Integrated stream and wetland restoration: A watershed approach to improved water quality on the landscape

Water quality in Upper Sandy Creek, a headwater stream for the Cape Fear River in the North Carolina Piedmont, is impaired due to high N and P concentrations, sediment load, and coliform bacteria. The creek and floodplain ecosystem had become dysfunctional due to the effects of altered storm water delivery following urban watershed development where the impervious surface reached nearly 30% in some sub-watersheds. At Duke University, an 8-ha Stream and Wetland Assessment Management Park (SWAMP) was created in the lower portion of the watershed to assess the cumulative effect of restoring multiple portions of stream and former adjacent wetlands, with specific goals of quantifying water quality improvements. To accomplish these goals, a three-phase stream/riparian floodplain restoration (600 m), storm water reservoir/wetland complex (1.6 ha) along with a surface flow treatment wetland (0.5 ha) was ecologically designed to increase the stream wetland connection, and restore groundwater wetland hydrology. The multi-phased restoration of Sandy Creek and adjacent wetlands resulted in functioning riparian hydrology, which reduced downstream water pulses, nutrients, coliform bacteria, sediment, and stream erosion. Storm water event nutrient budgets indicated a substantial attenuation of N and P within the SWAMP project. Most notably, (NO₂⁻ + NO₃⁻)-N loads were reduced by 64% and P loads were reduced by 28%. Sediment retention in the stormwater reservoir and riparian wetlands showed accretion rates of 1.8 cm year⁻¹ and 1.1 cm year⁻¹, respectively. Sediment retention totaled nearly 500 MT year⁻¹.     

国际城市森林研究知识图谱——基于CiteSpace V共被引分析

城市森林作为城市中重要的生态系统,对城市环境和整体生态系统的稳定性起着至关重要的作用。通过CiteSpace V软件对Web of Science核心合集中"urban forest/城市森林"的研究文献进行可视化分析,得到清晰明了的知识图谱,对国内城市森林研究有着重要的参考意义。研究表明,1）2004-2014年这10年间为国际城市森林研究的繁荣期,产生了数量最多、影响力最高的研究文献。2）国际上"urban forest/城市森林"研究的发展历程中,针对Fragmentation/破碎化的研究处于最为核心的位置,结合Wildland-urban interface/荒地-城市交界处、Water quality/水质、Outdoor recreation/户外休闲三个聚类方向,形成了国际城市森林研究的奠基位置;3）现在国际城市森林研究的热点主要集中在城市森林本体健康状态、城市森林生态服务功能、城市森林对于整体生态环境稳定性三个层次上;4）总体来说,相对于国内研究,国际上对于城市森林的研究深度、维度方面都更具优势,值得借鉴。     

广州市城区公园对周边环境的降温效应

城市化的快速发展使得大量的人造建筑物取代了自然地表,极大的改变了城市的热环境,加速了城市的"热岛效应",给人类的身体健康、生活环境带来许多危害。以公园为主体的城市绿地通过植被的光合作用、蒸腾以及蒸散作用降低温度、增加湿度,是缓解城市热岛效应的有效途径之一。选取广州市城区17个公园作为研究对象,使用TM遥感影像反演公园周边温度,分析了公园周边温度的分布情况。研究表明,在一定范围内,公园周边温度与公园边界点温度的温差随着其远离公园边界距离的增大而增加,且增长趋势逐渐减缓,近似于一条过原点的三次多项式;公园的平均降温范围与公园绿地面积存在显著的正相关关系,拟合曲线近似于一种对数形式增加;水体面积比例较大的公园,比同等条件下水体面积较小的公园降温效果好;而长宽比较大(≥2)的公园,即使公园面积较小,降温效果也较明显。首次对广州市城区公园周边温度分布规律进行了定量研究,研究结果对像广州这样的大城市生态规划尤其是公园规划设计具有实质性的指导意义,也可为世界其他类似地区、城市进行公园规划设计提供重要的理论依据和参考价值。     

