Planning nature-based solutions: Principles,steps, and insights

Nature-based solutions (NBS) find increasing attention as actions to address societal challenges through harnessing ecological processes, yet knowledge gaps exist regarding approaches to landscape planning with NBS. This paper aims to provide suggestions of how planning NBS can be conceptualized and applied in practice. We develop a framework for planning NBS by merging insights from literature and a case study in the Lahn river landscape, Germany. Our framework relates to three key criteria that define NBS, and consists of six steps of planning: Co-define setting, Understand challenges, Create visions and scenarios, Assess potential impacts, Develop solution strategies, and Realize and monitor. Its implementation is guided by five principles, namely Place-specificity, Evidence base, Integration, Equity, and Transdisciplinarity. Drawing on the empirical insights from the case study, we suggest suitable methods and a checklist of supportive procedures for applying the framework in practice. Taken together, our framework can facilitate planning NBS and provides further steps towards mainstreaming.Electronic supplementary materialThe online version of this article (10.1007/s13280-020-01365-1) contains supplementary material, which is available to authorized users.     

河流CO2与CH4排放研究进展

河流作为连接海-陆两大碳库的主要通道,其水-气界面二氧化碳(CO_2)与甲烷(CH_4)排放构成全球碳循环的重要环节,对全球气候变暖的贡献不容小觑.明确河流水体CO_2与CH_4产排过程、时空特征以及控制因素是认识河流生态学功能以及其对变化环境响应的重要内容.基于当前河流CO_2与CH_4排放研究进展,构建河流碳排放动力学概念框架(内源代谢、陆源输入),并从全球尺度、区域尺度、流域尺度综述了河流碳排放时空变异性特征以及存在的研究不足.在理解碳排放动力学概念框架和时空变异特征的基础上,构建了河流CO_2与CH_4动力学控制因子分层框架(内部因子:有机质、温度、营养盐;外部因子:水文、地貌、人类活动),深入探讨了河流碳排放的关键影响因素.最后,根据当前研究中存在的不足,提出河流碳排放应将纳入区域陆地碳平衡过程,今后研究重点应包括流域尺度上河流CO_2与CH_4内源产生与陆源输入相对贡献的量化研究、不同界面CO_2与CH_4产生与排放过程研究、高时空分辨率的监测数据的补充以及变化环境与人类活动干扰下河流碳排放的响应过程等,为理解河流生态学过程及生态系统功能提供基础,同时为我国进一步深入开展相关研究提供借鉴.     

应用相平衡分配法建立湘江衡阳段沉积物重金属质量基准

采集湘江衡阳段29个站点的表层沉积物样品,测定沉积物中4种重金属(Cu、Pb、Zn和Cd)含量及赋存形态、以及孔隙水中重金属含量,根据相平衡分配法的基本理论,考虑参与沉积物-水相平衡分配的重金属组成,实测法计算重金属的沉积物-水相平衡分配系数(Kp),分别引用美国EPA制定保护水生生物不受重金属慢性毒性影响的基本连续浓度(CCC)和我国地表水环境质量标准(GB 3838-2002)Ⅰ类水质标准,建立两种湘江衡阳段沉积物重金属质量基准(SQC)进行对比分析,其中基于美国CCC建立的湘江衡阳段沉积物重金属质量基准与国内外研究成果相比可比性较好,4种重金属(Cu、Pb、Zn和Cd)的SQC值分别为64.62、55.57、1 360.40和2.34μg.g-1,此SQC具有保护长期生活于沉积物中的底栖生物不受重金属慢性毒性影响的意义.通过单因子评价法将湘江衡阳段沉积物中重金属总量与沉积物质量基准值(SQC)进行比较,结果表明,湘江衡阳段沉积物中Cd和Pb含量水平对底栖生物具有较大的慢性毒性影响,Cd污染不容忽视.     

