城市非渗透面(Impervious Surface Areas, ISA)的覆盖,强烈地改变了区域土壤理化性状,从而在不同尺度上影响着生态系统碳循环。ISA下土壤样品获得的困难性致使对ISA所封存的土壤有机碳(Soil Organic Carbon beneath ISA, SOC_ISA)及其分布特征的认识极为缺乏。为揭示ISA下土壤理化特征,本文收集天山北坡城市群在建工程ISA下27个100 cm深土壤样品,同时采集对应ISA点邻近的渗透面(Pervious Surface Areas, PSA)样品作对比分析。利用Landsat 8图像提取了研究区ISA与PSA面积,并结合实测值估算SOC储量。研究发现：①干旱区城市100 cm深土壤剖面平均SOC_ISA=5.74±0.39 kgC·m^-2,显著低于其邻近PSA下的SOC;ISA下土壤容重(Bulk Density,BD)BD_ISA=1.58±0.02 g·cm^-3,显著高于其邻近BD_PSA约5%(p<0.01)。②两种地表下SOC和BD均随着深度加深而降低,通过与土层深度的线性拟合,SOC_ISA和BD_ISA具有明显降低趋势,PSA下SOC和BD并无显著规律;深层土壤(60~100 cm)SOC_PSA显著高于SOC_ISA(p<0.05),两者间并无稳定的比例关系。③天山北坡城市群SOC_ISA为总城市土壤碳库的68%,单个城市SOC_ISA比例50%以上,SOC_ISA构成干旱区城市土壤碳库的主体。本文不仅加深了对城市ISA下土壤理化性状的了解,而且对评估城市乃至全球生态系统碳循环及碳评估具有重要意义。

荒漠化是当今世界所面临的严重的环境与社会经济问题,推进荒漠化研究工作对于保护生态环境,促进区域可持续发展具有重要意义。本文在对荒漠化内涵进行系统回顾的基础上,认为除了人为干扰叠加气候性干旱作用导致的荒漠化之外,南方湿润区因水土流失叠加物理性干旱作用导致的极端土地退化也是一种荒漠化,并从物质基础、气候条件、影响因子、形成营力、核心作用和地表过程方面进行比较,最后以南方红层区特殊的“红层荒漠化”为案例,利用实地调查和TM影像的植被覆盖度指标VFC对1992-2013年红层土地退化进行分析。结果显示,在人为反复干扰和其他自然因素作用下地表植被持续退化、群落干旱趋势明显,表土层流失,岩石风化加剧,以致形成类似“荒漠”景观的现象。红层区的退化过程可类比于喀斯特石漠化、红壤山地丘陵退化,但这类极端土地退化现象可否视为“荒漠化”,有待于进一步的深入研究。

利用ESDA空间统计分析方法和Matlab空间面板计量模型,对1995-2012年中国各地区发生的环境污染事件的时空演化特征和影响因素进行分析。结果表明：环境污染事件呈先动态增长后逐渐下降的趋势,水污染和大气污染事件是主要事故类型;环境污染事件发生的高频风险区域亦在逐渐减少,东南沿海及四川、湖南等中西部区仍有局部集聚的态势;1995-2000年中国的环境污染事件总体呈随机分布状态,2001年后则开始呈现集聚的特征;Moran散点图表明,局部的空间集聚先增强后减弱,环境污染事件近年来集中在泛长三角地区,高高地区为江浙沪;环境污染事件的重心转移方向主要为西南和东北,两个快速转移时期分别为1998-2001和2004-2007年,这与区域的产业转移和高负荷的污染排放压力有关;环境污染事件的发生与污染物的达标排放和控制、经济发展阶段及环境治理投入、环境监管能力、空间效应等因素有关。空间效应主要体现在空间邻近效应和空间溢出效应。未来应注重环境污染事故的区域联防联控,制定若干跨界污染事故的应急响应联动机制及环境污染区域联防联控机制。

区域规划环境评价的空间特性决定其对空间尺度的敏感性。本文从理论层面对区域规划环评中空间尺度与基础数据的关系、空间尺度与显著环境因子识别以及评价指标体系的关系、空间尺度与大气环境影响预测的关系进行了初步探讨。并以“上海高桥镇区域规划环境影响评价”(2005年)和“上海浦东新区国民经济与社会发展规划战略环境评价”(2010年)为例,通过对比方法,进一步说明空间尺度与显著环境因子识别和评价指标体系以及与环境影响预测的关系。结果表明：基础数据收集、汇总是区域规划环评中极为重要的环节,由于不同类型的基础数据表现出不同的空间特征,需要根据评价区域的实际和评价要求,合理选择数据所涵盖的空间范围和空间分辨率。区域规划环境评价应根据本身的层次、涉及范围,筛选出合理的显著环境因子,并建立相应的评价指标体系。大尺度上环境空气质量预测评价的结果侧重于总体描述、解释污染物散布的宏观空间格局和趋势,而在小尺度上则更有利于揭示局地精细化的污染扩散规律。

