在通过可达性方法确定长江中游城市群县域范围的基础上,运用熵值法从人口、经济及社会3个子系统对长江中游城市群县域2001、2006及2011年3个时期城镇化发展水平进行综合测度,运用空间自相关对综合城镇化水平的空间演变进行分析并分类,利用回归分析对各类型县域进行驱动因子分析。结果表明:(1)长江中游城市群县域综合城镇化水平持续提升,但各地区间的发展速度差异明显;在子系统演化过程中,以经济城镇化的快速演进为主要特征,其次为社会城镇化,最后为人口城镇化过程。(2)综合城镇化水平及其变化率与城市等级规模、交通及产业结构转型密切相关;各子系统在空间格局演变进程中有着不同的特点,但子系统变化率间具有明显的正相关性。(3)长江中游城市群县域城镇化依据关联性可以划分为"耦合聚集"型、"中心洼地"型、"拮抗聚集"型及"核心边缘"型,各类型县域空间格局演变明显。(4)內源力在"耦合聚集"型县域及"拮抗聚集"县域城镇化进程中具有促进作用,投资力对"中心洼地"型县域影响作用明显,而"核心边缘"型县域主要驱动因子为行政力和內源力;根据各类型县域主要驱动因子提出促进城镇化发展的相应措施,以做到因地制宜地指导各地区城镇化健康发展。

随着城市能级的不断提高,城市生态环境问题也日益突出,二者间协调发展成为城市发展一致的追求。以皖江区域10个城市作为研究地域单元,构建了城市能级与生态环境的指标体系,并建立了城市能级与生态环境的协调度模型。在此基础上,对皖江区域2002~2011年的城市能级与生态环境协调度进行了测度,研究发现过去10 a 皖江区域城市能级与生态环境的协调度处于较低水平。根据测定的协调度数据,建立了协调度自回归预测模型,并运用该模型探究了未来10 a皖江区域城市能级与生态环境协调度的发展趋势,结果表明皖江区域城市能级与生态环境的协调度发展水平经过拮抗期和基本协调期后不断提高,将于2019年前后趋近高质协调发展阶段,即城市能级与生态环境两个系统有序互动发展的态势。

以中国31个省市自治区为研究单元,以R&D强度为测度指标,采用传统统计分析方法,结合马尔可夫链和ESDA,分析了2001~2011年中国R&D投入的区域差异及时空格局演变。结果表明:中国省域R&D投入的绝对差距在扩大而相对差距在缩小,空间相关性逐渐增强,存在明显的"俱乐部趋同"现象。东西部之间R&D投入的空间差异有所扩大并呈两极分化的态势,投入重心正在向东南部偏移。R&D投入增长也具有明显的空间集聚特征,并形成了以长三角和鲁皖赣为核心向中西部地区梯度推进的圈层结构。增长热点区由分散格局转为集中连片格局,增长冷点区在大幅减少,全部集中在西部地区。R&D投入时空差异的形成受经济发展水平、政府科技投入力度、产业结构的变化和人力资本积累等多个因素的影响。

基于遥感开展城市湿地资源与生态服务价值研究是当前生态环境研究的热点问题之一。利用1987年、2000年和2007年的Landsat遥感影像,利用遥感和地理空间分析方法,结合野外调查及研究区相关资料,监测了1987~2007年上海市湿地资源的变动情况,并借助生态系统服务价值理论,估算研究区1987~2007年湿地资源的生态服务价值变化。结果表明:(1)1987~2007年间上海市湿地资源呈现不断退化的趋势,特别是2000年后退化趋势明显,主要表现在稻田、河流、库塘、滩涂等湿地面积的显著减少;(2)1987~2007年上海市湿地生态服务总价值呈下降趋势,其中河流、库塘、稻田的生态服务价值减少,滩涂、湖泊的生态服务价值增加。上海湿地资源与生态服务价值的变化主要是城市化快速发展导致的。以上研究结果,可为政府城市发展中对湿地资源的保护、开发和利用提供依据。

