Drivers of microbial beta-diversity in wastewater treatment plants in China

As one of the most well-documented biogeographic patterns, the distance-decay relationship provides insights into the underlying mechanisms driving biodiversity distribution. Although wastewater treatment plants (WWTPs) are well-controlled engineered ecosystems, this pattern has been seen among microbial communities in activated sludge (AS). However, little is known about the relative importance of environmental heterogeneity and dispersal limitation in shaping AS microbial community across China; especially they are related to spatial scale and organism types. Here, we assessed the distance-decay relationship based on different spatial scales and microbial phylogenetic groups by analyzing 132 activated sludge (AS) samples across China comprising 3,379,200 16S rRNA sequences. Our results indicated that the drivers of distance-decay pattern in China were scale-dependent. Microbial biogeographic patterns in WWTPs were mainly driven by dispersal limitation at both local and national scales. In contrast, conductivity, SRT, and pH played dominant roles in shaping AS microbial community compositions at the regional scale. Turnover rates and the drivers of beta-diversity also varied with microorganism populations. Moreover, a quantitative relationship between dispersal limitation ratio and AS microbial turnover rate was generated. Collectively, these results highlighted the importance of considering multiple spatial scales and micro-organism types for understanding microbial biogeography in WWTPs and provided new insights into predicting variations in AS community structure in response to environmental disturbance.     

1989~2015年海口城市热环境与景观格局的时空演变及其相互关系

利用1989,1999,2007和2015年的4期Landsat 5TM/8OLI-TIRS遥感数据,综合应用遥感、地理信息系统、景观生态学和统计分析相结合的方法,探讨海口城市热环境与景观格局的时空演变关系.结果显示,1989~2015年间,海口城市陆地表面温度（LST）总体呈逐步上升的趋势.城市热岛面积逐步扩大,空间质心向西南方向转移,且在2007年以后转移速率明显加快;冷岛质心则向东部生态核心区转移.城市LST较高的区域往往与不透水表面分布一致,较低的LST与绿地或水体分布一致.4期绿地的平均LST比不透水表面低4.17℃,其中2015年绿地景观类型百分比（PLAND）每增加10%导致LST下降0.57℃;不透水表面每增加10%,LST则上升0.78℃.不同时期绿地和不透水表面的平均LST与PLAND、最大斑块指数（LPI）、聚集度指数（AI）均表现为一致的极显著相关关系,且相关性逐年增强,其中绿地为负相关,不透水表面为正相关;景观斑块的大小和聚集程度对城市LST有较大影响.研究结果可以拓展对城市热环境与景观格局时空演变关系的认识,为城市规划和决策者提供参考.     

三峡库区小流域稻田空间格局对氮磷流失影响

选取三峡库区涪陵段封闭性较好的王家沟小流域,分别利用2014~2015年采集的3个稻田坡面12次自然降雨地表径流样品和2次自然降雨过程地表径流样品以及2010、2015年两个子流域日径流样品,对比分析坡面稻田空间格局差异和子流域稻田空间格局变化对地表径流氮磷流失浓度影响.结果表明,坡底布设的稻田对TN、NO_3~--N和TP去除率高于坡腰,坡底稻田田块越大TP去除效果越好;次降雨过程中,3种空间格局稻田TN、NO_3~--N和TP流失浓度在大雨事件降雨前期差异最明显,而中雨事件则为降雨后期;与2010年相比,2015年两个子流域稻田空间格局变化削弱了稻田对子流域氮磷流失拦截净化能力,主要表现为小到中雨事件和基流时期TN流失浓度明显升高,中到大雨事件TP流失浓度极易呈现跳跃性浮动.因此,合理增加流域稻田数量,优化稻田空间格局是三峡库区农业面源污染控制的有效措施.     

