探究城市化对绿地空间碳源/汇的空间分布格局的影响,对评估城市生态系统的碳足迹和制定相应的碳收支管理措施具有重要意义.以净生态系统生产力(NEP)做为碳源/汇的反映指标,基于净初级生产力和土壤呼吸估算杭州市主城区绿地碳源/汇的空间分布格局,关注城乡梯度对不同绿地类型碳源/汇水平的作用.基于净初级生产力和土壤呼吸数据综合获得绿地空间NEP,通过土地利用数据和Fragstats软件进行景观格局分析,采用多元线性回归模型和逐步回归模型筛选影响NEP的景观、植被和气象因子,最后利用广义加性模型探讨NEP与各因子之间的关系.此外,分别比较了相同统计过程在不同城乡梯度和不同绿地类型之间的模型差异.结果表明:杭州市绿地空间NEP分布及其影响因子存在显著的城乡梯度与绿地类型差异.2019-2022 年杭州市主城区绿地空间,整体表现为碳源,年均NEP为-0.277 kg C m-2 a-1;其中表现为碳汇的绿地主要分布在杭州市主城区的西部,而碳源绿地主要分布在中部和东部.整体绿地空间的NEP大小与绿地斑块面积、乔木盖度和灌木盖度呈正相关,与灌木物种丰富度和气温呈负相关.NEP随城区、城郊结合部、郊区的城乡梯度逐步增强;城区NEP与乔木盖度呈正相关,与景观多样性和气温呈负相关;城郊结合部NEP与乔木物种丰富度和灌木盖度呈正相关,与绿地斑块密度和气温呈负相关;郊区NEP则与聚集度指数、乔木盖度和灌木盖度呈正相关.公园、农田、自然植被的NEP依次增大并受到不同因素的调控.公园NEP与聚集度指数、乔木盖度和灌木盖度呈正相关,与景观分割指数、灌木物种丰富度和气温呈负相关;农田NEP与聚集度指数和灌木盖度呈正相关,与气温呈负相关;而自然植被NEP则与乔木盖度呈正相关,与景观多样性指数和气温呈负相关.研究进一步揭示了城市化对绿地空间碳源/汇的影响,为城乡碳收支的差异化管理提供了一定的理论和数据支持.

城市化带来经济繁荣的同时引起了环境问题.城市树木作为城市生态环境的绿化景观的同时还具有缓解环境问题的功能.土壤环境作为城市树木的生长环境,其健康状况直接影响到城市树木的生长状况,而土壤微生物作为土壤生态系统中重要的生物群落,在土壤环境中充当养分和储存的作用,与城市树木共同维系城市生态功能.在土壤微生物中,土壤表层的土壤细菌与真菌群落能对环境变化迅速反应,因此可作为测定城市化等环境变化对于土壤生态系统的指标.为探究土壤细菌和真菌群落沿城乡环境梯度的响应差异,沿北京市的城区-近郊-远郊梯度上共选取7个公园中的国槐林作为研究样地,挖取其根际土壤用于土壤微生物测定,进而探讨国槐根际土壤细菌与真菌群落在城市化影响下的群落组成与物种多样性的响应差异,并找出影响其分布的环境因子.结果表明:(1)土壤微生物的群落分布与组成会受到城市化的影响,具体表现为土壤细菌与真菌群落在城乡环境梯度上均存在显著差异.其中土壤细菌群落共检测出41大类,其中放线菌、γ变形菌、拟杆菌、粘球菌以及厚壁菌在城乡梯度上存在显著差异.而土壤真菌群落共检测出16大类,其中担子菌与罗泽真菌在城乡梯度上存在显著差异.(2)影响土壤微生物群落分布的环境因子包括土壤理化性质和气候因子两方面,其中土壤细菌群落分布的环境因子包括土壤pH、土壤有机碳、土壤全氮以及年均温,而影响土壤真菌群落分布的环境因子包括土壤有机碳、土壤全氮、土壤全磷以及年降水.(3)在城市化的影响区域中,近郊是受城市化影响程度最大的区域,其中土壤细菌群落在近郊区域的群落组成有一定重合度,而土壤真菌群落在整个城乡梯度上均可完全分开.(4)土壤细菌群落相比土壤真菌群落在城乡梯度上更容易受到环境因子的影响,其环境敏感度较高.

为了探究城市化梯度下入侵物种非洲大蜗牛肠道微生物多样性及群落结构特征,本研究在厦门市城市、城郊及农村的5个公园中采集了 30只非洲大蜗牛样本.利用三代PacBio测序平台对其16S rRNA基因进行全长测序,解析了非洲大蜗牛肠道及栖息地土壤微生物的群落特征.结果表明:非洲大蜗牛肠道微生物与栖息地土壤微生物群落的组成之间存在显著差异,且非洲大蜗牛肠道微生物对城市化的响应更为敏感.非洲大蜗牛的栖息地土壤微生物α多样性指数(Sobs、Chao、Shannon指数)均高于其肠道内.虽然城市、城郊和农村土壤微生物群落β多样性指数相似,但非洲大蜗牛肠道微生物群落组成存在显著差异.城市化显著影响了非洲大蜗牛肠道微生物群落的组成,在城市及城郊,非洲大蜗牛的肠道微生物主要为肠杆菌科、黄单胞菌科、支原体科,而在农村主要为链球菌科和类芽孢杆菌科.在城市环境中,非洲大蜗牛肠道微生物组中潜在人类致病菌的种类和丰度显著增加,意味着城市化增加了非洲大蜗牛传播潜在致病菌的风险.

