东北粮食主产区农业生态系统健康格局与因子诊断——以吉林省为例

运用生态系统健康的理论与方法研究粮食主产区农业生态系统健康问题具有重要的意义,以东北粮食主产区的典型区域吉林省为研究对象,基于构建的胁迫-状态-免疫(S-S-I)与活力-结构组织-恢复力(V-O-R)农业生态系统健康评价指标体系,运用最优组合赋权法、综合评价模型、GIS空间分析技术和灰色斜率相似关联度诊断模型对2000—2011年吉林省农业生态系统健康的时空格局以及影响因子进行分析.结果表明: 时间特征上,2000—2011年吉林省农业生态健康等级从“不健康级”状态向“较健康级”状态转变,农业生态系统健康水平正逐步提高.空间特征上,2000—2011年吉林省农业生态系统健康状况空间差异日益显著,中部地区的农业生态健康水平保持不变,东南部与西部正逐渐提高.吉林省农业生态系统健康水平提高的主要贡献因子是经济驱动、环境治理与社会发展,主要障碍因子是生态压力、组织结构与投入能力等.最后,提出相关措施进一步改善区域农业生态系统健康状况.     

黔东南苗族侗族自治州生态系统健康的时空变化

黔东南苗族侗族自治州位于贵州东南部，是我国重点林区，也是长江、珠江上游地区的重要生态屏障区。以空间网格为基准单元，利用1990-2015年研究区的土地利用数据，结合社会经济、野外调查数据，基于"压力-状态-响应"模型、"活力-组织-弹性-功能"理论框架和空间分析模型，对黔东南州的生态系统健康时空变化进行分析，并选取城市化和地形位指数进行空间相关性分析，探讨影响黔东南州生态健康的关键因素。研究结果表明：时间分布上，1990-2015年期间，黔东南州生态系统健康指数呈现下降趋势，表现为从"亚健康"状态向"临界"状态的转变，呈现先增后减的波动式变化。研究期间生态系统健康水平的区域面积占比大小依次为亚健康（42%-45%）、临界健康（30%-35%）、健康（15%-22%）、不健康（0.1%-0.4%）、病态（<0.1%），且25年间研究区生态系统各种健康水平的占地面积有显著变化。在空间分布上，黔东南州中部的台江县、剑河县和东北部的三穗县、锦屏县等地区生态系统健康水平较高，多处于亚健康和健康状态；而南部的榕江县、东部的黎平县和北部的镇远县、岑巩县等区域生态系统健康状况多处于临界状态；西北部的凯里市等区域生态系统健康水平最低，且整体上呈现下降的趋势。空间相关性研究表明：在1990-2015年期间，黔东南州的地形位指数与生态系统健康之间呈显著的空间正相关关系，"低-低"集聚区和"高-高"集聚区的面积均呈现"减-增-减"的波动趋势，而城市化与生态系统健康只在州府凯里市具有显著的空间负相关关系，说明在城市化水平较高的地方，人口密度、人均生产总值、建设用地比例等城市化因素是影响生态系统健康的主要原因，但在城市化进程较低的区域，生态系统健康受到地形梯度等自然因素的影响较大。本研究为黔东南州生态系统的管理与可持续发展提供理论基础。     

基于改进TOPSIS方法的三峡库区生态敏感区土地利用系统健康评价

土地利用系统健康评价研究能够有效引导土地合理利用,协调城市发展与自然生态保护之间的矛盾。构建基于PSR模型的土地利用系统健康评价指标体系,并采用改进TOPSIS方法对三峡库区生态敏感区的典型区域—重庆市进行实证分析。结果表明:1)研究区土地利用系统健康综合分值整体呈现T型带状分布格局,可分为四个健康等级,即健康、临界健康、不健康、病态。2)渝东北、渝东南和重庆市西南片区部分地区因其土地生态系统脆弱敏感,土地利用风险性大和生态系统稳定性差,土地生态系统呈现病态和不健康状态,属于高风险-高压力区域;重庆市主城区环线区域因其属于城市核心拓展区和人类活动频繁区域,人口压力指数和土地利用压力指数较大,土地利用风险性较小,健康度较为良好,是低风险-中度压力区域。3)PSR模型能够较好地改变现有研究主要关注自然资源环境的状况,更准确地反映土地利用系统健康的各要素之间的关系和影响土地生态系统健康的关键因素,为三峡库区生态敏感区土地利用系统健康状态起到一定的预警作用。4)以改进TOPsis方法计算土地利用系统健康指数,消除了不同指标量纲的影响,并能充分利用原始数据的信息,能充分反映各方案之间的差距,客观真实的反映实际情况。5)为保障三峡库区生态敏感区土地利用系统的健康发展,应加强土地利用规划与调整,控制人类过度开发,维持生态系统正常功能。     

