海南岛生态环境质量时空变化及其对气候变化与人类活动的响应

海南岛是气候变化敏感区以及生态环境脆弱区。近几十年气候变化和人类活动深刻地影响着海南岛的生态环境质量。然而,针对海南生态环境质量时空演变及其对气候变化与人类活动响应的规律还不清晰,理解这些规律对实现海南岛可持续发展目标具有重要意义。基于多源遥感数据,利用改进的遥感生态环境指数(MRSEI)探究了海南岛1992—2015年生态环境质量时空变化特征以及其对气候变化以及人类活动的响应,并利用像元尺度的多元回归法对比了气候变化与人类活动对生态环境质量变化的贡献。结果表明：(1)MRSEI指数适用于大区域,可用于本研究中的海南岛生态环境质量评价;(2)近24年,海南岛生态环境质量呈现波动上升的趋势,且在所有土地利用类型中,林地的MRSEI最高,多年平均值达到0.812;(3)MRSEI与气温、降雨呈现出显著正相关关系,与以夜间灯光表征的人类活动在沿海以及各市县的主城区呈现显著负相关关系;(4)气候变化在MRSEI演变中的贡献整体要高于人类活动影响。为海南中国特色自由贸易港建设中生态环境与经济社会协同发展研判提供科学的定量支撑,并为制定相应的政策提供依据。     

转型期城市生态学前沿研究进展

城市是一类以人类活动为中心听社会－经济－自然复合生态系统。城市人类活动对局地、区域和全球环境的胁迫效应,自然生态系统的响应机制,城市时、空、量、构、序的耦合规律、动力学机制和控制论方法是当前国际社会和学术界关注的热点。介绍了转型期城市人类生态影响研究的一些主要国际科学计划,如ＳＣＯＰＥ及ＩＨＤＰ等,综述了城市生态学研究三大前沿领域的国际研究动向和案例,即人居生态学、产业生态学和城镇生命支持系统生态     

基于熵权的北京城市生态系统健康模糊综合评价

采用基于熵权的模糊数学评价方法,借助于相对隶属度的概念评价了北京城市生态系统在某一特定时间内(1996~2003年)的相对健康状态。方法避免了主观判断城市生态系统健康标准的不确定性。评价结果表明:(1)1996~2003年,北京市相对健康状态整体呈上升趋势,最优年为2003年,最差年为1996年;(2)按照最大隶属度原则,人类健康要素的最大隶属度0.967(2002),生物群落的最大隶属度1.000(2003),社会的最大隶属度1.000(2003),经济的最大隶属度0.938(2003),人工环境的最大隶属度1.000(2003),自然环境的最大隶属度0.795(1998),自然与社会经济的相互作用的最大隶属度0.916(2002),对区域的影响的最大隶属度1.000(1996)。各评价要素的最大隶属度主要集中于2003年,其概率为37.5%。     

基于生物物理视角的城市生态竞争力

研究城市的生命支持系统、系统解析城市运行的生物物理代谢过程是深入揭示现代城市"病"产生机理与作用规律的新视角.借助生态能量学方法之一 --能值方法对城市生态经济系统进行了系统分析,并构建了综合性城市生态竞争力指数UECCI,将之应用于北京、上海和广州3个案例城市1990年到2005年的评价中.同时,引入并整合台北(1991和1998年)和澳门(1990、1993、1995、1997、2000、2003和2004年)的能值分析结果进行参照对比.结果显示:研究期内3个案例城市生态经济系统的演化趋势呈现很好的一致性,但广州的UECCI一直高于北京和上海,广州城市生态经济系统在可持续发展的长远尺度上似乎更具有生态竞争力;与台北与澳门的进一步比较发现,尽管中国大陆城市经济发展程度不及台北与澳门,其UECCI总体上却高于台北和澳门.     

