水-粮食-能源关联系统述评:文献计量及解析

水、粮食和能源安全是联合国2030可持续发展议程的核心内容.世界范围内水资源短缺、能源短缺和粮食不足导致区域冲突加剧,因此需要重新审视水、粮食和能源安全及内在关联.以往研究大多关注单一独立要素,或在水、粮食和能源中的两元素之间建立二元局部联结,缺乏将三者作为一个系统的研究.本文通过对1995～2018年长时序中水-粮食-能源关联系统进行文献计量分析,应用引文空间(Cite Space)技术,梳理水-粮食-能源关联系统的研究历史与现状,为形成三元协同管理策略提供理论依据和决策支撑.分析发现:系统关联受到国际社会的普遍关注,其中水要素的研究社群相对活跃. 2010～2016年间的研究体现出日益加强的多领域交叉特点.在区分目前文献中"强关联"与"弱关联"的基础上,阐明水、粮食、能源作为彼此的投入与产出要素,相互之间存在密切关联并形成了跨越部门和区域的级联效应;水、粮食和能源3个资源要素构成一个整体的系统,即水-粮食-能源命运共同体.未来仍需针对关联系统的边界、影响因素和生态环境效应等建立研究框架,探讨多要素耦合驱动机制.采用"合奏式"的思路,可以克服现有的单一部门资源管理模式,突破不同部门相互割裂的局限,有利于协调不同自然资源,增加协同效应,提高系统效率.     

水循环的地质演变:研究现状与关键问题

由大陆-海洋-大气之间水的3种相态(固态-液态-气态)相互转换和位移构成的水循环,是地球气候系统的主要过程之一.太阳辐射量在地球表面分布不均匀,是地表水循环的基本驱动力.水循环与碳循环密切关联,是气候系统演变中的两条主线.不同时空尺度的水循环和碳循环受天文、地质和生物因素以及它们之间相互作用的控制,揭示水循环地质演变过程及其与气候变化之间的关系,可为了解当今水文气候变化提供宝贵启示.通过水循环地质演变研究现状回顾,提出如下5个科学问题应在未来予以重点关注:(1)雪球地球时期的水循环;(2)植被起源和演化对水循环的影响;(3)深时热带辐合带(inter-tropical convergence zone, ITCZ)的演变与水循环;(4)暖室期地下水与海平面变化;(5)深时水循环中的氧同位素示踪.同时建议我国未来亟须加强的4个研究方向:(1)深时冰室期向暖室期转变中的水循环;(2)深时水循环与生态系统演变;(3)深时水循环研究方法的发展;(4)深时水循环与长周期地球系统演变的数值模型.     

生态气象:起源、概念和展望

生态气象是应人类面临的生存环境危机而兴起的地球系统科学新兴学科,已经成为大气科学的二级学科.本文阐述了生态气象的学科起源、概念、主要研究内容与特征,指出生态气象是研究生态系统与气象条件之间相互关系的科学,是地球系统多圈层相互作用的核心,服务于人与自然和谐发展;探讨了生态气象观测的主要指标与可能的业务服务产品;阐释了生态气象研究与生态文明气象保障、气象防灾减灾和应对气候变化的关系;指出当前生态气象迫切需要开展的重点研究任务:(1)生态气象长期观测联网研究;(2)基于大数据与人工智能的生态气象信息提取与分析技术;(3)生态系统对气候变化的适应性及其变化归因;(4)生态系统主要气象灾变机制及其致灾临界气象条件;(5)陆地生态系统关键物候期对多环境要素响应的生理生态机制与模拟模型研究;(6)耦合生物-物理-化学-管理过程的生态气象数值模式研发;(7)陆地生态系统变化对气候系统的反馈作用与可持续发展对策研究.     

基于个体差异的大样本脑影像数据在心理学研究中的应用

心理学研究通常借助认知神经科学的技术手段,揭示人格、认知以及情绪等心理结构的脑机制.然而,以往的研究结果通常会受到被试样本量较小、实验设计和数据分析技术的制约.同时,个体在行为反应、认知或情绪加工中所表现出的个体差异也容易被忽视.人类的行为活动是基因、脑和环境相互融合、相互关联统一的有机过程.因此,调查个体成长的相关环境因素和生活经历,并收集相关的人格、情绪和认知等大样本化的行为、多模态脑影像数据,有利于从个体差异的角度探讨:(1)人格特质个体差异的神经基础;(2)情绪相关的个体差异的神经基础;(3)认知能力的神经基础;(4)建构环境-人格-大脑-行为反应相互关联的预测模型.本文选择性地阐述近期国内外一系列探讨大样本脑影像与行为之间关系的研究,从个体差异的角度探讨行为活动、人格、情绪以及认知能力的神经基础.     

