从“城市内涝”到“海绵城市”引发的生态学思考

科学的理论与实践必须建立在对对象的完全了解和必然发展趋势的准备把握之上。全面认知城市生态关系既要深入城市内部又要跳出城市看城市。跳出城市看城市就是要认清城市形态的演变;深入城市内部看城市就是要深入了解城市运行特征;沿着时间轴看城市就是要把握好城市文化传承;从系统角度看城市就是要读懂城市生态关系。用生态学思维指导城市规划、设计与管理,从工程入手,用脚进行生态学实践。     

城市内涝及疾病防治

近年来,我国受极端天气的影响,各地均暴雨频发,一些地区出现城市内涝、江河涨水或山洪暴发等自然灾害。城市内涝过后,由于环境污染严重,各种疾病危险因素增加,容易引起多种疾病的发生和传染病的暴发与流行。因此,提高饮水、食品、环境卫生条件,控制媒介生物,消除传染病发生的危险因素,提高人民群众防范各种疾病的健康常识,保护重     

从城市生态系统整体性、复杂性和多样性的视角透视城市内涝

城市内涝作为我国当前主要的城市生态风险与灾害之一受到公众、学界与政府部门的广泛重视。从城市生态系统的整体性、复杂性与多样性视角,反思当前我国城市内涝现状、成因与应对措施,认为应该将城市纳入区域(流域)系统综合考虑城市的防洪排涝体系建设,城市内涝成因及危害类型是复杂多样的,采用因地制宜、综合协同的生态智慧作指引,以工程措施为先导,充分发挥城市"海绵体"与绿色生态基础设施的作用,是缓解与应对城市内涝风险的有效途径。     

城市内涝与基于自然的解决方案研究综述

受全球变暖和快速城市化的影响,城市可持续发展面临重大挑战。近10年,基于自然的解决方案(Nature-based Solutions,NbS)受到广泛关注与认可,为解决城市所面临的生态环境问题、提升城市韧性和可持续性提供了新的思路和途径。本文首先回顾了NbS的提出背景与发展历程,剖析了其核心内涵与框架准则,进而以城市中日益突出的内涝问题为例,介绍了NbS在应对和解决城市典型生态环境问题中的应用;通过汇总现有实施案例、整合多方观点,对比分析了NbS与国内外城市内涝管理的常用方法在概念框架、理论内涵和应用实践等方面的区别与联系;综合论述了基于NbS开展城市内涝管理所采用的技术手段、计量方法、评价模型的发展现状;最后,对NbS在我国的应用进行了展望,认为其在适应气候变化、提高城市韧性等方面具有巨大的潜力,但大范围的推广也面临理论认知尚不深入、实践过程存在障碍、专业人才与本土研究不足等多项挑战。     

生态城市与人地关系

生态城市作为当下探索人与自然协调共处、社会和谐进步、经济持续发展的实践,是实现可持续发展的重要举措。人地关系作为地理学研究的核心,是社会发展必须直面和探讨的重要问题。分别论述生态城市和人地关系相关研究的理念与框架、过程与机制、理论与方法的演变以及两者的区别。生态城市规划具备高度的综合性,在优化资源配置、调整空间布局、协调各项事业、改善城市功能等方面发挥重要作用,由单方面注重增长速度和规模转向重视城市增长容量、生态承载力、生活质量方面。人地关系研究旨在探索人地系统各要素间相互作用与系统行为及调控机制,其主旨问题随人地系统演变发生变异,准确分析人地关系面临着一系列理论、技术和数据方面的挑战。生态城市可以借助人地关系作为一个更加宏阔的系统框架,同时可为人地关系研究提供具体的工具和手段。复杂系统科学和综合集成方法是生态城市和人地关系的重点研究方向。生态城市与人地关系研究相互融合,能够更好地解决复杂问题,从而朝着共同目的—可持续发展迈进。     

城市内涝防治需充分预估气候变化的影响

城市内涝防治是一项系统工程,包括源头控制设施、排水管渠设施和综合防治设施。城市降水的强度及其持续时间是源头控制中首先需要考虑的要素,直接影响到城市排水能力的设计。已经发生的气候变化导致了中国不同区域的降水强度及其持续时间的显著增加。强度较大的降水主要发生在105°—122°E之间和35°N以南,而持续时间越长、强度也越强的极端降水事件主要发生在100°—122°E之间、40°N以南的中国东部地区。建议,城市内涝防治体系在进行城市雨水管渠设计重现期和内涝防治设计重现期的规划时,应该充分预估已经发生的气候变化的影响,以科学有效地实现城市内涝防治的源头控制。     

