GIS在城市给水排水中的应用

阐述了GIS在城市给水排水领域的应用和发展趋势，包括水资源管理与分析、给水排水管网设计与管理、城市污水处理厂设计与管理、管网应急预警系统分析、水质污染状况和趋势分析等，并以大庆市给水排水管网信息管理系统实例，证明GIS可以及时准确完整的提供所需信息，更好的为市政管理者辅助决策提供依据。     

基于GIS的北京市生态脆弱性评价

城市化背景下"社会-自然"耦合生态系统的生态脆弱性评价成为当今研究热点。以GIS为平台,使用SPOT5和Landsat 8 OLI遥感数据等多元数据,运用"敏感、弹性和压力"生态脆弱性评估框架模型,结合空间主成分分析法,计算北京市生态脆弱度(EVI)、生态敏感度(ESI)、生态弹性度(EEI)和生态压力度(EPI),进行生态脆弱性评价。结果表明:(1)北京市生态脆弱性整体程度呈中等水平,但城镇区域生态脆弱性偏高(极高和高度脆弱区面积占北京市总面积的34%),山地林区生态脆弱性较低(一般脆弱区占研究区总面积的11%)。(2)生态脆弱性的敏感度、弹性度和压力度的权重系数分别为0. 196、0. 526和0. 278,平原地区植被覆盖度低和城镇建设用地比例过高是北京市生态脆弱性的主要影响因子。(3) EVI、ESI、EEI和EPI与土地利用方式均呈显著相关,其中EVI与建设用地相关性最大,Pearson相关系数为0. 80。(4)建议北京市生态保护和恢复工作应针对不同区域的脆弱性特征采取相应措施,进行优化实施。     

藏北高原高寒草甸光能利用效率对增温增水的响应

量化植被光能利用效率对增温增水的响应是全球碳循环研究的重要组成部分。为了探讨藏北高原高寒草甸光能利用效率对气候变暖和降水增多的响应,2014年6月在藏北高原高寒草甸布设了1个增温增水实验平台,采用了完整的两因子(增温和增水)实验设计,每个因子设置3个处理水平(不处理、低幅度和高幅度处理),共9个处理组合。设置40 cm和80 cm的开顶式生长箱实现两个幅度的实验增温(分别增加了0.34℃和1.11℃的日最低空气温度),低幅度和高幅度增水处理分别增加了15%和30%的降水。基于中分辨率成像光谱仪的植被光能利用效率算法,利用观测的饱和水汽压差和日最低空气温度模拟了2014—2016年生长季节(6—9月)植被的光能利用效率。结果表明,增温对日最低空气温度(F=39.10,P=0.000)、饱和水汽压差(F=47.45,P=0.000)和光能利用效率(F=4.20,P=0.032)都有显著影响,而增水对饱和水汽压差(F=5.72,P=0.012)有显著影响。增温引起的光能利用效率的变化与增温幅度表现为二次曲线关系,与增温引起的饱和水汽压差的变化量表现为负相关关系。增水处理对光能利用效率无显著影响,且增水引起的光能利用效率的变化与增水引起的饱和水汽压差的变化量呈负相关关系。因此,降水增多可能对藏北高原高寒草甸的光能利用效率无显著影响,而光能利用效率随着增温幅度的变化而变化。     

