《地球环境学报》2022年第2期目次
专论 Review
01
黄土高原小流域退耕还林还草的生态水文效应与可持续性
摘要：黄土高原实施退耕还林还草工程20余年，区域生态环境发生巨大变化，过度植被恢复产生的负效应也逐步显现，有关黄土高原高强度植被恢复的可持续性问题引起讨论。当前，黄土高原植被恢复已进入一个节点性时期，但植被重建的终极目标并不十分明确。未来50—100 a，黄土高原退耕还林还草工程的环境效应与可持续性如何，目前缺乏前瞻性的科学认识。鉴于这一问题，本文对黄土高原近20 a大规模植被恢复和重建产生的生态、水文、侵蚀和气候效应进行了回顾，并对在甘肃庆阳南小河沟长期退耕还林和还草小流域持续开展近10 a的观测研究成果进行了总结分析，探讨长期自然和人为植被恢复背景下小流域的生态水文效应，最后从小流域视角对黄土高原退耕还林还草的可持续性进行了探讨。针对当前黄土高原退耕还林还草工程取得的成绩和面临的挑战，提出了退耕还林还草的两阶段论。第一阶段为退耕还林还草实施至今20 a，主要目标是增绿、控蚀、减泥沙，目前这一目标已基本实现；第二阶段为未来20—30 a，目标是稳绿、增水、促发展，当前工作的重点是需要针对第二阶段的目标开展规划和研究工作，提高黄土高原生态质量的持久性和区域人地关系的协调。
引用本文: 金钊. 2022. 黄土高原小流域退耕还林还草的生态水文效应与可持续性 [J]. 地球环境学报, 13(2): 121-131.
02
湖泊沉积物古DNA揭示气候环境变化和生态演化
摘要：广泛分布的湖泊为连续沉积和保存历史时期多样化生物核酸分子提供了绝佳的自然档案。随着近年来古DNA提取和测序技术的进步以及组学技术的发展，利用湖泊沉积物古DNA重建古生态演化及其对气候变化和人类活动的差异性响应得到广泛而深入的研究。本文回顾了古DNA研究的历史背景、理论基础，以及湖泊沉积物古DNA保存的影响因素和生物信息学分析流程；重点评述了湖泊沉积物古DNA在揭示气候环境变化、生物多样性及流域生态系统演化、物种定殖与外来物种入侵、人类活动影响、环境生态功能基因演化及其在细胞器基因组和古生态时间序列分析研究中的诸多应用和进展。同时还介绍了当前研究面临的局限和挑战以及组学技术在古DNA研究中的发展概况，分析了当前研究尚存的不足，并展望了未来可能的努力方向。
引用本文: 王晶，徐海. 2022. 湖泊沉积物古DNA揭示气候环境变化和生态演化 [J]. 地球环境学报, 13(2): 132-162.
研究论文 Article
01基于GIS的关中地区仰韶至商周时期聚落时空分布及驱动力分析
摘要：关中地区是中国重要的史前聚落分布地之一，该区域内丰富的聚落文化遗存为研究史前人地关系提供了坚实的基础。本文以整个关中地区作为研究区域，从较大的时空尺度探讨遗址分布与自然环境之间的关系。系统收集了关中地区从仰韶至商周时期的考古遗址数据，利用ArcGIS技术提取了各时期遗址点高程、距河流远近、遗址面积等定量化数据，并且进行了最近邻分析以及核密度分析，从而系统研究了这一时期的聚落分布特征。研究结果表明：龙山时期的聚落遗址较仰韶时期海拔位置更高、距河流更远且分散化程度增加，商周时期关中东部聚落遗址点数量大幅减少，西部和中部遗址点分布更加集中。但不论是仰韶还是龙山时期，聚落遗址总体上都是西多东少，中部最为稀疏分散，至商周时期关中中部遗址才逐渐增多。基于此，本文试图从气候变化、洪水、农业发展以及早期政权发展等角度探究影响仰韶至商周时期的聚落分布变化的可能因素，从而揭示出史前人类聚落变迁对区域自然环境的响应与适应过程，同时超大型聚落中心以及早期国家的形成也影响了遗址分布格局。就本研究而言，气候变化是影响关中地区龙山时期的聚落遗址数量大幅减少、聚落位置分布格局发生变化的主要原因之一，而商周时期聚落遗址的分布变迁似乎更倾向于生产力发展的结果，或是出于政治、军事的目的。关中地区仰韶至商周时期聚落的分布变迁与自然环境变化以及聚落中心、早期政权发展密切相关，体现了人类与自然环境之间的博弈，也揭示出该地区史前社会的复杂化进程。今后的研究中，需要结合详细的现场调查数据，进一步加强区域自然变量的定量化研究和对人类社会系统的认识，从而更准确地把握人与自然的耦合关系。
引用本文:周婷婷，崔建新. 2022. 基于GIS的关中地区仰韶至商周时期聚落时空分布及驱动力分析 [J]. 地球环境学报, 13(2): 163-175, 195.
