Integrating ecosystem services evaluation and landscape pattern analysis into urban planning based on scenario prediction and regression model

ABSTRACT

Urban planning has become a widely concern for minimizing the negative effects of urban expansion on terrestrial ecosystems. We developed an interdisciplinary modeling framework to evaluate the effectiveness and shortcomings of urban expansion management strategies. A three-step method was applied to Yinchuan Plain in the northwestern of China, including (1) analyzing the relationship between landscape pattern and ecosystem service values through mathematical statistics; (2) predicting landscape pattern and ecosystem services change under different scenarios based on cellular automaton model (SLEUTH-3r model); and (3) designing and validating optimized scenario through integrating historical analysis experiments and future multi-comparison suggestions. Results have suggested that landscape composition and configuration can significantly affect regional ecosystem service values, especially the connectivity and shape of landscape. Compact urban growth policy and medium environment protection policy are the appropriate setting for urban expansion plan. Optimization validation of the combined designed scenario implied the reliability of this method. Our results highlighted the significance of integrating application of landscape pattern analysis, ecosystem service value evaluation, model simulation and multi-scenario prediction in urban planning.     

生态文明建设与可持续发展

可持续发展与中国生态文明理念的提出和演化是一个不断深入、循序渐进的历史过程,与全球形势和中国具体国情发展变化密不可分,两者存在紧密联系。主要体现在:中国生态文明建设与全球可持续发展历程遥相呼应,生态文明理念是可持续发展理论的延伸拓展与中国化,两者的实现途径是一致的;二者都是在资源环境约束和经济社会发展矛盾日益突出的背景下提出的,都强调不同领域的协调和融合,强调环境保护的重要性,但又同样不等同于环境保护。     

梯级拦河堰对典型山地城市河流重金属元素的滞留效应:以重庆市梁滩河为例

梯级拦河堰通过改变水力条件的方式将大量重金属元素滞留到河底沉积物中,滞留在沉积物中的重金属会长期影响地表水质和水生态.在2020年5月采集位于重庆市主城区、布设有梯级拦河堰的典型山地城市河流——梁滩河干流河底沉积物,并监测各河段内沉积物累积量和样品中重金属元素含量以及其它基本理化指标.结果表明,梁滩河干流沉积物ω（As）、ω（Cd）、ω（Cu）、ω（Hg）、ω（Ni）和ω（Pb）均值分别为（4.66±4.78）、（0.361±0.256）、（32.30±14.38）、（0.069±0.039）、（33.47±15.37）和（26.34±11.52） mg·kg^-1,由于污染源空间分布不均和梯级拦河堰对河流连通性的破坏,各点位沉积物重金属含量有着较大的空间变异系数.改进的地累积指数（I_m）显示,Cd是沉积物中污染水平最高的重金属元素;有12.50%的监测点位处于偏中度或中度污染水平,污染主要分布于建设用地集中的上下游区域.潜在生态风险评价指数法（RI）和沉积物质量基准法（SQGs）显示,除污染水平较高、毒性强的Cd和Hg外,流域内背景值含量较高的Ni也对地表水生态风险形成威胁.在梯级拦河堰的影响下,干流沉积物中滞留As、Cd、Cu、Hg、Ni和Pb总量分别为446.10、47.28、4997.80、10.81、5135.68和4048.16 kg,其中Cd、Ni和Pb会长期威胁地表水生态安全.由于较高的重金属滞留总量和更易形成厌氧环境,各级拦河堰上游附近河段也是重金属内源释放所需关注的重点区域.利用主成分分析和聚类分析解析沉积物中重金属元素来源：Cd、Cu和Pb主要源于居民/工业点源污染;Hg主要源于农业面源污染;As和Ni主要源于自然土壤侵蚀.     

岩溶湿地与稻田土壤团聚体细菌群落结构的比较

研究湿地系统中的土地利用变化对土壤团聚体中细菌群落结构的影响,可以为阐明土地利用变化对湿地土壤团聚体稳定性的影响机制提供理论依据.以会仙岩溶湿地和稻田为研究对象,利用高通量测序技术和生态网络分析对土壤团聚体（大团聚体0.25~2 mm、微团聚体0.053~0.25 mm和粉、黏粒<0.053 mm）细菌群落结构进行研究.结果表明：①微团聚体在稻田中占29.64%,显著高于其在天然湿地中的占比（22.20%）.②门水平上,绿弯菌门在稻田土壤大团聚体、微团聚体和粉、黏粒中的相对丰度分别为7.97%、8.56%和7.40%,显著高于其在天然湿地这3种粒径团聚体中的相对丰度（4.93%、4.81%和3.76%）;目水平上,厌氧绳菌目在稻田这3种粒径团聚体中的相对丰度分别为2.35%、3.03%和2.65%,显著高于其在天然湿地这3种粒径团聚体中的相对丰度（0.92%、0.91%和0.43%）.③生态网络分析显示,稻田微团聚体和粉、黏粒网络的节点数、边数和平均邻居数均高于天然湿地,并且在这两种组分中网络的平均连通度更大,特征路径长度更短;稻田大团聚体网络具有更长的特征路径长度、更高的模块性.结果表明,天然湿地改变为稻田后,土壤团聚体细菌群落结构改变,稻田微团聚体和粉、黏粒中细菌群落具有更高的物质循环和信息传递的效率,而稻田大团聚体细菌网络紧密性低,模块性高,其细菌群落结构更稳定.     

