Soil contamination with antibiotics in a typical peri-urban area in eastern China: Seasonal variation, risk assessment, and microbial responses

The prevalence and persistence of antibiotics in soils has become an emerging environmental issue and an increasing threat to soil security and global public health. The problem is more severe in areas undergoing rapid urbanization; however, the ecological risks of antibiotics, seasonal variability, and associated soil microbial responses in peri-urban soils have not been well-explored. The seasonal soil sampling campaigns were conducted in a typical peri-urban watershed in eastern China to investigate distribution of antibiotics. The results demonstrated higher mean concentrations of most antibiotic compounds in winter than in summer in peri-urban soils. The seasonal variations of norfloxacin, enrofloxacin, and ciprofloxacin were more significant than those of other antibiotics, due to their higher migration ability and bioavailability. An ecological risk assessment demonstrated that chlortetracycline, ciprofloxacin, doxycycline, and ofloxacin can pose high risks to soil microorganisms. Furthermore, the coexistence of multiple antibiotics obviously poses higher risks than individual compounds. A redundancy analysis demonstrated that tetracyclines mainly showed negative correlations with Firmicutes and Chloroflexi, and quinolones showed obviously negative correlations with Acidobacteria, Gemmatimonadetes, and Nitrospirae, suggesting potential inhibition from antibiotics on biological activities or biodegradation processes. However, the persistence of antibiotics in soil results in a significant decrease in bacterial diversity and a change in dominant species. Our results provide an overview of the seasonal variability of antibiotics and the associated effects on bacterial communities in peri-urban soils. The results can provide scientific guidance on decreasing soil contamination with antibiotics to enhance soil security in similar areas.     

基于MSPA和电路理论的京津冀城市群热环境空间网络

快速城市化加剧了城市热环境系统复杂性,严重影响城市生态环境和人居健康.综合地理信息系统、遥感、形态学空间格局分析和电路理论等理论与技术,应用MODIS地表温度遥感数据,定量识别京津冀城市群热岛斑块时空分布特征,划分城市热岛斑块景观类型并分析其时空转移路径.在此基础上,揭示城市群热环境空间网络和关键廊道时空演变过程.结果表明,2020年城市热岛斑块面积为16 610 km²,占研究区面积比例为7.68%. 2005～2020年京津冀城市群热岛面积和斑块数量显著增加.城市热岛斑块类型由2005年孤岛型为主导转变为2020年以核心型为主导.其中,2020年核心型城市热岛斑块主要来源于2005年的非城市热岛斑块、核心型和边缘型城市热岛斑块. 2020年京津冀城市群热环境源地数量和廊道长度、密度及电流密度均高于2005年.通过城市热环境廊道等级分析发现,2020年京津冀城市群热环境敏感型廊道为主要类型. 2005～2020年敏感型廊道增加数量最多.同时,城市热环境廊道系数增加,表征京津冀城市群热环境廊道趋向稳定型发展.最终提出城市热环境空间网络模式并讨论城市热环境主动适应和...     

大规模城际人员流动的负向效应与城市群的安全

依托移动互联网定位大数据,测度中国城际出行人员的流动特征,探讨大规模城际人员流动的“负向效应”。基于春运与平日两个时段百度迁徙数据,运用流动规模、广度两项流动性指标,使用局部空间自相关测度全国城际人员流动空间特征;借重大突发公共卫生事件,使用线性回归模型测算城际人员流动给不同类型城市、城市群带来负向效应的差异。结果发现：我国长三角、珠三角、京津冀三大城市群是流动性最强城市的高值聚集区,城市群、超大城市的超强流动性伴随着更大的负向效应风险。表现为：第一,以超大城市为中心的城市群受到城际人员流动负向效应冲击时,会产生更大的负向影响;第二,该类城市群会通过城际人员流动极大地扩散负向效应。提出城市群安全应首要保证流动性的安全,城市群安全应体现在城际流动网络的韧性上。新型城镇化进程中,推动城市群发展战略需要从国土空间安全的视角审视城市群流动性与城市群的安全。     

