基于边介数的省域生态廊道构建方法优化

我国城市建设和生态保护工作均对土地资源有大量需求,二者之间的矛盾在经济优先发展区表现尤为明显.为了有效地改善生态环境,管控土地利用并引导其变化发展,需要建设具备不可替代特征的省域生态廊道.最小累积阻力模型（minimum cumulative resistance,MCR）是识别生态廊道最常用、有效的模型,但在应用于省域尺度时,MCR模型识别的潜在廊道路由存在冗余的问题.因此,通过引入网络科学中的边介数指数（edge-betweenness）对MCR模型进行优化,计算潜在廊道路由的边介数指数值,选取出其中最为重要和简明的结构来连通生态源地,即提取潜在路由中的骨干路由（backbone route）和关键战略点（key strategic point）作为不可替代的结构来指导省域生态廊道建设.将优化后的MCR模型应用于广东省,构建了全长5 493 km的省域生态廊道,其中包含生态源地20处,关键战略点11个,骨干生态廊道29条.骨干路由与关键战略点构成的不可替代省域生态廊道（irreplaceable provincial corridor）能够实现"廊道数量和占地面积最少、连通性基本不变"的目标.研究显示,边介数能够对潜在路由进行优化筛选,识别出维护省域生态安全的关键结构;不可替代生态廊道能够指导省域生态规划和土地空间的发展利用,并为更高水平的生态安全环境提供了演进的基础;同时也为土地资源紧张的地区提供了建设生态廊道的参考与依据.      

基于MSPA与MCR模型的余江县生态网络构建基于MSPA与MCR模型的余江县生态网络构建

在我国社会经济快速发展的背景下，城市化进程的不断推进导致城市生态斑块日益减少，生态环境问题正在逐年增加，构建生态网络是改善城市生态环境与服务功能的有效方法之一。以余江县为研究区，采用形态学空间格局分析(MSPA)方法和景观指数法，提取对生态网络具有重要意义的生态源地，并基于MCR模型构建综合阻力面，采用最小成本路径方法生成潜在廊道，再基于重力模型、中介中心度等对关键廊道及踏脚石斑块进行识别并提取，从而构建研究区潜在生态网络。结果表明：MSPA方法能够与MCR模型有机的结合，通过定量的分析识别出研究区潜在生态廊道，并根据斑块的中介作用选定踏脚石斑块，明确研究区景观要素的保护优先度，将景观中的潜在生态源地及廊道作为生态网络构建的主要依据，能够更加科学地为余江县生态网络的构建提供指导，同时也可为其他区域提供参考。     

基于最小累积阻力模型的贵阳市景观生态安全格局构建

贵阳市是我国典型的喀斯特地区,水土流失严重,生态环境脆弱。在生态重要性、景观连通性和生态需求分析的基础上进行生态源地识别,根据土地覆被状况、人为干扰程度和夜间灯光数据构建了生态阻力面,基于最小累积阻力模型识别生态廊道网络,在此基础上构建了贵阳市域和市区的景观生态安全格局。结果表明:(1)贵阳市最重要和重要生态斑块总面积5 393.43 km2,主要分布在西部和北部;生态用地斑块的景观连通度总体较高,其中园地最好,林地最差;生态需求较高的区域主要分布在人口密集的城市建成区周边。生态源地占总面积的18.56%,集中分布于北部及西南部红枫湖、百花湖等区域;(2)贵阳市生态廊道总长为933.58 km,其中关键廊道长287.6 km,沿东北向西南方向延伸。现状廊道遍布市域,主要为河流水系;潜在廊道和关键廊道98%都为林地,主要分布于北部和西部生态环境较好的山地丘陵区;(3)市区景观生态安全格局中,生态源地主要集中在百花湖、红枫湖、香纸沟、相思河等风景区,花溪湿地和南明河作为市区关键廊道纵贯南北。最后,在此基础上提出了"保护和建设并重、区县间统一规划的"生态系统管理对策,为贵阳市生态环境建设提供切实可行的科学指导。     

