基于小流域尺度的土壤重金属分布与土地利用相关性研究——以厦门市坂头水库流域为例

人类活动改变流域集水区土地利用方式同时提高了土壤重金属水平,并影响地表水重金属负荷。以具有明确地理边界的流域作为研究单元可能实现计量区别不同人类活动或因其引起的土地利用方式对土壤重金属空间分布及其环境风险的贡献。但不同人类活动及其改变的土地利用方式对土壤和地表水重金属负荷的相对贡献研究缺乏可操作性方法论。以我国典型的山塘水库小流域—福建省厦门市坂头水库流域为例,结合遥感影像解译、野外土壤重金属水平调查和GIS地统计方法,针对小流域尺度土壤重金属空间分布及其环境风险与土地利用方式相关性研究进行方法论的探索。坂头水库流域覆盖205km2,土地利用类型有林地、农业用地、城镇用地、绿地和水面等5大类。按照不同土地利用类型覆盖面积为权重,以统计最小样本数为准则,在该流域内共采集150个表层土壤样品,针对6种具有人为源特征重金属(Cu、Zn、Pb、Cr、Ni、Cd)土壤总量及富集水平进行分析,以潜在生态风险指数评价流域土壤重金属风险,并结合土地利用类型分析了其空间特征。结果表明:与林地和绿地相比,城镇用地和农业用地表层土壤重重金属水平显著较高;土壤重金属富集水平及其潜在生态风险依次为:城镇用地农业用地绿地林地;城镇化加重了流域土壤重金属Cu、Zn和Cd的污染风险;土壤Pb富集水平与土地利用方式无关,可能为大气沉降来源;所有土地利用方式土壤Cr和Ni总量低于区域土壤背景值,但城镇用地的富集指数显著高于林地。基于土地利用方式的反距离加权空间插值(LU-IDW)也清晰地揭示了土壤重金属富集及其潜在生态风险与人类活动密切相关,尤其是城镇化。以野外调查结合遥感卫星图像解译和基于土地利用方式的空间插值的研究方法有效地揭示了研究流域土壤重金属的空间分布特征及其潜在风险评价空间模式,为小流域尺度的环境质量演变研究提供了方法论和案例。     

基于克隆文库技术分析瘤棘砂壳虫的食物组成

瘤棘砂壳虫是东亚特有的原生动物,广泛分布于长江与珠江中下游以及福建地区的湖泊和水库,作为水生态系统的捕食者,在维持水生态系统的结构与功能方面发挥着重要作用。利用18S rRNA基因PCR扩增和克隆文库测序等分子生物学技术方法,从基因水平研究瘤棘砂壳虫的食物组成。结果表明:所获得的46条序列在97%相似度水平含有11类OTUs(Operational taxonomic units,操作分类单元),其中包括轮虫6个,桡足类5个,说明瘤棘砂壳虫的捕食类群以轮虫和桡足类为主,同时也证明单细胞生物可以直接以多细胞的后生动物为食。此外,通过克隆文库测序技术分析原生动物的食物组成比例,不仅是一种方便、高效、快速,重复性高的方法,同时也为分析原生动物的生态功能提供了一种新的视角。     

活性污泥抗生素抗性基因研究进展

抗生素抗性在全球范围内的传播扩散严重威胁人类健康。活性污泥是污水处理系统重要的处理工艺,同时也是抗生素抗性及其发生水平基因转移的一个重要储库和热区。目前,随着研究手段和技术的不断更新,活性污泥中抗生素抗性的研究不断增加,但是仍有许多科学问题亟待解决。本文主要针对活性污泥抗生素抗性的5个主要方面进行深入讨论:(1)活性污泥中抗性基因的丰度和分布的影响因素;(2)污泥抗性基因的研究方法;(3)活性污泥抗性基因的传播与扩散;(4)污泥中抗性基因环境风险评估;(5)研究展望。本综述在活性污泥抗生素抗性研究基础上,阐述了驱动抗生素抗性扩散的基本微生物生态过程研究进展,旨在为污水处理工艺的发展和优化及抗性基因控制政策的制定提供科学基础。     

