京津冀特大城市群生态安全格局时空演变特征及其影响因素

京津冀特大城市群的快速发展显著提升了地区生活水平,但也对生态环境造成了负面影响。以2000—2015年京津冀城市群面板数据为研究样本,建立"压力-状态-响应(PSR)"城市群生态安全协同会诊指标体系,采用TOPSIS和灰色关联组合方法计量其生态安全综合指数(Comprehensive Index of Ecological Security,CIES),运用因子分析法提取关键因素,并通过多元线性回归方法计算上述因素对生态安全的影响程度。结果表明:(1)京津冀城市群生态安全指数已经达到了预警状态,呈现"北高南低,西高东低"的空间格局,亟需建立三地协同联防联控的生态安全防治机制;(2)2000—2015年京津冀城市群的生态安全指数呈小幅波动状态,规划与政策对城市群生态安全指数具有显著影响效应;(3)13地市生态安全指数的演变趋势存在显著的差异,承德、廊坊仍呈下降趋势;(4)城镇化、社会发展以及技术进步对京津冀城市群生态安全具有显著的正相关性,开发水平、经济发展以及生态病理度则呈负相关性。由此,需要划定并严守城市群生态保护红线,控制空间开发强度与速度,以遏制生态恶化;完善并落实京津冀城市群协同发展的规划体系与相应的配套政策支撑体系,以保障城市群生态安全稳定提升;控制经济发展速度,提升社会发展水平,构建城市群一体化社会服务保障体系;提升生态技术研发水平,加大生态空间保护与修复,以降低生态安全风险,保障城市群生态安全格局。     

珠江三角洲城市群生态安全保障技术研究

近年来,在工业化、城镇化迅速推进和人口急剧增长的同时,珠三角城市群正面临严重的现代城市生态问题。生态安全问题已成为珠三角地区率先全面建成小康社会的重大制约瓶颈,对该地区经济社会的可持续发展构成了严重的威胁。"珠江三角洲城市群生态安全保障技术"项目将围绕脆弱生态修复与保护这一科技需求,对珠三角城市群复合生态系统进行综合研究。项目将针对内部互动复杂、空间组织紧凑、经济关联密切的城市群复合生态系统,开展城市群生态基底核算与健康诊断、城市群代谢模拟与生态风险预测预警技术、城市群生态安全格局网络设计及生态安全保障技术、城市群生态景观重建与生态空间修复技术、濒海城市群受损生境修复与生态安全保障技术以及城市群生态安全调控技术集成及协同监管平台构建与示范等六方面的研究。项目将为珠三角城市群生态问题的识别、评估与调控提供有效的理论基础、方法体系及技术示范,由之将为保障该城市群的生态安全提供科学支持,并带来显著的社会、经济与生态效益。     

城市群生态安全保障关键技术研究与集成示范——以长三角城市群为例

根据国家科技部"典型脆弱生态修复与保护研究"重点专项(2016年)指南任务要求,本项目将重点开展"长三角城市群生态安全保障关键技术研究与集成示范"的研究。基于对"长三角城市群重大生态安全问题的DPSIR多元共轭机理"及"长三角城市群生态安全协同联动机制与保障路径"重大科学问题的辨识,强化"1、5、1"的整体研究思路和技术路线,即:构建1个基础理论框架、研发5大技术体系、创新1个协同联动决策支持系统和平台。项目成果将有助于长三角地区提高生态系统监管能力,促进区域健康发展,并为国家城市群可持续发展提供科学依据,具有极其重要的社会、经济和生态效益。     

城市群生态安全格局构建:概念辨析与理论思考

城市群是城市发展到一定阶段通过城市间物流、人流和能流高度融合而形成的区域性复合生态系统，如何保障城市群生态安全与健康发展成为当前关注的热点问题。本研究系统分析了生态安全、城市生态安全与城市群生态安全的内涵。认为狭义上城市群生态安全侧重于城市群内部生态空间优化和生态系统服务功能提升，重点关注城市群地区生态用地空间优化与"三生空间"（生态、生活及生产空间）的合理布局。广义上的城市群生态安全不仅需要考虑城市群内部生态系统结构和功能协调及其生态系统服务的供需平衡，也需要从区域尺度考虑城市群与其他区域之间的协调关系。城市群生态安全格局构建的目的则是保障城市群内部区域一体化协调发展，满足人们日常生活的基本需求，实现城市群与区域之间物流、能流和人流的有序流通。在城市群生态安全格局构建时，除了遵循生态安全一般性原则外，还需要遵循以下原则：①生态系统服务供需平衡尺度效应；②生态安全保障的阈值效应；③生态安全格局的空间联动效应。最后文章提出了城市群生态安全格局构建的基本思路和技术路径。     

