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。     

基于景观格局分析的长河镇生态绿地网络优化研究

以长河镇航空影像为基础,结合Arcgis、Fragstats 等相关软件,对长河镇绿地景观格局进行分析,定性评价绿地斑块组成及破碎化程度。在此基础上,提出了长河镇4个生态绿地网络预案。通过分析不同网络预案廊道数量、长度和密度指标,以及网络结构α指数、β指数和γ指数,确定适合长河镇生态绿地网络构建最优预案。结果表明,长河镇生态绿地斑块数量为6 329块,总面积1 517.24 hm²,各类绿地类型斑块数量及面积差异较大,绿地景观破碎化程度较高。通过比较研究,确定预案四具有较高的廊道连通性、网络闭合度和连接度,以及较低网络结构成本比等,优化了生态绿地网络绿地建设,有利于促进长河镇生态绿地连通性,增强生态绿地系统服务功能。     

基于MSPA与最小路径方法的袁州区生态网络构建与优化

快速城市化使生态斑块破碎化加剧,生态网络的构建能改善生态斑块间景观连通性,对保护生物多样性和维持生态服务功能具有重要意义。以江西省宜春市袁州区为例,运用形态学空间格局（MSPA）方法和景观连通性评价识别生态源地,并利用最小路径方法和GIS,考虑地形、景观类型和人类活动干扰的影响模拟生态廊道,然后利用重力模型判断生态廊道的重要性,最后运用水文分析,结合生态廊道交汇点确定生态节点,从而构建研究区生态网络,并有针对性地提出生态网络优化建议。结果表明：袁州区生态源地集中分布在南北区域,中部地区综合阻力高、景观连通性低;研究区生态廊道45条,其中重要廊道15条,主要分布在研究区北部,重要廊道1-2与4-5应优先进行保护;林地与耕地是生态廊道的主要组成部分。研究结果能为袁州区在未来用地空间上协调生态保护与城市发展提供科学合理的参考,对其他快速城市化地区生态网络构建也有一定的指导意义。     

多元目标导向下的成都中心城区绿地生态网络构建

基于形态学空间格局分析（MSPA）方法和景观连通性指数,以成都市三环内区域为研究对象,筛选研究区内维持景观连通性最重要的核心斑块作为绿地网络的生态源地;耦合最小累积阻力模型（MCR）,最小成本路径方法和重力模型,提取研究区内重要生态廊道,利用中介中心度识别踏脚石斑块,构建研究区优化的绿地生态网络。结果表明:利用MSPA方法可识别研究区内景观结构的核心区及连接桥区;利用景观连通性指数可筛选出具有重要连通性的12个核心绿地斑块作为生态源地。基于MCR模型与最小路径方法识别出的潜在绿地生态网络表明研究区南部、北部以及西南部存在生态廊道,但密集程度较小,东、西部区域生态廊道较少,生态网络结构完善度较差。利用绿地斑块的中介作用选取包括沙河公园在内的13个踏脚石斑块可构建出较为合理的研究区绿地生态网络。相比于其他城市绿地生态网络构建技术,该方法更科学,对城市绿地生态网络优化也更具参考和借鉴意义。     

河南伊川伊河国家湿地公园优化整合分析

【目的】探究城市型国家湿地公园及周边缓冲区潜在生态斑块的空间分布,提升自然保护地的连通性及优化方案的整合。【方法】基于2020年0.8 m高分二号数据,利用形态学空间分析（MSPA）与景观连通性指数（PC、IIC）分析方法,分析河南伊川伊河国家湿地公园内主要的土地利用矛盾冲突问题和识别缓冲区中的潜在生态斑块。【结果】（1）公园内部存在用地类型复杂矛盾突出,其中工矿仓储用地、耕地、住宅用地面积79.24 hm²,占研究区面积5.70%。（2）500 m缓冲区内相较于1 000、2 000 m两个缓冲区斑块结构性好,核心区在该区占比28.10%。（3）公园连通性指数总体呈“中间高、南北低”的空间分布特征。（4）公园内重要斑块最小累积阻力路径45条,最小阻力路径9条,8条最小阻力路径斑块分布在缓冲区内。【结论】将城市型河流的自然保护地内部矛盾冲突用地类型工矿仓储用地、耕地、住宅用地调出;退沟渠、坑塘为河流水面;基于识别连通性较好生态斑块作为生态源地,生态廊道的构建利于物种栖息、迁徙,建议将连通性较好的生态斑块列为保护空缺,能使整体连通性指数增加1.2倍;维护500～2 ...     

