基于GIS的西辽河流域生态安全空间分异特征

生态安全评价与预警研究具有空间特性、非线性和随机性,研究过程中必须处理大量的空间信息,而空间分析和空间数据管理正是GIS的优势,它使各环境要素的分布态势及彼此之间的拓扑关系一目了然,并且图文并茂地展示全流域的生态安全格局.在充分研究西辽河流域生态环境的基础上,讨论了基于GIS的西辽河生态安全空间差异的评价方法.①拟定“压力-状态-响应”(P-S-R)指标体系,实地调查并收集资料;②数字化流域,运用模糊AHP和综合比较法赋权并量化计算;③建立西辽河流域生态安全指数GRID数据库,通过GIS的空间Interpolate运算和Assembly分析,阐述生态安全的空间分异特征.     

江苏里下河腹部地区湖泊湖荡春季浮游植物群落结构和营养状态

以江苏省里下河腹部地区38个典型湖泊湖荡为研究对象,分析了春季浮游植物群落结构特征及其与环境因子的关系,运用了基于理化指标的综合营养状态指数(TLI)评价方法和基于浮游植物群落结构分析的生物指标(Shannon-Wiener多样性指数H′和Pielou均匀度指数J)评价方法,评价了湖泊湖荡营养状态.结果显示共采集到里下河腹部地区湖泊湖荡浮游植物7门50属89种,主要隶属于绿藻门(Chlorophyta)和硅藻门(Bacillariophyta);浮游植物细胞丰度介于2.3×10~5～3.7×10~7 cells·L~(-1),生物量介于0.05～15.02 mg·L~(-1),绿藻门与隐藻门(Cryptophyta)在细胞丰度上占优势,隐藻门在生物量上占优势;梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)、啮蚀隐藻(Cryptomonas erosa)、尖尾蓝隐藻(Chroomonas acuta)、四尾栅藻(Scenedesmus guadricauda)为主要优势种;生物指标评价方法的结果显示湖泊湖荡总体为轻度富营养,与TLI评价方法的结果有较好一致性,表明两类评价方法在里下河腹部地区具有较强内在关联性.     

Control division of agricultural non-point source pollution at medium-sized watershed scale in Southeast China

This paper presents the study carried out for controlling agricultural non-point source pollution (NSP) in a medium-sized watershed covering 1.47 × 10⁴ km² in Southeast China using quantitative analysis coupled with geographic information system (GIS), universal soil loss equation (USLE), soil conservation service-curve number (SCS-CN), nutrient loss equations, and annualized agricultural nonpoint source model (AnnAGNPS). Based on the quantitative results derived from GIS and environmental models, five control division units were generated for NSP control in Jiulong River watershed, namely, controlling unit for soil losses, controlling unit for livestock breeding and soil losses, controlling unit for excessive fertilizer use and livestock breeding, controlling unit for soil losses and fertilizer use, and controlling unit for excessive fertilizer use and soil losses. This study proved that integrating GIS with environmental models can be adopted to efficiently evaluate major sources and contributors of NSP, and identify the critical source areas of NSP, which enables adjusting measures to local conditions by further control division units developed through such study for control and management of water quality degradation induced by NSP in the Jiulong River watershed. __________ Translated from Research of Environmental Sciences, 2006, 19(4): 119–124 [译自: 环境科学研究]     

基于面向对象理论的区域生态环境综合评价

以龙口市为例,在分析区域生态环境特征的基础上,尝试应用面向对象的理论构建评价系统; 结合RS、GIS技术与数学模型方法提取评价因子,建立基于GIS栅格数据的空间模糊评判模型进行综合评价分析.结果表明:2008年龙口市生态环境状况总体良好,优等级占总面积的24.75%,良等占41.78%,中等占5.29%,差等占28.18%,但与1996年相比有下降趋势;生态环境的空间分异明显,表现为从西北沿海到东南内陆逐渐好转; 3个典型分区的生态环境状况各异,其变化趋势也有所差别; 气候条件、土地利用状况、工业生产建设、人口迁移等因素对研究区生态环境状况及演变起主要作用. 根据研究区的实际情况,并对比热岛效应的空间分布,可确定该方法合理有效, 是对当前区域生态环境综合评价方法的有益补充.     

