南京东郊城市湿地水质多尺度空间分异

对南京市东郊的17个城市湿地进行水质监测和植物群落调查,从生态系统、集水区和景观功能区3个尺度揭示城市湿地水质的分异特征.结果表明:湿地类型和植物群落特征是生态系统尺度上影响湿地水质的主要因素;原生湿地的水质普遍优于改造湿地,而改造湿地的水质则普遍优于次生湿地;湿地植物的盖度越大,水质越好.土地利用类型是集水区尺度上影响湿地水质空间分异的主要因素,建设用地对流域湿地营养盐影响程度较大,而林地对溶解氧影响程度较大.人类活动是功能区尺度上影响湿地水质空间分异的主要因素,而其对不同水质指标的影响程度不同.     

城市湿地小流域尺度景观空间分异及其对水体质量的影响——以南京市紫金山东郊典型湿地为例

综合利用遥感、GIS技术、景观生态和实验分析方法,选择南京市紫金山东郊17个典型湿地,在2008年3月至2009年3月期间进行野外湿地水体水质监测。以每个湿地所在的小流域为景观单元,通过SPSS系统聚类分析将17个小流域划分3类,揭示城市化影响区域小流域土地利用特征及其对湿地水体质量影响,结果表明:(1)城市土地利用对湿地水质影响显著。以林地斑块为主要景观类型的小流域水质比以草地斑块为主的小流域水质好,林地面积越大,湿地水质越好;(2)通过引入增强斑块指数ZQI、削减斑块指数XJI、及增强-削减斑块对比指数R_ZXI,进一步揭示小流域内景观格局与水质之间的相关关系。研究表明,当R_ZXI小于-1时,随着R_ZXI的增加,一些易流失营养型污染物质TN、CODMn呈下降趋势,而当其大于-1呈上升趋势;一些易沉积营养物质如TP则表现出相反变化趋势;(3)小流域内各景观斑块空间上分布越均匀,湿地水体中的易流失营养型污染物质表现出下降趋势,而易沉积型营养物质则表现出上升的趋势。     

南京市香樟树皮重金属含量及分布特征

重金属易在大气细颗粒物中富集,经呼吸道进入人体肺泡沉积,危害人类健康。该研究以南京市香樟树皮为对象,选取文教区、交通区、工业区、风景区和商业区5个功能区,探究了不同季节香樟树皮中重金属Cr、Pb、Cu和Zn含量的分布特征,比较了树皮和叶面颗粒物中不同重金属含量的空间分布差异。结果表明:南京市商业区和工业区重金属污染较严重。不同功能区香樟树皮重金属含量具时空分布差异,树皮中重金属含量基本呈秋季冬季春季夏季的季节变化特征,各功能区重金属含量表现为商业区(CA)文教区(CEA)≈工业区(TA)交通区(IA)风景区(SA)。与树皮相比,叶面颗粒物重金属含量较高,商业区叶面颗粒物重金属含量最高,风景区含量最低。经Pearson相关性分析,工业区和文教区香樟树皮中Cr元素具显著相关性(P0.05),Cu与Zn相互对应呈显著相关,表明这两种元素可能具有相似来源;工业区和交通区树皮中Pb具极显著相关性(P0.01)。植物监测可以指示和预测大气重金属污染水平,能反映地区污染情况。     

哈尼梯田湿地景观水体富营养化及截留效应评价

农业非点源污染是导致地表水富营养化的主要因素,而湿地景观对污染物/营养物质有截留功能。以哈尼梯田区大鱼塘村梯田湿地景观类型中的4类地表水为研究对象,于2017年6月(雨季)、12月(旱季)采集36个水样,测定其总氮(TN)、总磷(TP)浓度并分析其时空特征,以富营养化综合指数(PI)和截留量评价其富营养化水平及截留功能。结果表明:雨季所有水样的TN、TP浓度平均值高于旱季,而4类湿地中沟渠水的浓度最高,景观类型上,村寨与梯田区水样的浓度高于森林和河流;富营养化评价显示,所有水样的PI值在雨季大于旱季,4类水体中沟渠水为中度富营养化(PI为2.01),景观类型上村寨区水体为重度富营养化(PI为5.09); TN、TP截留量评价表明,沟渠(1.38 mg·L~(-1)、0.07 mg·L~(-1))、梯田(0.25 mg·L~(-1)、0.08 mg·L~(-1))、梯田区(2.04 mg·L~(-1)、0.17 mg·L~(-1))与河流(0.05mg·L~(-1)、0.00 mg·L~(-1))的截留量高,未造成下游河流水体的富营养化,整个景观表现出明显的截留效应。研究结果为哈尼梯田的生态保护提供了依据。     

