人与自然和谐共生是生态文明建设的重要内容,也是解决城镇化和城市生态环境问题的重要路径。面对城市和城市群生态安全屏障保护和绿色低碳转型发展的需求,笔者梳理了生态城市的内涵演进、城市生态系统观测现状,研究构建了基于人与自然和谐共生的生态城市建设观测指标体系,包括城市生态安全格局、生物多样性保护、人居环境健康、绿色转型发展4个方面的28项指标。从国家政策引导、地方实践创新和理论研究探索3个维度,结合我国生态城市建设实践,研究提出了生态城市功能提升路径,以期为新时期国家环境保护模范城市建设指标及测评标准制定提供理论依据和决策参考。

生态修复和污染治理是生态环境质量改善的重要手段,而生态环境投入是关键影响因素。多年来,矿山生态修复长期处于"被动应对多,主动作为少"的状态,部分地区还存在违背自然规律的矿区生态修复形式主义问题,其根本原因不仅仅是生态环境投入少,更重要的是生态修复目标不明确和监管标准缺失。该研究围绕新时期生态文明建设和区域可持续发展需求,结合长期工程实践和典型案例,首先,基于生态环境协同治理视角从环境边界上重新界定了矿区范围,认为矿区范围应包括生态破坏区和环境污染的直接影响区,其边界远大于传统意义上的矿界范围,提出了矿区综合体的概念,包括自然资源子系统、生态环境子系统和社会经济子系统;其次,辨析了土地整治、植被恢复与矿山生态修复的区别与联系,结合协同治理理论和"山水林田湖草是生命共同体"理念,阐释了矿区生态修复目标的定义与内涵,包括矿区综合体、生态系统和场地3个尺度,地方政府和矿山企业2个责任主体,即"三尺度两主体";最后,分类提出了矿区生态修复模式及其特点,包括景观相似性恢复模式、土地复垦再利用模式、自然公园营造模式和生态环境导向的开发(EOD)模式4大类。资源型城市生态安全和人居环境健康是生态文明建设的难点,研究结果从理论与实践层面解答了矿区生态修复目标科学制定、生态环境协同治理和区域可持续发展存在的困惑,对分类推进基于自然解决方案的生态保护修复、社会-经济-自然复合生态系统一体化修复和矿区生态环境监管具有重要意义。

双碳"目标下,构建土地利用类型与碳转移的关系对碳减排至关重要。该研究以徐州市为例,提出了一个空间地-碳框架,运用生态网络分析(ecological net analysis,ENA)评估了土地相关碳的正、负转移及其生态关系的变化,提出用地-碳关联率评价土地利用变化对碳平衡的综合影响程度,并借鉴生态学种间关系的原理,探讨了碳流动下土地利用类型之间的生态关系。结果表明:2000-2010和2010-2020年,研究区主要正碳转移是耕地转换为工业与交通建设用地,主要负碳转移是工业与交通建设用地转换为城市建成区。随时间变化,碳转移强度增加,类型更加复杂;空间上,土地互利关系分布在下属区县,竞争关系分布在中心城区。碳转移推力、拉力贡献率分别来自耕地和工业与交通建设用地。地-碳框架量化了土地相关碳转移,探明了各土地利用类型之间的生态关系,为碳排放空间规划提供了新视角。

CO₂排放是城市碳达峰预测研究的重要内容,准确核算碳排放对实现城市产业绿色转型发展与碳中和具有重要意义。主城区产业以生活功能、生产研发和服务业为主,缺乏独立的主城区能源消费统计,导致碳排放核查存在空白。为此,以南京某市辖区为研究对象,结合2011-2020年南京市能源统计数据,从碳排放影响因素和终端能源消费计算2个方面分析市辖区碳排放特征,并采用Kaya碳排放恒等式和LEAP模型,设置不同的情景,预测未来碳排放趋势和达峰时间。结果表明:2011-2020年研究区能源消费从108.99万增长至222.02万t (以标准煤计),CO₂排放量仍处于快速增长期,2020年碳排放量相比2011年增长82.27%,但能耗强度由0.324下降到0.200 t·万元^-1,化石燃料使用占比逐渐减少,用电量增加。2020年研究区碳排放强度为0.337 t·万元^-1,低于南京市平均水平(0.75 t·万元^-1)。积极推动低碳转型发展,研究区可实现2030年前碳达峰的目标。人均生产总值和能源强度是影响主城区碳排放的最重要因素。研究结果为主城区碳达峰预测提供了一种可行的核算方法,对城市碳排放核算、减排模式优选及减排任务分解具有指导意义。