模糊综合评价法在城市生态安全评价中的应用

运用压力-状态-响应(PSR)框架模型,筛选评价指标,尝试建立通用的城市生态安全评价指标体系。建立了包括目标层、项目层和指标层的3层26个指标的城市生态安全评价指标体系,选择评价效果较为理想的模糊综合评价法作为本次定量研究的方法。根据以上建立的城市生态安全评价指标体系,利用绵阳市已有的调查数据和有关统计资料,对绵阳市1998～2005年间的生态安全水平进行了纵向评估。结果表明,绵阳市的生态安全水平发展趋势良好,但就所处的生态安全等级来看,该市总的生态安全水平并不乐观。研究中发现,环境压力一直处于一种相对反复起迭的状况,不安全的隶属度仍然占很大的比例;环境状态中临界安全的隶属度逐渐减小,较安全和安全的隶属度在增大;环境响应中较不安全的隶属度占的比例较大。     

基于变权的城镇用地扩展生态适宜性空间模糊评价——以江苏省太仓市为例

城镇用地生态适宜性评价有助于引导城镇用地合理扩展。针对传统评价方法的不足及生态适宜性的模糊性,提出基于局部惩罚型变权的空间模糊综合评价方法,并选择7项生态适宜性影响因素,在GIS软件的支持下对江苏省太仓市城镇用地的生态适宜性进行综合评判。结果显示,变权模型可灵活而合理地处理各评价单元各因素的权重值;研究区内适宜、基本适宜、较不适宜和不适宜于城镇扩展的土地分别占土地面积的25.89%、8.35%、37.43%和28.33%,其生态敏感性评价结果及其空间分布与实际相符,通过生态敏感性综合分值的比较可为城镇用地扩展区位选择提供依据。研究表明,基于变权的空间模糊综合评价凸显了"瓶颈"因素的否决作用,更能精确、合理地反映城镇用地扩展的生态适宜性状况。     

淮河干流及主要支流夏季浮游植物群落生物多样性评价

浮游植物是水生态系统的重要组成部分,其群落变化与水体环境条件密切相关,是反映河流健康的主要生物指标.为揭示淮河流域浮游植物群落特征及其与水质的相互关系,于2015年夏季对淮河流域典型水体—淮河干流、沙颍河、涡河和淠河进行系统的水质及浮游植物调查,探明浮游植物群落及其空间分布特征,并结合水体理化指标和生物指数进行水质评价.结果表明,淮河干流及主要支流27个点位中共获得浮游植物8门71属153种,主要隶属于绿藻门(Chlorophyta)、硅藻门(Bacillariophyta)、蓝藻门(Cyanophyta).浮游植物密度为0.019×10~5~131.824×10~5ind·L~(-1),不同河段浮游植物分布表现出较为显著的空间差异性,平均密度大小呈现沙颖河淮河干流涡河淠河的特点.非参数多维尺度分析(Non-metric Multidimensional Scaling,NMDS)表明,淮河干流、淠河和涡河的浮游植物群落组成和结构的相似性较高,而与沙颍河的浮游植物群落存在一定的差异.Shannon多样性指数H'介于0.78~3.21之间,Margalef丰富度指数D介于1.03~4.79之间,Pielou均匀度指数J介于0.12~0.73之间.水质生物评价结果显示,淮河流域大部分水体处于中等污染状况,部分点位处于重污染状况,其结果与水质综合污染指数评价结果具有较好的一致性.研究结果可为淮河水污染防治和水生态修复提供基础依据.     