02胶莱平原大气降水氢氧稳定同位素特征研究
摘要：区域大气降水稳定同位素组成是利用同位素技术研究区域水循环所必须的前提，对于深入了解水循环过程具有重要意义。本研究基于次降水样品，分析了胶莱平原及周边地区降水氢氧稳定同位素特征，探讨了降水同位素的环境效应，并通过对比分析不同水汽输送路径站点的降水同位素季节变化趋势，揭示了胶莱平原大气降水水汽来源。结果显示：胶莱平原大气降水线LMWL为δ2H=6.38δ18O+0.72，胶莱平原大气降水δ18O存在较显著的温度效应和降水量效应，高程效应不显著。6—9月，胶莱平原降水水汽主要受控于东亚季风，水汽主要来自相邻太平洋海域蒸发水汽；10月—次年5月，胶莱平原降水水汽主要受控于西风，水汽来源于局地蒸发，受极地水汽影响较小。本研究结果将为胶莱平原地表水—地下水—海水之间的相互转化及水循环研究提供基础。
引用本文:王莹，崔步礼，李东昇，王雅璇. 2022. 胶莱平原大气降水氢氧稳定同位素特征研究 [J]. 地球环境学报, 13(2): 176-184.
03基于地理探测器的甘肃省植被覆盖时空变化及驱动力分析
摘要：准确量化人类活动和气候变化对生态环境退化的作用，探讨不同驱动因子的主次关系，是当前区域生态环境研究中的热点。本文基于1982—2015年的归一化植被指数（normalized difference vegetation index，NDVI），结合自然因素和人为因素，选取15个涵盖气候、地形地貌、社会经济等方面的因子，采用趋势分析法和地理探测器模型，对甘肃省植被NDVI的时空变化特征及驱动力进行探测。结果表明：甘肃省NDVI在空间上呈现从东南向西北递减，且低植被覆盖度区域和高植被覆盖度区域呈现“两极化”的分布规律，分别占全省植被面积的39.2%和17.8%。省内大部分地区NDVI呈现增长趋势，植被显著改善区域主要集中在陇东、陇中地区。降水量、植被类型、人均粮食占有量、土壤类型、土地利用类型是甘肃省NDVI空间分布的主要驱动因子，解释力均大于0.5，且双因子的叠加作用大于单因子的作用。本研究有助于揭示不同因子对甘肃省植被变化的驱动机制，为生态环境建设和资源利用管理提供科学参考。
引用本文:吕泳洁，丁文广，邓喆，隆耀成. 2022. 基于地理探测器的甘肃省植被覆盖时空变化及驱动力分析 [J]. 地球环境学报, 13(2): 185-195.
04基于CMIP5模式数据渭河流域近200年来径流变化
摘要：基于CMIP5模式输出的1850—2005年渭河流域17个站点的径流模数数据，采用线性回归、变差系数、小波分析及Mann-Kendall检验方法，分析了渭河流域径流时空变化特征，探讨了径流变化的原因。结果表明：渭河流域径流的空间分布为西南高东北低，最大值位于渭源、武山区域，最小值位于下游支流的洛河区域。年径流表现出波动变化，1850—1896年、1929—1939年、1968—1984年径流呈上升趋势，1896—1929年、1939—1968年、1984—2005年呈下降趋势，年平均径流趋势率为?0.004 L?(km2?s)?1?(10a)?1。春、夏、秋、冬径流趋势率分别为?0.002 L?(km2·s)?1?(10a)?1、0.022 L?(km2?s)?1?(10a)?1、?0.033 L?(km2?s)?1?(10a)?1、?0.004 L?(km2?s)?1?(10a)?1。渭河流域支流径流变率较大，干流变率较小，支流径流变率依次为北洛河＞石川河＞泾河＞漆水河＞千河＞葫芦河＞散渡河。年平均径流在1871年、1908年、1984年、1990年发生突变，而且具有4—6 a，8—10 a，15—20 a，25—35 a，85—95 a，110—120 a的显著周期。相关分析表明：气温、蒸发量与径流为反相关，降水与径流为正相关，土地利用及人类活动对径流也有一定影响。这些研究为认识过去长时期径流变化规律，以及渭河流域水生态环境管理提供了依据，对比较不同资料径流研究也提供了参考。
引用本文:刘引鸽，黄雪，慕建利，包江川，杨雨欣，邓小丽，刘敏茹. 2022. 基于CMIP5模式数据渭河流域近200年来径流变化 [J]. 地球环境学报, 13(2): 196-207.
