提高能源效率是节约能源、解决能源供需矛盾的有效途径之一,以国内最高能源效率为比较标准计算能源效率并分析其区域差异对能源投入要素的合理配置具有重要的参考价值。论文通过DEA-ESDA模型对1990、2000 和2010 年我国各省市能源效率进行分析,并探索其空间集聚状态以及冷热点区域格局的演化,得出结论如下:①我国各省市能源效率的地带性差异显著,呈现出从东部沿海向西部地区递减的趋势;②科技投入低和基本要素配置的不合理是我国部分省市能源效率较低的主要原因,大致可以分为能源投入松弛、人力资源投入松弛、资本投入松弛和多种要素投入松弛四类;③能源效率与纯技术效率的空间集聚状态基本一致,而规模效率受制于资源禀赋等原因,集聚状态相对较弱,纯技术效率对能源效率的影响越来越明显;④能源效率的冷热点格局亦呈现地带性分布,能源效率与纯技术效率的演化过程高度一致,而规模效率呈现出相异的特征。提高能源利用效率的空间配置应重视纯技术效率及其在空间上的协调。
以1998、2005 及2009 年459 个灌区资料为基础,从区域尺度计算粮食生产水足迹,建立粮食生产用水水平综合评价指标I对灌区粮食生产与水资源利用之间的关系进行评价。结果显示:粮食生产水足迹及其组成的区域间差异均较大,大值省区主要分布于东北、华南,小值省区以黄淮海平原为核心集中分布;全国粮食生产水足迹多年均值为1.336 m3/kg,蓝、绿水比例分别为63.7%和35.8%,有35.1%的水足迹损失于粮食生产过程。空间自相关分析表明,粮食生产用水水平综合评价指标I相似的省区在空间上显著地聚集,局部自相关属性为HH和LL的省区超过了20 个,不同年份总体和局部的空间分异特征随时间变化均不明显;省区间粮食生产综合用水水平差异大,I值介于0.079~0.889 之间,变异系数为0.59,黄河中下游省区用水水平较高而东北及西北大部分省区则相反。结合人均粮食占有量与I值在全国的地位,对各省区粮食生产与农业用水发展方向进行了讨论。
在测度单位面积耕地化肥、农业固定资产、劳动力、农药、农膜和农用柴油投入量的基础上,基于Theil 指数和计量经济模型,系统分析了中国1999 年以来耕地利用投入要素集约度的时空差异及其影响因素。结果表明:①国家尺度上的劳动力集约度逐年下降,而化肥、农用柴油、农药、农膜和农业固定资产的集约度均呈上升趋势,其中农业固定资产增幅最大;②区域尺度上耕地利用投入要素集约度的时序变化特征与国家尺度上的变化特征一致;除劳动力集约度中部地区最高外,其他投入要素的集约度均以东部地区最高,中部地区次之,东北地区和西部地区最低;③省域尺度上的劳动力集约度分化为两个不同的变化方向,化肥、农药和农用柴油集约度在上海、天津、江苏和山东等经济发达的省(市)有所下降;④我国耕地利用投入要素集约度的区域差异比较明显,1999 年以来总体差距呈缩小态势,区域之间的差异对总体差异的贡献较大;⑤农村居民家庭人均经营纯收入和人口非农化比重对化肥、农业固定资产、农药和农膜投入产生显著正向作用,产业非农化比重的上升导致化肥投入增加,农业政策促进了化肥和农业固定资产投入水平的提高。最后,论文认为亟需关注快速增加的农业固定资产投资的结构及其社会、经济和生态效益,以及化肥、农药和农膜大量施用对生态环境的影响;在当前耕地面积约束条件下,应着重提高农村居民家庭人均经营纯收入,同时进一步加大对欠发达地区及粮食主产区农业发展的扶持力度,充分发挥国家惠农政策的诱致作用,全面提高我国耕地集约利用水平。
通过剖析传统的敏感性分析法,提出交叉敏感性概念,评价生态服务价值对土地利用类型转换的响应性。以克里雅绿洲为研究区域,以1991、2002 和2011 年三期遥感影像数据为基本信息源,运用交叉敏感性分析,计算生态系统服务价值对土地利用类型转换的敏感性,确定生态系统日趋敏感的土地利用变化过程,为土地管理对策提供参考依据。研究结果表明:20 a来,克里雅绿洲生态服务价值较敏感的土地利用转换类型相对稳定,主要集中在湿地和水体向荒漠和低覆盖度草地的转换;与1991 和2011 年相比,2002 年的交叉敏感性系数普遍上升,这主要是因为湿地、水体面积的减少加剧了研究区的生态脆弱性,从而表现出更大的敏感性;湿地和水体向耕地转换的交叉敏感性一直处于上升趋势,并不断接近于-1,表明生态服务价值对高强度的人为活动变得越来越敏感,从而警示地方管理部门采取必要措施制止此种转换的持续。
