城市生态网络分析研究进展

自生态网络分析方法提出40多年来,其理论发展和应用实践不断拓展,但直至21世纪才不断引入到城市生态系统研究中,用以分析城市内部多个主体和多种生态流构成的关联网络。目前,城市生态网络分析集中于生态网络分析方法与指标的拓展及多尺度的应用研究,而生态网络分析方法又形成了上升性分析和环境元分析两大分支,多尺度应用涵盖了城市镶嵌的区域背景尺度和城市内部产业部门之间的细节尺度。然而,当前研究仍存在着多尺度融合、多种生态网络分析方法集成不足等问题,这限制了城市生态网络分析方法在城市规划设计中的应用。未来城市生态网络分析研究集中于如下3点:(1)开展多尺度城市生态网络分析,包括城市群-城市-园区/社区等,构建多级嵌套生态网络模型;(2)集成上升性与环境元分析方法,提出由外在表征到内在过程的城市生态系统评价模式及模拟方法;(3)强调自然节点在城市生态网络中的重要作用,形成社会经济节点与自然节点并重的生态网络模型,并强调构建多精度的生态网络模型服务于不同的研究目的。     

生态网络分析方法研究综述

生态网络分析方法是分析生态系统作用关系、辨识系统内在、整体属性的一种有效的系统分析方法。总结了生态网络分析方法的主要研究成果:网络结构特性、网络稳定性、网络上升性、网络效能等;介绍了构建生态网络模型过程和群落构建规则;以德国西部城市诺伊斯河口氮循环为例,介绍David K是如何运用生态网络分析方法来揭示网络中的微动力流循环规律。生态网络分析方法的主要贡献:(1)对人们凭经验感知的生态系统分室间的关联关系,采用了严密的数学模型和推导进行了描述和证明;(2)为生态系统的微动力流循环的研究提供了方法,对生态系统中物质流的间接循环作用进行了科学论证;(3)不仅为分析生态系统提供了一种科学的数学方法,而且,它为探索生态系统提供了不同与牛顿世界观的崭新的认识论。总结与回顾生态网络分析方法,有益于该方法的运用和进一步完善。     

厦门市城市能源代谢综合分析方法及应用

城市代谢理论目前被认为是系统解析城市病症结的重要切入点。能源是人类活动和城市发展的物质基础, 研究其代谢规律可以揭示城市能源利用过程中存在的问题及其代谢污染物的生态环境效应, 从而为城市能源规划与管理提供科学依据。文章在部门调研数据、统计年鉴数据和文献资料分析的基础上, 提出了一种基于能量流的城市能源代谢综合分析方法。该方法系统分析能源在城市内部的流动过程, 全面核算5 种主要代谢污染物的排放量, 并使用7 个指标对能源代谢进行评价, 进一步使用该方法系统研究了厦门市2009 年能源代谢情况, 结果表明: (1)厦门本地能源稀缺, 对外依存度高, 并且结构较为单一, 主要依赖煤炭和燃油, 分别占能源总量的61%和23%。(2)代谢污染物CO₂、NO₂ 和废热首要来自能源加工转化, SO₂ 和PM2.5 首要来自工业。(3)2009 年能源代谢总效率为0.43 tce·t^-1, 在各部门中服务业及其他的效率最高, 加工转化的效率最低, 代谢效率与能源结构关系密切。(4)文章提出的方法可为城市能源代谢研究提供方法参考。     

景观生态网络研究进展

作为生态学重要的概念与方法,生态网络是景观生态学研究的热点问题,也是耦合景观结构、生态过程和功能的重要途径。景观生态网络对于保护生物多样性、维持生态平衡、增加景观连接度具有重要意义。从景观生态网络的相关理论、研究进展、研究方法模型等进行分析,并对其应用前景进行展望,主要介绍了传统景观格局分析、网络分析、模型模拟等方法的适用性与特点,并分析了景观生态网络在城市景观格局优化、自然保护区规划、生物多样性保护、土地规划等领域的应用,最后提出了研究的主要问题。     

代谢工程技术方法研究进展

代谢工程技术是构建微生物细胞工厂的重要方法。过去20年,代谢工程技术在生产高附加值生物活性物质和大宗商业化学品等方面被广泛应用,极大地推动了医药、能源、环境等行业的技术变革和高速发展。近些年来,随着合成生物学、分子生物学以及计算机科学等相关学科技术的发展,代谢工程在代谢网络分析、提高菌株性能、途径酶的共定位表达等方面呈现许多新的发展,本文对这些技术方法的研究和应用进行了概述。     

