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城市生态学长期监测的几个关键问题

生态学报 2024年

作者：王效科任玉芬张红星孙旭苏芝敏李铣欧阳志云 1.中国科学院生态环境研究中心 2.中国科学院大学资源环境学院 3.中国科学院北京城市生态系统研究站中国科学院大学资源环境学院中国科学院生态环境研究中心中国科学院北京城市生态系统研究站

伴随城市人口快速聚集及人类活动加剧，城市生态环境质量及其对人类社会经济发展的支撑能力正在受到严重挑战，城市生态系统及其变化的研究越来越受到重视，国内外涌现出大量城市生态学长期监测工作，但相关监测方法的讨论还很少。在分... 详细信息

伴随城市人口快速聚集及人类活动加剧，城市生态环境质量及其对人类社会经济发展的支撑能力正在受到严重挑战，城市生态系统及其变化的研究越来越受到重视，国内外涌现出大量城市生态学长期监测工作，但相关监测方法的讨论还很少。在分析城市生态学长期监测类型和实践经验基础上，从城市面临的环境胁迫和建设管理需求出发，构建了城市生态学长期监测的“胁迫+需求-生态系统响应”总体思路框架；从科学上最基本和社会上最关心的城市生态系统要素、格局和过程着眼，提出城市生态学长期监测的7项内容（土地覆盖与利用、人居环境质量、生物多样性、生物质生产、水文过程、生物地球化学循环和物质代谢）；并分析了城市生态学长期监测的4种方法（遥感监测、仪器监测、调查监测、公众科学监测），分析了城市生态学长期监测单元及其空间布局及监测频率。这将为我国城市生态学长期监测工作开展提供方法论基础和实践参考。

关键词：城市生态学长期监测监测内容监测方法监测频率

丹江口水库真核浮游植物群落分布特征及其与环境因子的关系

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环境科学 2022年第11期43卷 5096-5105页

作者：贺玉晓买思婕任玉芬李卫国赵同谦马寅男河南理工大学资源环境学院焦作454000 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085 北京市南水北调大宁管理处北京100442

浮游植物是湖库生态系统物质循环和能量流动的主要参与者,了解其群落组成对保护水生生态系统平衡具有重要意义.2021年6月在南水北调中线工程水源地丹江口水库淅川库区设置7个采样点,分4层分别在0.5、5、10和20 m处共采取28个样品.采用... 详细信息

浮游植物是湖库生态系统物质循环和能量流动的主要参与者,了解其群落组成对保护水生生态系统平衡具有重要意义.2021年6月在南水北调中线工程水源地丹江口水库淅川库区设置7个采样点,分4层分别在0.5、5、10和20 m处共采取28个样品.采用高通量测序测定真核浮游植物群落结构,分析真核浮游植物群落在水平和垂向上的分布特征.采用冗余分析探讨了浮游植物主要类群与环境因子的关系.结果表明:(1)库区真核浮游植物共12门68属,物种为甲藻-硅藻-绿藻型结构.水平方向上浮游植物群落差异较大,各采样点垂直方向上浮游植物丰度和多样性存在较大差异.宋岗、土门和党子口浮游植物群落多样性和丰度随水深增加呈下降趋势,其他采样点的浮游植物群落与水深关系趋势不明显.(2)硝氮(NO_(3)^(-)-N)、水深、溶解氧(DO)、pH和水温(WT)是影响库区浮游植物垂直分布的重要环境因子.环境因子对浮游植物门类影响各异,甲藻门与NO_(3)^(-)-N和水深呈负相关,与其他环境因子呈正相关;硅藻门与NO~--N和水深呈正相关,与其他环境因子呈负相关;绿藻门与WT、pH和DO呈负相关,与水深无明显相关性.

关键词：丹江口水库浮游植物群落结构环境因子高通量测序

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城市生态系统长期观测研究站及其主要任务

生态学报 2023年第12期43卷 5211-5223页

作者：王效科张红星任玉芬苏芝敏孙旭赵露欧阳志云中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049 中国科学院生态环境研究中心北京城市生态系统研究站北京100085

随着对城市人居环境质量高度关注,城市生态学越来越受到重视。城市生态系统长期观测研究站(简称城市生态站),作为能够跟踪和研究城市生态系统长期变化规律的一种研究手段,在国内外得到了较快发展。在分析国内外城市生态站的研究经验和... 详细信息

随着对城市人居环境质量高度关注,城市生态学越来越受到重视。城市生态系统长期观测研究站(简称城市生态站),作为能够跟踪和研究城市生态系统长期变化规律的一种研究手段,在国内外得到了较快发展。在分析国内外城市生态站的研究经验和实践过程基础上,提出了城市生态站的科学目标、研究内容和主要工作,特别就城市生态站的观测工作、模拟实验工作和社会服务的基本框架和工作内容进行了论述,可以作为城市生态站建设的设计思路。为我国新建和完善城市生态站工作提供重要指导作用。

关键词：城市生态系统长期生态学研究生态学研究基础设施城市生态学野外模拟实验

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城市生态学自然模拟实验研究进展

生态学报 2023年第5期43卷 1763-1774页

作者：王效科赵露任玉芬张红星苏芝敏孙旭欧阳志云中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049 中国科学院北京城市生态系统研究站北京100085