基于PSR的黄河河口区生态系统健康评价

根据压力-状态-响应(PSR)框架模型,从广义上定义河口区生态系统,将河口及毗邻的陆域、海域生态系统作为一个整体,从压力指标、状态指标、响应指标3个方面构建了黄河河口区生态系统健康评价的指标体系,以研究区1991年数据和相关国家标准为基准,2013年代表现况,利用综合指数法(CEI)评价了黄河河口区的生态系统健康状况。结果显示:黄河河口区生态系统健康评价的响应指数最高(0.9055),压力指数居中(0.8288),状态指数最低(0.6458),综合指数为0.7427。总体来看,与1991年相比,目前黄河河口区生态系统仍处于"健康"状态,但健康状况明显下降,其中状态指数下降最为严重。从区域轻度开发到人类活动强烈干扰阶段,黄河河口区存在过度捕捞、湿地不合理开发、浅海养殖过度及污染物排放等一系列影响生态系统健康的问题,应进行区域的生态恢复和科学管理。     

海峡西岸经济区生态系统健康评价

基于活力、组织结构、恢复力、生态功能、人类健康等区域生态系统健康标准,综合考虑人为压力、响应措施等因素,构建了海峡西岸经济区(海西区)生态系统健康评价指标体系;针对区域生态系统健康的自然特性与人工特性,采用均方差法和层次分析法,确定了各指标权重;运用模糊综合评价法,建立了海西区生态系统健康评价模型.结果表明:2008年,海西区生态系统健康状态优越,人为压力较轻,区域生态系统健康状况总体较好,但具有显著的空间差异;受固定资产投资、教育经费支出等响应指标的制约,部分地市生态系统健康状况劣于其健康状态.与1992年相比,2000和2008年海西区生态系统健康状况相对较优,驱动要素以经济活力、组织结构、人类健康、人口压力和投资调整等为主;但受建设用地扩张及其引起的自然景观减少、人类干扰增强等制约,2008年海西区生态系统健康状况劣于2000年.     

珠江口淇澳岛红树林湿地生态系统健康评价

基于湿地生态系统健康理论和压力-状态-响应模型,以珠江口淇澳岛红树林湿地生态系统为研究对象,构建了红树林湿地生态系统健康评价指标体系,并确定了具体的评价指标、评价标准、指标权重、评价等级和评价方法,对珠江口淇澳岛红树林湿地生态系统健康状况进行了评价.结果表明:2008年,淇澳岛红树林湿地生态系统总健康指数为0.6580,评价等级为Ⅱ级(健康);压力、状态和响应指标的健康指数分别为0.3469、0.8718和0.7554,说明该评价系统存在一定的压力,而状态和响应方面较好.作为省级自然保护区,珠江口淇澳岛红树林湿地生态系统健康水平有待进一步提升.红树林湿地生态系统健康评价研究目前尚不成熟,进一步研究需重点关注针对红树林特征的评价因子筛选、相关数据的长期定位监测、生态系统健康与生态系统功能的定量关系研究等.     