氮循环是全球生物地球化学循环的重要组成部分,随着城市化进程的不断加快,高强度的人类活动和城市景观格局的改变不仅影响了氮的循环过程,而且加重了氮污染的程度,对城市生态环境造成了严重的影响。城市尺度的氮循环研究不仅是全球关注的氮研究热点,而且也是城市生态学和城市地理学研究的前沿。本文基于城市生态系统的氮循环特征,综述了城市化进程对城市氮污染物来源、沉降、输移和累积影响研究的国内外大量研究成果,介绍了卫星遥感、稳定同位素、物质流模型等分析方法在城市氮循环研究中的应用,针对未来几十年活性氮增加可能带来的不利影响,提出对活性氮的减缓策略,以有效抑制活性氮对环境的影响。未来城市氮循环研究需要开展长期系统监测、深化城市氮循环机理研究、创新研究范式和研究方法,并将研究成果与城市规划和城市发展研究相结合,提升城市氮管理能力。

自然资本核算是可持续发展量化研究的重要课题。近年来颇具影响力的生态足迹方法, 为测度人类占用自然资本的状况提供了可行的途径。本文首先回顾了生态足迹方法应用于自然资本核算的研究成果, 然后从概念、计算方法和优缺点等方面评述了该领域的国际最新进展——生态足迹三维模型, 针对其存在的问题提出了改进和补充方案:①通过明确生态赤字与生态盈余在自然资本性质方面的差异, 将存量资本和流量资本的分类测度扩展到具体的地类层面, 改进了区域尺度上的足迹深度、足迹广度和生态足迹计算方法, 以避免可能存在的生态赤字与生态盈余错误抵消的情况;②构建了人均历史累积足迹广度、足迹广度基尼系数和理论足迹广度3 项新指标, 以分别表征人均自然资本占用的历史累积水平、区域自然资本占用的不公平程度和自然资本存量持续减少对自然资本流量的潜在影响。最后分析了上述新增指标的局限性, 以及自然资本存量方面需要进一步探索的问题。

针对不同粪便集中施用情况, 选取禹城市3 个畜禽养殖区, 通过采集不同旱地农田土壤剖面样品, 研究典型重金属元素随粪便施用程度的变化、土壤剖面中重金属垂直分布特征以及施用不同畜禽粪便土壤剖面中重金属分布的差异。结果发现,长期施用畜禽粪便土壤剖面中重金属Cu、Zn、Pb、Cr、As的含量要高于未施用畜禽粪便的对照土壤剖面, 其中Cu、Zn 超过对照组较大;偶尔施用畜禽粪便土壤剖面Cu、Zn、Pb、Cr、As 的含量低于长期施用畜禽粪便土壤剖面, 且与未施用畜禽粪便的对照土壤剖面相差不大。牛粪集中施用区土壤剖面中Cu、Pb、Cr、Cd、Ni 等重金属存在较为明显的淋溶下移性, Hg、As两元素存在较为明显的表层或亚表层聚集现象;猪粪集中施用区土壤剖面各重金属除Cr、Ni 外, 都显示出较为明显的表层或亚表层聚集现象;鸡粪集中施用区的土壤剖面Cu、Pb、Cd、Cr、Ni 存在一定的淋溶下移性, 而Zn、Hg、As等3 种元素存在显著表层亚表层聚集现象。长期施用不同畜禽粪便的不同土壤剖面Cr、Ni、Cd、Pb 等含量变化差异明显, 而As、Hg差异性不显著;施牛粪与施鸡粪剖面中的Zn, 施猪粪与施鸡粪剖面中的Cu差异也不显著。

全球变化对人类生存环境的影响已成为当前全世界共同关注的焦点。草地分布十分广泛, 且大多位于生态脆弱带, 对全球变化响应十分敏感。当前, 有关全球变化对草地生态系统影响的研究主要集中于地上植被部分, 对于生态系统物质循环关键参与者和草地碳源汇的重要调节者——土壤微生物的研究相对较少。本文综述了全球变化因子, 包括CO₂浓度、气温、降水及氮沉降等因素及其交互作用对草地土壤微生物群落多样性影响的相关研究进展, 并在此基础上对当前研究中的一些不足之处进行剖析, 对未来研究需关注的问题和研究方向进行了讨论和展望。