基于生态系统服务权衡的生态安全多情景决策

聚焦于成渝城市群生态安全格局识别的主题,耦合多源数据,运用相应的模型与算法对区域粮食生产、碳固存、产水、土壤保持、生境质量5类生态系统服务进行估算,在此基础上借助空间统计与分析厘清生态系统服务功能间的权衡/协同关系,并构建不同风险情景,明确未来区域发展的生态安全格局.结果显示,2000~2015年,成渝城市群粮食生产、固碳和产水量这3类服务功能均呈下降趋势,土壤保持、生境质量服务呈上升趋势,且各类服务的空间分异性突出;固碳、产水、土壤保持与生境质量两两之间均表现为协同关系,粮食生产与这4类服务间表现为权衡关系,但这种冲突性在区域发展过程中逐渐呈减弱趋势;在空间分布上,成渝城市群生态系统服务间的权衡/协同关系表现出了一定的集聚特征;不同决策风险下生态系统服务间的权衡值也不同,随着决策风险系数的增加权衡值呈现先上升后下降的趋势;最终确定风险系数α=1.6为最适宜情景,此时权衡值最高、区域生态系统风险适中.将决策者的态度纳入生态安全格局识别过程中,使结果更全面,为城市群生态安全格局评价和管理提供科学支撑.     

中国城市土壤重金属空间分布与污染研究

研究对比分析了中国城市土壤重金属的空间变异、时间差异、污染水平以及环境风险,研究结果表明,中国城市土壤重金属含量均超过了中国土壤背景值,尤其是Cd和Pb的污染严重,其含量分别是中国土壤背景值的91.37倍和41.91倍,Ni的污染较轻,其含量是中国土壤背景值的1.59倍。中国城市土壤重金属的含量存在明显地区差异,东部、中部和西部地区的城市土壤重金属含量差异较大,省会城市和地级城市的污染程度不一,城市不同功能区之间也存在明显区别。同时,城市土壤中金属含量也因城市发展时间的长短而又一定差异。中国城市土壤重金属总体内梅罗综合污染指数是45.404,属于重度污染,中国城市土壤重金属综合潜在生态风险指数为71.56,潜在生态风险程度为高级。不同等级的城市污染程度不一,造成的环境风险也不同。     

中国193个城市规划区土壤微量元素污染与健康风险

随着城市化进程的加快,城市表层土壤微量元素含量发生了不同程度的变化,城市土壤污染所引发的环境问题进一步凸显.为了系统研究我国31个省（自治区、直辖市）193个地级以上城市规划区表层土壤13种微量元素的含量特征、污染水平和暴露风险,利用地累积指数（I_geo）和综合污染指数（IPI）对土壤微量元素的污染水平进行了评价,采用美国环保署（USEPA）推荐的健康风险评估方法量化了居民暴露于城市土壤的健康风险.研究结果显示：城市规划区表层土壤As、Be、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Se、Tl、V和Zn等13个元素含量中位值分别是9.25、2.14、0.174、12.4、68.4、28.2、0.095、27.7、31.1、0.29、0.61、82.7和82.2 mg·kg^-1,相比于城市土壤背景值,Cd、Hg和Se是含量变化比较显著的元素.I_geo值表明城市规划区表层土壤污染最严重的是Hg,其次是Se和Cd,污染程度介于无污染至中度污染之间,其他元素无污染.综合污染指数IPI_N显示：全国有22个城市规划区土壤已达到重度污染,16个城市达到中度污染,湖南省株洲市是全国土壤污染最严重的城市.健康风险评估结果表明：郴州市、黄石市、株洲市、湘潭市和龙岩市等5个城市规划区土壤暴露对未成年人具有潜在非致癌风险,其中土壤Pb摄入是引发风险的主要因素.建议在综合污染已达中度到重度污染的城市开展详查,摸清土壤污染状况及污染地块分布,建立污染地块清单和优先管控名录,实施污染调控和修复治理.     

