基于PSR 模型的河南省水生态安全综合评价研究

基于河南省水环境现状, 从“压力-状态-响应”(PSR)指标体系框架出发, 建立河南省水环境生态安全评价指标体系, 利用变异系数法确定各指标权重, 运用综合指数评价法对河南省水环境生态安全水平予以评价。结果表明:2007-2013 年河南省水环境生态安全综合指数值整体呈上升趋势, 其生态安全水平已处于预警状态; 压力状态曲线呈逐年下降趋势, 状态曲线与综合指数曲线变化趋势基本一致, 表明河南省水环境综合评价值在很大程度上是状态系统的贡献, 此外响应系统的贡献率逐年增幅显著, 有效促进了河南省水环境生态安全的逐渐改善。     

基于数值模拟仿真技术的水生态景观规划设计探索

近年,水生态景观的建设性破坏现象与问题层出不穷。如何协调水生态景观复杂系统中并存的水利安全、生态安全和景观需求引发了业界的广泛思考。从水环境特点及其评价因子入手,提出基于数值模拟仿真技术的水生态景观规划设计方法。该方法能够借助计算机模拟技术建立起水景观物理形态与其内在生态特征的动态关系,并通过设计—分析—评价—再设计的循环设计路径,实现多方案比选,提高水生态景观规划设计的科学性和合理性,并进一步促进其多目标融合。结合2个实践案例,对基于数值模拟仿真技术的水生态景观规划设计原理、流程和工具予以阐释,为水生态景观规划设计提供了新思路。     

南水北调中线工程水源地南阳市生态安全评价研究

以南水北调中线工程水源地南阳市为研究区，结合统计数据与遥感数据，基于GIS平台和压力-状态-响应（Pressure-State-Response，PSR）模型，选取了16个关键指标，从生态压力、生态状态和生态响应3个方面构建了生态安全评价体系。对2000年、2010年和2015年南阳市-丹江口水库汇水区-水渠缓冲区3个维度的生态安全水平进行评价，并对其时空演变特征进行分析。结果表明：（1）2000年、2010年和2015年，南阳市生态安全指数（Ecological Security Index，ESI）均值分别为48.88、49.76、50.60，丹江口水库汇水区ESI均值分别为51.52、52.80、53.70，干渠周边ESI均值分别为47.98、49.57、51.02，均呈现缓慢增加的趋势，总体上南阳市生态安全水平有所改善。（2）从空间来看，南阳市生态安全水平总体上呈现出西北高、东南低的空间分布特征。2000—2015年，南阳市西部地区整体呈现增加趋势，而东部地区整体呈减小趋势。（3）南阳市各行政单元生态安全水平具有明显的区域差异。2000—2015年，ESI均值最大的是淅川县，最小的是新野县，处于一般安全的区县共6个，较低安全水平的县区共6个。淅川县、内乡县、邓州市和市辖区生态安全水平有所提高，社旗县生态安全水平明显下降。（4）南阳市生态安全水平与生态状态指标的相关性整体较高，与生态响应指标的相关性较低。研究结果可为南水北调水源区其他城市的生态安全建设和规划提供参考。     

区域生态系统服务供需风险时空演变特征——以陕西省产水服务为例

生态系统服务评估是地理学与生态学研究的重要议题。目前的生态系统服务评估研究主要着眼于服务供给能力的退化风险评估,缺乏将服务的供需匹配特征、供需动态变化趋势以及服务之间的权衡协同关系综合考虑的生态系统服务风险评价框架及案例研究。首先通过系统地梳理生态系统服务供需风险评估研究进展,提出了区域尺度的生态系统服务供需风险研究框架,并以陕西省产水服务为例进行案例分析,揭示其供需风险时空格局变化特征。讨论了生态系统服务供需风险评估的影响因素、研究意义和未来研究方向。结果显示:①在产水服务供需时空格局方面,2000—2010年陕西省产水服务供给与需求总量均有所增加。陕南地区是主要的产水服务供给区,而产水服务需求量较大的地区主要分布在关中地区和汉中盆地。②在产水服务供需匹配方面,2010年陕西省产水服务供给不能满足需求的区域相对于2000年减少3.93%,供需空间匹配状况整体有所改善。③在产水服务供需风险方面,2000—2010年陕西省产水服务供需高风险区域占全省的13.37%,主要分布在关中地区和榆林市;低风险区域占全省的86.63%,主要分布在陕南地区以及延安市和宝鸡市。与2000—2005年相比,2005—2010年陕西省产水服务供需风险水平明显降低,高风险区域比重减少1.63%。研究结果以期为生态系统服务风险评估研究与管理应用提供理论支撑。     

