东北粮食主产区农业生态系统健康格局与因子诊断——以吉林省为例

运用生态系统健康的理论与方法研究粮食主产区农业生态系统健康问题具有重要的意义,以东北粮食主产区的典型区域吉林省为研究对象,基于构建的胁迫-状态-免疫(S-S-I)与活力-结构组织-恢复力(V-O-R)农业生态系统健康评价指标体系,运用最优组合赋权法、综合评价模型、GIS空间分析技术和灰色斜率相似关联度诊断模型对2000—2011年吉林省农业生态系统健康的时空格局以及影响因子进行分析.结果表明: 时间特征上,2000—2011年吉林省农业生态健康等级从“不健康级”状态向“较健康级”状态转变,农业生态系统健康水平正逐步提高.空间特征上,2000—2011年吉林省农业生态系统健康状况空间差异日益显著,中部地区的农业生态健康水平保持不变,东南部与西部正逐渐提高.吉林省农业生态系统健康水平提高的主要贡献因子是经济驱动、环境治理与社会发展,主要障碍因子是生态压力、组织结构与投入能力等.最后,提出相关措施进一步改善区域农业生态系统健康状况.     

基于土地利用空间格局的区域生态系统健康评价——以舟山岛为例

土地利用空间格局是影响区域生态系统健康状态的重要因素。构建适用于舟山岛生态系统健康诊断的"活力-组织结构-恢复力-生态系统服务功能"评价指标体系,其活力以植被相对密度指数表征、组织结构以蔓延度等4个景观格局指数表征。选择镇、乡或街道等行政区作为评价单元,以遥感数据和土地利用调查数据为基础,采用G IS和RS技术,提取舟山岛17个乡镇1970-2005年间5个时期的土地利用空间格局和指标信息,采用综合参数评价模型对研究区生态系统健康进行时空动态评价。研究结果表明:(1)35 a来舟山岛生态系统健康整体状况呈下降趋势,相对较好的区域面积下降了18%,相对一般的下降了8%,而相对较差的上升了26%;(2)城市化、滩涂围垦与沿海工业的发展是舟山岛生态系统健康状态下降的主要原因。     

区域农业生态系统健康定量评价

鉴于农业生态系统健康与人类、社会、经济、环境等具有密切的关系 ,从区域尺度出发 ,提出区域农业生态系统健康的概念、评价指标体系及其相应度量方法 ,并采用专家评判标准赋值法对各指标进行了标准量化。认为农业生态系统存在不健康、亚健康和健康 3种状态 ,在这 3种状态下各指标的属性判断值分别是 1、5和 10 ,并以山东省禹城市为例进行了实证分析应用。结果表明 :从 1980年到 2 0 0 0年 ,禹城市农业生态系统总体上表现为由不健康状态经过亚健康状态 ,目前处在向健康状态的过渡阶段 ,综合健康指数由 4上升为 6。其中 ,结构特征在由亚健康状态向健康状态过渡中又转变为亚健康状态 ,是因为资源可供性和结构多样性向不健康状态转变所致 ;生产功能特征表现为由不健康过渡为亚健康进一步向健康状态过渡 ,其中生态效率有向不健康转变的趋势 ;抗逆特征表现为由亚健康向健康过渡的趋势 ,而其中自生产力已表现为不健康状态。评价结果与实际情况基本相符     

农业生态系统健康的基本内涵及其评价指标

农业生态系统健康在国际上日益受到关注。并成为农业生态学研究的热点和前沿领域之一．农业生态系统健康是食物安全和人类健康的基础．农业生态系统健康是指具有良好的生态环境、健康的农业生物、合理的时空结构、清洁的生产方式,以及具有适度的生物多样性和持续农业生产力的一种系统状态和动态过程．农业生态系统是一类典型的人工．自然复合生态系统,其健康状况在很大程度上受人类活动的调控与影响,并往往以农产品品质、食物安全和生物安全为标准．农业生态系统健康可采用生物学、环境学、生态经济学几个方面的指标。进行综合评价．其评价方法可采用综合指数法、生态毒理学方法、生态风险评估方法等．     