中国省域土壤重金属空间分布特征及分区管控对策

掌握土壤重金属空间分布特征及健康风险,对于落实分级分区的土壤污染管控措施具有重要意义.通过整理最近20年发表的706篇核心文献数据,从省域尺度上分析了我国土壤重金属空间分布特征、累积程度及其健康风险.结果表明,在省域尺度上土壤重金属具有明显的空间差异,整体呈现“南高北低,东高西低”的特征.耕地和建设用地土壤中重金属含量较高,且超标率高于草地和林地.中国大部分地区土壤重金属含量高于区域背景值,地累积指数为：Cd(1.80)>Pb(0.23)>Cu(0.17)>Zn(-0.05)>As(-0.56)>Cr(-0.69),超过85%省域土壤Cd达到中度污染水平.云南、贵州、广西、湖南和江西等有色金属资源型省份土壤重金属普遍高于其他省份,当地儿童面临较高的致癌风险.福建、浙江、江苏和天津等沿海地区土壤污染主要来源于工业生产和城市化建设.高强度农业利用是河南、山东和安徽等地区土壤重金属积累的重要原因.     

基于PSR模型的土地生态系统健康时空变化分析——以北京市平谷区为例

论文基于“压力-状态-响应”模型（PSR）和“活力-组织-弹性-功能”理论,以网格作为评价单元,评价了平谷区土地生态系统健康状况,并利用Moran指数测度了全局和局部的空间分异情况。研究结果显示,平谷区土地生态系统健康状况总体较好且相对稳定,1993、2011年平原区健康状况平均值分别为0.53和0.51,而丘陵山区则为0.62和0.65,丘陵山区显著优于平原地区。健康状况空间集聚程度增强,1993—2011年间平原区和丘陵山区的Moran指数分别由0.49和0.41升为0.61和0.46,表明平原病态区域集聚程度增加,而丘陵山区生态环境得到改善。作为北京市的应急水源地和生态涵养区,当前平谷区土地生态系统管理应着眼于三个重点区域：维持四座楼自然保护区周边生态系统健康,加强生态廊道建设,避免产生保护区“孤岛效应”;对于丘陵山区土地生态系统健康状况趋坏的区域,应协调经济发展与生态建设,维护关键性生态用地;对于健康状况较差的中心区域,应限制建设用地拓展,推行生态型土地整治,缓解土地生态系统压力。     

区域尺度生态保护红线划定——以京津冀地区为例

将京津冀地区作为一个整体,采用遥感和GIS技术,选取水源涵养、水土保持、防风固沙3类生态系统服务以及土地沙化、水土流失2类典型生态问题,建立评价指标和评价模型,开展区域生态系统服务重要性和生态敏感性评价,定量揭示京津冀地区生态系统服务重要性和生态敏感性的空间分布特征;利用全国第二次土地调查数据明确的地块边界,确定生态保护红线边界.结果显示,京津冀地区生态保护红线面积6.68万km²,占研究区总面积的30.9%,主要分布在北部燕山山地、西部太行山山地和冀北坝上高原等区域;生态保护红线范围内的森林、草地二者面积比例比红线外高55.7%,红线范围内的植被NPP平均值比红线外高23.5%,划定结果符合“以较小面积获取较大服务”原则,适于作为京津冀地区最重要、最需要严格管控的生态空间.     

京津冀城市群城市用地扩张的空间特征及俱乐部收敛分析

我国已进入城市化快速发展阶段,城市群是未来我国城市化的重要载体。以城市群为单元研究城市用地扩张的空间特征及内部分异规律,是提高城市化质量、实现城市群协调可持续发展的关键。论文以京津冀城市群为研究对象,基于空间效应的视角,采用1990、2000、2005和2010年4期遥感影像解译数据和城市扩张相关指数,综合运用探索性空间数据分析方法和空间计量经济学方法,分析了研究区1990—2010年间城市用地扩张的空间格局、区域分异及空间俱乐部收敛等特征。结果表明：1）京津冀城市群城市用地扩张迅速,新增城市用地围绕各市中心和高速公路沿线呈圈层和轴线式扩张;2）城市群内部城市用地扩张具有明显的空间集中性与分异性,并呈现显著空间自相关;3）通过Moran’s I指数对研究区进行内生分组,利用空间面板模型估计,结果发现：L-L和L-H地区城市扩张存在明显的空间俱乐部收敛,H-H地区虽收敛,但结果不显著,H-L地区不收敛。这些研究结果为进一步研究京津冀城市群地区城市扩张动力机制、促进城市理性扩张和京津冀协调一体化相关规划提供科学参考。