多元驱动下水生态承载力评价方法与应用——以京津冀地区为例

水生态承载力通常是指在维持水生态系统自身及其支持系统健康的前提下,基于一定的生态保护和承载目标,自然水生态系统所能支撑的人类活动的阈值。从水生态承载力的概念出发,基于水资源、水环境和社会经济等要素,筛选出水资源利用率、污水处理率、万元GDP用水量等16个指标对水生态承载力评价的多元耦合作用进行分析,量化驱动因子与水生态承载力之间的关联度,建立了具有多元驱动功能的粒子群引力搜索算法-投影追踪(PSOGSA-PP)水生态承载力评价模型。并以京津冀地区为例,解析了区域水资源和水环境的生态效益,以及经济社会效益最大化的内在驱动,评价了水生态承载力并阐明其影响因素。进一步设定不同时间段的水生态承载力情景方案,通过具有较高寻优精度和较好算法执行能力的粒子群引力搜索算法,利用最佳投影方向a→分别计算分级标准阈值的投影值z'(i)和评价实例的投影值z″(i),基于投影值z'(i)构造水生态承载力评价等级,实现了水生态承载力的分级评价,结果表明,在多元因子共同驱动下,2008年—2030年京津冀所属13个地区的水生态承载力在波动中呈好转趋势,逐步由Ⅳ级(超载)、Ⅴ级(严重超载)向趋于Ⅱ级(比较理想)状态的演变,张家口市始终保持着Ⅱ级水平,并在2030年达到Ⅰ级(理想)的临界值。研究成果将为京津冀一体化的水资源开发利用与水源生态涵养提供重要的决策支持。     

基于生态系统服务的广西水生态足迹分析

针对传统生态足迹对于水域仅考虑渔业生产功能的缺陷,研究者提出了水生态足迹.但当前水生态足迹基础理论与模型均存在较大不足.为此,提出了基于生态系统服务的水生态足迹概念和模型,并以2003-2010年的广西为例进行了计算与分析.结果表明:(1)水域-渔业账户中,淡水渔业生态足迹呈上升趋势,淡水渔业生物承载力较高且比较稳定,淡水渔业生态盈余较多同时淡水渔业生态压力较小;(2)水资源账户中,淡水生态足迹先较快上升随后缓慢下降,水资源承载力较高但2007-2010年波动幅度较大,水资源生态盈余较多同时水资源生态压力较小;(3)水环境账户中,水污染生态足迹先缓慢上升随后大幅下跌之后逐渐回升,水环境承载力变化趋势与水资源承载力相同,绝大多数年份表现为水环境生态赤字和水环境生态不安全;(4)淡水渔业生态压力＜水资源生态压力＜水环境生态压力,淡水生态系统基本已处于生态不安全状态.模型克服了传统模型的诸多缺陷与不足,是对广西近年来淡水生态系统服务供需及水生态安全状况的较客观全面的反映.     

国内生态安全研究知识图谱——基于Citespace的计量分析

以CSSCI中2000—2011年299篇生态安全研究论文为研究对象,采用文献共被引网络、关键词共现网络及突现词分析,以信息可视化为手段,对国内生态安全研究现状进行了分析。研究发现,目前国内生态安全研究已完成了基础理论和研究体系的架构,但研究网络过于集中,前沿分支较少。生态安全研究起源、生态安全基础理论、生态风险评价、生态系统评价、土地生态安全研究是国内生态安全研究的主要知识群组。国内生态安全研究主题集聚成3条核心路径:"生态安全基础理论研究"路径、"生态安全-生态系统评价-区域生态安全评价-生态预警"路径、"生态安全-生态风险评价-农村资源生态系统-土地生态安全研究-生态预警"路径。生态预警及土地生态安全研究成为当前生态安全的研究前沿,生态安全研究更趋向于对特色性的生态系统进行分析与评价。     