为有效的监测和评估水资源短缺风险的程度,实现水资源可持续开采和利用,提出水资源短缺风险的相似云综合评价模型。针对水资源短缺风险的影响因素同时具有模糊和随机性问题,建立基于熵权和相似云方法的综合评估模型。借鉴现有理论的基础上,综合考虑风险率、脆弱性、可恢复性等5个评价指标,采用熵权法确定各个指标的权重,利用正态云模型定量描述单指标条件下待评价城市水资源的短缺风险等级。给出一种新的计算正态云模型相似度方法——基于组合模糊贴近度的正态云相似度度量方法,通过比较待评价城市与风险等级之间的熵权正态云相似度值的大小,构建基于熵权相似云的水资源短缺风险评价模型。江苏省三大流域的实例表明,该方法简单可行,结果相对客观合理,能够克服现有方法的一些缺点。

土地利用快速变化对水环境带来较大影响,定量分析土地利用与水环境污染的关系是土地利用结构调整的重要依据。利用3S技术,通过SWAT模型对1983年与2012年昌江流域的水量和水质模拟,分析了土地利用时空变化,结合氨氮、总磷模拟数据,定量分析了土地利用变化下该流域的水环境污染负荷。研究结果表明:该区域林地、草地、水域、城镇及建设用地呈增加趋势,耕地则呈减小趋势。林地占比最大,为70%左右,其次为水田。水田为水环境非点源负荷贡献的第一大来源,且其占流域略多于20%的面积,贡献了该区域总磷总量的53.48%~57.01%和氨氮总量的51.86%~56.57%;农业耕作以25%的地类面积,贡献了60%~65%的非点源污染负荷;旱地的单位面积贡献污染负荷高于林地及城镇及建设用地,表明农业非点源污染是该区域水环境非点源污染的主要来源。

基于嘉陵江流域1962~2010年实测月降水和月平均气温数据,利用不同时间尺度(3、6、9、12个月)的SPI和SPEI指数分析了近50 a来流域干旱趋势的时空演变规律。对不同时间尺度的SPI及SPEI指数分析表明,1962~2010年嘉陵江流域整体呈干旱增加趋势,特别是流域西部和北部呈现出明显的干旱增加趋势,而流域东部的干旱增加趋势并不明显,个别站点附近还呈现出微弱的干旱减少趋势。SPI及SPEI指数的变化还表明,嘉陵江流域在大时间尺度上的干旱增加趋势更为明显,大时间尺度的干旱事件主要由降雨量决定,而气温变化对干旱趋势的影响则在小时间尺度上更为显著。此外,对于相同的时间尺度,SPEI指数相较于SPI指数检验出更为明显的干旱增加趋势,表明考虑气温影响的SPEI干旱指数更能够检测干旱事件的变化规律,因此SPEI干旱指数更适用于气候变化条件下流域干旱演变特征分析。

利用不同的方法对贡嘎山黄崩溜沟水文站实测日径流资料进行了基流分割,并利用数理统计方法对基流指数的均值、均方差、变异系数进行了计算,并对黄崩溜沟基流过程和地表径流、基流的滞后时间进行了分析。黄崩溜沟基流分割指数为0.65~0.74,平均值为0.71;枯水期,黄崩溜沟地表径流量相对降雨量滞后时间为2.7~14.5 d,平均滞后8 d,基流量相对地表径流滞后0.7~3 d,平均滞后1.8 d;丰水期,黄崩溜沟地表径流量相对降雨量滞后时间为0.7~3.7 d,平均滞后1.8 d,基流量相对地表径流滞后0.9~2.6 d,平均滞后1.5 d;考虑流域整体,计算黄崩溜沟流域降雨入渗补给系数为0.16~0.28。研究表明:利用数字滤波法中F4方法对黄崩溜沟径流进行基流分割,其结果的稳定性与可靠性最佳;丰水期黄崩溜沟地表径流量相对降雨量滞后时间明显比枯水期短,而其基流量相对地表径流滞后时间丰水期、枯水期相差不大;对某一流域径流进行基流分割时应选取多种方法,并需要对其分割结果的稳定性与可靠性进行讨论,按照流域计算降雨入渗补给地下水补给问题应考虑流域整体,尤其是在山区。