2001-2010年洞庭湖生态系统质量遥感综合评价与变化分析

生态系统质量能够反映生态系统的重要特征,是表征生态环境质量和服务功能的重要指标。在生态系统质量的理论框架指导下,结合GIS综合指数法,利用遥感数据和土地覆被数据,对2001—2010年洞庭湖区域各生态系统类型进行生态系统质量综合评价和变化分析。以NPP年均值和变异系数构建生态系统生产能力指数(EPI)和稳定性指数(ESI),结合PSR模型和AHP层次分析法构建生态系统承载力指数(EBCI),并基于熵值权重法,构建生态系统质量遥感综合评价模型,实现对生态系统生产能力、稳定性和承载力三方面的综合评价。结果表明,洞庭湖区域生态系统质量综合评价分数达到59.81(总分100),而且在三项指数评价中,各指数均值分别为72.79、52.21和71.86,可见洞庭湖区域生态系统稳定性略差。三项指数在2001—2010年期间变化表现不同,EPI和EBCI分别下降8.85%和9.11%,ESI小幅度上升3.09%;整体生态系统质量在2001—2010年呈现逐年降低趋势,下降5.97%,平均变化率为-0.508/年。针对各生态系统类型的分析可知,森林生态系统质量高于其他生态系统类型,湿地生态系统质量最低,同时在这十年间,湿地生态系统质量下降最明显,降幅达12.97%,森林生态系统质量变化较小,降幅只有2.26%。     

辽河三角洲湿地生态系统健康评价

以生态系统健康及压力 -状态 -响应 (PSR)模型作为研究方法 ,根据湿地生态系统的特点 ,建立一套湿地生态系统健康评价指标体系。以遥感数据及统计监测数据为基础 ,以小流域为评价单元 ,采用 RS和 GIS技术 ,对每个小流域湿地进行单因子和综合评价 ,揭示盘锦市湿地生态系统健康状况的空间分布规律。研究结果表明 :(1)辽河三角洲盘锦市湿地生态系统健康相对较好的区域面积占 2 2 % ,相对一般的占 5 2 % ,相对较差的占 2 6 %。 (2 )双台河口国家级自然保护区湿地生态系统健康相对较好 ,但其中局部地区湿地生态系统健康已经受到威胁 ,健康状况转为一般。 (3)辽河三角洲湿地资源破坏的主要原因是水稻田开发与油田开发     

图们江下游湿地生态系统健康评价

湿地是世界上具有独特结构与功能的生态系统,图们江流域湿地生态系统的健康对该区乃至东北亚地区综合生态系统网络的建设具有重要意义。选择图们江流域下游为研究区,基于压力-状态-响应(PSR)模型,在压力系统、状态系统、响应系统三个层面选取30个指标构建了图们江下游湿地生态系统健康评价指标体系,运用层次分析法和多级模糊综合评判法对研究区湿地生态健康状况进行综合评价,其结果为0.5878,处于亚健康状态。其中,压力系统的健康指数为0.5292,响应系统的健康指数为0.6866,状态系统的健康指数为0.5116,各等级隶属度S=(16.83%, 25.37%, 16.76%, 16.97%,24.07%)。主要表现在研究区域湿地的补水水质差,导致湿地水质污染加重,富营养化现象严重;并且由于人为因素,湿地大面积退化,景观破碎化加剧,功能逐渐丧失,生产力水平下降;急需对本区域湿地进行保护与管理。     

土地利用及景观格局演变对生态系统服务价值的影响

基于1990—2013年土地利用数据和统计年鉴数据,构建CPI指数修订生态系统服务价值(ESV)系数,并进行淮河上游土地利用结构及空间格局的时空演变特征分析和ESV评价研究,探讨ESV对土地利用结构和格局变化的响应关系。结果表明:(1)淮河上游区域ESV整体呈上升趋势,1995—2005年ESV出现波动下降,在2010年前后明显上升,2010—2013年ESV增值高于其他时段;(2)ESV增量呈现山地丘陵区平原区的地形梯度效应,且其生态增值主要来源于林地和水域贡献;(3)ESV与土地利用时空变化和土地景观格局丰度和聚集度变化存在明显相关,说明了合理的土地利用开发方式及适当的开发速度将有助于改善生态系统服务,开发过程要兼顾地类优势,避免地类斑块过度破碎化;(4)CPI指数修订ESV系数方法,能够消除时间序列内物价变动因素,使得计算结果更贴近实际ESV,提高了多个时期生态系统服务评价的准确性和可比性。     

