从湖南省湘江中下游衡阳—长沙段沿岸采集219 个农田土壤样品和48 个蔬菜样品, 测 试其中As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn 等7 种重金属元素的含量, 并结合GIS 作图与数据统 计, 对农田土壤中重金属空间分布、土壤和蔬菜中重金属富集特征以及其潜在风险进行分析。 结果表明, 农田土壤中As、Cd、Cu、Ni、Pb 和Zn 含量均大于湖南省相应土壤重金属含量背 景值, Cd (2.44 mg kg-1)、Pb (65.00 mg kg-1)、Zn (144.13 mg kg-1) 含量分别超标7.97、3.69 和 1.63 倍。与我国《土壤环境质量标准》(GB15618-1995) 中II 级标准(pH 6.5~7.5) 比较, 土壤 As、Cd、Cu、Ni、Pb 和Zn 含量的超标率分别为13.2%、68.5%、2.7%、2.7%、8.7%和 15.1%, 表现为以Cd 为主的多种重金属混合污染。菜地土壤中As、Cd、Cu、Pb 和Zn 的含 量( 几何均值) 分别高于水稻土As、Cd、Cu、Pb 和Zn 含量。与《食品中污染物限量》 (GB2762-2005) 等标准比较, 蔬菜As、Cd、Ni、Pb 含量的样本超标率分别为95.8%、68.8%、 10.4%和95.8%; 蔬菜Cd、Pb、Zn 含量与相应土壤的Cd、Pb、Zn 含量存在极显著的相关性 (P < 0.01)。湘江中下游的农田土壤和蔬菜中重金属污染的潜在风险值得关注。
根据2005 年各月在中国大气降水同位素观测网(CHNIP) 位于西北地区的阜康、策勒、 临泽、海北、沙坡头、长武和安塞观测站点收集的降水样品, 对其中的同位素的组分进行测 定, 分析了西北地区大气降水中δ18O的时空分布特征。所建立的局地大气降水线方程"D = 7.05δ18O- 2.17, 反应了西北地区独特的局地气候特点。降水δ18O的温度效应显著, 而降水量 效应只在夏季(6-8 月) 间存在。δ18O的空间分布特征可以很好地反映西北地区的大气环流背 景。应用瑞利分馏模型及动力分馏模型对阜康- 安塞沿线降水δ18O 的定量模拟结果, 揭示了 西北地区降水水汽的分馏主要以动力分馏为主, 雨滴在降落过程中历经了一定的二次蒸发过 程, 其降水水汽中也混入一定量的由局地再蒸发的水汽。此外, 利用西北地区在全球大气降 水同位素观测网络(GNIP) 中的乌鲁木齐、和田、张掖、兰州、银川和西安6 个站点的长时 间序列的δ18O与降水量、温度等气候因子建立的多元线性回归关系可以对降水δ18O进行定量 估算; 基于乌鲁木齐站点12 年的δ18O资料对该地区的温度拟合, 为历史气候的定量恢复提供 了依据。
选取中国西北干旱区11 条具有明确古湿度指示意义的气候记录, 结合冰芯、地层沉积、 湖泊沉积、树木年轮、河流阶地等各种研究资料和历史记载, 研究中国西北干旱区小冰期的湿 度变化。结果表明研究区小冰期(1400-1920 AD) 从整体而言处于相对湿润的阶段: 区内高大 山系降水处于较高时段— —西昆仑山古里雅冰芯积累量增大, 天山山间湖泊水位回升, 祁连山 敦德冰芯孢粉总浓度增加; 而盆地内流系统水量也出现了相应的变化— —塔里木盆地克里雅 河和塔里木河流量增大, 准噶尔盆地艾比湖水位上升, 巴丹吉林沙漠地下水补给量上升, 居延 海入湖水量增大, 湖面扩展, 青海湖盆地降水增加, 有效湿度增大, 苏干湖水体盐度降低, 入湖 水量/ 蒸发量之比升高。同时, 较高分辨率的湿度资料显示, 研究区东—南边缘地带在小冰期 内部存在次一级的干湿波动, 两个湿度较高的时期出现在16 世纪和18 世纪, 分别与小冰期内 部的两个相对温暖时期有很好的对应。中国西北相对湿润的小冰期主要是西风带强度增加和 位置南移造成该区域降水增多和全球性普遍降温导致有效湿度增大两个因素共同作用的结果, 研究区边缘地带小冰期内部冷干暖湿的配置则主要体现了夏季风的影响。
高庙盆地内史前文化遗址密集, 史前文化聚落的分布和自然环境关系密切, 受河流地貌影响尤其显著, 绝大部分连续性文化遗址都分布在T3 阶地上。5~4 ka BP 本区气候暖湿, 对应马家窑到马厂时期, 盆地内聚落分布由T3 阶地向T2 转移, 聚落分布模式由均匀到凝 聚, 数量和规模持续扩大, 到马厂时期, 聚落发展到鼎盛, 并出现了中型遗址, 成为聚落的中心, 聚落等级上升为两级; 4 ka BP 时气候突变, 急剧的降温, 使得从齐家文化到卡约—辛 店文化, 盆地内的聚落形态倒退。因此, 气候变化对盆地内聚落演变影响显著, 聚落对气候变化的响应明显。