基于FIB的北京温榆河流域粪便污染物分布特征和源解析

目前,北京市温榆河流域存在着较为严重的粪源微生物污染问题,对流域周边暴露人群的健康带来了潜在的威胁.为了明确温榆河粪便污染的分布特征及宿主来源,本研究采用传统培养法与定量聚合酶链式反应(qPCR)分别对常规粪便指示细菌(Fecal indicator bacteria, FIB),包括粪大肠菌群(Fecal Coliform, FC)、大肠杆菌(Escherichia coli, EC)与肠球菌(Enterococcus,ENT)和溯源FIB,包括不同宿主来源的特异性生物标记进行检测,并探究其相关性.研究结果表明,流域内粪源微生物污染较为严重,常规FIB浓度介于0～4.38×10~7 CFU·L~(-1)之间,溯源FIB处于1.37×10~6～4.29×10~(10) copies·L~(-1)之间.从时空分布来看,由于来水中各大支流及污水处理厂的贡献,从温榆河起点沙河闸至终点北关闸,所有的指示菌浓度呈现出大幅度的升高趋势.其中,龙道河为干流来水中粪便污染的首要地域,污水处理厂的尾水可能是清河河口及坝河处微生物污染的主要来源;降雨径流对粪源微生物含量的时空变化存在着非常显著的影响,使得FIB最高可达2个数量级的增长.微生物溯源结果显示温榆河流域内的粪源微生物来源主要为人类粪便污染,而非畜禽粪便污染,这同北京市近年来有关畜禽养殖管控密切相关.相关性分析表明,虽然FC与EC、ENT之间皆存在着统计学意义上的显著正相关性,但传统的FIB指标与拟杆菌及人源拟杆菌指标之间不存在显著相关性.本研究通过传统FIB培养和微生物溯源方法结合,明确了北京温榆河粪源污染程度及其主要来源,为北京温榆河污染防控提供了新的思路.     

城市医疗废物处置设施空间选址评价

以地域分异规律和吸引力模型为理论基础,提出基于GIS的城市医疗废物处置设施选址的空间评价模型,利用第三代GIS地理数据库模型Geodatabase实现了该方法.以珠江三角洲某城市为例,将该市划分为46个镇级基本单元,应用情景分析方法生成了医疗废物集中处置的2个空间选址方案并进行了空间评价;为了进行对比分析,还构建了传统的费用模型进行了评价,两者结果一致.进一步的空间分析表明,该市医疗废物数量空间分布和密度空间分布和较优方案具有空间相关性.     

海河流域典型河流粪源性指示微生物的污染特征及其时空分布

当前,我国河流污染的监测、研究与治理甚少考虑微生物指标,导致国内大多河流的微生物污染状况不明.本研究以海河流域上游山区段永定河(张家口市)、中游平原段温榆河(北京市)和下游滨海段北运河(天津市)3段典型河流为对象,选取粪大肠菌群、大肠杆菌、肠球菌、SC噬菌体为指示微生物指标,开展了历时1年的野外调查,以期明确海河流域典型河流微生物污染的浓度水平及其时空分布特征.结果表明:除有机污染和富营养化问题外,3条河流也受到了较为严重的微生物污染.监测断面的肠球菌、大肠杆菌、粪大肠菌群、SC噬菌体的年平均浓度分别在1.039×103~9.168×105CFU·L-1、10~1.870×106CFU·L-1、1.43×102~8.105×106CFU·L-1、0~4.77×106PFU·L-1之间.曼-惠特尼U检验分析结果表明,流域内指示微生物浓度分布的季节性变化不显著;3条河流中,中游平原段温榆河因受污水处理厂退水排入河道的影响,微生物污染水平最高;上游山区段永定河虽有机污染较轻,但动物粪便污染严重,导致河流微生物污染状况亦不容乐观.为保障流域公共卫生安全和地下水安全,上游山区段农村畜禽粪便处理、中游平原段污水处理厂退水应得到进一步的关注与管理.     

基于PSR的长江口生态系统的健康评价

以长江口生态系统作为长江流域的终端影响受体,基于压力-状态-响应（press-state-response,PSR）概念模型,构建了长江口生态系统健康评价指标体系,确立了生态系统健康等级及标准,通过层次分析法确定了指标权重。采用建立的评价方法体系,对2001-2017年长江口生态系统健康进行评价,结果显示:长江口生态系统压力指数为0.08~0.47,总体呈波动下降的趋势,状态指数先上升后下降,数值分布于0.40~0.88,响应指数为0.45~0.94,呈波动上升的趋势。长江口生态系统健康评价指数为0.40~0.65,经历了先下降再上升的变化过程,多数年份生态系统健康等级为"中",2012,2013,2015年生态系统健康达等级达到"良",2006年健康等级为"差"。2001-2017年,长江口来沙量减少,长江口氮磷浓度高位振荡,浮游生物结构不稳定,赤潮频发是影响长江口生态系统健康评价指数的主要因素。     

