土地利用变化是导致碳储量变化的主要原因,对未来土地利用变化进行多情景预测并探究其对碳储量的影响,对于维持区域碳平衡具有重要意义.近年来,在自然和人为政策的共同作用下,渭河流域土地利用变化显著,碳储量也相应发生变化.本研究基于PLUS-InVEST模型,评估并预测了渭河流域生态系统碳储量时空变化,探究土地利用变化对碳储量的影响.结果表明:2000-2020年,渭河流域土地利用分布格局变化不大,土地利用变化呈现"耕地面积减少而其余土地利用类型面积增加"的特点,耕地向建设用地转换以及耕地、林地、草地的相互转换是渭河流域土地利用类型转换的主要方式.渭河流域碳储量呈上升趋势,共增加15.31x106t,碳储量高值区分布呈"东北片状-西部散点状-中南部带状",低值区分布在下游关中平原城市群.2030年4种情景下渭河流域碳储量较2020年均有所增加,经济发展情景增加最少,生态保护情景增加最多,不同情景的碳储量空间差异主要体现在上游耕地、林地和草地的分布交错地带.研究结果可为渭河流域土地利用管理决策以及碳储量的提升提供数据支撑.

为了实现水源涵养量计算和不同功能的综合评估,基于分布式水文模型(WEP-L)提出了一种新方法,即利用WEP-L模型计算次降水过程中降水量和地表产流、冠层截留量的差值作为水源涵养量,并分别评估削洪(地表径流量)、补枯(地下径流量)、维持植被生态系统用水(植被蒸腾量)等不同水源涵养功能的评估方法.为了验证该方法的合理性,以渭河流域咸阳站以上区域为例,对比了该方法和InVEST模型方法的计算结果,由于两种方法在评估内容和使用模型上都存在差异,为了保证计算结果的可比性,先对比了基于相同评价内容的WEP-L模型法Ⅰ和InVEST模型方法,再对比了基于不同评价内容的WEP-L模型法Ⅰ和WEP-L模型法Ⅱ,结论如下:基于相同评价内容的WEP模型法Ⅰ和InVEST模型法计算结果数值接近,研究区2000-2018年水源涵养量年均值分别为12.43 mm(5.76亿m3)和12.08 mm(5.6亿m3),两种方法所得结果空间分布特征相似,稍有差异之处与InVEST模型的参数没有经过本地化处理有关;基于不同评价内容的WEP-L模型法Ⅰ和WEP-L模型法Ⅱ计算结果数值相差较大,研究区2000-2018年水源涵养量均值分别为12.43 mm和432.57 mm,空间分布特征上有差异的地方分布于研究区的北部、东部及东北部,主要与两种方法评价时是否考虑蒸散发有关.WEP-L模型法Ⅱ评估结果中削洪、补枯、维持植被生态系统用水等功能多年变化趋势分别为:2006-2010年期间增加、2012年以后下降以及增加.2012年后补枯功能和维持植被生态系统用水功能之间可能存在权衡关系.通过不同方法计算结果差异原因分析,证明了基于WEP-L模型的不同涵养功能评估方法的合理性,其结果也可为渭河涵养区水资源和生态保护策略的制定提供更多依据.

地方品种资源是小麦新品种选育的重要亲本来源,充分应用其优异性状对于育种实践具有重要意义.本研究利用分子标记检测甘肃省种质库地方品种春化(Vrn-A1、Vrn-B1、VrnD1和Vrn-B3)和光周期(Ppd-D1)基因的等位变异.结果表明:(1)445份地方品种共携带6种春化基因显性等位变异,分布频率差异较大,分别为Vrn-A1a(2.5％)、Vrn-B1a(11.0％)、Vrn-B1b(1.6％)、Vrn-B1c(0.5％)、Vrn-D1(67.4％)和Vrn-B3(0.5％);在检测材料中光周期非敏感等位变异Ppd-D1a分布频率为17.8％.(2)除Vrn-B1a＋Vrn-D1外,其余显性春化基因等位变异组合的材料全部分布在春麦区;从春麦区到冬麦区,春化基因显性等位变异分布频率呈降低趋势,而隐性等位变异频率呈升高趋势;Ppd-D1a在甘肃省不同麦区均有分布,且冬麦区分布频率远高于春麦区.陇东旱塬冬麦区分布频率最高(35.6％),洮岷高寒春麦区分布频率最低(5.1％).(3)比较基于资源目录记载的冬春性和春化基因显性等位变异推断的冬春性的一致性,发现春性和弱冬性品种的一致性较高,冬性和强冬性品种的一致性较低,从甘肃省春麦区到冬麦区,一致性逐渐降低.(4)筛选出83、119和82份地方品种,可分别在春麦区(甘肃省中西部及洮岷高寒春麦区等)、冬季较为温暖的秋播冬麦区(陇南嘉陵江上游、天水南部渭河上游等)及较为寒冷的冬麦区(如平凉、庆阳的泾河流域及天水、定西的北部等)的育种中广泛应用.研究结果为现代小麦育种中发掘利用优异地方种质资源提供参考.