福建东山岛防护林景观格局与生态价值研究

运用景观生态学原理和森林环境价值计量方法,对东山岛防护林景观格局与生态价值进行研究.首先选取斑块密度、边缘密度、分维数、景观多样性、景观优势度和均匀度指数等指标,分析东山岛防护林景观的空间分布和空间格局特征,并从中小尺度的防护林生态系统及其重要生态服务功能角度出发,运用市场价值法、造林成本法、生产成本法、影子工程法等方法进行生态价值评估.结果表明人类活动对东山岛防护林的景观格局产生很大影响,得出东山岛防护林生态系统固定CO_2、释放O_2及防风固沙服务功能的平均价值为39.45×10~6-92.55×10~6 元.     

岛屿植物舟山新木姜子居群遗传多样性的RAPD分析

基于随机扩增多态 DNA(RAPD)方法分析了舟山群岛濒危植物舟山新木姜子 (N eolitsea sericea) 6个居群的遗传多样性及分化程度。 10条随机引物扩增出 84个可分析位点 ,多态位点百分比 (PPL)为 3 8.10 %。经 POPOGENE分析发现 ,舟山新木姜子居群平均水平的多态位点百分比 (PPL )为 2 3 .18% ,Nei' s基因多样度 (HE)为 0 .0 793 ,Shannon信息指数 (H )为 0 .12 0 1,与其它岛屿植物比较具有中等偏低水平的遗传多样性 ;岛屿各居群间遗传分化程度较高 (Gst=0 .3 646) ;地理距离与遗传距离之间具有显著相关性 (r=0 .7697,P=96.62 % ) ,岛屿隔离效应是导致居群间遗传分化的重要因素。结合居群遗传多样性及UPGMA聚类分析 ,推测普陀山岛舟山新木姜子部分个体可能为大猫岛迁入的后裔 ,而朱家尖岛舟山新木姜子则由人为移植自普陀山岛。基于舟山新木姜子的物种保护及资源利用 ,建议加强现有自然居群的就地保护 ,促进居群自然更新 ;建立种质资源库 ,收集不同岛屿的种源进行混合繁殖 ,促进基因交流 ;选育优良品系用于海岛植被恢复及园林观赏     

舟山群岛生态系统健康与旅游经济协调发展评价

在界定生态系统健康与旅游经济协调发展定义的基础上,构建了海岛目的地生态系统健康和旅游经济协调发展评价的指标体系,采用改进的TOPSIS法对2000—2012年舟山群岛生态系统健康和海岛旅游业的协调发展状况进行了定量评价,运用障碍度模型对其协调发展的障碍因素进行了分析,并使用Logistic模型对2013—2015年协调发展状态进行了预测。研究表明:(1)2000—2012年,舟山群岛海岛生态系统健康和旅游经济的静态协调度和动态协调度总体均呈持增加趋势,静态协调度由0.6453增加到0.7301,动态协调度由0.6453增加至0.6874;(2)2000—2012年,舟山群岛生态系统健康和旅游经济由初级协调发展型向中级协调发展型演化,其中2000—2007年为初级协调发展型,2008—2012年为中级协调发展型;(3)海洋经济占GDP比重、近海海域环境功能区达标率、环保投入占GDP比重、公路网密度、城镇化率是影响舟山群岛生态系统健康和旅游经济协调发展的主要障碍因子;(4)2013—2015年,舟山群岛生态系统健康和旅游经济的静态协调度预测值为0.8335、0.8442和0.8543,动态协调度的预测值为0.6885、0.6916和0.6947,说明两者的协调发展状态将持续改善。     

区县尺度下的河流生态系统健康评价——以北京房山区为例

伴随郊区城市化的快速发展,高强度人工管控对河流生态系统产生持续胁迫作用,河流生态系统健康受到严重威胁甚至损害。以北京房山区河流水系为例,于2016—2017年在区域内的31处样点进行野外调查。选取河流的水环境功能、防洪效益功能、生态效益功能和支持利用功能4方面16个具体评价指标,并通过层次分析法计算权重,构建区县尺度下的河流生态系统健康评价指标体系,并进行健康状况评价。结果表明:房山区河流的防洪效益功能与生态效益功能中"健康与亚健康"状态比例分别为58.0%与41.9%,而水环境功能与和支持利用功能中"较差与差"状态比例为71.0%与41.9%;河流生态系统健康整体水平较差,勉强满足河流生态系统一般需求。同时,房山区境内的拒马河与小清河的河流生态系统健康状态远优于大石河与永定河。河流生态基流是影响河流生态系统健康的关键因素,适当释放库区截留水量与调配区外清洁水体,已成为恢复房山区河流生态系统健康的前提与基础。     

