南京市2000~2014年城市建设用地变化及驱动因子研究

基于土地利用模型测度2000~2014年南京市城市建设用地的动态变化,再运用典型相关分析、主成分分析及逐步回归分析组合的偏最小二乘回归法对南京市城市建设用地的驱动因子进行分析。结果表明：（1）2000~2014年南京市城市建设用地面积总体上呈上升趋势,年均增长率为11.73%;（2）南京市用地结构信息熵呈波动下降趋势,城市建设用地系统结构性增强,但是用地扩展的综合效益趋降;（3）人口增长、道路扩展、投资水平提高及文化产业发展等能够较好的解释南京市城市建设用地的增长,这4类因子对城市建设用地变化具有正向作用;（4）逐步线性回归结果表明,园林绿地面积的增加相对其他因子对南京市建设用地规模增长的作用最大,其次是道路长度和公路里程。     

鄱阳湖流域水化学环境参数的变化特征

分别于2010年2月和7月,对鄱阳湖湖区和入湖河流的pH、TDS以及主要离子浓度进行了测定,分析了主要离子组成的时空变化特征及其影响机制。结果表明,鄱阳湖流域水体属于弱矿化度软水,Ca2+是湖水和河水的主要阳离子,分别占阳离子总数〖JP〗的5935%、4989%;HCO-3是湖水和河水的主要阴离子,分别占阴离子总数的5337%、5937%,水质类型为Ca-HCO-3型水;主要离子组成和TDS浓度具有明显的季节和沿程变化特征,这与降雨季节性变化以及不同水系的地质背景有关;从河流水系上游至湖区的水化学特征依次为HCO-3型、HCO-3-SO2-4和SO2-4型。从水化学控制机制上看,鄱阳湖丰水期受大气降水作用和地质条件影响显著,而枯水期降雨量大大减少,主要受岩石风化、蒸发沉淀作用和人为输入的影响。除此之外,SO2-4型水的增加与长江干流酸化以及丰水期长江顶托倒灌现象有密切关系     

基于不透水表面指数的城市扩张趋势及驱动机制分析——以南京市为例

城市扩张趋势及驱动机制研究存在两大难题:(1)传统景观数据的混合像元问题影响城市扩张趋势研究的准确性;(2)城市扩张驱动因子的共线性问题影响驱动机制研究结论的可靠性.针对上述问题,以南京市为例,利用不透水表面分析结果,采用不透水面加权平均重心分析、线性方向均值分析及标准差椭圆分析方法开展2000～2017年城市扩张趋势研究,并利用偏最小二乘回归分析方法对城市扩张驱动机制开展定性及定量分析.结果表明:南京市整体上表现为多中心非同步的蔓延式扩张;2000～2017年的3个时间跨度内,南京市整体的不透水表面扩张速度不断增长,年均不透水表面加权平均重心转移距离分别为303,379,611 m,全市尺度上往顺时针偏北259.12.方向转移2 564 m,具体到各辖区,重心转移距离存在较大差异;城市扩张的外部形态特征具有明显的方向性,2000、2005、2010以及2017年4个时期,不透水表面的标准差椭圆扁率均在2.232以上,主要表现为南北向扩张,各辖区扩张方向性不同;城市外部空间特征及发展战略、河流水系及自然保护区分布、土地利用规划等因素表现为对城市扩张方向的约束和限制作用;第二产业从业人员数量、人口密度、第三产业固定资产投资额、地区生产总值、城乡人均可支配收入等因素成为影响城市扩张规模的主要因素.     

灌溉和降雨条件下生态沟渠氮、磷输出特征研究

为了研究长沙县金井河流域农业源头生态沟渠氮和磷的输出特征,对灌溉和降雨条件下及不同季节生态沟渠水体氮、磷的变化特征进行监测研究。研究结果表明：灌溉和降雨期间,生态沟渠中总氮的输出最大值为270 mg/L,其输出的主要形态为氨态氮和硝态氮,总磷的最大值达032 mg/L。灌溉后,生态沟渠氮、磷的输出均呈单调递减变化,在灌溉初期均最高。降雨后,总氮、总磷沿程变化趋势均呈递减变化;生态沟渠对水体总氮、总磷去除率分别达64%、70%;各断面氮、磷的输出随着时间的增加呈先增加后降低的趋势,其中总氮、氨态氮含量在雨后第3 d达到最高,总磷含量在雨后第2 d达到最高。在不同季节中水体氮、磷的变化以冬季总氮、氨态氮和磷浓度最高     

鄱阳湖克氏原螯虾的分布现状及其群体外部形态聚类分析

克氏原螯虾(Procambarus clarkii)作为外来入侵物种,对淡水水生生物的多样性已构成严重威胁为国内外学者所共识。有鉴于此,本项目通过对环鄱阳湖湖盆地域9县（市）计12个调查点进行样本采集,并对其多个形态学指标进行测量和数据聚类分析,以探讨克氏原螯虾在该地域的地理分布现状。研究结果表明,克氏原螯虾在鄱阳湖湖盆地域已占据一定的生态地位,并呈现全湖广泛分布及泛滥孳生趋势,已形成对其他水生生物多样性和生态系统稳定的潜在威胁;聚类分析结果显示,鄱阳湖克氏原螯虾群体外部形态上分为两个类群,即星子县、永修县、共青城市群体为一类,鄱阳县、新建县、余干县群体聚成一类,两类群似不存在地域上的交叉,但尚不能说明这两类群为完全不同的群体。同时,提出了防控克氏原螯虾的可行性建议     