污染足迹及其在区域水污染压力评估中的应用——以太湖流域上游湖州市为例

传统生态足迹理论虽然在可持续发展评价等方面得到了广泛的应用,但却仍然无法全面衡量人类活动对生态系统造成的各种影响。其无法全面评估人类活动的根源在于,土地功能排他性假设限制了其对利用生态系统非生物生产性产品和服务的人类活动的衡量。为了摆脱传统生态足迹理论的局限性,建议承认土地功能多样性的客观事实,将生态足迹构建于多种生态系统服务功能之上。针对传统生态足迹对定义中废弃物吸纳的考虑不足,提出了基于污染物吸纳功能的生态足迹,即污染足迹。污染足迹不是对传统生态足迹中能源足迹的简单置换,而是能够囊括人类活动产生的大部分污染物,并可以根据不同的污染物类别或类型进一步细化的足迹类型。构建了太湖流域有机物、氮和磷污染足迹模型,并利用该模型对流域上游湖州市的水污染压力进行了综合评估。结果表明:(1)2007年湖州市污染足迹为39948.73 hm²,东部平原地区污染足迹较大,西部丘陵地区污染足迹相对较小;(2)湖州市人类活动排放的氮磷污染物对水域空间的生态占用已经远远超过了有机污染物;(3)2007年湖州市污染承载力为20896.00 hm²,污染赤字为19052.73 hm²,人类排污活动俨然超出了当地水域的承载能力;(4)2007年湖州市污染压力指数为1.91,当地水环境总体上处于轻度接近中度污染压力;(5)湖州市水污染压力较大的地区,区域内人类活动的维持建立在区域水环境质量恶化或污染物向下游输移的基础之上。     

基于土地利用格局变化的北京市生境质量时空演变研究

城市生境质量对生物多样性保护有至关重要的作用,以北京市为例分析2000—2015年北京市不同土地利用类型的空间分布特征和不同区域之间的差异,并借助In VEST-Habitat Quality模型评估了北京市4个时期(2000年、2005年、2010年和2015年)、4个区域(首都功能核心区、城市发展新区、城市功能拓展区、生态涵养发展区)的生境退化程度和生境质量变化情况。结果表明:(1)从2000年到2015年,建设用地增加了近40%,耕地、湿地是其快速扩张的主要来源,城市发展新区的建设用地增加了60%;(2)主要的生态用地(林地、草地、湿地)所占比例总体增加了5.71%,但是总体景观结构异质性减弱,斑块破碎化程度加大;(3)生境质量总体下降了2%,表现出明显的区域差异,首都功能核心区和生态涵养发展区的生境质量总值逐渐升高;生境退化度逐渐增加,最严重的区域在城市功能拓展区以及平原-山区交界地带。对区域生态服务价值评估的有益探索,为今后进一步城市景观格局的构建和优化提供依据和参考。     

追踪物种丧失•聚焦生态超载•共享一个地球——《2006地球生命力报告》解读

世界自然基金会和环球足迹网络等2006年10月在中国北京联合发布《2006地球生命力报告》,用生命地球指数和生态足迹两个主要指标描绘了全球生物多样性的变化状态和人类所面临的环境压力。报告显示：生命地球指数1970~2003年总体下降约三分之一,其中陆栖指数减少约31％、海洋指数减少约27％、淡水指数减少约30％,生物多样性正快速持续地遭到损失;自1961年人类的生态足迹不断增加,1987年转入生态赤字下运行,此后生态超载不断加剧,2003年生态赤字达25.28％;化石燃料足迹增长最快,2003年几乎占到一半,达到48%;阿联酋、美国、加拿大等国家人均足迹最大,阿富汗最小,中国排名69位;北美、欧盟、中东和中亚、亚太区处于生态超载状态,非欧联盟、拉丁美洲和加勒比海地区、非洲处于生态盈余;过去40多年,人均足迹高收入国家增长2倍多,2003年达6.5 gha,低收入国家一直在0.8 gha以下徘徊,中收入国家也从未超过2.0 gha。地球的经济怎样才可能在过度消耗中持续发展？3种预测情景也许会让我们走出生态超载的困境、走向可持续发展,共享“一个地球生活”的美好未来。整篇报告可以概括为4个主题：追踪物种丧失、聚焦生态超载、3种情景预测、一个地球生活。     

地球的生态负债与人类的可持续发展挑战——WWF《生命行星报告2006》分析

世界自然基金会(WWF)<生命行星报告2006>的最新数据(2003 年)显示,从1961 年以来,人类的"生态足迹"已经增长了3倍.目前的生态足迹已经超出地球自身再生能力的25%.报告中的"生命行星指数"(LPI)显示出自1970年来脊椎动物的数量减少了大约1/3,生物多样性正快速持续地遭到损失.影响 "生态足迹"的最主要因素是生产和使用能源的方式.如生命行星指数所示那样,人类对释放CO2的燃料的需求在不断增长.这些影响气候变化的污染气体占到了生态足迹的48%.将生态足迹与"人类发展指数"(HDI)进行对比发现,目前全球的发展还在继续背离可持续发展之路,人类发展的代内不公平、代际不公平还在加剧,人类向可持续发展的转变之路仍遥远而漫长.     

