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基于遥感时-空-谱特征及随机森林模型的土壤重金属空间分布预测

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环境科学 2024年第3期45卷 1713-1723页

作者：王泽强张冬有徐夕博王兆鹏杨东宇宋晓宁哈尔滨师范大学地理科学学院哈尔滨150025 枣庄学院旅游与资源环境学院枣庄277160 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875

获取土壤重金属的含量特征及空间分布是预防土壤污染和制定环保政策的关键.选取济南市长清区为研究区,系统采集304处表层土壤样品(0~20 cm),利用多源遥感数据构建土壤重金属的光谱特征、时间特征和空间特征;进一步采用相关分析法选择出... 详细信息

获取土壤重金属的含量特征及空间分布是预防土壤污染和制定环保政策的关键.选取济南市长清区为研究区,系统采集304处表层土壤样品(0~20 cm),利用多源遥感数据构建土壤重金属的光谱特征、时间特征和空间特征;进一步采用相关分析法选择出与土壤重金属密切相关的时-空-谱特征,并将其作为输入自变量,实测土壤砷(As)含量值为因变量,建立基于随机森林(RF)算法的空间预测模型,完成土壤重金属的含量估算和空间分布预测.结果表明:(1)As含量均值超出背景值43.17%,低于农用地土壤污染风险规定的筛选值和管控值,表明As在土壤中出现富集,但处于可管控范围内.(2)在单个遥感特征构建的土壤重金属空间预测模型中,精度由高到低依次为:空间特征(RPIQ=3.87)>时间特征(RPIQ=2.57)>光谱特征(RPIQ=2.50),空间特征对土壤重金属空间预测最为重要.(3)基于“时间-空间”、“时间-光谱”和“空间-光谱”组合特征的土壤重金属空间预测模型均优于单个特征构建的模型,其精度系数RPIQ值分别为4.81、 4.21和4.70.(4)利用“时间-空间-光谱”特征组合输入的随机森林模型达到最佳的空间预测精度(R^(2)=0.90;RMSE=0.77;RPIQ=5.68).(5)As在空间分布上从西北到东南含量逐步降低,主要受到黄河冲淤积和工业活动影响.研究采用的遥感时-空-谱特征结合随机森林算法的土壤重金属空间预测技术,可为土壤污染防治及环境风险管控提供有效的方法支持.

关键词：土壤砷(As) 随机森林(RF) 遥感时-空-谱特征空间分布预测

数字经济对黄河流域资源型城市绿色效率的驱动作用

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资源科学 2024年第3期46卷 475-487页

作者：张泽楚李巍北京师范大学环境学院水环境模拟国家重点实验室北京100875

[目的]数字经济有助于促进绿色效率的大幅提升,进而为推动新质生产力发展注入动力。探究资源型城市数字经济对绿色效率的作用机制,对资源型城市打破路径依赖、实现绿色转型和高质量发展具有重要意义。[方法]以黄河流域39座资源型城市为... 详细信息

[目的]数字经济有助于促进绿色效率的大幅提升,进而为推动新质生产力发展注入动力。探究资源型城市数字经济对绿色效率的作用机制,对资源型城市打破路径依赖、实现绿色转型和高质量发展具有重要意义。[方法]以黄河流域39座资源型城市为研究对象,结合城市地理分布、资源类型和发展阶段特征,采用DEA-SBM模型测算20032020年流域内资源型城市的绿色效率值及其动态变化,通过异质性分析、机制分析和非线性分析探究数字经济对绿色效率的驱动作用。[结果]①研究期内黄河流域资源型城市的绿色效率值先上升后趋于稳定,下游城市优于中上游城市,且石油型和再生型城市分别在资源类型和发展阶段类别中最高;②数字经济显著驱动了绿色效率提升。异质性检验表明,数字经济在上游城市、金属型和成熟型城市的作用效果相比中下游和其他类型的城市更显著;③数字经济主要通过绿色技术进步而非产业结构的中介效应来间接驱动绿色效率提升,城市群则对数字经济作用效果发挥正向调节效应;④非线性分析表明资源赋不具有门槛效应,数字经济作用效果在其自身的双重门槛中先增后减,而在年份的双重门槛中均递增,说明最优水平拐点尚未出现。[结论]数字经济有助于提升资源型城市绿色效率,据此建议应在全流域和城市群两个层面制定激励政策。在工业化基础上,利用数字经济这一新兴形态对原有产业进行适时适度地重塑与升级,以协同推进黄河流域资源型城市绿色转型和数字经济发展,并通过实施差异化措施进一步增强数字经济驱动绿色效率的作用效果。

