粤港澳大湾区生态系统格局变化与模拟

快速城市化是导致粤港澳大湾区生态系统时空格局变化的主要驱动力之一,模拟生态系统变化趋势对于优化区域土地利用格局、防控城市化的生态风险具有重要意义。以2000、2005、2010、2015、2018年5期土地利用数据,分析该区域生态系统格局演变,并运用CA-Markov模型模拟2025年的生态系统格局。研究结果表明:(1)2018年大湾区的森林、农田和城镇为主要生态系统类型,分别占区域总面积的53.99%、22.67%和14.51%。(2)2000—2018年农田、森林、湿地面积分别下降了1983、740、278 km~2,城镇和草地面积分别上升了2896、103 km~2,城镇面积增长的主要途径是对周围农田、林地和湿地的侵占,草地面积增长是因为管理经营不善导致部分林地退化为草地。(3)大湾区的景观多样性和均匀度下降,景观正在向小斑块趋势发展,空间连通性下降,破碎度增加。(4)模拟2025年的生态系统格局发现,与2018年相比,城镇面积增长了609 km~2,农田和森林分别减少了309 km~2和316 km~2。基于大湾区生态系统格局变化与模拟发现,快速城市化区域中,落实耕地保护红线和生态保护红线制度、保护重要生态空间完整性,对于降低城市化的生态风险具有重要作用。     

鄂尔多斯市生态资产和生态系统生产总值评估

鄂尔多斯市属于生态环境脆弱区域,在大规模开发丰富能源资源的同时,生态环境保护也在不断加强,评估鄂尔多斯生态资产价值,是认识鄂尔多斯生态价值的关键。构建了生态资产、生态系统生产总值评估的理论框架和评估方法指标体系,基于鄂尔多斯市生态系统格局、质量数据,评估了鄂尔多斯市生态资产、生态系统生产总值。评估结果表明:(1)2015年,鄂尔多斯市生态系统质量等级以差、低、中为主,分别占比:50.74%、31.78%、6.17%,差、低、中等级的生态系统面积之和占比88.69%。(2)2015年,鄂尔多斯市生态资产指数为1998.19,其中生态资产指数最高的是鄂托克旗,生态资产指数为392.26,占比19.63%,其次是杭锦旗,生态资产指数为307.48,占比15.39%。2010—2015年,鄂尔多斯市生态资产指数总体呈上升趋势。其中,上升最为剧烈的区域是鄂托克前旗,生态资产指数上升92.72,占比19.38%,其次为乌审旗,生态资产指数上升91.04,占比19.03%。(3)2015年,鄂尔多斯市生态系统生产总值(GEP)为2481.71亿元,GEP约为2015年GDP总值的58.72%,鄂尔多斯市单位面积GEP为0.03亿元/km~2,人均GEP为12.14万元/人。2010—2015年,鄂尔多斯市生态系统生产总值从1975.50亿元增加至2481.71亿元,增加量占2010年GEP价值的比例为25.62%,上升趋势明显。(4)2010—2015年,鄂尔多斯市生态系统质量变化原因主要是GDP增长(P0.05),表明经济持续发展降低了当地人口对草地、森林的经济的依赖性。鄂尔多斯市生态资产指数上升的主要驱动因素气候因素降水的增加(P0.001)、人口密度的下降(P0.01),以及GDP的增加(P0.01)。鄂尔多斯间生态系统生产总值变化的主要驱动因素,包括城市扩张、农田开垦、退耕还林、草、湿、生态恢复、矿山开采、生态退化等。本研究根据鄂尔多斯市生态系统质量、生态资产、生态系统生产总值面临的问题,提出了生态保护建议与对策。     