论文通过对三江平原浅层地下水年龄的测定,研究了地下水的来源与更新能力。在井深小于60 m的钻孔中,采集了11 组浅层地下水样,分别测定水中放射性同位素氚(T)和氟利昂(CFCs),根据活塞模型,分别计算出浅层地下水的年龄。分析结果表明,三江平原浅层地下水中氚同位素含量为1.7~61.2 TU;CFC-12 和CFC-113 浓度分别是0.04~1.25 pmol·kg-1 和0.1~0.71 pmol·kg-1。根据氚同位素含量估算的浅层地下水年龄范围是39~51 a;CFC-12 浓度估算的浅层地下水年龄范围为38.2~61.7 a。两种测年数据都表明,浅层地下水缺失了0~39 a 的年轻水,这暗示三江平原的地下水主要接受外源水的补给,深循环地下水越流补给地表水并形成湿地,最终补给到河流之中,地下水有稳定的补给源,可以适当地进行开发和利用。
基于横断山区27 个气象台站1961-2012 年的实测数据,应用Penman-Monteith 模型、气候倾向率空间插值、交叉小波和相干小波变换等方法分析横断山区季风期水分盈亏量的时空变化趋势及其与若干气候指数之间的相互关系。结果表明:近52 a 来,横断山区季风期水分盈亏量在波动中呈增加趋势,其增加速率为5.87 mm/10 a;且在整个时段内,横断山区季风期水分盈亏量均呈盈余状态。该区季风期水分盈亏量空间差异也较为明显,水分盈亏量从南到北逐渐降低,但其增加趋势却从南到北逐渐增大。季风期水分盈亏量与海拔呈现负相关,即水分盈亏量随着海拔的升高而降低;在海拔相对较低的区域,水分盈亏量较高;反之,水分盈亏量较低。此外,该区域季风期水分盈亏量与北极涛动(AO)、太平洋年代际振荡(PDO)和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)气候指数等存在多尺度的显著相关性。
资源可持续利用是可持续发展的核心和重要组成部分,论文将资源可持续利用置于 "自然-经济-社会" 三位一体的复杂系统中进行研究,以资源的综合利用效率为视角,结合人类发展指数(HDI)和生态足迹指数(EFI),提出资源福利指数(RWI),即单位资源投入所产出的福利水平,目的是全面反映在利用资源发展经济的同时反馈给社会的综合效率水平。论文以包括G20 国在内的24 个国家作为研究样本,分析1996-2008 年间各国的HDI、EFI 和RWI的变化情况,以此为依据来评价资源的可持续利用状况,24 个国家资源的可持续利用大致分为三类。第一类,良性发展:RWI增长率>0,社会福利提高,资源消耗减少;第二类,次良性正向发展:RWI增长率>0,社会福利水平和资源消耗都增长,但前者增长的速度高于后者;第三类,次恶性正向发展:RWI增长率<0,社会福利水平和资源消耗都增加,但前者增长的速度低于后者。
西南高山地区生态系统类型丰富、地形复杂, 是响应全球气候变化的重点区域,对全球气候变化具有重要的指示作用。研究应用生态系统模型CEVSA(Carbon Exchange betweenVegetation, Soil, and the Atmosphere)估算了1954-2010 年西南高山地区土壤有机碳(Soil Organic Carbon, SOC)的时空变化,分析了其对气候变化的响应。