关键词：资源型城市绿色效率数字经济驱动作用黄河流域

面向乡村振兴的农村居民点用地结构与功能互动研究框架

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农业工程学报 2024年第8期40卷 232-244页

作者：田亚亚姜广辉邢玉琦周涛吴思多北京师范大学地理科学学部自然资源学院北京100875 地表过程与资源生态国家重点实验室北京师范大学北京100875

农村居民点用地结构与功能互动是由农村居民点系统内外部环境变化导致的用地结构与功能动态交互及平衡重塑过程,对促进乡村内部空间有序发展、助力乡村振兴至关重要。该研究综述了有关农村居民点用地结构与功能的研究内容、主题与进展;... 详细信息

农村居民点用地结构与功能互动是由农村居民点系统内外部环境变化导致的用地结构与功能动态交互及平衡重塑过程,对促进乡村内部空间有序发展、助力乡村振兴至关重要。该研究综述了有关农村居民点用地结构与功能的研究内容、主题与进展;建立了以“过程-机理-效应-调控”为主线的农村居民点用地结构与功能互动研究框架。主要结论如下:1)现有研究针对农村居民点用地结构与功能特征、演变、驱动机理及优化开展了大量工作,初步建立了两者的静态对应关系,但用地结构与功能互动过程不清、联动机制尚未形成,服务于土地调整实践的用地结构与功能适配机制尚不明确。2)农村居民点用地结构与功能互动研究体系应涵盖用地结构与功能互动过程、互动机理、互动效应及用地结构与功能配置优化等内容。3)在促进乡村可持续发展与乡村振兴的目标趋向下,未来应以振兴乡村生产功能、强化乡村乡土文化功能及统筹“村-乡镇-县域”各层级功能为重点探索用地结构与功能配置方案;实践层面上通过创新农村居民点用地混合利用形式,探索用地结构与功能适配型乡村空间重构模式促进用地结构与功能协调与适配。

关键词：农村居民点用地结构功能互动研究框架

农村居民点用地结构与功能的互动关系——理论框架与应用方向

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资源科学 2024年第4期46卷 801-813页

作者：田亚亚姜广辉周涛吴思多靳雯喧北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学地理科学学部自然资源学院北京100875

在经济社会转型的现实背景下,探索农村居民点用地结构与功能的互动关系、促进两者适配发展,对重塑乡村空间、促进乡村振兴意义重大。本文在解析“农村居民点用地结构与功能互动”内涵的基础上,分析了用地结构与功能互动的基础条件、动... 详细信息

在经济社会转型的现实背景下,探索农村居民点用地结构与功能的互动关系、促进两者适配发展,对重塑乡村空间、促进乡村振兴意义重大。本文在解析“农村居民点用地结构与功能互动”内涵的基础上,分析了用地结构与功能互动的基础条件、动力机制、互动过程及互动特征,尝试构建农村居民点用地结构与功能互动理论框架,进而探讨了用地结构与功能互动理论的应用方向。研究认为:①农村居民点用地结构与功能互动是农村居民点系统受到内外部环境影响而引发的“要素-结构-功能”适调过程,具有阶段性、自适应性及驱动性等特征。②受区域经济发展速率、转型程度及社会结构影响,农村居民点用地结构与功能互动可能存在时空尺度上的不对应,呈现错位、竞争、协同等互动类型。③可通过“以功能引导用地结构调整”的思路开展乡村空间重构、重视村庄功能到物质空间的投射、创新混合性村庄规划及完善相关制度配套等措施促进农村居民点用地结构与功能协调适配。

