嘉陵江流域位于长江上游,是我国西南地区重要的农业生产区。近年来,快速的城镇化进程、工业扩张以及国家生态修复工程促使该流域耕地格局发生调整与变化,但现有研究多集中于局地的土地利用变化,对大流域尺度下耕地非农化的时空演变缺乏系统分析。基于此,综合运用重心迁移模型、探索性空间数据分析、土地利用转移矩阵与ArcGIS空间叠加等方法,系统探讨了1980—2020年嘉陵江流域耕地非农化的时空演变特征。研究结果表明:①40 a间,该流域耕地面积净减少2 466.58 km²,其中水田面积缩减相对明显;②耕地的非农化转化方向呈现阶段性特征,早期以流向建设用地为主,后期逐渐转向以林地和草地为主。耕地转入规模与转出规模存在动态差值,在1980—1990年、2000—2010年与2010—2020年耕地总面积分别减少125.58、1 370.87、1 016.21 km²,1990—2000年增加54.85 km²,流域耕地资源总量呈波动下降趋势;③非农化重心呈现“西南-东北-东南”的“N”型迁移轨迹,在一定程度上反映了区域间非农化进程的空间差异;④耕地非农化在空间上存在集聚,形成了以流域中部为热点区、南部与东部山区为冷点区的稳定格局。研究揭示了在城镇扩张与生态退耕双重趋势作用下,耕地非农化所呈现的复杂过程,凸显了区域发展进程中“保发展”与“保生态”之间的潜在张力,为区域土地利用优化、粮食安全保障和流域可持续发展提供了科学依据与实践参考。

农业面源污染磷排放是导致水体富营养化的重要来源,植被过滤带(VFS)作为农业面源磷污染削减的重要末端手段被广泛关注。系统梳理了VFS对农业面源磷的截留净化机理、影响因素及研究方法,重点区分颗粒态磷(PP)与溶解态磷(DP)的截留差异。结果表明:PP截留以物理过程为主,截留率稳定在40%~100%,VFS宽度30 m时截留效果最佳,林地效果优于草地和灌木;DP截留以生物化学过程为主,受土壤吸附、植物微生物作用及季节变化影响,截留率波动较大(-83%~95%)。研究创新点在于:系统对比了PP与DP截留机制的差异及其主控因素;归纳总结国内外经验与机理模型的适用条件与局限;并从污染物类型、植物-微生物过程、模型尺度拓展三方面提出了未来研究方向,为VFS的科学布设、优化升级及在我国流域水生态保护修复中的高效应用提供理论支撑与实践参考。

土壤石漠化和磷石膏的大量堆积是当前我国西南地区亟待解决的生态环境难题。为此,将磷石膏资源化利用技术与石漠化土壤改良工作相结合进行研究,以期为西南石漠化区域的环境修复和可持续发展提供可行的技术支撑。研究制备4种基于磷石膏与给水污泥改性的水凝胶材料,测定其保水性、磷缓释能力和水土保持能力,分析土壤养分变化和黑麦草生长情况,评估水凝胶材料在土壤改良方面的作用效果。研究结果表明:①磷石膏和给水污泥改性显著提高了水凝胶的保水性能,改性后水凝胶在25 ℃时的释水时间延长了66.67%~88.89%,掺混后土壤30 d失水率从99.73%降至最低81.76%,显著抑制了土壤水分蒸发。②磷石膏和给水污泥改性能实现水凝胶磷缓释,改性后第18天磷累积释放率降低了5.65%~17.90%。③改性后水凝胶的水土保持能力显著提高,DP组减沙率、减流率、持水增量分别达33.96%、58.68%、46.39 g/kg。④加入改性水凝胶养护后,土壤中有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、阳离子交换量等养分指标最高可提高52.64%、87.88%、1 057.14%、69.03%、84.62%,种植黑麦草的鲜重最高达对照组的4倍,芽长最高增加38.1%,根长最高增加4.1倍。制备的改性水凝胶具备了较好的水分保持、肥料缓释和水土保持特性及土壤改良效果,可为改性水凝胶环保材料在土壤改良方向的应用提供理论支撑。