为进一步激发公众在碳中和背景下参与植树造林的积极性,基于知信行理论和计划行为理论,采用问卷调查法并运用结构方程模型,实证分析公众参与不同"互联网+植树"模式的意愿动因及其行为选择。将我国现有的"互联网+植树"模式归纳为2种,分别是以"蚂蚁森林"为代表的企业主导模式和以"互联网+全民义务植树"为代表的政府主导模式。通过实证结果可知:环境认知和感知行为效能显著正向影响公众参与态度;态度和感知行为效能显著正向影响公众参与意愿;感知行为效能可以直接或间接激发公众参与意愿。主观规范对公众参与态度和意愿都没有显著影响,即外部环境并不能有效激励公众的参与行为。参与意愿显著正向影响2种模式下的公众参与行为,但选择参与"蚂蚁森林"行为的路径系数要大于"互联网+全民义务植树"的路径系数。最后,提出"互联网+植树"应当通过普及环境知识、打造融合平台、开辟互动渠道等方法来促进公众参与行为的提升。

如何科学评估"绿水青山就是金山银山"(以下简称"两山")实践创新基地碳源碳汇的变化趋势、时空分布、影响因子,对指导新时期生态文明建设具有重要作用。以浙江省宁海县为例,基于IPCC碳排放清单,测度宁海县碳汇量与碳排放量,分析区域碳汇的空间分布规律,并基于方差分解分析探究宁海县碳排放的影响因素。结果表明,宁海县碳汇量呈现逐年增加的趋势,2003-2018年从43.91万上升至49.40万t,其中,森林碳汇量占比为88.21%~91.12%;碳源量呈现平稳-急剧上升-波动下降-保持稳定的变化趋势,由2003年的154.17万变化至2018年的508.87万t。从碳汇量的空间分布来看,宁海县县域碳汇大致呈现西部＞东南部＞北部＞中部的西高东低格局;宁海县碳排放可被社会因素、经济因素和"两山"建设驱动因素共同解释,3个因素对碳排放的共有解释度为60.86%,各因子的解释度表现为经济因素＞"两山"建设驱动因素＞社会因素。该研究为国家"两山"实践创新基地的碳源碳汇量核算提供了新思路,可为下一步政策制定和县域绿色发展提供参考。

堆肥是将畜禽粪污进行资源化的有效手段之一,但是氮素的流失会造成堆肥产品质量的降低,排放的氨气(NH₃)和氧化亚氮(N₂O)会加剧空气污染和温室效应。为了减少堆肥过程中活性氮气体的排放、提高堆肥产物的氮素含量,选用猪粪和鸡粪作为原料进行室内模拟堆肥,设置接种微生物、加入化学添加剂或两者联用的试验处理。结果表明,加入化学添加剂的处理以及微生物和化学添加剂联用的处理能够显著减排活性氮气体,实现高效保氮的目的。在猪粪堆肥过程中,相对于未接种、未加入化学添加剂的对照,加入化学添加剂的处理、Bacillus sp.H3-1和化学添加剂联用的处理以及B. sp.H5-9和化学添加剂联用的处理NH₃减排11%~21%,N₂O减排4%~6%,堆肥产物中NH₄⁺-N含量增加6.7~7.7倍。在鸡粪堆肥过程中,相对于未接种、未加入化学添加剂的对照,加入化学添加剂的处理、B.sp.H1-10和化学添加剂联用的处理N₂O减排25%~26%,堆肥产物的NH₄⁺-N含量增加3.3~3.9倍。因此,加入化学添加剂以及微生物和化学添加剂联用可协同减排NH₃和N₂O,实现堆肥产物保氮,该研究可为畜禽粪便绿色高效资源化和农业碳中和提供重要依据。

畜禽养殖粪污是农村环境污染治理的一大难题,而畜禽产业环境污染防治是实现乡村振兴战略、低碳循环生产方式的重要部分。基于肉鸭生产大省的620份肉鸭养殖户的调查数据,建立Logit模型分析环境规制、风险认知对养殖户环境友好行为的影响,并通过中介效应分析风险认知在环境规制影响养殖户粪污资源化处理行为中的中介效应。结果显示:环境规制、风险认知对养殖户粪污资源化处理行为均具有促进作用,环境规制中的命令型、激励型与引导型规制均会促进养殖户粪污资源化处理行为,而风险认知中的风险原因认知正向影响养殖户粪污资源化处理行为;风险认知中的风险事实与风险损失认知影响不显著,说明养殖户受传统观念与政策区域实施差异的影响,养殖户进行粪污资源化处理行为认知较低;风险认知在环境规制影响养殖户粪污资源化处理行为中起中介作用。为促进畜禽养殖户环境风险认知,加强畜禽环境污染防治,应在提升政策有效实施的前提下加强相关培训和宣传,因地制宜地实施养殖补贴激励政策,促进环境资源的优化配置,激励养殖户积极治理污染,提升养殖户的养殖绩效。