近40年青藏高原生态格局演变及其驱动因素

20世纪80年代至今近40年间,青藏高原自然与人工生态系统发生了广泛而深刻的变化,作为我国重要的生态屏障,亟需对其生态系统格局演变过程及其驱动因素进行系统定量的解析。本研究利用1980年至2018年间8期遥感解译土地利用与覆被数据,将青藏高原9类主要生态系统类型,森林、灌丛、草地、农田、城镇、水体与湿地、冰川、裸地、荒漠,依其主要构成组分,划分为以植被为主体的自然生态系统（森林、灌丛、草地）、以无机环境为主体的自然生态系统（水体与湿地、冰川、裸地、荒漠）,以及人工生态系统（农田、城镇）共三大类。统计分析表明1980至2018年的近40年来,青藏高原以植被为主的自然生态系统面积约占61.9%,其中草地生态系统变化率较大,局部年际变化逾30%/10a,草地灌丛面积扩张明显,最高可达约7%/10a。此外,青藏高原喜马拉雅山脉附近的冰川消减较快,下降速率约达25%/10a。青藏高原东缘向西城镇扩张明显,城镇面积占比增加约40%。研究还对气温和降水计算其变化速率,量化驱动生态系统演变的外部气候环境的时空动态特征,结合地理环境变量、人类活动强度、土壤侵蚀度、生物丰度等综合的驱动因素指标,建立多层级结构方程模型。研究发现,以植被为主的自然生态系统变化速率与气温、降水的变化速率呈现显著负相关,以无机环境要素为主的自然生态系统与气候因子的变化速率呈现显著正相关,人工生态系统则与外部环境因素耦合关系不强,结果表明青藏高原森林、灌丛、草地一类自然植被生态系统与环境变化之间呈现负反馈的保守性耦合关系,相比较水体与湿地、冰川、裸地和荒漠生态系统来讲,具有更强的韧性,因此保护区域自然植被将有利于维护青藏高原整体的生态屏障功能。     

长江流域生态系统格局演变及驱动力

长江流域生态系统格局复杂,多种社会经济、政策和自然因素对土地利用变化的影响使得生态环境发生变化。分析了2000年至2015年长江流域生态系统格局和演变特征,及主要驱动力对生态系统变化的贡献。15年间,共有约6.4万km~2的生态系统类型发生变化,城镇增长67.5%,农田缩减7.5%,森林增加2.1%,剧烈的生态系统变化集中于下游,以及中上游的大城市,城镇聚集区以及退耕还林区。生态系统景观破碎化程度和景观多样性提高。上、中、下游生态系统格局、构成差异较大,15年间,上游和下游森林显著增加,下游城镇显著扩张、农田和湿地显著缩减,上游湿地增加最为显著。城镇化是生态系统格局演变的首要驱动力,对生态系统变化的贡献率达48.0%,长江下游城镇化的贡献率高达64.5%。生态保护与恢复工程是第二驱动力,对生态系统变化的贡献率为32.8%,在上游高达47.8%。水资源开发和农业开发贡献率分别为8.5%和9.9%,此外,气候变化促使高原湖泊面积增大。为保护长江流域生态系统的可持续发展,需划定生态保护红线,合理规划城市化进程中的土地利用,保护优质耕地,禁止重要湿地的开发。     

湖北生物多样性保护优先区域生态系统五年(2010-2015)变化

基于2010年和2015年生态系统类型与分布数据,分析了湖北省生物多样性保护优先区域的生态系统构成和变化情况。结果表明:(1)区域内共存在7类生态系统,即森林、灌丛、草地、湿地、农田、城镇和裸地,其中森林面积最大,其次是灌丛和农田,区域内植被覆盖率较高,整体生态环境较好;(2) 2010-2015年期间,各类生态系统均发生了变化,森林、灌丛和裸地面积呈减少趋势,草地、湿地、农田和城镇面积呈增加趋势,其中变化最显著的是城镇;(3)城镇化、水资源开发、生态保护与恢复、农业开发以及地质灾害和气候变化等因素使得区域内生态系统发生变化,其中城镇化是主要影响因素。为了保护优先区生态系统的可持续发展,需结合各类保护地划定生态保护红线,合理规划城镇化进程中的土地利用,保护优质耕地,限制或禁止重要湿地的开发。     

