黑河下游重要生态功能区防风固沙功能辐射效益

分析生态系统服务功能的空间流动特征是加强区域生态系统管理,制定生态补偿政策的重要基础。针对生态系统服务功能的流动特性,探索提出了生态系统服务功能辐射效益的概念与内涵,并利用2006年7月TERRA-1MODIS250m×250m分辨率NDVI数据,在地理信息系统技术支持下,采用风蚀输沙率模型和沙尘空间传输模型,评估了黑河下游重要生态功能区防风固沙功能的辐射效益。结果表明:(1)2006年黑河下游重要生态功能区防风固沙总量达到14990万t,低覆盖度草地防风固沙量最高,占总量的80%以上,灌木林的防风固沙量其次,占总量的12.5%,有林地的防风固沙量最小,仅为320万t;(2)不同植被类型的防风固沙能力也存在较大差异,单位面积有林地的防风固沙能力最强,为22695t/km2,灌木林其次,低覆盖度草地的防风固沙能力最低;(3)区域生态系统对粒径介于10μm和20μm之间的沙尘固定功能的辐射范围可以达到北京、天津、河北、山东等15个省(市、区),辐射面积达115.3万km2;区域生态系统对粒径介于20μm和400μm之间的沙尘固定功能的辐射范围包括内蒙古阿拉善左旗和阿拉善右旗两个行政区域,辐射面积为5.2万km2;(4)研究区生态系统可以减少下风向区域的风沙量为5996万t,防风固沙功能的直接辐射效益达89.94亿元,是该区当年GDP的8.6倍。内蒙古自治区享受到的辐射效益最大,达30.40亿元,上海市享受到辐射效益最小,为0.10亿元,仅占总辐射效益的0.11%。最后,分析了本研究的局限性及今后需要努力的方向。     

退耕还林还草工程生态效应的地域分异特征

退耕还林还草工程作为我国投资最大、涉及面最广的一项重大生态工程,其生态经济社会效应是行业部门及学术界关注的焦点。选择退耕还林还草面积、植被覆盖度、土壤侵蚀量作为指标,依据遥感反演和模型模拟得到的结果,分析了2000—2015年县域退耕还林还草时空差异,退耕还林还草区域植被覆盖度与土壤侵蚀变化及其对县域生态状况变化的贡献,并基于规划目标评估了退耕还林还草工程的宏观生态效应及其地域分异特征。结果表明:(1)近15年,工程区耕地转林地面积12.75万km~2,耕地转林地区域植被覆盖度年增加0.32%、土壤水蚀和风蚀模数分别年减少0.43 t/hm~2和0.21 t/hm~2。(2)耕地转草地面积9.43万km~2,耕地转草地区域植被覆盖度年增加0.43%,土壤水蚀和风蚀模数分别年减少0.55 t/hm~2和0.94 t/hm~2。(3)工程区全县域植被覆盖度年增加0.17%,平均土壤水蚀和风蚀模数分别年减少0.13 t/hm~2和0.68 t/hm~2。(4)遥感估算结果与工程规划目标相比,退耕还林的面积完成率达到87%,工程区林草覆盖率增加4.8%—6.5%,工程区平均土壤水蚀和风蚀模数逐年减少,大部分县域15度及以上坡耕地退耕比例超过50%。工程在黄土丘陵沟壑、东北山地及沙地、云贵高原等区域凸显了提高植被覆盖度与土壤抗蚀效应的正面作用。     