基于可拓分析的区域生态安全预警模型及应用——以陕西省为例

生态安全问题是当前人类社会可持续发展面临的主要问题,预警是生态安全研究的重点。根据生态安全预警多层次、多维度和动态性的要求,利用可拓综合分析方法,建立了区域生态安全的"状态-胁迫-免疫"(State-Danger-Immunity,SDI)动态预警模型。运用该模型对陕西省历史年份(1990-2007年)生态安全进行定量评估,并对规划年份(2010年)生态环境进行动态预警。研究结果表明,陕西省1990年至2007年的生态环境从"不安全"状态到"较不安全"状态再到"较安全"状态,呈逐渐好转的趋势,但生态安全整体水平较低,均处于"安全"水平以下;2010年陕西省生态安全为"蓝色"预警,且具有向"黄色"预警变化的趋势,水资源出现"橙色"预警,是影响陕西生态安全的主要因素。     

突变级数法在厦门城市生态安全评价中的应用

针对港湾快速城市化地区存在的潜在突变特性,基于P-S-R(压力-状态-响应)框架和突变级数法,构建了评价城市生态安全的突变模型,并对1996—2006年厦门城市生态安全进行了评价.结果表明：1996—1998年,快速城市化对厦门市区域生态安全的影响不大,研究区生态安全状况呈上升趋势;1998—2001年,由于大范围高强度的填海造地、人口激增等生态干扰远远超过了生态系统自身的修复能力,导致厦门城市生态安全状况呈快速下降趋势;2001—2006年,厦门城市生态安全整体水平回升,主要受其海湾型生态城市重大战略转变的影响;2006年,研究区系统压力安全级别为Ⅲ,说明厦门市还存在着生态安全隐患.突变级数法反映了单一指标极值情况对生态系统突变的影响,弥补了现有方法在此方面的不足,它既减小了权重赋值的主观性,又避免了主观判断安全标准的不确定性,可准确地反映城市生态安全的发展趋势.     

基于物元模型的鄱阳湖生态经济区土地生态安全评价

基于2001-2007年的相关数据,借助物元模型对鄱阳湖生态经济区的土地生态安全状况进行研究.结果表明:2001年鄱阳湖生态经济区土地生态安全状况为较安全状态,2002—2004年处于临界安全状态,2005年下降为不安全状态,2006年后土地生态安全状况有所好转,处于临界安全状态.表明利用物元模型进行区域土地生态安全评价是可行的,具有计算简便、意义明确、评价精度高等优点,为土地生态安全评价提供了另一种途径.     

陕西省植被覆盖时空变化及其对极端气候的响应

基于2001—2018年MODIS NDVI数据,从生态分区视角分析陕西省归一化植被指数(NDVI)的时空变化特征,并结合该地区31个气象站点日值数据,探讨NDVI对极端气温和极端降水指数的响应特征。结果表明：(1)陕西省及其各生态区的NDVI变化均显著上升,整体呈南高北低的分布特点,其中秦巴山地落叶与阔叶林生态区(IV)NDVI值最高为0.86,陕北北部典型草原生态区(I)NDVI值最低为0.38。(2)年际尺度上,陕西省NDVI与极端气温暖极值(暖夜日数)和极端降水指数总体呈显著正相关(P<0.05),在陕西省北部NDVI变化主要受极端降水的影响,南部则对极端气温的敏感度更高。(3)多年月尺度上,各生态区NDVI对极端气温冷极值(最低气温、日最低气温的极低值和日最高气温的极低值)和极端气温暖极值(最高气温、日最低气温的极高值和日最高气温的极高值)存在明显的滞后性,滞后时间多为3个月;与极端降水指数(单日最大降水量和连续5日最大降水量)的滞后时间为2个月,说明陕西省内NDVI对极端气候的响应具有显著的滞后效应。     