快速城镇化过程中的城市蔓延与生态保护冲突空间识别与量化评估——以长三角生态绿色一体化发展示范区为例

如何解决社会经济发展与生态环境保护之间的矛盾是实现区域和城市可持续发展的首要问题,表现在空间上就是城市无序蔓延与生态环境保护用地的冲突,本质上是建成区与非建成区的生态系统之间的冲突。以长三角生态绿色一体化发展示范区为例,基于自然环境因子和社会经济因子构建城市蔓延风险空间量化评估模型,得到城市蔓延风险空间分布并提取城市蔓延严重风险区;利用生态侵蚀度指数识别评估生态保护压力空间并提取生态保护压力高值区。根据城市蔓延严重风险区与生态保护压力高值区的重合空间,对城市无序蔓延与生态保护的冲突程度进行分析,进而探讨快速城镇化发展过程中二者的协调关系,为城市国土空间规划与区域生态保护决策提供科技支撑。长三角生态绿色一体化发展示范区案例研究结果表明:(1)城市蔓延的严重风险区与生态保护压力高值区的重合面积达到583.83km~2;其中较高风险区与侵蚀度高的地区重合面积为311.73km~2,冲突度为53.39%;高风险区与侵蚀度高的地区重合面积为47.70 km~2,冲突度为8.17%。(2)示范区内各类生态系统中,耕地生态系统受城市蔓延冲突程度均为最高,其在较高和高风险区的占比分别为91.58%、8...     

基于文献计量的城市空间紧凑度研究知识图谱分析

城市是地球上扩张速度最快的栖息地,城市的无序扩张被称为城市蔓延,城市蔓延带来了一系列社会和环境问题。为了应对城市蔓延所带来的问题,紧凑城市的相关理论逐渐得到重视。城市空间紧凑度量研究是紧凑城市的主要内容之一,以Web of Science数据库为数据源,运用文献计量法绘制城市空间紧凑性度量研究知识图谱,梳理城市空间紧凑性度量研究脉络,以期指导未来的紧凑城市研究。主要有以下发现：(1)城市紧凑性度量指标的研究基本遵循由粗略到详细,由外部到内部,由形态到功能,由静态到动态,由二维到三维的认知过程;(2)城市功能紧凑度研究相比形态紧凑度研究较为不足,中国的可持续发展应更加关注城市的功能效率;(3)新兴众源地理信息数据可以作为遥感数据的重要补充以丰富未来城市紧凑度度量的研究。未来城市紧凑度度量指标应统筹微观和总体,并兼顾公平和效率。     

声景生态学数据分析与应用

声景生态学是研究景观中生物与非生物声音在多种时空尺度下的声学格局与过程,揭示声音与人类以及声音与自然之间关系的学科。基于声景生态学的研究内容,从声景元素解析、生物多样性评估及人类身心健康评价应用案例中,梳理了数据分析的前沿方法。结论表明,分析技术的发展,特别是人工智能技术的进步,使声景生态学的研究呈现从人工到机器、从单一特征计算到多维特征提取、从单学科研究到多学科联合分析的技术化发展趋势,不断拓展着声景生态学的研究深度与广度。同时这些分析技术的发展也急需优化和标准化,来提高方法的通用性和研究结果间的可比性。此外,需要融合生态学、计算机科学和心理学等交叉学科的理论和方法,进一步推动声景生态学数据分析技术方法体系的完善。     

面向城市可持续发展的自然解决途径(NBSs)研究进展

自然解决途径(NBSs)是近几年生态学应用研究的热点,其理念是综合考虑经济、环境和社会效益,引入自然生态系统服务功能用来修复、恢复甚至提升城市生态基础设施水平,进而解决城市面临的可持续发展挑战。自然解决途径的提出为生态设计注入了新鲜的血液,提供了新的视野和技术方法。基于VOSviewer文献计量分析软件对城市自然解决途径研究的热点关键词、主要研究国家、机构以及全球分布进行了综合分析。结果发现:(1)2015年至2018年有关城市NBSs的研究论文逐渐增多,覆盖6大洲(欧洲、北美洲、亚洲、南美洲、大洋洲、非洲),多数案例是对已有实施工程中采用的可以归纳为自然解决途径的某些方法或者经验的总结凝练;(2)与城市NBSs相关研究热点从高到低主要涉及生态系统服务、绿色基础设施、气候变化、人群健康与福祉;(3)城市自然解决途径研究的主要力量主要聚集在欧洲,目前中国对于NBSs研究仍处于初期起步阶段。将有助于促进自然解决途径研究及实践在中国的发展,同时为城市生态设计和可持续发展提供新视野和新技术。     