三北地区农田防护林面积的多尺度遥感估算

农田防护林是三北防护林体系工程重要组成部分,准确估算农田防护林(林带)的数量与空间分布对了解该林种防护效应的发挥程度及促进农田防护林体系建设进程具有重要作用.本研究利用多尺度遥感影像获取林带长度,结合实地调查的林带宽度,估算三北地区(东北西部、华北北部和西北大部;依据地貌特征,将三北地区划分为东北、华北、黄土高原和蒙新4区)农田防护林面积.东北和华北区的林带长度通过建立Landsat TM和SPOT5解译得到的林带长度的关系获得;黄土高原和蒙新区则通过建立有林带农田面积(基于Landsat TM获得)和林带长度(基于CBERS-02B获得)关系获得.结果表明:至2008年,三北地区农田防护林(包括中龄林、成熟林、过熟林;不包括新造林、未成林和部分残次林;下同)总长度为106.40×107 m,其中,东北区23.82×107 m,华北区6.07×107 m,黄土高原区25.58×107 rn,蒙新区50.93×107 m;三北防护林体系工程农田防护林面积约为130.31×104 hm2(114.98×104 ～ 145.64×104 hm2),其中,东北区42.88×104 hm2(37.52×104 ～48.24×104 hm2),华北区10.79×104 hm2(9.56×104 ～ 12.29×104 hm2),黄土高原区25.58×104 hm2(22.70×104 ～ 28.45×104 hm2),蒙新区50.93×104 hm2(45.20×104 ～ 56.66× 104 hm2);估算的平均精度为89.54％,其中,东北和华北区79.27％,蒙新和黄土高原区99.80％.     

基于植物多样性的生态系统恢复动力学原理

生态系统恢复动力学是生态学的重要问题.本研究利用岛屿生物地理学、植物群落演替、生物多样性维持机制及生态系统功能等有关理论,推导了生态系统恢复动力学模型,并用半湿润常绿阔叶林次生演替阶段数据作了初步验证.基于动力学模型讨论了动力学原理.结果表明,生态系统恢复的动力学过程决定于生态系统恢复力F1、干扰力F2和环境阻力F3的综合作用.植物多样性恢复速度的变率与植物种丰富度呈反比,与生态系统恢复总动力F呈正比.生态系统恢复力F1和环境阻力F3是初始物种丰富度s0、特定地理区域资源环境状况的函数.干扰力是干扰强度系数b和物种丰富度s的函数.当生态系统存在有害干扰的条件下,物种丰富度不能达到生态系统最高物种丰富度sm.动力学模型显示,初始物种丰富度s0越小,生态系统恢复过程越具有逻辑斯蒂性.建立了生态系统恢复力、环境阻力和干扰力的计算模型和植物多样性、干扰对生态系统恢复的作用模型.生态系统恢复动力模型显示,植物多样性能增加生态系统恢复力,促进生态系统稳定性.     

生态系统综合评价的内容与方法

生态系统综合评价是系统分析生态系统的生产及服务能力,对生态系统进行健康诊断,做出综合的生态分析和经济分析,评价其当前状态,并预测生态系统今后的发展趋势,为生态系统管理提供科学依据。从总体上讲,综合评价更强调生态系统一系列产品与服务功能之间的权衡,具有很强的实践意义。许多学者对不同的生态系统服务功能进行了经济价值评估,但缺乏对生态系统的产品、服务、健康与管理之间关系的进一步探讨。对生态系统服务功能评价、健康评价的生态管理与预测进行了系统论述,目的是提出生态系统综合评价的框架,指导生态系统评价行动及生态系统管理。     

