基于3S技术的图们江流域湿地生态安全评价与预警研究

图们江是我国重要的国际性河流之一,随着我国经济的迅速崛起,图们江地区进入到多国合作联合开发阶段,该区环境也因此受到了不同程度的干扰和破坏,对该区域进行湿地生态安全评价与预警研究,可为图们江流域生态环境的可持续发展提供依据。以图们江流域湿地生态安全为出发点,基于PSR模型构建了适合该区域生态环境的生态安全评价指标体系,在3S技术支持下,通过解译1976年、1990年、2000年、2010年4个年份的TM/MSS影像,获取了这4个时期的景观格局指标数据,并运用层次分析法确定指标权重;在使用逻辑斯蒂增长曲线模型对各个指标进行单指标评价的基础上,使用综合评价法对各个时期的图们江流域湿地生态安全进行评价,最终得到1976年、1990年生态安全值分别为0.650、0.620,湿地生态系统比较安全,2000年、2010年生态安全值分别为0.536、0.454,湿地生态系统处于预警状态,应及时对该区域湿地生态系统进行保护。基于灰色预测模型构建湿地生态安全预测模型,经检验,模型精度较高,可以进行图们江流域湿地生态安全的预测研究。做出了图们江流域未来40a的湿地生态安全预测,分别为0.3903、0.3345、0.2866、0.2456,湿地生态系统处于中度预警状态,并有向重度预警发展的趋势,生态安全面临的威胁越来越严重,急需对本区域湿地生态系统进行保护与管理。     

1998年以来长江经济带旅游生态安全时空格局演化及趋势预测

旅游生态安全是旅游业可持续发展的基础。基于DPSIR(驱动力-压力-状态-影响-响应,Driving force-Pressure-State-Impact-Response)模型,构建长江经济带旅游生态安全评价指标体系,综合采用熵权TOPSIS(逼近理想解排序法,Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)法、空间变差模型、标准差椭圆模型、灰色动态模型等方法分析长江经济带1998—2017年旅游生态安全水平的时空动态演变特征,并对其未来空间分布格局进行合理预测。研究发现:(1)长江经济带旅游生态安全水平均值为0.305,综合指数由0.207上升至0.439,呈稳步提升态势,安全状态由较不安全级上升至临界安全级;(2)经济带旅游生态安全为不安全级和较不安全级的省区数量逐渐减少,而处于临界安全级的省区数量持续增加,整体正介于由中低级向高级过渡的关键阶段;(3)旅游生态安全空间变异程度不断增强,空间分异特征显著,整体呈现出"东部>西部>中部"的空间演变格局,同时低值区域具有明显的西南迁移现象;(4)旅游生态安全空间分布格局呈东北-西南走向,移动路径呈"西北→东北→东南"变化趋势,空间分布范围经历了"分散-集聚"的过程。预测结果显示:2018—2030年旅游生态安全重心将向东北方向移动,空间分布格局在东西和南北方向上均呈敛缩态势,空间溢出效应不明显。     

2000—2018年西秦岭景观格局变化及生态系统健康评价

西秦岭地区生态环境脆弱，人地矛盾日益加剧，区域景观格局变化及其生态系统健康演变趋势关系到区域生态安全。研究探讨2000—2018年西秦岭景观格局和生态系统健康状况的时空演变，采用2000—2018年的遥感数据，分析西秦岭的景观格局及其演变；并且在活力-组织力-反弹力(VOR)框架模型的基础上，结合生态系统服务能力和人类胁迫指标，分析西秦岭的生态系统健康状态及变化趋势。研究结果表明：西秦岭有三种优势景观，包括林地、耕地和草地，2000—2018年景观类型转移主要发生在这三者的互相转换；城镇用地的面积也处于增加的态势且增势较大。西秦岭景观扩张是通过大量小规模零散的斑块扩张实现的。由于秦岭生态保护的加强，西秦岭的景观异质性和破碎化程度在2005年出现转折点，景观类型呈均衡发展趋势。研究区超过60%面积的地区生态景观属于健康状态，且2000—2018年西秦岭的生态系统健康指数呈增加态势，生态系统的状态逐渐向好发展，但西秦岭的高寒山地以及秦岭与黄土高原复合边缘地带的生态脆弱区处于亚健康或不健康状态。研究成果对西秦岭生态脆弱敏感地带的生态保护与治理具有重要意义。     