泸沽湖生态系统格局变化及其驱动力

运用遥感影像与地理信息系统技术结合,采用生态系统信息分类提取方法和景观指数方法对1990年至2015年泸沽湖风景区生态系统构成与格局变化进行分析,并进一步探析引起各类生态系统变化的驱动力因素,为泸沽湖风景区进一步生态与环境规划提供科学和理论依据。25年间,泸沽湖风景区内主要生态系统类型可分为农田、森林、草地、水域和人居环境等五类生态系统,1990年至2005年,主要表现为农田、森林、草地3个生态系统之间相互转化;2005年至2015年,主要表现为森林、草地、水域生态系统整体流向农田、人居环境系统。总体上泸沽湖景观破碎化与复杂程度呈下降趋势,连通性和整体性逐渐增强,但各生态系统类型之间比例差异增大。农田生态系统变化的主要驱动力是政策导向;森林与草地生态系统变化的主要驱动力是退耕还林还草工程与人类活动;水域生态系统变化主要驱动因素是湿地造林与人类活动入侵;人居环境系统变化的主要驱动因素为人类用地需求的增涨。针对泸沽湖生态系统变化存在的问题提出了相应的规划建议。     

区域生态保护修复碳汇潜力评估方法与应用——基于第一批山水林田湖草生态保护修复工程的研究

山水林田湖草生态保护修复工程是生态系统恢复的有效措施，借助生态保护与修复提升生态系统固碳潜力，无疑是土地利用碳减排的新路径。基于山水林田湖草沙综合整治视角，从生态系统的格局和质量两个方面评估了第一批山水林田湖草生态保护修复工程的实施效果，并借助InVEST模型定量化地分析了工程实施前后的生态系统碳汇能力。结果如下：(1)山水林田湖草生态保护修复试点工程加速了各类生态系统间的相互转化，主要表现为城镇生态系统的增加、农田生态系统的减少；工程区植被覆盖度整体提高，NDVI值平均水平不断上升、高值区逐步扩大，劣质、低质生态系统改造成果显著，陆地生态系统质量有效提升。(2)试点区生态系统碳汇能力和潜力得到有效改善，工程累积增加碳汇面积22.68%,其中工程实施前期增加碳汇面积18.06%,中后期增加面积4.62%;工程实施后2018年碳汇总量增加32.74 Tg, 2020年碳汇总量增加31.28 Tg,年均碳汇潜力的提升约1.24%;工程在增加生态系统质与量、碳汇潜力的巩固与提升上具有显著成效。分析结果表明，生态保护修复是实现“双碳”目标的必然选项，这也是生态保护修复在实现“双碳”目标中的基本...     

不同植被覆盖对黑土微生物功能多样性的影响

为探讨黑土开垦前后土壤微生物代谢功能多样性差异,在海伦农业生态试验站长期定位试验区,采用Biolog方法研究了不同季节草地、农田和裸地等3个利用时间相同(21年)的生态系统土壤微生物功能多样性的动态变化.结果表明:在春季和夏季,土壤微生物平均颜色变化率(AWCD)和Shannon多样性指数均表现为草地最高,农田次之,裸地最低;在草地和农田生态系统中,土壤微生物代谢活性和功能多样性随季节变化趋势均为夏季升高,秋季降低;在裸地生态系统中,土壤微生物代谢活性和功能多样性随季节变化呈逐渐升高趋势;在草地、农田和裸地生态系统中,土壤微生物群落利用率较高的3类碳源是糖类、氨基酸类和羧酸类.     