海峡西岸经济区生态系统健康评价

基于活力、组织结构、恢复力、生态功能、人类健康等区域生态系统健康标准,综合考虑人为压力、响应措施等因素,构建了海峡西岸经济区(海西区)生态系统健康评价指标体系;针对区域生态系统健康的自然特性与人工特性,采用均方差法和层次分析法,确定了各指标权重;运用模糊综合评价法,建立了海西区生态系统健康评价模型.结果表明:2008年,海西区生态系统健康状态优越,人为压力较轻,区域生态系统健康状况总体较好,但具有显著的空间差异;受固定资产投资、教育经费支出等响应指标的制约,部分地市生态系统健康状况劣于其健康状态.与1992年相比,2000和2008年海西区生态系统健康状况相对较优,驱动要素以经济活力、组织结构、人类健康、人口压力和投资调整等为主;但受建设用地扩张及其引起的自然景观减少、人类干扰增强等制约,2008年海西区生态系统健康状况劣于2000年.     

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—2018年西秦岭景观格局变化及生态系统健康评价

西秦岭地区生态环境脆弱，人地矛盾日益加剧，区域景观格局变化及其生态系统健康演变趋势关系到区域生态安全。研究探讨2000—2018年西秦岭景观格局和生态系统健康状况的时空演变，采用2000—2018年的遥感数据，分析西秦岭的景观格局及其演变；并且在活力-组织力-反弹力(VOR)框架模型的基础上，结合生态系统服务能力和人类胁迫指标，分析西秦岭的生态系统健康状态及变化趋势。研究结果表明：西秦岭有三种优势景观，包括林地、耕地和草地，2000—2018年景观类型转移主要发生在这三者的互相转换；城镇用地的面积也处于增加的态势且增势较大。西秦岭景观扩张是通过大量小规模零散的斑块扩张实现的。由于秦岭生态保护的加强，西秦岭的景观异质性和破碎化程度在2005年出现转折点，景观类型呈均衡发展趋势。研究区超过60%面积的地区生态景观属于健康状态，且2000—2018年西秦岭的生态系统健康指数呈增加态势，生态系统的状态逐渐向好发展，但西秦岭的高寒山地以及秦岭与黄土高原复合边缘地带的生态脆弱区处于亚健康或不健康状态。研究成果对西秦岭生态脆弱敏感地带的生态保护与治理具有重要意义。     

Ecosystem Health Assessment of the Jinghe River Watershed on the Huangtu Plateau

An improved Costanza model was developed to assess the health of the Jinhe River Watershed ecosystem. The watershed is located at the center of the Huangtu Plateau in China and has suffered a severe disturbance in the last few decades. Three indicators including vigor, organization, and resilience were calculated respectively by merging ground-based observations with remotely sensed data on a watershed scale. Health indices of 12 topographic sub-watersheds were calculated using a modified Costanza formula. Health evaluated results indicated that sub-watersheds in the Huangtu mountain region were relatively healthy ecosystems with scores over 0.673. The sub-watersheds in the loess mountain and the loess gully regions, e.g., Jinghe, Heihe, and Honghe regions, scored moderately; their evaluated value ranged from 0.505 to 0.606. The two sub-watersheds in the loess gully region and all sub-watersheds in the loess hilly region scored the lowest, less than 0.50 and were considered unhealthy ecosystems. It can be argued that the loess hilly region and the loess gully regions should be in primary consideration for ecological protection and rehabilitation. This study provided a possible quantitative model for ecological planning and landscape management with respect to topographic conditions in this area.     