西大海湖沉积物营养盐垂直分布特征变化分析

通过对西大海湖心柱状沉积岩芯有机质(OM)、总氮(TN)、总磷(TP)、磷形态和粒度指标的测试和分析,探讨其垂向分布特征及影响因素.结果表明,营养盐中OM、TN和TP的含量分别为0.633%~2.756%、0.150%~0.429%和648.00~1 480.67 mg·kg-1.Ca-P是TP的主要部分,占TP含量66.04%.1843~1970年间,Ca-P、IP、OM含量变化较小,Fe/Al-P、OP、TP、TN含量波动较大;1970~1996年间,Ca-P、IP、TP含量变化均呈减小趋势,Fe/Al-P、OP、OM含量不同程度上先减少后增加,TN波动较大;1996~2009年营养元素含量相对波动较大,Fe/Al-P、OP和OM的平均含量是3个阶段中最高的.西大海湖沉积岩芯营养元素污染来源以工业废水、生活污水和化肥农药的流失为主.沉积物中C/N比值显示有机质主要来源于水生生物.沉积物粒度组成以黏土和细粉砂为主.相关性研究表明,Ca-P、IP与TP均呈显著的正相关关系,表明Ca-P对IP、TP的增长贡献大.     

覆盖金属氧化物对湖泊沉积物溶解性有机质特征的影响

为揭示不同金属氧化物对湖泊沉积物DOM（溶解性有机质）影响机制,通过室内模拟试验,在沉积物表层分别覆盖Fe、Al、Mn氧化物及湖沙后培养1 a,并利用三维荧光和紫外光谱方法进行表征.结果表明:① 覆盖Al、Fe、Mn氧化物和湖沙主要降低了0~3 cm沉积物的w（DOC）,降幅分别为8.61%、6.27%、22.38%和0.44%. ② 沉积物中DOM的类络氨酸峰（peak B₁）和类色氨酸峰（peak T₂）均产生较大变化.其中三种氧化物均显著降低了上层沉积物中DOM的peak T₂,使底层DOM的peakT₂显著增加. Mn氧化物使DOM的peak B₁降低,Fe和Al氧化物使DOM的peak B₁增加,湖沙则使两类峰均降低. ③ 覆盖金属氧化物改变了沉积物DOM结构特征,其中覆盖Fe氧化物增强了其芳香性,而覆盖Mn氧化物和Al氧化却降低其芳香性,但三者均使DOM腐质化程度及官能团数量增加,并使FI（Fluorescence Index,荧光指数）增大,表明DOM向生物源转化.研究显示,沉积物表层覆盖金属氧化物影响了沉积物中DOM迁移和转化,并促进了其降解,导致其分子量和腐殖化程度增加.      

大冶湖表层水和沉积物中重金属污染特征与风险评价

于2014年4月采集大冶湖表层水和表层沉积物,用原子吸收分光光度法测定其重金属含量,并基于健康风险评价模型和潜在生态风险指数法开展表层水和沉积物重金属污染的潜在健康风险和生态风险评价.结果表明,表层水和沉积物重金属(Ni、Cd、Cu和Pb)含量平均值分别为49.27、2.19、12.18、12.13μg·L~(-1)和78.46、77.13、650.13、134.22 mg·kg~(-1).富集系数显示,Cd、Cu和Pb均为重度富集,尤其是Cd累积最为明显.与国内典型湖泊重金属污染相比,表层水和沉积物中重金属元素含量均相对较高.表层水和沉积物重金属元素均表现为湖湾处含量较高,中部含量较均匀的分布规律,其来源主要受多种人为活动污染.环境风险评价显示,重金属类化学物质通过饮水途径产生健康风险范围为9.77E-08~1.63E-05 a-1,Ni和Cd是水环境健康风险的优先管理对象.沉积物重金属的潜在生态风险高低为CdCuPbNi,其中Cd是生态风险的贡献元素.     