快速城市化地区景观生态安全时空演化过程分析——以东莞市为例

依托“压力-状态-响应”概念框架模型,建立景观生态安全评价指标体系,以东莞市为例,研究区域景观生态安全时空发展变化过程,揭示快速城市化地区生态安全发展变化的规律.结果表明:1988、1997和2005年东莞市的平均生态安全综合指数分别为0.497、0.436和0.395,区域总体生态安全从中高安全状态逐步降低到中低安全状态;生态中低安全的区域空间上从“市中心-镇中心”沿“市中心-镇中心-道路”不断扩张.采用以像元为中心的公里网格滑动模板的指标作为像元的评价指标,可以有效解决景观结构指数等指标的计算,在生态安全等级划分时边界过度很平滑,景观尺度的生态安全评价可以为生态可持续发展政策的制定提供科学依据.     

基于变权模型的舟山群岛生态安全预警

生态安全预警是生态安全研究的重要内容,对维护区域生态安全具有重要的指示意义.本文以浙江省舟山群岛为例,基于驱动力、压力、状态、影响、响应(DPSIR)框架模型构建了生态安全预警指标体系,使用变权模型对2000-2012年舟山市生态安全的预警等级进行测度,并使用马尔科夫预测方法对2013-2018年生态安全警情进行了预测.结果表明:变权模型能够有效地满足舟山群岛生态安全动态预警研究需要;2000-2012年,舟山群岛生态安全预警指数由0.286波动上升至0.484,警度等级从“重警”演变为“中警”,指示灯由“橙灯”演化为“黄灯”;2013-2018年,舟山群岛生态安全预警等级预测结果为“中警”,指示灯为“黄灯”.研究结果可为维护舟山群岛生态安全提供参考.     

我国水资源生态足迹分析与预测

生态足迹模型的提出为水资源可持续利用的定量评价提供了新思路.通过构建水资源生态足迹和水资源生态承载力的计算模型,对我国1949～2007年水资源的可持续利用状况作出了客观的评价,并运用ARIMA模型对我国水资源生态足迹变动趋势作出深入的研究.结果表明,1949～2007年,我国人均水资源生态承载力总体上呈下降态势,而人均水资源生态足迹则逐年上升,从而造成人均水资源生态赤字逐渐增大,我国水资源处于一种不安全状态.运用ARIMA(2,1,3)模型的预测结果表明,2008～2012年,我国人均水资源生态足迹将继续呈上升态势,水危机形势将日益严峻.在此基础上,针对我国水资源的可持续利用问题提出了一组政策建议.     

基于物元模型的汾河流域土地生态安全评价

土地生态安全关乎人类生存与发展,是土地资源可持续利用的核心。研究土地生态安全对于揭示区域内土地利用安全特征,促进人口、资源与环境的协调发展具有重要意义。本文以汾河流域为研究区域,根据"压力-状态-响应(PSR)"模型,构建土地生态安全评价指标体系,采用层次分析法和熵值法确定指标权重,运用物元模型对汾河流域土地生态安全状况进行评价。结果表明:2006年汾河流域土地生态安全状况处于"向安全转化"状态,2012和2017年均处于"向较安全转化"状态,整体发展状况较稳定; 2006—2017年,景观破碎度、人均水资源量和河网密度是制约区域土地生态安全水平的主要因素; 2017年处于"安全"状态的县(市/区)占15%,多数集中在上游,上游土地生态安全水平整体高于中下游地区。     

