1975—2018年南四湖流域景观生态风险时空变化及其驱动因素研究

研究区域的景观生态风险变化趋势及其驱动因素,可以更加科学地保护和开发流域生态系统。以南四湖流域1975—2018年9期土地利用数据为基础,借助ArcGIS 10.2和Fragstats 4.2等软件计算景观生态指数,并构建景观生态风险评估模型,通过空间自相关性分析,探究南四湖流域自改革开放40年来生态风险的时空变化,并用地理探测器定量研究驱动因子的贡献量。研究结果表明:流域最大斑块指数不断减小,景观破碎化加剧,且与景观生态风险指数呈正相关;而平均分维数、香浓多样性和香浓均匀度与生态风险指数呈负相关。在空间上,生态风险指数具有较强集聚性,东部草地和林地区域主要是高值区,湖区北部以及西部耕地和建设用地则主要是低值区;总体上,研究区大部分为低风险和较低风险区,且生态风险平均值不断降低;地理探测器分析表明,海拔和人为干扰度因子贡献量在35%以上,对生态风险有显著的解释力。据此,以后应减少人类行为对南四湖流域生态系统的干预,降低流域的景观生态风险,实现经济、社会和生态的可持续发展。     

露天矿区景观生态风险空间分异

以露天矿区为研究对象,评价矿区景观生态风险,并采用ESDA方法定量研究矿区生态风险空间分异特征.结果表明,矿区景观生态风险空间分布以高风险区域为核心,由高到低呈环形包围特征.其中,高风险主要分布在矿业生产及城市生活区域,以土地破坏、压占及城市建设为主要风险来源;中等风险主要分布于自然、半自然功能区,以城市生活与农业生产为主要风险来源;低风险区域以林地、荒草地等植被覆盖区域为主,但大面积植被退化、水土流失导致该区域生态基底较差、环境脆弱,加之露天煤矿作业频繁,整体生态环境质量堪忧.同时,不同功能区的风险高低排序(人工区＞半自然区＞自然区)特征符合常规的区域生态风险等级差异规律.此外,基于ESDA分析矿区景观生态风险,其空间自相关性高达0.7521,风险的空间集聚效应明显;而对比矿区景观生态风险的空间分异特征发现,景观干扰度是高、低风险区域的主要驱动因子;而景观脆弱度则是中等风险区域的驱动因子;基于以上研究结果可对矿区环境管理和风险决策提供一定的数据支撑和理论依据.     

基于景观结构和空间统计学的区域生态风险分析

以农牧交错带的典型区域——内蒙古翁牛特旗为研究对象,基于景观结构中的景观干扰度指数和景观脆弱度指数构建区域生态风险指数,并借助空间统计学中的空间自相关和半方差分析方法,进行区域生态风险空间分布和梯度变化特征分析,得出如下结论：（1）研究区内的生态风险度存在着一定的正相关关系,并随着粒度增大,呈现出下降的趋势;（2）1985～2000年的15a中,研究区生态环境质量整体有所下降,生态风险指数较高的地区有所增加;（3）研究区内的沙地坨甸区生态风险度高,相邻区域的生态风险度也较高;（4）研究区生态风险指数空间分异的步长都比较大,为410.9km。     

黄土丘陵沟壑区生态风险动态变化及其地形梯度分析——以陕西省米脂县为例

以黄土丘陵沟壑区陕西省米脂县为研究区,综合考虑区域农耕生态背景与社会经济发展状况,建立了以农耕生态风险概率与自然—社会复合系统损失度耦合的综合生态风险评价体系,分析了2009年、2015年土地利用生态风险的时空分异,并依托地形分布指数探究了生态风险与地形起伏度的关系,得出如下结论:米脂县土地利用变化明显,主要表现为耕地减少,林地与荒地增加;米脂县2009年、2015年综合生态风险指数分别为0.1466、0.1607,农耕风险胁迫增大,风险高值区片状分布于米脂县中部,研究期间有向川道集聚的趋势;低风险优势分布于起伏度高值区,高风险则优势分布于起伏度低值区,研究期间风险向较高地形起伏度迁移明显,同时高风险区域在起伏度低值区上的分布也更加集聚。     