准确认识青藏高原草地生物量碳库及其变化规律对研究区域碳循环与合理利用草地资源具有重要意义。通过综述相关文献, 将青藏高原草地生物量碳库的研究方法与结果概括如下:①当前草地生物量碳库的估算方法主要有4 种:文献记录法、实地调查法、遥感—植被指数法和过程模型法等, 而估算方法、采样标准与地下生物量估算是导致结果差异的主要因素;②文献结果显示, 青藏高原草地生物量的平均碳密度为223 g/m², 碳库为277TgC(1Tg=10¹²g);③采用遥感的估算结果表明, 近20 年来青藏高原草地地上生物量碳库呈增加的趋势, 总体处于碳汇状态;④影响青藏高原草地地上生物量的主要因子是降水量, 温度对生物量的影响还存在不确定性, 人为干扰也是影响草地生物量的重要因素。目前青藏高原草地生物量碳库的研究仍存在着一些问题, 应从基础观测数据、遥感模型算法与碳—氮—水耦合过程模拟等方面开展更为深入的研究。

受单一土地利用动态度模型的启发, 本文提出了格网化单一景观类型变化率模型, 较好地反映了单一景观类型在研究时段内的变化情况。在此基础上又提出累积变化率和时空变化指数模型, 用于描述单一景观类型在长时间序列中的空间变化, 并以中国西部酒泉盆地1963-2009 年间的绿洲化过程为例对模型进行了检验。结果表明:①格网化单一景观类型变化率模型, 可以很好地反映期初和期末单一景观类型的局部细微变化, 包括变化速度和空间分布情况;②累积变化率综合了中间各期数据的影响, 可以较好地刻画较长时间序列中单一景观类型的变化幅度及其空间分布情况;③时空变化指数能够反映单一景观类型的变化模式, 进一步描述了变化过程的特点和趋势;④3 个模型的综合运用, 可对单一景观类型的时空变化过程及其特征做出比较全面的描述和刻画。

景观格局变化驱动力研究是理解人类活动与景观格局演化关系的基础。本文概述了驱动因子的分类, 分析了主导驱动因子的时间尺度效应、空间尺度效应和主题尺度效应, 并介绍了驱动因子的相互作用、驱动机制识别、驱动系统自适应等的研究进展。驱动力识别方法正经历从简单定性分析向定量、半定量分析转变的过程, 数据获取手段也随着遥感技术等的进步得到快速发展, 多学科手段综合是景观格局驱动力研究的必然趋势。但由于驱动力研究的问题导向型特征, 目前尚缺乏对某一类景观格局变化驱动力的归纳及跨时空、多尺度对比。对景观格局变化的跨界研究, 可以加深对制度、文化等驱动力的驱动机制的理解。

采用生态系统服务估值、Matlab7.0 多元线性回归分析和敏感性分析等研究方法, 定量分析了生态系统服务价值的变化及其与气候、GDP、个人储蓄、城市化水平等驱动因子之间的相关性和敏感性, 以识别影响青海湖生态环境的主要影响因素, 以期为该区域生态保护调控和管理提供依据。研究结果表明:①2000-2008 年青海湖地区生态系统服务价值平均为119.226 亿元, 2008 年比2000 年下降3.98%;②2000-2008 年生态系统服务价值变化与气温和社会经济发展因素存在显著的负相关, 对气温、GDP和城镇化率的弹性系数分别为0.896、0.249 和0.2988;③2000-2008 年, 生态系统服务价值变化对城市化率和气温具有很大的敏感性, 敏感性系数分别为4.979 和1.712。研究表明, 青海湖地区的生态系统服务下降是气候暖干化和经济发展的综合作用结果。青海湖地区应该关注农牧民生计, 实施生态补偿机制以实现可持续的生态保护战略。

为比较水环境质量评价方法的适用性和局限性, 在分析几种常用评价方法的基础上, 利用2008 年长江流域和淮河流域190 个国控断面水质监测数据对单因子评价法、平均污染指数法、内梅罗指数法、灰色关联分析、模糊综合评价、物元可拓评价法、综合水质标识指数法等7 种方法进行实证研究。结果表明:①指标权重的选择对评价结果影响有限, 73.7%的断面评价等级没有因权重发生变化, 但物元可拓法对权重变化较为敏感。②当评价指标污染程度相当时, 平均污染指数法较为适合;当某指标污染程度较为突出时, 内梅罗指数更为恰当。但两者评价结果吻合程度较高, 相关系数达0.94, 且水质越差, 结果越接近。③分级评分法和单因子评价法评价结果差异较大, 仅有10%左右的断面评价等级一致, 且水质越差, 各种方法所得的评价等级差别越大。④各种评价方法具有一定的关联性和互补性, 评价等级相关系数在0.7 左右。综合各种评价方法理论上的优缺点并结合环境管理需求, 单因子评价法和综合水质标识指数法是两种优选方法, 在水环境质量评价中可以组合使用。

