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.

黄土高原丘陵沟壑区生态环境脆弱,近几十年生态保护工程的实施带来显著的生态恢复效果,也对农户的生计策略与区域粮食安全产生了影响.刻画生态脆弱区人-地系统复杂响应过程,可以为区域可持续的土地利用管理模式提供依据.研究从土地多功能出发,着眼于黄土丘陵沟壑区河谷川地、梁峁区域、黄土塬地、土石山地以及城郊区域等不同的典型地貌类型与代表区域,采用多层次利益相关者参与式的评估框架,以农户的耕地利用行为及生态工程影响与未来发展为切入点,设置惯性发展情景、发展优先兼顾生态情景、农业优先兼顾生态情景以及生态优先兼顾发展情景,构建多智能体模型对区域土地利用与土地多功能的时空变化开展模拟.主要结果表明:(1)生态优先兼顾发展情景综合影响最高且对各维度影响相对均衡,而农业优先兼顾生态情景对区域土地的经济维度的功能和社会维度具有更为明显的提升效应;(2)根据土地多功能空间变化模拟结果,区域土地利用破碎化明显且耕地的撂荒对全域土地多功能均表现出明显的限制作用,农业优先兼顾生态情景中土地功能发生下降的面积最少;(3)发生土地功能下降的区域主要分布在土地质量较差、坡度处于5-15.范围内、地形起伏度较大以及距离道路较远的区域;本研究刻画了黄土丘陵沟壑区不同典型地貌区域的差异化土地利用系统特征,为生态保护工程实施背景下的土地管理与区域可持续利用发展提供参考.

土壤作为地球表层系统物质和能量迁移转化的关键节点,其生态功能受到城市化快速发展的严重影响,土壤安全面临严峻的挑战.城郊生态系统受到城市和乡村的双重影响,具有复杂的景观结构和剧烈的动态变化,土壤安全问题更为突出和复杂.基于文献计量学方法,对1990-2017年发表的相关文献进行了统计,梳理和总结了城郊生态系统土壤安全研究的趋势和热点问题,对城郊生态系统中土壤安全面临的问题,及其特殊性、复杂性进行了重点论述,明确了当前快速城市化发展过程中城郊土壤安全研究面临的问题和挑战.建议今后的城郊生态系统土壤安全研究应加强区域尺度上的综合和不同城市发展模式下地区之间的比较,明确城市扩张对城郊生态系统土壤安全的影响机制;建立和完善基于“土壤安全”的城郊生态系统服务评价框架,深入研究城郊生态系统格局-过程-服务之间的关系;明确解析城郊土壤主要污染物来源及其复合污染状况,并结合区域特征,因地制宜开展科学的生态规划,优化城郊景观格局,提升城郊地区土壤安全与生态系统服务功能;明确土壤安全在城郊生态系统可持续发展目标中的重要性,建立科学合理的管理政策.

城市化在改变城市周边土地利用及其空间布局的同时,也改变了城郊土壤的碳氮循环等关键生物地球化学过程.明确城郊地区土地利用变化及其对土壤碳氮储量的影响,可有效揭示城郊地区土壤肥力提供等关键生态系统服务的演变特征.以长三角典型城郊宁波樟溪流域为例,分析了1974年至2015年其土地利用变化特征,并采用DNDC模型模拟了土地利用变化所引起的土壤碳、氮储量变化.研究表明该流域内农地和林地面积均在不断减小,而园地和城镇建设用地面积在不断增加.模拟表明农地单位面积有机碳、总氮含量逐年降低,而林地则不断增加,园地呈波动变化,不同土地利用类型的单位面积有机碳和总氮含量对温度和降雨的变化有不同程度的响应.随着城郊地区土地利用变化,流域内农地土壤有机碳和总氮储量逐年降低,园地和林地土壤有机碳和总氮储量逐年增加,土地利用变化决定了流域土壤有机碳和总氮的储量变化特征.