1975-2015年宁夏生态系统格局宏观变化分析

以1975-2015年的Landsat MSS/TM/OLI影像为数据源,选用年均生态系统类型净变化率、生态系统类型转移矩阵及土地开发度综合指数对宁夏回族自治区近40年来生态系统格局宏观变化的幅度、速率、转换类型及人类活动扰动程度进行定量分析,揭示了宁夏生态系统时空变化过程及其区域分异性。研究结果表明：（1）宁夏农田和草地生态系统优势度较大,占比75%以上,且两者面积变化趋势呈负相关。近40年中,森林净增加了477.5 km²,人工表面净增加了884.6 km²,农田净增加了209.8 km²;草地净减少了115.5 km²,湿地净减少了69.4 km²,荒漠净减少了1387.0 km²。（2）生态系统变化转移矩阵表明每时段内大约有占宁夏总土地面积6%的生态系统面积发生变化,主要转换类型有农田和草地间相互转换、草地和荒漠转为农田及农田转为草地和人工表面。（3）人为活动对生态系统的干扰全区整体处于我国的中等水平,且呈增加趋势,其中北部是持续增强,且金凤区、西夏区和永宁县土地开发效果最为明显,中部是轻微减轻,南部是显著减轻,人类活动对宁夏北部和中部自然生态系统的扰动大于南部。     

国家级自然保护区生态系统格局十年变化(2000-2010年)评估

为揭示国家级自然保护区生态系统格局构成及变化状况,基于2000年和2010年319个国家级自然保护区生态系统类型与分布数据,根据生态系统类型转化及其转化幅度,考虑自然保护区各功能区的重要性,构建生态系统格局变化指数,分析国家级自然保护区生态系统格局动态变化。结果表明,国家级自然保护区草地生态系统面积最大,2000年和2010年分别占全国国家级自然保护区总面积的57.88%和57.74%,其次为荒漠生态系统,两期占比约17%,其他依次是湿地、森林、灌丛、农田、冰川/永久积雪、海洋、城镇等生态系统类型。2000-2010年,国家级自然保护区内森林、湿地面积明显增加,城镇有一定程度扩张,冰川/永久积雪略微减少。总体上,国家级自然保护区生态系统格局基本保持稳定,基本维持的保护区数量219个,占国家级自然保护区总数的68.65%,生态系统格局改善的保护区数量略多于退化的数量,10年来国家级自然保护区生态系统格局保护取得一定效果。国家级自然保护区生态系统格局在基本维持的基础上,表现出一定的地域不平衡性。生态系统改善的保护区多分布在秦岭、大巴山、大娄山、南岭一带,而东部省份、内蒙古高原、东北平原一带生态系统退化的保护区数量较多,主要是荒漠、内陆湿地和水域、野生动物、自然遗迹等类型自然保护区。最后,提出3点建议为提高国家级自然保护区管理水平提供参考。     

泡桐属(Paulownia)花粉形态学的初步研究

泡桐属(Paulownia)花粉,均为近球形,具3(拟)孔沟,外壁外层有清楚的异胞网状雕纹,沟界极区明显。这些共同特征,说明泡桐属是一个种间亲缘极近的自然的属;其萌发孔类型,可作为泡桐属归入玄参科的证据之一。通过花粉形态的比较,对兰考泡桐、宜昌泡桐和建始泡桐的分类地位,提出了论证。     

国土空间生态修复与保护空间识别——以北京市为例

构建国土空间修复与保护识别体系可以有效实现区域生态系统修复与保护,然而,当前国土空间生态修复与保护研究和规划缺乏从系统性和完整性的角度识别关键生态修复与保护区。因此构建了系统的生态修复与保护空间识别方法,以实现区域协调发展、保障区域生态安全。基于该方法,以北京市为例,通过评估生态系统服务、生态系统质量和生态问题,构建生态修复与保护空间格局。研究结果表明：(1) 2000—2015年生态系统服务和质量退化区主要集中在平原区和密云水库北部,面积为760.4 km~2;生态系统质量低下区主要分布在西南部山区和东北部山区,面积为4925 km~2;水土流失问题区零星分布在山区,面积为130.1 km~2;基于以上三者的北京生态修复建议区总面积5606 km~2。(2)建议北京生态保护区6391 km~2,主要分布在北部山区和西南部山区,保护了79.63%的水源涵养功能,74.97%的土壤保持功能,58.79%的洪水调蓄功能和60.3%的自然栖息地。本研究构建的生态修复与保护空间识别方法体系,为北京生态修复和保护规划与生态安全格局构建提供科学依据,还可以为其他地区的生态修复与保护规划提供参考。     