中国主要湖泊表层沉积物重金属污染特征与评价分析

为了解我国主要湖泊沉积物中重金属的污染特征,通过搜集整理已公开发表的文献资料数据,分析了我国31个主要湖泊表层沉积物中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn 8种重金属含量的平均值及其分布特征,并运用地累积指数法、潜在生态风险指数法对其污染程度进行评价。结果显示:我国31个湖泊的沉积物中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn平均含量分别为16.39,0.497,6.29,36.89,0.076,35.37,99.52 mg/kg,大部分元素含量平均值的最大值分布区域较为分散。地累积指数评价结果表明:8种重金属的平均污染程度由高到低依次为Cd>Hg>Cu>Zn>As>Ni>Zn>Cr,Cd和Hg在多个湖泊沉积物中达中度到重污染。潜在生态风险指数评价结果表明:8种重金属的潜在生态风险系数从高到低依次为Cd>Hg>As>Cu>Pb>Ni>Cr>Zn。8种重金属的总地累积指数和综合潜在生态风险具有显著的地域差异(P0.05),表明我国主要湖泊具有各自不同的重金属污染特征。     

一种多介质层波形潜流人工湿地处理重污染河水试验

我国河流污染严重,城市黑臭水体的比率日益增加。人工湿地作为一种高效低耗能的绿色处理技术,已被广泛应用于污染河水的治理。通过对比分析分层装填复合填料的多介质层波形潜流人工湿地和单一砾石填料的普通人工湿地处理重污染河水的效果,研究了特种基质填料强化脱氮除磷作用以及不同水力负荷条件的影响。试验结果表明:在水力负荷为0.2 m~3/(m~2·d)时,普通湿地对COD、NH3-N、TN和TP的去除率分别达到55.95%、77.85%、39.80%和54.94%;多介质层湿地对COD、NH3-N、TN和TP的去除率分别达到58.52%、75.99%、67.08%和57.31%。在水力负荷为0.5 m~3/(m~2·d)时,普通湿地对COD、NH3-N、TN和TP的去除率分别达到68.46%、90.73%、42.13%和53.70%;多介质层湿地对COD、NH3-N、TN和TP的去除率分别达到69.61%、89.94%、77.58%和68.63%,其脱氮效果明显好于普通湿地。以复合填料包分层装填的波形潜流人工湿地系统具有良好的脱氮除磷效果,有很好的推广应用价值。     

基于WebGIS的水环境模拟关键技术研究

近年来随着水环境模拟领域的发展出现了较多水环境数学模型,目前日益成熟的WebGIS技术是使模型使用变得简单化和直观化的一大途径.是在通过Flex和ArcGIS Server搭建WebGIS系统平台的基础上,利用PHP进行WebGIS和水环境模拟模型的数据交互,实现系统平台和数值模型的松散耦合.用户在浏览器端进行模型输入条件的设置,模型在远程服务器端进行运行计算,反馈的模拟结果通过RIA在WebGIS中进行多元化动态展示.该方法对一般模型具有适用性,可降低模型使用门槛,提高模拟结果展示和分析能力.     

九龙江口滨海湿地生源要素空间分布特征

为了揭示亚热带典型滨海湿地生源要素的空间分布特征及影响因素,选取九龙江口滨海湿地为研究对象,于2009年夏采集表层沉积物及柱状样,利用元素分析仪和流动注射分析仪对主要生源要素碳、氮、磷、硫(C、N、P、S)进行分析.结果表明,九龙江口滨海湿地生源要素含量较高,总碳、总氮、总磷、总硫(TC、TN、TP、TS)的均值分别为(12.64±2.66)、(1.57±0.29)、(0.48±0.06)、(2.61±1.37)g·kg-1,空间分布差异性显著.红树林植被区表层沉积物的TC、TN、TP含量高于米草植被及光滩,高潮位TC、TN、TP含量>中潮位>低潮位,TS在米草植被及中潮位含量较高.柱状样的TC、TN具有相似的垂直变化趋势,均表现为由表层向下逐渐降低,且不同植被间的柱状样TC、TN含量在同一深度上都表现为:红树区>米草区>光滩区;柱状样TP平均值是光滩最低,TS平均值是光滩最高.冗余分析表明,植被类型、pH及潮位是影响表层沉积物生源要素(C、N、P、S)分布最显著的环境因子,解释量分别为24.0%、19.0%和11.6%.