生态需水是当前水问题研究中的一个热点问题, 对于生态环境急剧恶化的内陆干旱区来说, 这一研究尤为紧迫。气候变化及人类活动导致水文变异, 进而改变了当地生态系统的水文及生态平衡状况。文章采用黑河流域莺落峡站1947-2006 年月径流序列资料, 运用差积曲线-秩检验联合法来识别水文过程变异点并分析变异成因, 然后对各月平均流量序列用线性矩法推求GEV分布参数, 求出概率密度最大流量, 将其视为相应月河道内生态流量, 可以得到黑河莺落峡站河道内生态需水情况。结果表明, 基于水文变异情况分析河道内生态需水的计算方法在黑河上游是可行的;水文变异前后, 站点满足生态需水频率会发生显著变化, 因气候原因而导致的径流量变化是很难避免的, 科学合理计算生态需水对干旱区河流生态管理和经济社会可持续发展有重要作用和意义。

在连霍高速公路运营时间不同的湾刘和小王庄断面, 按照距离公路的远近不同布设采样点, 对路旁土壤重金属(Cd、Cu、Pb、Zn、Ni、Cr)的空间分布特征及土壤重金属潜在生态风险展开研究。结果表明:运营时间较长的湾刘断面(处于中等生态风险状态)路旁土壤重金属含量高于小王庄断面(总体处于轻微生态风险状态)。随着距公路路基距离的增加, 多数重金属含量及潜在生态风险呈不规则偏态分布。湾刘断面的RI峰值出现在距路基50～100m之间, 小王庄断面出现在距路基35 m处。土壤Cd是最主要的风险因子, 对RI的贡献率平均为61.39%。土壤污染物潜在生态风险评价应根据所研究污染物种类和数量对H?kanson 潜在生态风险指数分级标准进行适当调整。

江西社山头遗址是赣东北地区新石器时代的典型遗址, 尚未开展相关环境考古和植物考古等方面的研究。对该遗址出土陶器内壁残留物的淀粉粒分析表明, 内壁残留物中包含了不同种类植物的淀粉粒, 主要来自稻类和粟类作物, 还有部分块根块茎类植物以及部分暂时不能鉴定的淀粉粒。可鉴定淀粉粒中包括稻类7 粒、粟类9粒、块根块茎类2 粒。从恢复的植物种类上来看, 社山头遗址区域在4500 ~ 3500 a BP这段时间的植物利用包括了稻类、粟类和部分块根块茎类植物。本研究结果可以为中国南方地区的植物考古和环境考古研究提供直接证据和补充, 说明了该遗址古人类除水稻外其他植物资源的利用情况。同时本研究结果也可为南方地区古人类食谱和植物资源利用结构研究提供方法上的新思路。

研究滴灌条件下极端干旱区防护林的根系生长, 对研究制定科学的防护林灌溉制度和维护绿洲防护林稳定性有重要意义。以塔里木河下游尾闾绿洲——喀拉米吉绿洲滴灌沙枣防护林体系为研究对象, 设置了3 个滴灌量梯度(18 L、30 L、48 L), 分析了极端干旱区沙枣防护林在不同灌水量处理下的根系分布特征。结果表明:①长期采用滴灌后, 沙枣根系大部分分布在较浅的土层(以地下0～40 cm为主), 越往下分枝能力越小, 沙枣根系生物量在0～60 cm土层中累计百分比达86%。②灌水量梯度不断增加后, 导致了根系总生物量随之增加, 但不会导致深层土壤根系持续增加, 因此, 即使用48 L的灌水量形成更深的土壤湿润层, 林木根系下扎能力与深度没有表现出随之增加的趋势。48 L滴灌量处理下, 土层根系含量20～40cm/0～20cm的比值较小(仅为0.6), 生物量主要集中在表层;30 L处理下, 土层根系含量20～40cm/0～20cm的比值较大(0.75)。③粗根(φ≥5 mm)数量随着滴灌量的增大而增多, 30 L滴灌量处理下, 5 mm>φ>2 mm的根最多;18 L滴灌量处理下, φ≥5 mm的根与φ≤2 mm的根系数量均最少。建议大规模防护林的灌溉中应采取多样化的灌溉制度, 才可达到极端干旱区防护林体系的可持续发展:棉林争水季节(5-7 月)适当亏缺灌溉, 8月以后可增加灌水量或1～2 次灌水。