关中平原城市群扩张对生态用地的多尺度影响

城市扩张与生态空间保护的矛盾是新型城镇化和国土空间规划过程中急需解决的问题之一。作为黄河流域生态保护与高质量发展的核心区域,关中平原城市群面临更加严峻的生态和资源胁迫。但相关研究主要对研究区整体的生态环境变化进行测度,少有研究分析城市群发展对生态用地的多尺度影响,且忽略了城市群中土地变化最剧烈,生态受胁迫最严重的城市边缘区。因此,基于土地利用数据,结合土地利用转移矩阵、景观指数、估算城市扩张间接影响的生态用地面积等方法,研究从城市群、重点城市和主要城市边缘区3个尺度分析1990-2018年城镇扩张对生态用地的直接和间接影响。结果表明：（1）关中平原城市群土地利用类型以半生态用地（耕地）为主,面积占比超过40%。而城市边缘区主要以半生态用地和建设用地为主。1990-2018年城市群建设用地面积比例由3.67%增长至5.93%,耕地面积共计减少3032.11 km²,自然生态用地的面积增加628.03 km²。受耕地占补、退耕还林等多重政策的影响,半生态用地和自然生态用地的变化呈现为"拉锯式"发展特征。（2）城市扩张对半生态用地的直接影响大于对自然生态用地的直接影响,各尺度土地利用转移变化大同小异,新增建设用地的主要来源均为耕地,其中城市边缘区的耕地受城镇扩张的挤占最为突出。（3）城市扩张对自然生态用地的间接影响大于直接影响,且不同城市建设用地对自然生态用地的间接影响因耕地补偿机制的不同而有所差异。因此,对关中平原城市群实施"一刀切"的耕地补偿政策实际上并不合理,应当因地制宜,考虑地区土地资源条件,适当调整发展和约束政策,更有利于城市群的可持续发展。     

基于Google Earth Engine的长三角城市群生态环境变化与城市化特征分析

作为城市发展的最高空间组织形式,城市群在高速城市化进程中将不可避免的对地区生态环境产生胁迫影响。如何平衡生态环境和城市化发展已经成为了值得关注的问题。以长三角城市群为例,基于Google Earth Engine云平台,通过整合日间光学遥感和夜间灯光遥感数据对生态环境状况、城市化强度以及二者在发展过程中的耦合协调特征开展了长时间序列的对比分析。结果表明：1）长三角城市群在过去近20年间的遥感生态环境指数（Remote Sensing-based Ecological Index,RSEI）稳定上升,生态环境呈现出好转的态势,但地区间的差异依旧显著;2）综合灯光指数（Comprehensive Nighttime Light Index,CNLI）能够较为准确的刻画城市群的城市化水平,研究期间内长三角城市群形成了"层次分明"、"由东向西"逐步推进的多层次的城市化格局,其中高强度城市化城市集中在上海市及其周边的无锡、苏州和嘉兴,低强度城市化城市则分布在城市群西部;3）基于CNLI和RSEI指数构建的耦合协调距离模型能够有效的识别出城市群内部城市化与生态环境的耦合协调程度,并根据象限特征将城市群城市划分为良好协调类型、初级协调类型、城市化滞后型和生态环境滞后型城市。     

沈阳城市森林主要树种物候对气候变暖的响应

采用统计和线性回归方法,探讨了近40年来沈阳城市森林主要树种物候对气候变暖的响应.结果表明,沈阳城市森林树木休眠期长短与冬季气温密切相关,适宜的寒冷条件有利于解除树木休眠期;树木萌动期早晚与冬季和早春气温高低呈显著的负相关关系,冬春季气温越高,芽萌动越提前.树木爆芽后15 d左右开始展叶,展叶早晚主要受展叶前的春季气温高低的影响,但与冬季气温没有相关关系.始花前2～8旬,特别是2～4旬气温对始花期影响最显著,春季气温升高始花期提前. 树木芽萌动期、展叶始期与寒冷指数（CI）呈显著正相关关系,而开花始期与CI没有相关关系.沈阳城市森林树木对气候变暖的响应,主要表现在年均温升高1 ℃,芽萌动期提前9 d,展叶始期提前10 d,开花始期提前5 d.     

