新疆猪毛菜属植物多样性地理分布格局及其环境解释

猪毛菜属(Salsola)是新疆干旱区分布最为丰富的被子植物属之一,是盐碱和荒漠区的先锋种和建群种,对西北干旱区植被恢复与建设具有巨大生态价值。基于新疆自然分布的33种猪毛菜属物种共741个分布数据,整合利用点格局法和物种分布模型法构建了物种丰富度(SR)、加权特有性指数(WE)和校正加权特有性指数(CWE)的分布格局。选取环境能量、水分可获得性、气候季节性、生境异质性、土壤条件和历史气候变化共6类19种生态因子,利用地理加权回归模型(GWR)探究了环境异质性对猪毛菜属物种丰富度的影响。结果显示：(1)基于现实点位模型和物种分布模型构建的物种丰富度具有一致性,均呈北高南低、西高东低的破碎化分布趋势,但物种分布模型的结果在空间上比点格局法更连续,物种丰富度的高值区主要分布于准噶尔盆地南缘、准噶尔西部山地、天山西端和天山南脉南缘;(2)加权特有性指数和校正加权特有性指数的分布格局与物种丰富度分布格局具有一定差异,其最大值集中分布于准噶尔盆地南缘、伊犁河谷和塔里木盆地西南缘;(3)GWR模型结果表明,海拔变幅、土壤酸碱度和最干月降水量是制约新疆分布的猪毛菜属丰富度和特有性分布的最重要因素。     

基于生境质量的唐县生态安全格局构建

生态安全格局作为景观生态学的重点及热点,其识别与构建对维持区域生态安全及实现区域可持续发展具有重要作用.本研究以河北省唐县为研究区,基于2016年土地利用现状数据,利用InVEST模型评估生境质量,确定生态源地;然后选取土地利用类型、生境质量指数、植被覆盖度、距水域距离、距居民点距离、距道路距离等阻力因子构建阻力表面,并采用阻力阈值法进行生态安全分区;最后运用最小累积阻力模型(MCR)判定生态廊道,从而综合构建唐县生态安全格局.结果表明: 唐县生态源地占总面积的3.3%,主要分布在斑块面积较大的林地和水域中,河北省四大水库之一的西大洋水库也位于生态源地范围内;根据耗费阻力突变点,将研究区划分为禁止开发区、限制开发区、优化开发区和重点开发区,各区占地百分比分别为18.9%、43.6%、27.6%和9.9%;唐县潜在生态廊道总长度为333.52 km,优化后生态廊道总长度为263.91 km,有助于各种生态交流.研究结果对唐县土地资源的合理可持续利用具有重要指导意义,可为唐县土地规划布局决策提供理论和技术支撑.     

基于DPSIR的吉林省白山市生态安全评价

通过对白山市的生态安全现状和问题进行分析,探究其生态环境改变的主要驱动力因子和胁迫因子;基于DPSIR模型提出了白山市生态安全综合评价指标体系,并进一步构建了适于山地地区的生态安全评价模型;利用1989年、1999年和2006年的3期TM遥感影像,结合研究区的DEM数据和实地调查数据建立解译标志,对白山市土地覆被进行景观分类,借助Fragstats分析景观指数,提取重要的生态安全评价指标,对白山市所辖各区县进行生态安全综合评价.结果表明： 白山市生态安全的空间差异显著,整体生态安全状况呈现出一种恶化趋势,人为活动对地表景观格局和物种栖息地分布产生了深刻的影响,已成为生态安全格局变化的主要驱动力因子.     

基于生态廊道识别的拉萨河流域生态安全格局构建

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。以拉萨河流域为研究区,基于“生态源地-阻力面-生态廊道”的区域生态安全格局构建范式,评估流域土壤保持、水源涵养、固碳、生境质量四项生态系统服务,基于生态系统服务重要性分级识别生态源地;选择土地覆被类型、归一化植被指数、地形起伏度、坡度、距道路距离、距水体距离作为主要阻力因子,利用熵权法形成综合阻力面;利用Linkage Mapper工具基于最小成本路径理论识别生态廊道并判定生态节点,构建流域生态安全格局。结果表明：提取生态源地20个,总面积2531.42 km²,占研究区总面积的7.77%;生态廊道36条,总长度916.87 km,与拉萨河干流平行呈“二”字型分布;生态节点13个,集中分布在裸地、裸岩、低覆盖度草地等地类,构建以生态源地-生态廊道-生态节点组成的“面-线-点”结构生态网络。研究结果为拉萨河流域生态安全和生态经济协调提供数据支持,为区域生态保护与可持续发展提供科学参考。     