05京津冀地区二次有机气溶胶形成与来源的模拟研究
摘要：近年来我国多地区发生重大的霾污染，细颗粒物（PM2.5）浓度极高，来源复杂。有机气溶胶（OA）是PM2.5的重要组成成分之一，占北半球PM2.5质量浓度的20%—90%。在重霾期间二次有机气溶胶（SOA）对OA的贡献率可达44%—71%。因此，本文利用WRF-Chem模式模拟了2017年10月23—28日京津冀地区（BTH）一次重霾污染事件，评估了亚硝酸（HONO）的非均相反应、低温影响下羟基自由基（·OH）的反应速率以及挥发性有机化合物（VOCs）对SOA生成的影响。模式较好地再现了BTH的大气污染物与SOA的时空变化特征。敏感性实验分析表明：在研究期间，非均相HONO源可使区域平均SOA浓度增加30.0%；提高·OH反应的速率可使平均SOA浓度增加16.8%；同时提高排放清单中VOCs的排放量与·OH的反应速率时，SOA平均浓度可增加33.6%。并且随着污染程度的加重，SOA在OA中的占比逐渐增加。因此，除了减少一次颗粒物排放外，减少SOA前体物的排放，也是改善空气质量的重要途径之一。
引用本文:贡雪红，吴佳睿，韩永明，李国辉，安芷生. 2022. 京津冀地区二次有机气溶胶形成与来源的模拟研究 [J]. 地球环境学报, 13(2): 208-225.
06实验室模拟研究硫酸铵和甘氨酸对乙醇醛与胺反应体系生成棕碳的影响
摘要：二次有机气溶胶是有机气溶胶的重要组成部分。大气中羰基化合物与胺/铵反应可以产生吸光性有机气溶胶（如棕碳），对大气辐射和全球气候产生深刻影响。本文模拟研究了大气中硫酸铵和甘氨酸对乙醇醛与胺（如甲胺、甘氨酸）反应生成棕碳的影响。通过对反应溶液紫外—可见吸收光谱和反应动力学分析，发现硫酸铵对反应体系棕碳的生成起抑制作用，而甘氨酸和甲胺的混合可以协同促进棕碳生成；通过对产物进行质谱分析，发现反应机理主要为半缩醛/缩醛反应以及含氮化合物的亲核加成；通过对产物有机碳进行分析，发现当硫酸铵参与反应时，有利于大分子二次有机碳生成。这些发现对棕碳在大气中的形成途径、乙醇醛在化学模型中对棕碳形成的贡献以及对大气中其他羰基行为的预测具有重要意义。
引用本文:孙娟，丁喆正，易雅谊，陈彦奇，薛丽坤，王文兴，周学华. 2022. 实验室模拟研究硫酸铵和甘氨酸对乙醇醛与胺反应体系生成棕碳的影响 [J]. 地球环境学报, 13(2): 226-239.
研究亮点 Highlights
01全新世东亚夏季风演变的争议：一种基于机理解析的调和
东亚夏季风是维持东亚地区生态、环境基本状态的主导性大气环流系统，其在古气候记录相对丰富的全新世时期的演变是认知长期气候变化下东亚夏季风响应特征、响应机制及其生态、环境影响的基础，对于理解及预测当前全球增暖下东亚夏季风的演变具有重要意义。
引用本文:程军，刘一陶，吴海斌，刘征宇. 2022. 全新世东亚夏季风演变的争议：一种基于机理解析的调和 [J]. 地球环境学报, 13(2): 240-242.
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