基于ARIMA模型的生态足迹动态模拟和预测——以甘肃省为例

生态足迹(EF)是一种定量测量人类对自然利用程度的方法。然而目前对其发展趋势准确的定量分析尚不多见。可采用自回归综合移动平均模型(ARIMA)来模拟并预测区域生态足迹。综合运用生态足迹方法和ARIMA模型对甘肃省1949-2009年的生态足迹和生态承载力进行了动态模拟和分析,在此基础上预测了2010-2015年的生态足迹变化趋势。结果表明:1949-2009年,人均生态足迹呈现上升趋势,预计2010-2015年上升趋势明显加快,2015年会增加到2.6051 hm²/人,是2009年的1.67倍;1997-2004年人均生态承载力逐年减少,2005年之后逐年增加,预计2010-2015年仍会增加;预计2010-2015年所有人均生态足迹组成类型均呈现上升趋势,尤以人均化石能源生态足迹增长显著;1997-2009年人均生态承载力均小于人均生态足迹,导致生态赤字,甘肃省生态环境处于不可持续状态,预计2010-2015年人均生态承载力略有增长,但仍小于人均生态足迹,生态赤字不断增大,预计2015年增长到-2.0468 hm²/人,约为2009年(-1.0262 hm²/人)的两倍,甘肃省生态环境不断恶化;经济的发展依赖于化石能源的消耗而造成对自然资源的过度利用,大量耕地转换为建设用地,草地荒漠化是引起甘肃省生态赤字的主要原因;改变经济发展和资源消费模式,控制人口规模,减少人均生态足迹消耗,优化配置和集约节约利用自然资源,提高生态承载力是促进社会经济和资源环境可持续发展的有效途经。     

安徽省沿淮地区生态安全评价模型和指标体系

运用压力-状态-响应（PSR）模型,以安徽省沿淮地区为例进行了生态安全评价研究.根据安徽省沿淮地区的经济、社会和环境特点,提出社会经济作为模型组成部分的区域生态安全综合评价模型及指标体系.采用德尔菲法、层次分析法确定了17项评价指标及其权重,分类建立评价指标数学函数,计算该地区生态安全指数,并与PSR模型的评价结果进行了比较分析.结果表明,PSR模型评价结果为0.41,增加社会经济部分后的PSR模型的评价结果为0.34,两种评价结果同属较不安全等级,但相差为20.6%.区域生态安全评价模型和指标体系的建立应当结合区域特点,采用多模型进行评价,分析差异原因,以确定影响生态安全的主要要素.     

河西走廊绿洲生态系统的动态模拟研究

在对绿洲生态系统特殊性分析的基础上,运用灰色计量模型对２０００年河西走廊绿洲生态系统做了现状动态模拟和前景预测分析,提出了河西走廊绿洲生态环境质量改善的几种不同对策方案,认为以适度投入与适度产出为主要内容的可持续发展对策方案是保证河西走廊经济持续发展与生态环境永续良化的最佳对策方案。     

河西走廊城镇化与资源环境承载力的动态耦合及空间格局

城镇化和资源环境承载力耦合的时空演化是生态、地理、经济社会学等研究的重要内容之一,对促进城镇的可持续发展具有重要意义。为研究县域尺度上河西走廊城镇化与资源环境承载力协调度的空间分布格局,基于核密度分析、探索性分析、时空数据模型等方法,对该区域城镇化和资源环境承载力协调度的空间异质性及其动态演进过程进行了研究。结果表明:2000-2018年,河西走廊城镇化与资源环境承载力的协调度呈先递减后升高趋势,协调度峰值在0.35~0.42,现阶段仍以不协调为主;区域城镇化与资源环境承载力协调度的空间分布不均衡,西北高东南低,存在空间集聚和空间自相关现象,热点主要分布在酒泉-嘉峪关等传统工业区,冷点主要分布在东南部的武威区域;区域城镇化与资源环境承载力协调度主要受环保治理投入、产业结构和开发效率等因素的影响。河西走廊城镇化与资源环境承载力协调发展格局及其演化机制的研究对促进该地区城镇化与生态环境协调发展、实现丝绸之路经济带城镇可持续发展具有重要意义。     