为探究黑龙江省国家级水土流失重点治理区范围治理序时,选取坡度≥8°坡面面积占比、中度以上土壤侵蚀强度面积占比、沟壑密度和沟壑裂度等指标,采用熵值法计算指标权重并对小流域赋值,通过自然断点法进行治理序时划分。结果表明:各指标基尼系数在0.363~0.720之间,其分级结果在小流域和行政区层面总体呈不均衡状态。亟需、优先和常规治理序时的小流域数量呈“金字塔型”分布,Kruskal-Wallis检验表明不同治理序时小流域面积呈显著差异。亟需治理序时小流域集中分布在低山丘陵区域,其面积占全部1 239个小流域面积的11.35%,其内分布侵蚀沟16 406条,占该区域全部65 279条侵蚀沟的25.13%。穆棱市亟需治理序时小流域数量最多,其内侵蚀沟数量也最多。研究成果可为实施差别化水土流失治理提供参考。

消落带土壤温度、湿度、电导率、pH值等属性是土壤物理、化学、生物等特性评估和生态修复的基础，但三峡库区湖北段消落带水淹强度差异对沿岸土壤属性的影响尚不明晰。为解决这一问题，将湖北段各区县消落带划分为无水淹（>175 m）、轻度水淹（175 m）、中度水淹（170 m）、重度水淹（<170）4个梯度，并于2024年5月原位监测不同水淹强度区域的土壤温度、湿度、电导率、pH值，利用统计和空间分析工具，初步揭示了其空间变异特性。结果表明：①三峡库区湖北段消落带土壤温度、湿度、电导率、pH值均值分别为32.45 ℃、12.58%、41.34 S/cm、6.75；②湖北段不同区县消落带土壤属性指标的变异性不同；③土壤属性变异系数大小排序方面，夷陵和秭归一致而兴山和巴东一致，地理位置、空间距离或许是影响其差异的主要原因。研究基于有限数据初步分析了湖北段消落带不同水淹强度土壤属性的变异特性，尚需多频次多指标（碳氮磷等）监测，为进一步揭示其时空变异规律、开展针对性生态修复提供技术支撑。

桂北地区是我国典型的岩溶石漠化区域，生态修复面临严峻挑战。以桂林市七星区屏风山为试验区，选取扭口藓（Barbula unguiculata）、近高山真藓（Bryum paradoxum）和卷叶湿地藓（Hyophila involuta）3种苔藓为研究对象，通过持水性、耐高温、耐酸碱及抗冲刷试验，定量评估其环境适应性及生态修复潜力。试验结果表明：卷叶湿地藓持水率最高（581.71%），但其耐高温能力较弱，60 ℃高温处理后部分组织发黑坏死；扭口藓和近高山真藓持水率分别为408.88%和389.82%，且表现出更强的耐高温、耐酸碱以及抗冲刷能力，其中近高山真藓在pH值为6时株密度达102 株/cm²，结皮层厚度（2.54 mm）与干重（0.311 g/cm²）显著高于其他处理。30°坡度下，扭口藓和近高山真藓的土壤冲蚀量（71.1、67.2 g）较裸土冲蚀量（187.8 g）减少62%以上。综合考虑扭口藓和近高山真藓兼具高持水性、强环境耐受性及抗冲刷能力，可作为桂北石漠化地区生态修复的先锋物种，为改善基岩裸露、减少水土流失提供科学依据，提高桂北喀斯特地区的生态修复效益。

