基于SWMM的地表径流量与城市下垫面和降雨特征关系的空间分析——以中国科学院大学雁栖湖校区为例

以中国科学院大学雁栖湖校区为例,用城市雨洪管理模型(SWMM)模拟2016—2017年48场降雨事件中所有子汇水小区的径流过程;在验证可靠的基础上,探讨径流量空间分布与降雨和下垫面的关系,是开展防汛工作的重要基础。结果表明,径流量高值区多位于沥青小区,而低值区多位于绿地小区。沥青最易产流,绿地最不易产流。砌砖易产生中等量级的径流,混凝土较砌砖更易产流,但二者在不同降雨事件下的产流规律相似。沥青小区和砌砖小区的地表径流量均与坡度呈极显著或显著线性正相关关系。对沥青-砌砖和沥青-绿地小区,将非渗透面积比例(PIC)降至60%可明显控制其暴雨和大雨径流。要明显控制大暴雨径流,可将沥青-绿地小区的PIC降至30%以下;但降低PIC对沥青-砌砖小区大暴雨径流的控制作用不明显。研究结果可为海绵城市建设和城市内涝防洪提供理论依据和决策建议。

环境科学与工程专业研究生课程思政建设实况分析——基于扎根理论的研究

专业思政是“三全育人”教育理念的重要一环,推动思政教育与专业教育的深度融合,为高校在新时代背景下全面提高人才培养质量指明了方向,而课程思政是专业思政的“骨骼”所在,其建设效果直接决定专业思政的实施成效。立足专业思政研究匮乏、进路不清等问题,利用扎根理论方法分析了中国科学院大学59门环境科学与工程专业课程思政教案,提出了多样化素材收集、跨学科融合、课程思政元素有机融合、教学方式灵活运用、学生主体参与等策略,构建出一套既符合学科特点又体现思政教育要求的课程体系,为深化高校研究生环境科学与工程课程的思政建设提供理论支撑和行动依据。

农业资源环境效应问题分析及对策建议——以福建省为例

通过调研走访、多源数据整合和模型模拟开展福建省重点农区生态文明建设状态检测与问题诊断,发现了化肥投入高利用率低、氮肥面源污染严重、农田灌溉水强度高、稻田温室气体排放量大等农业资源环境问题,提出了完善园区基础设施建设、创新设施装备和蔬菜栽培技术、推广节水灌溉技术、培育低甲烷水稻品种等具体建议。

面向碳中和目标的中国工业部门减排路径与战略选择

工业部门(包含电力工业)是中国碳排放量最多的国民经济部门.探寻工业部门合理有效的碳减排路径是中国碳达峰、碳中和目标顺利实现的关键.本文分解了中国2000年—2019年工业碳排放历史演变路径的驱动因素,预测了三种情景下2019年—2060年工业碳排放的潜在演变路径,估计了工业部门碳中和进程中所需的投资额,讨论了不同减排时点选择下投资需求的异质性.研究发现:1)规模效应和效率效应是历史演变路径中最关键的驱动因素,而化石能源清洁转化效应、化石能源内部结构效应和清洁能源替代效应的影响较小;2)非电力工业未来核心的碳减排技术路径为能源效率提升和清洁能源消费替代,电力工业未来核心的碳减排技术路径则为清洁能源发电替代;3)在当前的技术水平下,工业部门碳中和的进程中需要超过300万亿元的巨额投资,所需投资主要集中于高排放的非电力工业.本文最后提出了“以技术为核心,以市场为机制,以政策为引导”的中国工业部门实现碳中和的战略选择.

未来30年中国耕地和高标准农田分布的省级预测

科学预测中国未来耕地和高标准农田分布对于保障我国粮食安全和提高耕地质量具有重要意义。该研究假设未来各省份耕地和高标准农田占全国总面积比例不变,根据各省份耕地和高标准农田实际面积、未来全国耕地及各省份高标准农田规划面积等数据,基于最小二乘法的二次多项式拟合预测未来30 a全国及各省份耕地面积和高标准农田面积,进而预测未来各省份耕地面积保有率和高标准农田占耕地比例。结果表明:(1)到2050年,我国耕地面积稳定在1.20×10^(8)hm^(2),耕地面积保有率稳定在100%,高标准农田面积达到1.03×10^(8)hm^(2),高标准农田占耕地比例从2020年的43.59%增长到2050年的85.89%,增长近一倍。(2)七大区域中,黄淮海区、长江中下游区、东南区的高标准农田占耕地比例较高,在2020年均已达到70%以上,东北区、西北区、青藏区、西南区高标准农田占耕地比例则处于40%~60%之间。到2050年,受耕地比例稳定中略有下降的趋势影响,黄淮海区、长江中下游区、东南区、青藏区高标准农田占耕地比例均达90%以上,东北区、西北区、西南区则处于70%~90%之间。(3)从各省份来看,江西省、浙江省、福建省、广东省等南方省份的高标准农田建设比例较高,而内蒙古自治区、黑龙江省、辽宁省、吉林省、山东省等北方省份的耕地面积保有率较高。研究得到的耕地面积及其保有率、高标准农田面积及其占耕地比例等指标的分省份预测值可以为未来相关部门制定国土空间规划等提供科学依据,也可以为未来耕地布局和农田利用等研究提供分省份的总量参考。