草原凋落物的分解是草原生态系统物质循环的主要环节, 其中植物营养元素的释放和累积对退化草场恢复的进程和质量有着重要意义。本文从凋落物自身的性质、外部环境因素(生物及非生物因子)、混合效应等对凋落物分解速率的影响以及凋落物分解时植物营养元素的释放和累积两个方面论述了国内外对草原凋落物的分解及营养元素的生物地球化学行为的研究现状。一般情况下, 草原凋落物分解速率与凋落物自身的N、P、K等元素含量正相关, 与C/N、C/P、木质素、纤维素等的比值或含量值负相关, 而与周围环境中营养元素的组成及含量的关系不大。混合凋落物中不同种类凋落物的N、P含量及物种丰富度影响着非加性效应作用的效果。在凋落物分解过程中, 总体趋势表现为分解初级阶段对N的积累, 对P 和K的释放, 而对Na、Ca、Mg等营养元素来说, 随物种和根茎叶等部位的不同规律也不一样。凋落物中各元素的含量、凋落物分解阶段、物种类型、非加性效应、土壤环境等都是影响其营养元素释放和累积的因素。据此, 本文展望了草原凋落物未来可能的研究方向, 指出多因子的交互作用对草原凋落物分解的影响、凋落物混合分解机制探究、某些大量及微量营养元素的释放和累积可能是未来需要研究的重点。

气候变化和人类活动等致使全球生态系统发生了巨大变化，导致区域乃至全球生态系统恢复力不断下降， 成为胁迫生态系统可持续发展能力因素之一。如何维持生态系统的可持续发展能力，降低不确定性因素导致的问题已引起学术界及社会各界的高度重视。生态系统恢复力理论为解决这些问题提供了思路，生态系统恢复力提供了缓解生态系统状态转化的途径。虽然恢复力这一概念的管理价值已被接受和认可，但恢复力研究仍停留在概念层面及案例分析的模式上。目前生态系统恢复力研究尚缺乏科学统一的定义，且多为理论性分析而定量测度相对较少，生态系统恢复力的测定成为进一步探讨恢复力的重要步骤和切入点。本文通过回顾生态系统恢复力概念发展进程，概述关于恢复力概念的观点和恢复力的内涵与属性，描述目前恢复力的主要理论基础，论述目前研究者对恢复力测量的尝试；总结了相关研究中发现的影响生态系统恢复力的关键因素及其影响机制，进而提出了目前生态系统恢复力研究方面亟待加大研究力度的方向。

中国湖泊营养物水平和富营养化效应存在显著区域分异特征，开展湖泊营养物生态分区研究，是实现湖泊分区控制的前提和基础。本文以云贵高原亚热带湿润区为案例区，通过遥感反演得到研究区域湖泊水体的叶绿素a(Chl-a)、总氮(TP)和总磷(TN)含量，从自然地理要素、生态系统和人类活动3 方面建立指标体系；根据研究区域 DEM数据划分小流域，将各指标因子投影到小流域；在小流域尺度上，采用数理统计方法定量分析各指标分别对 Chl-a/P 与Chl-a/N 的作用，计算两种湖泊营养物生态分区评价分值；采用双约束空间聚类算法对小流域尺度上两种湖泊营养物生态分区评价分值共同进行聚类，形成湖泊营养物生态分区结果。研究发现：①通过遥感反演模型可以将少数呈点状分布的监测数据推演到面上，这在一定程度上弥补了有限的野外监测数据量难以支撑湖泊营养物生态分区的不足；②通过构建各指标因子分别与湖泊水体中Chl-a/P、Chl-a/N 的定量关系，实现了湖泊营养物生态分区中湖泊水体微观指标与湖泊流域宏观指标的有机结合；③采用双约束空间聚类进行湖泊营养物生态分区，保证了分区结果在空间上的连续性和评价分值上的接近性；④根据自然地理条件、土地利用和人类活动强度的不同，将云贵高原亚热带湿润区分为4 个区：北云南高原湖区、滇南河谷山原湖区、桂西-滇东-黔南岩溶湖区、贵州高原东北部湖区。本文提出的基于双约束空间聚类的湖泊营养物生态分区方法也可以作为其它地区乃至国家尺度湖泊营养物生态分区的借鉴。