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。     

基于生态供需视角的生态安全格局构建与优化——以长三角地区为例

生态安全格局构建是保障区域生态安全与提升人类福祉的基本途径之一。以长三角地区为案例区,通过生境质量评估、生态系统服务重要性评价和景观连通性分析识别区域生态源地,在利用生态系统服务价值化方法辨别高生态需求区的基础上,运用最小累积阻力模型提取源地与高需求地之间的生态廊道,以构建并优化区域生态安全格局。研究结果表明:长三角地区生态源地总面积64911km~2,占全区的32.51%,主要分布于皖南和浙中;区域中高与较高生态需求斑块总面积占全区46.60%,主要位于上海市和江苏省;区域生态廊道总长度11188.85km,源间廊道主要分布于长江沿岸和区域南部,需求廊道主要位于区域东中北部。研究首次将生态需求评价纳入生态廊道建设框架,为生态安全格局构建提供新思路,结果可为生态空间保护规划提供参考。     

基于MaxEnt模型分析广东省鸟类多样性热点分布及保护空缺

随着环境问题日益突出, 生物多样性也面临着挑战。广东省丰富的水土资源孕育了大量的生物物种, 然而快速的城市扩张又对生物多样性的保护带来了一定的压力。明确广东省生物多样性保护空缺, 以便在未来城市规划布局中更好地实施保护, 缓解城市发展与生态保护之间的矛盾。空间分布格局是生物多样性保护规划的基础, 本文以全国第二次陆生野生动物资源调查鸟类数据为基础, 基于MaxEnt模型进行空间化(空间分辨率为100 m × 100 m), 通过识别热点地区, 并与现有国土规划中三条管控线对比, 识别保护空缺。本文主要有以下结果: (1)广东省建模鸟类共有13目45科173种, 其空间丰富度格局主要呈三片区分布: ①南岭片区; ②粤东片区; ③江门、阳江、云浮片区; (2)影响鸟类空间格局的环境因子在不同物种间差异明显, 总体来看土地利用类型、高程、年均温度差等因素占主导地位; (3)保护鸟类与全部鸟类的热点地区分布相似, 但空间上更为聚集, 两者的空间重叠率达63.0%, 主要分布于南岭片区、粤东片区; (4)留鸟类和迁徙鸟类的热点地区存在明显空间差异, 重叠区域仅25.3%, 留鸟类分布相对靠北而迁徙鸟类相对趋南; (5)鸟类热点分区统计对比中, 与永久基本农田的重叠率明显高于生态保护红线, 极少量分布于城镇开发边界内部, 全部鸟类、保护鸟类、留鸟类、迁徙鸟类均存在明显的保护空缺。本研究得到了精细尺度下鸟类多样性空间分布格局与保护空缺结果, 为城镇开发边界、永久基本农田、生态保护红线三条控制线内的生物多样性分区保护、管控政策实施提供了有效支撑, 为广东省的生物多样性保护、生态规划调整提供了有益参考。     

基于生态系统服务重要性和生态敏感性的广东省生态安全格局构建

生态空间结构合理有序是区域赖以生存和发展的基础和保障,构建省域生态安全格局,优化生态空间结构,有利于提高生态环境的承载力并促进社会经济与生态环境的协同互惠关系,实现可持续发展。以广东省为例,通过重要性-敏感性的生态评估方法识别广东省重要的生态源地,使用最小阻力模型识别重要生态廊道,构建生态安全格局,并对生态空间结构的调整和管控提出策略。结果表明：（1）重要的生态源地面积为54636.77 km²,占广东省国土面积的25.04%;（2）研究所识别的生态源地与广东省生态红线和自然保护地的重合程度较高,在自然保护地和生态源地的基础上共选出87处重要生态源地;（3）广东省生态廊道的总长度为7400 km,廊道周边的主要以林地为主;（4）广东省的生态空间主要以环珠三角生态屏障和外围生态屏障为主,其中环珠三角生态屏障的面积、生态重要性略高于北部生态屏障。所构建的生态安全格局可以为广东省的生态安全保护和可持续发展提供参考,也可以为完整生态保护体系的构建提供政策导向。     