生态水分利用效率(water use efficiency,WUE)是碳-水循环的重要参数之一,明晰其时空演变特征对水资源短缺地区生态系统的健康发展具有重要的意义.海河流域水资源短缺是区域农业发展的重要制约因素,基于遥感、气象数据,利用趋势分析、相关分析等方法分析了海河流域2000-2014年总初级生产力(gross primary productivity,GPP)、蒸散量(evapotranspiration,ET)及WUE的时空分布特征,并识别WUE对降水、气温及干旱的响应.研究结果表明:(1)时间上,GPP和ET的变化趋势不显著,WUE呈现显著的增加趋势,增速为0.0185 gC/kg H2O a-1(R2=0.6299,P＜0.01);(2)空间上,WUE和GPP均呈现从东南向西北减小的趋势,高值区主要分布在华北平原农业生态区和京津唐城镇与城郊农业生态区.从变化趋势来看,黄土高原农业与草原生态区的GPP和WUE上升趋势最大;(3)植被类型中,农田的WUE值最高,草地的WUE最低,农田、有林草原和草地均呈现显著的增加趋势(P＜0.05);(4)影响因素上,降水对WUE的影响最大,WUE由降水、干旱和气温控制的区域分别占整个流域植被面积的44.44％、39.23％和16.01％.

采用离轴积分腔输出光谱技术测定了北京市4组绿地及其相邻道路上CO2浓度和δ13C值的变化,分析城市绿地对近地层CO2浓度空间分布的影响.结果表明:北京城市CO2浓度和δ13C值存在时空差异,城区CO2浓度最高,近郊次之,远郊最低,CO2存在明显的穹顶式分布,但δ13C值变化分布恰好相反.在非生长季节中,绿地与相邻道路之间的△CO2和△13C值较小,4个试验点之间差异不显著.然而,在生长季节中,城区的北京园林科学研究院绿地与4环路(BLA&4th RR)、北京奥林匹克森林公园与5环路(BOP&5th RR)的△CO2和A13C值显著高于郊区的稻香园公园与苏家屯东路(DP&SR)、北京门头沟城郊森林站与站外道路(MTG&MR).在生长季节和非生长季节中,4个试验点的CO2浓度与车流量呈显著正相关,表明车流量是影响市区CO2浓度空间分布的重要因素之一.非生长季节中δ13C值与车流量呈显著负相关,但在生长季节,δ13C值与车流量相关性不显著.4块绿地内外的△CO2浓度值均与叶面积指数(LAI)呈显著负相关,△13C值与LAI呈极显著的对数函数关系.逐步回归分析表明,生长季节中太阳辐射、温度和LAI对市区和近郊绿地内外ACO2浓度具有显著影响,温度和太阳辐射是影响△13C值的主要因子.生长季节中,植物通过光合作用降低了绿地系统近地层的CO2浓度,表明绿地系统在改善城市生态环境方面发挥积极作用.

我国快速城市化过程中城市森林的结构、功能及服务受到了强烈的人为干扰.快速城市化过程中如何规划和保护森林资源,使其更有效地服务于城市生态系统,是当前亟需解决的问题.以高度城市化的广州市近自然林为研究对象,从城市化的时间尺度(1979—2013年)和空间尺度(市中心-近郊-远郊)两个方面探讨了广州市近自然林的景观及活力对快速城市化的响应过程.研究结果一致表明:快速城市化导致广州市近自然林的景观破碎化.近自然林的面积及活力在快速城市化进程中先迅速降低,随后降速减缓并缓慢回升.城市不透水面和产业结构是影响近自然林景观和活力的关键因子.城市化程度较低时,近自然林对城市化因子的响应为线性响应,随着城市化的推进,这种线性响应逐渐转变为非线性.城市化因子对近自然林的景观和活力的影响随着城市化进程先增强后减弱并逐渐趋于多元化和去中心化.对城市近自然林景观和活力调控的最佳时期是快速城市化早期.高度城市化背景下的政策和管理等行政因素可显著改善近自然林的景观和活力.