基于1999~2012年NDVI数据,结合气温和降水资料,运用GIS和RS技术,分析了西南地区近14 a植被覆盖的时空变化特征及与气温、降水的关系。结果表明:(1)该区植被生长良好,各植被类型NDVI均呈显著增加趋势。空间整体表现为改善状态,改善面积远大于退化面积,严重退化区仅占1.18%。退化区分布于横断山地北部、四川盆地东部以及云贵高原中部。(2)植被覆盖变化将以良性发展为主,但强持续性的退化区和弱持续性的改善区应值得关注;强持续性的退化区主要分布在横断山地中北部、云贵高原中西部、若尔盖高原中部、四川盆地与若尔盖高原相交区域;草原强持续性的退化面积最大,针阔混交林强持续性的改善面积最大。(3)NDVI与温度存在明显的正相关关系,而与降水及干旱指数变化的关系不太明显,温度是影响该区植被变化的主要自然因素。

人类活动通过对非生物因素和生物多样性的作用从而对生态系统功能产生了巨大的影响。大量的理论和实验研究表明,物种功能性状在连接群落组成改变和生态系统进程转变中起着重要作用。由于物种功能性状的差异,栖息环境改变后,群落中容易适应新环境的物种占据优势,难以适应的物种数量减少甚至消失,从而导致整个群落结构发生改变,进而使整个生态系统进程发生转变。通过评价金沙江观音岩水电站大坝截流前后鱼类群落组成情况,结合不同种类功能性状的差异,采用生物多样性评估方法和功能多样性指数分析方法两种不同手段,对比分析截流前后大坝下游鱼类群落结构和功能多样性的变化,从而分析大坝建设的生态效应。结果表明:Bray-Curtis相异指数前后差异较大,辛普森指数无明显变化;功能多样性指数的变化表明大坝截流对水体中体型较大,口下位,食谱宽度较窄的鱼类生存和活动造成了一定的破坏,导致拥有这些特征的鱼类数量减少甚至消失,降低了下游鱼类群落的功能多样性,进而对该区域整个生态系统功能产生影响。

利用MODIS-NDVI数据、地面气象站数据等,采用通用土壤流失方程计算了长江流域2000~2010年土壤保持量,并基于GIS平台与GeoDa软件,辅以Moran's I指数以及一元线性回归系数等方法分析了长江流域土壤保持能力的时空分布特征。结果表明:(1)长江源区以及中下游沿岸至长江入海口地区的土壤保持量最低(≤560 t/hm²),土壤保持量高值区(≥2 400 t/hm²)主要分布于上游四川盆地周围以及中下游长江以南地区;(2)长江流域土壤保持量在市域单元上存在明显的空间聚集现象,"低—低"聚集区分布在长江源区、武汉西部以及流域入海口,"高—高"聚集区主体分布在流域上游与江西南部;(3)土壤保持量年际变化呈增加趋势的区域占62%,其中呈快速增加趋势(b>5)的地区分布在陕西南部、湖南西北部、江西东部以及四川东部,呈减少趋势的区域占38%,主要分布于流域上游以及中下游长江以南部分地区。

于2009年按季度对浙江省临安市内的青山水库进行调查,测定了水体环境因子、浮游植物群落,采用营养状态指数法对水库水质现状进行了分析和评价,并探讨了浮游植物与环境因子之间的关系。结果表明:青山水库处于轻度富营养化和中度富营养化之间,水库入库处营养状态综合指数高于库中和大坝处。调查期间共发现浮游植物7门40属89种。不同季节浮游植物主要优势种类不同,春季以硅藻、隐藻和甲藻为主,夏季以蓝藻和绿藻为主,秋季以蓝藻、硅藻和隐藻为主,冬季以硅藻和隐藻为主。相关分析表明,青山水库浮游植物密度与出入库流量和透明度呈显著负相关,与总磷呈显著正相关。典范对应分析(CCA)表明,出入库流量、水温、溶解氧和营养盐是影响水体浮游植物分布格局的重要环境因子。

开展耕地利用效益评价,对实现农业生态文明和耕地高效持续利用具有指导意义。结合能值分析、自相关等方法,评价和分析了2002~2011年武穴市耕地利用效益的时空演变特征。结果表明:近10 a来武穴市耕地利用效益的能值投入和产出处于上升趋势,增长速度分别达58.17%和61.29%;能值投入中工业能值所占比重最大,超过总量的70%以上,2011年达到82.17%;耕地集约度增加6.60×10¹⁵sej的同时环境压力也在变大,耕地环境负载率由2002年的2.88上升至2011年的4.61;农业生产能力和农民生活水平不断提高;空间自相关结果显示武穴市各乡镇单位面积耕地能值投入和产出具有较明显的东高—南低—西平的聚集特征。研究结果对优化武穴市农业生产物化投入结构、提高产出效果,实现耕地高效持续利用具有一定的指导意义。