自然模拟实验,通过适当控制影响因素研究自然状态下生态系统变化,已经越来越受到生态学家的欢迎。新兴的快速发展的城市生态学越来越多的采用自然模拟实验方法。研究从城市生态学的实验设计方法(如人工梯度、自然梯度和城市建设实验)、... 详细信息

自然模拟实验,通过适当控制影响因素研究自然状态下生态系统变化,已经越来越受到生态学家的欢迎。新兴的快速发展的城市生态学越来越多的采用自然模拟实验方法。研究从城市生态学的实验设计方法(如人工梯度、自然梯度和城市建设实验)、环境因子(如空气污染、热岛、灯光和地表硬化)生态效应和生态系统(如社区、绿地、绿化屋顶和集水区)响应等方面,分析了国内外大量城市生态学自然模拟实验的研究案例,并总结了城市生态学自然模拟实验的特点,指出了城市生态学模拟实验应该考虑的主要问题,并提出未来主要发展方向:(1)多种环境因子复合影响模拟实验研究,(2)生态系统结构和功能响应模拟实验研究,(3)近自然的长期模拟实验研究,(4)大范围的联网模拟实验研究和(5)面向城市生态恢复和建设的模拟实验研究。希望研究能够为推进我国城市生态学的实验研究起到抛砖引玉作用。

关键词：自然模拟实验城市生态学实验设计方法城市环境因子城市生态系统

替代面法和推算法在淅川库区氨氮干沉降评估中的适用性分析

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环境科学学报 2022年第12期42卷 423-431页

作者：陈晓舒赵同谦任玉芬肖春艳贺玉晓陈飞宏张清淼河南理工大学资源环境学院焦作454000 北京京津冀区域生态环境变化与综合治理国家野外科学观测研究站北京100085

农业源氨氮沉降是水库型水源地水体收到的重要的外源氮之一,其沉降量评估与来源识别是水体氮污染防控的重要依据.替代面法和推算法是大气氮素干沉降监测的两种常用方法.采用替代面法和推算法,于2019年9月—2020年8月对淅川库区周边设置... 详细信息

农业源氨氮沉降是水库型水源地水体收到的重要的外源氮之一,其沉降量评估与来源识别是水体氮污染防控的重要依据.替代面法和推算法是大气氮素干沉降监测的两种常用方法.采用替代面法和推算法,于2019年9月—2020年8月对淅川库区周边设置的5个大气监测点进行干沉降样品采集,测定了样品中氨氮浓度及其氮同位素,探讨了2种监测方法在氨氮干沉降通量估算及氨氮来源解析中的适用性.结果表明:替代面法获得的氨氮干沉降通量为推算法的1.4~2.1倍,2种监测方法获得的氨氮干沉降通量在时空变化趋势上具有一致性;推算法获得的δ^(15)N-NH_(4)^(+)较替代面法偏负,季均相差为11.1‰,时空差异显著.替代面法在获得淅川库区氨氮干沉降通量方面具有优势,受氨氮分馏影响,直接获得的δ^(15)N-NH_(4)^(+)值较初始源δ^(15)N-NH_(3)值存在较大偏差,影响溯源结果的准确性;推算法能够分别获得不同氨氮形态干沉降中的δ^(15)N-NH_(4)^(+)值,适用于氨氮干沉降来源分析,但易造成氨氮干沉降通量偏低;综合利用2种监测方法能够提高同位素溯源结果的准确性.

关键词：干沉降氨氮推算法替代面法水库型水源地农业

北京城市典型下垫面降雨径流污染初始冲刷效应分析

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环境科学 2013年第1期34卷 373-378页

作者：任玉芬王效科欧阳志云侯培强中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085

城市硬化地表的迅速增加使得降雨径流量增加,屋面和路面等下垫面上污染物的大量累积并随径流进入城市排水系统,对城市水环境造成威胁.为了解径流污染过程和给径流污染控制提供科学依据,于2004～2006年选取典型屋面和路面对径流污染过程... 详细信息

城市硬化地表的迅速增加使得降雨径流量增加,屋面和路面等下垫面上污染物的大量累积并随径流进入城市排水系统,对城市水环境造成威胁.为了解径流污染过程和给径流污染控制提供科学依据,于2004～2006年选取典型屋面和路面对径流污染过程进行了监测和分析,计算了两种径流的次降雨平均浓度(EMC)水平,发现两类径流的COD和TN污染较为严重;屋面径流的化学需氧量(COD)、总氮(TN)分别超标(地表水环境质量标准GB 3838-2002 V类)3.64和4.80倍;路面径流的COD、TN分别超标3.73和1.07倍.利用M(V)曲线,判断径流量同径流污染负荷的关系,发现屋面径流污染物总悬浮颗粒物(TSS)、COD、TN和总磷(TP)发生了不同程度的初始冲刷现象;路面初始冲刷现象主要表现为TSS和TP,总体上初始冲刷效应不明显.汇水面性质、降雨强度、污染物累积状况等都是影响屋面和路面径流污染物排放特征的重要影响因素.