老龄健康影响因素的跨学科研究国际动态

本文从四方面综述并讨论老龄健康跨学科研究的国际新动态与进展:(1)发达国家高度重视和不断加强对老龄健康跨学科研究及其研究策略选择;(2)老龄健康的社会行为和环境影响因素研究;(3)老龄健康相关遗传基因研究;(4)社会行为、环境、遗传因素的交互作用对老龄健康影响研究.同时阐述国际上关于老龄健康跨学科研究的若干案例以及我国关于老龄健康影响因素调查和健康长寿候选基因研究方面取得的一些可喜进展与仍然十分薄弱的现状.最后对今后如何开展老龄健康的跨自然与社会科学综合交叉研究提出思考与展望,认为积极推进我国老龄健康跨学科研究势在必行,而我国学者可望为人类应对人口老化严峻挑战做出突出贡献.     

长白山阔叶红松林木本植物繁殖特征及其关联性

为了探究群落水平上木本植物有性繁殖特征及其关联性,对长白山阔叶红松林25 hm2大型动态监测样地内木本植物进行了调查分析.结果表明:(ⅰ)该森林木本植物在繁殖性状方面表现出复杂的多样性,同时,不同繁殖特征如性系统与传粉方式、果实类型之间,以及与种子质量和生活型等生态特征之间存在关联性;(ⅱ)样地内49%的物种是两性花植物,27.5%是雌雄同株植物,23.5%为雌雄异株植物,雌雄同株植物所占比例与热带森林相比偏高;(ⅲ)不同性系统的物种花期基本同步,而果期则表现出较大的差异;(ⅳ)和热带、亚热带森林的研究结果类似,性系统和传粉方式、果实类型、生活型之间都表现出明显的相关性;(ⅴ)不同性系统之间种子质量差异显著,雌雄同株的种子质量最大,两性花的最小.另外,不同生活型的种子质量之间也存在着明显差异,乔木种子较灌木种子更轻.总体来看,长白山阔叶红松林各繁殖性状之间有复杂的关联性,而且还表现出"常见种以虫媒传粉、雌雄同株的树种居多"这一温带森林独有的特点.     

近百年中国气候变化科学问题的新认识

全球和中国的气候变化问题日益受到各国政府、科技界和公众的关注.其中科学问题作为气候变化影响和对策的科学基础与支撑,得到了广泛而深入的研究,无论在国际上还是在中国都取得了重大进展.本文从全球的视野对与中国气候变化有关的6个方面的重要科学进展和新认知作了概述.它们包括:(1)近百年中国区域地表气温和大气平均气温的变化特征;(2)中国地区的水循环与区域降水变化;(3)亚洲季风的长期变化与原因;(4)海洋在近百年中国气候变化中的作用;(5)中国气候变化的原因;(6)全球与中国气候变化的预估和检验.最后,本文对未来中国气候变化研究需要加强的重点科学问题也提出了研究建议.     

地质作用与碳循环研究的回顾和展望

大气温室气体浓度升高与全球气候变化相互关系的探讨使地球系统的碳循环受到了越来越多的关注. 后者是指碳在岩石圈、水圈、大气圈和生物圈之间, 以CO₃^2- (以CaCO₃, MgCO₃ 为主), HCO₃^-1, CO₂, CH₄, (CH₂O)_n(有机碳)等形式相互转换和运移的过程. 它既可制约一系列资源环境问题, 如农林业和水泥生产、化石燃料的形成分布、大气CO₂ 浓度变化等, 也受制于一系列地质作用, 如风化作用、搬运沉积作用、地震火山作用等.掌握其运行规律和机制, 是可持续发展的重要科学支撑.     