城市化发展对森林景观连接度的影响——以山东半岛东部地区为例

城市化导致森林景观连通性降低,进而影响到森林生态系统中某些关键的生态过程。以山东半岛东部地区13个中小城市为例,以1990和2006年TM遥感影像为数据源,基于图形理论,用森林景观概率连接度指数(PC)和斑块相对重要性指数(dPC)累积值,来研究不同城区森林景观连通性的时空变化规律,并以城市面积和道路建设为驱动因素,数量化分析城市发展对森林景观连通性的影响。结果表明,城市面积扩张和道路建设急剧降低了森林景观连通性。这种连通性的降低对拟合的中尺度生态过程产生重要影响。另外,森林景观连接度对于城市化响应的敏感性远大于森林面积。因此,景观连接度可以很好地用来监测和评估城市化发展对于森林景观及生态过程的影响。     

绿叶挥发物及其生态功能研究进展

系统总结了绿叶挥发物的释放规律、代谢途径和对不同生物群落的生态调控功能,包括能诱导植物生成相关防御基因和防御化合物,自身及其诱导生成的虫害诱导植物挥发物和花外蜜露能够在植株间传递预警信号、吸引和驱避植食性昆虫、协同或抑制昆虫信息素、招引寄生蜂,还能影响病原微生物的生长。指出了在田间条件下天敌因受到背景气味、气象条件、害虫种群分布和数量等诸多因素的影响,很难达到理想的生物防治效果。因此仍需对植食性昆虫与天敌的化学遗传学和生态学、不同植物-植食性昆虫-天敌三重营养间的互作关系,以及不同植食性昆虫虫口密度对田间防效的影响等诸多方面进行深入研究,以明确虫害诱导挥发物中关键物质的多重生态功能,并确定虫害诱导挥发物的田间应用技术。     

优化绿地景观格局促进城市生物多样性保护的实践——以武安市为例

城市绿地是城市生态系统的重要组成部分,发挥着不可替代的生态作用.运用景观生态学理论,对城市绿地景观格局优化促进生物多样性保护进行了探讨.立足于绿地景观格局优化,提出在城市绿地建设中,通过增加绿地关键点、增强绿地生态网络化结构、促进绿地景观的连通性和完整性建设是维持物种生存和各种生态过程的保护途径.     