Regional ecosystem health response to rural land use change: A case study in Lijiang City,China

Quantitative analysis of the response of ecosystem health to rural land use change is required to comprehend the human-nature coupling mechanism and to explore the process of global environmental change, which can interpret the ecological effects of regional land use and land cover change comprehensively. However, the existing regional ecosystem health assessment largely ignored either the internal connection of ecosystem health to land use patterns or the internal representation of ecosystem services to ecosystem health. Using Lijiang City of China as a study area, the average normalized difference vegetation index (NDVI), landscape metrics, and ecosystem elasticity coefficient based on different land use types were used as quantitative indicators. Then the coefficient of spatial neighboring effect was introduced to characterize the adjacency effect on ecosystem services, and to generate the index of integrated ecosystem health. The results showed the change of land use was close to 30% at county level from 1986 to 2006, and forest land was the primary land use type. With respect to the declining physical health of ecosystems in all the four counties, the integrated health experienced a slight increase in Lijiang County. The vast majority of towns’ ecosystem physical health and integrated health declined, while more than 70% of towns did not change distinctly. Ecosystem physical health had distinct influence on the integrated ecosystem health, and ecosystem vitality was the main factor affecting the condition of physical health. Emphasized in the interconnection of pattern and process, this study provided an ecosystem health approach to assessing the integrated ecological effects of regional land use change.     

海湾生态系统健康评价方法构建及在大亚湾的应用

根据海洋生态系统的压力-结构-响应框架模型,从压力指标、结构指标、响应指标等几个方面构建了海湾生态系统健康评价的指标体系,提出了基于GIS的海湾生态系统健康综合指数法.以春季大亚湾海洋生态系统为例进行实证研究.结果表明:大亚湾海湾生态系统春季的健康综合指数平均值为0.57±0.08,从总体看来,生态系统健康状态处于“较好”水平,浮游植物丰度、浮游植物多样性和生态缓冲容量是其主要健康负面因子,健康状况可能面临着向“临界”状态转化的危险.实证研究表明该方法适用性强、结果客观准确、形象生动,是一种值得推广的定量评价方法.     

区域生态系统健康评价——研究方法与进展

生态系统健康评价是当前宏观生态学与生态系统管理研究的热点问题之一,区域尺度的生态系统健康评价则是生态系统健康评价研究的一个重要发展方向。在探讨生态系统健康时空尺度特征的基础上,明确界定了区域生态系统健康及其评价等相关概念,结合目前区域尺度生态系统健康评价的相关研究进展,从评价的区域类型、目标单元、模型方法、指标选取及其阈值、权重设定等方面探讨了区域生态系统健康评价的基本原理与方法,并展望了进一步研究的重点方向,即评价结果的多尺度综合与尺度转换、景观生态学理论与方法的应用、3S技术的综合应用等理论与技术问题。     

1975—2018年南四湖流域景观生态风险时空变化及其驱动因素研究

研究区域的景观生态风险变化趋势及其驱动因素,可以更加科学地保护和开发流域生态系统。以南四湖流域1975—2018年9期土地利用数据为基础,借助ArcGIS 10.2和Fragstats 4.2等软件计算景观生态指数,并构建景观生态风险评估模型,通过空间自相关性分析,探究南四湖流域自改革开放40年来生态风险的时空变化,并用地理探测器定量研究驱动因子的贡献量。研究结果表明:流域最大斑块指数不断减小,景观破碎化加剧,且与景观生态风险指数呈正相关;而平均分维数、香浓多样性和香浓均匀度与生态风险指数呈负相关。在空间上,生态风险指数具有较强集聚性,东部草地和林地区域主要是高值区,湖区北部以及西部耕地和建设用地则主要是低值区;总体上,研究区大部分为低风险和较低风险区,且生态风险平均值不断降低;地理探测器分析表明,海拔和人为干扰度因子贡献量在35%以上,对生态风险有显著的解释力。据此,以后应减少人类行为对南四湖流域生态系统的干预,降低流域的景观生态风险,实现经济、社会和生态的可持续发展。     