利用红河流域32 个气象站1960-2000 年逐月降水、气温、蒸发等实测资料, 元江、李 仙江和盘龙河1956-2000 年径流量资料, 使用GIS 技术支持以及Kendall 检验法、方差分析 法、累积距平法, 分析云南红河流域径流的时空变化规律, 重点探讨径流时空分布变化与红 河流域河谷与山脉的“通道—阻隔”作用的关联, 得出如下结论: (1) 在红河流域河谷与山脉 的“通道—阻隔”作用的影响下, 降水量和径流深等值线在空间上呈西北- 东南向分布, 分 布模式与河谷/ 山脉的走向基本一致, 并在哀牢山北段和李仙江下游地区形成两个高值区。 (2) 在多年平均尺度上, 红河流域河谷与山脉的“通道—阻隔”作用对径流变化的地域差异影 响最大, 其次是降雨, 对气温则不明显: 李仙江的降水量明显大于哀牢山东部的元江和盘龙 河区, 其降水量变化的相对偏差则小于它们, 反映出哀牢山的阻隔效应; 三个区的平均气温 差别不大, 反映出在较大的时间尺度上受该区特殊环境格局的“通道—阻隔” 作用不明显; 多数降雨、径流和气温特征值及其出现时间的变化, 在盘龙河与元江及李仙江都明显不同, 反映出红河流域山脉的阻隔作用明显。(3) 在区域气候变化及红河流域河谷与山脉“通道—阻 隔”作用的叠加影响下, 红河流域的径流变化在东西方向上差异明显: 沿红河断裂发育的元 江流域的径流量表现出上升的趋势, 而西部的李仙江和东部的盘龙河径流量呈现出减少的趋 势; 元江和李仙江的年径流有一个准5 年的变化周期, 而盘龙河则有一个准8 年的变化周期; 三个区域的径流量变化表现出不一致的阶段性。
基于长江中下游气象资料、历史水沙资料和2006 年10 月现场水沙观测资料, 分析了 典型枯水年大通站的月均径流量和输沙率特征、2006 年特枯水情产生的气候背景以及对长江中下游含沙量和悬沙粒径产生的影响。分析表明, 枯水年长江干流输沙量有显著的减少, 2006 年特枯水情下大通站汛期输沙量仅占多年平均值(1985-2000 年) 的19.8%。在特枯水情 和三峡工程蓄水的背景下, 2006 年10 月长江中下游含沙量平均为0.057 kg/m3, 只占 2003-2005 年10 月平均值的20.6%。2006 年10 月长江中下游悬沙中值粒径平均为4.8 µm, 悬沙中值粒径只占多年平均值的26.3%, 占近期平均值的41.8%。含沙量、悬沙粒度和中游 河床冲淤特性的综合分析表明, 城陵矶—湖口河段水沙垂向交换强, 是三峡兴建以后近期河 道调整频繁的河段。洞庭湖和鄱阳湖对长江干流含沙量的贡献较大, 尤以鄱阳湖的贡献最大, 长江中下游其他支流对长江干流含沙量的贡献较小。汉江和巢湖对长江中下游悬沙粒径的影响相对较大, 而洞庭湖和鄱阳湖则对悬沙粒径的影响相对较小。
天山北麓河流阶地序列及其年代一直是悬而未决的问题。根据详细的野外工作, 确定天山北麓发育7 级河流阶地, 其中T7、T6、T5 及T2 等主要阶地为河流切割先期冲积扇而形 成, 与4 级阶地对应的4 期冲积扇分别为F1、F2、F3 与F4。由于天山北麓构造隆升向盆地方 向迁移, 冲积扇呈串珠状发育, 背斜带间发育的冲积扇平面形态则由于南北背斜的限制而变 得不规则。基于黄土—古土壤序列对比分析、ESR 与OSL 测年以及前人研究成果, 确定天山 北麓河流下切形成T7、T6、T5 及T2 等阶地的时间分别为约0.54 Ma BP、0.3~0.2 Ma BP、 28~8 ka BP 和全新世早期。阶地年代表明, 天山北麓3 级主要阶地T7、T6、T5 及对应冲积扇 发育与天山更新世3 个冰期间冰期旋回基本对应。
基于RS 和GIS 的支持, 以深圳市为案例研究地形对景观格局及其垂直分布的影响, 进行景观格局时空动态分析。文章指出, 人类活动对土地的干扰程度表现为从低平地区向高 峻地区递减, 从而导致在以山地占主体的盐田等区在城市化前期低于地势平坦的福田等区; 随着城市的进一步加深, 福田等区多样性指数则快速降低, 盐田等区相对降低很少, 或还处 于上升状态。多样性指数在高程带和坡度带上多时段变化表明: 在垂直空间上, 土地利用结 构的垂直分异是景观格局垂直分异内在原因, 多样性指数的空间曲线和时间曲线具有反“U” 形库兹涅茨曲线特征, 但是这种曲线变化特征需要到一定的城市化阶段才能形成, 并且曲线 特征随城市化的加深而更加明显; 在时间上, 低海拔和低坡度地区的多样性指数的动态特征 也有类似库兹涅茨曲线的反“U”形, 而且随城市化的加深, 具有这种特征的高程带和坡度 带均在上移。
建立具有空间属性的历史时期土地覆被数据集有助于更好地模拟土地覆被变化的气候 与生态效应。根据我国历史时期土地开发利用的特点, 深入分析了影响我国历史时期土地开 发利用的主导因子, 量化了海拔高度、坡度、人口分布等自然及人文要素与耕地分布的关系, 并以此为依据设计了一套将我国传统农区历史耕地数据网格化的方法与算法模型, 计算各网 格(分辨率为60 km×60 km) 耕地面积占整个农区耕地总面积的比重、以及各网格的耕地面 积与垦殖率; 同时利用基于《嘉庆重修一统志》重建的中国传统农区历史耕地资料, 采用上 述方法与算法建立了研究区内1820 年(清嘉庆二十五年) 60 km×60 km 空间尺度的耕地数据 集, 并绘制了分布图。重建结果与册载府级田亩数据的比较分析表明: 该方法与算法可以有 效地将以行政区域为统计单元的中国历史耕地数据量化为具有统一且更高空间分辨率的网格 化数据集。