南水北调中线工程水源地南阳市生态安全评价研究

以南水北调中线工程水源地南阳市为研究区，结合统计数据与遥感数据，基于GIS平台和压力-状态-响应（Pressure-State-Response，PSR）模型，选取了16个关键指标，从生态压力、生态状态和生态响应3个方面构建了生态安全评价体系。对2000年、2010年和2015年南阳市-丹江口水库汇水区-水渠缓冲区3个维度的生态安全水平进行评价，并对其时空演变特征进行分析。结果表明：（1）2000年、2010年和2015年，南阳市生态安全指数（Ecological Security Index，ESI）均值分别为48.88、49.76、50.60，丹江口水库汇水区ESI均值分别为51.52、52.80、53.70，干渠周边ESI均值分别为47.98、49.57、51.02，均呈现缓慢增加的趋势，总体上南阳市生态安全水平有所改善。（2）从空间来看，南阳市生态安全水平总体上呈现出西北高、东南低的空间分布特征。2000—2015年，南阳市西部地区整体呈现增加趋势，而东部地区整体呈减小趋势。（3）南阳市各行政单元生态安全水平具有明显的区域差异。2000—2015年，ESI均值最大的是淅川县，最小的是新野县，处于一般安全的区县共6个，较低安全水平的县区共6个。淅川县、内乡县、邓州市和市辖区生态安全水平有所提高，社旗县生态安全水平明显下降。（4）南阳市生态安全水平与生态状态指标的相关性整体较高，与生态响应指标的相关性较低。研究结果可为南水北调水源区其他城市的生态安全建设和规划提供参考。     

“双碳”目标下闽三角碳排放脱钩状态及驱动机制分析

快速城市化背景下，建设低碳城市群是实现"双碳"目标的最佳方式。在碳排放核算的基础上，使用Tapio脱钩模型和LMDI方法对闽三角以及厦门、漳州和泉州的脱钩状态和碳排放的驱动机制进行了研究。主要结论如下：（1）2005-2017年闽三角碳排放和人均碳排放均持续增加，二者有相同的变化趋势。闽三角的工业中心泉州有最高的碳排放和人均碳排放。发展型城市漳州碳排放最低，但碳排放和人均碳排放增长率均最高。服务型城市厦门碳排放增长率最低。（2）闽三角的脱钩状态逐渐改善，平均脱钩系数为1.03，脱钩状态为扩张性连接。厦门、漳州和泉州的平均脱钩系数分别为0.45、2.70和1.10，3个城市分别以弱脱钩、扩张负脱钩和扩张性连接状态为主。（3）人均GDP和人口规模是闽三角碳排放的正向因素，能源结构和能源强度是负向因素。正向因素的贡献在下降，负向因素的贡献在升高。人均GDP和能源结构分别对漳州和厦门碳排放有最强的促进和抑制效应。能源强度对3个城市碳排放变化的效应不同。（4）人口扩张促进碳排放增加，使碳排放与经济发展无法脱钩。人口规模对闽三角碳减排无脱钩努力。能源结构优化和能源强度下降有助于碳排放与经济发展脱钩，是闽三角碳减排的强脱钩努力和弱脱钩努力。能源强度对泉州碳减排无脱钩努力。优化能源结构是闽三角实现碳减排和"双碳"目标的关键。已经脱钩的厦门宜尽早制定碳达峰行动计划，引领闽三角的碳达峰行动。漳州可通过升级产业结构实现减排。泉州必须提升能源效率才能降低碳排放。     

城市能源利用碳足迹分析——以厦门市为例

城市能源利用碳足迹分析综合考虑直接与间接碳排放,对于深度分析碳排放的本质过程、制定科学全面的碳减排计划具有重要意义。以厦门市为研究案例,应用碳足迹的混合分析方法,对厦门市2009年能源利用碳足迹进行了分析,除了包括传统研究中的城市能源终端利用产生的直接碳排放,还计算了跨界交通和城市主要消耗物质的内含能引起的间接碳排放。研究结果表明:(1)城市边界内的工业、交通、商业等部门的能源消耗产生的直接碳排放(即层次1和层次2)只占到总碳足迹的64%,而一直被忽略的跨界交通和城市主要消耗物质的内含能引起的间接碳排放(层次3)占到36%;(2)在直接碳排放中,工业部门的碳排放贡献率最大,占到直接碳排放的55%,其中化工行业带来的碳排放占到工业部门的25%;(3)在间接碳排放中,跨界交通引起的碳排放占间接碳排放的27%,其中长途道路运输贡献率最大,占跨界交通碳排放的38%;主要材料内含能碳排放占间接碳排的73%,其中燃料的内含能碳排放占总内含能的份额最大,达51%。;(4)从人均碳足迹角度比较,厦门市人均碳足迹和丹佛市的人均直接碳排(层次1+层次2)分别为5.74 t CO2e/人、18.9 t CO2e/人,包含3个层次的人均碳足迹分别为9.01 tCO2e/人、25.3 t CO2e/人,其中跨界交通引起的碳排放均占总碳足迹的10%左右,主要材料的内含能引起的碳排放分别占到总碳足迹的26%、15%;通过国内外典型城市不同层次碳足迹比较可见厦门还是相对低碳的,但有个显著的特点是主要消耗物质的内含碳排放比例较高,这在一定程度上说明了发展中国家城市消耗更多的基础材料,进一步证明了传统核算中忽略的第3层次碳排放核算与管理的重要性。