区域生态系统重心指标的概念与应用

生态系统重心的变化可以反映生态系统整体的空间变化的特征和趋势,但是,目前生态系统重心这一指标只是简单作为指示社会经济变化的因子,或是作为辅助的角色用于探索生态景观格局的变化,其重要性一直未受到足够的重视。在阐述生态系统重心指标的概念及内涵,总结国内外有关重心应用研究成果的基础上,以川滇两省共同确立的泸沽湖生态保护区为例,运用重心理论分析了1990—2005年该流域生态系统重心的变化及影响因素。结果表明,泸沽湖流域农田、森林、草地、湿地和人居用地均具有相对独立且稳定的重心区间。相对来说,人居用地和农田重心的变化幅度明显大于其他用地,其重心均总体向东南方向偏移,不断靠近泸沽湖水体。2005年人居用地和农田重心均有所回撤,这主要是因为2003年泸沽湖景区进行调整,政策的强制干预导致其重心回撤。分析重心变化的影响因素发现,区域旅游业发展带来的人类干扰加剧及国家的生态保护政策主导重心变化。在总结前人研究和应用案例具体分析发现,由于重心理论假设区域背景为匀质平面,分析是基于二维空间进行,而不考虑海拔维度,这就限制了重心模型应用的深度和广度。但是在泸沽湖这样地形复杂多变的区域,地形因素在该区域生态系统变化过程中的作用不容忽视。因此,应尽快完善在垂直空间应用重心理论的研究方法并加强相关研究。     

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。     

闽三角城市群生态系统格局演变及其驱动机制

生态安全是城市群社会经济可持续发展的根本保障之一,然而目前城市群生态安全受到巨大的威胁。本文选取2000、2005、2010和2015年Landsat TM/ETM+OLI影像,提取闽三角城市群土地覆盖/生态系统类型数据并结合社会经济要素,从生态系统的面积变动、类型转移和空间格局三方面探讨其空间格局的演变特征与驱动机制。结果表明:2000—2015年,城镇生态系统面积呈正增长态势,森林和农田生态系统呈负增长态势,灌丛、湿地、草地和其他生态系统基本保持稳定,各生态系统面积占比顺序为森林农田城镇灌丛湿地草地其他生态系统;2000—2005年,各生态系统类型之间相互转移强度小;2005—2010年,生态系统相互转移强度大,城镇生态系统的转入量最大,其他生态系统转出量最大;2010—2015年,生态系统相互转移强度也较大,其他生态系统的转出量最大,森林生态系统的转入量最大;2000—2015年,森林生态系统不均匀分布于各区域,农田和城镇生态系统主要分布于中部和东部地区,湿地生态系统的分布与水系基本保持一致,草地、灌丛和其他生态系统分布相对零散,且其景观格局特征基本保持稳定,在斑块数量、斑块密度以及集聚化特征等方面均变化不大,但不同生态系统之间存在显著差异。2000—2015年,闽三角城市群生态系统的空间格局基本保持稳定,而不同生态系统呈现非均衡变化,不同时期各生态系统的转移强度有显著差异。经济与产业发展、城镇化和城市格局变化等对生态系统尤其是森林、农田和城镇生态系统的格局演变具有显著的驱动作用。     

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。     

贵州省生态系统服务价值时空演变及其对景观格局变化的响应

贵州省是我国生态文明试验区,也是世界上岩溶地貌发育最典型的地区之一,探明其生态系统服务价值变化及其与景观格局在空间上的相关性分布特征,有利于因地制宜地制定生态环境治理和保护措施。本研究分析了2005—2018年间贵州省景观格局和生态系统服务的时空变化,并构建二者之间的地理加权回归模型,探讨其相关系数在空间上的变化。结果表明: 2005—2018年间,贵州省景观类型的转移主要发生在建设用地、森林、水域、草地和农田5种景观之间,景观破碎度和多样性增加;生态系统服务价值逐年增长,森林是贵州省生态系统服务价值的主要贡献者,生态系统服务以调节服务为主;对于高价值景观类型而言,多样性提升和破碎度降低有利于生态系统服务价值增长;而在低价值景观类型集中的区域,则呈现出相反的影响效果。应根据贵州省不同区域的生态环境特征,调整景观转移方向和不同景观类型的多样性和破碎度空间分布,从而实现生态系统服务价值增长。     