土地用途管制和基本农田保护制度下,耕地非农化概率值和其驱动力的空间作用强度分布在土地资源配置和耕地保护方面有积极的指示性。基于武汉市2000~2011年耕地非农化地块的微观数据,通过比较分析Logistic回归模型和地理加权Logistic回归模型参数估计结果,验证了耕地非农化驱动力的空间异质性,并对异质性的空间分布规律和政策涵义做出总结分析。研究表明:①耕地间的空间依赖效应和建设用地对耕地的空间溢出效应在耕地非农化过程中具有显著影响力,且耕地非农化驱动力存在显著的空间异质性;②地理加权Logistic回归模型由于考虑到数据的空间非平稳状态所以比Logistic回归模型有更好的拟合效果;③耕地非农化驱动力的异质性在空间上呈现出一定规律,这些受到产业布局、经济和城市发展特点等的影响,根据不同驱动力空间异质性产生的原因进行差异化土地管理可以解决耕地保护和建设用地供给间的矛盾。研究结果能从地块尺度上反映出耕地非农化驱动因素的空间异质性,实现了驱动因素作用强度空间分布的可视化,并能为国土资源差异化管理提供理论和实践参考。

以美国国家环境保护局(US EPA)优先控制污染物清单中16种多环芳烃(PAHs)为研究对象,仅考虑人为排放源,根据11种主要排放源排放数据和相应排放因子估算上海市PAHs年排放量。结果表明:2012年上海市16种PAHs的排放量约为447.8 t,7种致癌性PAHs排放量为60.06 t,排放密度为70.6 kg/km²。从排放源看,炼焦用煤和民用燃煤是PAHs排放的主要来源,两者占总排放量的56.0%,天然气、炼油排放量次之。从排放谱看,萘(NAP)排放量最大,占总量的30.8%,其次为菲(PHE),致癌性PAHs占排放总量的13.4%。另外,PAHs排放以低环(2~3环)为主,占排放总量的71.1%,其次为4环的Fl、Py、BaA和Chr,高环的D[ah]A排放量最低。利用地区生产总值(GDP)和能源消耗数据拟合公式预测2020年能源消耗量,进而预测得2020年PAHs排放量约为356.57 t。

基于高分辨率遥感影像、GIS和RS技术,利用转移矩阵、景观指数和地图叠加等方法系统分析了辛庄镇域生态用地演变的时空特征,并引入二项Logistic回归模型,选择到农村居民点的距离、到道路的距离、到河流水系的距离、到村镇中心的距离、人均GDP、人均工业总产值、人均农业总产值、人均收入、人口密度为驱动因子,对研究区主要类型生态用地变化的驱动力进行分析。结果表明:1991~2009年,辛庄镇生态用地空间结构和面积变化剧烈,总体上呈加速缩减趋势。其中,水田面积变化尤为明显,18 a间累积减少1 806.61 hm²;经济效益较高的水产养殖用地和园地规模有所增长,尤其是水产养殖用地,1991~2009年年均增长43.01 hm²,长幅为93.26%。生态用地主要转移去向为水产养殖用地、居住用地和工业用地。生态用地总体上破碎化程度加剧,类型水平上,大体上呈现为破碎度加剧、景观形状日趋规则、优势度逐渐降低、聚集度日益增加的态势。各时段生态用地演变的主要驱动因子均为邻域因子,但随着时间的推移,社会经济因子对生态用地变化的解释效力逐渐增强。