三峡水库大宁河支流浮游植物演变过程及其驱动因素

基于大宁河不同水文期(2012-04-27~2013-01-19)的监测数据,运用数理统计分析手段,探索三峡水库支流浮游植物不同水文期演替模式及其影响因素.结果表明:1研究期间表层叶绿素浓度和藻类细胞密度最大值均出现在汛限期,依次是蓄水期、泄水期和高水位运行期.基于生态功能组原理,不同水文期大宁河的浮游植物演替模式为:CR-R(高水位运行期)-CS(泄水期)-CR/CS(汛限期)-R-CR(蓄水期).2丰富度指数最大值出现在蓄水期,最小值出现在高水位运行期和泄水期;均匀度指数最大值出现在汛限期,最小值出现在高水位运行期和泄水期;多样性指数最大值出现在汛限期,最小值出现在蓄水期和泄水期;演替速率最高值出现在蓄水期,最低值出现在泄水期.3利用数理统计分析方法,高水位运行期,浮游植物生物量与生境参数并不存在显著的相关关系,水动力参数(RSCW)和光热参数(Et和Ef*)是影响浮游植物群落结构的关键要素;泄水期,Et和Ef*均与浮游植物生物量呈显著正相关,营养盐参数(TP)与浮游植物生物量呈显著负相关关系,营养盐参数(TP)和光热参数[Deu(λPAR)/Dmix]是影响浮游植物群落结构的关键要素;汛限期,光热参数(Ef*)与浮游植物生物量呈显著正相关,营养盐参数(TP)与浮游植物生物量呈显著负相关关系,光热参数([Deu(λPAR)/Dmix]、Et和Ef*)和营养盐参数(TP)是影响浮游植物群落结构的关键要素;在蓄水期,TP与Chl-a浓度呈极显著正相关关系,光热参数[Deu(λPAR)/Dmix]是影响浮游植物群落结构的关键要素.     

微氧水解强化复合型人工湿地中试反应器的性能研究

考察两组微氧水解强化复合型人工湿地(MA-HCW)组合的中试反应器,对城市黑臭水体的净化处理效果。两组反应器分别种植风车草和菖蒲两种植物,运行的水力负荷为0.2 m~3/(m~2·d)。结果表明,种植风车草的人工湿地系统(A系统)的总体净化效果略优于种植菖蒲的人工湿地系统(C系统)。A系统的COD、BOD5、TN、NH_4~+-N、TP、TSS平均去除率分别为69.65%、75.2%、58.33%、38.46%、59.8%、82.1%。研究表明,微氧水解功能段有效降低了进水中TSS的浓度,起到预防湿地系统堵塞的作用。数据分析显示COD、NH _4~+-N和TN的去除率与溶解氧和温度有相关性。     

国家湿地公园时空格局特征

采用标准差椭圆、点模式分析、统计分析等方法,运用ArcGIS可视化技术,从时间和空间视角分析国家湿地公园的空间格局特征,并探究其与城市的区位关系。研究表明：（1）国家湿地公园在时间序列上分为试点起步阶段、发展与成长阶段和规范发展阶段,各地发展不均衡,“质”的发展不同步于“量”,正式国家湿地公园处于规范发展的起步时期;（2）多尺度空间研究表明正式国家湿地公园空间以聚集分布形态为主,随机分布为辅,整体呈东北—西南分布格局,形成2个高密度热点区和3个中密度次热点区;（3）从城市尺度看,正式国家湿地公园呈现较大空间异质性,具有偏向城市规划区内或靠近城市规划区分布的特征;（4）正式国家湿地公园呈现为人口格局主导特征,响应了胡焕庸线的指导意义。     

青藏高原粮食生产、消费及安全风险格局变化

青藏高原是中国粮食短缺地区之一,提高其粮食自给能力和确保粮食安全一直受到中央和地方政府的高度重视。在修订牧业区和半农半牧地区人均粮食消费需求量标准的基础上,利用1985-2015年青藏高原县级行政单元粮食产量和消费数据,采用波动系数法、分级法、重心模型以及粮食短缺指数模型,分析青藏高原粮食生产和消费的时空变化特征,并评估114个县市的粮食安全风险状况。结果表明：青藏高原粮食生产与消费空间分布不均衡,粮食生产呈环形分布在青藏高原东部湟黄谷地、藏东和藏南沿江河谷地带,中部和西部粮食产量较低,粮食消费呈东高西低格局;本地粮食生产不能满足居民消费需求,区域粮食缺口量达21.04万~121.69万t,相当于粮食消费需求的8.22%~40.11%,考虑旅游人口的影响,2015年区域粮食缺口达132.92万t;青藏高原粮食安全风险较高的地区广泛分布在藏北高原、青南高原、祁连山地以及城市化水平较高的拉萨市辖区和西宁市辖区,旅游业发展对林芝市的粮食安全风险影响显著;单纯依靠粮食增产不能解决区域粮食问题,建立完善的粮食储备和交通物流体系、加强与内地及周边国家的粮食贸易合作,是保障青藏高原粮食安全的关键。     