乡村人居环境建设已成为乡村振兴战略实施的重要任务,其内在作用机理与关键驱动研究能够为乡村人居环境治理与建设的精准施策提供科学依据。采用乡村人居环境质量测度模型、典型相关分析、岭回归等方法进行甘肃省乡村人居环境质量测度、影响因素的作用机理分析,并识别人居环境质量的关键驱动。结果表明:(1)甘肃乡村人居环境质量综合指数均值为0.238,高于均值水平的县域占比达45.98%;综合指数、居住条件、产业经济发展以及生态环境与治理指数基本呈现由西北向东南降低态势;公共服务设施维度却表现为中部高,两端低的空间格局;基础设施维度中低水平与较低水平的评价单元相对零散分布且范围较广。(2)自然地理变量组中可灌溉耕地占比的典型载荷为-0.798,正向作用于基础设施、居住条件、产业经济(载荷系数均<0)等目标变量;区域经济发展组中所有解释指标均与典型变量呈正相关,解释指标正向促进着人居环境质量;社会文化控制变量组中小学文化程度以下的居民占比、少数民族聚落村占比2个解释变量的典型载荷分别为-0.976、-0.494,负面影响着乡村基础设施建设与产业经济发展(目标变量载荷系数＞0)。(3)可灌溉耕地占比岭回归系数为0.143(P＜0.05),成为乡村人居环境质量提升的关键驱动因子,山区与丘陵村落占比指标则成为关键约束(r=-0.134,P＜0.05);区域经济发展组指标岭回归系数均为正值,有火车站、高速公路入口的乡镇占比(P＜0.01)、非农行业劳动力占比(P＜0.05)发挥正向驱动作用;社会文化环境中,小学文化以下居民占比系数为负值(P＜0.01),居民文化程度低下成为乡村人居环境质量提升的关键障碍。

系统研究岷江上游流域地貌环境与农村居民点分布的关联性,对理解青藏高原东缘人居生态单元的特征及安全模式具有重要意义。该研究基于计盒法计算了岷江上游流域在不同等级流域尺度的分形维数,并结合核密度分析、空间聚类,探讨了分维数与农村居民点的数量关系,基于地理探测器揭示了流域地貌因子对农村居民点的影响特征及机制。研究结果表明:(1)总体尺度上,岷江上游流域分形地貌的幼年发育阶段促使了农村居民点整体的分布形态与分形地貌呈现正相关的叶状分支特征。支流和小流域尺度上,农村居民点密度分布、民族特征与流域地貌发育均具有一致性。(2)沟壑密度是影响农村居民点分布的主要因素,其次是海拔。同时沟壑密度∩海拔产生了显著的双因子增强效应。沟壑密度、海拔和坡长对农村居民点分布的影响具有显著的区间差异。(3)岷江上游流域地貌发育所形成的生产资源、自然灾害和景观特征,通过与农村居民点生产、生活以及居民的心理需求相耦合,从而影响农村居民点选址、迁移、消亡和扩张,形成了流域自然环境影响农村居民点分布的内在机制。

淡水生态系统服务的空间流动和供需分析是当前生态系统服务研究的前沿热点。目前对于生态系统服务的流动路径研究鲜有报道,且已有研究较少考虑水质调节服务对于淡水供给服务流的影响。闽东南地区流域受人类活动扰动大,存在典型的水质型缺水问题。该研究选取福建省平和县花山溪流域作为研究区域,利用InVEST模型、情景设置、供需分析等方法,从子流域尺度和行政区(乡镇)尺度揭示水质胁迫(以氮为例)对淡水供给服务的影响,分别定量并可视化自然状态和供需平衡状态下淡水供给服务的供需情况和流动路径。结果表明:(1)基于子流域尺度的自然状态,累积盈余流量为4.59×10⁸ m³,在水质胁迫的情景下削减为9.9×10⁷ m³,削减率为78.43%,流向不受水质影响;(2)基于行政区尺度的供需平衡状态,动态服务流量为4.63×10⁷ m³,在水质胁迫情景下约为4.02×10⁷ m³,削减率为13.17%,水质影响下乡镇间水资源供需差异发生改变,故流向发生变化,霞寨镇从原先的相对供给区转变为相对受益区。该研究成果可为生态系统服务流的研究以及闽东南地区乡镇水资源管理提供一定的参考依据。