结果表明:①西南高山地区1954-2010 年平均土壤有机碳密度为14.16 kg C·m-2,在空间分布上,SOC密度自东南向西北递增,与温度显著负相关(r=-0.447,P<0.01),而与降水量相关性不显著;②西南高山地区1954-2010 年SOC 总量变动范围为6.95~7.64 Pg C,增加趋势显著(P<0.05),平均每年增加0.013 Pg C,土壤有机碳密度平均增加26.94 g C·m-2;③常绿针叶林、常绿阔叶林和草地SOC密度增加趋势均显著,除常绿阔叶林SOC密度与温度相关性不显著外,其他两种植被类型SOC都与年平均温度显著正相关(草地:r=0.527, P<0.01; 常绿针叶林:r=0.501, P<0.01),且3 种植被类型SOC与年降水量均相关性不显著;④由于作为土壤有机碳输入的凋落物产生量对温度不如异养呼吸敏感,所以未来升温条件下,土壤有机碳储量的增速减缓或者呈下降趋势。
20 世纪50 到60 年代,川西亚高山林区林分由于大量砍伐后更新,以及近年国家实施重大生态工程项目,土地利用类型发生显著变化。文章选取米亚罗林区典型的原始冷杉暗针叶林、灌木林、草地、云杉林、云杉+红桦混交林、退耕云杉林等6 种不同土地利用类型,以坡耕地为对照,揭示了不同土地利用类型对表层(0~15 cm)和亚表层(15~30 cm)土壤有机碳、微生物量碳含量及土壤微生物熵的动态特征的影响。结果表明:不同土地利用类型的土壤有机碳微生物量碳含量在土壤表层显著大于亚表层(P<0.05);季节动态上土壤有机碳含量冬季最高,其次为夏季,秋季最低,而土壤微生物量碳则表现出相反的动态特征。不同土地利用类型显著影响着土壤有机碳和微生物量碳含量的动态,土壤有机碳、微生物量碳含量坡耕地在4 个季节均为最低,其中,土壤有机碳含量年均值在表层土壤中分别为原始冷杉林、灌木林、草地、云杉+红桦混交林、退耕云杉林、云杉林的23.55%、29.44%、33.12%、43.94%、58.13%和67.63%,亚表层土壤中分别为18.02%、27.30%、32.93%、40.74%、55.26%和58.10%;土壤微生物量碳年均值分别为原始冷杉林、灌木林、草地、云杉林、云杉+红桦混交林、退耕云杉林的20.50%、23.23%、30.63%、36.48%、46.22%和59.07%,在亚表层土壤中则为25.66%、35.65%、40.23%、43.63%、55.34%和66.71%;受不同土地利用类型的影响,土壤微生物熵的动态特征表现出与土壤有机碳含量相反、与土壤微生物量碳含量相一致的规律。
对比研究盐城滨海湿地表层沉积物总有机碳(TOC)含量及其时空分布,揭示不同季节,不同植被覆盖对滨海湿地TOC分布的影响。结果表明,盐城滨海湿地表层沉积物TOC含量为0.69~10.34 g/kg,平均值4.55 g/kg。TOC含量的季节变化表现为:光滩呈单峰型分布,最高值出现在秋季(0.86±0.11 g/kg),除光滩外,TOC含量峰值均出现在冬季,即植被非生长季。TOC含量的空间变化表现为:互花米草滩(10.34±2.42 g/kg)>芦苇滩(3.90±1.11 g/kg)>盐蒿滩(3.28±1.86 g/kg)>光滩(0.69±0.16 g/kg);不同生态带内TOC 含量差异显著,光滩空间变异性最小(0.06),芦苇滩最大(0.14)。此外,湿地表层沉积物中TOC含量与总氮(TN, g/kg)、含水量(WFPS,%)、平均粒径(Φ)、分选系数以及C/N均呈显著正相关。通过研究发现,互花米草相对于其他植被类型由于其对有机碳很好的富集能力,可以有效增强滨海湿地生态系统土壤的固碳潜力。
论文采用基于DEM的起伏地形下实照时数计算模型,以广西巴马县为例,在GIS技术的支持下对研究区域实照时数的时空分布进行模拟和结果验证,结果表明,研究区域内实照时数模拟值和气象站实测值之间具有较好的一致性,决定系数高达0.996。并探讨喀斯特地区实照时数的时空分布特点,分析了不同时间尺度下实照时数的变化情况,讨论坡度、坡向、地形起伏度和地表粗糙度等地形因子对实照时数空间分布的影响。该方法可为喀斯特地区提供重要的气候基础数据,对喀斯特地区小气候和农业气象资源分布的研究有重要意义。