基于CLUE-S模型的湿地公园情景规划——以南京长江新济洲国家湿地公园为例

基于计算机模型的湿地公园规划具有低成本、高效率、多情景等优点,可以为规划研究提供初步方案的评优和选择。将CLUE-S模型运用到湿地公园规划中,结合生态保护情景和旅游开发情景的设定,对新济洲湿地公园进行2020年景观格局模拟预测,最后从湿地鸟类穿越的最小累积阻力模型角度,对两种情景进行了比较分析,得出如下结论:(1)对CLUE-S模型在研究区的适用性进行验证,经过计算,模拟的精度检验指数Kappa值为0.763,表明CLUE-S模型用来做新济洲湿地公园景观格局变化的预测模型具有良好的可靠性;(2)土壤有机质含量是推动新济洲湿地公园景观变化的最重要驱动因子,其影响力度远远高于其他因子;(3)通过建立MCR模型可以发现,两种情景都具有各自的优缺点,对于生态保护情景需要注意的是拓宽湿地鸟类穿越廊道,减少最小累积阻力路线生态缓冲区内的人为干扰。而对于旅游开发情景来说,构建整体的生态串联性则显得尤为重要,需要在中部大阻力区域为湿地鸟类穿越开辟一条良好的保护通道。     

基于InVEST和MCR模型的南方山地丘陵区生态保护红线优化

优化生态保护红线,是顺应新时代多规融合趋势、推进国土空间高效管理与生态文明建设的重要举措。以南方山地丘陵区典型县奉新县为例,基于InVEST模型进行生境质量评价以识别生态源地及其缓冲区,采用水土流失敏感性修正基本阻力面,运用MCR模型构建奉新县生态安全格局,定量衡量与定性分析相结合对生态安全格局进行有效性评价,继而提出奉新县生态保护红线优化方案。结果表明：（1）生态源地及生态源地缓冲区面积分别为144.42 km²、354.01 km²,分别占研究区总面积的8.76%与21.47%,并识别出19个生态节点;（2）识别出关键生态廊道76 km,一般生态廊道315 km,与生态节点、生态源地、生态源地缓冲区共同构成研究区生态安全格局,面积共498.43 km²,占奉新县总面积的30.23%,集中分布于研究区西部山地丘陵区;（3）经有效性评价证实生态安全格局较生态保护红线更具生态优化意义;（4）划定生态保护红线补划区与生态保护红线储备区,共为生态保护红线调整优化预留了199.34 km²的高质量后备资源,形成研究区生态保护红线优化方案。研究成果可为南方山地丘陵区生态保护红线的评估优化提供科学参考。     

区域尺度生态保护红线连通性优化与管控——以长三角为例

生态保护红线存在跨界冲突与破碎化等问题,目前正在不断优化、调整和评估中,但区域尺度连通性优化与管控仍然缺乏。以长三角为例,采用土地利用、道路、居民点和官方发布的生态保护红线等数据,基于最小累积阻力模型与电路理论,提出区域尺度生态保护红线连通性优化与分类分级管控方案,为长三角一体化生态共同保护提供科学依据。结果显示：（1）优化构建了长三角“两横两纵”生态廊道格局,其中包括重要廊道79条,次要廊道111条和“踏脚石”33个;（2）连通性退化风险管控区51个,其中源地边缘防控区27个,联防联控区12个;（3）障碍管控区75个,其中源地边缘防控区36个,联防联控区17个;（4）生态保护红线连通性一级管控区20个,面积为70.35 km²,二级管控区106个,面积为1511.33 km²。生态保护红线源地边缘以及省市行政边界易遭受退化风险和形成连通障碍区,建议在区域尺度上建设生态廊道和“踏脚石”,对连通性退化风险区和障碍区进行联防联控、源地边缘防控和分级防控。     

废弃场地修复的微尺度生态安全评估优化体系

针对我国陆域废弃场地生态修复的技术需求,从生态安全角度提供了可操作性强的评估与优化方法和技术体系,重点包括场地调查,场地污染等级划分,阻力因子体系构建与模型分析,生态安全指标评估以及技术方案比选优化等步骤.研究同时展示了该生态安全评估与优化技术方法在典型陆域废弃场地生态修复中的具体应用,为陆域废弃场地的微尺度生态修复方案确定与优化提供了一种定量化科学方法.     