普者黑岩溶湖泊湿地湖滨带景观格局演变对水质的影响

湖滨带作为湖泊与陆地之间的过渡带,是健康湖泊生态系统的重要组成部分。湖滨带景观格局的演变会对湿地水质产生重要影响,因此探究影响岩溶湿地水质变化的湖滨带关键景观因子,对深入了解景观格局对岩溶湿地水质的影响过程与机制具有重要意义。选择普者黑岩溶湖泊湿地为研究对象,以2005、2007、2009、2011年共4年的Landsat遥感影像及水质监测数据为基础,通过划定湖泊湿地湖滨带缓冲区域,运用秩相关分析和冗余分析研究湖滨带景观格局对普者黑岩溶湖泊湿地水质的影响。结果表明,湖滨带不同缓冲区内景观结构类型比例差异较大;枯水期水质与土地利用类型和景观格局指数的影响大于丰水期;景观格局在不同缓冲区尺度对岩溶湿地的水质具有不同的效应;随着监测点缓冲距离的增加,个别景观指数可较好的揭示湖滨带景观格局演变对岩溶湿地水质的影响,其中,蔓延度指数(CONTAG)、斑块结合度指数(COHSION)、均匀度指数(SHEI)对水质参数的影响较大,边界密度(ED)、聚集度(AI)对水质参数的影响随缓冲距离的增加逐渐减弱,其他景观指数对水质影响差异并不明显,最大斑块指数(LPI)在缓冲距离≤300m的区域内与水质的关系较密切,面积加权平均斑块分维数(AWMPFD)与水质参数有显著负相关性,多样性指数(SHDI)对水质的影响具有不确定性;另外,大部分水质参数与土地利用面积比例有较好的相关性,且湿地面积比例是表征岩溶湖泊湿地水环境质量的主要指标。     

基于协同发展的北方湿地公园生态修复技术研究——以琉璃河湿地公园为例

以北京房山区琉璃河湿地公园为例, 针对该区水质污染严重、水生态退化及景观单一等问题, 统筹考虑区域生态环境特征及历史文化底蕴, 以水质改善、水生态健康稳定、水景观协调为目标, 基于水环境水生态、水景观“三位一体+”的生态综合治理理念, 采用水系廊道连通、人工湿地及构建水生态系统等一系列适合区域环境特点的关键技术, 逐步实现河流湿地水系连通、河湖水质提升、恢复水生态、打造水景观, 建设成集水文调蓄、生物多样性保护、水质净化及休闲娱乐为一体的城市湿地公园, 协同湿地保护与城市发展战略需求。湿地公园生态修复方案可为北方湿地公园的生态修复提供相应的借鉴。     

湿地芦苇根结合好气细菌群落时空分布及其与水质因子的关系

再生水作为河湖补充水已经成为再生水应用及城市水生态环境改善的重要方面,但是再生水富含营养元素极易导致水体富营养化.湿地微生物作为再生水净化的主要参与者在再生水净化及再生水补水湿地水生态恢复方面发挥重要作用.以北京奥林匹克公园再生水人工湿地净化系统为例,利用ARDRA技术分析湿地净化系统中芦苇根结合好气细菌群落结构的时空分布特征,并借助CCA排序的方法揭示根结合好气芦苇细菌群落结构与水环境因子的关系.结果表明:人工湿地净化系统芦苇根结合好气细菌群落结构季节差异明显,夏季较秋季细菌群落密度增加,群落多样性增高,均匀度增大;与秋季相比,夏季净化系统各处理区细菌群落结构差异较大即各处理区好气细菌优势类群变异较大,偶见类群频度较高,而秋季净化系统中各处理区优势类群趋同,偶见类群频度较低.无论夏季还是秋季空间变异规律均表现为潜流湿地较氧化塘更有利于微生物群落密度增高及细菌群落多样性增加,其季节变异较氧化塘更为显著;与循环水处理湿地相比,再生水处理湿地受进水水质的特有属性影响,具有最高群落密度与群落多样性.环境解释结果表明:芦苇根结合好气细菌类群OTU1、OTU28在净化系统中具较稳定的丰度,是一些生态幅度比较广泛的种属,受水质变量影响较小,在细菌群落的物质和能量代谢中起重要作用,对人工湿地净化系统稳定性具重要贡献.水质变量NH4+、TN、ORP、TP是芦苇根结合好气细菌群落结构季节差异的驱动因子,水质变量NO3-、TDS、pH、Sal则是导致夏季细菌群落结构空间差异的关键因子.     