长江中游水生生物多样性保护面临的威胁和压力

长江中游地区作为世界上最大的淡水生态区之一,生物多样性保护具有非常特殊的地位和作用。分析了长江中游地区生物多样性保护面临的主要威胁与压力,认为生境破碎萎缩、资源不合理开发利用、水环境污染、外来物种入侵等是生物多样性面临的主要威胁,而传统方式下的经济增长、土地利用粗放、人口增长与贫困、政策与管理等方面存在的问题将是生物多样性保护面临的主要压力。     

降雨过程中红壤团聚体粒径变化对溅蚀的影响

为揭示团聚体粒径动态变化对溅蚀的影响,通过室内人工模拟降雨试验,以第四纪粘土、泥质页岩发育红壤为研究对象,研究了酒精预湿润后的2~5 mm团聚体在降雨过程中粒径动态变化及溅蚀率的变化。试验结果表明：在60 mm/h雨强下,团聚体受雨滴机械打击破碎主要发生在降雨的最初阶段,团聚体＞0.25 mm百分含量（P＞0.25）及平均重量直径（M）均随降雨时间（T）增加呈幂函数减小,溅蚀率（Dr）随降雨时间（T）增加呈幂函数增加,而溅蚀率（Dr）随团聚体平均重量直径（M）减小呈幂函数增大。为揭示不同土样在降雨溅蚀过程中溅蚀率的变化规律,利用团聚体稳定性特征参数-机械破碎指数（R）及降雨时间（T）,建立了不同团聚体稳定性土样溅蚀率随降雨时间变化的经验方程,且方程可决系数较高（R2=0.82）,揭示出团聚体稳定性越好,其破碎过程越缓慢,溅蚀率越小。研究结果为红壤区土壤侵蚀的防治及侵蚀机理研究提供了新思路     

汉江流域土地利用/覆被变化的水文效应模拟研究

针对流域LUCC驱动因子众多、驱动因子与土地利用/覆被变化之间存在复杂的非线性动态关系的特点,以汉江上游流域LUCC模拟为例,构建基于人工神经网络（ANN）与元胞自动机（CA）的模拟土地利用/覆被变化的CA ANN耦合模型,并应用该模型预测汉江上游流域2020s年代的LUCC变化情景。结果表明：2020s汉江黄家港站上游流域水田、旱地、灌木林与建设用地面积均有不同程度的增加,其中建设用地增幅最大,与区域交通和城市化的迅猛发展趋势相符;除建设用地增幅变化较大之外,1980s～2000s与2000s～2020s两个时期其余土地利用/覆盖类型的面积变化率都比较相近,表明CA ANN耦合模型能够刻画土地利用/覆盖类型的转换规律,在流域土地利用/覆被变化的复杂非线性动态演变情景的模拟预测方面是可行的。在此基础上,应用SWAT分布式水文模型模拟汉江上游流域水文过程。研究结果表明：在1980s年代、2000s年代及预测的2020s年代LUCC情景下,汉江上游流域年平均径流量呈增加趋势,LUCC对径流量年内影响较汛期显著,多年平均蒸散发量呈增加趋势     

基于BP神经网络的鄱阳湖水位模拟

考虑到鄱阳湖水位受流域五河与长江来水等多因素的共同作用而表现出高度非线性响应,采用典型的三层BPNN神经网络模型来模拟鄱阳湖水位与其主控因子之间的响应关系。分别将湖口、星子、都昌、棠荫和康山水位作为目标变量进行BPNN模型构建和适用性评估。结果显示：综合考虑流域五河及长江来水（汉口或九江）的BPNN水位模型,空间站点水位模拟精度（R2和Ens）可达090以上,各站点的均方根误差（RMSE）变化范围约050～10 m,若忽略长江来水的影响作用,仅将流域五河来水作为湖泊水位的主控影响因子,模型训练期与测试期的纳希效率系数（Ens）和确定性系数（R2）显著降低,且低于050,均方根误差（RMSE）也明显增大（124～288 m）,意味着综合考虑流域五河与长江来水是获取结构合理、精度保证的鄱阳湖水位模型的重要前提。同时建议针对鄱阳湖湖盆变化对水位的影响,尽可能选择一致性较好的长序列数据集来训练和测试BPNN模型。所构建的BPNN神经网络模型可进一步结合流域水文模型,用来预测气候变化与人类活动下流域径流变化对湖泊水位的潜在影响,也可作为一种有效的模型工具来回答当前鄱阳湖一些备受关注的热点问题,如定量区分流域五河与长江来水对湖泊洪枯水位的贡献分量,为湖泊洪涝灾害的防治和对策制定提供科学依据     

陡水湖流域大型底栖动物群落结构及其环境影响因素

于2016年6月～2017年5月对陡水湖流域的大型底栖动物进行了调查,共采集到大型底栖动物40属(种),隶属4门6纲28科,其中节肢动物最多(18种),占总种数的45.0%,其次为软体动物(15种),占总种数的37.5%,环节动物最少(7种),占总种数的17.5%。优势种为霍甫水丝蚓、苏氏尾鳃蚓、椭圆萝卜螺、梨形环棱螺、放逸短沟蜷和河蚬。各采样点区系相似性分析表明陡水湖流域明显分为库区与入库河流。入库河流底栖动物的平均密度和生物量分别为476.64±28.91 ind./m~2和46.706±15.293 g/m~2,明显高于库区的平均密度(452.34±78.45 ind./m~2)和平均生物量(1.569±0.209 g/m~2)。多样性指数分析显示入湖河流物种多样性高于库区。典范对应分析显示总磷、化学需氧量和氨氮显著影响陡水湖流域底栖动物群落的空间分布。