Drinking water treatment using a submerged internal-circulation membrane coagulation reactor coupled with permanganate oxidation

A submerged internal circulating membrane coagulation reactor(MCR) was used to treat surface water to produce drinking water. Polyaluminum chloride(PACl) was used as coagulant,and a hydrophilic polyvinylidene fluoride(PVDF) submerged hollow fiber microfiltration membrane was employed. The influences of trans-membrane pressure(TMP), zeta potential(ZP) of the suspended particles in raw water, and KMnO_4 dosing on water flux and the removal of turbidity and organic matter were systematically investigated. Continuous bench-scale experiments showed that the permeate quality of the MCR satisfied the requirement for a centralized water supply, according to the Standards for Drinking Water Quality of China(GB 5749-2006), as evaluated by turbidity(1 NTU) and total organic carbon(TOC)(5 mg/L)measurements. Besides water flux, the removal of turbidity, TOC and dissolved organic carbon(DOC) in the raw water also increased with increasing TMP in the range of 0.01–0.05 MPa. High ZP induced by PACl, such as 5–9 mV, led to an increase in the number of fine and total particles in the MCR, and consequently caused serious membrane fouling and high permeate turbidity.However, the removal of TOC and DOC increased with increasing ZP. A slightly positive ZP, such as 1–2 mV, corresponding to charge neutralization coagulation, was favorable for membrane fouling control. Moreover, dosing with KMnO_4 could further improve the removal of turbidity and DOC, thereby mitigating membrane fouling. The results are helpful for the application of the MCR in producing drinking water and also beneficial to the research and application of other coagulation and membrane separation hybrid processes.     

基于源-汇理论和最小累积阻力模型的城市生态安全格局构建——以安徽省宁国市为例

根据景观生态学相关理论,选取高程、坡度、土地利用类型、植被覆盖度、土壤侵蚀、距风景名胜区距离、距水体距离、距道路距离、距居民点距离、距工业用地距离、距矿点距离等11个生态安全评价因子,应用GIS空间分析技术对安徽省宁国市生态安全等级进行划分,并采用基于源汇理论的最小累积阻力(MCR)模型构建宁国市生态廊道和生态节点,优化生态网络布局.模拟结果表明,宁国市总体生态安全水平较高,高度安全的区域面积为1174.38 km2,占区域总面积的48.41%;低度安全的区域面积为232.07 km2,占区域总面积的9.57%;在生态安全评价的基础上,提取了宁国市88条潜在生态廊道,总长度约1426.99 km,生态节点57个.与现有生态廊道相比较,宁国市需进一步补充11条主要生态廊道,总长度约241.37 km,这对城市生态安全保护具有重要的意义.     

微氧折流反应器中产甲烷菌的分布与群落结构分析

为了研究微氧条件下折流反应器处理生活污水的微生物学机理,针对产甲烷菌的MCR基因采用实时荧光定量PCR和构建克隆文库的方法,对反应器中的关键功能微生物产甲烷菌的分布特点与群落结构变化进行了分析。结果表明,微氧条件下折流反应器的环境条件可以保证产甲烷菌的增长,不同格室的产甲烷菌丰度均要高于接种污泥(1 720 copies/ng),其中经过微氧曝气处理的1#(2 864 copies/ng)和2#(2 282 copies/ng)格室产甲烷菌丰度低于厌氧状态的3#(3 508copies/ng)格室;微氧处理后折流反应器产甲烷菌的群落结构发生了明显的变化,接种污泥的产甲烷菌多属于Methanomicrobiales目的 Methanoregulaceae属(6/9),而保持微氧状态的1#格室中产甲烷菌多隶属于Methanomicrobiales目(6/10)的其他类群,2#格室的产甲烷菌则多隶属于Methanobacteriales目(5/10),保持厌氧状态的3#格室的产甲烷菌主要属于Methanomicrobiales目(3/10)和Methanosarcinales目(3/10);产甲烷菌MCR基因的多样性指数表明微氧曝气的引入降低了活性污泥中产甲烷菌的生物多样性。