面向多重生态保护目标的广东省生态系统服务退化风险情景模拟

稳定、协调、可持续的生态系统服务供给是维持区域自然生命系统、保障区域生态安全的基础。面临生态系统所受的人为与自然干扰,有必要准确评估生态系统服务退化风险,揭示区域生态安全和可持续性提升路径。现有研究多叠加所有生态系统服务以评估生态系统服务退化风险,未能面向区域生态问题或生态需求对不同类型生态系统服务进行整合。研究提出面向多重生态保护目标的生态系统服务退化风险情景模拟框架,考虑广东省生物多样性保育、水资源安全、自然灾害防范等生态保护目标,选取代表性生态系统服务类型(生境维持、水源涵养、水质净化、土壤保持、洪水缓解、热带气旋缓解),基于不同典型浓度路径情景评估2018—2035年生态系统服务退化风险。结果表明,2018—2035年广东省生态系统服务供给空间格局基本稳定,尽管有所退化、空间异质性强。生态系统服务退化风险的情景模拟表明,面向生物多样性保育目标的生态系统服务退化高风险区位于珠三角的深圳市、佛山市和江门市,以及粤西和粤东地区的湛江市、茂名市和揭阳市;面向水资源安全目标的生态系统服务退化高风险区位于珠三角的深圳市、中山市和江门市,以及粤西与粤东地区的茂名市、揭阳市和江门市;面向自然灾...     

退耕还林后陕西省植被覆盖度变化及其对气候的响应

1999年起,陕西省实施了大规模的退耕还林、封山禁牧等生态建设和保护工程,使植被覆盖得到迅速恢复和增加。为了进一步跟踪评估植被覆盖变化,为生态建设和规划提供依据,本文基于2000-2017年MOD13Q1数据、气象数据,利用像元二分法估算陕西省18年间的植被覆盖度,通过空间插值方法、空间相关分析、统计学方法分区对其时空变化特征和对气候变化的响应进行了分析。结果表明:2000-2017年陕西省植被覆盖度呈现波动增加趋势,但增速逐年减少,2012年达到最大值后在高位波动;全省植被覆盖度增加区域面积占国土面积的82.4%,降低的区域仅占17.6%;陕北地区植被覆盖度显著增加,部分地区植被覆盖度达到最大值后出现下降趋势;植被覆盖度变异系数大的区域主要分布陕北长城沿线风沙区和丘陵沟壑区以及城市周边;陕西省植被覆盖度与降水量、气温在年尺度上相关系数均呈不显著的正相关;占全省98.4%的区域植覆盖度与降水、气温的复相关空间也未通过0.05显著水平检验;说明退耕还林等生态建设工程的实施,对植被恢复和生长具有重要的促进作用,一定程度上降低了植被生长对气候因子的敏感性;未来陕西省随着退耕还林等生态建设工程的环境资源的限制、土地利用程度的提高和城市用地的扩展,陕西省植被覆盖度将出现下降趋势。如何减缓这种下降趋势,是未来陕西省生态建设和保护的重大问题。     

基于生态系统生产总值核算的生态保护成效评估——以赣南地区为例

开展自然生态系统生产总值的评估,对于生态保护政策效益的量化考核,推动生态效益纳入社会经济体系具有重要的意义。赣南地区地处典型的南方丘陵山地带,森林覆盖率高,是赣江、东江上游的重要生态屏障。以赣南为研究区域,基于2000-2018年间3期遥感影像,并运用遥感、地理信息技术的方法,构建了生态系统生产总值的评估指标体系,探讨了将生态系统生产总值（GEP）核算应用于生态保护成效的评估。结果表明：（1）赣南地区2018年生态系统生产总值为10963.26亿元,约为当年GDP的3.9倍;气候调节、水源涵养和洪水调蓄是赣南地区生态系统的核心服务功能,这3项服务价值总和占当年GEP的75.62%;重点生态功能区县的人均GEP高于非重点生态功能区县,而单位面积GEP低于非重点生态功能区县;（2）2000年、2010年和2018年绿金指数（GEP/GDP）分别为5.20、4.19、3.91,呈现出逐年下降的趋势;（3）2000-2018年,赣南地区GEP以可比价计算增幅为21.75%,其中2000-2010年、2010-2018年的年平均增幅分别为1.46%、0.78%,GEP增幅有所减缓,但生态保护成效总体上呈现向好趋势。研究表明,GEP核算结果能很好地反映赣南地区一定时期的生态环境状态和变化,体现生态保护建设工程综合实施效果,为赣南地区后续生态保护建设提供科学依据。     