探究皖南丘陵区丰乐河流域大规模茶园种植区土壤侵蚀状况，可为茶园水土流失防治提供决策参考。基于中国土壤流失方程（CSLE）模型分析丰乐河流域茶园土壤侵蚀特征，以及地形坡度和土壤类型对土壤侵蚀的影响。结果表明：①丰乐河流域茶园2022年平均土壤侵蚀模数为9 621.59 t/（km²·a）；茶园土壤侵蚀面积27.76 km²，占茶园面积的68.19%，占流域总土壤侵蚀面积的12.55%，轻度侵蚀面积占比为47.14%；土壤侵蚀强度整体呈北高南低的空间分布特征。②茶园土壤侵蚀主要分布在高程[200，500）m以及坡度[25°，35°]的坡面。③茶园平均土壤侵蚀模数呈石质土>粗骨土>黄壤>红壤>水稻土>紫色土的特征，土壤侵蚀面积呈红壤>粗骨土>水稻土>黄壤>紫色土>石质土的特征。④综合地形坡度和土壤类型对茶园土壤侵蚀的影响，属于剧烈侵蚀强度的为坡度[25°，35°]的粗骨土、坡度[25°，35°]的石质土和坡度>35°的紫色土条件下的茶园。土壤侵蚀面积前三位的茶园为坡度>35°的红壤茶园、坡度[25°，35°]的红壤茶园和坡度[15°，25°）的红壤茶园。丰乐河流域茶园土壤侵蚀情况较为突出，高陡茶园面积较广、水土保持措施不完善，是今后防治茶园土壤侵蚀及促进茶园产业可持续发展的重点区域。

红壤区生态保护修复对于我国国土生态安全建设具有重要意义,针对喷混植生技术使用水泥作为固化剂导致的环境污染、降解难度大、植物生长受限等问题,以南方某输变电工程红壤边坡为对象,以海藻多糖为固化剂替代水泥,加入玉米纤维、保水剂和生态肥料以提高基材生态恢复性能,开展室内模拟降雨试验,分析不同基材对初始产流时间、产流产沙过程和水动力参数的影响,最终选出一组最优基材。结果表明:相较于裸坡,基材坡面的初始产流时间显著缩短;产流率显著增加,排水效益达16.35%~52.73%,产沙率显著降低,保土效益达97.33%~98.31%;随着降雨历时的增大,产流率和产沙率均呈现先增加后趋于稳定的趋势,2号基材坡面的产流率高于1号和3号基材,各基材坡面产沙率之间的差异较小;基材坡面的产流率与产沙率均与径流剪切力显著相关(p<0.05),随着径流剪切力的增加,基材坡面的产流率和产沙率均呈现出一定的线性增大现象;鉴于2号基材在抗侵蚀方面的良好效果,建议选作工程应用基材,海藻多糖、纤维、肥料、保水剂配比为1%∶0.8%∶3%∶0.9%。研究结果可为类似工程边坡防护提供新的材料与技术支撑,促进绿色工程建设和水土保持高质量发展。

为了解汾河下游河岸带土壤中重金属的污染特征及污染来源,选取汾河下游8个断面32个土壤样品作为研究对象,分析重金属含量及分布特征,利用单因子污染指数法和潜在生态风险指数法评价重金属污染程度及潜在生态风险,通过主成分分析(PCA)和正定矩阵因子分析法(PMF)对重金属的污染源进行解析。结果表明:汾河下游河岸带土壤重金属含量整体偏低,Cu、Zn和Cr含量未超出山西省重金属背景值,但Pb和Hg的含量分别是背景值的1.3倍和2.6倍;土壤中重金属整体生态风险较低,只有部分土壤样品中Hg和Pb分别处于中度-重度、中度生态风险水平,Pb和Hg可能会对当地的生态环境带来危害,是重金属管控的重点。根据重金属污染源解析结果可知,Cr受到人类活动影响较小,其含量变化可能因土壤母质和地质活动造成;Hg污染主要来源为工业生产;Cu的污染来源有工业生产和农业活动及交通运输;Zn和Pb具有同源性,主要受到工矿企业生产、农业活动和交通运输的影响。