为了解红碱淖浮游动物群落结构特征及水质状况,科学保护沙漠湖泊生态健康,于2016-2017年调查了红碱淖浮游动物群落结构和主要水质理化指标,分析了该湖泊浮游动物现存量和多样性的季节变化规律及影响因子。结果表明,红碱淖全年共调查到浮游动物30属35种,种类组成以轮虫为主,占比为41.67%,优势种以小口钟虫(Vorticella microstoma)、唇形叶轮虫(Notholca labis)、虱形大眼溞(Polyphemus pediculus)、蒙古裸腹溞(Moina mongolica)、汤匙华哲水蚤(Sinocalanus dorrii)为主,种类数季节变化表现为冬季＞春季＞秋季＞夏季。浮游动物年平均密度为61.9 L^-1,变化范围4.2~326.3 L^-1,年平均生物量为0.193 mg·L^-1,变化范围为0.001~1.138 mg·L^-1,浮游动物现存量存在季节差异,呈现出夏季＞秋季＞冬季＞春季的特点。浮游动物Shannon-Weiner多样性指数和Pielou均匀度指数年平均值分别为2.040和0.712,多样性呈现出秋冬季高于春夏季。典范对应分析(CCA)显示,水温、电导率和溶解氧浓度是显著影响浮游动物群落分布的主要环境因子。根据生物多样性指数和综合营养状态指数(TLI)水质评价结果表明,红碱淖水质处于中污染状态,水体属轻度富营养类型,水量调控与水质管理对浮游动物群落结构具有较大影响。研究结果可为红碱淖的生态保护及水资源开发利用提供理论参考。

为揭示水动力扰动对高原山地农村沟渠内源氮营养盐释放的影响,通过室内模拟试验研究不同水流扰动强度(0、5、15、30、60 L·h^-1)对底泥氮释放的影响。结果表明:(1)水动力扰动初期可引起底泥氮元素向上覆水释放,5 L·h^-1扰动下水体中NH₄⁺-N浓度达到最高值,60 L·h^-1扰动下水体TN浓度达到最高值,在连续扰动30 d后,静置水体氮浓度高于扰动水体;(2)随扰动强度的增加,底泥TN含量也增加,但总体低于背景值,呈现出0＜5＜30＜15＜60 L·h^-1的规律;(3)底泥各形态可转化态氮(TTN)含量由大到小依次表现为强氧化剂可提取态氮(SOEF-N)、强碱可提取态氮(WAEF-N)、离子交换态氮(IEF-N)和弱酸可提取态氮(SAEF-N);释放程度从易到难依次为IEF-N、WAEF-N、SAEF-N、SOEF-N;各形态氮的最小值均出现在静置时,说明扰动更有利于底泥对水体氮营养盐的吸收,减轻其沿途对周围环境造成潜在的危害。

将剩余污泥中的固态氮和磷转变为可溶性氮和磷,是剩余污泥中氮磷处理或资源化利用的关键。该文研究了pH值对剩余污泥中氮磷的释放效果及不同晶种(蛭石、椰壳炭和石英砂)对鸟粪石沉淀法去除氮磷的影响,另外考察了单独使用晶种以及晶种与镁盐协同处理对污泥上清液氮磷的去除效果的影响。结果表明,当剩余污泥上清液的pH值由7.45上升至12时,上清液中ρ(PO₄^3--P)从15.83上升至188.20 mg·L^-1,ρ(NH₄⁺-N)由48.97上升至166.46 mg·L^-1。在镁磷摩尔比为1.2、pH值为10、搅拌时间30 min、静置30 min条件下,蛭石、椰壳炭和石英砂的投加量分别为2、2和0.5 g·(100 mL)^-1时,3种晶种对上清液中NH₄⁺-N和PO₄^3--P的去除效果均较好。3种晶种中,椰壳炭诱导鸟粪石沉淀法去除NH₄⁺-N和PO₄^3--P的效果比蛭石和石英砂好。当椰壳炭投加量为2 g·(100 mL)^-1时,上清液中PO₄^3--P和NH₄⁺-N的去除率分别为82.48%和74.98%,相比未投加晶种分别提高9.14%和13.38%。采用X射线衍射和扫描电子显微镜对沉淀产物进行分析,发现生成的沉淀主要为鸟粪石,具有较高的回收价值。