秦岭中段北坡不同海拔土壤中细菌群落的分布特征及区域差异比较

为深入理解土壤细菌群落沿海拔梯度的分布特征,以秦岭山脉中段的朱雀国家森林公园朱雀山北坡（简称“朱雀北坡”）与太白山自然保护区太白山北坡（简称“太白山北坡”）为研究区域,海拔梯度上每隔400 m设置采样点,通过高通量测序研究土壤细菌群落的海拔变化规律及其关键影响因素.结果表明:研究区域内,随海拔升高,土壤pH趋于降低（太白山北坡不明显）,w（TC）、w（TN）、w（TOC）均显著升高,w（TP）也趋于升高（朱雀北坡不明显）.两个区域土壤细菌中相对丰度最高的均为变形菌门和酸杆菌门,朱雀北坡随海拔梯度变化显著的细菌主要包括变形菌门、硝化螺旋菌门、浮霉状菌门、酸杆菌门、放线菌门,其中,硝化螺旋菌门相对丰度与海拔呈正相关,放线菌门相对丰度与海拔呈负相关;太白山北坡随海拔梯度变化显著的细菌主要包括放线菌门、疣微菌门、浮霉状菌门、绿弯菌门,其中,放线菌门相对丰度与海拔呈负相关,其余三者相对丰度与海拔呈正相关.两个区域土壤细菌多样性指数（如Shannon-Wiener指数、Chao1指数、observed-species指数、PD_whole_tree指数等）沿海拔梯度均无明显变化规律,但太白山北坡数值整体上高于朱雀北坡.典范对应分析（canonical correlation analysis,CCA）结果显示,影响朱雀北坡和太白山北坡土壤细菌群落结构的主要因素均为pH和w（TOC）.研究显示,不同海拔梯度也是导致秦岭中段北坡土壤细菌群落差异的重要因素.      

模拟放牧改变了氮添加作用下高寒草甸生物量的分配模式

高寒草甸是氮素匮乏的生态系统,氮添加和放牧都会显著改变土壤养分的有效性及高寒植物对养分的利用方式,从而影响群落生产力。为了认识氮沉降和放牧干扰对青藏高原高寒草甸的影响,在西藏当雄县高山嵩草草甸开展了氮添加及模拟放牧实验。在模拟放牧样地(G+N)和不放牧样地(NG+N)分别设置4个氮添加处理:0、 10、 20和40 kg N·hm^-2·a^-1,在生长季采用原位封顶埋管法测定净氮矿化速率,同时分析群落生物量分配与植物氮利用的相互关系。研究表明:氮添加与模拟放牧对植物的分配模式有不同的影响。在无放牧压力下,氮添加主要刺激植物地上部分的生长;在放牧压力下,氮添加更倾向于促进植物地下部分的生长。虽然剪草移走了15%~20%的地上生物量,但由于氮添加促进了植物的补偿生长,模拟放牧与不放牧处理的总生物量无显著差异,甚至前者高于后者。高寒草甸植物生物量分配对氮添加和模拟放牧的响应也体现在土壤供氮潜力的作用模式上,土壤净氮矿化速率在NG+N样地与植物地上生物量呈显著负相关,而在G+N样地与植物地下生物量呈显著负相关。这表明高寒草甸植物可以通过改变自身光合产物的分配模式来响应土壤养分状况和放牧干扰,在有效养分匮乏的高寒草甸添加氮素能够促进植物的补偿性生长。     

莠去津对野生植物群落下土壤微生物功能多样性的影响

为探明亚致死剂量农药对土壤微生物多样性影响,基于大田控制试验,采用Biolog-ECO微平板技术分析喷施亚致死剂量的莠去津对野生植物群落下土壤微生物群落功能多样性的影响.结果表明:① 莠去津的喷施浓度对土壤微生物群落利用全部碳源的能力无显著影响（P>0.05）,但与喷施处理后第30天相比,处理后第60天的土壤微生物群落利用全部碳源的能力有所降低,其中处理Ⅰ〔喷施浓度（以质量浓度计）为1 200 g/hm2〕、处理Ⅲ（喷施浓度为300 g/hm2）显著下降（P < 0.05）,而CK（对照组）、处理Ⅱ（喷施浓度为600 g/hm2）降低程度不显著（P>0.05）,并且其各处理间土壤微生物群落对全部碳源的利用能力大小为CK >处理Ⅲ >处理Ⅱ >处理Ⅰ.② 喷施处理后第30天土壤微生物群落对碳水化合物类碳源的利用能力最强,对羧酸类碳源的利用能力相对较弱;喷施处理后第60天土壤微生物群落对碳水化合物类碳源的利用能力降幅最大,处理Ⅰ、处理Ⅱ、处理Ⅲ分别下降了0.63、0.78、0.85、0.76.③ 喷施除草剂后第30天处理Ⅱ的Shannon-Wiener指数和Simpson指数显著低于其他处理（P < 0.05）,而第60天各处理间多样性指数无显著差异;与喷施处理后第30天相比,第60天各处理多样性指数都有所下降,但没有显著差异（P>0.05）.④ 对土壤微生物群落碳源利用能力进行主成分分析结果显示,提取的与土壤微生物碳源利用相关的主成分累积贡献率为86.6%,主成分1能够区分喷施处理后两个时期的土壤微生物群落特征.⑤ 冗余分析（RDA）表明,pH是土壤微生物利用碳源能力差异的重要影响因素之一.研究显示,除草剂莠去津的施用可在一定程度上降低野生植物群落下土壤微生物群落功能多样性.      

