城乡建设用地关联对生态系统服务的影响——以洞庭湖地区为例

城乡建设用地数量及相互联系的变化是空间要素及结构演化的重要方面,深刻影响着生态环境质量和生态系统服务水平,研究城乡建设用地关联对生态系统服务的影响对国土空间高质量发展具有重要意义。以洞庭湖地区为研究对象,从土地利用关联视角出发,运用引力模型、InVEST模型、面板数据模型等方法,定量研究了城乡建设用地关联对生态系统服务的影响。结果表明：（1）洞庭湖地区城镇建设用地规模呈现上升趋势,农村居民点用地规模呈现下降趋势;（2）城乡建设用地关联强度呈不断增强趋势,且强关联网格以建成区为核心向周边扩展,低关联网格分布于远离建成区的地方;（3）生境质量和碳储量呈现下降趋势,食物供给则呈现上升趋势,各项生态系统服务价值具有显著的空间异质性;（4）城乡建设用地关联强度对生态系统服务具有负向影响,人口密度、GDP密度、夜间灯光、道路网络对生态系统服务也呈现负向影响,归一化差异植被指数与生态系统服务之间则存在显著的正相关。研究结果有助于了解关联视角下城乡建设用地对生态系统服务的影响机制,可以为制定合理的城乡空间发展战略提供科学依据。     

城市“源-汇”热景观变化及其空间作用强度特征——以深圳西部地区为例

城市热岛作为一种整体涌现性的地球表层系统环境问题受到地理学和景观生态学的广泛关注,基于空间异质性对城市冷热岛影响方面的研究初步揭示了城市热环境的形成机制,然而城市冷热岛在空间上是否存在相互影响及相互作用强度还有待研究。以深圳市西部城市区为例,应用地表温度和景观分类数据,通过构建二维矩阵识别"源-汇"热景观,并采用"源-汇"热贡献指数和空间引力模型等方法定量分析了城市"源-汇"热景观的演变过程,"源-汇"热贡献程度的时空分异特征,以及两者在空间上的整体相互作用强度及演变特征。结果表明：（1）1988-2019年,城市热源、汇在空间上呈现由包围到反包围的变化,热源景观呈现基质化,其面积增长210.45%;热汇景观则表现为破碎化趋势,其面积减少48.07%。与之对应的热汇景观地表温度与区域的平均温度的温差逐渐增大,从1988年的0.49℃上升到2019年的1.91℃。（2）源、汇对热环境的贡献规模呈增长趋势,热源景观的贡献程度会随着热岛规模从零星状向区域化的转变过程中提升,形成温度聚集效果;而热汇景观的贡献程度会随着冷岛规模的破碎化过程中被抑制。（3）1988-2019年"源-汇"热景观的作用对基本保持稳定,但总作用强度发生了显著的变化,30年间增长了8倍。从热汇景观一对多影响热源景观转变为热源景观一对多影响热汇景观,且作用强度也越来越强。研究发现城市热"源-汇"的空间相互作用强度与"源-汇"热景观的贡献程度有密切关联,因此控制热源景观规模和维护热汇景观规模对调控城市热环境,对提升城市居民生活质量有重要意义。     

基于GIS的城市绿地景观引力场研究——以宁波市为例

城市绿地是城市用地的重要组成部分 ,也是城市生态系统的一个子系统。城市绿地景观的评价是城市生态系统研究的重要课题之一。在 GIS技术支持下 ,对城市绿地景观进行了研究。在研究过程中 ,将物理学中“场”的相关理论引入城市绿地景观的研究 ,提出绿地景观引力场的概念及评价方法。绿地景观引力场是城市绿地系统为城市居民提供服务能力的大小或潜力 ,其主要影响因素有绿地景观本身的质量、城市人口分布状况、城市土地利用现状、城市主要交通设施等。在研究中需要建立以下相关模型 :城市阻力的空间分布模型、城市人口的空间分布模型、城市公共绿地的空间分布模型、城市绿地景观引力场的空间分布评价模型。研究结果得出以下结论 :(1)景观引力场用于城市绿地系统的评价 ,能够更好地反映城市绿地的空间分布格局 ;(2 )丰富了城市绿地系统评价的指标内容和评价方法 ;(3)该方法从景观设计上提供了一个可供决策参考的依据 ;(4 )景观引力场还可用于城市其它服务设施的合理性与有效性的评价与研究。     

Boats, Pathways, and Aquatic Biological Invasions: Estimating Dispersal Potential with Gravity Models