环境微生物研究中机器学习算法及应用

微生物在环境中无处不在，它们不仅是生物地球化学循环和环境演化的关键参与者，也在环境监测、生态治理和保护中发挥着重要作用。随着高通量技术的发展，大量微生物数据产生，运用机器学习对环境微生物大数据进行建模和分析，在微生物标志物识别、污染物预测和环境质量预测等领域的科学研究和社会应用方面均具有重要意义。机器学习可分为监督学习和无监督学习2大类。在微生物组学研究当中，无监督学习通过聚类、降维等方法高效地学习输入数据的特征，进而对微生物数据进行整合和归类。监督学习运用有特征和标记的微生物数据集训练模型，在面对只有特征没有标记的数据时可以判断出标记，从而实现对新数据的分类、识别和预测。然而，复杂的机器学习算法通常以牺牲可解释性为代价来重点关注模型预测的准确性。机器学习模型通常可以看作预测特定结果的“黑匣子”，即对模型如何得出预测所知甚少。为了将机器学习更多地运用于微生物组学研究、提高我们提取有价值的微生物信息的能力，深入了解机器学习算法、提高模型的可解释性尤为重要。本文主要介绍在环境微生物领域常用的机器学习算法和基于微生物组数据的机器学习模型的构建步骤，包括特征选择、算法选择、模型构建和评估等，并对各种机器学习模型在环境微生物领域的应用进行综述，深入探究微生物组与周围环境之间的关联，探讨提高模型可解释性的方法，并为未来环境监测、环境健康预测提供科学参考。     

基于MaxEnt模型评估刺五加在东北地区的空间分布

研究刺五加(Acanthopanax senticosus)在东北地区的潜在分布区及生态适宜性,针对267个刺五加分布样点数据和17个环境因子数据,应用最大熵模型(Maximum Entropy Model,简称MaxEnt)和地理信息系统(Geographic Information System,GIS)评估刺五加的地理分布。结果表明:最大熵模型的AUC值为0.929,模型预测结果的准确性可信度高,可以用来预测刺五加的地理分布。刺五加生态适宜区主要集中在长白山山脉及小兴安岭东南地区,分布面积约为22.12万km~2,存在概率最高的区域主要在辽宁省东部、吉林省东南部以及黑龙江省中部。影响刺五加地理分布的主要环境因子依次为:年均降水量、森林类型、极端低温、生长季降水量及海拔。耦合了大尺度环境数据、植被群落类型数据与刺五加分布之间的关系,预测了东北地区刺五加的生态适宜区及主导环境因子,为其种群恢复与开发利用提供了科学依据。     

An integrated ecological security early-warning framework in the national nature reserve based on the gray model

Nature reserves (NRs) play a pivotal role in minimizing habitat loss and protecting wild animals and plants, which are critical for human ecological security. However, focusing only on the construction of ecological security patterns of NRs without understanding their ecological security early-warning situations and their driving factors may fail to achieve protection goals. This study constructed an ecological security early-warning framework and index system based on the Driving force-Pressure-State-Impact-Response (DPSIR) framework model. The gray model (GM) was used to predict the ecological security early-warning situation, and the Geo-detector model was applied to explore the driving factors of the ecological security early-warning system in the Baishuijiang National Nature Reserve (BNNR). The results showed that the average ecological security index (ESI) value increased from 0.2796 in 2005 to 0.3171 in 2017, with an average increase of 11.82%. The ecological security early-warning index (ESEWI) value increased from 0.3171 in 2018 to 0.3622 in 2030, which was an average increase of 12.46%. These results indicated that the ecological security situation continually improved from 2005 to 2030. By 2030, the number of towns with a “no warning” grade increased to four, the number of towns with an “extreme warning” grade was zero, and the proportion of areas with early-warnings decreased from 100% to 33%. The q values of per capita forest land areas and per capita grassland areas were both 0.9334, which indicated that environmental characteristic factors were the primary driving factors in ecological security early-warning. Our results demonstrated that the ecological security early-warning index system based on the DPSIR model and grey model can well prediction ecological security situation and provide scientific support for the ecological protection and management of NRs.     