中国航空货运时空格局演变与影响因素研究

航空货运是交通运输的重要组成部分,能够有效配置全球和大区域尺度的优质资源,从而对区域经济发展有着重要作用。文章基于2000—2019年中国航空货运的空间统计数据和面板数据,以机场所在城市为基本单元,剖析了过去20年间中国航空货运的发展过程与时空格局演变特征,并构建回归模型揭示了中国航空货运格局的影响因素。研究表明:1)中国航空货运在过去20年间从快速发展阶段过渡至平稳发展阶段;2)中国航空货运区域间差异显著,货运量主要集中在东部地区;过去20年间,中国航空货运重心位于徽鄂豫三省交界处,呈现河南→安徽→湖北的迁移趋势;3)中国航空货运格局保持相对稳定,以“北上广深”为核心的菱形空间格局得到强化;4)中国航空货运的发展受城市规模、产业结构、地面交通发展等因素影响,但各因素对空港型国家枢纽城市与非枢纽城市的影响有着显著差异。

天山北坡经济带城镇化与资源环境系统的关系研究进展——基于文献计量分析

天山北坡经济带长期面临城镇化进程与资源环境系统的系列问题,区域城镇化与资源环境系统的关系备受关注。运用文献计量分析工具对1995—2022年的相关中英文文献进行全面分析,并对天山北坡经济带城镇化与资源环境系统关系研究的几个重点问题进行评述。研究发现,中文研究整体关注城镇化背景下的生态环境问题与对策探讨,英文研究侧重气候变化背景下城镇化进程中的水土资源利用与驱动因素,而中英文均普遍关注城镇化过程中的水资源问题,且近期不断加强城镇化与资源环境系统的协调关系及影响因素研究。相关研究存在共识,认为天山北坡经济带的城镇化与资源环境系统存在互动互馈关系,资源环境系统对城镇化发展的约束效应具有倒U型趋势,城镇化发展对资源环境系统的影响效应呈现U型趋势,而当下二者的耦合协调水平总体偏低,应坚持走可持续发展、绿色发展与高质量发展的城镇化道路。未来研究可从区域多尺度空间嵌套关系、多源数据库构建、多元化方法创新、格局-过程-机理剖析等方面开展。

数字化驱动优质医疗资源区域均衡的基本逻辑与实践路径

数字医疗凭借其智能化、便捷化、高效化等优势,为医疗服务的革新和转型提供机遇。研究构建了数字化驱动优质医疗资源区域均衡的理论逻辑框架,结合在此过程中面临的现实挑战,提出实践路径。主要结论如下:数字医疗可有效驱动医疗市场创新与变革、提升优质医疗资源供给与配置效率、促进优质医疗资源区域共享。然而,在医疗资源区域均衡的过程中,数字基础设施建设不足、数字鸿沟难以跨越、技术人才储备不足以及政策不完善等诸多问题仍束缚了数字化医疗的全面推广与应用。为有效应对这些挑战,需持续推进数字基础设施建设,推进医疗信息平台建设;构建数字医疗区域合作机制,完善配套政策支持;强化医疗人才队伍建设,加快互联网医疗服务普及。

机器学习辅助光谱分析技术在环境微/纳塑料研究中的应用

微/纳塑料在环境中广泛存在,威胁着全球生态系统的平衡和稳定,因此有必要确定和评估微/纳塑料的环境赋存特征、环境行为和效应以及生态毒性效应。然而微/纳塑料具有的低浓度、小尺寸及容易吸附其他物质等特点,为其在复杂环境基质中的分析带来了巨大挑战。大多数分析方法在提供环境样本中微/纳塑料的定性定量信息方面存在成本高、准确性差、时间效率低等问题,而具有无损、高效、操作方便等优点的光谱分析技术可以弥补这些方法的不足。但采集的微/纳塑料光谱信号可能会受到环境样本中复杂成分的背景噪声干扰,亟需采用智能化手段提高分析的准确性和效率。机器学习具有强大的数据处理和自动化分析能力,准确性高、应用性广,适用于复杂光谱数据的分类和解析,将机器学习与光谱分析技术相结合有望成为微/纳塑料分析的可靠方法。首先对常用的机器学习辅助光谱分析技术进行综述,然后系统性地讨论了机器学习辅助光谱分析技术在微/纳塑料的环境赋存特征、环境行为和效应、生态毒理效应等研究中的应用,最后对该技术的发展前景进行了总结和展望。机器学习辅助光谱分析技术有望为环境中微/纳塑料的生态环境健康风险评估和污染防治提供重要数据支持。