城市建筑代谢研究方法及其展望

建筑代谢是当前城市代谢研究领域中的一个新兴热点问题,其研究着重关注建筑系统中物质能量流动可能对周围环境产生的压力及其有害影响。本文在阐明城市建筑代谢内涵的基础上,综述了国内外建筑代谢研究方法的进展情况,分析了目前城市建筑代谢研究方法的适用范围及其特点,指出了城市建筑代谢研究方法在未来应从以下几个方面发展:开发跨城市边界的代谢研究方法;注重建筑代谢中非物质性代谢流研究;制定适合乡土建筑地域特点的代谢研究方法;综合物质量和价值量的建筑代谢研究,全面认识和评价建筑的可持续性。     

社会-生态网络方法研究进展

社会-生态系统是由一个或多个社会和生态子系统交互作用形成的复杂的、非线性的、动态耦合系统。理解社会与生态子系统之间的复杂交互关系对于实现有效、可持续的环境治理至关重要。社会-生态网络方法是网络理论在社会-生态交互作用研究中应用与发展的产物，在定量刻画社会-生态系统结构、分析系统动态变化、推动系统适应性治理等方面具有重大的应用潜力。系统梳理了国内外现有的社会-生态网络研究，首先从网络的类型、构建模式、分析方法3个方面介绍社会-生态网络方法，并阐述其在资源管理、社会-生态匹配、社会-生态适应性治理领域中的应用，探讨社会-生态网络方法在研究社会-生态交互作用中的优势和挑战，最后提出未来社会-生态网络研究的重点方向，即社会-生态网络的动态变化过程以及社会-生态网络结构与功能关系。研究旨在深化网络分析可用于描述人—自然关系的认识，为社会-生态系统的网络研究提供实践指导，以期促进社会-生态网络方法在我国社会-生态系统研究中的应用。     

城市生态系统氮代谢研究进展

城市氮代谢是当前城市物质代谢研究领域中的一个研究热点,其研究框架是将城市视为一个可进行氮代谢的生态系统整体,重点关注人类活动对城市人为活化氮代谢过程的影响及其可能产生的环境问题。本文在阐述城市氮代谢内涵、研究背景的基础上,介绍了物质流分析方法研究城市氮代谢的进展,分析了系统动态模型在城市氮代谢模拟研究中应用前景;最后从城市内部的氮代谢分析、工业氮在城市氮代谢中的归宿、氮足迹概念在城市氮代谢过程研究中运用等方面,探讨了未来城市氮代谢研究趋势与发展方向。实现不同尺度的城市氮代谢过程的准确分析,关键在于研究区域边界和氮流归宿的明确,而目前中国针对城市氮代谢分析研究很少,因此,有必要探讨适合城市氮代谢研究的多尺度分析方法及评价指标,以期为减少城市人为活化氮的排放提供理论参考。     

生态网络分析与模拟的软件系统ASSEN及其应用

生态网络分析是研究生态网络的理论和方法,ＡＳＳＥＮ（ｔｈｅＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｆｏＥｃｏｎｅｔｗｏｒｋｓ）是生态网络分析和模拟的软件系统,本文在简述生态网络分析基本方法的基础上,介绍了ＡＳＳＥＮ的结构和功能,并利用ＡＳＳＥＮ对一个简单水流生态网络进行了分析和模拟。     

基于生态网络的城市代谢结构模拟研究——以大连市为例

基于生态热力学的城市系统结构的研究是实现城市生态规划和环境管理等实际工作优化与决策的关键理论问题之一。基于生态热力学 流核算方法,建立大连市生态网络模型,通过路径分析探讨了代谢长度与代谢路径数量、连通性的变化关系,确定了城市代谢系统的基本营养结构,以及各组分间的作用途径;利用网络有效利用矩阵中正负号分布、数量比值,确定了城市代谢系统各组分间的作用方式、共生状况,最后揭示出固有网络结构中复杂的生态关系。结果表明:大连是具有一个高度竞争性的部门共生体,而且随着代谢长度的增加,城市代谢系统中各组分间的作用途径更为多样,代谢路径数量、连通性不断提高。该研究可为政策制定者确定如何在现有的经济基础上,避免支付高额生态成本和重复发达国家城市建设中的末端控制模式,推动社会系统的生态化转型实践,促进城市的健康发展。     