煤炭资源型城市生态安全评价——以锡林浩特市为例

煤炭资源型城市生态安全评价能够协调人口、资源和环境之间的矛盾,保障城市可持续发展。基于PSR模型,以煤炭资源型城市锡林浩特市为研究区域,从生态环境和社会经济方面共选取了33个指标因子,构建了煤炭资源型城市的生态安全评价指标体系,运用熵权TOPSIS法进行了城市生态安全综合评价,并通过障碍度模型对城市生态安全的主要障碍因子进行了研究。研究结果表明:(1)2008—2017年锡林浩特市生态安全水平总体呈缓慢上升趋势。生态安全综合评价指数从0.464上升到0.553,安全等级由较不安全转为临界安全状态;(2)10年间PSR三大指数表现出不同变化特征。压力指数呈下降后上升再小幅下降的变化趋势,状态指数呈波动上升趋势,响应指数呈快速上升趋势;(3)子系统的障碍度分析表明压力系统的障碍度最大,是影响煤炭资源型城市生态安全的首要因素。子系统的障碍度变化趋势表现为:压力系统和状态系统的障碍度均不同程度增大,响应系统的障碍度越来越小;(4)单项指标的障碍度分析表明影响该资源型城市生态安全的主要障碍因子集中在压力系统和状态系统,10年间最大障碍因子经历了从城镇化率到矿区面积的演变。     

城市生态空间演变规律及调控机制——以南京市为例

长三角地区自20世纪90年代后期以来,大城市向外扩张及郊区城市化作用共同推动城市空间的加速扩展,在政府干预下,生产、生活性用地与生态性用地间表现出复杂的双向流动特征. 鉴于生态性用地在城市生态系统中的服务功能,以及人文因素在解释城市土地利用/土地覆盖变化中的重要意义,有必要针对人类干预下的城市生态性用地时空和质量演化过程进行系统研究.利用1986、1996、2002年TM影像解译的南京市土地利用数据,研究南京市城生态空间数量增减和质量变化,从经济发展阶段、宏观政策环境和城市扩展规律等方面分析变化的驱动力,揭示政府干预下生态空间的结构和功能演变规律,并提出生态空间保护对策.结果表明:(1)研究期内生态空间面积总体保持平衡,其中绿色空间有所增长,蓝色空间有所下降;(2)生态空间的服务功能下降,景观格局上总体呈现破碎化、人工化趋势;(3)空间分布上,城市扩展前缘的主城区生态空间数量和质量下降严重,而属于城乡交错地区的都市发展区在退耕还林和农业经济结构变化等影响下生态空间数量有所上升,水面及洲滩湿地等高生态服务价值生态空间消失或蚕食,造成生态服务功能下降.研究发现,简单的面积指数难以控制生态空间的服务功能下降,生态空间保护必须依靠政府的多方面干预和调控行为.研究可为政府决策提供科学依据,丰富城市生态安全的空间策略研究内容.     

北京市景观格局演变及其对多种生态系统服务的影响

景观格局是人与自然共同作用的结果,深刻影响着区域的生态系统服务及可持续发展。以高度城市化地区——北京市为案例,选取了粮食生产、水质净化、空气净化、气体调节、生境质量以及休闲娱乐6项重要生态系统服务,采用InVEST （Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）、ROS （Recreation Opportunity Spectrum）等模型定量评估了1980-2018年生态系统服务时空分布。通过对北京市景观组成与景观配置指数进行定量分析,进一步探索了景观格局演变对生态系统服务的影响。结果表明：（1）北京市1980-2018年建设用地扩张了120%,建设用地扩张是耕地面积减少的主要原因。景观格局总体上趋于破碎化,斑块形状复杂化,斑块异质性增加;（2）时间上,北京市1980-2018年粮食生产、水质净化、气体调节、生境质量、休闲娱乐5项生态系统服务均呈现下降趋势;空间上,粮食生产呈现东南部较高,西北部较低的分布特征,其余生态系统服务均呈现西北部较高,东南部较低,市中心最低的分布特征;（3）景观水平上,林地、建设用地等景观组成变化对生态系统服务影响最为显著。破碎化指数、多样性指数等景观配置指数对生态系统服务影响最为显著;类型水平上,平均斑块面积、斑块聚集度对生态系统服务影响相对最为显著。总体来讲,通过分析景观格局演变如何影响生态系统服务,为如何通过设计和优化景观格局来提升生态系统服务提供了定量依据,从而为促进区域的景观可持续规划提供理论依据和案例参考。     