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。     

鄂尔多斯市生态系统格局和质量变化及驱动力

生态系统变化是生态问题产生的主要驱动力之一,研究生态系统格局与质量变化对于认识人类活动与生态系统关系具有重要意义。鄂尔多斯市能源资源丰富,但生态环境脆弱,2000年以来,鄂尔多斯市在大规模开发能源的同时,也在不断加强生态环境的保护,而研究鄂尔多斯市生态系统格局与质量演变过程,对认识生态脆弱区发展与保护的关系有重要价值。应用遥感数据和GIS技术,评估了鄂尔多斯市生态系统类型与格局、生态系统质量的特征,以及2000年以来的时空变化趋势,分析了导致鄂尔多斯市生态系统格局与质量变化的驱动力因素。结果表明:(1)鄂尔多斯市的草地、荒漠裸地和农田为主要生态系统类型,分别占2010年市域面积的64.46%、21.34%与5.93%。(2)鄂尔多斯市城镇、灌丛、森林面积有所增加,草地、湿地、农田、荒漠裸地面积有所下降。城镇面积增幅最大,相对变化率增加33.37%,草地面积降幅最大,相对变化率减少0.78%,变化主要集中在中部、东北部。(3)鄂尔多斯市生态系统质量整体偏低,低等级与差等级的生态系统面积比例高达98.91%。全市的生态系统质量没有明显改善,其中生态系统质量有不同程度改善的面积为15.84%,质量降低的面积比例为15.29%。(4)生态系统格局与质量变化的主要驱动力有城市扩张、农田开垦、退耕还林(草湿)、生态保护、矿山开采等,鄂尔多斯市生态系统质量与降水、退耕还草工程、道路密度、温度、GDP1、放牧因子相关性显著。     

土地利用变化对生态系统服务功能的影响——以密云水库流域为例

生态系统服务功能与人类福利息息相关,土地利用变化是生态系统服务功能退化的主要驱动力之一,以人地关系紧张,生态系统服务功能变化剧烈的密云水库流域为对象,分析流域1990-2009年土地利用的变化,采用空间显式的生态系统服务功能评估软件InVEST中的“产水量”、“土壤保持”、“水质净化”模型,研究流域土地利用变化对生态系统服务功能的影响.结果表明1990-2009年密云水库流域土地利用变化剧烈,农田、草地和水体的面积分别减少了30％、48％、61％,林地、建筑用地和裸地的面积增加,增幅分别为30％、230％、282％.随着土地利用变化,生态系统服务功能相应产生着显著变化,研究期内,土壤保持功能和固碳服务分别增加46％和19％,但水资源供给服务和水质净化功能分别减少了3％和25％.农田面积的减少和森林的扩张改善了土壤保持服务,森林面积的增加同时也改善了固碳服务,但会削弱水资源供给服务,建筑用地的扩张会大幅度削弱水质净化功能,为维持和改善流域整体的生态系统服务功能,应加强对森林和建筑用地的控制.其研究为密云水库流域土地利用科学管理决策提供参考.     

土地利用变化对区域碳源汇的影响研究进展

土地利用变化对陆地生态系统碳循环有着重要的影响,既可能成为碳源,也可能是碳汇。在国内外相关研究的基础上,综述了土地利用变化对全球及区域尺度上森林、草地和农业生态系统碳循环的影响。全球范围内,森林砍伐后向草地和农田的转化发挥碳源的作用,在毁林碳排放中占主导地位,其中热带地区森林转变为农田和草场的碳排放均高于温带和北方森林。另一方面,土地利用变化可促进森林的碳贮存,如退耕还林、改善森林管理等。各区域森林生态系统通过土地利用变化贮存碳的潜力存在显著差别,热带湿润和半湿润地区具有较大的碳汇潜力,而干旱地区减少碳排放的空间相对较少。开垦活动是影响草地生态系统碳储存最主要的人类活动,草地转变为农田伴随着土壤碳的流失。森林或草场转变为农田的过程伴随着植被和土壤碳储量的减少,生态系统碳储量降低,因此它是一个碳排放的过程。伴随着城市的扩张,农田向建设用地的转化也是一个碳排放的过程。当前评估土地利用变化影响的研究方法主要有遥感观测和遥感模型、统计估算、生态系统模型以及土地利用与生态系统模型的耦合。研究方法得到不断地完善和改进的同时,还存在着一些不确定性,因此需要建立统一的观测统计方法,降低数据中的不确定性;完善土地利用与生态系统模型的耦合研究;建立多尺度土地利用变化及生态系统综合技术方法体系;开展碳减排目标下土地利用最优化布局研究。     