鄱阳湖洪泛湿地生态系统在调节长江流域水文、维系生物多样性等方面具有不可替代的作用,但受气候变化与人类活动复合影响导致湿地水质退化、植被群落结构劣化等问题凸显,亟待开展系统性研究。基于综合水质指数、Pinkas相对重要性指数等方法,在典型洪泛湿地选取6个监测点位,系统分析湿地生态时空分异特征。研究表明:①水质时空分异显著,水质污染物时间上呈现“丰水期稀释-枯水期富集”、空间上呈现“中部劣、上下部优”规律,整体水质均达到“好”程度;土地利用格局变化引发枯水期水质劣化、西部农田扩张与水质劣变区空间耦合。②2024年植被覆盖度较2023年增长38%,但高密度植被区消失,中值区缩减12.7%,底栖动物物种受到人类活动与水文期的复合影响。③鄱阳湖洪泛湿地存在水质污染失衡、生物群落结构退化与生态功能衰减、土地利用冲突与生态功能失衡3个问题。

为探索平原区乡村沟渠生态景观系统的优化布局方法,提升生态单元空间配置方案的科学性,选取淮北平原车辙沟流域典型乡村沟渠为对象,开展了沟渠生态单元空间优化配置案例研究,结合生态单元与污染物削减关系代理函数,以固定建设总成本下污染物削减量最多为目标,采用双层粒子群优化算法获得了4种成本限制场景下13种乡村沟渠生态单元的最优空间布局。结果表明:建设生态景观系统可以有效降低乡村沟渠中污染物总量,并且增加景观建设成本可有效增强污染物削减效果,但单位成本的削减效率会有所降低。该研究验证了采用双层粒子群优化算法结合代理函数进行沟渠生态单元空间优化配置的有效性,有助于改进以往乡村沟渠生态景观设计中主观性强、缺少理论和数据支撑的缺点。

超大城市由于要素高度聚集、资源快速流动、空间功能异质而存在更多的安全风险,也面临着更高的生态风险。对超大城市生态质量进行科学、客观的动态评估可以有效监测城市生态问题,为超大城市智慧化治理提供数据基础。以武汉市为例,运用遥感生态指数对城市生态环境质量进行时空信息提取及动态评估,运用Moran’s I指数定量识别生态环境变化的热点区域,并耦合土地利用变化数据发掘出生态质量变化与土地利用转化之间的定量关系。结果表明:①2014—2023年间武汉市生态质量稳中有升,生态质量变化在空间上呈聚集性分布,建设区域外围环状区域生态质量由于城市扩张存在明显的下降;②武汉市两江交汇处的中心城区以及河湖湿地周边是生态质量上升的热点区域,表明武汉市城市人居环境以及河湖湿地的生态环境在不断改善;③武汉市人工环境内部的生态质量差异逐渐增大,耕地向建设用地转化的生态成本越来越高。研究成果可以为武汉市生态环境保护提供科学依据,为超大城市生态环境质量评估提供理论参考。

针对现有海绵城市灰绿基础设施评价中碳足迹核算缺失及多目标协同不足的问题,研究提出了基于博弈论的水-碳-经济全生命周期协同优化评价方法。通过构建“水环境-碳减排-经济成本”三维指标体系,集成径流总量削减率、污染物削减率、全生命周期碳排放及成本等关键指标,采用熵权法与层次分析法结合博弈论模型进行权重优化,以纳什均衡平衡目标冲突,并基于TOPSIS法实现多方案综合评价。以河北水利电力学院主校区为例,设计7种灰绿设施组合方案。结果表明,博弈论模型均衡了主客观分析方法的偏差,提高了评价的科学性;方案5(蓄水池、下凹式绿地、雨水桶组合)综合性能最优,综合贴近度为0.760,径流削减率达到48.5%,污染物削减率达到48%以上,全生命周期成本仅为836.93万元,产生碳汇49 517.71 t。研究构建了较为科学的水-碳-经济全生命周期协同评价体系,解决了传统方法中“重技术轻协同”的局限,为海绵城市低碳化发展及“双碳”目标协同提供了理论支撑与实践路径。