Spatio-temporal assessment of urbanization impacts on ecosystem services: Case study of Nanjing City,China

Rapid urbanization is a global phenomenon that has altered many ecosystems, causing a decline in many ecosystem services, generating ecological risks such as water shortages, air pollution, and soil pollution. Here, we present a conceptual framework quantifying how urbanization influences the ecosystem services in a typical city (Nanjing) of China. Between 2000 and 2010, we separated the city into three urbanization categories (developing urban, developed urban, and rural areas) and quantified the status of six critical ecosystem services (food supply, carbon sequestration, soil water storage, air pollution removal, habitat suitability, and recreation potential). Our results show that urbanization significantly impacted all ecosystem services, with detected changes in ecosystem services being spatially heterogeneous due to urban expansion and population mobility. Developed areas contained greater amounts of green infrastructure, which improved carbon storage and reduced air pollution. In contrast, the rapid expansion of urban and industrial land in developing urban areas led to lower food supply, carbon sequestration, soil water storage, and habitat suitability. The expansion of rural residential areas led to lower soil water storage, carbon sequestration, and food supply, while greater amounts of abandoned cropland resulted in increased carbon sequestration, but decreased food supply in rural areas. Analysis of the interactions between pairs of ecosystem services identified urbanization development problems, including abandoned cropland and the expansion of rural residential land. Lastly, we proposed four key urban planning measures to mitigate the loss of ecosystem services during rapid urbanization. Acquiring quantitative knowledge about how rapid urbanization drives changes to ecosystem changes may help guide sustainable urban planning with respect to ecosystem service use, urban development, and human welfare benefits.     

城市化过程中北京市人口时空演变对生态系统质量的影响

应用第五、第六次人口普查和MODIS-NDVI遥感数据,从城市、区/县和街道/乡镇3个尺度,分析了2000—2010年北京市人口时空演变特征及其对区域生态系统质量的影响.结果表明: 研究期间,北京市总人口增长了43.9%,人口空间分布形成了明显的圈层特征,呈现向近郊转移聚集的趋势;北京市的年最大归一化植被指数(NDVI)呈增加趋势,在5～6环之间却显著降低.城区和远郊区的NDVI变化趋势与人口密度变化率呈显著负相关.城市化带来的人口数量增加不仅没有导致北京整体生态系统质量下降,反而通过城市功能调整和农民进城务工人口转移等方式,提高了城区和远郊区的生态系统质量.不同的功能定位和发展机制是影响北京市人口时空格局变化及其生态影响的主要原因.     

基于供需平衡的北京地区水生态服务功能评价

水生态系统的服务功能受到人类活动的严重胁迫和剧烈影响,对水生态服务功能的人类占用和胁迫效应进行研究具有重要意义.本文采用水当量方法,计算了1998-2007年北京地区人类活动对水生态服务功能的占用当量,并结合水资源供给量评价了人类活动对水生态系统的胁迫效应.结果表明：1）北京地区近10年人类活动的水当量超过其供给量的5～17倍;2）不同生态服务功能类型的水当量排序为：水环境净化>水资源供应>水生境维持>水安全调蓄;3）在时间序列上,水当量超过供给量的倍数呈先升后降的趋势,1999年的占用量超过其供给量的倍数最大.该研究揭示了北京地区人类活动对水生态系统服务的占用量远超过其可供给量,造成该地区水资源的过度占用,进而占用和影响其他地区的水生态服务功能.     

城市复合生态系统中互动关系的测度与评价

基于城市复合生态系统原理和城市代谢功能,构建了城市系统互动分析指标体系。应用因子分析法、层次分析法及所建立的量化模型,对城市复合生态系统中的不同变量之间的相关性和协调性进行度量。并以中国北京、上海、广州、天津、重庆和深圳等六大城市为例,对其可持续发展进程进行横向比较。结果表明,六大城市发展度由大到小的顺序是:上海、深圳、广州、天津、北京、重庆;协调度由好到坏的排序是:重庆、上海、广州、北京、天津、深圳;循环度由好到坏的排序是:深圳、上海、天津、北京、广州、重庆;从可持续发展度看,建设和实现可持续发展城市或生态城市的先后顺序大致为:上海、深圳、广州、重庆、天津、北京。说明城市可持续发展的关键取决于社会经济活动压力源的削减、自然生态环境的保育以及城市代谢功能的增强。     