Ecological network analysis of urban–industrial ecosystems

Sustainability of urban areas is paramount in the coming years as cities continue to grow in population and resource consumption. A number of methods to model cities have been developed, including material flow analysis and urban metabolism, but these accounting methods do not fully analyze the complex network dynamics present within cities. Ecological network analysis (ENA) provides a new perspective into these urban areas by using metrics designed for analysis of natural ecosystems. This study analyzes 29 urban–industrial ecosystems using ENA, comparing the networks to each other as well as comparing them to previously analyzed eco‐industrial parks and natural food webs. It is found that these systems perform similar to other human‐designed systems, which consistently lack in ecological performance when compared with the natural ecosystems. Additionally, the impact of specific actor types within these networks is shown indicating the importance of industry, agriculture, and the natural environment. Finally, the types of networks are determined to affect the ecological metrics, with the more linear‐based energy networks having the worst performance. This new dataset of ecologically analyzed networks provides a deeper understanding of urban networks and their infrastructure, while providing useful information on how to potentially improve their sustainability.     

基于生态网络效用的城市碳代谢空间分析——以杭州为例

城市碳排放占全球碳排放总量的78%,通过模拟生物代谢来剖析城市碳代谢机理从而控制城市碳排放是缓解全球气候变暖危机的关键。为研究杭州城市化过程中土地利用变化对城市碳代谢的综合作用,以4个时间段(1995—2000,2000—2005,2005—2010,2010—2015)为例,建立了一个"碳流"模型来分析城市生态系统中自然和人工分室在城市碳代谢正负"碳流"产生中的作用,之后利用生态网络效用方法分析"碳流"产生的生态关系及其空间分布,同时利用互惠指数M综合评价土地利用变化对城市碳代谢的综合作用。结果显示(1)净"碳流"在研究期间持续呈现负值且在2000—2005年间达到峰值,负"碳流"主要源自耕地与工业用地之间的转换,正"碳流"主要源自工业用地与城市用地之间的转换。(2)1995—2000年互惠指数(M)呈现先增加后减少再增加的变化趋势,M平均值小于1,说明土地利用变化对城市碳代谢的综合作用是消极的。(3)竞争关系集聚在高负碳代谢密度分室,互惠共生关系主要集聚在高正碳代谢密度分室。(4)从1995—2000至2010—2015,以每5年为时间间隔,生态关系分布空间变化如下:掠夺限制生态关系呈现向西北、西南和南部方向蔓延—西北方向移动—东南方向移动的变化趋势,竞争生态关系呈现东南方向移动—南部和西北部方向蔓延—零星分布的变化趋势,互惠共生生态关系呈现向东南方向移动—暂时不存在—零星分布的变化趋势。研究结果为低碳城市发展提供了理论依据。     

城市代谢研究评述:内涵与方法

随着城市发展面临的生态问题日益显著,部分研究者试图通过对自然生态系统进行类比来寻求解决途径,城市代谢理论应运而生。当以系统科学来研究城市生态系统时,哲学思想的引入为探索和城市及城市代谢的内涵提供了最原始的桥梁。因此,在介绍城市代谢内涵与研究进展的基础上,融合产业、家庭、社会等多尺度代谢理论,对城市代谢的边界进行扩展,将其分为狭义与广义两类,结合亚里士多德的"四因说"对其质料因(组分)、形式因(结构)、动力因(驱动力)和目的因(功能)进行识别分析,据此将城市代谢研究方法归纳为质料、形式和混合研究方法三类,并提出未来研究的主要动向和解决手段。城市代谢"四因图"可为相关研究者提供参考。     

基于CiteSpace的城市群生态安全研究发展态势分析

基于CiteSpace软件,以CNKI与WOS数据库中2003—2017年645篇城市群生态安全相关文献为研究对象,对国内外城市群生态安全研究现状及发展态势进行分析。研究发现,近15年来国内外城市群生态安全研究呈波动上升态势,2008年后国内学者在国外期刊发文量、文献及作者被引频次逐年增高;国外历年城市群生态安全研究网络离散,关键词中心度较低,突现词单一;国内研究网络完整,前沿分支较少,且尚未构建完整的研究体系框架,其中"可持续发展"突现频率最高、"生态安全"突现时间持续性久、"PSR模型"是最新突现词频;国内"城市生态安全格局"与国外"污染与增长"等是城市群生态安全的研究热点。总体来看,城市群生态安全研究更加强调多学科与多角度开展理论基础研究,注重内部机理与外部构建协同作用,静态与动态测度相结合进行生系统安全评价与分析,不断趋向网络化治理和生态安全治理等研究将成为未来重点关注的方向与角度。     