关键词：农村居民点用地结构功能互动关系理论框架

基于生态系统服务的生态安全格局构建与生态韧性评估——以长株潭城市群为例

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生态学报 2024年第11期44卷 4650-4661页

作者：孙梓渊王赛鸽陈彬湖南工商大学资源环境学院长沙4102052 北京师范大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点实验室北京100875

构建生态安全格局对于保障区域生态安全、优化国土生态空间具有重要意义,科学评估生态韧性是城市高质量发展的重要议题之一。以长株潭城市群为研究对象,基于“源地识别-阻力面构建-廊道提取”的生态安全格局构建模式,定量评估固碳释氧... 详细信息

构建生态安全格局对于保障区域生态安全、优化国土生态空间具有重要意义,科学评估生态韧性是城市高质量发展的重要议题之一。以长株潭城市群为研究对象,基于“源地识别-阻力面构建-廊道提取”的生态安全格局构建模式,定量评估固碳释氧、土壤保持和水源涵养三项生态系统服务功能以识别源地,结合自然和人为因素构建阻力面,使用Linkage Mapper工具基于最小成本路径理论识别生态廊道,提出了一套基于生态安全格局构建过程的生态韧性评估框架,并结合Fragstats和Conefor Sensinode软件对其进行综合评价。研究结果显示:(1)长株潭城市群共55块生态源地,面积为7747.75km^(2),占城市群总面积的27.58%,东部和南部源地较为集中,西部较分散,林地是生态源地的主要组成部分;生态廊道共113条,廊道总长度为1458.97km,平均长度为12.91km,主要分布于研究区西部和北部。(2)结合生态源地和生态廊道构建了长株潭城市群“一心一环”生态安全格局,可有效缓解长株潭城市群中部生态用地“空心化”的格局。(3)研究区55块生态源地的韧性指数介于0.1265—0.4682之间,空间上呈现出东高西低,南高北低的特征;113条生态廊道的韧性指数介于0.0027—0.8002之间,韧性指数较高的廊道主要分布在研究区东部和南部,韧性指数较低的廊道分布在西部、中部和北部。西部和中部或将成为影响长株潭城市群生态安全的关键区域,在城市规划过程中应重点关注。研究结果对优化城市空间布局、维护区域生态安全和促进区域一体化发展具有重要意义,并为区域生态韧性的评估提供了新的思路。

关键词：生态安全格局生态系统服务生态韧性

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2022年长江上游流域严重干旱对三峡水电站水力发电的影响分析

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气候变化研究进展 2024年第1期20卷 37-47页

作者：刘喆王飞韩钦梅姜璐史培军北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室北京100875 北京师范大学应急管理部-教育部减灾与应急管理研究院北京100875 北京师范大学地理科学学部北京100875 兰州大学资源环境学院兰州730000 中国气象局国家气候中心北京100081 北京师范大学(珠海)文理学院珠海519085

利用三峡水电站精细化水文数据推算了高时间分辨率的发电量数据,量化了2022年长江上游流域严重干旱对三峡水电站水力发电的影响,并结合汇流区域气象站点降水量数据,分析了汇流区域气象干旱对三峡水电站水力发电的影响机理。结果表明:202... 详细信息