陕北长城沿线植被恢复与生态系统防风固沙服务模拟分析

为探究风沙边缘地区植被恢复与生态系统防风固沙服务能力之间的作用机制以及如何保证防风固沙服务的可持续发展,选择毛乌素沙漠边缘地区--陕北长城沿线为研究区。利用Theil-Sen斜率估算、M-K显著性检验、修正风蚀方程（Revised Wind Erosion Equation,RWEQ）和情景分析法,评估分析2000-2018年该地风沙治理工程效果和生态系统防风固沙服务的时空变化,并着重分析在风蚀因子改变的条件下,植被恢复对土壤风蚀和生态系统防风固沙服务能力的影响。结果表明：（1）在2000-2018年风沙治理工程中陕北长城沿线地区植被恢复状况显著改善,表明多年来在风蚀治理工作中取得显著的效果。（2）在实际情景中,随着植被不断的恢复,风蚀发生的危险程度总体在减小,而风蚀因子是导致实际风蚀量显著改变的主要原因。从生态系统防风固沙服务角度出发,在不同年份防风固沙总量变化显著,2005年和2010年防风固沙量达到最小、最大值,分别为4569.18万t和64164.44万t,差异明显,致使2005和2010年防风固沙服务能力也达到历史最低和最高值。（3）通过最小风蚀因子情景模拟间接表明：植被恢复能够遏制风蚀现象的发生。但在最大风蚀因子情景下,风蚀现象依旧明显,而植被所发挥的生态系统防风固沙服务能力越显著。（4）综合上述3种情景,每年潜在风蚀量 > 防风固沙量 > 实际风蚀量,说明在最大危害程度内生态系统防风固沙服务具有明显的效果。通过研究不仅证实植被是实现防风固沙服务功能可持续发展的必要条件,同时恢复植被对风沙区域进一步发展状况与趋势有着至关重要的作用。     

基于SNIC-CNN-SVM模型的京津风沙源二期工程区土地利用/土地覆盖遥感识别研究

稀疏植被覆盖（草地、沙地、戈壁）演变能够直接表征区域生态环境和人类活动的动态影响变化。但由于大尺度稀疏植被区一般都具有地理跨度大,景观结构复杂多样,破碎化程度高,现有地表覆盖分类产品针对性不足等问题,使得该区域内林草沙的遥感提取难度较大,精度普遍偏低,直接制约生态效应评价模型的应用效果。因此,以典型大尺度稀疏植被区--京津风沙源治理二期工程区为研究区,研建了SNIC-CNN-SVM （SCS）模型,实现了大尺度稀疏植被区林草沙典型要素的信息自动提取和主要土地利用/土地覆盖类型识别。研究结果表明：1）引入惩罚性机制优化后的SNIC分割算法,有效提升了稀疏植被区与沙地区的边界区分度,有助于分类精度的提升;2）基于改进SNIC-CNN-SVM模型方案的研究区总体分类精度达89.41%,较优化前提高了11.17%,特别是乔、灌、草、沙地和戈壁的分类识别精度显著提升,表明该优化方案在以研究区为代表的稀疏植被区域分类中具有较好的应用效果和推广价值;3）分类结果显示,2020年工程区草地面积最大,占到了一半以上（51.52%）,沙地占比11.96%,稀疏植被覆盖（草地、沙地、戈壁）区域占比68.68%,表明工程区处在林地-稀疏植被-沙地的过渡地带,生态环境保护压力与防沙治沙形势依然严峻;4）近20年来,乔灌草等植被增加面积约占工程区20.64%,主要由沙化土地转化,沙化土地减少面积约占工程区的4.58%,表明研究区植被状况不断改善,实施的各项生态工程作用显著,能够更有效地服务于多维度生态系统服务功能评价。该研究以期能够为京津风沙源二期工程区的生态系统演变规律研究及生态工程评价等工作提供重要科学支撑。     

2000—2012年京津风沙源治理区植被覆盖时空演变特征

植被是陆地生态系统的主体,分析长时期植被覆盖变化,有助于揭示陆地生态环境的演变规律。研究以京津风沙源重点治理区的MODIS02B产品为数据源,通过数据处理获得2000—2012年的NDVI(Normalized difference vegetation index)时序数据集,采用线性趋势分析、标准差、Hurst指数和相关系数等方法,分析京津风沙源重点治理区植被覆盖的时空变化特征及影响因子。结果显示:(1)近13年来,治理区植被覆盖总体呈上升趋势(R2=0.70),2012年NDVI值达最大值0.324,比2000年增加了135.62%。但增加速率和幅度各异:北部干旱区(Bbghq)增加速度最快,浑善达克区(Hsdkq)次之,农牧交错区(Nmjcq)植被变化相对稳定。(2)工程区地表植被覆盖改善区域的面积明显大于退化区域,其中得到改善且通过显著性检验(P=0.10)的区域约占总面积的94.31%;Hurst指数分析表明,工程区植被变化整体呈中强持续性特征,面积合计约占64.48%;综合分析表明,工程区植被变化以良性发展为主,特别是强持续性的退化区和弱持续性的改善区值得关注,二者合计占35.27%。(3)人类活动是京津风沙地区植被覆盖上升的重要驱动因素;自然因素中,降水是控制工程区植被生长的主要因子,温度的影响相对较弱。     