廊道与源地协调的国土空间生态安全格局构建

构建生态联系紧密且生态干扰更小的生态安全格局,是平衡国土空间规划中生态保护与经济社会发展的重要手段。在国土空间中,为形成廊道与源地的协调与保护兼顾的生态安全格局,以环洞庭湖区域33个县（区）为例,针对核心生态源地与自然廊道、经济社会源地与人工廊道分别形成的生态格局、城镇格局,揭示两者之间生态关键点及生态干扰点的分布特征,并差异化应对。结果表明：（1）为促进生态要素的空间联系,1537条生态廊道应纳入生态安全格局中,908处生态关键点需要保护,而0.48%的经济社会源地面积应退让给自然廊道。（2）受干扰的核心生态源地面积占比和自然廊道长度占比分别为1.36%、12.95%,8800处生态干扰点可采取缓冲、预警等主要应对策略,以协同发展自然—人工系统。（3）为满足生态保护用地应持续增加的需求,非核心生态源地内,面积分别为203.22 km²、125.67 km²、35.59 km²的一、二、三级自然廊道可分批作为生态安全格局未来发展的储备用地。研究结果可为协调国土空间规划体系中生态用地与城镇建设用地提供参考。     

江苏省县域“三生”功能时空变化及协同/权衡关系

揭示江苏省县域“三生”功能的时空关联特征及协同/权衡关系,可为县域空间规划布局提供理论支持。从生产—生活—生态三个维度构建国土空间三生功能识别体系,以空间自相关和相关系数法定量测算江苏省55个县域1996年、2005年、2015年三个时期的“三生”功能时间效应及协同/权衡关系。结果表明：（1）江苏省“三生”功能生态位宽度变化各异,空间分布各具特色,具体表现为：1996-2015年生产功能生态位宽度时序上总体呈增长状态,变化过程具阶段性;空间上呈“南高北低”格局特征,长江南岸条带状集中分布,长江北岸则呈多集聚斑块状。1996-2015年生活功能生态位宽度不断压缩,空间上具以市辖区为中心向外同心圆衰减规律。1996-2015年生态功能生态位宽度不断增大,空间上生态功能生态位宽度具依山傍水呈高值特征。（2）江苏省1996-2015年间,生产功能、生活功能、生态功能均有随时间变化正相关类型（高高、低低）集聚明显,“组团”式分布;负相关类型（高低、低高）集聚性低,“离散”状分布规律。 （3）生产与生活功能存在空间协同关系,生产与生态功能呈协同/权衡波动变化态势,生活功能与生态功能变化趋势类似于生产与生态功能,交叉变化更明显,不同年份协同/权衡关系在不同单元有明显差异。研究表明,以上特征均与区域经济社会发展有较强的吻合性,未来应逐步改变以生产功能过速扩张压缩生活、生态功能的现象,应以保护生态环境、提升生活质量实现“三生”更加协同。     

Is everyone hot in the city? Spatial pattern of land surface temperatures,land cover and neighborhood socioeconomic characteristics in Baltimore,MD

Urban heat island effect refers to the phenomenon that ambient air and surface temperatures in urban areas are several degrees higher than surrounding rural areas. Higher temperatures not only impact the comfort of urban dwellers, but also increase energy use, ozone production, and the risk of death for humans in a heat wave. Our research focuses on the variation in land surface temperature in the Gywnns Fall Watershed, Maryland. We found that land surface temperature is highly variable spatially, resulting in "hotspots" within the heat island. We further explore how this temperature variation relates to social factors on the scale of the census-based block group. We show that land surface temperature is statistically higher in block groups that are characterized by low income, high poverty, less education, more ethnic minorities, more elderly people and greater risk of crime. These variables were mapped to evaluate the spatial relationship of land surface temperatures to social factors. This spatially explicit approach facilitates identification of specific areas to prioritize for heat prevention and intervention efforts. We demonstrate, through an exercise, how incorporating data on land surface temperature and social factors into heat intervention strategies could contribute to efficient allocation of limited resources and services. The exercise also indicates where heat prevention efforts, such as tree-planting programs, are most needed to help reduce heat exposure and moderate the urban heat island effect.