黄河三角洲滨海滩涂多环芳烃分布及风险评估

采集黄河三角洲滨海滩涂湿地7个样地共120个表层沉积物样品,分析沉积物中16种优先控制的多环芳烃(PAHs)的含量和来源,并评价其生态风险。结果表明,沉积物中16种PAHs的平均含量为415 ng/g,其中PAHs以2～3环为主,属于中等污染水平。空间分布上,黄河口附近样地低于黄河三角洲北部和南部滨海滩涂湿地表层沉积物中PAHs含量,但不同样地间及距低潮区不同距离间PAHs含量均差异不显著。特征比值法分析表明,不同样地中PAHs来源不同,位于黄河三角洲南部的样地6表层沉积物中PAHs主要来源于草木和煤燃烧,而位于黄河三角洲北部的样地2表层沉积物中PAHs主要来源于石油燃烧、生物质燃烧和原油污染,其它样地的PAHs来源以原油污染为主。采用毒性当量因子评价法(TEQ)和平均效应区间中值商法(m-ERM-Q)分析,发现不同样地表层沉积物中∑PAHs的TEQ值均小于40 ng/g,且15种PAHs的m-ERM-Q值均低于0.1,表明PAHs的生态风险较低。     

人工林与其紧邻农田中野生植物与土壤线虫群落特征对比

我国北方农耕区休耕地种植杨树现象较为普遍,但是人工林对农业生态系统中生物多样性的保护作用却鲜有关注.在山东省宁津县选取3块样地,均为休耕地种植杨树林且紧邻小麦玉米轮作田,对比人工林下、田埂及农田内的草本植物群落特征、土壤线虫群落特征及土壤化学性质,以探究人工林对农业生态系统中生物多样性的作用.结果表明:①植物样方总物种数和样方平均物种数均呈现农田 < 距田埂30 m人工林下 < 距田埂10 m人工林下 < 田埂 < 距田埂20 m人工林下 < 距田埂5 m人工林下的变化规律,其中,距田埂5 m人工林下植物样方总物种数为21种,农田内11种.人工林下草本植物群落多样性指数、丰富度指数均显著高于农田内杂草植物群落相应指数（P < 0.05）.②农田、田埂及距田埂5 m的人工林下的土壤线虫组成存在差异,农田和人工林下土壤线虫优势属为头叶属（Cephalobus）,而田埂中为真头叶属（Eucephalobus）.土壤线虫群落多样性指数、成熟指数、植物寄生线虫成熟指数及线虫通路比在人工林下、田埂和农田之间差异均不显著（P≥0.05）,土壤线虫均为耐环境压力类群.③人工林下与农田土壤中总氮（TN）、总碳（TC）含量差异不显著（P≥0.05）,而田埂和人工林下土壤碳氮比（C/N）显著高于农田内（P < 0.01）,表明林下和田埂土壤中有机物分解矿化速度低于农田内.土壤TN含量、TC含量、C/N和pH均与植物群落具有显著关联,而对土壤线虫群落均无显著影响.研究显示,在我国北方休耕地种植杨树林,对于农业生态系统中草本植物多样性保护具有积极作用,但是难以在几年内有效地改善土壤质量.      