九寨沟自然保护区生态安全动态评价及障碍因子

生态安全是国家安全体系的重要基石，自然保护区在涵养水源、维持生态平衡等方面发挥着重要作用，可有效缓解社会快速发展对自然环境的破坏，是维持区域生物多样性的重要安全屏障。九寨沟自然保护区地处生态脆弱敏感区，在自然灾害和人类活动叠加影响下的生态安全状况备受各界关注。基于此，采用PSR模型和障碍因子分析法，从资源环境、人类活动、社会经济等方面选取23项指标构建评价体系，综合评价九寨沟保护区20年来的生态安全动态变化，探明主要影响因素。研究表明：（1）2001-2019年九寨沟生态安全指数呈曲折上升趋势，从0.7933增加至0.8623，其中压力和状态安全指数呈波动下降趋势，响应指数呈逐年波动上升趋势。（2）总体而言，保护区处于"安全"状态，仅个别年份受地质灾害影响，降至"临界安全"水平，安全等级演变历程为"安全-临界安全-安全-临界安全-安全"。（3）保护区生态安全的障碍主要来自于响应层，主要障碍指标为保护区居民数年增长率（C2）、地质灾害发生次数（C6）和法律完善程度（C22），障碍度分别为12.63%、10.53%和9.47%。（4）随着灾害防治措施和管理体制的不断优化完善，最大障碍因子经历了由法律完善程度（C22）、污水处理设施完善程度（C20）和地质灾害防控措施完善程度（C17）到地质灾害发生次数（C6）、保护区居民数年增长率（C2）的变化。未来需加大环境保护投入力度、提升灾害防治技术和保护管理应对措施，进一步优化社区共管体制，探索自然保护与社区居民和谐可持续发展的科学路径，稳步提升九寨沟保护区生态安全水平。     

基于变权-物元分析模型的老工业基地区域生态安全动态预警研究——以吉林省为例

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意义。老工业基地区域生态安全预警研究具有一定的特殊性和典型性,选取吉林省为研究区,基于压力、状态、响应(P-S-R)和生态、环境、经济、社会(E-E-E-S)框架模型构建生态安全预警指标体系,运用变权-物元分析模型对1991—2011年吉林省区域生态安全的预警等级进行了测度,并结合灰色系统GM(1,1)预测模型对2015年、2020年区域生态安全态势进行预测预警。研究结果表明:(1)1991—2011年,吉林省生态安全总体水平呈逐步上升的趋势,区域生态安全预警等级从"巨警"上升为"轻警",指示灯由"红色预警"逐步变为"蓝色预警";(2)2015年,吉林省的生态安全预警等级属于"轻警",指示灯为"蓝色预警",到2020年,吉林省的生态安全预警等级属于"无警",指示灯为"绿色预警",但具有向"轻警"变化的态势;(3)制约吉林省生态安全水平提升的主要因素包括单位面积耕地化肥负荷量、城镇化、人均水资源量、GDP增长率、第一产业占GDP比重等,这些因素应是今后生态环境保护调控的重点,本研究为吉林省经济-生态-社会可持续发展提供参考。     

基于PSR模型的陕西省土地生态系统健康评价

基于“压力-状态-响应”(PSR)模型和熵值法对陕西省十市一区的土地生态系统健康状况进行诊断,分析了2009—2017年间土地生态系统健康等级时空变化趋势,以及影响土地生态系统健康变化的驱动因素。结果表明: 2009—2017年间,陕西省土地生态系统健康水平整体提升,其中,2009—2014年间土地生态系统健康程度较低,2014年后健康状况得到明显改善。西安市、宝鸡市、渭南市和汉中市土地生态系统健康等级高且变化幅度大,延安市、榆林市、安康市土地生态系统健康等级较低且变化幅度小,整体呈陕南地区>关中地区>陕北地区。总体来看,陕西省土地生态系统的压力、状态和响应指数均有所增长,但增速趋缓,2014年以后基本趋于平缓,表明在2014—2017年陕西省土地生态系统处于稳定的健康状态。人口增长、城市化水平、单位耕地化肥负荷、森林覆盖率、工业废水排放达标率和工业固体废物综合利用率是影响陕西省土地生态系统健康变化的主要驱动因素。控制化肥农药使用量、优化土地利用结构和提高土地利用效率是陕西省推进生态文明建设、落实生态保护红线的必要措施。     