海绵城市研究进展综述:从水文过程到生态恢复

在我国快速城市化进程中,不合理的规划建设加剧了城市洪涝、城市缺水、生态功能降低等诸多问题,受国外低影响开发理念启发,国内学者提出了与城市水文过程紧密结合的解决之道——"海绵城市"。在梳理海绵城市概念、内涵和发展现状的基础上,讨论了海绵城市建设与城市水文过程之间的作用关系,指出海绵城市研究涵盖水环境、水资源、水安全和水生态等众多领域且不断融合拓展。归纳了海绵城市的发展趋势,强调应更加遵循因地制宜原则,积极响应多尺度气候变化,科学认知城市水文过程并完善城市生态系统构建。提出了海绵城市建设优化框架,在理论上从单纯地关注水文过程转变到全方位倡导生态水文修复,在技术方法上重点融合生态水文途径改善城市水文空间体系,将生态恢复作为重要建设方式来提升城市应对灾害的弹性。     

城市复合生态及生态空间管理

城市是一类基于区域水-土-气-生-矿五类生态因子,生产-流通-消费-还原-调控五类生态过程,以及经济-政治-文化-社会-环境五类生态功能,在时间-空间-数量-结构-功序范畴耦合的复合生态系统。阐述了城市复合生态的整合机制、体制、结构、功能的内涵,提出以净化、绿化、活化、美化、进化型安全生态保障目标,生物链-矿物链-服务链-静脉链-智慧链五链合一的循环经济耦合构架,以及污染防治、清洁生产、产业生态、生态社区和生态文明五位一体的和谐社会建设模式为城市生态管理的3个支柱。城市生态管理是对城市涵养、调节、流通、供给和支持五类生态服务功能的调节、修复和建设而不只是保护城市生物。城市生态空间是指城市生态系统结构所占据的物理空间、其代谢所依赖的区域腹地空间,以及其功能所涉及的多维关系空间。通过天津、扬州、淮北、合肥等市复合生态规划与建设的案例,阐述了区域、市域、城域和社区/园区4尺度城市生态空间的管理方略。最后以延庆和北京主城关系的演变探讨了复合生态位势在城市生态管理中的应用。     

基于ESTDA模型的中国水生态足迹及水生态压力评价

基于水足迹视角,测度了中国31个省份2000-2018年的水生态足迹广度、深度及水生态压力,采用ESTDA框架对其时空动态特征进行分析。结果表明：①研究期内,中国水生态足迹总量呈波动上升态势;水生态承载力波动幅度较大,空间分布格局整体呈现自东南向西北逐渐较少的趋势。②水生态足迹广度与水生态承载力呈同步变化趋势,整体上已接近水资源可提供的流量资本上限,各省市水生态足迹深度差异较大。③研究期内,水生态压力指数小于1的区域与水生态足迹深度为1的区域相吻合,水生态压力指数大于1的区域主要分布在华北及西北地区。④LISA时间路径表明,水生态足迹广度、深度及水生态压力的整体空间格局均具有较强的稳定性;三者的局部空间结构在空间依赖方向上的稳定性依次加强;空间格局演化的空间整合性呈现水生态足迹深度 > 水生态压力 > 水生态足迹广度,空间上,水生态足迹广度正向协同增长省份主要集中于南方省份,而水生态足迹深度和水生态压力正向协同增长区则分布于华北、西北地区;各要素的空间分布格局表现出较强的路径依赖及锁定特征。     

“海绵城市”建设的关键科学问题与思考

"海绵城市"是学术界、政府和企业界特别关注的热点之一,具有有效防止城市雨洪灾害、改善水生态和水环境、提高生物多样性等多方面的服务功能,有助于城市社会经济发展。在目前全国范围内发生城市内涝的严重情况下,科学地进行"海绵城市"建设显得尤为重要。对"海绵城市"的研究背景、概念与内涵、建设途径、主要技术、国内发展现状等进行了总结和归纳,并提出"海绵城市"建设的关键科学问题,并进行深入思考,建立"SPONGE"框架来概括整个"海绵城市"的建设内容,为今后的"海绵城市"研究和建设提供参考。     

木芙蓉对淹水胁迫的响应及其耐涝性综合评价

为挖掘木芙蓉(Hibiscus mutabilis)耐涝种质资源,对13个木芙蓉品种水淹15 d后的形态和生理生化指标进行研究,并构建耐涝评价体系.结果表明,水淹胁迫后,木芙蓉品种各性状的变化趋势和幅度均不同,部分性状间的相关性显著(P<0.05).14个指标按贡献率大小归因为形态生长指标、不定根形态指标、膜脂过氧化指...     