内蒙古土地利用变化对生态系统防风固沙功能的影响

土壤风蚀是内蒙古的严重环境问题之一。在对内蒙古2000年到2010年的土地利用变化特征进行分析的基础上,分析了内蒙古土地利用变化的主要特征,以RWEQ模型估算了内蒙古2000年和2010年的固沙物质量,采用空间统计分析评估了固沙功能对土地利用变化的响应,结果表明:(1)2000—2010年土地利用变化以城镇高速发展、草地和湿地面积锐减、林地灌丛有所恢复以及荒漠环境改善为主要特征。(2)2000—2010的十年间内蒙古固沙物质总量增长了17.75%,草地总面积虽有所降低,但是部分区域草地覆盖度的上升增强了草地固沙能力,而林地的固沙物质量则由于农田、草地改为林地的短期内地表保护力的下降而有所降低。(3)十年间农田退耕还草、荒漠环境的改善、草地质量提高等土地利用变化方式有益于生态环境质量的提高,使生态防风固沙功能得以增强,造成固沙物质量提高了约0.25亿t。(4)农田开垦、城镇发展、荒漠化发展、湿地萎缩以及草地的退化等土地利用变化会使生态环境质量降低,生态系统防风固沙功能下降,累计造成的固沙物质量的减少总量约为0.19亿t。从十年间综合来看,内蒙古的土地利用变化对区域固沙功能有一定的增强作用,但是尚存在城镇发展过快、草地湿地转化压力过大、草地退化、荒漠化对固沙功能的弱化问题,需要在今后的土地利用规划和管理工作中予以改进以进一步增强区域固沙功能,构建北方地区生态安全屏障。     

青藏高原地区生态资产核算研究——以西藏自治区山南市为例

生态资产是重要的自然资源资产,也是优质生态产品提供的基础,生态资产的变化趋势可作为衡量生态保护和恢复成效的重要指标。山南市拥有青藏高原地区各种生态资产类型,以山南市为例开展生态资产核算可为青藏高原地区生态资产评估与保护提供参考。以生态资产数量、质量和生态资产指数为主要指标,揭示山南市2000-2015年生态资产的变化趋势及影响因素。结果表明：（1）2015年山南市生态资产以草地和森林为主,分别占生态资产总面积的40.6%和35.8%;但质量不高,优、良等级比例仅占11.8%和12.0%;生态资产综合指数为38.26,草地、森林、灌丛和湿地生态资产指数分别为16.23、14.88、5.37和1.78;（2）2000-2015年,山南市生态资产面积总体变化不大,森林和荒漠生态资产分别增加50.2 km²和43.9 km²,但湿地、农田、草地、灌丛、冰川生态资产面积分别减少97.4、29.8、2.9、2.7、0.3 km²;生态资产质量明显提升,优级和良级生态资产增幅分别为40.5%和108.5%;生态资产指数增加了16.1%;（3）退耕还林还草等生态保护和修复政策、城镇扩张以及气候变化等是山南市生态资产变化的主要因素。     

基于生态系统服务视角的山水林田湖草生态保护与修复——以洞庭湖流域为例

山水林田湖草系统保护与修复的重要目标是维护和提升区域生态系统服务。基于山水林田湖草生命共同体理念,以维护和提升人类福祉所需的重要生态系统服务为目标,提出生态系统服务视角下的山水林田湖草系统治理框架,以实现流域生态系统整体保护、质量提升和格局优化。基于该框架,以洞庭湖流域为例,通过流域生态系统格局、生态系统质量状况分析、流域生态系统服务重要性评估和生态问题识别,构建流域生态安全格局,为实现可持续的山水林田湖草生命共同体提出系统保护与修复布局建议。通过洞庭湖流域的分析案例为流域山水林田湖草生态保护与修复重要区域的识别提供了可借鉴的指标和定量分析方法,为流域尺度构建生态安全格局、实现山水林田湖草系统保护和修复提供思路和途径。     