京津冀城市群扩张模式对区域生态安全的影响预测

当前,城市群是推动我国区域发展的增长极,但其快速的扩张模式对区域生态系统安全的胁迫影响越来越大,已经成为制约城市可持续发展的重要问题,科学地预测城市群未来扩张对区域生态安全格局的影响对区域协同发展的战略实施具有指导意义。以我国最具影响力的京津冀城市群为例,结合空间模型模拟方法及生态系统服务功能评估方法,预测了基于当前京津冀城市群的扩张模式对区域生物多样性保护、防风固沙功能、土壤保持功能与水源涵养等重要生态服务功能的胁迫影响。结果表明:(1)京津冀城市群发展速度较快,但存在区域发展不均衡,呈两极化的发展特征;(2)京津冀城市群具有重要级以上的生态服务功能占区域总面积的三分之一,其中同时包含两种及以上服务功能的地区将近一半,且其空间分布也很不均衡;(3)应用CLUE-S模型可以较好地模拟京津冀城市群未来的扩张格局,模型的Kappa指数为0.84。至2020年,预测京津冀城市群将增加3630.24km~2建设用地面积,而其中约六分之一的新增人工表面侵占具有重要及以上生态服务功能的区域,防风固沙和水源涵养为主要被侵占功能,这些区域集中分布在北京、天津与唐山等核心发展城市;(4)京津冀城市群不均衡的区域扩展模式不仅会进一步加剧不同地区间城市化水平的差距,对区域重要生态系统服务功能的潜在胁迫影响也将会增加。本研究结果可为京津冀城市群协同发展规划与区域生态安全格局保障方案的制定提供科学支撑。     

基于生态安全格局的厦漳泉地区国土空间生态保护修复区与预警点识别

厦漳泉地区是福建省开展生态保护修复的关键区域,识别、预警国土空间生态薄弱区对实施国土空间生态修复具有重要意义。研究通过MSPA、MCR等模型方法识别2000-2018年动态稳定性与连通性兼具的生态源地,提取生态廊道、生态节点等构建该地区的生态安全格局,采用FLUS模型在生态安全格局限制下模拟2030年土地利用变化,综合划分厦漳泉地区国土空间生态保护修复区并展开预警。结果表明,厦漳泉地区生态安全格局由12个生态源地,66条潜在生态廊道、13条重要生态廊道与若干生态节点等构成,生态源地主要分布在研究区西部,生态廊道为纵横交错的网状结构,部分生境较脆弱的县（区）无生态源地与廊道分布,生态节点集聚特征显著;2030年研究区耕地、林地面积呈减少趋势,建设用地面积增幅显著,建设用地向四周的耕地与林地呈环状扩张,挤压生态空间,威胁生态源地与廊道。综上,研究划分了1个生态源地保护带、2个生态修复核心区,并明确生态保护空间预警点,可为完善国土空间生态安全格局的保护与建设等提供基础信息,对开展生态保护修复协同治理、提升区域生态环境质量与人民福祉有重要意义。     