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。     

不同管理主体对泸沽湖流域生态系统影响的比较分析

行政边界将自然生态系统从主观上切割为可供管理的空间单元,而人类介入一个相对完整的生态系统,会从根本上影响生态系统的格局和生态学过程,这种影响对流域生态系统更为显著。以我国西南川滇两省交界处的泸沽湖流域生态系统为例,运用对比分析法,先从不同行政尺度定性比较了流域两侧生态系统管理主体在自然、社会、经济子系统方面的差异性。再采用遥感与地理信息系统变化监测技术,定量分析流域省界两侧土地利用类型、林分结构、归一化植被指数、生态系统服务功能等关键要素上的差异,形成对流域省界两侧生态系统功能的差异性的全面认识,从而对产生生态系统功能差异的驱动力进行了分析。最后,以此为基础,有针对性的提出了泸沽湖流域综合管理的对策,以实现泸沽湖流域生态系统的可持续发展。     

重点脆弱生态区生态恢复的综合效益评估

全球变化和人类活动的剧烈影响导致对人类福祉至关重要的生态系统功能和服务的改变,生态系统退化已成为全球面临的严重问题之一。综合评价生态恢复效益是目前衡量恢复工程实施效果的重要途径。以中国重点脆弱生态区为研究对象,选取产水、土壤保持、食物供给、固碳4项服务,构建研究区生态恢复综合效益评估指标体系,并通过Welch T方法检验恢复显著和不显著区生态系统服务指标,对比分析研究区生态恢复综合效益的变化情况。结果表明:2000年到2015年,生态恢复工程的实施使脆弱区生态系统服务整体增长20.86%;综合效益由波动变化转为稳定,并稳定在其均值0.55附近,其中喀斯特区综合效益最高,达0.75以上;生态系统类型变化主要是农田、森林、草地和聚落生态系统之间的转移,森林和草地生态系统的增加使得生态系统服务水平升高;T检验的结果表明生态恢复带来综合效益的改善和生态系统服务能力的提高。     

基于GIS的鄱阳湖流域生态系统服务价值结构变化研究

鄱阳湖作为中国最大的淡水湖,国际重要湿地,其生态环境保护与可持续发展意义重大。基于生态系统服务价值分析方法,以鄱阳湖全流域为研究区,利用1990年、2000年、2008年3个时期数据,分别从全流域与子区域两个层次,计算了生态系统服务价值。并且基于威弗(Weaver)组合指数,求出了鄱阳湖各子流域的生态系统服务价值结构与坡度结构类型。分析表明,鄱阳湖流域在3个时期生态系统服务价值量持续增大,全流域的可持续性向有利的方向发展。在各子区域中,大部分区域生态系统服务价值较高,可持续发展水平较好,且呈现良性发展趋势,但是在鄱阳湖流域的中部地区生态系统服务价值较低,可持续发展水平较差,且呈现不良发展趋势。鄱阳湖流域的生态系统服务价值组合结构以林地、农用地、水体3类为主,且单重结构类型所占比例最大,双重结构类型与三重结构类型次之;坡度类型以小于15°的组合类型为主,结构类型除三重结构类型外,其它类型分布均较多。促进流域可持续发展向更高水平发展,在全流域角度,应该继续执行退耕还林、还湖工程,严格控制建设用地的增加;从子区域的角度,对鄱阳湖流域的中部地区应该控制建设用地与农用地对林地、草地的占用,严格执行退耕还林、还草工程。从生态系统服务价值结构角度,对于山地丘陵区,应该加大对生态环境的维护,并且合理的发展林业经济以促进经济发展;对于环鄱阳湖平原区,应该推进资源消耗少,污染排放小,高科技产业,促进湖区生态环境保护与社会经济的协调发展。     