21世纪初农业生态系统健康研究方向

农业生态系统健康是指农业生态系统免受发生“失调综合症”,处理胁迫的状态和满足持续生产农产品的能力,目前,农业生态系统健康研究范围主要涉及农业生态系统健康评价方法,土壤质量和水质与农业生态系统健康的联系,农业生态系统健康与人类健康的关系,害虫生态管理对农业生态系统健康的贡献,杂草综合管理在农业生态系统健康中的作用,从生态病理学到农业生态系统健康,线虫群落作为农业生态系统健康指示生物的研究,转基因作物对农业生态系统健康的生态影响评价,农业投入政策对农业生态系统健康的影响,景观生态学在农业生态系统健康评价中的应用,农业生态系统健康与绿色食品开发等,首先论述了农业生态系统健康研究的现状,介绍了农业生态系统健康研究实例-土壤健康的生物指标,最后提出了今后农业生态系统健康的研究方向,为保障农产品安全和增进人类健康提供依据。     

青藏高原地区气候图解数据集

气候图解可以直观反映气象台站基本信息和气温、降水等气象数据, 是研究植被与气候关系的有效方式。为便于了解青藏高原不同植被区域气候特征, 进一步认识青藏高原植被与气候关系, 该文基于1951-1980年与1981-2010年青藏高原地区国家地面气象台站基本信息和各30年平均观测数据, 依据《中国植被》所述标准制作每个气象台站的气候图解。论文提供了青藏高原地区主要台站气候图解集, 包括两个30年时间段共计205幅图解。研究表明: (1)青藏高原地区气温和降水总体水平偏低, 前后30年年平均气温和年降水量整体呈上升趋势; (2)青藏高原地区各气象台站记录值随植被区域不同表现出较大差异。虽然青藏高原西部地区的气象台站数量很少, 但该数据集仍涵盖了高原面上的不同植被地带, 可有效运用于高原植被与气候关系研究, 为展示高原气候环境等提供便利。     

黄土高原景观格局与水土流失关系研究

采用DCCA排序法对黄土高原腹地泾河流域12个子流域的景观格局与流域水土流失关系进行了定量分析.结果表明,DCCA排序的前4轴分别与农业用地比率、景观多样性指数、森林比率显著相关.各子流域的水土流失特征具有明显的梯度变异.在森林比率占65%的三水河子流域,景观相对简单、多样性低,流域年径流量大、输沙小、含沙量低,径流相对稳定;随着森林比率减小,农业用地比率增大,景观多样性升高,产流系数增高,径流深度、输沙量和含沙量增大;在森林比率很低、农业用地53.41%的洪河子流域,景观格局复杂、多样性较高,河流含沙量高、输沙率大,月输沙和径流变异极大;在农业用地比率减小,其他景观类型比率增大,景观相对简单的环江上、下游子流域,输沙量和含沙量减小,但输沙和径流的年际变化极大.排序分析结果较清晰地解释了黄土高原典型地区水土流失特征沿景观梯度的变化规律.     

气候因子对青藏高原植被生长的时间效应

植被生长与气候存在着不对称的时间关系, 考虑气候因子对植被生长的时间效应可为准确理解植被与气候关系、预测植被对全球气候变化的动态响应提供重要科学依据。该研究基于MODIS归一化植被指数(NDVI)、气候以及植被类型数据, 通过构建气候与植被NDVI之间的4种时间效应方程, 揭示了气候因子对青藏高原植被生长的时间效应以及影响植被生长的主导因子。在4种时间效应中, 同时考虑气候滞后和累加效应对植被生长的解释度最高(47%), 相比于不考虑时间效应, 其解释度可整体提高4%-18%; 同时考虑气候滞后和累加效应时, 青藏高原有超过43%的区域受时间滞后与累加联合效应的影响, 只受时间累加效应或滞后效应影响的区域面积次之, 而不受时间效应影响的区域面积最小; 青藏高原NDVI与降水的偏相关性整体上高于其与气温的偏相关性, 其中降水占主导地位的区域主要分布在青藏高原东北部和西南部, 面积占比约为40.1%, 而气温占主导地位的区域集中在青藏高原中部和东南部, 面积占比约为29.7%。     