城市群生态网络协同构建场景要素与路径分析——以粤港澳大湾区为例

城市群生态网络构建是城市与区域协同发展面临的重要场景之一,合理的生态网络能加强生态源地间的连通性,提高生态系统的生态功能,有效缓解生态环境问题,对保障城市与区域生态安全,提升人类福祉具有重要意义。以粤港澳大湾区城市群为例,以场景为依托开展生态网络协同构建场景要素与协同路径分析,结合景观连通性和形态学空间格局分析方法（MSPA）获得生态源地,并基于最小累积阻力模型识别生态廊道与生态节点,构建大湾区生态网络总体格局,最后从跨区域协作角度探讨城市群生态网络协同构建的潜在路径。研究结果表明：（1）研究区生态网络由40个生态源地、780条潜在生态廊道与892个生态节点构成,生态源地面积1.88万km²,占湾区总面积比例为33%,所识别的生态源地及生态廊道与自然保护区、广东省万里碧道、珠江三角洲绿道网重合程度较高;（2）识别跨区域生态廊道552条,其中,跨越佛山与广州市的生态廊道较多,一半以上的廊道跨越三个及以上城市,跨陆海区域的生态廊道连接了湾区南部主要沿海城市,构成陆海生态网络的关键组成部分;（3）提出城市群生态网络协同构建的潜在模式,应结合生态源地、生态廊道、生态节点等构建主体,分析城市内、城市间生态网络构建过程涉及的协同需求、协同对象,探索差异化的协同路径;（4）以场景为依托识别城市群生态网络构建场景的主题、时空特征、对象、路径和价值,可为进一步开展生态网络协同构建与应用示范过程提供指导。本研究是对城市群生态网络协同建设的有益探索,基于跨区域生态廊道协同构建场景模式的探讨能够为今后进一步探索区域统筹协同机制、实现景观格局协同构建和优化、促进区域生态共建共享提供理论依据。     

环京津山水林田湖草多目标跨区联动保护修复模式

河北环京津山水林田湖草生态保护修复试点是国家第一批山水林田湖草生态保护修复试点之一。环京津试点区域位居京畿要地,是京津冀城市群的生态安全屏障。该区域生态系统服务退化,山水林田湖草要素资源约束趋紧,生态修复难度大任务重,联防联控与协同共建机制有待健全。为此,试点实施方案明确了“自然分区-突出问题-绿色奥运”三维导向的修复思路,制定了“指标引导-空间定位-任务聚焦-工程落地”四步推进的实施路径。试点实施2年多来,河北省协同京津全面开展山水林田湖草生态系统保护修复工作,区域生态环境协同治理取得了阶段性成果,形成了以本底层、管理层、政策层、目标层为基本构架,以多要素综合、多部门协作、多渠道保障、多目标优化为核心内容的山水林田湖草“多目标跨区联动”保护修复模式。     

基于生态系统服务供需的城市群生态安全格局构建框架

近年来,生态系统服务供需失调引发了一系列问题,诸如城市热岛、生态用地流失、环境污染、生物多样性减少等生态风险问题,已成为威胁生态安全、制约社会经济可持续发展的重要因素,因此维持生态系统服务供需平衡是生态安全健康发展的保障和关键。梳理了生态系统服务评价、生态安全格局构建的研究现状,指出了存在的不足,同时构建了基于生态系统服务的城市群生态安全格局基本框架,并提出了生态安全格局未来的研究重点:城市群区域和城市内部生态系统服务的多尺度综合评价、城市功能区的划分及对生态安全的胁迫作用、生态过程与生态系统服务与生态安全的耦合、基于生态系统服务流的生态安全格局构建、模拟和优化。通过耦合社会经济数据、卫星遥感数据、城市地图大数据,评价城市内部和外部不同尺度的生态系统服务,保障城市群生态系统服务流畅通传输,实现城市群生态安全格局评价和优化。     

基于生态安全格局的上海国土空间生态修复关键区域识别与修复策略

新时期国土空间生态修复被赋予维护区域生态安全、提升区域生态系统质量和稳定性、提供优质生态产品的重任。从生态安全角度准确判定国土空间待修复关键区域,是其首要事项,也是科学开展生态修复的关键和难题。本研究基于主流生态安全格局构建理论和方法,以上海市为研究区域,集成运用形态学空间格局分析方法和InVEST模型识别生态源地,利用电路理论提取生态廊道、生态“夹点”和障碍点,综合判定待修复关键区域,并提出针对性修复策略。结果表明: 上海市生态源地主要分布在长江入海口、崇明岛、杭州湾沿岸及淀山湖区域,约占研究区面积的17.9%;源间关键廊道共计103条;待修复关键区域包括12处生态“夹点”和54处生态障碍点,主要分布在生态源地与生态廊道接壤处以及生态廊道与生态廊道的交点或拐点处;根据待修复关键区域典型问题及其土地利用状况,提出生态景观重塑、重要廊道贯通和生态岸线保护修复3类修复策略分区及其可能的工程措施建议。本研究结果可为上海市编制国土空间生态修复规划,以及全国其他地区构建相近尺度生态安全格局、开展系统性生态修复工作提供参考。     