中国蔬菜生产体系N_(2)O排放的空间差异及减排措施

[目的]了解中国不同蔬菜种植模式、种植区域和蔬菜类型的N_(2)O-N排放系数及不同减排措施对N2O排放和蔬菜产量的综合影响,以减少区域和全国蔬菜体系N2O排放清单估算的不确定性。[方法]检索收集关于中国菜地N_(2)O排放及减排研究论文的田间观测数据,基于数据整合分析方法,系统分析不同蔬菜生产区和不同蔬菜类型在设施和露地两种栽培模式下的排放系数,及不同管理措施对土壤N_(2)O减排潜力和产量的影响。[结果]华北、西北、长江中下游、西南和华南露地蔬菜土壤N2O-N排放系数分别为1.27%、0.83%、1.20%、1.54%和5.57%,全国平均为1.23%,华南是西北地区的6.7倍。华北、西北、长江中下游设施蔬菜N_(2)O-N排放系数分别为0.99%、0.65%、1.13%,全国平均为0.88%。露地种植模式下,叶菜类、茄果类、块茎类和根类蔬菜菜田N_(2)O-N排放系数分别为1.72%、1.03%、0.92%和1.28%;设施种植模式下,叶菜类、茄果类、块茎类菜田的N_(2)O-N排放系数分别为0.44%、0.95%和0.41%。减氮施肥、施用生物炭、优化灌溉和施用硝化抑制剂与常规施肥相比,N_(2)O分别减排41.3%、29.1%、37.4%和27.9%。相比单一减排措施,优化灌溉和减氮施肥、硝化抑制剂和减氮施肥组合措施的N_(2)O减排效果可达45.8%~57.3%。不同硝化抑制剂的N_(2)O减排效果相当(26.5%~29.7%)。当生物炭施用量为≤10、10~20、20~30、30~40 t/hm时,N_(2)O可分别减排31.7%、24.3%、38.0%、26.8%。相比于常规管理措施,氮肥投入量减少≤20%、20%~30%、30%~40%、40%~50%、>50%时,可分别减少N_(2)O排放量36.9%、37.5%、29.7%、71.3%、39.4%。[结论]中国设施和露地蔬菜N_(2)O-N的排放系数在不同蔬菜产区和蔬菜种类间均存在较大差异,尤其需重视南方亚热带地区一年多熟蔬菜体系N_(2)O排放与减排。依据蔬菜类型制定减排措施的效果较为稳定。单一减施40%~50%氮肥、使用硝化抑制剂、施用生物炭(20~30 t/hm^(2))等措施均可实现蔬菜稳产和最佳的N_(2)O减排效果的双赢。采用减施氮肥+优化灌溉和减施氮肥+硝化抑制剂两种组合措施,可进一步削减土壤N_(2)O的排放。

2010—2017年中国典型城市群土地利用格局变化及其驱动力比较分析

明确典型城市群土地利用格局变化及其驱动力,对生态环境保护与国土空间规划有重要意义。以2010与2017年哈长城市群、山东半岛城市群和海峡西岸城市群土地利用变更调查数据为基础,采用土地利用变化幅度、土地利用变化速率、土地利用类型转移矩阵等定量和定性方法对2010—2017年三大城市群的土地利用格局变化及其驱动力进行比较分析。结果表明,三大城市群的主要土地利用变化表现为其他土地利用类型向建设用地的转化,其规模由大到小依次为:海峡西岸城市群(2186.27 km^(2))>山东半岛城市群(1056.45km^(2))>哈长城市群(897.91km^(2));海峡西岸城市群的耕地面积表现为净增长(192.00 km^(2)),其中流失面积为18755.00km^(2),新增面积为18948.00km^(2),而其余两个城市群的耕地变化则以净流失为主。人口增长、经济发展、交通建设是三大城市群建设用地扩张的主要驱动力,而气候变暖促进了哈长城市群新增耕地的北移。研究得出三大城市群土地利用格局变化及其驱动力存在明显差异。

