入相关的指标上;粗放利用区的张家口,主要障碍因子集中在与经济发展和生态保护相关的指标上。[结论]将生态健康与低碳发展理念纳入城市土地集约利用研究中,可以较为科学全面地刻画出城市土地集约利用状况,为今后城市土地的科学利用提供决策支持。     

北海市银滩土地利用演变特征及其影响因素

[目的]针对北海市银滩海岸近些年土地利用巨变、生态环境退化的现象,分析区域土地利用演变特征及其影响因子,为该区可持续开发与管理提供科学依据。[方法]基于长时间序列Landsat遥感影像,采用土地利用动态度、转移矩阵、强度及多样性指数等指标分析北海银滩滨海区土地利用演变特征,并讨论土地利用变化的主要影响因子。[结果]1979—2013年的35a间,银滩滨海区建设用地、人工湿地面积显著增加,并且主要是由耕地、林地转入而来,从而导致耕地和林地面积显著减少,草地、水域和滩涂面积增减变化幅度相对较小。区域土地利用综合程度先增大后减小,但开发强度却一直在增大;多样性指数在2000年年前较为稳定,之后显著下降。银滩滨海区土地利用演变主要受气温、台风、潮汐等气候因子和城市化、围垦、渔业、旅游业和规划管理等人类活动因子综合影响。[结论]近35a来,银滩海岸土地利用类型趋向单一化,开发速率减小但开发强度增大,空间分布破碎化,区域生态系统脆弱性增强。研究时段内,人类活动因子影响比气候因子更显著,各驱动因子影响物理机制及其定量化贡献亟待进一步研究。     

基于投影寻踪模型的河南省耕地生态安全评价

耕地生态安全关系到粮食供给、社会稳定和经济社会可持续发展,对河南省2006—2015年的耕地生态安全状况从时空角度进行了分析评价,为指导区域耕地合理、可持续利用提供科学依据。运用PSR模型构建了耕地生态安全评价指标体系,运用准确度较高的投影寻踪模型进行了评价指数的测算。结果表明:（1）人均耕地面积、单位耕地面积化肥负荷、第一产业占GDP比重、耕地垦殖率、城镇化水平已经成为影响河南省耕地生态安全状况的主要因素;（2）研究期间,河南省耕地生态安全综合评价值从0.893 7增加至0.941 9,呈现出“快速上升—缓慢下降—波动上升”的阶段性发展态势;（3）根据耕地生态安全综合评价值的变化规律,将18个评价单元从时间维上分为快速上升区、慢速上升区和基本稳定区3种类型,在空间维上分为安全级别、良好级别、敏感级别、风险级别、危险级别5种划分类型;（4）2006—2015年,除了郑州,其他17个省辖市耕地生态安全综合评价值均呈上升态势,城镇化水平、人口密度、人均耕地面积、第一产业占GDP比重是影响郑州耕地生态安全的主要因素。     

粮食安全视角下的环京津地区耕地生态补偿量化研究

本文基于生态系统服务价值,从粮食安全角度出发,通过计算粮食耕地盈亏量、粮食耕地超载指数和补偿系数,建立了耕地生态补偿模型,通过量化县域耕地生态补偿,对河北省环京津地区耕地生态补偿问题进行了研究。研究结果表明:1)环京津耕地"生态供给"与"生态消费"存在典型的"空间异位"现象,其中耕地"生态消费"主要集中于环京津南部地区,而耕地"生态供给"则主要集中在环京津西部地区。2)2014年环京津耕地生态系统服务价值为4.480 5×10~(10)元,整体呈现不能自足的态势,总赤字金额为7.834×10~9元。3)环京津地区中,河北省张北县、兴隆县、蔚县、尚义县和涞源县等17个县市表现为盈余,其余各县市均呈现为赤字状态。其中滦南县需支付的耕地生态补偿量最高,为5.173×10~7元,其次为玉田县和东光县,分别为4.864×10~7元和4.849×10~7元。虽然遵化市、滦平县、曲阳县可获得补偿,但其耕地生态条件也仅仅表现为"紧平衡",仍需受到广泛关注。4)以粮食安全角度为出发点,2014年环京津区急需获得耕地生态补偿的县为张北县、蔚县、尚义县、阳原县、涞源县和曲阳县,需支付耕地生态补偿的县为滦南县、玉田县、献县、吴桥县和定州市,唐县、涞水县和丰宁满族自治县既不需获得也不需支付耕地生态补偿。与前人的研究相比,本研究以生态补偿为切入点对河北省环京津地区耕地补偿问题进行了研究,研究结果对于促进环京津地区经济发展、耕地生态环境保护与耕地资源持续高效利用发挥着重要作用。同时,此方法的运用可为类似地区生态补偿的量化研究提供参考,为其他地区以生态价值量确定耕地保护指标提供依据,对耕地生态补偿价值机制的研究有指导意义。     

农牧交错带耕地数量变化对粮食产量影响的时空关联性——以内蒙古乌兰察布市为例

[目的]分析耕地变化和粮食生产的时空动态特征及其相互关联性,为研究区耕地集约利用水平的提高与粮食产量的增加提供科学依据。[方法]利用遥感解译获取的土地利用变化数据和粮食产量等统计数据,采用地理学和经济学理论、技术与方法,分析区域耕地与粮食产量的时空动态格局,构建"粮耕弹性系数"反映农牧交错区耕地资源变化与粮食生产的互动关系,揭示耕地数量变化对粮食产量的影响机理。[结果](1)1990—2000年耕地扩张明显,研究区中部、北部增加而东部减少。粮食产量逐渐上升,四子王旗粮食产量对耕地面积具有高敏感度,其它地区粮食产量对耕地数量变化的敏感度较低。(2)2000—2013年,耕地总量明显减少,耕地利用变化主要发生在研究区中部和南部,粮食产量出现先减少后增加的趋势,乌兰察布市东部和西部地区粮食综合生产能力明显提高,粮食产量对耕地数量变化的敏感度变低。[结论]1990—2013年乌兰察布市耕地数量变化对乌兰察布市粮食产量的影响显著。全市粮食产量对耕地数量变化的敏感度有着明显的区域差异,且2000—2013年的敏感度相对1990—2000年而言较低。