Waterlogging injury in sorghum seedlings and their kinetin effected rapid recovery

Short term waterlogging affected the growth of sorghum seedlings as indicated by a high mortality rate of the seedlings and a decrease in the shoot and root biomass, net assimilation rate (NAR), leaf area ratio (LAR), relative growth rate (RGR), total photosynthetic area and rate of photosynthesis. Plant resistance to the stress was exhibited by decreased stomatal index (SI), rate of transpiration and rate of respiration. When the stressed plants were exposed to normal conditions, the recovery of the seedlings was rapid and was enhanced by foliar application of kinetin at 5 mgl^-1.     

Accumulation of Superoxide Radical in Corn Leaves During Waterlogging

The changes in superoxide (O2-) production, hydrogen peroxide (H2O2) content and active oxygen scavenging system in corn (Zea mays L. ) leaves under waterlogging stress were investigated to explore the relationship between O2- accumulation and waterlogging injury. Corn plants were grown in pots in a controlled environment. The results showed that prolonged waterlogging treatment conducted at 4-leaf stage caused a significant increase in the production of O2- and H2O2, while the extent of O2- change was more than that of H2O2. Malondialdehyde (MDA) accumulation, chlorophyll loss and electrolye leakage were positively correlated with O2- production in corn waterlogged leaves. Foliage spraying with 0. 1 mmol/L paraquat (02- producer) at the start of waterlogging treatment led to a significant increase in 02-, H202 and MDA levels. The addition of DDTC (SOD activity inhibitor) aggravated 02- formation in waterlogged leaves. Waterlogging apperantly reduced the activities of SOD. catalase (CAT), ascorbate peroxidase (AP) and the concentrations of ascorbic acid (ASA) and glutathione (GSH). It was noted that the decline in SOD activity proceeded the diminishment of H2O2 scavengers in chloroplasts (i. e. AP, AsA and GSH). The present findings suggest that O2- is involved in waterlogging damage, and excessive accumulation of 02- is due to the reduced SOD activity.     

淹水胁迫对不结球白菜幼苗光合特性的影响

以不结球白菜(Brassica campestris ssp.chinensis Makino)‘新矮青’为材料,研究了不同淹水处理(根淹、半淹)对其幼苗叶片光合参数、叶绿素含量、荧光参数的影响。结果显示:淹水5 d时,根淹和半淹处理使不结球白菜的净光合速率(P n)、气孔导度(G s)、蒸腾速率(T r)、最大光化学效率(F v/F m)显著下降,分别为对照的43.1%和22.1%(根淹和半淹,下同)、26.4%和14.3%、40.2%和33.2%、87.9%和77.1%;淹水处理使不结球白菜的叶绿素含量、PSⅡ有效光化学量子产量(Yield)、电子传递速率(ETR)也显著下降;根淹和半淹处理使不结球白菜的水分利用效率(WUE)、光化学猝灭系数(q P)呈下降趋势,而胞间CO2浓度(Ci)、非光化学猝灭系数(q N)显著上升,分别为对照的105.3%和115.6%、120.6%和147.4%。这表明淹水胁迫能显著影响不结球白菜的相关光合指标,且随着淹水时间的延长和淹水深度的增加,不结球白菜受到的胁迫损伤不断加重。     

丝瓜作砧木提高黄瓜耐涝性的研究

研究了涝害胁迫下黄瓜自根苗、南瓜砧嫁接苗和丝瓜砧嫁接苗的耐涝性能。结果表明：涝害胁迫时,丝瓜砧嫁接苗能维持较高的根系活力与较高的叶绿素含量;根系电解质渗出率、丙二醛(MDA)含量和超氧阴离子自由基(O2^-)的含量显著低于黄瓜自根苗和南瓜砧嫁接苗;根系SOD、POD和CAT等细胞保护酶活性高于黄瓜自根苗和南瓜砧嫁接苗;丝瓜作砧木可以提高黄瓜的耐涝性。     

不同小麦品种(系)耐湿性的综合评价

把小麦各性状的耐湿系数作为衡量各单项耐湿能力大小的指标,用主成分分析将各单项耐湿系数综合成几个新的相互独立的综合指标,再利用隶属函数求出综合指标的隶属值。这样,通过各小麦品种（系）的隶属值可求出各品种（系）耐湿性度量值后,可以较准确地评价各小麦品种（系）的耐湿性。     