基于生态系统服务价值变化的焉耆盆地环境与经济协调发展

运用土地利用/覆被生态系统服务价值估算模型并结合生态与经济协调度,定量分析焉耆盆地1985、1990、1996、2000、2005和2011年土地利用/覆被变化引起的生态系统服务价值变化,并对研究区环境与经济协调发展的水平及区域差异进行评估.结果表明: 1985-2011年,焉耆盆地的湿地、水域、建设用地、耕地和沙地面积均增加;而草地、盐碱地和林地面积均减少;焉耆盆地的生态系统服务总价值呈逐渐增加趋势.其中,水域和耕地对生态系统服务总价值的贡献率最大,草地和林地对生态系统服务总价值的贡献呈明显下降.研究区生态经济的发展总体上处于低度冲突和低度协调水平的状态,对区域水土资源实行合理与有效的利用是实现焉耆盆地生态系统服务功能维持、发展与经济可持续、协调发展的关键.
     

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.     

京津风沙源区不同分区植被覆盖度变化及归因分析

以2000—2018年MODIS NDVI影像为数据源,基于像元二分模型估算京津风沙源区植被覆盖度(FVC),分析京津风沙源区FVC的时空变化特征,并结合自然因素和人类活动,运用地理探测器模型探究自然、人类活动对区域尺度FVC空间分布的影响。结果表明:2000—2018年,京津风沙源区FVC呈增加趋势,增长速率为0.013·(10 a)^-1,植被增加率为8.2%,FVC较高的区域在燕山丘陵山地水源保护区,其次是农牧交错带沙化土地治理区和浑善达克沙地治理区,FVC较低的区域为北部干旱草原沙地治理区。不同分区各驱动因子对FVC空间分布的解释力不同。自然因素中,年降水量是控制北部干旱草原治理区、浑善达克沙地治理区和燕山丘陵山地水源保护区FVC空间分布的主要驱动因子,坡度是控制农牧交错带沙化土地治理区的主要驱动因子;人类活动中,年末大牲畜头数是控制北部干旱草原治理区和农牧交错带沙化土地治理区FVC空间分布的主要驱动因子,人口密度是控制浑善达克沙地治理区和燕山丘陵山地水源保护区FVC空间分布的主要驱动因子;其他因子对FVC空间分布的影响则存在区域差异。交互探测器结果显示,双因子交互作用以双协同作用和非线性协同作用为主。人类活动与年降水量、坡度等自然因素的共同作用能够更充分地解释FVC空间分布。风险探测器识别的适宜植被生长的范围为年降水量316.4～486.0 mm、平均相对湿度48.4%～57.6%、年均温2.5～7.9 ℃的区域,其他驱动因子则在不同分区之间存在差异。     

1980-2018年浑善达克地区防风固沙服务时空变化及其驱动因素

防风固沙服务是干旱半干旱地区生态系统提供的最重要的防护型服务,对风蚀地区及周边区域的生态环境安全具有重要意义。基于修正的土壤风蚀方程（RWEQ）模型模拟了1980-2018年浑善达克地区防风固沙服务的时空变化,利用地理探测器分析了包括数值和类型变量的自然与社会经济因素对该区防风固沙服务空间格局的影响及交互作用。研究结果显示：（1）1980-2018年,单位面积防风固沙量波动下降,2015年单位面积防风固沙量最小,为13.01 kg/m²。同时,防风固沙保有率波动增加,2018年保有率达到最大值,为94.28%;（2）土壤类型、年末牲畜数量、年降水量与人工造林面积是影响防风固沙服务空间变化的主要因素,其中,土壤类型对防风固沙服务空间变化的影响最大,q值为75.15%;（3）各驱动因素间的交互作用都会放大单因子对浑善达克地区防风固沙服务空间分布的影响。其中,年均温对防风固沙服务空间分布变化具有较强的间接影响。因此,在土壤类型、年均温的间接作用下,1980-2018年浑善达克重点生态功能区防风固沙能力整体提高、风蚀程度有所缓解与年均风速、年降水量变化,以及2000年之后京津风沙源工程引起的人工造林面积、年末牲畜数量的空间分布格局变化有密切关系。     