国家重点生态功能区生态环境质量变化动态分析

国家重点生态功能区是保障国家生态安全、提升生态环境质量的重要区域。基于国家重点/非重点生态功能区生态环境质量变化的对比分析,结合土地覆被变化,对国家重点生态功能区转移支付政策执行之前的生态环境质量状况形成全面的认识。结果表明:国家重点/非重点生态功能区土地覆被类型均以生态用地为主,2000—2010年生态用地占比下降。国家重点生态功能区各年生态用地占比均高于非重点生态功能区,且土地覆被类型转换程度相对于非重点生态功能区要小。重点/非重点生态功能区的植被覆盖度、生物量密度、NPP均由东南向西北逐渐降低。水土保持型重点生态功能区的植被覆盖度最高,生物多样性维护型重点生态功能区的平均生物量密度、平均NPP最高,水源涵养型重点生态功能区的生物量总量、NPP总量最高,防风固沙型重点生态功能区由于多位于西北内陆,整体上植被覆盖度最低,生物量密度和生物量总量、平均NPP和NPP总量也最低。总的来说,2000—2010年间国家重点生态功能区的生态系统质量有所改善,但是改善的幅度不及非重点生态功能区。表明实施生态保护工程与转移支付,进一步改善重点生态功能区的生态环境质量,对提升全国整体生态安全水平具有重要的作用。     

四川省大熊猫保护地生态安全及其时空演变

大熊猫是生态保护的旗舰物种,保护大熊猫及其栖息地具有重要的示范作用和科学价值。中国致力于建设以国家公园为主体的自然保护地体系,分析大熊猫保护地生态安全,为建立大熊猫国家公园提供理论依据,具有重要意义。以四川省为例,选取被划入或将来可能被划入大熊猫保护地的典型县域,构建大熊猫保护地生态安全评价指标体系,采用熵权法、层次分析法进行综合评价,并结合空间相关性分析,从时间和空间两个维度对大熊猫保护地生态安全状况进行时空动态分析。结果表明：（1）2003-2017年四川省大熊猫保护地生态安全综合指数呈波动性上升趋势,生态环境改善显著,但仍有部分县域出现不同程度的环境恶化现象。（2）各县域生态安全状况表现出较强的差异性,并且相邻县域生态安全指数存在显著的空间正相关性和空间集聚性。（3）大熊猫保护地生态安全与周边社会经济发展之间矛盾依然尖锐,相邻县域之间的经济发展和生态保护状况相互影响的作用明显,需联合治理,共同促进生态平衡,提高大熊猫及其栖息地保护效果。     

粤北南岭典型矿山生态修复工程技术模式与效益预评估——基于广东省山水林田湖草生态保护修复试点框架

广东粤北南岭山区地处国家生态安全格局“两屏三带”中的南方丘陵山地带的核心区,由于历史上有色金属矿产无序开采、选矿和冶炼等活动,导致区域生态环境问题突出,并造成下游区域土壤、水、农作物污染。修复历史遗留矿山、做好源头控制是解决区域生态环境问题的关键所在。以典型矿山废弃地单元（废土堆）为例,提出其生态修复工程技术模式与关键技术,开展修复效益预评估方法和实践研究。研究结果表明：粤北南岭山区矿区生态环境问题主要包括矿山植被破坏和水土流失问题突出、地质灾害风险隐患较大、矿山周边水土污染严重几个方面;矿山生态修复应以防控安全隐患为基础,以恢复生态功能为主要目标,同时治理矿山水土污染。构建了遵循山水林田湖草系统共治的“依山就势”重塑地形、“因势利导”疏导水流、“柔性防护”稳定边坡的粤北南岭废土堆立体生态修复模式,提出了相应的场地平整、清污分流、土壤改良、边坡生态袋植生、立体植被配置等生态恢复关键技术;建立了包括涵养水源、保持水土、净化环境及净化水质4个方面的生态效益评估模型,废土堆修复后生态效益预计可达到66754.25元/a。研究结果可为粤北南岭山区及类似区域山水林田湖草系统共治提供技术支撑。