Biological invaders can have dramatic effects on the environment and the economy. To most effectively manage these invaders, we should consider entire pathways, because multiple species are dispersed through the same vectors. In this paper, we use production-constrained gravity models to describe movement of recreational boaters between lakes – potentially the most important pathway of overland dispersal for many aquatic organisms. These models are advantageous because they require relatively easily acquired data, hence are relatively easy to build. We compare linear and non-linear gravity models and show that, despite their simplicity, they are able to capture important characteristics of the recreational boater pathway. To assess our model, we compared observed data based on creel surveys and mailed surveys of recreation boaters to the model output. Specifically, we evaluate four metrics of pathway characteristics: boater traffic to individual lakes, distances traveled to reach these lakes, Great Lakes usage and movement from the Great Lakes to inland waters. These factors will influence the propagule pressure (hence the probability of establishment of invasive populations) and the rate of spread across a landscape. The Great Lakes are of particular importance because they are a major entry point of non-indigenous species from other continents, hence will act as the origin for further spread across states. The non-linear model had the best fit between model output and empirical observations with r² =0.80, r² =0.35, r² =0.57, and r² =0.36 for the four metrics, respectively. For the distances traveled to individual lakes, r² improved from 0.35 to 0.76 after removal of an outlier. Our results suggest that we were able to capture distances traveled to most but not all lakes. Thus, we demonstrate that production-constrained gravity models will be generally useful for modeling invasion pathways between non-contiguous locations.     

Metabolite profiling for analysis of yeast stress response during very high gravity ethanol fermentations

A laboratory strain and an industrial strain of Saccharomyces cerevisiae were grown at high substrate concentration, so-called very high gravity (VHG) fermentation. Simultaneous saccharification and fermentation (SSF) was applied in a batch process using 280 g/L maltodextrin as carbon source. It was shown that known ethanol and osmotic stress responses such as decreased growth rate, lower viability, higher energy consumption, and intracellular trehalose accumulation occur in VHG SSF for both strains when compared with standard laboratory medium (20 g/L glucose). The laboratory strain was the most affected. GC-MS metabolite profiling was applied for assessing the yeast stress response influence on cellular metabolism. It was found that metabolite profiles originating from different strains and/or fermentation conditions were unique and could be distinguished with the help of multivariate data analysis. Several differences in the metabolic responses to stressing conditions were revealed, particularly the increased energy consumption of stressed cells was also reflected in increased intracellular concentrations of pyruvate and related metabolites.     

温度对超高浓度酒精生料发酵体系的影响

通过对超高底物浓度生料发酵中温度的影响研究发现,采用温度梯度的方法可大幅提高酵母的生产效率。以高粱为例,采用35%绝对干物浓度,在新型生料水解酶的配合下,通过合适的逐级降温培养方式,使用普通酒精干酵母,在90h内发酵醪液酒精浓度可达20%(V/V)以上。     

超高浓度培养基条件下酵母细胞生长及酒精生成的准稳态动力学研究

在1．5L搅拌式发酵罐中,使用葡萄糖质量浓度分别为120、200、280g／L的培养基进行酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae连续发酵生成酒精的动力学研究。研究发现,当培养基中葡萄糖浓度为200和280g／L时,发酵液中残糖浓度、酒精浓度以及菌体生物量从小幅度波动的准稳态发展到大幅度波动的振荡状态。提出了伴有周期性振荡现象准稳态过程的概念,并针对该过程,建立了兼有底物和产物抑制的酵母细胞生长和产物酒精生成动力学模型。     