基于景观邻接特性的吉林省西部生态风险分析

以1986—2008年吉林省西部遥感影像解译资料为基础数据,利用GIS软件提取土地景观信息,计算主要景观与障碍景观类型的空间邻接特性,构建吉林省西部风险指标,在空间格局上对由于景观格局带来的生态风险进行评价。结果表明:景观类型中耕地与沙地的邻接边长与面积最大,分别占总边长与总面积的65.37%和78.65%,但个数比最多的是草地,表明沙化对耕地威胁最大,其次是对草地的威胁;与盐碱地的相邻分析中,无论是边长、面积、还是斑块统计,耕地受胁程度均比较显著,其次受影响比较大的是草地和水域;20多年来,林地、草地与沙地邻接边长、面积和斑块比例均有所下降,而耕地与沙地的邻接边长、邻接面积比例呈上升趋势,但斑块比例从1986年起呈现下降趋势;与盐碱地的邻接性变化分析中,耕地、林地、草地和水域均呈大幅度上升,草地和水域尤为突出;耕地受沙化、盐碱化胁迫最为严重,且盐碱化的胁迫远大于沙化;1986—2008年,由于沙地和盐碱地障碍景观结构变化引起的生态风险有增无减,且盐碱化胁迫远大于沙化的胁迫,盐碱化成为威胁该区生态环境可持续及保持生态稳定性的关键因素,盐碱化治理及开发利用将是该区未来面临的一个重大课题。     

1982～2003年东北地区植被覆盖变化特征分析

利用1982~2003年GIMMS-NDVI数据集和GIS技术,结合多种统计分析方法,定量分析了东北地区植被覆盖时空变化规律。结果显示:(1)1982~2003年东北地区森林、草地和农田植被年内变化曲线均为单峰型,峰值都出现在夏季,森林植被年内NDVI变化曲线峰值最高,农田次之,草地最低。(2)22年期间,森林植被覆盖呈下降趋势;草地和农田植被覆盖总体亦呈下降趋势,但西辽河平原草地和松嫩平原农田植被覆盖呈上升趋势;相同植被类型比较,长白山东北部林地、西辽河平原草地、松嫩平原农田植被覆盖均比较稳定。(3)1982~2003年,东北地区植被覆盖总体呈缓慢下降趋势,其中1982~1992年,东北地区植被覆盖呈增加趋势,植被覆盖增加的面积为545 435 km2,占东北地区总面积的43.91%;植被覆盖减少面积为96 491 km2,占总面积的7.77%;1993~2003年,东北地区植被覆盖呈减少趋势,植被覆盖减少的面积为626 839 km2,占东北地区总面积的50.45%,植被覆盖增加的面积较少,仅为27 025 km2,占总面积的2.18%,且呈零星分布。研究表明,人类活动和自然因素的变化是东北地区植被覆盖下降的主要原因。     

内蒙古荒漠草原防风固沙服务变化及其驱动力

荒漠化是内蒙古荒漠草原面临的最严重的生态环境问题之一,而风蚀则是造成土地退化的主要因素。采用修正风蚀方程（Revised wind erosion equation,RWEQ）定量评估了内蒙古荒漠草原2000和2017年的固沙量,并结合土地利用、降水、风速、植被覆盖度数据分析了该区域防风固沙服务的影响因素。结果表明：内蒙古荒漠草原的防风固沙服务表现出明显的空间异质性,不同土地利用类型提供的防风固沙服务有所差异,其中高覆盖度草地的固沙量相对较高。总体来说,2000年固沙量与降水、风速、植被覆盖度均为正相关,2017年固沙量与降水为负相关,与风速和植被覆盖度为正相关。2000-2017年内蒙古荒漠草原固沙物质总量增幅为53.95%,其中9.65%来源于土地利用变化区域,土地利用方式发生变化的面积占研究区总面积的5.6%。2000-2017年土地利用变化以林地的恢复、建设用地的扩张以及不同覆盖度间草地的转换为主。2000-2017年,风力因子的分布模式对防风固沙服务的空间分布变化的影响较大。总的来说,土地利用变化对内蒙古荒漠草原的防风固沙服务有一定的增强作用,防风固沙服务的空间分布在时间上的变化主要受气候因子的影响。     