陇东地区是黄土高原重要的生态过渡带和生态脆弱区,植被覆盖指数(NDVI)变化对区域生态安全具有重要影响。基于2000—2024年长序列 NDVI、气候与土地利用等数据,采用Theil-Sen趋势分析、Hurst指数等方法研究陇东地区NDVI的时空演变特征及其对气候变化及人类活动的响应。结果表明:①陇东地区NDVI呈东南高、西北低的空间分布格局,NDVI显著改善区域面积占总面积的54.74%,Hurst 指数为0.35~0.65,表明未来植被改善趋势持续性偏弱;②人类活动是NDVI变化的主导驱动力,主要受退耕还林还草(2 248.11 km²耕地转草地)和城市化(城市化率增幅35.14%)双向影响;③ 86.675 0%的区域受气候-人类活动的共同作用形成了人类活动驱动为主、气候变化基础支撑为辅的空间分布格局。陇东地区NDVI虽显著改善,但其变化主要受人类活动驱动与快速干预使生态系统未来持续性偏弱,存在“绿化后退化”的潜在风险。

为探究三峡库区土壤呼吸的时间和林分尺度上空间变异特征,以及微生物生物量机理,选择不同马尾松林(马尾松纯林、马尾松麻栎混交林)开展不同季节的土壤呼吸速率以及微生物生物量碳氮的监测,并使用壕沟法进一步测定自养呼吸和异养呼吸组分,以及采用单因素方差分析差异性。结果显示:混交林总呼吸和异氧呼吸速率均高于纯林,两种林型下异氧呼吸均占比88%,自养呼吸12%,异氧呼吸贡献率随季节变化呈先降低后升高趋势,自养呼吸则相反。混交林微生物生物量碳和氮含量均比纯林丰富,微生物生物量碳和碳氮比均驱动土壤碳释放,纯林微生物生物量碳氮比15.70,混交林12.82,混交林在无根系及其分泌物情况下碳氮比提高,以便分解较难分解的底物。研究成果可为三峡库区碳循环和生态建设研究提供重要参考。

河流河岸带的草本植物在冬季可能表现为碳源,对“碳中和”具有潜在的负面影响。传统研究主要针对单项温室气体,缺少对河岸带CO₂、CH₄、N₂O等多种温室气体的综合评估。以雄溪河为例,选择南方河流河岸带3种常见的草本植物(麦冬、葱莲、狗牙根),采用LI-7810/7820温室气体通量分析仪,分析不同植物冬季的CO₂、CH₄、N₂O通量特征,并基于全球变暖潜能值(GWP)模型,对不同植被的冬季温室气体排放状况进行综合评估。结果表明: ①综合考虑CO₂、CH₄、N₂O这3种温室气体下,狗牙根区、麦冬区、葱莲区、裸地区的冬季GWP分别为3 817.77±249.24、3 963.31±265.66、6 876.89±536.17、8 653.71±756.08 mg/(m²∙d)。虽然4个区域均表现为碳源,但相比于裸地区,种植草本植物均有助于减少河岸带的冬季碳排放。②河岸带GWP的日变化规律为中午高、早晚低,主要影响因素为土壤温度。③使用GWP模型,能更好地评估不同温室气体的综合影响。从“碳中和”角度,建议选择狗牙根作为南方河流河岸带的主要草本植物。