不同地貌条件下景观对河流水质的影响差异

景观对河流水质的影响在不同地区、不同空间尺度上存在差异。以赤水河流域为研究对象,根据地貌特征将研究区分为喀斯特地貌和非喀斯特地貌,在划分的29个子流域内采集测试水质数据,所选用的水质指标有溶解氧(DO)、电导率(EC)、总氮(TN)和总磷(TP),运用空间分析及数理统计方法,分析流域内不同地貌区景观之间的差异,探究不同空间尺度上景观与水质指标之间的关系。结果表明:(1)流域内景观组成以林地和灌草为主,建设用地和耕地次之,景观组成在不同地貌区各空间尺度上存在差异。建设用地和耕地对水质具有负面影响,且在碳酸盐岩地区更显著;林地对水质具有正面影响;灌草对水质的影响相对复杂。(2)流域内水质表现为碳酸盐岩地区优于碎屑岩地区。景观破碎化指数与总氮(TN)、总磷(TP)呈正相关,是水质变化的重要影响因素;景观聚集度指数与溶解氧(DO)呈正相关;景观破碎化指数和景观聚集度指数与电导率(EC)的关系在两个地区呈相反的结果。(3)不同地貌区景观对河流水质具有不同程度的影响。在两个地区,景观组成对河流水质解释能力最大空间尺度均为河岸带尺度,解释率分别为53.4%和59.1%;景观格局对河流水质解释能力最大的空间尺度在碳酸盐岩地区为河岸带尺度,解释率为62.9%,在碎屑岩地区为圆形缓冲区尺度,解释率为82.4%。因此,在不同地貌区应采取不同的景观优化措施以减少对流域水质的污染。     

1991—2021年现代黄河三角洲土地利用/覆被时空变化及其对人类活动强度的响应

采用1991、1996、2001、2006、2011、2016和2021年7期Landsat系列遥感影像为数据源,在ENVI和ArcGIS支持下构建黄河三角洲景观类型图,运用土地利用动态度、人类活动强度模型、皮尔逊相关系数等方法对近30年黄河三角洲滨海湿地土地利用类型时空变化、人类活动强度及二者的关系进行评价。研究表明：(1)近30年现代黄河三角洲面积呈小幅度波动变化特征,自然湿地、人工湿地和非湿地面积的年均变化率分别为-1.52%、15.17%和1.95%。(2)黄河三角洲土地利用类型由单一逐渐多样,综合土地利用动态度在2011—2016年最大(3.28%)。(3)研究时段内现代黄河三角洲建设用地当量面积和人类活动强度指数均呈现上升趋势,30年期间建设用地当量面积由212.33 km²增至501.26 km²,人类活动强度由7.93%升高至18.84%。(4)研究期内现代黄河三角洲土地利用/覆被时空变化与人类活动强度变化具有一致性、同步性和显著相关性,说明人类活动与研究区土地利用变化关系密切。     

黑河中游湿地景观破碎化过程及其驱动力分析

在遥感和GIS技术支持下,基于1975-2010年长时间序列遥感影像,选取斑块密度指数(PD)、景观内部生境面积指数(IA)、斑块平均面积指数(MPS)、斑块形状破碎化指数(FS1、FS2)等具有典型生态意义的景观指数模型,系统分析了黑河中游湿地景观的破碎化过程,并结合灰色关联分析、主成分分析等方法,探讨了影响研究区湿地景观破碎化过程的各驱动因子.结果表明:近35年来,研究区湿地景观破碎化主要表现为斑块平均面积的萎缩,斑块密度的上升以及斑块形状破碎化指数的增大.整个研究时段内,研究区湿地斑块平均面积减少了48.95hm2,斑块密度的上升0.006个/hm2;导致黑河中游湿地景观破碎化发生和发展的驱动力包含自然和人文两个方面.自然因子对湿地景观破碎化进程的影响则主要体现在气温和降水上,而且气温对湿地景观破碎化进程的影响程度明显大于降水.但在1975-2010年间的这一较小时间尺度上,人类活动对湿地景观破碎化的贡献率明显高于自然因子,人类活动能力的增强以及影响范围的不断扩大是引发黑河中游湿地景观破碎化的主因.     