城镇污水处理厂抗生素抗性基因的环境传播途径与机制

城镇污水处理厂是抗生素抗性基因(ARGs)发生转移、传播的重要场所,同时也是环境中ARGs污染的主要来源。对城镇污水处理厂中ARGs向环境介质中的传播途径、影响因素与传播机制进行了综述。结果表明,ARGs可通过出水排放、污泥土地施用、再生水灌溉、气溶胶逸散等途径迁移至环境介质(如受纳水体、土壤、空气)中;ARGs在环境介质中的扩散和存留行为受介质理化性质影响;ARGs在环境介质中主要通过可移动遗传元件(MGEs)介导的水平基因转移(HGT)传播耐药性。

长江经济带空间格局和绿色发展——中国科学院南京地理与湖泊研究所相关研究回顾

长江经济带的空间格局与绿色发展研究对我国生态文明建设与区域协调发展具有重要意义。中国科学院南京地理与湖泊研究所等研究机构长期致力于长江流域及东南沿海的可持续发展研究。自20世纪80年代以来,中国科学院南京地理与湖泊研究所开展了大量关于长江产业带建设、长江流域人类活动及其生态环境影响、长江黄金水道航运与港口布局、岸线资源评价与利用、空间功能分区管控与区域协调发展等研究,也长期服务于长江经济带省市县三级政府的决策咨询和规划编制,为长江经济带不同时期不同区域的产业转型发展、交通航运建设、生态环境保护、区域分工协作等提供了科学参考。

甲藻甾醇在海洋和湖泊古环境重建中的应用

甲藻甾醇(dinosterol)是甲藻(dinoflagellate)细胞膜脂的重要组分,作为甲藻的生物标志物,它具有来源特异性、结构稳定、抗降解能力强等特点,广泛分布于海洋、湖泊等各类沉积载体中,有效记录不同地质历史时期古环境的信息。目前,利用甲藻甾醇质量分数及其单体氢同位素组成开展重建早期生态环境变化的研究,为理解早期气候和环境变化、生态系统响应提供新视角,因此甲藻甾醇是近年来海洋和湖泊古环境重建研究的热点生物标志物之一。基于此,本文首先介绍甲藻甾醇的结构、生物来源及其在海洋、湖泊等环境的分布特征,简要概述且对比甲藻甾醇的几种纯化方法,并在阐述其重建古环境、古气候原理的基础上,进一步总结甲藻甾醇的古环境指示意义,特别是其质量分数在古生产力重建以及甲藻甾醇单体氢同位素组成在盐度、降水重建上的研究进展。据此,我们提出甲藻甾醇在古环境重建研究中应注意的问题,如甲藻甾醇的具体生物来源、环境因子对甲藻甾醇的影响等。

湖北省作物系统氮素利用及其环境影响综合评估

粮食安全、资源高效和环境友好是发展可持续农业的核心问题。湖北省作为长江中下游平原重要农业省份,亟需综合评估作物系统氮素利用及其环境影响。针对湖北省主要粮食作物(水稻、小麦、玉米、大豆)和经济作物(茶叶、水果、蔬菜),提出作物系统氮素利用效率及其环境影响的综合评估框架,系统分析2020年湖北省作物生产过程中氮素利用状况及环境效应的空间分异特征。结果表明,在氮素利用方面,湖北省农作物施氮量、氮盈余和温室气体排放强度偏高,氮肥偏生产力和氮素利用率较低。湖北省施氮量比同年中国施氮量平均水平高43%;粮食作物氮素利用率为35.17%,而经济作物氮素利用率仅为9.99%,存在较大增效空间。在环境影响方面,经济作物氮盈余总量(43.36%)低于粮食作物(56.64%),其中水稻氮盈余总量(38.27%)最高;然而,粮食作物产生的温室气体在环境影响中占主导地位。从空间分布上看,湖北省施氮量呈现中部高、东西低的趋势。经济作物温室气体排放主要集中在鄂南和鄂北地区,粮食作物温室气体排放主要集中在鄂西和鄂东地区。经济作物氨气单位面积挥发量比粮食作物大,呈现南北高、东西低的分布格局。研究可为后续降低湖北省氮肥投入、提高氮素利用率和缓解温室气体排放提供有益参考,建议管理措施调整和政策支持齐进,针对不同区域现状进行种植结构调整与施氮优化,助力湖北省资源利用效率提升。