秋雨极端变化对渭河流域生态环境影响巨大.本研究根据2015-2021年在渭河流域腹地杨凌区采集的117个秋季降水样本和同期相关气象资料,开展秋雨异常氢氧稳定同位素组成及其水汽来源的研究.结果表明:1)近年来研究区秋雨极端变化频繁,根据秋雨指数(ARI)可分为秋季极端多雨年(HAP,2021年)、普通降雨年(GAP,2015-2017,2019-2020年)和极端少雨年(LAP,2018年);2)不同类型秋雨氢氧稳定同位素组成差异明显,其中,δ2H、δ18O值呈现出LAP年＞GAP年＞HAP年的变化趋势,而d-excess值和秋雨降水线斜率、截距值的变化趋势与之相反.进一步分析不同类型秋雨同位素的影响因素和水汽来源发现,出现秋雨异常的主要原因并非当地气象要素,而可能是厄尔尼诺-南方涛动事件和印度洋偶极子事件,其分别解释了99％和93％的秋雨同位素异常变化.这些海气耦合现象影响海洋性气团水汽向西北内陆的输送强度,进而决定了秋雨雨量和氢氧稳定同位素组成.本研究结果有助于提高对华西秋雨异常的认识,为区域水文模型的构建提供了基础资料和理论支撑,可以更好地服务于水资源管理决策和防灾减灾.

基于1982—2015年8 km的GIMMS NDVI和气象资料,结合陕西省土地利用类型数据,利用斜率分析以及相关分析等方法,对陕西省近34 a来植被指数NDVI的时空分布特征、变化规律及其与气候因子之间的相关性进行了深入研究,得到如下主要结论:(1)1982—2015年陕西省年均NDVI呈现出明显南高北低的地理特征,年均NDVI分布的空间差异性与下垫面类型密切相关,年均NDVI呈轻度上升趋势,局部地区(如渭河流域)增长尤为明显.(2)NDVI年际变化具有阶段性明显特征,1982—1990间增长显著,1991—2000和2001—2015年两段时期增长较为缓慢;NDVI年内变化差异明显,夏季NDVI最高,冬季最低,春季上升趋势最为明显.月均NDVI变化曲线呈单峰型,6—8月NDVI最高.(3)研究区NDVI与同期降水之间的响应最为明显,而草地、农地相比于整体区域以及林地与滞后1月的气温敏感性高于同期.

以我国中部渭河南部流域山区和平原生态区的底栖动物为研究对象,通过计算29个生物性状类别和7个功能多样性指数,比较了不同生态区的生物性状组成和功能与性状多样性指数差异性;应用综合RLQ和fourth-corner方法探索底栖动物生物性状组成与土地利用和理化变量的关系;通过广义线性模型(GLM)比较不同空间尺度环境变量对底栖动物功能与性状多样性指数影响的生态区差异性.研究发现,共18个底栖动物性状组成在山区和平原间存在显著差异性,其中具有无庇护所和以叶片为庇护所材料、外骨骼轻微骨化和骨化良好、草食性、捕食性等生物性状的底栖动物栖息于栖境状况较好的山区,体壁呼吸、虫体柔软、集食者等生物性状更多的集中在人类活动较严重的平原区.除了功能均匀度指数外,山区的性状和功能多样性指数均显著高于平原,说明平原环境干扰显著降低了底栖动物性状和功能多样性.综合RLQ和fourth-corner方法表明底栖动物生物性状对环境胁迫的响应存在可预测性.GLM模型结果表明,山区和平原生物性状和功能多样性指数受到不同空问尺度土地利用和理化环境变量的影响:流域尺度城镇用地、水温和TN含量是影响山区功能和性状多样性指数模型的重要环境变量,但平原区河段尺度农业用地面积百分比和平均水深是影响功能和性状多样性的主要因子.