"堑秋湖"是广泛存在于鄱阳湖湖区且与鄱阳湖水文节律特征相顺应的一种渔业方式。为了解"堑秋湖"渔获物组成特征及其产量与水位之间的关系,于2011~2013年"堑秋湖"期间对江西鄱阳湖国家级自然保护区的子湖大湖池和沙湖进行了连续3年的渔业调查。2011年,大湖池和沙湖与修河分别相通23 d和10 d,鄱阳湖属旱涝急转气候;2012年鄱阳湖水势较大,大湖池和沙湖与修河分别相通124 d和108 d。2013年鄱阳湖再现旱情,大湖池和沙湖均未能与修河连通。2011年渔业调查开展7次,2012年调查9次,2013年调查5次。3 a调查累计获得鱼类59种隶属于6目12科43属。3年研究结果表明渔获物以鲤科鱼类为主,在种类上变化不大但优势物种有所改变且渔获物产量呈下降趋势,无度量多维排序结果(MSD)显示鱼类群落在不同年度和子湖间分离明显。经济鱼类的单位捕捞努力量(CPUE)与水位变化的线性回归分析结果表明,2011年经济鱼类产量与当日水位呈正相关性,但2012年和2013年两者的相关性却不明显。

武汉市后官湖因流域城镇化迅速发展,水环境状况日渐恶化。首先对后官湖水质历史和现状分析,得出TP、TN和COD_Mn为主要超标因子。再结合流域土地利用现状、湖泊污染特征及其行政区划等,将后官湖流域划分成5个污染控制区(H1、H2、H3、H4和H5污染控制区),对各污染控制区中点源、面源污染进行分析,得出点源和农村生活为流域最重要污染源,两源共计排放COD_Mn、TN、TP和NH₃-N占整个流域污染的82.9%,76%,78%和80.8%。污染控制区贡献量中,COD_Mn最大为H4(25.7%)和H3(23.97%);TN最大为H3(30.28%)和H4(25.31%);TP最大为H4(29.33%)和H2(25.62%);NH₃-N最大为H3(31.77%)和H4(24.44%)。单位面积入湖强度中,H3区域COD_Mn、TN、TP和NH₃-N强度最大,分别为35.57 t/(a·km²),6.87 t/(a·km²),0.85 t/(a·km²)和5.57 t/(a·km²),表现出污染强度"西低东高"的污染特征。针对上述污染特征本研究提出后官湖流域和各个分区污染防治对策,并对基于流域分区控制下污染物入湖量进行了测算。

以武汉市2000~2013年数据为基础,构建了城市化综合水平和空气环境综合指数的评价指标体系,利用结构熵权法和响应度模型对城市化进程中的空气环境响应时序特征和整体响应强度进行了比较分析。结果表明:(1)2000年后武汉市城市化呈现快速增长态势,进入了一个快速增长时期;空气环境综合指数及其分量呈现不同的变化特征,综合指数呈波动中递增趋势;(2)空气环境综合指数及其分量对城市化有着不同的响应特征,其中,空气质量指数与综合指数由正响应转向负响应,2010年为拐点,表明近年来,武汉市空气环境压力变大,空气质量有恶化的趋势;(3)相同城市化进程中,空气环境质量的正向响应相对于空气负荷压力的减小具有不一致性和滞后性,2013年后的武汉市空气质量需要持久努力改善。城市空气环境质量改善是一个漫长的过程,需要在减小空气污染排放的压力同时,调整产业结构、节能减排,并要积极预防城市化扩张过程中的建设施工、道路、裸露地面等扬尘污染。

采集了湘潭锰矿红旗分矿开采区、沙圹村恢复区的代表性当季蔬菜(莴笋叶Fruticicolidae、小白菜Brassica chinensis、香葱Allium schoenoprasum、空心菜Ipomoea aquatica)、废弃区的优势植物(商陆Phytolacca acinosa、野茼蒿Crassocephalum crepidioides、苍耳Xanthium sibiricum)和3个研究区的土壤,通过原子吸收分光光度法分析了Mn、Pb、Zn含量。结果表明:开采区蔬菜Mn含量(8.3~84.5 mg/kg)明显高于恢复区(2.7~55.6 mg/kg),开采区和恢复区蔬菜都明显受到Pb污染(0.6~33 mg/kg),蔬菜Zn含量范围为1.9~6.5mg/kg;3个研究区域土壤重金属均明显超标,最严重的是Pb污染(1 993.5~2 213.5 mg/kg)。商陆、野茼蒿和苍耳中重金属含量差异较大,对重金属的耐性强,其中商陆表现出最好的耐性与长势。研究结论对锰矿土地合理利用以及矿区土壤重金属治理提供一定的科学依据。