山西省生态安全时空演变特征及影响因素

基于压力-状态-响应模型（PSR），运用综合权重法对山西省2000-2018年的生态安全水平进行综合评价并分析其时空演变特征，采用Dagum基尼系数测度生态安全水平的区域差异与来源，利用空间计量模型进行影响因素探究。研究发现：2000-2018年山西省生态安全综合指数呈逐年增长趋势，生态环境改善明显，总体生态安全水平较低，不同行政单元尺度下增幅表现为省域 > 市域 > 县域。县域生态安全在空间上呈"带状"分布，呈现由中部向南北两侧递减的非均衡化空间格局，空间上集聚程度在增强。县域生态安全水平空间上存在非均衡性特征，非均衡性程度不断下降，空间差异的主要来源是子群间差异，并呈现明显的空间溢出效应，经济规模、人口密度、城镇化率、NDVI、高程是影响县域生态安全空间演变的关键因素。生态安全水平空间特征存在尺度效应，研究尺度越大，尺度效应的作用越大，需要在更大范围内维持生态系统功能的完整与可持续性的平衡。县域生态安全水平演化存在路径依赖现象，需创新发展模式摆脱路径依赖，实现路径突破。在经济发展的基础上维持生态系统相对稳定状态与人类社会经济持续发展之间的平衡，是促进区域生态安全水平提升，维持人与自然和谐相处的关键。     

“三生”空间视角下土地利用转型的生态环境效应及驱动力——以甘肃省为例

中国社会经济快速转型背景下土地利用变化所引发的环境问题被广泛关注。以土地利用现状遥感监测数据和统计资料为数据源，借助ArcGIS和SIMCA-P软件平台，基于"三生"空间视角，通过生态环境质量指数测度了1980-2018年甘肃省土地利用转型的生态环境效应，并运用偏最小二乘法揭示生态环境质量演变的驱动机制。研究发现：（1）"三生"空间结构演化和地域分异显著。生产、生活空间集中分布于河西走廊、陇中和陇东黄土高原并呈扩张态势；生态空间主要分布于陇南山地、甘南高原、祁连山地和河西走廊以北地带且整体呈缩减趋势；生产、生活空间的增长源于对生态空间的侵占。（2）生态环境质量改善和恶化趋势并存，整体上经历了先下降后上升的"U"形演化过程；空间上呈"东南高-西北低"的分布特征，空间格局演化具有明显的集聚性。（3）生态建设、科技进步等对生态环境改善具有明显的促进作用；而人口增加、社会消费水平提升在一定程度上加剧了生态环境压力；对外贸易对生态环境的影响具有双面性。     

河西走廊生态经济系统协调度评价及其空间演化

基于1985、1995、2000、2011年的Landsat TM影像解译数据,以河西走廊20个县(市、区)为基本研究单元,运用生态系统服务价值估算法,依据生态系统服务价值指数(ESV)和生态经济协调度指数(EEH),对河西走廊1985—2011年生态经济系统协调度进行评价.结果表明: 研究期间,研究区土地类型结构发生了较大变化,林草地面积减少幅度较大,建设用地和耕地面积增加较快.ESV整体呈下降趋势,研究区东、中部石羊河流域和黑河流域中游ESV变化幅度较大,经济开发方式在本时段发生过显著变化,研究区西部疏勒河流域ESV变化不大.2000年后,研究区经济增长速度明显加快,资源型城市和区域性中心城市是经济增长的热点区,整体上沿走廊中心向两侧递减.研究区生态经济关系整体上经历了“初步恶化-进一步恶化-低度协调”的演变过程,研究区东、中部的石羊河流域和黑河流域中游EEH有较大幅度的变化,生态经济经历了“冲突-进一步冲突-小幅度缓和”的过程,西部疏勒河流域EEH变化幅度较小,石羊河流域和黑河流域高强度的开发模式以及随后的流域综合治理对区域生态经济协调性产生了较大影响.
     