皖江城市带土地利用变化的生态风险格局演化研究

皖江城市带作为我国国土空间开发中的重要战略区,对经济发展和区域振兴起到了关键性的支撑作用。但是随着要素集聚和经济发展,引发了农用地向建设用地快速转变、景观格局中的关键生态涵养源萎缩、区域生态服务功能弱化等方面的快速变化,区域生态安全面临新的挑战。研究收集了皖江城市带多期、长时段的土地利用影像解译数据,获取DEM、降水、地形地貌、植被覆盖等自然生态属性数据,基于GIS平台,综合集成应用生态风险指数模型、空间自相关、半方差分析法开展生态风险格局演化研究。结果表明:皖江城市带1995—2015年近20年的生态风险整体不断上升,且存在明显的空间分异,生态风险明显增强的区域主要是合肥以及芜马铜沿江城市为主,西南大别山区与南部皖南山区没有大的变化,生态风险增加的区域主要在低海拔和低坡度的平原、丘陵地带,区域内生态风险分布的两极分化特征明显。有利于推动生态风险的理论研究,且对安徽参与长江经济带建设、保护长江具有一定的现实指导意义。     

基于MCE的饶河流域国土空间生态质量综合评价及其空间分异

开展国土空间生态调查与评价,摸清区域三类空间生态现状与问题所在,是进行区域国土空间生态修复、空间格局优化等工作的必要前提。基于城镇、农业和生态空间自身的结构、功能和效应,构建国土空间生态质量综合评价体系,以饶河流域所涉县市为研究区域,采用多目标综合评价法开展国土空间生态质量综合评价研究并进行分区,探究结果的空间分异特征。结果表明:(1)研究区国土空间生态质量整体水平良好,中等以上区域占比70.6%。(2)Ⅰ级和Ⅱ级分区主要分布于研究区东北部,该区域的生态环境、生态效益与社会经济呈协同发展态势。(3)研究区国土空间生态质量存在较强的空间相关性和聚集性特征,冷点和热点区域面积基本持平。(4)结合综合评估及障碍度诊断结果,建议依据研究区自然优势,调整社会经济结构,推进工业健康转型,改善城镇空间人居环境,整体提高生态效益水平。研究可为研究区国土空间规划、生态修复、生态-经济-社会可持续发展等提供科学依据和参考价值。     

区域生态风险评价——以呼和浩特市区为例

区域生态风险具有大尺度、多因素、多风险受体的特点,难以直接定量;从生态风险的定义出发,构建景观破碎度和面积加权生态价值指数评价区域生态风险,并以ArcGIS和Fragstats软件为研究平台,通过空间采样和插值方法得到区域生态风险的空间分布规律。以2006年Spot卫星遥感数据解译的呼和浩特市区土地利用图为例,研究结果表明生态风险值范围在0.04-0.26之间,空间梯度差异明显,风险较高区域为东北部的大青山山区以及西南角的平原农业区,北部风险驱动力主要来自土壤侵蚀、地下水源地水位下降、水质恶化以及林地的退化;南部则是快速工业化导致林地、草地、特别是耕地景观转换为居民与工矿用地景观。案例研究结果表明所建方法直观、简便,可定量描述区域景观生态风险的相对大小和空间分布规律。     

干旱区内陆流域区域景观生态风险分析--以阜康三工河流域为例

本文以新疆阜康三工河流域为研究区域,分析了干旱区内陆流域的景观生态的基本特点。在此基础上,基于景观格局构造了景观损失指数和综合风险指数作为区域景观生态风险评价指标,并利用空间分析方法对风险指数进行变量空间化,通过对生态风险指数采样结果进行半方差分析和空间插值,揭示了该区域的生态环境状况的空间分布特征。结果表明：研究区内的生态风险有不断扩大的趋势,区域内形成三个高的景观生态风险区域。根据评价结果,提出了内陆流域生态环境的重点保护与治理区以及合理的保护与综合整治对策。     