南方丘陵区耕地景观生态安全影响因素及其空间差异

构建耕地景观生态安全格局是抵御区域耕地生态风险,保障耕地生态质量的重要举措。研究以南方丘陵区典型县-奉新县为研究区,选取部分景观格局指数构建南方丘陵区耕地景观生态安全评价模型,分析了县域尺度耕地景观生态安全状况及其空间聚集特征,并尝试应用地理加权回归模型探究自然和社会经济因素对区域耕地景观生态安全影响作用的空间地域差异。结果表明：耕地景观生态安全处于"危险"状态的行政村占研究区总数的12.92%,区域耕地景观生态安全问题存在明显的空间聚集性;地理加权回归模型较传统全局回归模型有较好的拟合优度,可以较好地揭示影响因素作用的地域差异;自然,社会经济因素对耕地景观生态安全的影响具有显著的空间非平稳性,依据影响因素作用强度的地域差异可以将研究区划分为距居民点的距离、地形位指数、年平均降雨量负向影响区和人口密度正向影响区。研究为确定耕地景观生态安全干扰来源及探究耕地保护对策如何落实到空间地域上提供了参考依据。     

基于生态-经济比较优势视角的建设用地空间优化配置研究——以扬州市为例

随着生态空间日益萎缩,生态环境不断恶化,经济发展与生态保护矛盾日趋加剧。为了协调经济发展空间与生态保护空间的矛盾问题,促进生态、经济协调持续发展,综合运用景观生态学方法与经济学原理,从"生态-经济"比较优势视角对建设用地指标进行空间优化配置。运用景观安全格局方法构建区域综合生态安全格局,据此计算空间单元的生态重要性指数,采用最小累积阻力模型对区域建设用地开发经济适宜性进行评价,计算空间单元的建设用地开发经济适宜性指数;其次运用生态重要性指数与经济适宜性指数计算建设用地开发比较优势度,以比较优势约束性满足程度为目标函数构建建设用地空间优化配置模型,并用蒙特卡洛(Monte Carol)法对之求解。以江苏省扬州市为例作了实证研究。结果显示,未来扬州市建设用地向南部经济发达地区集中,北部地区主要承担生态保护功能;建设用地配置结果呈现出经济发展与生态保护的错位格局,有助于扬州市生态保护与经济发展。从"生态-经济"比较优势视角提出了建设用地空间优化配置方法,为土地利用规划及生态保护规划编制提供了科学依据。     

基于MODIS-归一化植被指数的广东省植被覆盖与土地利用变化研究

基于MODIS-NDVI遥感植被指数,利用像元二分模型进行植被覆盖度提取,结合趋势分析和显著性检验等方法,对2000—2020年间广东省的植被覆盖时空变化特征进行分析,并结合土地利用变化图谱,探究土地利用类型对植被覆盖时空变化的驱动作用。结果表明：(1)2000—2020年,广东省植被覆盖度整体以0.23%/a的变化率呈波动增长趋势,但空间异质性显著,呈现出以珠三角地区为中心向外辐射递增的趋势;(2)广东省多年平均植被覆盖度介于0.7—0.76,以中高和高植被覆盖度为主,低植被覆盖区约占研究区总面积的4.37%。全省以植被改善为主(78.18%),显著和极显著退化区域占全区面积的5.84%,主要集中分布在珠三角、粤东沿海以及粤西沿海等地区;(3)研究区以耕地与林地的图谱单元互换为主要土地利用变化特征,而城乡、工矿、居民用地在耕地和林地的占用和补充过程中起了重要的作用,反映出城乡建设过程中对耕地和林地的大量占用;植被覆盖变化与土地利用变化存在响应联系,且各土地利用类型对植被覆盖度的贡献各异;向城乡、工矿、居民用地转化的图谱与植被显著和极显著退化区高度重合,说明耕地和林地向城乡、工矿、居民...     

罗霄山区生态用地时空演变及其生态系统服务功能的响应——以井冈山为例

生态用地的可持续利用对人类生存至关重要,而山区生态用地变化及其引起的资源环境效应是山区地域人地关系变化的反映,认识和探讨山区生态用地时空分布和形成机理对维持区域生态平衡和引导经济社会可持续发展具有深远意义。运用土地利用空间分析模型和Meta分析方法,分析井冈山的生态用地变化空间格局及其生态服务价值损益;利用Logistic回归和地理探测器,诊断生态用地的空间指向特征和时间演化过程。结果表明:(1)1990—2015年,井冈山生态用地变化显著,呈不断减少趋势,其中近城区表现最明显;生态用地转移的主要对象为城乡建设用地。1990—2000年间,井冈山生态用地的总体转移速率远远大于2000—2015年间的转移速率;林地的转移面积及占比最大,转移部分大于新增部分,属于生态用地减少型地类,而草地和水域属于生态增加型用地,且转移速率较大,是井冈山市较"活跃"的生态用地类型。(2)生态用地的时间演化过程的主导驱动因素包括人口数量和产业结构,空间演变格局中的主导驱动因素为到河流的距离和到地域中心的距离。(3)1990—2015年,生态系统服务价值不断降低但减少速率逐渐放缓,1990—2000年的年均减少量大于2000—2015年的年均减少量。其中,林地对生态服务价值的贡献最大。山区乡村振兴应以生态系统服务价值目标导向,实现农民生计和生态安全的协同优化,利用山区地域资源优势,强化三产融合,推进山区"乡村振兴"。     