库尔勒香梨果实发育成熟的糖代谢和呼吸代谢响应特征

【目的】通过对库尔勒香梨果实发育及成熟过程果实糖代谢和呼吸代谢响应特征的研究,以探讨代谢互作对果实糖分动态积累的作用。【方法】花后60—150 d,每隔10 d取香梨样果,测定果肉、果心和果皮的质量,纵横径,淀粉及4种可溶性糖组分含量,不同途径呼吸速率,12种糖代谢酶与9种呼吸代谢酶活性的变化。通过回归分析、分阶聚类和主成分分析,确定果实发育及成熟不同阶段的质量与糖分的关系,呼吸主路径、代谢酶聚类关系对糖分构成的影响,以此讨论和构建香梨果实糖代谢和呼吸代谢的关联路径及不同部位的代谢特征。【结果】果心以糖酵解为呼吸主路径,果肉的糖酵解与三羧酸循环交替构成呼吸主路径,果皮呼吸主路径由糖酵解和三羧酸循环共同构成。果心和果肉的糖代谢与呼吸代谢可从花后90 d分为两种不同的响应模式,果皮的代谢响应在花后120 d变化明显。成熟期果心的淀粉、蔗糖、山梨醇代谢酶与糖酵解、磷酸戊糖途径、细胞色素途径代谢酶关联聚类;果肉的淀粉、蔗糖代谢酶与糖酵解、三羧酸循环、交替途径、细胞色素途径代谢酶关联;果皮的蔗糖、山梨醇代谢酶与糖酵解、三羧酸循环、交替途径、细胞色素途径代谢酶存在较高的聚类相关。聚类关联酶活性升高或达到峰值,与果心和果肉的果糖、葡萄糖积累,果皮山梨醇转化和果糖、葡萄糖含量升高显著关联。【结论】库尔勒香梨果实以果糖和葡萄糖为主成分的糖分积累构成典型的内在品质,存在果实成熟时糖分构成与甜度的部位异质,是发育与成熟不同阶段糖代谢与呼吸代谢不同动态响应累积的结果。磷酸己糖异构酶与细胞色素氧化酶是香梨果实3个部位同时在成熟阶段交联呼吸代谢与糖代谢的关键酶。     

深圳市景观生态安全格局源地综合识别

城市生态安全格局是景观生态学研究的热点和重点之一,识别源地是构建生态安全格局的首要环节。在总结已有研究中重要斑块识别方法的基础上,提出了结合景观连通性分析、生物多样性服务评估和生境质量评估来提取重要斑块的方法。以深圳市为研究区,采用基于图论的景观连通性指数、生物多样性服务当量、InVEST模型生境质量评估模块和GIS技术相结合的方法识别生态用地重要斑块。结果表明:深圳市生态斑块依照连通性、生物多样性和生境质量的综合评估分为五级,其中最重要斑块主要分布在龙岗区、盐田区和罗湖区;现行基本生态控制线政策可以保护大部分重要斑块。     

论环境管理与城市的可持续发展

作者就城市生态环境与可持续发展之间的关系、实现城市生态环境的可持续发展途径进行了初步探索。通过生态环境概念逐渐引入城市生态、城市环境、城市生态系统、生态城市等概念及其内涵,依据城市生态环境系统和可持续发展理论,提出了城市生态环境可持续发展的含义、特点、原则及其实现途径。     

苏州市1985～2010年LUCC及生态连通性时空差异研究

利用苏州市1985和2010年2期遥感卫星影像,对研究地区土地利用/土地覆被变化情况进行了分析,并就土地利用变化的生态连通性格局进行了研究,揭示了LUCC与生态连通性变化间关系,提出了通过土地利用调整改善生态环境效应的建议。研究发现:1985~2010年研究区土地利用变化强烈,耕地是减少最多的土地利用类型,而城镇工矿和农居点则是变化幅度和变动程度最为剧烈的土地利用类型;受土地利用变化影响,苏州地区生态连通性变化强烈,全市土地有84.2%区域生态阻力呈现不同程度上升,这源于城镇工况和农居点快速扩张,仅有15.8%区域生态阻力下降,生态连通性提高,这源于土地利用类型向水域和草地的转换。全市生态孤岛面积增加15.84%;通过对农村地区农居点有效整理,将其转变成为更具有生态价值的耕地、水域、草地或林地,是降低苏州地区生态阻力,提高生态连通性,有效改善生态环境的重要手段。     

基于MSPA的内蒙古生态用地及其连通性时空动态

基于1980—2018年8期土地利用数据,结合内蒙古自治区实际和相关文献对生态用地进行界定与提取;通过形态学空间格局分析(Morphological spatial pattern analysis,MSPA)划分生态用地连通性类型,借助转移矩阵等方法得到生态用地及其连通性的时空动态特征。结果表明,1980—2018年内蒙古自治区生态用地面积占比减少了3.459个百分点,主要原因是草地明显减少;非生态用地面积占比增加,但仍低于生态用地的面积占比。较多连通性功能类型转移为非生态用地,保留下来的生态用地连通性降低,核心区内部聚集程度下降,出现穿孔。空间上,北部地区连通性比南部地区好,由东到西主要的生态用地组分不同;构成结构上,低覆盖草地对提升区域生态用地连通性意义重大。城镇化速度加快、资源粗放式开发经营加上特殊的自然条件是造成生态用地面积减少、连通性下降的主要原因,内蒙古自治区仍需因地制宜加强生态保护;MSPA方法可以有效地识别生态用地连通性的整体水平和空间分布特征。     