基于土地利用的博斯腾湖流域生态系统服务价值时空变化

探讨土地利用变化及其对生态服务功能价值影响，是促进流域生态环境保护和资源合理配置的重要理论依据和决策支持。采用改进的生态系统服务价值评估、热点分析等方法探究了博斯腾湖流域1995-2018年土地利用变化与生态系统服务价值时空（ESV）演变。结果表明：（1）流域旱地、建设用地面积持续增加；荒漠、草甸、湿地、水域、灌木面积呈现波动增长趋势；裸地、草原、冰川积雪、阔叶、针叶面积呈现波动下降趋势。（2）流域23年间ESV呈减小-增大-减小-增大的波动增大趋势，调节服务和支持服务构成流域ESV主体。水域、草甸和草原是流域ESV变化主要的贡献因子和敏感因子，其中水域和草甸为正向贡献因子；草原为负向贡献因子。（3）流域ESV总体空间分布呈"北偏高，南偏低"，唯一高值集聚区（博斯腾湖）点缀在低值区的格局，ESV南北空间差异明显；研究区年平均湿地和水域面积之和仅占总面积的3.61%，主导着整个流域生态系统服务价值的变化，是流域环境保护和生态建设的重心。（4）流域生态系统服务价值热点区域变化不大，冷点区域面积大且呈缩减趋势。流域北部的ESV空间演变较为显著，其原因是荒漠和裸地、草原和草甸等自然生态系统转换频繁。研究区南部的绿洲区的扩张使得局部冷点区转为次冷点区。     

基于生态系统评价的山水林田湖草生态保护与修复体系构建研究——以乌梁素海流域为例

山水林田湖草系统保护与修复工程实施的重要目标是维护和提升区域生态系统服务。从乌梁素海流域山水林田湖草的生态现状与功能出发,对乌梁素海流域水土流失、土地沙化等生态敏感性及土壤保持、水源涵养、生物多样性等生态功能重要性进行系统评价,形成基于生态敏感性和生态功能重要性相结合的空间格局评价结果。以维护和提升人类福祉所需的重要生态系统服务为目标,以乌梁素海流域生态敏感性和生态功能重要性相结合的空间格局评价结果为基础,制定了“一中心、二重点、六要素、七工程”的乌梁素海山水林田湖草生态保护与修复体系,并基于此将乌梁素海流域生态保护修复分为6个主要治理区域,形成“四区、一带、一网”的生态安全格局,通过具体工程实施,流域生态环境质量和生态服务能力将取得明显提升,防风固沙能力有效增强,生物多样性持续改善,水环境质量稳定达标,生态系统的稳定性明显加强。通过乌梁素海流域的分析案例为流域山水林田湖草生态保护与修复关键区域的识别提供了定量分析方法,为流域尺度构建生态安全格局、实现山水林田湖草系统保护和修复提供思路和途径。     

重点生态功能区农户对生态系统服务的感知——以甘南高原为例

农户作为重点生态功能区的主要经济活动主体,其对生态系统服务的感知直接影响着环境行为,这不仅关系到生态保护计划的执行效果,更关系到该区主体功能的发挥。以地处青藏高原东缘的甘南高原为例,基于入户调查数据,分析了农户对草地、森林、湿地、农田生态系统服务的感知,并运用多元线性回归模型分析了影响农户生态系统服务感知的关键因素。结果表明:(1)甘南高原农户对森林、草地、农田、湿地生态系统服务的多样化感知依次减弱,其中,半农半牧区农户对各类生态系统服务的多样化感知强于农牧区;(2)农户对森林、草地、农田、湿地生态系统服务重要性、可管理性、脆弱性、损害度的感知度依次降低,且不同区域农户的属性感知存在差异;(3)个体特征、家庭特征是影响农户生态系统服务多样化感知的重要因素,个体特征、家庭特征、环境政策是影响农户生态系统服务属性感知的重要因素。