广西黎钦铁路扩能改造工程的生物量损失分析

基于广西黎钦铁路扩能改造工程占用的各类植被面积,定量分析了该工程造成的农田、林地和草地的生物量损失。结果表明:该工程占用的植被面积共有308.6hm²,其中农田、林地和草地各为140.5hm²、117.2hm²和50.9hm²。在2年的施工期内造成的生物量损失共计35607.9t,其中农田植被生物量损失为4792.7t,占13.5%,林地植被生物量损失为29888.3t,占83.9%,草地植被生物量损失为926.9t,占2.6%。随着边坡防护、站场绿化等植被恢复措施的实施,初期每年可补偿的植被生物量为294.3t。     

2000—2015年西南地区土地利用与植被覆盖的时空变化

西南地区是我国重要的生态资源区和生态脆弱区,在国家“绿水青山”战略发展中具有重要地位。本研究基于1 km空间分辨率的土地利用数据集,结合土地利用转移矩阵,定量分析2000—2015年间西南地区土地利用变化特征及其驱动力。并基于MODIS遥感植被指数,利用像元二分模型计算西南地区植被覆盖度,分析归一化植被指数(NDVI)和植被覆盖度的变化规律。结果表明: 研究期间,西南地区的主要地类是林地、农田和草地。建设用地面积增加5874 km²,增长率为55.8%;农田面积减少最多,下降6211 km²,其次是草地,减少2099 km²。2000—2015年间,西南地区建设用地的转入面积最多,主要由农田(贡献率68.2%)、林地(贡献率19.2%)和草地(贡献率13.1%)转化而来,转化的区域多靠近城区。农田的转出面积和转出率分别为7079 km²和2.2%,占所有转出类型面积的46.0%。林地多由草地(贡献率61.8%)转化而来,转化区域多分布在贵州中南部和云南西部等地。全区NDVI和植被覆盖度均呈显著增加趋势,说明研究区整体呈变绿趋势。其中,自然植被和农田的NDVI均显著增长,建设用地扩张地区的NDVI下降,说明自然植被和农田主导了该地区植被变化。通过残差分析发现,气候变化和人类活动对研究区变绿趋势的贡献显著。     

Vegetation cover change and driving factors in Fujian Province between 1975 and 2014北大核心CSCD

Aims Fujian Province has been one of the most severe soil erosion regions since Ming and Qing Dynasty in China. Recently, several ecological restoration projects have been implemented and they have significantly changed vegetation cover in this region. Methods We analyzed the four-decade vegetation cover change in Fujian Province using seven time-series data of Landsat Multispectral Scanner (MSS), Thematic Mapper (TM), and Operational Land Imager (OLI) between 1975 and 2014. We further explored the possible drivers on vegetation cover change by incorporating statistical data of plantation, cropland and urbanized area. Important findings Vegetation coverage in Fujian Province has increased from 69.0% to 77.8% between 1975 and 2014. However, a slight decrease was observed between 1995 and 2005. Spatially, forest was the primary vegetation type in the northwest, where croplands and human settlements were scattered along rivers or oceans. Shrubs and bare lands were also scattered across the northwest. In southwest, the areas of bare land, shrub land and cropland decreased, while areas of forest and human settlements expanded. The vegetation coverage and urbanized area increased at the cost of cropland and bare land.     

Vegetation cover change and driving factors in Fujian Province between 1975 and 2014

Aims Fujian Province has been one of the most severe soil erosion regions since Ming and Qing Dynasty in China. Recently, several ecological restoration projects have been implemented and they have significantly changed vegetation cover in this region.
Methods We analyzed the four-decade vegetation cover change in Fujian Province using seven time-series data of Landsat Multispectral Scanner (MSS), Thematic Mapper (TM), and Operational Land Imager (OLI) between 1975 and 2014. We further explored the possible drivers on vegetation cover change by incorporating statistical data of plantation, cropland and urbanized area.
Important findings Vegetation coverage in Fujian Province has increased from 69.0% to 77.8% between 1975 and 2014. However, a slight decrease was observed between 1995 and 2005. Spatially, forest was the primary vegetation type in the northwest, where croplands and human settlements were scattered along rivers or oceans. Shrubs and bare lands were also scattered across the northwest. In southwest, the areas of bare land, shrub land and cropland decreased, while areas of forest and human settlements expanded. The vegetation coverage and urbanized area increased at the cost of cropland and bare land.     

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。