西昌邛海沉积物重金属含量时空变化与污染评价

通过对四川省西昌市邛海沉积岩芯10种金属元素全量与表层沉积物7种重金属元素全量和赋存形态的分析,研究了近百年来重金属累积和污染的时空特征及其在表层沉积物中的潜在生态风险.20世纪70年代之前,沉积岩芯中金属元素含量均较为稳定;70年代沉积物中Al、Fe、K和Cr含量呈明显的峰值,与流域降水量增加及围湖造田和毁林开荒等导致的细颗粒表土侵蚀输入有关;90年代以来,随着流域土壤侵蚀强度降低,Al、Fe、K和Cr等含量总体呈下降趋势,而As、Cd、Cu、Pb和Zn含量逐渐升高或较为稳定.富集系数结果表明,沉积岩芯中Cd、Pb和Zn受到不同程度的人为污染;其中Cd污染最重,污染开始于20世纪60年代,90年代以来保持在中等污染水平.表层沉积物中,Cd在西北部湖区含量较高,其余重金属含量空间变化趋势不明显;Cd、Pb和Zn的有效态质量分数平均分别为95%、63%和48%,其中Cd以酸可提取态为主,Pb和Zn主要赋存于可还原态和可氧化态中;其余重金属有效态质量分数平均值小于27%.重金属全量与有效态含量结果均表明,表层沉积物中Pb和Zn为轻度污染或中度污染水平,Cd平均为中度污染水平,但在西北部湖区达到了重度污染水平.基于重金属全量与有效态含量分别估算的表层沉积物中人为源Cd、Pb和Zn的含量较为接近（P>0.05）,说明人为输入的重金属在沉积物中主要赋存于有效态中.综合沉积物质量基准、潜在生态风险指数评价结果及重金属赋存形态,表层沉积物中Cd具有较强的潜在生态风险,其余重金属表现为低生态风险.     

黄河中上游能源化工区重点产业发展战略生态风险评价

结合黄河中上游能源化工区重点产业发展战略生态风险宏观性、综合性、复杂性的特点,论文以生态风险景观评价方法及3S技术等为研究手段,综合考虑重点产业发展战略人为风险源及自然风险源,以生态风险受体和终点选择、风险源分析、暴露危害分析、生态风险综合评价及生态风险分区为评价步骤,揭示了重点产业发展战略潜在生态风险空间分异特征。研究结果表明：黄河中上游重点产业战略实施区可划分为三类生态风险监控区,生态风险重点监控区自然风险源分布集中,重点产业人为风险源和自然风险源交织在一起,极易发生生态风险放大效应,生态风险次重点监控区自然生态风险源分布较单一,局部重点产业人为风险源强度增强,将增加区域生态风险水平,生态风险监控区自然生态风险源分布范围较小,潜在生态风险水平相对较低。论文探索了战略环评生态风险评价方法和评价思路,为国内重点产业发展战略生态风险评价提供了借鉴。     

中国流域水资源生态补偿的法律问题与对策

随着我国经济社会的不断发展,水资源不足和水质污染引起的水危机已经成为许多地区可持续发展中的重要制约因素。在这种背景下,为了平衡环境、社会和经济多元利益,寻求先进的法律机制来调节平衡、保护流域生态环境、促进流域的可持续发展已成为一种共识。开展流域水资源生态补偿是实现流域上下游之间等相关方利益公平的关键所在。但由于我国缺乏生态补偿立法和相应的制度安排,流域水资源生态补偿目前仍面临许多问题：我国流域水资源生态补偿进展缓慢、法律制度滞后、部分法律法规彼此之间矛盾和相互冲突、流域水资源生态补偿的法律制度缺位、立法模式不适合当今流域生态环境问题解决等。本文通过对我国有关涉水法律中存在问题的分析,提出一些有关流域水资源生态补偿法律制度建设和完善的对策,以期对中国流域水资源生态补偿的推进和进一步实现水资源的可持续利用有所帮助。     

成都龙泉山地区建设用地生态适宜性评价

随着景观格局与生态过程之间的关系日益受到重视,传统的评价方法已经不能满足生态适宜性评价的发展需要。本文以成都市龙泉山地区为例,从景观类型、生态功能、生态价值、土壤侵蚀敏感性和地质灾害敏感性5个方面建立评价指标体系,分别采用最小累积阻力模型和模糊综合评判法描述水平生态过程和垂直生态过程下的生态适宜性,综合两种评价结果进行建设用地的生态适宜性评价。研究结果表明,模型机理的差异使评价结果有着很大的区别,两种方法的综合应用可以有效弥补彼此的不足,本文将研究区的生态适宜性评价结果划分为禁止开发区、严格限建区、一般限建区、重点开发区和优化开发区5个分区,各区的面积分别为259．70km^2、793．89km2、1220．35km2、739．68km2和490．42km2。以往的生态适宜性评价方法往往单一地考虑水平或者垂直生态过程,本文构建的这种综合水平和垂直生态过程的评价方法为生态适宜性评价的方法研究提供了有益的尝试和补充。     

生态资本运营理论在西部地区的应用

在介绍生态资本运营的基本理论基础上,结合我国西部地区特点分析了该地区进行生态资本运营的可行性与重要意义,并对该地区生态资本运营进行了经验实证,提出了相关的保障机制.创新之处在于,把生态资本运营理论与西部地区的具体实践结合起来提出相关措施,对西部地区生态资本运营具有一定的借鉴意义.     

乌昌地区城镇污水处理方式探讨

随着乌昌经济的发展,城市人口快速增长,生活污水的排放量剧增,对环境造成直接和潜在威胁。通过对乌昌地区城镇污水处理现状,昌吉州人工防护林建设状况分析,结合防护林用水量及地下水资源现状分析。探讨城镇污水处理的全新模式,从其生态效益、环境效益、社会效益和经济效益做了分析阐述。