“一带一路”沿线区域21世纪极端高温热浪风险预估

极端高温热浪可能对社会经济和自然生态系统产生多方面的影响,全球增暖背景下增多的高温热浪相关灾害威胁到"一带一路"沿线这一气候类型复杂、且经济基础薄弱区域的可持续发展.在高温高湿环境下,人体健康面临更大威胁,与传统研究仅考虑温度这一变量相比,考虑温度-湿度的综合作用可以更好地解释人体在高温环境下的热负荷,进而更好地衡量高温热浪事件的强度特征.因此本研究基于ISI-MIP全球气候模式模拟试验和NCARCIDR人口预估数据集,以一个反映温度-湿度协同效应的热浪指数表征极端高温的健康风险,对21世纪该区域不同风险等级高温热浪的发生频率及人口暴露度的变化进行了预估.结果表明,在未来温度-湿度变化综合影响下,"一带一路"沿线大部分区域的高温热浪强度和频次呈现不同程度的增加趋势,在两种典型气候-社会经济情景(SSP2-4.5和SSP3-8.5)下,到21世纪末全区各等级极端高温热浪的人口暴露度总和将增加至基准时段(1986～2005年)的2.0和3.3倍,且越高风险等级(对人体健康影响越大)的高温热浪出现频次及其人口暴露度的相对增加越突出.极端高温热浪及其人口暴露度最突出的增加出现在低纬度的南亚和东南亚地区,对这些区域发展中国家的大量人口构成潜在威胁.总体上气候因素对人口暴露度增加的贡献最大,但气候/人口因素的相对贡献大小存在明显的区域差异.     

区域主要作物生产实体水-虚拟水耦合流动过程解析与评价

水安全是粮食安全的刚性基础.在农业生产过程中(产前、产中、产后)自然-经济-社会(三元)因素驱动下,其水资源消耗形成实体水-虚拟水(二维)嵌入转化、互为反馈、相互影响的耦合流动过程.本文基于实体水-虚拟水"二维三元"耦合流动理论,集成构建了以水量为参数的区域作物生产广义实体水-虚拟水耦合流动过程量化方法,并应用于我国"丝绸之路经济带"沿线西部六省,对其1985～2013年主要作物实体水-虚拟水耦合流动过程进行解析与评价.揭示了区域作物生产实体水-虚拟水耦合流动现象,发现六省间水资源消耗与流动存在资源与经济效益的此消彼长现象.表明以农田尺度实体节水为目标的资源单视角传统农业水资源管理理念,已不足以实现多空间尺度水资源的资源-经济同步高效利用的管理目标,而具有资源-经济-社会三重意义的区域农业全产业链实体水-虚拟水统筹管理应为有效解决思路.基于此,初步提出三点思考:(1)现代农业节水应实体水-虚拟水统筹考虑;(2)需加快突破农业生产实体水-虚拟水耦合流动量化、评价方法与调控关键技术;(3)建议基于农业全产业链视角,建立基于实体水-虚拟水二维度理论的农业水资源管理体系,确保实现各阶段水资源管理"三条红线".     

丝绸之路经济带自然灾害与重大工程风险

丝绸之路经济带穿越了地质结构复杂、构造运动活跃、气候条件多变的地区,区域内各种原生和次生自然灾害频发.地震作为典型的原生自然灾害具有突发性强、危害范围广、破坏严重等特点,并诱发一系列次生灾害.气象灾害具有种类多、空间分布广、时间跨度大等特点.山区地质灾害大多由地震、极端降雨等灾害诱发,具有类型多样、分布广泛、危害严重等特点.该经济带沿线各类自然灾害风险严重影响沿线各国深入合作与交流,制约着社会经济的快速发展.本文阐述了丝绸之路经济带上地震灾害、气象灾害和地质灾害等三类主要自然灾害特点及其发展趋势,并针对丝绸之路经济带上的重大工程建设,提出了5点应对策略:(1)建立丝绸之路经济带孕灾背景和灾害数据库;(2)集成现有的灾害防控技术,研发减灾关键技术;(3)发展空-天-地立体、全天候的监测预警方法;(4)科学评估灾害风险;(5)建立多国协调减灾和信息共享机制.     

编者按

节约能源和资源、保护环境、实现可持续发展是人类社会面临的共性问题,也是制约我国社会和经济持续高速发展的关键瓶颈.在35亿年的演化、进化和生存竞争中,动植物获得了多功能的表面织构、轻质高强耐损伤的     

化学(物质)污染与可持续发展

一、概述 环境问题与国民经济可持续发展休戚相关。全球性十大环境问题是:(1)大气污染;(2)臭氧层耗损;(3)全球变暖;(4)海洋污染;(5)淡水资源紧缺和污染;(6)土地退化和沙漠化;(7)森林锐减;(8)生物多样性减少;(9)环境公害;(10)有毒化学品和危险废物。其中至少有7个直接与化学物质污染有关(1,2,3,4,5,9,10)。 我们正生活在一个化学品充斥的世界里面,在过去的40年,全球化学品的种类与年产量均以指数关系急剧增长,到1993年已近4亿吨。现在大约每隔不到10年产量就翻一番,而人类普遍使用的化学品大约有8万种之多,它们对提高人     

政治与经济自由密切相关吗?