京津冀地区的生态质量定量评价

生态质量的好坏标志着区域经济社会可持续发展的能力以及社会生产和人居环境稳定可协调的程度,如何定量评价区域生态质量状况与变化,协调其与城镇化的关系,日益成为城市生态学研究的热点.本文选择城市化发展迅速、生态环境问题突出的京津冀城市群为研究对象,基于遥感技术反演京津冀城市群植被覆盖度、生物量和人工表面比例、植被面积百分比等生态参数,结合植被破碎化指数,采用主成分分析法,构建了基于遥感参数的生态质量指数综合模型,定量评价了2000—2010年京津冀城市群生态质量及动态变化.结果表明: 本文构建的生态模型可以更客观、综合地定量评估城市与区域的生态质量状况与变化.2000—2010年,京津冀城市群的生态质量指数从2.38上升到2.84,增幅达19.3%.其中,2000—2005年的增幅(12.2%)高于2006—2010年(7.2%).从空间分布来看,生态质量指数的高值区位于京津冀北部,西部、东南部较低.不同城市的生态质量状况及变化趋势不同.承德的生态质量状况最好,并显著高于其他城市;其次为北京、秦皇岛和保定;天津的生态质量最差.承德、北京、秦皇岛和保定的生态质量高于京津冀地区的平均水平;廊坊、天津和沧州的生态质量明显低于平均水平.2000—2010年间,除唐山外,其他城市的生态质量均呈好转趋势.其中,沧州、衡水的生态质量指数提升最显著,增幅分别达520.5%和171.8%.     

北方风沙区生态修复的科学原理、工程实践和恢复效果

北方风沙区位于欧亚草原的东部,是我国生态环境最为脆弱的地区之一,其在北方生态安全屏障和丝绸之路经济带建设中具有十分重要的战略地位。在国家一系列生态保育工程的支持下,该地区的生态环境得到明显改善。但是,由于受人类活动和全球气候变化的影响,该地区仍然面临着严峻的环境压力。在中国科学院科技服务网络计划(STS计划)等项目支持下,开展了北方风沙区土地沙化成因及退化土地空间分布研究,集成了北方风沙区重点脆弱区生态恢复的理论和技术体系,以内蒙古中部的阴山北麓地区、内蒙古浑善达克沙地和蒙辽交界的科尔沁沙地为重点研究区域,进行了高效人工草地建植、天然草地恢复和管理、沙化草地治理等相关工程技术的示范,开展生态恢复模式的效果跟踪监测和生态效益评估,确定生态恢复技术和模式的技术参数和指标,明确不同集成技术与模式在北方风沙区的适用区域和范围,为技术模式的推广应用提供科学依据。通过上述研究,可以为中央和地方政府制定生态系统管理和退化生态系统恢复政策、建立我国北方生态安全屏障提供决策依据,为生态修复产业提供技术指南,为相关研究提供全面系统的基础数据支撑。     

权衡城市扩张、耕地保护与生态效益的京津冀城市群土地利用优化配置情景分析

京津冀城市群作为影响我国经济发展的重要区域,具有多重战略意义。然而,快速的城市扩张在提高社会、经济水平的同时,伴随着资源供求矛盾加深、耕地被侵占、生态退化,以及水、大气环境污染等众多突出问题,如何优化调整城市空间结构与布局,实现社会、经济发展与生态环境保护等多目标的协同优化是京津冀规划管理与决策的关键。从土地覆盖/利用数量和空间布局两个重点方面出发,通过多目标优化模型和CLUE-S模型的构建,提出了多目标权衡下的土地扩张优化情景预案,以期为京津冀城市群扩张布局与土地利用优化配置规划与管理提供科学参考。结果表明:一方面,利用多目标遗传算法(MOGA)可以很好地实现对京津冀土地利用结构优化配置及其与社会、经济及生态效益等多目标的定量化求解,为决策人提供满足不同权衡目标的多种选择,并通过与CLUE-S模型相结合,实现京津冀城市群土地利用格局的空间优化配置情景模拟;另一方面,研究结果表明,综合考虑了社会、经济和生态效益的优化方案中,林地的增加可以相对满足政策要求,增幅较大,耕地较未优化方案减幅放缓,符合耕地保有量的要求,同时,也从空间上减少了对重要生态用地的侵占。本研究的方法与结果可为京津冀城市群土地利用规划与生态安全格局建设提供理论与应用参考。     