基于生态绿当量的城市土地利用结构优化——以宁国市为例

基于生态绿当量的概念,探讨了城市生态用地合理性的生态标准,构建了土地利用结构优化模型。并在此基础上,以安徽省宁国市为例对该研究区不同空间范围下生态用地的结构及其优化方法进行实例分析。分析结果表明:宁国市域和城乡结合部均达到最佳绿地覆盖率的要求,而城区综合绿当量仅为0.66,需要进行用地调整。市域、城乡结合部和城区3个空间范围下的绿容率(GPR)分别为:4.89、4.22和2.77,可见城区绿化结构简单,树种单一,乔木和水体景观缺乏。同时,城区人口密集,但绿地生态系统服务功能较低,人均绿地率(ELP)仅为41.7 hm²/人。由此提出宁国市城区土地利用结构的优化调整方案,通过整个城市中心增绿、外围拓展;路林结合,蓝、绿交融,城乡一体,构筑内外环抱的多功能、多效益、完整的城市发展生态网架,保障城市长远的生态安全,促进良好的城市生态环境的形成。     

基于熵理论的城市生态系统服务流定量评估——以北京市为例

量化评价生态系统的服务功能是合理开发生态资源、实现可持续发展的重要前提.生态系统服务流能够为生态系统服务功能的量化评估提供解决方案.本文以四大生态系统服务类型为框架,构建了城市生态系统服务流评估体系;将生态系统服务流重新分类,引入熵理论,对指标及系统无序度、发展演变方向进行定量评价;并以北京市为研究对象,选择24个因子开展案例研究.结果表明:2004—2015年间,北京城市生态系统服务总熵值为0.794,总熵流为-0.024,系统无序度较大,濒临非健康状态;系统熵值3次取得极值,3个变化周期内系统熵值的年平均变化幅度逐渐增大,说明人为活动对城市生态系统干预强度增大;2007年熵流达到最小值,生态环境质量最高;北京市常住人口总数与城市生态系统熵流拟合函数的决定系数为0.921,说明人口数量与城市生态环境状态有很强的相关性.     

城市生态系统承载力理论与评价方法

城市作为一个复杂的人工生态系统,其承载力的意义与生态学中的种群承载力意义有了很大差别。定义了城市生态系统承载力,强调其对维系城市生态系统健康的能动性特征,并在比较生物免疫力与城市生态系统承载力的相似性的基础上,构建了“城市生态系统承载力免疫学模型”作为其理论模型。在理论模型基础上设计其计量模型,分为天然承载力和获得性承载力两部分。并通过承载力与压力的相对变化趋势表达城市生态系统维系其健康水平的能力。以广州市为例,计算了广州市城市生态系统承载力与压力,获得二者的动态关系。结果表明,自1992年以来,广州市基本上处于一种经济发展与城市生态系统支持力同步发展的良性状态,所采取的发展模式具有可持续性     

农户生计与生态系统服务关系的区域差异及驱动机制——以密云水库上游流域为例

深入揭示生态系统与农户福祉之间的关系,对实现农户差异化管理及区域可持续发展具有重要意义。本研究以密云水库上游流域(包括北京市和河北省的部分区域)为研究区域,基于1754份农户调查问卷数据,通过统计计量方法对比分析了流域内北京市、河北省农户福祉水平(以家庭总收入表示)与生态系统服务依赖性(以生态系统依赖性指数表示)的关系。结果表明: 流域内京冀农户生计与生态系统的互作模式均可分为4类,但京冀两地不同模式占比差异较大。北京农户样本中,占比最高的是高福祉-低依赖模式(33.9%),农户人均年收入显著高于河北农户,农户的各项生计资本也较河北省农户高;河北农户中,不提倡的低福祉-高依赖模式仍占比39.1%,对提升农户福祉水平至关重要的人力资本素质、社会资本、金融资本等均显著低于北京农户;河北农户主要依赖农业生产收入(41.2%),对土地的开发利用程度显著较高;相对于北京农户,河北农户的自然资源条件、人力资本素质对农户生计的影响更加显著。保持适当家庭规模、不断提高劳动力教育水平、提高低收入家庭的生态补偿标准是形成农户与生态系统良好互动关系(高福祉-低依赖型)的关键因素。