湖南乌云界自然保护区典型生态系统的土壤持水性能

土壤持水性能是决定生态系统水源涵养能力的关键,是自然保护区生态服务功能的重要方面。以湖南省乌云界自然保护区为研究区域,选取森林、灌丛、竹林和草地4个典型生态系统,采用野外调查采样和室内分析的方法研究了土壤的物理性质和持水性能。结果表明,乌云界4种典型植被下表层0—20cm土壤有机质含量普遍较高(>76 g/kg)、容重较低(<0.85 g/cm3)、团聚体稳定性较强(>5mm水稳性团聚体达22.7%—52.3%),表明保护区土壤的结构发育总体上较好。森林和竹林土壤具有较多的大孔隙和较高的饱和导水率,有利于天然降水向地下水的转化,而灌丛和草地土壤毛管孔隙度则相对较高,其土壤中能够保持更多的有效水分。乌云界自然保护区4个典型生态系统0—40cm土层土壤重力水容量为:森林(83.5 mm)>竹林(79.2mm)>灌丛(66.9 mm)>草地(43.8 mm),有效水容量为:草地(128.7 mm)>灌丛(111.6 mm)>森林(95.9 mm)>竹林(83.9mm)。在明晰土壤总蓄水容量(>0 MPa)、重力水容量(0—0.01 MPa)、有效水容量(0.01—1.5 MPa)、无效水容量(>1.5 MPa)等概念的基础上,建议用重力水容量和土壤有效水容量两个指标来评价生态系统土壤的水源涵养功能,其中土壤重力水容量可以反映生态系统补充地下水和调控河川径流量的能力,而土壤有效水容量可以反映生态系统本身保蓄水分的潜力,这些指标均可以通过土壤水分特征曲线进行求算。乌云界自然保护区森林和竹林土壤对于补充地下水和调控河川径流量的能力较强,而灌丛和草地土壤保蓄水分的能力较强。     

长江经济带森林生态安全评价及时空演变研究

由于森林生态系统的安全关系到人类的生存与发展,因此本文以长江经济带1107个区县为研究对象,运用熵权法、ArcGIS和GeoDA软件、重心分析模型、空间相关分析来分析长江经济带森林生态安全指数（ESI）,结论如下：（1）森林状态指数中,权重最高的指标为森林火灾受灾率,其次为森林有害生物成灾率和林地面积比率;在森林压力指数中,权重最高的指标为政府林业投入强度,其次为年度造林比例和自然保护区占比。（2）从全域来看,森林ESI值长江上游 > 中游 > 下游,长江南岸高于北岸。长江经济带森林ESI值总体水平较低,但在2000-2015年间总体呈上升趋势。从各省看,云南省森林ESI值最高,上海市森林ESI值最低。在此15年间,湖南省森林ESI值提高幅度最大（19.77%）,江苏省提高幅度最小（0.76%）。（3）各支流流域森林ESI值排序：赣江 > 沅江 > 金沙江 > 乌江 > 湘江 > 汉江 > 嘉陵江 > 岷江。从2000-2015年,八大流域的森林ESI值总体呈上升趋势,其中湘江流域增长幅度最大（20.87%）,而金沙江流域增长幅度最小（3.6%）。（4）森林ESI值的重心先后经历了在从南往西、从西往东北和从东北往南等过程。（5）长江经济带森林ESI值有较为显著的集聚性,森林ESI值High-High集聚区域主要分布在四川省和云南省,Low-Low集聚区县主要分布在上海、江苏和安徽,其次在湖北江汉平原、四川成都平原较为集中。（6）基于以上分析,本文建议：①应注重森林火灾、病虫害防治、林业投资、植树造林等工作。②从全域看,生态修复的重点应放在长江下游。从支流流域来看,岷江、嘉陵江和汉江流域应重点加强森林修复工作。③应在上海、江苏、安徽等Low-Low集聚区域加强植树造林和退耕还林的力度,而在四川、云南、江西和浙江等High-High集聚区域适当发展木材加工和林下种植等产业。     

风电项目对潜在生态廊道的影响——基于MSPA-MCR模型

风电作为构建新型电力系统的主体,能够有效助力电力系统脱碳,是实现“双碳”目标的主力军。但风电规模化建设与生态环境保护之间的矛盾日益突出,风电项目对生态环境,尤其是对区域生态廊道及生态安全格局的影响急需厘清。以福建平潭陆上风电项目所在区域为研究单元,运用形态学空间格局分析法和最小累积阻力模型、重力模型等判别重要生态源地及潜在生态廊道,评估风电项目对潜在生态廊道连通性、重要性和结构性等影响。研究表明：(1)研究区生态源地主要位于生态价值高的森林公园及风景名胜区内。受风电项目影响,源地呈现破碎化趋势,核心区占景观要素百分比由79.53%下降至76.64%。(2)风电项目导致生态廊道畅通性降低,生态廊道的走向及长度发生显著变化,大大增加了生物迁徙的空间阻力。(3)风电项目弱化了生态源地之间关联性。核心廊道和次级廊道均减少了6条,且重要性强的生态廊道完全避开风电项目所在位置。风电项目建设之后生态网络流通性变差,网络更为单一、整体生态效能降低。本研究不仅从生态环境敏感脆弱区域的生态安全角度给风电项目建成区周边生态修复提供科学参考,也为未来风电项目选址及环境质量评估提供了重要的方法支撑。