吉林省生态系统服务价值与景观生态风险关联性及其空间分异

探究生态系统服务价值与景观生态风险之间的相关性及其空间分异的驱动因子,有助于维护区域生态安全的稳定并促进人类福祉的持续创造。本研究以吉林省为例,基于5 km×5 km的评价单元,对2000、2005、2010、2015、2020年土地利用数据进行网格化和重采样,定量评价研究区的景观生态风险和生态系统服务价值,揭示其时空变化特征,并采用双变量空间自相关分析方法和地理探测器模型揭示二者的相关性及其空间分异的驱动因子。结果表明：2000—2020年间,研究区生态系统服务价值总量由3858.95亿元下降至3782.11亿元。研究区东部以极低风险区、中风险区和低风险区为主,西部以极高风险区和高风险区为主。吉林省景观生态风险与生态系统服务价值间呈现出显著的负相关性以及显著的空间负相关性。土地利用类型和人为影响指数是促使研究区生态系统服务价值和景观生态风险产生空间分异的重要驱动因子。未来应通过合理规范土地利用和合理控制人为活动强度对吉林省进行生态环境优化。     

基于GIS的渭河下游河流沿线区域生态风险评价

以渭河下游河流沿线区域为研究区,基于风险度量的基本原理和区域生态风险评价的流程框图,构建了综合生态风险值的计算模型,即综合生态风险值是综合风险概率、综合生态损失度和综合社会经济易损度的叠加.在研究区历史资料考证和2002年ETM+遥感影像景观分类的基础上,通过选取干旱、洪水、污染和水土流失,利用地理信息系统和现代地理学中的大量数学方法,按照评价步骤和计算模型,将研究区4种生态风险源综合评价结果划分为低风险区,较低风险区,中等风险区,较高风险区和高风险区5个级别.研究结果为环境管理和生态风险决策提供数量化的理论依据和数据支持.     

南四湖浮游动物群落结构特征及其与环境因子的关系

为探讨南四湖浮游动物多样性特征及其与水质的相关性,于2012年夏季(7月)和冬季(12月)对南四湖浮游动物的群落结构进行了系统研究,结合历史数据,分析了南四湖浮游动物群落的多样性特征和时间变化。共采集到浮游动物163种,其中,轮虫78种,原生动物65种,枝角类17种,桡足类3种。夏季记录浮游动物种类数(141种)高于冬季(105种)。从四个湖区来看,微山湖浮游动物种数最多(102种),其次是南阳湖(95种)和昭阳湖(80种),独山湖(73种)较少。南四湖浮游动物全年平均密度为2 192 ind/L,平均生物量为2.27 mg/L。除原生动物外,其他三类浮游动物夏季的平均密度和生物量都高于冬季。采用丰富度指数、Shannon-Wiener指数和均匀度指数对浮游动物多样性进行了评价,结果均显示,南四湖浮游动物多样性夏季高于冬季。通过回归分析发现,总氮是影响浮游动物密度的主要因素,总氮和水温是影响浮游动物生物量的主要因素,p H和电导率是影响浮游动物多样性的主要因素。     

南四湖湿地景观空间格局动态演变

以山东省南四湖湿地为例,选取1987、2002、2014年3期遥感影像,应用景观格局指数、动态度、景观梯度和格网化模型等方法,对南四湖湿地景观格局的动态变化进行研究.结果表明: 1987—2014年,研究区景观蔓延度指数和聚集度指数逐渐减小,景观多样性指数和均匀度指数逐渐增大,景观类型面积趋于均匀且分布格局间断零散,人类活动对南四湖湿地景观的干扰度呈现增强趋势.研究期间,南四湖湿地总面积逐渐增加,其中,湖泊面积先减少后增加,2014年面积达到最大;湖滨池塘面积也呈现持续增加趋势,但增速减缓;河流面积基本保持稳定;沼泽面积持续减少.南四湖地区的农业活动、南四湖自然保护区的成立及南水北调工程在南四湖湿地景观格局的变化中起着重要作用.     

基于CLUE-S和InVEST模型的南四湖流域生态系统产水功能对土地利用变化的响应

土地利用/覆被变化对水文过程与水资源利用具有重要影响,是流域生态系统产水功能的驱动力之一.以山东省南四湖流域为研究对象,分析1990—2013年土地利用变化,运用CLUE-S模型预测未来土地利用变化趋势,并基于土地利用变化格局,采用InVEST模型的产水模块和空间制图探讨了近25年、未来城市化增长情景以及流域生态保护管理情景下土地利用变化对产水功能的影响.结果表明: 近25年来,随着南四湖流域城市化进程的加快,城市建设用地增加3.5%,耕地面积减少2.4%,城市用地的增加主要来源于耕地转换;InVEST模型模拟显示,城市建设用地的增加会促进产水,由此引起产水功能在过去25年中先降低后升高,2013年最高达到232.1 mm;CLUE-S模型模拟预测现状增长情景下土地利用变化,按照城市化快速发展的速度,城市建设用地将增加6.7%,由此导致2030年产水量显著增长,流域洪水风险亦会相应升高;湖区周围300 m缓冲区实施退耕还林情景模拟表明,这一生态措施会明显降低流域产水量,较2013年减少1.2%.     