政治和经济自由之间的关系是具有当代意义的理论和实践命题.政治作为以国家通过权威机制分配有限资源为核心的社会公共活动,必然构成对社会成员个体的某种强制、规范和约束.对于政治基本构成单元的社会成员个体而言,如何免于政府的不当侵犯从而保障个体的自由空间,从而成为个人自由诉求的核心内涵.作为政治权威的对应存在和个人自由的重要内涵,经济上的自由诉求与政治上的制度安排、政策行动之间存在着密切的联系.20世纪中期以后行为主义的发展以及政治研究的"科学化"努力,为从实证研究的角度寻求政治与经济自由之间的因果联系提供了方法论支持.本文围绕经济自由与政治自由、经济自由与政治民主化、经济自由与政治腐败、经济自由与政治稳定等四个方面,评述了政治和经济自由关系实证研究的最新进展.现有实证研究给出了二者的相关性判断,却无法排除其他变量的影响和诸多其他因素的交互作用,从而未能给出确定二者因果关系的充分证据.在更深层意义上,这种努力的失败可以归因于政治和自由本身是极其复杂的社会实践和价值选择过程,必然涉及制度安排、政策取向以及更具争议性的意识形态问题,从而应该在更广阔的理论视野和实践选择中予以审视和反思.     

冰冻圈水资源对中国社会经济的重要性:基于多级流域尺度分析

冰冻圈水资源为全球寒区旱区生态安全和社会经济发展提供重要保障.随着气候变暖导致冰冻圈水资源供给变化以及社会经济增长对水资源需求增加,区域水资源短缺风险不断加剧.鉴于此,加强冰冻圈水资源与社会经济关联研究至关重要.本研究首先在三级流域尺度上系统分析了中国冰冻圈水资源的空间分布特征及其影响区人口和GDP时空变化格局,然后进一步综合供给和需求两侧指标,评估了冰冻圈水资源对社会经济的重要性.结果表明:(1)中国冰冻圈及其影响区共涵盖7个一级流域、38个二级流域和84个三级流域.(2)从冰冻圈要素的重要性看,塔里木河、羌塘高原以及雅鲁藏布江等流域冰川面积和储量较大,青藏高原腹地和松花江流域多年冻土覆盖率较高,松花江区、新疆北部以及青藏高原西南部平均积雪深度较大.(3)以2015年为基准,计算得到冰冻圈水资源重要影响区人口和GDP分别约为2.63亿和11.4万亿元,分别占全国23.1%和16.5%,主要分布在我国一、二级地形阶梯分界线的东南部和北部以及三级阶梯北部; 1995～2015年间冰冻圈重要影响区人口占全国比重增加(由24.4%增为26.8%), GDP占全国比重下降(由21%降为19%).(4)冰冻圈水资源对中国社会经济的重要性与冰冻圈影响区社会经济规模在空间上基本一致,然而,青藏高原西南部虽然冰冻圈水资源供给功能强大,但因为社会经济规模很小,所以服务的现实作用有限.     

放牧对草地生态系统磷循环调控机制的研究进展与展望

放牧是全球范围内草地生态系统最主要和最直接的利用方式.磷(P)是植物生长所必需的大量元素,同时也是草地初级生产力的关键限制性养分元素,广泛参与植物的光合、呼吸等重要代谢过程.放牧通过直接和间接作用影响草地植物和土壤各组分的P含量和P库,进而通过正负两种反馈影响生态系统的P循环.目前,国内外有关放牧对草地P循环的影响机制,特别是P循环的生物学过程和机制尚不十分清楚.本文总结了有关放牧对植物和土壤各组分P含量及P库的影响及其机制,并对该领域的几个重要研究方向和亟待回答的科学问题进行了展望.未来研究中需要重点关注的问题包括:(1)土壤微生物量P组成沿不同放牧强度的变化,以及放牧对土壤微生物P源和汇的影响机制;(2)放牧如何影响土壤磷酸酶的活性(磷酸单酯酶、磷酸二酯酶、三磷酸单酯水解酶等)进而调控土壤中P的矿化过程;(3)放牧如何调控P在植物-土壤-微生物系统中的转化过程;(4)采用分子生物学和组学的手段,揭示土壤微生物在P循环及生态系统功能中的作用,以及放牧如何影响植物和根际微生物,进而调控生态系统P循环;(5)不同放牧强度如何影响植物多样性、菌根真菌多样性及两者之间的关系,进而影响植物对P的吸收和利用,以及地上和地下生物量P库;(6)不同家畜种类的食性差异及其对磷循环的影响机制;(7)其他植食动物(野生食草动物、植食昆虫、啮齿动物、蚯蚓、植食性线虫等)在草地生态系统P循环中的作用;(8)不同放牧强度如何调控生态系统各营养级组分的N:P化学计量关系,进而影响N、P循环之间的耦合关系.     