长江经济带生态系统服务供需格局变化与关联性分析

生态系统服务持续供给是人类社会可持续发展的重要基础。随着社会经济发展和人类生活品质的提高,综合考虑生态系统服务供给与人类需求,并纳入自然资源管理实践对我国生态文明建设至关重要。然而,目前的研究大多集中于生态系统服务供给研究,针对跨区域尺度的生态系统服务供需研究仍较薄弱。以我国跨区域的长江经济带为例,采用生态系统服务供给指数(ESPI)和土地开发指数(LDI),定量测度了生态系统服务的供给和需求,构建了生态系统服务供需指数(ESSDI),分析了长江经济带生态系统服务供需格局的时空变化规律及其区域特征,并利用皮尔逊相关系数和回归分析方法,定量探究了长江经济带生态系统服务供需格局的关联性及其区域差异。研究结果表明:(1)2015年长江经济带的生态系统服务供需格局区域差异明显,总体上呈现西部盈余东部超载的供需格局,其中生态系统服务供需格局状况较好和状况好的区域面积比例较高,占长江经济带总面积的69.45%。(2)长江经济带生态系统服务供需格局空间失衡现象较为突出,长江经济带55.36%的GDP和31.41%的人口均集中在7%生态系统服务供需状况差的区域。2000—2015年期间,长江经济带实施了系列生态保护与修复工程,生态系统服务供需状况趋向变好,生态系统服务供需状况好的县域增加了43个,供需状况差的县域减少了58个;长江经济带上游和中游地区生态系统服务供需状况比下游地区提升幅度大。(3)长江经济带生态系统服务供给和需求整体上呈现负相关。生态系统服务的供需关系存在区域差异。在经济快速增长和土地集约开发的下游地区,生态系统服务供需负相关关系斜率较大。随着ESPI的变化,下游LDI的变化幅度大于欠发达的上游和中游地区。研究结果可为长江经济带生态系统管理和政策制定提供参考。     

Remote sensing-based assessment of ecosystem health by optimizing vigor-organization-resilience model: A case study in Fuzhou City,China

Although remote sensing technology has been used to evaluate regional ecosystem health for a long time, it is still necessary to find a suitable index system to better evaluate ecosystem health. This study aims to improve the ecosystem health measurement ability of remote sensing technology. This research was carried out in Fuzhou under the traditional Vigor-Organization-Resilience (VOR) framework by optimizing and improving the construction method of sub-indexes. Sub-indexes were constructed using spectral index analysis, landscape theoretical ecology model and spatial measurement. Three remote sensing datasets were used (1996, 2008 and 2021) to carry out remote sensing diagnosis of regional ecosystem health in the Fuzhou administrative region. The main research findings and conclusions were as follows. A new comprehensive vigor index (CVI) was developed by the principal component analysis (PCA) based on the four indicators: fractional vegetation cover (FVC), global vegetation moisture index (GVMI), vegetation temperature condition index (VTCI), normalized differential build-up and bare soil index (NDBSI). A new organizational index was constructed based on the landscape index. Four types of indexes, namely landscape heterogeneity (LH), landscape connectivity (LC), the shape characteristics of forest patches (CS) and the connectivity of forest patches (CC) were used as the main factors for calculating the organizational index. A resilience index calculation framework was proposed based on the habitat quality model. The temporal and spatial characteristics of ecosystem health were evaluated and analyzed. The regional ecosystem health value of the whole region reduced gradually, with average values of 0.3521 (1996), 0.3445 (2008) and 0.3345 (2021) respectively. The average reduction rate was 0.0007 per year (1996–2021). The proposed remote sensing diagnosis method provides a complete framework for solving the problems of measuring the dynamic evolution process and characteristics of regional ecosystem health.