城镇用地扩张对城市热环境的影响

以快速城市化的典型区域广东省东莞市为例,以Landsat/TM、ETM~+为主要数据源,采用单窗算法反演地表温度,提出多时相数据标准化处理方法,构建相对热效应指数、热贡献指数、冷贡献指数,定量研究城镇用地扩张对城市热环境的影响.结果表明:1990-2005年,东莞市城镇用地扩张迅猛,高温区由岛状向带状再向面状扩张.城镇用地的相对热效应指数先增大后减小,1990年为0.6,2000年为1.0,2005年为0.6;热贡献指数持续增长,1990年为4.5%、2000年为38.4%,2005年为62.9%;冷贡献指数逐步增长,1990年为1.2%,2000年为1.8%,2005年为6.8%.

Abstract：

Taking the rapidly urbanized Dongguan City of Guangdong as a ease, and by using Landsat/TM and ETM~+ data, the land surface temperature (LST) was retrieved via mono-win-dow algorithm. A standardized method for treating the LST was proposed, and three thermal envi-ronment indices (relative thermal effect index, heat contribution index, and cold contribution in-dex) were built to quantitatively study the effects of urban land expansion on urban thermal envi-ronment. In 1990-2005, the urban land area in Dongguan had a rapid expansion, and the high temperature zone expanded from island-shape to belt-shape and then to lamina-shape. The rela-tive thermal effect index of urban land decreased after an initial increase, being 0. 6 in 1990,1.0 in 2000, and 0. 6 in 2005. The heat contribution index increased persistently, which was 4. 5% in 1990, 38.4% in 2000, and 62.9% in 2005, and the cold contribution index increased gradually, which was 1.2% in 1990, 1.8% in 2000, and 6. 8% in 2005.     

From the urban metabolism to the urban immune system

Urban areas face mounting risks from many sources. Cities pursue myriad tactics to resist, recover from and adapt to shocks and stresses, but little is known about how these approaches relate across the scales of a city nor how cities compare in their abilities. Part of the challenge in addressing these gaps is that the risk to cities is typically studied with an emphasis on one or a few hazards or through the lens of a singular sector. This paper proposes a framework, dubbed the Urban Immune System (UIS) to coalesce and expand industrial ecology research on urban risk management. In the same way that Urban Metabolism (UM) is a unifying framework for urban environmental sustainability, UIS can be a unifying framework for urban resilience, especially related to climate change. Herein, UIS is defined, its many capabilities are dissected and linked to disparate studies; and opportunities for application of the concept are provided. The paper concludes by examining the relationship between UIS and climate change and by identifying those attributes of the UIS that are expected to be of increasing importance under climate change.     

绿地格局对城市地表热环境的调节功能

城市绿地作为一种稀缺资源,为城市可持续发展提供多种生态服务功能保障.探讨如何在有限的土地资源内合理配置城市绿地,使其发挥最大的生态服务功能非常重要.研究基于北京市2002年7月的QuickBird数据和Landsat 7 ETM+数据分别提取城市绿地格局和地表温度,分析城市绿地格局(绿地面积、形状指数、邻接关系)与绿地地表温度及冷岛强度的相关关系.邻接关系包括邻接绿地斑块个数百分比和邻接绿地斑块面积百分比.邻接绿地斑块面积百分比采用缓冲区分析法,主要以乔木林地对地表热环境的调节作用为例.结果表明绿地格局参数对地表温度的影响相差较大:①城区主要的绿地类型(乔木林地、水体、草地)的温度都与其面积呈显著负相关,其中水体的相关系数最高;②只有乔木林地、水体的温度与其形状指数呈显著负相关,而灌木林地的温度与各个格局参数不相关;③乔木林地的缓冲区分析显示温度与其大小、形状、邻接绿地面积百分比关系都呈负相关,其中与邻接绿地面积百分比的相关关系最强,其冷岛强度也主要受邻接绿地面积百分比的影响.基于遥感识别的城市绿地微气候调节功能研究,有助于提高有限的城市绿地的生态服务功能,并可为城市绿地的规划管理和景观分析提供依据.     