广西西江流域农田土壤重金属含量特征及来源解析

为探明西江流域农田土壤重金属污染分布特征及主要影响因素,采集2 187个农田土壤样品,测试其重金属含量.采用地统计理论与GIS空间插值相结合的方法研究重金属元素的空间结构和分布特征;利用潜在生态风险指数作风险评估;采用相关性分析和主成分分析等多元统计方法解析重金属来源.结果表明,西江流域农田土壤7种重金属元素在土壤中均有一定程度的富集,其中重金属Cd富集情况最为明显,独立样本T检验结果显示,旱地土壤与水田土壤重金属含量存在显著差异(P0.05),水田土壤Cd含量显著高于相应旱地土壤;西江流域农田土壤Cd存在较高的潜在生态风险.相关分析和主成分分析结果显示,土壤中Pb、Zn、As、Cd、Cu的富集是由矿业活动、交通和污水灌溉等人为因素引起的,Ni和Cr则受成土母质等自然因素影响较大.从空间分布上看,流域上游As、Cd、Pb、Zn、Cu高含量区均分布于刁江流域及大环江流域,其中Cd高值分布范围最广,南丹县大厂车河地区高值样点最为密集,说明矿区活动给当地农田土壤造成了一定程度的重金属污染.     

河道型水库基于敏感性分区的营养状态标准与评价方法研究

通过对河道型水库水动力学空间特征及其与富营养化敏感性的关系研究,提出了基于河道型水库敏感分区的营养状态评价标准体系以及评价方法.采用滞留率、缓流率等水动力学概率特征指标计算敏感性风险概率指数,在此基础上将河道型水库划分为河流类型区、过渡类型区和湖泊类型区,对不同类型区分别制定营养状态评价标准.建立了由叶绿素a、总磷、总氮及其透明度组成的营养状态评价指标体系,并对各种评价指标在河道型水库的适用条件进行了分析.提出了制定河道型水库营养状态指标分级标准值的统计学分析、营养化指数与营养状态指标的回归分析、营养状态指标的阈值分析等方法.同时对河道型水库的营养状态综合评价方法进行了研究,提出了河道型水库的营养状态综合指数计算方法以及营养状态划分标准.     

大凌河流域环境地理信息系统的开发研究

基于3S一体化功能建立大凌河流域环境地理信息系统,利用SuperMap Objects 5.0全面GIS功能,实现对大凌河流域的各种空间信息及其他各类环境信息的标准化管理及空间分析。     

辽河流域非点源污染空间特征遥感解析

应用遥感技术研究了辽河流域非点源污染发生特征.将环境卫星遥感数据耦合非点源(non-point Source,NPS)污染负荷估算模型,探索基于遥感像元尺度的非点源污染估算方法,目的是分析2010年辽河流域非点源污染特征,从而明确非点源污染的重点防治区和防治措施,为辽河流域水环境污染防治提供技术支持.结果表明,2010年辽河流域总氮排放量为10.3万t,总磷排放量为0.68万t,化学需氧量排放量为13.1万t,氨氮排放量为1.8万t;目前,对于辽河流域主要的非点源污染类型为农业面源;2010年辽河流域面源污染对水质污染的贡献率表现为总氮67.4%,总磷76.4%,化学需氧量39.4%和氨氮21.9%;空间分布上辽河流域的南部是污染最严重的地区,其次是东北部.本研究结合遥感技术发展了以遥感像元为基本模拟单位的非点源污染负荷估算方法,明确了2010年辽河流域的非点源污染产生量和空间分布特征,为辽河流域污染治理防治工作提供了理论依据.     