碳酸盐黏土型锂资源的发现及意义

黏土型锂资源具有矿床规模大、分布稳定、开发利用成本低的特点,成为近年来全球寻找新类型锂资源的一个重要方向.已报道的黏土型锂矿床成因上均与火山物质联系密切,本研究提出了成因机制与碳酸盐岩风化-沉积有关"碳酸盐黏土型锂矿床"的成矿新类型.主要地质地球化学特征可归纳为:(1)成矿物质来自基底的不纯碳酸盐岩;(2)主要以吸附方式存在于蒙脱石相中;(3)沉积环境对锂的富集具有重要的控制作用,还原、低能、滞留、局限的古地理环境有利于Li富集;(4)除Li外,还可能有Ga和REE的富集.根据这一新的成矿模型,通过科研示范性勘查,在滇中地区获得34×10~4t氧化锂资源量,达到超大型规模,验证了"碳酸盐黏土型锂矿床"这一新类型资源的成矿潜力.由于我国具有这一有利成矿条件的地区众多,可以预期,碳酸盐黏土型锂资源将有望成为我国新的重要的锂资源来源.     

大中型水库富营养化状态及保护对策分析

随着人类社会经济的不断发展,水库富营养化问题已成为当今世界水污染治理的难题,也是困扰中国经济发展的主要环境问题之一.水库富营养化不仅影响我国经济的可持续发展,还严重威胁饮用水安全和人们身体健康,近年来,水体富营养化越来越受到人们的重视.文章初步掌握了一些大中型水库的富营养化状态,并对水环境问题及其富营养化预测技术进行了深入系统的研究,制定了水库的富营养化有效的防治措施,为水环境的改善、水体污染物的减排和饮用水安全提供了强有力的科技支撑.     

中国山区国土空间特性与区域发展*

中国是一个多山的国家,其地理空间的差异性与山地有着诸多联系,甚至是必然性的联系。山地的纵横分布构成了独特的地域空间,导致陆地表层过程的复杂性与分异性凸显,对自然系统和人文社会的演进都产生了不同程度的影响与制约,进而关联到山区国土空间开发格局变化及其可持续发展。充分认识中国山区国土空间特性,对因地制宜地促进山区经济社会发展具有全局性意义,是确保绿水青山本源、维系国家可持续发展战略的重要基础。     

北极地区快速升温的驱动机制研究进展

受全球持续暖化影响,北极地区近地表气温正在以超过全球平均两倍以上的速度急剧升高,称为"北极放大"效应.北极的快速升温与地气系统的能量收支异常直接相关,学术界基于模式模拟、卫星观测等多种手段开展了大量研究工作,并提出了一系列的理论和证据,尝试从能量收支的角度对"北极放大"效应的驱动机制进行解释.对驱动"北极放大"的各种潜在机制的理论基础进行了阐释,并回顾了各种驱动机制的研究进展.综合现有研究表明,北极的快速升温既与受北极独特的地理、大气环境影响形成的多种辐射反馈机制(如海冰反照率辐射反馈机制、边界层大气逆温引起的温度梯度正反馈机制、普朗克反馈机制等)有关,也可能是由地球大气、海洋环流异常引起的极向物质与能量传输增强所致.通过对现有研究进行综合分析指出,受研究方法存在一定缺陷、高质量且时空完整的长时序辐射产品的缺乏,以及探索不同因素之间关联机制的综合性研究的缺少等影响,目前对于北极地区快速升温的关键驱动机制仍无定论,不同理论之间存在很大的分歧.进一步指出,长时序、高质量的地表与大气辐射产品研发,研究方法的进一步优化与各种气候因子变化对地气系统能量收支扰动的更准确量化,以及针对不同气候因子之间内在关联机制的综合分析,将是未来提升北极地区气候变化研究的重要方向.