南四湖典型入湖河流沉积物重金属污染特征与风险评价研究

以南四湖两条典型入湖河流为研究对象,分别对湖东的泗河及湖西的东鱼河沉积物中9种重金属(Cr、Ni、Zn、Cu、Pb、Hg、Cd、As、Mn)含量进行分析,最后采用多种方法解析重金属的来源并对其污染特征和生态风险进行评价。结果表明,两条河流沉积物中重金属均存在一定程度的富集,尤其是Hg、Zn、Cd富集最严重。泗河沉积物中大部分重金属在中游兖州段含量升高,尤其是Hg、Cd含量分别是山东省水系背景值的3.1、3.7倍,分析表明重金属主要来源为周边区域煤矿及其伴生产业产生的“工业三废”,同时说明了重金属高值区与煤矿分布密切相关。东鱼河沉积物中Hg、Cd含量在中游较高,其余重金属含量在上、下游较高,分析结果表明中游Hg、Cd含量较高主要与当地农业活动中农药及化肥的施用有关,上、下游重金属含量较高原因为引黄河水或南四湖水灌溉。     

鄱阳湖区生态环境质量的空间分异特征及其影响因素

本文基于Landsat 8 OLI/TIRS遥感影像数据,从绿度、湿度、干度和热度4方面分别选取归一化植被指数、湿度分量、干度指数、地表温度指标,采用主成分分析构建遥感生态指数(RSEI),分析了鄱阳湖区2014年生态环境质量空间分布特征.从不同尺度划分空间单元,运用空间自相关、半方差函数、最大信息系数和因子探测等方法定量分析了原始遥感生态指数(RSEI₀)的空间异质性及其影响因素.结果表明: 鄱阳湖区2014年生态环境质量总体处于中等水平,在空间上呈现由西南向东北逐渐好转的分布格局;经探索性空间数据分析得出,RSEI₀在2 km网格单元采样下的空间集聚性较强,空间异质性明显.RSEI₀块金效应为25.8%,属于中等空间变异,主要受结构性因素的影响.坡度与RSEI₀的相关性最强,呈正相关关系.坡度、高程、曲率、年均降雨量、年均温、园林地面积比例、耕地面积比例、建设用地面积比例、年均人口密度和年均GDP对RSEI₀的影响程度均显著,但对RSEI₀的影响程度不一.其中,坡度的独立解释力为57.1%,是影响鄱阳湖区RSEI₀空间变异的主要因素.研究结果可为鄱阳湖区的生态环境保护与治理提供参考依据.     

郑州市热岛效应研究与人体舒适度评价

采用网格式布点法设置观测点,监测导致郑州市热岛效应的关键因子,揭示了郑州市热岛效应的日变化、季节变化与空间分布状况,并对不同类型的绿化区域进行了人体舒适度评价.结果表明,郑州市热岛效应的日变化大体上呈单峰型;不同季节的热岛效应强度相差很大,热岛强度的强弱顺序为:冬季＞春季＞秋季＞夏季;热岛中心的空间分布与其附近有无工业热源密切相关.就人体舒适度而言,以乔木绿化为主的人民公园的舒适度最好;而以草坪绿化为主的西流湖公园,其改善小气候的能力较乔木为差;火车站广场由于其空间开阔,空气流动性强,故最舒适的频率也有16%.     