长江苏州段岸线资源利用遥感调查与GIS分析评价

了解岸线资源利用现状,科学、合理地评价岸线资源条件是实施沿江开发战略、建立沿江基础产业带、科学合理地确定沿江产业布局的前提和基础。利用高分辨率卫星影像,通过影像融合,快速发现目标靶区,精确确定岸线占用单位的空间位置与几何形状;运用GIS分析技术,弄清长江岸线江苏段的资源与利用现状,选取科学合理的评价单元,对研究区内的岸线资源进行评价,为长江岸线苏州段的合理利用与开发提供重要的参考依据。     

A Simulation of Temporal and Spatial Variations in Carbon at Landscape Level: A Case Study for Lake Abitibi Model Forest in Ontario,Canada

Using a case study of the Lake Abitibi Model Forest (LAMF), this study aims to assess the temporal and spatial variability in carbon storage during 1990–2000, and to present a comprehensive estimation of the carbon budget for LAMF's ecosystems. As well, it provided the information needed by local forest managers to develop ecological and carbon-based indicators and monitor the sustainability of forest ecosystems. Temporal and spatial carbon dynamics were simulated at the landscape level using ecosystem model TRIPLEX1.0 and Geographical Information System (GIS). The simulated net primary productivity (NPP) and carbon storage in forest biomass and soil were compared with field data and results from other studies for Canada's boreal forests. The results show that simulated NPP ranged from 3.26 to 3.34 tC ha⁻¹ yr⁻¹ in the 1990s and was consistent with the range measured during the Boreal Ecosystem-Atmosphere Studies (BOREAS) in central Canada. Modeled NPP was also compared with the estimation from remote sensing data. The density of total above-and belowground biomass was 125.3, 111.8, and 106.5 tC ha⁻¹ for black spruce, trembling aspen, and jack pine in the LAMF ecosystem, respectively. The total carbon density of forested land was estimated at 154.4 tC ha⁻¹ with the proportion of 4:6 for total biomass and soil. The analysis of net carbon balance of ecosystem suggested that the LAMF forest ecosystem was acting as a carbon sink with an allowable harvest in the 1990s.     

流域水环境承载力聚类分区方法研究——以湟水流域小峡桥断面上游为例

流域内社会经济发展水平与水资源环境条件存在空间差异,导致水环境承载力具有空间差异特征.因此,有必要在流域水环境承载力分区基础上,实施差异化监管.以湟水河流域小峡桥监测断面上游为例,基于国家控制单元划分16个子单元,从水环境承载力大小、水环境承载状态、水系统脆弱程度及水环境承载力开发利用潜力4个角度,构建水环境承载力聚类分区指标体系,并对其进行量化.在此基础上,利用k-均值聚类法对控制子单元进行合并分区.通过轮廓系数验证,将研究区划分为4类最合理,即重点保护水环境敏感区、限制开发水资源约束区、控制开发水环境超载区和优化开发高开发潜力区.针对不同分区特点,提出具有针对性的水环境承载力双向调控措施,为流域水系统精细化管理及可持续发展提供科学依据.     

长江经济带国家级自然保护区管理状况评价

为切实做好长江经济带生态环境保护工作,基于HJ 913-2017《自然保护区管理评估规范》对长江经济带120处国家级自然保护区的管理状况进行评分.以评估结果为基础,评价了自然保护区管理状况的影响因素,并提出了提升自然保护区管理质量的建议.结果表明:①长江经济带国家级自然保护区的管理状况总体较好,平均得分为81.41分.从分布地区来看,经济较发达的地区,国家级自然保护区的管理状况相对较好;从建立时间看,评估总得分与国家级自然保护区的建立时长呈正相关;从规模看,评估总得分与国家级自然保护区的面积大小呈负相关;从自然保护区类型看,野生植物类型保护区的管理状况要优于野生动物类型.②从管理基础、管理措施、管理保障、管理成效、负面影响5项评估内容来看,管理基础得分相对较高,管理保障得分相对较低.③从全部指标的评分情况来看,保护对象变化和资源调查2项指标的得分相对较高;开发建设活动影响、专业技术能力、机构设置与人员配置、动态监测4项指标的得分相对较低.④Spearman相关分析表明,与评估总得分显著相关的指标为巡护执法、日常管护、专业技术能力、管护设施.研究显示,当前国家级自然保护区的机构设置、专业人才队伍建设、监测体系和开发建设活动影响是制约其管理质量提升的主要因素.      

基于GIS的汉江中下游农业面源氮磷负荷研究

根据汉江中下游农业面源污染治理决策的需求，在大量实地观测资料区域地理与农业环境数据基础上，开发并建立了汉江中下游农业面源动态监测信息系统。以此为技术支持，运用数学模型及其与GIS相结合的技术，研究了汉江中下游农业面源污染的负荷及分布规律。