Drivers of urban metabolism: Toward a framework for urban transformations

The environmental and social crises in cities call for radical future visions that can incite transformative change. Yet, urban metabolism research typically adopts an explanatory, retrospective approach to the drivers of urban flows and stocks, resulting in conservative, business-as-usual future outlooks. In this study, we present the results of a narrative literature review on drivers and futures of urban metabolism, and consequently use these results to propose and apply a framework that can be used by researchers (i) to systematically identify the drivers of urban metabolism, and (ii) to critically engage with these drivers for the development of transformative future visions. The framework comprises seven thematic categories of drivers (demographic, economic, cultural, political, technological, environmental, and infrastructural) and an eighth category (power) to be used as the lens through which the interactions between drivers, activities, and flows in the city are critically examined. Applying the framework to the case study of biowaste management in Rennes, France, we found it useful for the systematic identification of often overseen drivers. The proposed framework, allowing for a combined analysis of flows and drivers, can become a useful tool toward a solution-oriented urban metabolism research.     

京津唐城市群土地利用变化的区域增温效应模拟

土地利用变化与大气相互作用,影响区域气候,而城市及其周边地区受人类活动影响很大,成为土地利用变化最为强烈的区域。利用耦合了城市冠层模型的中尺度大气模式(WRF/UCM),在2008年的初始大气条件和边界条件下,用20世纪70年代后期和2008年两期京津唐地区土地利用资料替换WRF/UCM模式推荐的地表覆盖数据,模拟分析不同土地利用类型及其变化对应的气候差异情况。在此过程中,利用插值方法(ANUSPLIN)得到京津唐及其周边26个气象站点观测气温的插值数据,并以此在时空尺度上对比验证了模式的模拟结果。结果表明:WRF/UCM较好地模拟出了近地表2 m的气温,无论在空间上还是在时间上都表现良好;由城市扩展主导的土地利用变化导致研究区大部分区域的增温幅度大于0.05℃,且最大的增温区域出现在城市扩展区,可达1.31℃。此外本研究初步探讨了土地利用变化的增温贡献率,结果显示研究区土地利用变化导致增温0.08℃,整体贡献率为9.88%,城市扩展区增温0.29℃,表示出了城市扩展导致的增温贡献率达到32.75%。     

长三角城市群碳排放与城市用地增长及形态的关系

城市是一种重要的碳源,城市扩张过程中的用地面积增长和空间特征变化均会影响城市碳排放。分析1995—2015年长三角城市群碳排放重心转移,查明碳排放和城市用地增长的脱钩状态时空变化,并通过构建面板数据模型探究城市形态对碳排放的影响,得出以下结论:(1) 1995—2015年长三角城市群碳排放重心经历了西南向-西北向-东南向-西北向的转移过程,这种转移过程与其相应时期内部分城市的工业发展与产业结构调整有关;(2) 1995—2015年,长三角城市群碳排放与城市用地增长的脱钩状态存在着显著的时空异质性。研究区由以扩张负脱钩为主变化为以弱脱钩为主,2005年以后,区域之间的脱钩差异开始缩小,总体来看研究区脱钩状态趋向于同质。至2015年,近70%的城市已达到了脱钩,其中上海等城市实现了强脱钩;(3)连续完整的地块在区域内的主导程度会对城市碳排放产生负向的影响,而城市用地斑块的破碎化程度和聚集程度对碳排放有着正向的影响,且相对而言,聚集程度的正向影响更为显著。     

Residents' evaluation of urban environments: attraction of urban life and anxiety associated with traffic accidents and urban crimes