成渝城市群城镇化与生态环境耦合协调及交互影响

以成都-重庆(简称成渝)城市群为研究对象,从经济、社会、生态和城乡协调4个子系统构建城镇化综合评价指标体系,将生态环境承载力和生态弹性结合构建生态环境综合评价指标体系,应用耦合协调度模型测度2005—2018年成渝城市群各地级市城镇化与生态环境的耦合协调度,借助GIS空间分析法、象限分析法和Tapio模型,分析成渝城市群各地级市城镇化与生态环境交互作用的类型、演化路径及其解耦路径。结果表明: 研究期间,成渝城市群的城镇化质量呈现波动上升趋势,以成都、重庆为高值区呈“双核”向四周辐射;生态环境质量缓慢提升,呈四周高、中部低,开口向北的“U”型空间格局。城镇化系统和生态环境系统耦合协调水平较高,总体呈上升的趋势,协调类型由以濒临失调和勉强协调为主逐渐向以中度协调为主演变,呈现中部低、东西高的空间格局。城镇化与生态环境交互作用的演化路径呈现稳定型和变化型2个大类。稳定型包括5个亚类20个城市,成都、德阳、绵阳等城市始终是良好协调型;变化型包括9个亚类16个城市,重庆主城区、铜梁等多数城市的协调度提升,呈“上升式”发展;合川、自贡等少数城市呈“下沉式”发展。生态环境增长率和城镇化增长率均为正,城镇化与生态环境的解耦路径以弱脱钩和扩张连接为主。     

岩溶地区景观格局演变及其生态安全的时空分异——以贵州省东北部槽谷为例

景观生态安全能反映区域生态保护与经济发展之间的关系，有助于了解生态环境压力和缓解人地关系矛盾具有重要意义。基于2005、2010、2014和2017年LandSat影像为数据源，借助ArcGIS和景观格局指数法构建景观生态安全指数，对槽谷区景观格局演变及其对生态安全的时空分异规律研究，从而提出环境友好型的土地利用组合模式。结果表明：（1）2005—2017年，槽谷区景观内部整体呈现破碎化，景观斑块数量增多，景观格局由单一规则化、简单化向复杂混合型转变，多样性增加且空间异质性增强。随着时间变化，岩溶槽谷区景观生态安全整体呈现上升趋势，西、东部槽谷景观生态安全指数（Ecological Security Index，ESI）由槽坝向山坡两侧逐渐增加，而中部槽谷则由山坡向槽坝增加。（2）在200 m尺度下，西部槽谷ESI的全局正相关性最显著，其Moran''s I值呈先增加后减小的趋势，而中部和东部槽谷则相反。岩溶槽谷区ESI的空间集聚形式主要表现为高高和低低值集聚区，空间集聚程度较高，而高低和低高集聚区分布较少且变化不明显。（3）景观集聚分布格局受低地形起伏和坡度较缓区域影响较高且呈现倒"U"型共性趋势，而海拔则相反。（4）岩溶槽谷区景观格局以扩充"林地-灌木林地-草地"的土地利用组合模式能增加景观生态安全。（5）景观格局及其生态安全的时空分异是受当地自然环境、社会经济和政策导向共同作用的结果，通过分析多重因素对槽谷区景观格局及其生态安全演变趋势的驱动机制可为地区科学决策提供科学参考。     

基于生态足迹视角的长江流域生态补偿额度测算

随着我国城市化进程的加快，导致的生态问题日益严重，发展与保护的矛盾日渐突出，如何客观定量地对生态环境受到破坏的区域进行补偿，发展与环境健康并行是生态建设中面临的重要任务之一。以长江流域的十九个省级行政区作为研究对象，基于"省公顷"模型，对均衡因子及产量因子进行修正，计算生态足迹及生态承载力，利用GIS平台进行并对其进行空间分析；结合生态系统服务价值，建立了动态化长江流域的生态补偿标准模型；对长江流域各行政区生态补偿额度进行测算，并基于流域尺度、城市群尺度、省级尺度进行差异化分析。研究结果表明：（1）在2015-2017年，长江流域的生态足迹与生态承载力无明显变化，三年内基本持平。长江流域省级行政区的生态安全指数均大于1，表明整个流域处于不安全状态，需要对其进行补偿。（2）对于长江流域整体而言，生态补偿额度三年平均为1169.11亿元。（3）流域尺度上，上游、中游、下游的生态补偿额度呈现逐渐升高的趋势；城市群尺度上，成渝城市群最低，长江三角洲城市群最高；省级尺度上，上海最高，西藏最低。本文通过生态足迹及生态承载力计算得到的生态安全指数，可对生态环境所处的状态进行定量补偿及分析，并对生态补偿区域的确定提供指导性建议。     