晋西北生态脆弱区土地利用动态变化及驱动力

基于遥感和GIS技术,结合相关统计资料,以典型生态脆弱区晋西北为研究对象,利用获取的1980、1990、2000及2010年4期土地利用信息,对该区1980—2010年的土地利用动态变化特征及驱动因素进行分析.结果表明： 1980—2010年,研究区土地利用结构发生了明显变化,耕地面积持续减少,草地和林地面积分别经历了增-减-增和减-增-减的过程,工矿居民地面积持续增加,水域和未利用地面积持续减少.耕地主要流向草地和林地;工矿居民地的增加主要以耕地面积的减少为代价;减少的水域面积转为草地和耕地;未利用地的持续减少则是由于生态工程实施和城市扩张占用所致.2000年之前,研究区总体土地利用变化程度高于后期;单一土地利用动态度的变化,以工矿居民地、未利用地及林地和草地的变化程度较剧烈.驱动力分析表明,人口增加和经济发展共同驱动了区域耕地和工矿居民地的演变;多个林业生态工程的实施是驱动林草面积变化的主要对策因素;干旱化加剧的气候特征是水域面积持续减少及林地恢复较慢的主要驱动因素.     

2000—2010年我国重点生态功能区生态系统变化状况

分析了2000—2010年我国水源涵养型、水土保持型、防风固沙型、生物多样性维护型重点生态功能区的生态系统结构、质量与核心服务的变化.结果表明: 近11年来,水源涵养型重点生态功能区的森林、草地面积减少,水体与湿的面积增加,森林、草地、湿地生态系统水源涵养总量增加了2.9%,该类区域需要遏制森林、草地的减少趋势.水土保持型重点生态功能区的农田面积减少,而森林、草地、水体与湿地的面积增加,土壤侵蚀总量减少了28.2%,生态系统土壤保持总量增加了38.1%.防风固沙型重点生态功能区的农田、森林面积增加,草地、水体与湿地的面积减少,单位面积土壤风蚀量下降,单位面积防风固沙服务量有所提升,该类区域多位于干旱半干旱区,需要减少农田面积,优先保护原有生态系统.生物多样性维护型重点生态功能区的草地、荒漠面积减少,其他类型的面积有所增加,人类扰动呈现微弱的上升趋势,该类区域需要减少人类干扰.重点生态功能区应该针对核心服务和保护目标,分类分区开展生态系统保护、改善及其效果的定量综合评估.     

生态-经济发展情景下内蒙古宏观生态系统模拟与分析

内蒙古自治区是我国北方面积最大、种类最全的生态功能区，是我国北方的重要生态屏障，其宏观生态系统状况不仅关系民众生存和生计，而且关系华北、东北、西北乃至全国的生态安全。构建了1990、2000及2015年3期宏观生态系统格局与影响因子数据集；融合区域生态系统发展规划，设置了基准、生态-经济协同发展和生态-经济权衡发展三种情景；应用土地利用均衡分析模型，模拟了3种情景下2025年及2035年内蒙古六大类生态系统结构与空间格局变化。结果表明：在延续历史发展趋势的基准情景和注重经济发展的生态-经济权衡发展情景下，草地和农田生态系统在2035年均无法恢复至2000年的水平，宏观生态系统结构难以达到规划目标；在注重生态保育的生态-经济协同发展情景下，草地、森林与湿地生态系统面积增长较大，符合内蒙古构建中国北方生态屏障的战略定位。从空间上看，农田生态系统面积的减少主要集中在农牧交错带地区，该区域的退耕还草构成了草地生态系统增加的主要来源；草地生态系统面积扩张还分布在近十年来发生草地退化的区域，这与近年来通过实施"京津风沙源治理"、"草原奖补政策"等生态工程建设后内蒙古自治区原有退化的草地生态系统在逐渐恢复的趋势相吻合；森林生态系统面积增加主要集中分布在大兴安岭等几个植被恢复地；城市生态系统主要以原有城镇居民点为中心，在其周边区域呈扩散式增长，特别是在采矿场、工业用地、交通沿线附近城镇面积增加较为显著；荒漠生态系统的缩减主要发生在与其它生态系统的交界处，这与开发利用的便利性、原有生态系统的可开发潜力等密切相关。研究表明，生态-经济发展情景下的宏观生态系统的空间显性模拟是区域国土空间规划和可持续发展的重要科学依据。