The results of questionnaire and interview surveys conducted in Mitaka and Musashino cities are presented for investigating of residents' evaluation of their urban environment, particularly regarding its attractiveness. A special attention was paid to residents' evaluation with regard to anxiety associated with traffic accidents and urban crimes. The urban infrastructure and residents' responses were examined using a Geographic Information System (GIS). Attractiveness associated with the urban environment was classified into two categories: "attractiveness in daily life" and "attractiveness in non-daily life." The residents valued opportunities for relaxing and living in comfort. In non-daily life, the residents specifically valued improved living conditions and harmony between the natural environment and commercial facilities. They attributed crime anxiety to trees, narrow streets, obstructed views, dark areas and a gloomy atmosphere. Residents regarded violent crimes as being prevalent, but considered trespassing and property crimes infrequent. The residents' anxiety about traffic accidents was caused by reckless driving habits, narrow streets, lack of separation between roadway and pedestrians' ways, heavy traffic, and obstructed views. Residents cited main roads and intersections as locations of anxiety, which concurred with frequent accidents.     

Butterfly-plant network in urban landscape: Implication for conservation and urban greening

Butterflies (Insecta: Lepidoptera) contribute to the ecosystem services and thereby qualify as a group deserving conservation effort. Information on the butterfly-plant links is used as a foundation to sustain population and enhance conservation and management. Thus, in the present study, the structure of a butterfly-plant network in an urban landscape like Kolkata, India, was deciphered highlighting metrics like degree distribution, nestedness, and interaction strength and specialization index. A total of forty eight butterfly species associated with thirty different angiosperm plant species were observed during the study period of one year. While Lantana camara was observed to be the dominant plant species with 37 links to different butterflies, the Catopsilia pyranthe butterfly species was dominant in terms of the generalist pattern of links (21 links) with the plants. Differential ability of the shrubs and herbs in the sustenance of the butterflies was reflected in the network indices using the herbs and the shrubs, separately. In urban landscapes with restricted variety of flowering plants, an estimate of relative strength of interactions enables identification and further use of the concerned species in sustaining butterfly populations. In accordance with these propositions, the butterfly-plant network illustrated in the present instance may prove useful in selection of plant species required for the enhancement of population of desired butterfly species in urban areas like Kolkata, India.     

城市扩张背景下城市群环境问题的区域性特征分析

作为区域空间组织的重要形式,城市群已经成为促进城市化快速发展的重要地区,同时也逐渐成为生态环境问题高度集中的地区。采用夜晚灯光影像在分析京津冀、长江三角洲和珠江三角洲城市群空间扩张进程的基础上,从空气质量、工业固体废物处置利用情况以及植被覆盖度3个方面对三大城市群环境问题的区域性特征及其敏感区进行分析。结果表明:三大城市群空间扩张进程不断加快,并逐渐形成城市用地连绵区,长江三角洲城市群城市用地连绵区范围最大,珠江三角洲城市群城市用地连绵区范围高于京津冀城市群;从城市群层面看,三大城市群在空气质量、工业固体废物综合利用率以及植被覆盖度演变方面已呈区域性特征,城市化水平与工业固体废物综合利用率呈正相关,与城市群植被覆盖度呈负相关;从城市层面来看,空间扩张较快的宁波市和北京市为长江三角洲和京津冀城市群在空气质量、工业固体废物综合利用率以及植被覆盖度方面的敏感区,中山市为珠江三角洲在工业固体废物综合利用率以及植被覆盖度方面的敏感区。环境问题的区域特征以及环境敏感区分析对环境治理工作具有一定的指导作用,对区域的可持续发展具有一定的现实意义。     

Ecology and urban planning

Urban areas harbour diverse nature ranging from semi-natural habitats to wastelands, parks and other highly human-influenced biotopes with their associated species assemblages. Maintenance of this urban biodiversity for the residents and for its intrinsic value in the face of increasing population and expanding cities requires that ecological knowledge should be better integrated into urban planning. To achieve this goal understanding of ecological patterns and processes in urban ecosystems is needed. The first step in the necessary urban ecological research is to find out what kind of nature exists in cities. Second, knowledge about ecological processes important in urban nature is required. Although ecological processes in cities are the same as in rural areas, some of them, such as invasion by alien species, are more prevalent in urban than in rural conditions. Third, based on ecological knowledge, management schemes maintaining the diversity of urban nature should be designed. These procedures should also include protection of urban nature, e.g. in urban national parks. Finally, as ecology alone cannot provide the complex information about human influence on urban ecosystems, interdisciplinary research involving natural and social sciences is imperative for a holistic approach to integrating ecology into the process of urban planning.