京津冀特大城市群生态安全格局时空演变特征及其影响因素

京津冀特大城市群的快速发展显著提升了地区生活水平,但也对生态环境造成了负面影响。以2000—2015年京津冀城市群面板数据为研究样本,建立"压力-状态-响应(PSR)"城市群生态安全协同会诊指标体系,采用TOPSIS和灰色关联组合方法计量其生态安全综合指数(Comprehensive Index of Ecological Security,CIES),运用因子分析法提取关键因素,并通过多元线性回归方法计算上述因素对生态安全的影响程度。结果表明:(1)京津冀城市群生态安全指数已经达到了预警状态,呈现"北高南低,西高东低"的空间格局,亟需建立三地协同联防联控的生态安全防治机制;(2)2000—2015年京津冀城市群的生态安全指数呈小幅波动状态,规划与政策对城市群生态安全指数具有显著影响效应;(3)13地市生态安全指数的演变趋势存在显著的差异,承德、廊坊仍呈下降趋势;(4)城镇化、社会发展以及技术进步对京津冀城市群生态安全具有显著的正相关性,开发水平、经济发展以及生态病理度则呈负相关性。由此,需要划定并严守城市群生态保护红线,控制空间开发强度与速度,以遏制生态恶化;完善并落实京津冀城市群协同发展的规划体系与相应的配套政策支撑体系,以保障城市群生态安全稳定提升;控制经济发展速度,提升社会发展水平,构建城市群一体化社会服务保障体系;提升生态技术研发水平,加大生态空间保护与修复,以降低生态安全风险,保障城市群生态安全格局。     

基于斑块复合属性特征的城市生态安全格局构建——以杭州市为例

城市生态安全格局构建是保障国家与区域生态安全的基础与核心,是实现城市可持续发展的重要途径。生态源地识别与空间阻力面判断一直是生态安全格局构建中的技术难点。以杭州市为例,从城市生态斑块的复合属性特征出发,提取生态源地并判别空间阻力关系,运用最小累积阻力模型构建综合生态安全格局,明确城市关键性生态廊道的空间分布。结果表明：杭州城市生态安全格局围绕生态源地向周围辐射递减,整体呈东部低、西部高态势。源间连接通道对城市生态斑块维护具有较大影响。根据生态安全格局的不同等级划分了城市生态保障空间、城市生态缓冲空间以及城市生态过滤空间,并提出相应的格局优化策略,为城市生态网络建设提供参考,从而有效引导城市空间发展与规划。     

基于生态足迹法的闽三角城市群生态安全评价

生态安全已经成为时下研究的热点问题,而生态足迹法(Ecological Footprint)是评价区域生态安全的重要方法之一。然而,目前鲜有应用改良后的生态足迹方法探讨海湾型城市群生态足迹以及生态安全状态的成果。鉴于此,论文以闽三角城市群为研究区,以NPP数据反映现实生物量,采用"国家公顷"实现产量因子区域化,测算2010—2015年的区域生态足迹、生态承载力、生态赤字以及生态压力指数,评价区域生态安全状态。结果表明:2010—2015年间,闽三角城市群的生态足迹快速增长,其中泉州与漳州增长迅速,而厦门则略有下降;区域总体生态承载力缓慢下降;城市群大部分区域呈现生态赤字且越发严重,其中厦门最为严重,泉州次之,漳州相对较轻;城市群生态压力指数持续增长,生态安全等级升高,与生态赤字情况总体相符,生态安全问题亟需解决。有助于拓展与丰富生态足迹与生态安全研究的视角与案例,并为城市群可持续发展提供科学依据和决策支撑。