产业生态系统资源代谢分析方法

产业生态系统是由企业群、资源及环境组成的社会-经济-环境复合生态系统。资源代谢是其功能运行的重要保障。资源代谢在时间和空间尺度上的耗竭及阻滞是造成严重生态环境问题的主要原因。根据生态学原理,运用物质流分析手段解析了产业生态系统的物质流、能流及资金流结构,构建了产业生态系统资源代谢分析模型,提出了资源输入-使用-输出-循环共生四方面的资源代谢分析指标体系和基于模糊综合分析的资源代谢问题树分析方法。在此基础上提出了基于循环共生网络结构模型的生态管理模式。以期为产业资源的生态管理提供方法支撑。     

Evaluation Approaches for Advancing Urban Water Goals

Urban areas (especially cities) are challenged in meeting their direct water needs from local sources. They also exert strain on global water resources through their indirect (virtual) water use. Agencies concerned with urban water management have visions and goals for managing direct water use, but indirect use is only inferred in more global visions for sustainable consumption. There is limited quantification of “urban water performance” at the macro urban scale (whole of city) to monitor progress toward these goals. It is constrained by a lack of clarity about the evaluation approaches that best serve them. We ask, How can the evaluation approaches described in literature advance urban water management goals? We reviewed the utility of eight evaluation approaches, including urban water system modeling, urban metabolism (territorial and mass balance), consumption (life cycle assessment, water footprinting, and input‐output analysis), and complex systems (ecological network analysis and systems dynamics) approaches. We found that urban metabolism based on water mass balance is a core method for generating information to inform current goals for direct urban water use, with potential for being “coupled” with the other approaches. Consumption approaches inform the management of indirect water use. We describe this in a framework for urban water evaluation to give greater clarity to this field and flag the further research that would be needed to progress this. It includes the recommendation to differentiate the evaluation of direct and indirect urban water, but to also interpret them together.     

城市再生视野下高密度城区生态空间规划方法——以厦门本岛立体绿化专项规划为例

面对快速城市化进程中城市高密度地区生态空间缺乏、布局支离破碎的问题,从规划层面分析了其问题的症结所在;提出屋顶绿化与城市绿地系统联动互补,是针对城市高密度地区生态环境受损严重以及土地资源紧缺的约束条件下,建构生态空间网络的有效途径;并以厦门本岛为研究区,基于GIS、遥感技术,利用高清遥感数据结合实地调研、问卷调查、部门资料、规划文本建立现状及规划空间数据库;从既有研究梳理、综合效益影响、城市发展诉求分析3个层面总结屋顶绿化实施潜力影响因子,结合规划分区与建筑分类建立实施潜力评估方法;对研究区进行屋顶绿化实施潜力评估,结合城市绿地系统,以"全域空间、重点片区、多维网络"为方法进行研究区生态空间网络规划。结果表明:1)生态结构完善、城市功能优化、公共服务需求、环境改善需求、建筑属性特征、建筑产权归属是屋顶绿化实施潜力评估要素,其包含的城市生态框架、城市功能结构、景观提升需求、建筑改造需求、内涝程度、热岛强度、微气候环境、建筑高度、建筑年代、建筑类型、建筑产权属性是关键性评估因子;2)厦门本岛2016年屋顶绿化率仅有2%,且附属于居住建筑和城中村的屋顶绿化量超过总量的一半,商业、公共、产业建筑作为空间载体进行屋顶绿化有较大发展空间,未绿化的屋顶资源中有81.3%适宜进行屋顶绿化;3)探索高密度城区生态空间网络布局的规划方法是本研究的第一步,下一步通过借助AI、GIS等技术,尝试防控高强度开发与高危集聚引发的城市生态和灾害问题,构建满足复合功能的生态空间网络优化的研究方法。     

城市生活垃圾代谢的研究进展

城市代谢是导致城市发展、能量生产和废物排放的社会、经济和技术过程的总和。生活垃圾管理系统是一类典型的、具备社会、经济、自然要素的复杂系统,它不仅同管理体制、技术水平和居民素质有关,也贯穿生产、消费、流通、还原过程,更和水体、土壤、大气、生物、矿产等自然环境紧密联系。综述了近年来基于城市生态系统代谢思路,在生活垃圾碳、重金属、营养元素和能量的城市代谢等方面的研究进展,分析了未来该领域研究需重点关注的方向。生活垃圾在城市生态系统中的能量流动、物质循环、代谢效率等方面的研究,可为生活垃圾管理系统的评价、规划、工程、管理研究提供科学基础。