城市周边森林生态系统不断被蚕食,导致生态系统功能退化,严重威胁到城市的生态安全.增强"环境有价,损害担责,应赔尽赔"理念和提升城市生态系统质量势在必行.结合某城市一宗非法侵占近郊林地案,首先完整和系统地分析了生态环境损害鉴定评估流程:包括接受委托、初步调查、方案设计、时空范围确定、基线确认、因果关系分析、损害确认等,直至形成评估结果并被法院采纳,以期凝练总结针对城市生态系统的生态环境损害鉴定评估业务化流程.结合本案破坏行为持续时间长(约为13年),涉案林地面积逐年递增(从最初的6550 m2到最终的24040 m2)等特点,以周边同期未破坏林地为"对照样地",通过实地调查及相关资料分析,确定损害基线种群密度(2066株/hm2)、林分高度(6.4 m)、生物量(104600 kg/hm2)等关键参数,最终计算生态环境损害价值量为2182573元.研究侵占城郊型林地生态环境损害典型案例,对突显城市生态系统损害案件的鉴定评估环节具有重要引领作用.

绿地可达性与公平性是衡量城市居民接触和使用绿地便捷程度与机会的重要指标,也是评价和反映城市绿地资源空间配置科学性与合理性的重要体现,并与城市环境、生态、健康、社会和可持续发展密切相关.已有研究较少从多个尺度、多种出行模式测度绿地可达性与公平性.以广州为研究区域,结合出行O-D点智能查询系统(Travel O-D Point Intelligent Query System,TIQS)构建了多出行模式两步移动搜索法模型(Multi-mode Two-step Floating Catchment Area Method,M2SFCA)和绿地公平性模型,对广州绿地可达性和公平性空间格局与差异进行了研究.研究发现:(1)广州多尺度绿地可达性水平存在明显的"城郊两极化"空间差异,低绿地可达性区域集聚于人口密度较高的中心城区,而人口较少的外围城市区域绿地可达性值普遍较高.(2)广州市域绿地资源空间分布处于严重不公平状态(绿地公平性指数为0.58),且各行政区之间也存在较大差异,南沙区、天河区和花都区绿地公平性相对较好,其他区域绿地资源空间分配均有待提高与优化.(3)在镇街层面,有73.29％的镇街绿地资源空间分配处于高度平均水平(绿地公平性指数≤0.2);在社区层面,低可达性-公平类型的社区数量最多(占社区总量的39.85％),高可达性类型的社区分布最少:有15.91％的社区属于高可达性-公平类型,有12.94％的社区属于高可达性-不公平类型.研究结论将为优化城市区域绿地空间结构、保障绿地空间公平提供科学依据.

快速城市化对周边农业区域造成巨大影响.都市农业能够提供世界上20％的食品,为粮食安全做出了重要贡献.在全球环境危机的背景下,农业生态保护问题得到了越来越多的关注.有机农场在生产过程中遵循自然规律,不使用化学合成的农药、化肥和生长调节剂等物质,是实现生态农业的有效模式之一.城郊有机农场得益于临近都市的地理位置,常常同时提供参观、采摘等休闲服务,加深了游客对农业的理解和与自然的连结.目前,国内研究大多关注有机食品健康、有机农业政策和环境效益,但往往忽视其提供的经济和文化价值.基于生态系统服务与人类福祉关系的概念框架,以北京市为例,从供给、调节、文化三个方面全面评估城郊有机农场的生态系统服务.结果 显示,截至2019年北京市城郊共有271家有机农场,种植面积1.09万hm2,占北京市耕地面积的5.1％.供给服务价值为16.12亿元.调节服务方面,提供了2140万元的土壤碳固存价值,并且比相同面积的常规农场减少了16.4万GJ能量、2639tCO2、202tSO2和29tPO34-的排放.文化服务方面,提供了1.189亿元的采摘服务,并促成了120余次农夫市集和50余次讲座、沙龙的宣传教育活动,积累了社会资本.本研究尝试通过直观的数据全面反映城郊有机农场对收益者的多种惠益,凸显了在有限的供给服务之外,城郊有机农场在休闲游憩和教育宣传等文化服务的贡献,为深入理解城郊有机农场生态系统服务提供基础,有助于进一步提高农业管理的精细程度和城市的可持续性.