利用三峡水电站精细化水文数据推算了高时间分辨率的发电量数据,量化了2022年长江上游流域严重干旱对三峡水电站水力发电的影响,并结合汇流区域气象站点降水量数据,分析了汇流区域气象干旱对三峡水电站水力发电的影响机理。结果表明:2022年三峡水电站水力发电量的减少主要集中在7—11月,该时期总水力发电量较正常情况减少了241.10亿kW·h(44.75%);其中,9月水力发电量减少幅度最大,水力发电量较正常情况减少了68.43亿kW·h(61.05%)。2022年三峡水电站汇流区域7—8月的气象干旱快速传导为水文干旱;同时,6—11月三峡水电站对发电量的调节能力变弱,水文干旱对发电量影响较强;三峡水电站汇流区域7—8月发生的气象干旱与防汛库容的要求,对水力发电均产生了较强影响,其“蓄丰补枯”作用的发挥也受到了明显的不利影响。

关键词： 2022年严重干旱三峡水电站水力发电长江上游流域

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土壤对模拟雨水径流中重金属的吸附能力探究

环境化学 2024年

作者：常艳红包峻松南雪李迎霞北京师范大学

本文系统研究了雨水集中入渗设施的土壤对模拟雨水径流中常见6种重金属的吸附过程，探究了不同浓度梯度下重金属的竞争吸附情况，分析了不同pH及不同土壤类型理化性质的差异对土壤吸附重金属的影响.在综合分析研究结果及全国各省份锌矿... 详细信息

本文系统研究了雨水集中入渗设施的土壤对模拟雨水径流中常见6种重金属的吸附过程，探究了不同浓度梯度下重金属的竞争吸附情况，分析了不同pH及不同土壤类型理化性质的差异对土壤吸附重金属的影响.在综合分析研究结果及全国各省份锌矿、铅矿及铜矿储量，全国土壤pH分布和土壤有机质含量分布的基础上，对全国各省份海绵城市建设中可能存在的重金属污染风险提出控制建议.土壤对模拟雨水径流混合溶液吸附实验结果表明，土壤对As、Cr、Cd、Pb、Cu、Zn 6种重金属的吸附在40—60 min内可达到吸附平衡.其中Pb在3 min内即可吸附完全，但土壤对Cr的吸附量很低，对As吸附率约为55%，对Cu、 Zn和Cd的吸附率均可达90%以上；在探究不同浓度梯度下多种重金属的吸附时，当溶液浓度超过60 mg·L-1后，竞争吸附现象较为明显；碱性条件下更利于土壤对Cd、Cu、Zn的吸附，酸性条件下更利于土壤对As的吸附；不同类型土壤对重金属吸附的实验结果显示，土壤有机质含量与重金属吸附量呈正相关；在对土壤pH、有机质含量和锌、铜、铅矿产资源储量五种因素可能带来的重金属风险分析中，内蒙古自治区、云南省和江西省等地区的综合指数较高，在海绵城市建设中应加强对雨水径流和集中入渗土壤中重金属浓度的监测.本研究可为我国在建设海绵城市过程中防范重金属污染风险提供参考和科学依据.

关键词：重金属土壤吸附雨水径流海绵城市

碳中和视角下甘肃省县域碳收支时空分异与国土空间分区优化

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环境科学 2024年第7期45卷 4101-4111页

作者：王丽蓉石培基尹君锋张韦萍石晶李雪红程番苑西北师范大学地理与环境科学学院甘肃省绿洲资源环境与可持续发展重点实验室甘肃省土地利用与综合整治工程研究中心北京师范大学地理科学学部北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室

在新时代全面践行“生命共同体”整体系统观背景下，将碳中和发展目标纳入国土空间规划建设中，优化符合甘肃实际省情的国土空间格局及提出相应发展策略，对于推动区域经济社会绿色低碳转型与高质量发展具有重要意义.以甘肃省县域为例... 详细信息