通过构建生态系统服务量化模型与权衡协同模型,刻画中国西南地区关键生态系统服务的时空演变过程,并结合空间静态和时间动态尺度定量测度生态系统服务之间的相互关系,进一步探究西南地区不同城市化梯度下生态系统服务之间权衡协同作用的异质特征,揭示城市化梯度下生态系统服务权衡的形成机制.研究结果表明:①近 20 年西南地区耕地和草地面积显著减少,建设用地和水域面积分别增长了 141.19%和 34.6%,其中贵州省城市扩展特征突出,四川省耕地减少最为明显.研究区生境质量指数和产水量呈下降趋势,土壤保持、粮食生产和碳储存三种生态系统服务有所增加;②动态视角下研究区 61%的面积土壤保持服务和产水量服务存在权衡关系,碳储存和另外四种生态系统服务之间有着大面积(＞70%)的不显著关系;③静态视角下,不同的城市化梯度区生态系统服务呈现显著的异质特征.非城市化地区与整个研究区情况类似,但土壤保持和碳储存之间的相关性逐渐减弱.城市化快速地区生态系统服务之间的权衡协同关系最为显著,特别是碳储存和生境质量的相关性最高(R2=0.541),以往城市化地区生态系统服务的相互作用强度弱于其他两类区域,但两两生态系统服务之间均呈现正相关;④城市建设用地的快速扩张导致生态系统服务下降,尤其是对生境质量具有显著的负面效应,城市化快速地区生态服务之间的相互作用表现得更为剧烈.林地面积大幅增加使得土壤保持服务有所增加,在山区表现尤为明显,而城市化能够引起碳储存和生境质量强烈的协同下降.

[目的]城市是外来入侵物种引入和二次传播的主要地区,城市环境中的入侵植物会对生物多样性和社会经济造成影响.阐明城市空间差异对入侵植物分布格局的影响,可为海口市生物入侵科学管理提供参考.[方法]以海口市主城区为研究区域,通过对 461 块随机样方的调查,记录外来入侵植物种类、盖度、平均株高和样方环境信息.从入侵植物的样方发生率、物种组成、丰富度和多度等方面,比较其在城市化梯度和土地利用类型上的发生差异和分布特征.[结果](1)调查共记录外来入侵植物 36 种,隶属 13 科 31 属,其中菊科为优势科;以一年生和原产地为热带美洲的草本居多.(2)城市核心区和城市边缘区的入侵植物丰富度显著高于城市郊区,但城市郊区的多度显著高于城市核心区和城市边缘区.(3)在居住区、交通用地、空闲地、商业/单位/工矿用地中,入侵植物的发生概率与不透水面百分比呈负相关,而在林地、农业用地和城市公共绿地中,入侵植物更容易发生在不透水面百分比较高的区域.[结论]城市化梯度和土地利用类型均显著影响入侵植物的分布格局,不透水面的比例作为一个重要的解释因子,可以为入侵植物的发生提供预判参考.

城市生态环境和城市化之间的关系是城市可持续发展的关键.研究不同城市化水平下植被覆盖的长时间演变趋势,对理解城市化过程对植被生长动态的影响,城市更新以及推进城市绿化的科学管理具有重要意义.然而,目前对城市内部沿城乡梯度植被生长趋势差异的认识还比较有限.以我国城市化发展最为强烈的长三角地区为研究对象,基于2000—2020年长三角归一化植被指数数据,采用趋势分析和地理探测器方法,探究了长三角地区城市内部植被覆盖演变城乡差异,并从土地利用/覆被变化和城市化发展的角度解析其成因.研究结果表明:(1)2000—2020年长三角地区植被总体呈绿化趋势,植被明显绿化占最大比例(52.06％),轻微绿化与稳定不变地区占31.68％,零星分布的褐化区占6.82％.(2)城市老城区植被覆盖变化总体呈现返绿趋势(0.016/10a),新城区褐化明显(-0.019/10a),农郊区绿化突出(0.023/10a).在上海、南京和杭州等人口城市化水平较高的城市中,老城区土地利用变化强度最高,其绿化趋势也最高,体现了城市更新过程对绿地空间的促进作用;而在人口城市化水平相对较低的宣城、蚌埠和阜阳等城市,土地利用变化强度相对较低的农郊区也呈现明显的绿化趋势,更多的是受到区域生态保护的影响.(3)土地城市化是长三角地区老城区和新城区植被覆盖变化的主导因子,而城市化因子对农郊区解释程度总体不显著.从长三角总体区域看,城镇人口比重、不透水面积/总面积以及地区生产总值三者对植被覆盖演变存在显著影响,其中城镇人口比重影响最大.