基于景观格局的太湖流域生态风险评估

以太湖流域为例,采用2000、2005、2010、2015年4期景观类型数据,结合Markov和CLUE-S模型对2030年不同情景下景观类型进行模拟,构建景观生态风险指数,运用空间统计、重心迁移等方法,对太湖流域生态风险进行研究,揭示其景观生态风险时空演化特征及其规律.结果表明: 2000—2015年,太湖流域以中生态风险和较低生态风险为主,高生态风险区主要分布在太湖湖区,低生态风险由太湖西南部和南部向太湖北部发达地区转移.景观生态风险与自然因素呈负相关,且相关性减弱,与社会经济因素相关性越来越强,景观生态风险受人类干扰越来越显著.社会经济因素对景观生态风险的影响,在不同城市化发展阶段的区域表现出显著差异:欠发达地区随着经济开发,景观日益破碎化,生态风险相应增加;发达地区则随着经济的进一步发展,城市化扩展使景观集聚成片,破碎度和分离度指数降低,生态建设得到恢复,景观生态风险随着经济发展开始降低.CLUE-S模型模拟预测表明,未来太湖流域景观生态风险将总体降低,主要以低生态风险和较低生态风险为主.太湖湖区不论在历史和未来都是高生态风险区,需要人们对太湖区域加强管理保护.     

Quantitative proteomics analysis of the secretory pathway

We report more than 1400 proteins of the secretory-pathway proteome and provide spatial information on the relative presence of each protein in the rough and smooth ER Golgi cisternae and Golgi-derived COPI vesicles. The data support a role for COPI vesicles in recycling and cisternal maturation, showing that Golgi-resident proteins are present at a higher concentration than secretory cargo. Of the 1400 proteins, 345 were identified as previously uncharacterized. Of these, 230 had their subcellular location deduced by proteomics. This study provides a comprehensive catalog of the ER and Golgi proteomes with insight into their identity and function.     

Ensemble Learning for Spatial Interpolation of Soil Potassium Content Based on Environmental Information

One important method to obtain the continuous surfaces of soil properties from point samples is spatial interpolation. In this paper, we propose a method that combines ensemble learning with ancillary environmental information for improved interpolation of soil properties (hereafter, EL-SP). First, we calculated the trend value for soil potassium contents at the Qinghai Lake region in China based on measured values. Then, based on soil types, geology types, land use types, and slope data, the remaining residual was simulated with the ensemble learning model. Next, the EL-SP method was applied to interpolate soil potassium contents at the study site. To evaluate the utility of the EL-SP method, we compared its performance with other interpolation methods including universal kriging, inverse distance weighting, ordinary kriging, and ordinary kriging combined geographic information. Results show that EL-SP had a lower mean absolute error and root mean square error than the data produced by the other models tested in this paper. Notably, the EL-SP maps can describe more locally detailed information and more accurate spatial patterns for soil potassium content than the other methods because of the combined use of different types of environmental information; these maps are capable of showing abrupt boundary information for soil potassium content. Furthermore, the EL-SP method not only reduces prediction errors, but it also compliments other environmental information, which makes the spatial interpolation of soil potassium content more reasonable and useful.     

南四湖流域关键生态系统服务的时空权衡关系

从多尺度科学地研究流域各生态系统服务间的权衡与协同关系,对流域实现经济发展与生态保护双重目标具有重要研究意义。运用InVEST模型模拟评估产水量、水质净化、土壤保持、碳存储、生物多样性维持和授粉等6类区域关键生态系统服务,并通过热点分析、相关分析和主成分分析,定量分析自改革开放以来（1980-2018年）这些生态系统服务的时空变化及其在不同尺度上的权衡关系。结果表明：（1）南四湖流域产水服务呈上升趋势,而水质净化、土壤保持、碳储存、生境质量、授粉等服务则总体呈下降趋势。（2）研究区东部林地和草地广布,是碳存储、生境质量和授粉服务的高值区,而建设用地分布的地区是产水量和土壤保持服务的高值区。（3）产水量与水质净化服务之间呈权衡关系,水质净化与生境质量、碳存储与授粉之间则存在较强的协同关系。（4）在子流域尺度上主要是存在着供给服务（产水量）与调节服务（水质净化和土壤保持）、供给服务（产水量）与支持服务（生境质量）之间的空间权衡关系;在县域尺度上,供给服务、调节服务与支持服务（产水量、水质净化、碳存储、生境质量和授粉）之间主要是空间协同关系,两个尺度之间具有较大差异。研究结果可为管理者在合适的空间尺度上制定相应的政策提供科学支撑,促进南四湖流域生态环境和社会经济协同发展。