在新时代全面践行“生命共同体”整体系统观背景下，将碳中和发展目标纳入国土空间规划建设中，优化符合甘肃实际省情的国土空间格局及提出相应发展策略，对于推动区域经济社会绿色低碳转型与高质量发展具有重要意义.以甘肃省县域为例，基于碳中和研究视角，测算分析2010年、2015年和2021年全省87个县域土地利用碳收支量，运用GIS空间分析法、社会网络分析法等方法进一步探究其时空分异特征及碳排放空间关联网络整体特征.最后结合主体功能区划进行低碳发展导向下的国土空间优化分区，提出差异化的低碳发展策略.结果表明：(1)碳排放量呈上升趋势但增幅相对较小，空间上呈现“中部和东部高，西南低”的分布态势，建设用地是主要的碳源.碳吸收量在空间上呈现“南高北低，西高东低”的分布特征，林地是主要的碳汇.净碳排量呈增加趋势，省内约58.62%的县域处于碳失衡状况.(2)2021年县域碳排放空间网络关系紧密且规模较大，呈现“核心-边缘”形态，城关区和七里河区处于网络核心地位，在网络中接受较多关联关系.陇中地区网络联系频繁，陇东南地区联系次之.(3)以碳排放量、碳吸收量和生态承载系数为依据，以社会网络空间关联性结果为角色定位，将全省划分为4种碳中和分区.同时，叠加分析主体功能区划，将全省县域重构为7个国土空间分区并对各分区提出差别化区域低碳优化发展策略.

关键词：碳中和网络空间关联低碳优化国土空间分区甘肃省

运城市某家具制造厂VOCs排放特征及环境影响分析

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环境化学 2024年第6期43卷 2025-2035页

作者：陈凯涛谷欣蔡敏赵唯丞王伯轩杨皓然陈楚昭茹晓宁刘新罡李杏茹首都师范大学化学系分析测试中心北京100048 首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048 山西省运城生态环境局运城044000 北京师范大学环境学院北京100091

为研究汾渭平原运城市家具制造业VOCs排放特征,选取运城市一家具有代表性的家具制造企业作为研究对象,利用气相色谱-质谱/氢火焰离子化检测器(GC-MS/FID),采用外标法定量分析了挥发性有机物(VOCs)浓度排放特征,并估算了其臭氧生成潜势(O... 详细信息

为研究汾渭平原运城市家具制造业VOCs排放特征,选取运城市一家具有代表性的家具制造企业作为研究对象,利用气相色谱-质谱/氢火焰离子化检测器(GC-MS/FID),采用外标法定量分析了挥发性有机物(VOCs)浓度排放特征,并估算了其臭氧生成潜势(OFP)与二次有机气溶胶生成潜势(SOAFP).研究显示,底漆车间、修色车间、面漆车间、木材加工车间、厂房外、排放烟囱A以及排放烟囱B的TVOCs浓度在1.25—14.56 mg·m^(−3),烟囱A和B采用水过滤+活性炭吸附工艺对末端烟气进行处理,该工艺对烟囱A各VOCs组分具有较好的处理效果;该家具制造厂排放的主要VOCs组分为芳香烃、OVOCs和烷烃,占比分别为39.0%—68.0%、13.0%—30.0%和10.0%—28.0%,其中,主要物种为乙苯、间/对二甲苯、乙酸乙酯等;对OFP贡献较大的组分为芳香烃,占比为68.70%—93.28%,其次是OVOCs和烷烃,占比在2.82%—17.09%,对OFP贡献较大的前3种物质分别为间/对二甲苯、邻二甲苯、乙苯;SOAFP的绝对贡献者是芳香烃,占比为93.10%—98.73%,对SOAFP贡献较大的前4种物质分别为间/对二甲苯、邻二甲苯、甲苯、癸烷.因此,运城市该家具制造企业需要加强对芳香烃等活性较高的VOCs组分的监管与控制力度,希望该研究可以为其提供一定的指导意义.

关键词： VOC源谱特征汾渭平原家具制造业臭氧生成潜势(OFP) 二次有机气溶胶生成潜势(SOAFP)