补偿标准是生态补偿项目研究的核心内容.为提高补偿标准的可操作性,以渭河干流甘肃段为研究区,基于流域生态补偿标准范围界定,在考虑耕地向多种林地转化情况下采用InVEST模型和加权法核算流域新增生态服务量,并以新增生态服务价值为补偿上限,农户机会成本为补偿下限,先从国家新一轮退耕还林政策导向视角,探讨15°-25°和25°以上坡耕地退耕还林的差异化补偿标准.再从利益公平分配视角,耦合机会成本投入与生态系统服务产出,探讨生态补偿净收益不同地区的差异化补偿标准.结果表明:①渭河干流甘肃段退耕还林,生态补偿标准范围为146.39-481.98万元km-2 a-1.②重要水源地一级保护区和保留区迎水面15°-25°坡耕地全部退耕还林需补偿金额13.95-33.55亿元.25°以上坡耕地全部退耕还林需要补偿金额12.96-28.35亿元.③各县/区比较,退耕还林净收益麦积区最大,陇西县最小.其生态补偿范围分别为202.23-727.92,96.99-136.53万元km-2 a-1.

研究生态系统服务之间以及与土地利用类型之间的复杂关系,进行生态系统服务导向下的土地利用优化,对实现社会经济与生态保护协调可持续发展具有重要的意义.以渭河流域关中-天水经济区段(简称关天段)为研究对象,在子流域尺度估算了2000-2013年的生物多样性、固碳和产水3种生态系统服务量,定量化研究彼此之间的权衡和协同关系;并利用CA-Markov模型预测2050年土地利用变化情景,以此测算未来情景下的生态系统服务并引入生产可能性边界(PPF)方法,进行权衡与协同分析,探究2050年最优生态系统服务下的土地利用格局.研究得出:①2000-2013年研究区的总产水量呈增加趋势.秦岭与六盘山地区总固碳量较大,生物多样性质量较高;而关中平原地区人口和城市分布较多,固碳能力较差,生境退化度普遍较高.②固碳与生物多样性之间呈现协同关系,而产水与生物多样性和产水与固碳之间均表现为权衡关系.③绘制了2050年的生态系统服务下的最优帕累托效率曲线,并进一步进行权衡协同分析,得到相对应的土地利用优化图.将生态系统服务及权衡需求纳入到土地决策和优化管理过程中,将有助于研究区的生态,社会和经济达到共赢状态.

目的 了解渭河流域2005-2015年肾综合征出血热(HFRS)流行情况,评估影响HFRS空间分布差异的环境因素.方法 通过“中国疾病预防控制信息系统”收集2005-2015年渭河流域HFRS个案资料,统计描述HFRS流行特征;应用增强回归树模型在5km×5 kmn栅格尺度上分析引起疾病地理分布差异的主要因素.结果 2005-2015年,渭河流域共报告HFRS病例18 629例,年均发病率为7.24/10万,2012年HFRS发病率最高,达15.18/10万;HFRS高发区域主要集中在西安市、渭南市等渭河中下游地区;患者年龄集中在16～ 60岁,但2010年后,＞60岁年龄组的发病率超过其他年龄组.增强回归树模型显示区域内建筑用地和农田面积覆盖百分比、海拔高度等因素对HFRS地域分布有较高贡献度.结论 渭河流域HFRS流行特征发生显著变化,＞60岁老年人成为发病率最高的人群;建筑用地、农田、海拔高度等环境因素对渭河流域HFRS空间分布发挥着重要影响作用.

2011-2015年和2017年配合实施科技部“西北干旱区抗逆农作物种质资源调查”项目对西北地区甘肃、宁夏、陕西及内蒙古东部等部分县市(区、农场)进行了野生大豆的搜集考察.搜集54个县市(区、旗)、134个乡镇(场)、173个村(点),222份资源(220个居群).搜集资源海拔范围在332～1623 m,约70％资源分布在海拔1000 m以上.鉴定出高耐旱资源2个居群15株;13544个单株Kunitz蛋白质电泳结果显示,83.90％的频率是Tia类型,16.69％的频率是Tib类型,发现两个新的变异体Til和Tim型,并识别出1个稀有的Tiab1类型.测序确认至少15.76％ Tib类型是Tibi7等位基因;Til型是Tibi7等位基因第57号的异亮氨酸(Ile)突变为缬氨酸(Val),Tim型是Tiab1型第159号的精氨酸(Arg)突变为色氨酸(Trp)和第169号遗传密码发生一个无义碱基突变(TrA--CTA).调查显示,α组皂角苷成分普遍存在于中国野生大豆,而我国西北陕甘的大豆含有高比率的α组皂角苷成分品种.目前只有在中国大豆发现有α组皂角苷成分,从化学成分地理分布的角度我们提出栽培大豆最早驯化地在我国渭河流域的可能性.