生态技术评价方法及全球生态治理技术研究

全球范围内生态退化形势严峻,生态技术在遏制生态退化进程中发挥着重要作用。长期以来,对生态技术缺乏系统研究和评价,影响了其在脆弱生态区生态治理中的应用与推广。"生态技术评价方法、指标体系及全球生态治理技术评价"项目(2016YFC0503700)获得国家重点研发计划"典型脆弱生态修复与保护研究"专项支持。该项目旨在厘清全球生态退化状况及其对生态技术的需求,建立生态技术评价指标体系与方法模型,评价国内外不同类型生态技术以及重大生态工程区和不同生态退化区域的生态技术实施效果,筛选和推介满足我国及发展中国家生态治理需求的生态技术,建立生态技术评价平台和集成系统,为推动我国生态文明建设和发展中国家生态治理提供科学支撑。     

典型脆弱生态区生态技术评价方法及应用专题导读

全球经济发展和日益增强的人类活动给业已脆弱的生态系统带来了巨大挑战,寻求尊重自然规律、环境友好的生态治理与恢复技术成为实现联合国可持续发展目标的重要组成部分。近年来,国内外科学家和生态治理机构研发出了一系列技术体系和技术模式,对脆弱生态区退化生态系统展开了全面的治理和恢复。然而,缺乏对这些治理技术的评价和优选方法的研发和应用在很大程度上限制了优良技术的筛选和推广应用,造成了资金和人力的浪费和损失。针对这些问题,科技部在2016年启动了国家重点研发计划项目"生态技术评价方法、指标体系与全球生态治理技术评价",其中重要的任务之一是对生态技术进行梳理、评价和优选。本文旨在对已有的评价方法和指标体系的研究进展进行系统梳理,对生态技术的特征、生态技术评价的基本步骤和原则、生态技术的三阶段评估方法等进行了界定和深入分析,对本专题收录的14篇学术文章所涵盖的评价方法和模型研发、案例应用等进行了介绍,以期为筛选优良技术、提高生态技术应用效果、促进优良技术的输出和引进提供参考。     

山水林田湖草生态修复工程的社会-生态系统(SES)分析框架及应用——以浙江省钱塘江源头区域为例

“山水林田湖草生命共同体”是人与自然和谐共处的指导原则,也是人类实现可持续发展的有效实践路径。根据Ostrom提出的社会-生态系统（SES）框架,以浙江省钱塘江源头区域为研究区,构建集流域、陆地和人类活动为一体的社会-生态系统（SES）概念框架,为生态修复工程提供一个问题导向的分析策略。研究发现基于Ostrom构建的钱塘江源头区域山水林田湖草生态修复工程的SES框架,可以用来诊断关键问题、分析影响因素、设定行动情景和评估结果,从而形成完整的实施和解决问题策略。由诊断关键问题得出,该区域面临地质灾害多发、水土流失、环境污染、生物结构单一等多重问题,而人类活动如城市扩张、过度开发自然资源、污染物排放等则是造成社会-生态系统失衡的主要因素。通过行动情景设置将SES框架中涉及的影响因素、解决途径、评价标准、期望的成效以及反馈机制等进行梳理,对研究区的社会-生态系统进行全面分析。根据设立的评价体系对生态修复工程进行生态环境和社会经济效果的动态评估,并不断地根据评价结果进行修正以获得最佳的预期成效。该框架为解决钱塘江源头区域山水林田湖草生态修复工程所面临的问题提供了一个系统的解决方案,并可根据研究区的特点进行相应调整,是一个具有强适用性的社会-生态系统分析框架。     

喀斯特槽谷区土地石漠化与综合治理技术研发

深入揭示流域尺度水-土-生资源格局和研发因地制宜的水-土-生治理技术是"十三五"石漠化治理工程的主要瓶颈。国家重点研发计划——"喀斯特槽谷区土地石漠化过程及综合治理技术研发与示范"项目(2016YFC0502300)针对槽谷区特点,锁定两个关键科学问题和五个关键技术,从过程机理研究-技术研发-应用示范3个层面解剖区域水/土/生物资源分布格局与地质地貌之间的关系,阐明石漠化过程中的相关生态变化机理,因地制宜地研发水土资源高效利用、土壤地上/下流/漏失阻控与生态恢复技术;研发野生砧木及经济树种互作效应与优化配套技术,构建槽谷区可持续的生态系统和生态产业模式并示范推广,为区域生态改善和贫困问题解决提供科技支撑。