计算机模拟渍水时期及持续时间对春玉米生产及产量的影响

借助田间、水槽试验的结果结合Penning de Vries的MACROS模型建立玉米生长发育与水分动态耦合的模拟模型,通过验证后用于模拟不同渍水时期及持续时间对春玉米生长及产量影响的动态,模拟结果表明在田间全程控制水分为田间持水量90％以下,春玉米孕穗期为渍水危害的敏感期,其次为4－6叶期,在自然降水及土壤状况影响下,春玉米幼苗期4－6叶时为渍水的敏感期,8叶及孕穗期相对较耐渍,在玉米4、6叶期时,渍害造成产量下降的临界期为5天;而在8叶、孕穗期为10－15天,但持续20天的渍水对任何时期的春玉米生长都造成严重的影响,因此在生产中应注意在苗期及孕穗期及时排除田间多余的水分及降低地下水位。     

Waterlogging responses of Sporobolus virginicus (L.) Kunth.

Summary Flooding responses in Sporobolus virginicus (L.) Kunth., a perennial C₄ grass, propagated from plants collected on the fringes of a mangrove swamp, were examined in a glasshouse study over 42 days. Flooding significantly reduced soil redox potential, induced adventitious root development, shifted resource allocation from below- to above-ground components without affecting total biomass accumulation and significantly decreased below-ground/above-ground biomass ratios. Although soil waterlogging significantly increased alcohol dehydrogenase activity (ADH) after 30 h, significant increase in central air space by 45–50% of the cross-sectional stem area eliminated root hypoxia, and ADH activity decreased to levels equivalent to drained controls after 42 days. In addition, flooded plants exhibited significantly higher carbon dioxide assimilation rates but similar relative growth rates (RGR) to drained controls. The results indicate that S. virginicus responds to water-logging by a combination of metabolic, morphological and anatomical mechanisms, which may account for its widespread distribution in coastal lagoons, estuaries and marshes.     

水淹对消落带水生苔藓植物优势种生理生态特征的影响及耐水淹评价

为了解冷水河消落带水生苔藓植物的种类及其对水淹的耐受机制,对5种水生苔藓植物优势种在水淹时的叶绿素、可溶性糖、丙二醛(MDA)含量和过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性进行了测定,并对其耐水淹性进行了综合评价。结果表明,冷水河消落带有水生苔藓植物优势种11种,以水生长喙藓(Rhynchostegium riparioides)、深绿褶叶藓(Palamocladium euchloron)、卷叶湿地藓(Hyophila involuta)、仰叶藓(Reimersia inconspicua)和大叶凤尾藓(Fissidens grandifrons)为优势种,平均优势度≥0.02。随水淹时间延长,5种水生苔藓植物的叶绿素含量显著下降(P0.05),可溶性糖和MDA含量、POD、SOD和CAT活性先增加后下降,但都高于对照,表明5种苔藓植物优势种经过长期水淹后,表现出较强的生理适应性,主成分分析和隶属函数表明,水生长喙藓的耐水淹性最强(D=0.953)。这说明水生长喙藓对水淹的适应能力较强,可作为冷水河消落带植被恢复与重建的先锋物种。     

不同耐渍基因型芝麻在厌氧胁迫下根系的生理与结构变化

利用4种耐渍性不同的芝麻基因型,在厌氧胁迫条件下检测了根部无氧呼吸酶活性、内源乙烯含量并调查了根形态和解剖结构,以比较研究旱生植物耐渍性的主要机制。同时设计了田间分期多次淹水试验,观察早期淹水训练对芝麻生长和产量的影响。结果表明：耐渍种质的乙烯释放量在根中增加了6．06倍,茎中1．76倍,不定根数量增加了4．0～5．0倍,在初生根和不定根皮层形成典型的通气组织。非耐渍种质中未检测到乙烯变化,不定根数量增加了0．79～1．8倍,根中无明显的通气组织发生,但是乙醇脱氢酶(ADH)活性可增加4．2～9．3倍,高于耐渍种质。分期淹水试验以四对真叶期和初花期处理产量较高,与对照无显著差异,而终花期一次性淹水产量损失最大。综合分析认为,不定根增生和根皮层通气组织的形成是芝麻耐渍性的重要机制,根中内源乙烯的增加与结构适应变异有关。淹水训练能够有效地改善芝麻品种耐渍能力为结构适应提供了进一步的证据。