黄河三角洲滨海滩涂湿地沉积物重金属空间分布及生态风险评价

为了解黄河三角洲滨海滩涂湿地沉积物中重金属的污染程度,对黄河三角洲位于渤海湾、黄河口附近、莱州湾等滨海滩涂样地的表层沉积物中4种重金属（Cd、As、Cu、Pb）的含量及其空间分布进行研究,分析其含量与环境因子的相关性,并采用地累积指数和潜在生态风险指数评价其污染程度及生态风险.结果表明:表层沉积物中Cu、As、Cd、Pb的平均含量分别为14.36、7.92、0.20、16.24 mg/kg.不同样地间除Pb以外,其他3种重金属含量均差异显著,黄河口附近滩涂Cu含量高于非河口滨海滩涂,Cd含量呈南高北低的分布特征,As含量在渤海湾东侧滨海滩涂中较高.相关性分析显示,Cu、As、Pb来源相同或相近,Cd与Cu来源相同或相近,Cd与As来源不同;粒径 < 4 μm的沉积物含量与Cu、Pb、As含量均呈显著正相关,粒径为4~63 μm的沉积物含量与Cu、As含量均呈显著负相关.地累积指数评价表明,研究区Cd为轻度污染,其他重金属无污染;综合潜在生态风险指数分析表明,研究区重金属潜在生态风险指数（RI）介于59.21~158.63之间,平均值为107.71,属于低风险,黄河口附近及莱州湾滨海滩涂沉积物中重金属潜在生态风险高于渤海湾滨海滩涂.研究显示,黄河三角洲位于莱州湾及黄河口附近的滨海滩涂湿地沉积物中重金属的潜在生态风险需要重点防控.      

北京城市发展对土壤微生物群落功能多样性的影响

为研究城市发展对土壤微生物功能多样性的影响,以北京市建成区为例,采用Biolog-ECO微平板技术分析不同环路内3种类型绿地(居民区内绿地、街道边绿地、公园内绿地)土壤微生物群落功能多样性的变化.结果表明:二环内各绿地类型土壤微生物群落的AWCD(average well color development,平均颜色变化率)相对较高,分别为1.107、1.192、1.007,表明其土壤微生物群落代谢活性较高,利用碳源能力较强,其他环路土壤微生物群落利用碳源能力相对较弱;其中,各绿地类型土壤微生物群落对羧酸类碳源的利用能力最弱.城市环路梯度下居民区对土壤微生物群落多样性的影响相对较大;街道对土壤微生物群落功能多样性无显著影响(或者城市环路梯度下街道边绿地土壤微生物群落功能多样性趋同);四环～五环公园内绿地土壤微生物群落功能多样性与其他环路之间存在显著差异.对土壤微生物群落碳源利用能力进行主成分分析的结果显示,居民区内绿地、街道边绿地、公园内绿地提取的与土壤微生物碳源利用相关的主成分累积贡献率分别为86.79%、87.09%、84.92%,对主成分分离起主要作用的碳源主要是氨基酸类、糖类、多聚物类和羧酸类物质.冗余分析(RDA)表明,pH、土壤含水量是影响土壤微生物群落代谢能力和功能多样性的主要因素.城市绿地类型和环路因子对土壤微生物利用碳源分异存在一定影响,但对碳源代谢能力变异的解释量(5.91%)低于土壤理化因子的解释量(16.26%).研究显示,城市环路对土壤微生物功能多样性产生一定影响,但各环路街道边绿地土壤微生物功能多样性无显著差异,并且二环内、二环～三环、三环～四环各绿地类型土壤微生物多样性也无显著差异,说明城市发展可能使土壤微生物群落功能多样性趋于同质化.