苏州市1985～2010年LUCC及生态连通性时空差异研究

利用苏州市1985和2010年2期遥感卫星影像,对研究地区土地利用/土地覆被变化情况进行了分析,并就土地利用变化的生态连通性格局进行了研究,揭示了LUCC与生态连通性变化间关系,提出了通过土地利用调整改善生态环境效应的建议。研究发现:1985²010年研究区土地利用变化强烈,耕地是减少最多的土地利用类型,而城镇工矿和农居点则是变化幅度和变动程度最为剧烈的土地利用类型;受土地利用变化影响,苏州地区生态连通性变化强烈,全市土地有84.2%区域生态阻力呈现不同程度上升,这源于城镇工况和农居点快速扩张,仅有15.8%区域生态阻力下降,生态连通性提高,这源于土地利用类型向水域和草地的转换。全市生态孤岛面积增加15.84%;通过对农村地区农居点有效整理,将其转变成为更具有生态价值的耕地、水域、草地或林地,是降低苏州地区生态阻力,提高生态连通性,有效改善生态环境的重要手段。     

基于“压力-状态-响应模式”的安徽省临泉县 生态安全格局构建

生态安全格局作为景观生态学领域研究的重点及热点,其识别与构建对维持区域生态安全及实现区域可持续发展具有重要作用。以安徽省临泉县为例,基于数字高程模型（DEM）、归一化植被指数（NDVI）、归一化水体指数(NDWI)和土地利用和类型,利用能值理论和最小累积阻力模型提取临泉县现有生态源地与生态廊道,结合水文分析法提取生态节点,用以得出生态廊道中较为脆弱的关键性节点,最后通过地理图论法计算网络连通度,用以评价临泉县生态网络的连通性,为临泉县生态网络的进一步构建提供支撑。结果表明：（1）临泉县共提取出一级生态斑块9块,生态廊道8条,生态节点8个;二级生态斑块45块,生态廊道43条,生态节点25个;三级生态斑块89条,生态廊道87条,生态节点44个。（2）临泉县一级生态网络间物质流通存在一定阻碍;二级三级生态网络连通性和完整度较好,次级生态范围内物质流通顺畅,生态循环较为完整。针对临泉县景观格局特点构建了层级生态网络,其结论能够对安徽省北部平原城市的生态建设提供依据,并对其城市生态规划具有非常重要的参考价值。     

我国29个省（区）农业生态经济系统耦合协调发展研究

生态环境和经济系统的协调发展在很大程度上助力农村生态环境和经济的可持续发展。为了促进区域经济和生态环境共同发展,研究生态经济系统的耦合协调发展。对国内外有关学者的优秀成果进行分析,对区域经济与生态环境耦合的概念进行了深入挖掘,研究二者存在的关系;然后选择经济与环境指标建立模型,并利用该模型定量分析了2011—2021年中国不同省市区域经济与生态环境的耦合与协调发展情况,得出了实证结果。结果表明,我国东部、西部、南部、北部这4个地区中,经济衰退地区的数量显著减少,生态环境滞后型地区的数量显著增加;中国区域经济发展快于生态环境改善,二者间的协调性显著提高;与城市社会不同的是,农村社会的经济发展速度没有生态环境质量改善的速度快,农村社会生态环境质量好于城市社会,但在农村社会中生态经济系统的耦合程度有所提高。     