关键词：城市下垫面地表径流屋面路面初始冲刷效应

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北京城区大气氮湿沉降特征研究

环境科学 2014年第2期35卷 490-494页

作者：贺成武任玉芬王效科毛宇翔河南理工大学资源环境学院焦作454000 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085

采用离子交换树脂法研究2012年6—10月北京五环内城区大气中不同形态氮在不同月份环路（五环、四环、三环和二环）以及功能区（文教区、环路、生活区、火车站和公园）的湿沉降差异，探索城市区域内不同形态氮在时间、空间和功能区上沉... 详细信息

采用离子交换树脂法研究2012年6—10月北京五环内城区大气中不同形态氮在不同月份环路（五环、四环、三环和二环）以及功能区（文教区、环路、生活区、火车站和公园）的湿沉降差异，探索城市区域内不同形态氮在时间、空间和功能区上沉降的特征．结果表明氨氮、硝态氮和亚硝态氮的沉降均体现出明显的时间特征．其中，在研究时段内，氨氮和硝态氮沉降均呈现出先升高后降低的趋势，7月达到最大值；亚硝态氮沉降呈现出先降低后上升的趋势，9月达到最大值．大气氨氮和硝态氮沉降量受到降雨量的影响显著（P〈0．05）．在空间沉降特性方面，氨氮、硝态氮和亚硝态氮在不同环路上沉降没有显著的差别，环路和火车站等功能区氮沉降高于其它功能区．

关键词：北京城区大气氮湿沉降离子交换树脂法

春季北京市河流大型底栖动物群落结构特征及影响因子分析

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环境科学 2020年第6期41卷 2951-2962页

作者：贺玉晓李珂任玉芬王思琪方文颖河南理工大学资源环境学院焦作454000 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京城市生态系统研究站北京100085 南水北调大宁管理处北京102442

2019年春季(3~5月)在北京市开展了17个水体20个断面的大型底栖动物调查,分析其群落结构特征与环境因子的关系.共采集并鉴定出大型底栖动物64个分类单元(种),分属3门6纲32科.结果发现,北京不同区域河流大型底栖动物的密度组成、优势种和... 详细信息

2019年春季(3~5月)在北京市开展了17个水体20个断面的大型底栖动物调查,分析其群落结构特征与环境因子的关系.共采集并鉴定出大型底栖动物64个分类单元(种),分属3门6纲32科.结果发现,北京不同区域河流大型底栖动物的密度组成、优势种和物种数存在较大的空间差异,山区是水生昆虫密度最大的区域,平均密度为33.95ind.·m^-2,主要优势种为蚋科(Simuliidae sp.)、纹石蛾(Hydropsyche sp.)和高山似突摇蚊(Paraciadius alpicola);郊区摇蚊幼虫和寡毛纲的平均密度最大,分别为82.58ind.·m^-2和36.21ind.·m^-2,主要优势种为小云多足摇蚊(Polypedilum nubeculosum)和苍白摇蚊(Chironomus pallidivittatus);市区以腹足纲的密度最大,为88.75ind.·m^-2,主要优势种为铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)和梨形环棱螺(Bellamya purificata).市区和郊区发现的物种数均比山区多14种.CCA典范对应分析结果表明,营养盐浓度是影响郊区大型底栖动物群落结构的主要因素,人类活动强度和水温是影响市区和山区大型底栖动物群落结构的主要因素.

关键词：北京河流大型底栖动物群落结构环境因子典范应对分析

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北京市城市降雨径流水质评价研究

环境科学 2012年第1期33卷 71-75页

作者：侯培强任玉芬王效科欧阳志云周小平中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085

选取北京市城市天然雨水与3个不同下垫面(屋面、单位内部道路和环路干道道路)的降雨径流为研究对象,在2010年7～10月期间,测定了8场降雨中的13个理化指标,并采用灰色关联分析和主成分分析方法进行水质综合评价和污染物来源分析.结果表明... 详细信息

选取北京市城市天然雨水与3个不同下垫面(屋面、单位内部道路和环路干道道路)的降雨径流为研究对象,在2010年7～10月期间,测定了8场降雨中的13个理化指标,并采用灰色关联分析和主成分分析方法进行水质综合评价和污染物来源分析.结果表明,环路干道径流的综合水质最差,其他依次为屋面径流、单位内部道路径流和天然雨水,其中环路干道径流综合水质超出国家地表水Ⅴ类水质标准,天然雨水、单位内部道路径流和屋面径流综合水质满足国家地表水Ⅱ类水质标准;天然雨水与各下垫面降雨径流的主要污染物为氮,其中TN和NH4+-N平均浓度为5.49～11.75 mg.L-1和2.90～5.67 mg.L-1;环路干道径流中第一类污染物为P、SS和有机污染物,其主要来源为车辆轮胎和路面材质的磨损;第二类污染物为N和溶解态重金属,其主要来源为车辆尾气和大气干湿沉降.本研究结果可以为城市雨水水质评价、城市面源污染控制和雨水回收利用提供科学依据.

关键词：北京城市降雨径流水质评价灰色关联分析主成分分析