基于能值分析方法的城市代谢过程研究——理论与方法

作为一个以人类活动为中心的社会-经济-自然复合生态系统,城市所遵循的高投入、低产出、高污染的粗放型发展模式导致了严重的结构性隐患与环境问题.基于生物物理的视角考虑,城市生态环境问题的出现,与城市代谢不良密切相关.当前对城市代谢的研究视角多基于污染物排放和资源消费,需要一种热力学的全新视角从整体角度来重新诠释可持续发展.开发了一种基于能值分析方法的城市代谢过程研究框架,首先对城市的可持续发展进行热力学解析,其次针对现有能值方法的局限,结合自然系统对污染物的自净化及污染对经济系统和生态系统的损害程度测度方法,从水体污染、大气污染和固体废物研究城市代谢对人群健康和自然生态系统的影响.研究有利于解决城市代谢不良的影响因子识别问题和代谢系统综合评价问题,使政策制定者建立以生态为本的城市观,推动社会系统的生态化转型实践,力求突破当前城市发展的瓶颈,促进城市的可持续发展.     

基于土地利用变化的杭州市绿地生态服务价值CITYgreen模型评价

在CITYgreen模型支持下,以1994年与2004年的杭州市Landset TM数据提取的土地利用信息与绿地分布数据为基础,对杭州市人工绿地、人工林地与天然林地的生态服务价值进行估算和对比分析,研究杭州市土地利用变化和经济发展状况对其的影响.结果表明,10年间,杭州市绿地虽然减少了20.4%,但绿地生态服务价值增加了1.68×10⁹元,绿地生态服务价值与杭州市GDP年度增长率分别为111.92%和5.32%,适宜的土地利用调整有效地协调了城市经济发展与城市生态功能的关系,实现了土地利用的生态服务高效能.     

合肥市区城市森林景观格局分析

运用3S技术在分析合肥景观特点的基础上,研究了合肥市区17．6km^2范围内的城市森林景观特点及与其它景观单元间关系。结果表明,主要景观要素分为建筑与硬质铺装表面、城市森林斑块、一般绿地、道路、水面五大类景观背景为建筑及铺装表面,占总面积的73．13％;道路为典型的廊道景观,约占6．89％;研究区城市森林斑块共408块,计161．16hm^2,占总面积的9．8％,平均面积0．396hm^2、最大面积12hm^2,斑块形状复杂、近圆度小,其中48％的班块属于面积<500m^2的小班块,>1hm^2的城市森林班块只占8．6％;水面斑块147块,计149．93hm^2,占总面积的8．54％,平均面积1．02hm^2,最大面积16hm^2;一般绿地斑块255块,计39．74hm^2,占2．26％,最大面积3．86hm^2,平均面积0．1558hm^2．Shanlnon-Weiner景观多样性指数和均匀度均偏低,分别为0．9284和0．5768。另外,城市森林与一般绿地两类景观要素的总优势度达0．39,由于这两类景观斑块的尺度变化范围大,比较破碎,小尺度的斑块所占比例高,又主要集中在西区,分布不均匀,故对环境的影响作用受到限制,文中引用自然森林的内部生境概念,确定合肥城市森林斑块出现内部环境的l临界面积为9800m^2,研究区拥有城市森林的内部生境总面积为31．69hm^2,仅为城市森林面积的19．7％,不利于对物种提供更多的生境,提出应用内部生境的大小来划分城市森林斑块,建立城市森林小班块-中斑块-大斑块-特大斑块的尺度等级体系,据此提出,研究区各尺度的城市森林斑块面积比为2：2：2：3。同时提出合肥东北部应增加城市森林面积,尽可能建设1．5～3．0hm^2的片状城市森林。     

一种间接估计阿根廷城市湿地海狸鼠多度的方法

我们设计了一种利用洞穴大小和空间散布来估计海狸鼠(Myocastor coypus)绝对数量的间接方法,并使用个体移除法对绝对数量的估计进行了检验。利用参数相关和效能检验对这两种方法的方程式斜率差异进行了检验,两者间存在高度正相关(r=0·963 ,P=0·002)。以洞穴大小和空间散布估计海狸鼠数量的方程斜率与1·0没有显著性差异(P=0·05) ,其差异检出效能为93 %。因此,利用洞穴大小和空间散布估计海狸鼠绝对数量的这种间接数量估计方法既不影响动物又不扰乱生境,其结果精确且易于实施。