基于最小累积阻力模型的北京市生态用地规划研究

生态用地规划强调对区域生态系统结构与功能的保护,增强社会经济发展的生态环境支撑能力。从保障首都基本生态安全、改善大气环境质量、建设宜居城市的角度出发,通过对北京市生态重要性进行综合评价,明确北京市重要生态用地空间分布特征。在此基础上,采用最小累积阻力模型(MCR),以重要生态用地为"源",以土地覆被类型、距道路距离和距居民点距离作为阻力因子生成阻力面,模拟重要生态用地空间扩张过程,进而设置生态用地规划情景,并从景观连通性、生态功能保障度及与现状建设用地冲突情况等3个方面对不同情景下的生态用地规划方案进行保护效能评价,最终提出北京市生态用地的适宜规模和优化布局方案。研究结果表明:北京市重要生态用地总面积为9879 km~2,占市域总面积的60.20%;生态用地的适宜规模为12417 km~2,占市域总面积的75.67%,其中,平原区生态用地的适宜规模为2944 km~2,占平原区总面积的46.45%,主要分布于建成区的外围过渡地带;山区生态用地的适宜规模为9473 km~2,占山区总面积的94.05%。     

广东省生态安全状态及趋势定量评价

为研究区域生态安全在不同时期的动态变化及发展趋势,在国内外已有的研究基础上,根据压力-状态-响应模型框架,提出了一套完整的区域生态安全水平度量的指标体系和基于熵权法赋权的综合指数评价方法,从时间尺度上（1990～2004年）对广东省生态安全进行定量评估和动态趋势分析.结果表明,广东省生态安全综合指数从1990年的0.125增加至2004年的0.402,生态安全整体水平呈逐年上升趋势,但发展过程中存在的问题是区域生态压力在不断加大及生态安全现状水平仍处于“较不安全”状态.对广东省环境规划的实施效果进行预测评估,得出在实现环境目标的情景下,2010规划年和2020规划年的生态安全综合指数将分别达到0.533（临界安全）和0.691（较安全）.评价方法简单直观,评价结果客观合理.     

云南边境山区景观生态风险时空演变及其影响因素

探究边境山区景观生态风险时空演变特征,揭示自然与人类活动对景观生态风险的影响,对维护国际生态安全和保障区域生态系统的稳定性具有重要意义。以云南25个边境县为例,采用2000、2010、2020年三期土地利用数据,基于景观格局指数构建了景观生态风险评价模型,并分析了风险的时空演变特征,利用地理探测器测度了自然、可达性和社会经济因素对景观生态风险的影响程度。结果表明：2000-2020年研究区景观类型以林地和耕地为主,林地、草地、湿地、冰川和永久积雪面积减少,耕地、灌木地、裸地、人造地表、水体面积增加。景观生态风险平均值持续上升,在空间上表现出显著的自相关性。研究区以较低生态风险、中等生态风险为主,低生态风险、较低生态风险、高生态风险区面积减少,中等生态风险、较高生态风险区面积增加。年降水量、年均气温、距城镇距离、人口地理集中度指数、人口经济地理集中度不一致指数是影响区域景观生态风险的主要因素,在交互探测中年降水量与年均气温、人口地理集中度指数与人口经济地理集中度不一致指数、年降水量与人口地理集中度指数交互作用对景观生态风险的影响较大。     

基于CA-Markov模型的城市生态分区构建研究——以晋中主城区为例

正确看待城市建设发展与生态安全的权衡与协同关系,合理划定城市生态空间的用途管控等级,是推进生态文明建设和生态环境保护的重要途径之一。以山西省晋中主城区为例,从生物多样性保护、自然灾害预警和人为活动干扰3方面出发,判定其城市环境的生态敏感度,采用CA-Markov模型分析和模拟土地类型的演变趋势,合理划分城市生态分区。在此基础上,综合现有城市总体规划,针对各分区提出相应管控措施与建议,以期为优化晋中主城区的生态空间布局和保障其生态安全提供参考。