我国城市多尺度社会-生态系统可持续管理框架研究

面向SDG11“可持续的城市和社区”目标和我国城市体检及国土空间统一治理的内在需求，开展城市复杂系统视角下的可持续管理研究。基于系统辨析和梳理“城市可持续性”相关概念，借鉴社会-生态系统、脆弱性/韧性分析、城市土地系统转型等相关理论，识别城市系统协同演化主体，构建多尺度城市可持续管理理论框架。该框架以人地互馈作用为驱动，以城市地表景观结构和转型为连接社会-生态系统互馈网络的“桥梁”，以城市社会-经济-生态时空耦合格局-过程为系统可持续演化路径的表征；该框架有机整合了多尺度人类与自然耦合系统，以及各子系统内的反馈关系，提升了对复杂自适应城市社会-生态系统网络的认知。最后，结合我国城市可持续科学研究及管理实际，围绕提出的理论框架，本研究阐述了未来城市可持续发展亟待开展的科学研究问题和管理实践重点。     

快速城市化城市生态基础设施结构特征与调控机制

城市化及其所带来的生态影响成为全球化的重要问题,在发展中国家尤为突出.城市生态基础设施也深受影响,其景观结构和生态功能受到影响.该文目的是通过对城市生态设施景观结构特征与形成机制的分析,研究快速城市化背景下的城市生态基础设施调控方法,为城市生态建设提供理论依据.该文主要分析了以大城市为中心的快速城市化区域生态基础设施的空间破碎化、景观粒度、人工影响与景观不稳定性、系统生态服务功能格局和景观连通性等结构特征,并分析了快速城市化下城市生态基础设施景观结构特征的形成机制.结果显示快速城市化地区基础生态设施表现出高度破碎化、高度人工化和生态不稳定性、低生态服务功能、低景观连通度等特征,并从城市中心向郊区和城市化区域呈梯度差异分布.而区域自然环境资源分布特征、区域管理政策、交通系统和历史文化因素是影响快速城市化地区生态设施结构特征的主要因素.基于这些分析,进一步提出生态系统压力与承载力评估、生态适宜性评价、生态系统生态服务功能估量,以及景观格局与生态过程分析为基础的多尺度综合调控机制.运用景观生态学格局-过程-功能原理,综合研究城市化条件下的城市生态基础设施布局与生态学功能之间的关系及优化调整机制,为城市生态建设与城市规划提供科学理论依据.     

多组分非理想气体扩散系数的改进

现有方法对高压下多组分非理想气体的可压缩性和分子之间的交互作用考虑不足,不能准确反映各组分的扩散特征。针对该问题,基于PR状态方程对Fuller二元扩散系数以及热力学因子计算方法进行了校正,分析了气体压力、组成对热力学因子的影响,计算了三组分物系Fick扩散系数矩阵。结果表明:对于实际的多组分非理想气体,校正后的扩散系数计算精度显著提高;热力学因子表征了混合物实际状态偏离理想状态的程度,以及分子扩散方向与浓度梯度之间的关系,其值随着体系压力和气体组分的变化而变化,且与压缩因子变化趋势相同。多组分非理想气体扩散系数改进研究为探究多组分非理想气体在空气中的扩散奠定了理论基础。     

淮河流域中游湿地景观格局指数变化分析

利用淮河流域中游20世纪50年代的地形图和1980、2000年的遥感影像图分别提取、解译得到各时期的土地利用图和基于湿地二级分类的各湿地类型分布图,运用景观指数分析方法对淮河流域中游湿地景观生态变化进行分析评价。分析结果表明：1950~1980年湿地景观格局指数变化大,1980~2000年湿地景观格局指数变化很小。这些湿地景观格局指数的变化总体上说明淮河流域中游湿地格局由多样化、复杂性转为单一化、破碎性,湿地系统组分急剧减少、过渡带大量消失,湿地景观的连通性、异质性大大减弱,湿地系统的完整性、均衡性不复存在,从而导致湿地生态服务功能下降或不能得到充分利用。