以三峡库区为研究地点,建立库区优势树种立木生物量模型,并测定乔木含碳系数,结合库区第7次和第8次森林资源连续清查数据,估算了整个三峡库区乔木林的生物量和碳储量。研究结果表明:(1)整个库区乔木林生物量和碳储量第7次调查为12 583×10⁴t和6 471×10⁴t,单位面积生物量75.70 t/hm²,碳密度38.93 t/hm²,第8次调查为14 253×10⁴t和7 396×10⁴t,单位面积生物量77.46 t/hm²,碳密度40.20 t/hm²。可见,这5 a中,三峡库区生物量和碳储量都有所增加。(2)对于不同森林植被类型来说,松类的生物量和碳储量都显著高于其他类型,分别占三峡库区生物量和碳储量的40%和50%。(3)三峡库区森林植被生物量和碳储量随龄级增大先增大后减少,在中龄林时达到最大,比较两次调查的生物量和碳储量,森林植被主要以幼林龄和中龄林占优。(4)两次调查显示三峡库区森林植被生物量和碳储量主要分布在天然林中,对于碳汇起到主要作用,同时,人工林所占的比例有所提高,其碳汇能力也逐步提高。

城市河道水环境综合整治需要科学合理的评价体系来指导和评估整治工作绩效。针对城市河道的水环境特征,采用系统分析和专家调查法建立了城区河道水环境综合整治效果评价的指标体系与数学评价模型,指标体系包括目标层指标1项、准则层指标3项、评价层指标10项以及调查监测指标层15项,共4个层次。将建立的评价方法应用于2012年3~10月宁波市11条城区河道水环境综合整治效果的评价,获得城区河道综合整治效果评分值在48.4~91.4,评价结果可定量描述治理工程取得的环境效果,为城市河道水环境综合整治与定量考核提供依据。

采用模型模拟水稻热害过程及其可能的产量损失是水稻耐高温研究的重要一环,但较精确地测定水稻冠层的微气象条件还存在诸多困难。采用最新研制的水稻冠层微气象测定仪Mincer实地测定法研究了水稻花期热害受害下的冠层微气象特征,并将相关数据与邻近国家基本气象观测站的数据比较,从而形成了水稻冠层、水稻田田面上部(距田面2倍株高,约1.9 m)和空旷地(距地面1.5 m)等的对比。结果表明,供试品种受到花期热害后,结实率降低4.0%,达到显著受害水平。在此条件下,日平均气温值由水稻田冠层、水稻田上部与空旷地相比依次升高,水稻冠层与水稻田上部的温度值一般分别比空旷地低2.05、0.92℃,且在连续高温的部分时段出现冠层温度的异常升高;相对湿度值反之,由冠层内部、水稻田上部与空旷地依次降低,水稻冠层与水稻田上部的相对湿度值分别比空旷地低高14.55%、5.97%(绝对值)。此外,高温天气下开花前后水稻田上部与冠层温湿度差的变化幅度都小于常温天气,且出现的时间段早于常温。这些结果,对设定水稻高温受害鉴定条件、模拟水稻高温受害过程均具有重要指导意义。

流域脆弱性评价中,如何有效结合自然及社会等多方面因素开展较大区域尺度评价是目前研究的难点之一,特别是结合灾变山地环境影响,开展小流域脆弱性评价,对于山区流域防灾减灾及可持续发展具有积极的指导意义。采用栅格单元与小流域单元相结合的评价方法,综合自然与社会因素,并引入活跃灾害事件对小流域脆弱性的影响,从灾害危险度与社会易损性角度构建评价体系,应用3S技术,选取彭州龙门山区开展典型案例研究,开展灾变山地环境影响下的小流域脆弱性评价。最终将研究区小流域脆弱性划分为轻度、中度、高度及重度4个等级,各级含小流域个数分别为12、21、27及17个,相应面积占整个研究区面积的比例分别为11.53%,38.63%,40.46%及9.38%。针对区域内重大灾害事件,对评价结果进行验证表明,综合自然和社会因素,并引入灾害事件构建评价体系,并以栅格与小流域单元相结合的评价方法,对灾变山地环境下较大区域尺度流域脆弱性评价具有可行性,可为区域尺度小流域脆弱性评价研究提供一定参考。