城市知识网络与知识生产的协同演化研究—以中国三大城市群为例

知识经济时代,知识网络联系深刻影响着城市的知识生产能力,知识生产的反馈机制也是理解知识网络演化的关键因素。本文以中国东部沿海地区京津冀、长三角和珠三角三大城市群62个地级及以上城市为研究单元,基于2001—2020年中国专利权转移数据和隶属联系模型构建城市知识网络,采用基于随机行动者的网络动力学模型从内生结构效应、行动者-关系效应和协变量网络效应3个维度定量解析了城市知识网络与知识生产的协同演化过程。研究发现:①城市知识网络与知识生产的演化过程总体呈现相互促进的协同特征,即城市知识生产水平的提高增加了城市发出和接收网络链接关系的概率,同时城市知识网络的演化特征也会进一步促进城市知识生产活动的开展。②城市知识网络与知识生产的协同演化过程受到路径依赖机制、多维邻近性机制的共同影响。③城市知识网络与知识生产的协同演化路径因城市所属城市群的不同进而表现出异质性特征。

中国北方温性草地最大叶面积指数的时空变化及其对气候变化的响应

鉴于不同类型草地叶面积指数(LAI)的时空变化特征不尽相同,且不同变化趋势的LAI对气候变化的响应也不尽相同,利用长时间序列LAI和气象数据,结合草地分类数据,获得1981-2017年中国北方不同类型温性草地最大LAI的时空变化特征,并重点探讨不同变化趋势的LAI对气温和降水量变化的响应。结果表明,中国北方温性草地年均最大LAI的多年均值为(0.76±1.07) m^(2)/m^(2),东高西低;其中,草甸草原最高((2.73±1.20) m^(2)/m^(2)),草原化荒漠最低((0.13±0.17) m^(2)/m^(2))。总体上,年均最大LAI呈显著增加趋势;呈显著增加的面积占32.52%,显著降低的面积占6.31%;所有类型草地最大LAI显著增加的面积均大于显著降低的面积。年均最大LAI与1-8月总降水量和7-8月平均气温的年际变化均呈正相关。最大LAI显著降低和显著增加均主要受7-8月均温显著升高的影响。7-8月均温上升速率在影响LAI变化上存在转折阈值;对所占面积较大的草地类型,该阈值约为0.042~0.043℃/a。当气温上升速率低于该阈值时,LAI才随气温上升而增加;反之,LAI随气温上升而降低。这些研究结果可对气候变化背景下的草地利用、保护和恢复提供重要的科学依据。

基于多源数据的沿海城市扩张及生态环境效应研究

探究沿海城市扩张特征及其生态影响,以青岛市为例,利用多源数据(DMSP/OLS、NPP/VIIRS、MODIS和统计数据),分析了2000—2019年青岛市城市扩张过程及时空演化特征。通过计算植被指数和热岛强度指数,揭示了城市扩张中的生态效应。结果表明近20 a青岛城市建设由沿海向内陆扩展,表现为“核心市区不断扩大,周边乡镇快速兴起”的点面结合发展特征。建成区植被指数整体呈上升趋势,上升区集中于市辖区,下降区主要分布在城市边缘和新兴城镇。城市热岛强度呈增加趋势,强热岛分布在建成区内部,空间范围逐渐增大。灯光指数与热岛效应具有正相关性,城市建成区更加明显,而灯光指数与植被指数没有明显相关性。研究可为青岛市及其他沿海城市的发展提供政策依据。

环境激素的危害

环境激素是一种改变内分泌的外源性有机污染物,同时也是环境污染物,在自然环境中无处不在。环境激素的摄取,会引起女性的性早熟、月经失调、子宫内膜增生;男子精液中精子数量减少,引起男性不育症增加等[1]。基于此,讨论了环境激素对人类主要产生的四种危害,并表明需要进一步探讨环境激素对人类危害的具体机制,以及控制环境激素的分布。

中国实景演艺旅游资源时空格局研究

以2004～2017年间国家5A、4A级旅游景区的283个实景演艺旅游资源为样本,借助ArcGIS软件对其发展阶段、类型特征、多维空间格局、时空扩散过程等进行了分析。主要结论包括:(1)定量化测度了实景演艺旅游资源的投资规模与数量,从而将中国实景演艺发展分为3个阶段:探查参与期(2004～2007年)、快速发展期(2008～2014年)、成熟巩固期(2015～2017年)。(2)依据实景演艺旅游资源在演出时间、演出形式等方面的特征,将其归纳为晚会式夜场、情景式日场和室内全天候3种类型,并刻画了不同类型实景演艺旅游资源的分布特征。(3)从时空演化视角,研究在认识中国实景演艺旅游资源多尺度(全国、三大地带、省域)空间格局的基础上,分析了实景演艺旅游资源在中国的时空扩散过程与特征。