明确天津市植被活动的动态变化及其对水热条件响应的时滞性,可为区域生态环境治理和持续发展提供科学依据。以2000—2022年的天津市MODIS13数据集、气温和降雨数据集为研究对象,采用Hurst指数、Theil-Sen趋势分析、M-K检验、地理信息系统(GIS)空间分析和时滞偏相关分析等方法,探究近23 a天津市植被动态变化特征及其水热效应。结果表明: ①天津市年归一化植被指数(NDVI)均值为0.782,年内波动趋势与气温、降雨的变化存在一定的正向联系;②全市Hurst指数均值为0.493,59.62%的区域NDVI向恶性发展;③天津市分别有10.943%和61.408%的区域与气温和降雨存在时滞效应,植被对气温的平均滞后时长为2.737个月,对降雨的平均滞后时间为1.016个月;④不同植被类型对气温和降雨的响应有所不同,阔叶林对降雨的响应时间最短,草本植物覆盖的响应时间最长;稀疏植被对气温的响应最快,阔叶林对其响应最慢。近23 a天津地区植被整体覆盖水平较好,呈现过去退化但未来改善的趋势。降雨与植被相关性更高,气温的滞后时间更长。

三北防护林是我国重要的生态建设工程,但近10 a来,三北地区的防护林出现了不同程度的衰退,防护功能明显下降。为揭示三北地区防护林的水分影响树木退化的过程以及三北地区防护林衰退过程,以张北地区广泛分布的小叶杨防护林为研究对象,基于树木年轮和树轮稳定碳同位素技术分析不同退化程度小叶杨防护林的退化过程及其对干旱事件的响应差异,探讨同一地区杨树正常生长或出现退化的可能原因。结果发现不同退化程度的小叶杨内在水分利用效率(iWUE)差异显著,重度退化和轻度退化的小叶杨iWUE显著高于未退化的小叶杨iWUE,干旱胁迫可能是导致防护林出现退化的主要原因;1997年极端干旱的发生以及1999年5月—2001年6月长时间的干旱可能是导致张北小叶杨防护林发生衰退的起点,2006年9月—2012年8月长时间的干旱进一步加剧了这种衰退;树木自身抵抗力的差异是导致张北地区防护林出现部分退化的重要原因。

随着气候变化,鄱阳湖流域的降雨也发生一定改变,对土壤侵蚀产生潜在影响。通过对共享社会经济路径(SSPs)和通用土壤流失方程(USLE)耦合,建立了未来时期气候影响下土壤侵蚀模拟方法。结果显示:在时间上,未来时期鄱阳湖流域土壤侵蚀面积减少,但土壤侵蚀量增多。SSPs2-4.5、SSPs4-6.0、SSPs5-8.5情景下侵蚀面积分别减少906、916、912 km²/a;土壤侵蚀量分别增加2 022.60×10⁴ 、2 098.61×10⁴ 、3 154.35×10⁴ t/a。在空间上,未来时期西北部和南部强烈及以上侵蚀面积增加,流域整体土壤侵蚀加剧。SSPs5-8.5情景下流域土壤侵蚀最严重,土壤侵蚀量达17 247.61×10⁴ t/a;SSPs2-4.5情景下流域土壤侵蚀相对最少,土壤侵蚀量为16 115.86×10⁴ t/a。

为探究不同水位下三峡水库近坝段消落区土壤碳排放情况,选取龙潭坪和兰陵溪消落区160 m以下、160~170 m和170 m以上的3个高程区间进行土壤呼吸原位测定和分析。结果显示:不同高程与土壤呼吸之间不存在正相关关系,随水位高程增加,土壤呼吸速率先升高后降低,并在中度水淹胁迫情形下达到最大值;土壤呼吸存在显著的时间变异性,整体呈现7月=8月>9月>6月>5月的趋势,不同消落区虽存在微小差异,但均在8月达到土壤呼吸峰值。综上,中等程度的干湿交替会使得土壤碳排放达到最大,过高或过低的水淹胁迫均抑制碳排放强度。夏季是消落区植被生长旺盛和代谢活动最为旺盛时期,土壤呼吸速率明显高于其他季节,尤其是7月和8月土壤呼吸速率相对较高,且8月的中等水淹区土壤呼吸达到峰值。研究成果可为三峡水库消落区碳排放定量分析及岸滩生态建设后的碳循环研究提供依据。