研究快速城市化地区景观格局变化及景观生态效应,有助于加强城市生态环境规划和土地管理.以重庆市主城区为研究对象,借助于ArcGIS 9.3和Fragstats 4.2软件,采用景观扩展指数、景观人工干扰强度模型、景观格局分析相结合的方法,分别从城市扩展模式、人为干扰强度、景观格局梯度等3个方面对1995-2014年研究区城市扩展过程中景观组分变化引起的生态效应进行综合分析.结果表明:2001年之后研究区受地形地貌及交通的影响,占主导优势的边缘扩展模式随时间变化呈减弱趋势,跳跃扩展模式优势却不断增强,而填充扩展模式始终处于同期最低值;1995-2014年,以林地、草地、水域等为主的低、低中强度景观人工干扰区域变化稳中略有增长,但以城乡居民点和工业用地为主高强度景观人工干扰区域却在2007年和2014年呈现出向中、中高强度区域蔓延的态势,旱地、水田空间丧失严重;南-北向和东-西向样带随着距城区中心越远,斑块密度、平均欧式最近邻体距离、Shannon多样性指数值越高,而靠近城区中心区域上述相关景观指数值随时间变化却呈下降趋势;且聚集度指数在时空上的变化却正好与之相反.在南-北向和东-西向样带局部区域景观格局梯度变化存在显著的时空差异,这对城市化过程中景观组分变化引起的生态效应产生深远的影响.

深入分析京津冀城市群用水效率与城市化水平的相互关系,揭示不同城市城市化水平对水资源利用效率的影响,有助于缓解水资源短缺问题.结合超效率数据包络模型,定量分析了京津冀城市群不同行业的用水效率,从人口、经济、社会与土地等不同城市化角度,全面分析了城市发展水平与生活、工业、农业三大行业用水效率之间的相互关系.主要结论为:①2006-2015年,京津冀城市群生活和工业用水效率总体上略微下降,而农业用水效率明显上升;不同城市之间存在明显差别,唐山、衡水与沧州市各行业用水效率均较高,邯郸和邢台市各行业用水效率均偏低.②城市发展水平对不同行业用水效率的影响存在明显差异.城市化水平的提升可以显著提高生活用水效率,但对工业和农业用水效率具有不同程度的负向影响.综合用水效率仅受到经济城市化的显著影响,相关系数达0.19,表明提高用水效率的关键是进一步调整经济产业结构.③城市化水平与用水效率梯度的匹配状态较差.一方面,京津冀13个城市中达到匹配的城市仅有4个,占京津冀城市总数的30.77％,匹配程度较低.另一方面,不存在城市化水平和用水效率双高型的城市,匹配层次较低.综上所述,针对京津冀城市化发展与用水效率的失衡关系,应审视水资源投入产出结构并尝试行业联动等节水发展模式.

以珠江三角洲城区(广州)、近郊(鼎湖山)及远郊(怀集)梯度上的亚热带常绿阔叶林为对象,研究不同土层土壤总有机碳、惰性有机碳、活性有机碳(易氧化有机碳、微生物生物量碳和水溶性有机碳)沿城市化梯度的变化,分析城市化对森林土壤有机碳的影响.结果表明:0～5 cm土层土壤总有机碳和惰性有机碳含量均在城市化梯度上差异不显著,在5～60 cm土层,土壤总有机碳含量在远郊森林显著高于近郊和城区森林,而惰性有机碳含量在近郊森林最高,城区与远郊森林差异不显著.易氧化有机碳含量在近郊森林显著低于远郊(0～60 cm)和城区(0～10 cm)森林,微生物生物量碳含量在城区森林显著低于近郊和远郊森林,而水溶性有机碳含量在近郊森林(0～10 cm)显著低于城区森林.在0～20 cm土层,城区、远郊森林土壤活性有机碳占总有机碳的比例显著高于近郊森林,而惰性有机碳占总有机碳的比例在远郊森林最低;近郊与城区森林惰性有机碳占总有机碳的比例仅在5～ 10 cm差异显著.城市化增加了土壤活性碳组分,降低稳定性碳组分,不利于总有机碳积累,远郊森林土壤对城市化的响应更敏感.

城市扩展是导致生境破碎化和生物多样性下降的重要原因之一,强烈改变城市景观,也改变生态过程.土壤动物是城市生态系统的重要组成部分,可对快速城市化进程及其带来的影响做出相对灵敏的响应,具有典型的环境指示作用.城市生态系统的干扰因素较复杂,土地利用类型不能完全反映土壤动物局地生境差异,这使得城市景观格局对土壤动物多样性的影响问题长期以来缺乏系统研究.为了解决城市化导致的生境丧失与土壤动物多样性保护的矛盾,本文探讨了不同城市化梯度区景观格局对土壤动物多样性的影响研究进展,试图揭示景观尺度多种生境类型的土壤动物分布规律,为城市土壤动物多样性保护提供一种新的思路,丰富城市景观生态学的研究内容.