西藏拉萨拉鲁湿地生态系统服务功能价值估算

青藏高原是“世界屋脊”,也是我国及南亚、东南亚地区江河水系的主要水源区。该区分布有13.3×104km2的天然湿地,仅西藏自治区就有6×104km2的各种类型湿地。这些湿地对于维护青藏高原地区的生态功能,保证下游地区江河水生态安全具有重要的战略地位。但是由于许多湿地紧邻人类活动密集的城市地区,也被视为重要的城市建设土地后备资源,他们的开发与保护,长期以来一直存在着争议。以拉萨拉鲁湿地为例,对高寒草甸沼泽湿地的生态服务功能进行了定量估算。研究发现,拉鲁湿地生态系统每年的服务功能总价值达到5481万元,其中物质生产功能价值仅有315万元,占总生态服务功能价值的5.75%;如果将该湿地开发为城市建设用地,平均每年的增值也只有1391万元,仅为生态系统功能总价值的25.38%。可以看出,保护这些湿地的生态价值要远比直接开发的价值高得多,因此在西藏地区经济发展和城市扩张的过程中,必须从整个生态系统的角度出发,科学合理地保护和利用湿地资源。     

基于生态系统敏感性与生态功能重要性的高原湖泊分区保护研究——以达里湖流域为例

内蒙古高原湖泊流域是我国北方地区重要的涵养水源区域,发挥着防汛抗旱、气候调节、生物多样性维持等多种生态系统功能。近几十年来,全球气候变化加之人类活动加剧,导致内蒙古高原湖泊的数量和面积大幅减少,流域生态系统的损害日益明显,严重威胁到了周边地区的生态安全,保护与治理内蒙古高原湖泊流域已逐渐成为社会各界关注及迫切需要解决的问题。面向内蒙古高原湖泊流域保护和管理需求,以改善和提升流域生态环境质量和生态系统功能为目的,以内蒙古高原湖泊达里湖流域为研究对象,基于流域生态特性和主要生态环境问题,选取水土流失、土壤侵蚀及土地沙化敏感性3个指标评价了流域生态系统敏感性,从水源涵养、土壤保持和生境质量重要性3个方面评价了流域生态系统功能重要性,并在此基础上,通过GIS空间分析技术将流域分为极重要敏感区,一般重要敏感区和低重要敏感区。结合流域内达里诺尔国家级自然保护区的生态重要性与3个区域评价结果,从生态保护角度将流域分为禁止开发区、重点保护区、质量提升区与潜在威胁区4个区域,同时提出针对每个区域特点的保护与管理对策。研究结果对提高高原地区湖泊流域生态环境质量以及对流域实施科学有效的管理提供了科学依据,同时在促进区域乃至全球生态建设和可持续发展方面具有重要的理论与现实意义。     

青藏高原植被绿度变化及其对干湿变化的响应

青藏高原是全球气候变化的敏感区,特殊的自然环境孕育了极端脆弱的植被及其生态系统,已成为研究植被对气候变化响应的一个理想区域。植被易受气候变化的影响且响应可能因季节和植被类型而异。该研究将标准化降水蒸散指数(SPEI)和MODIS归一化植被指数(NDVI)分别作为干湿度和植被绿度指标,采用Sen’s斜率估计、BFAST模型和相关分析,分析了2000–2018年青藏高原植被绿度变化的时空格局特征,并探讨了植被绿度对干湿变化的响应。结果表明:2000–2018年青藏高原植被绿度呈上升趋势,但变化速率空间差异显著。大部分高原地区植被绿度于2012–2015年间存在突变,突变后普遍呈上升趋势,以藏北地区最为突出。青藏高原植被生长季NDVI与不同时间尺度SPEI整体呈正相关关系,且在生长季的中后期相关性逐渐增强。青藏高原植被对SPEI的响应表现出一定的年内周期性,草本植被(草甸和草原)区尤为显著。相对于森林和灌丛植被,草本植被对SPEI响应更为敏感,且在生长季的不同阶段对不同时间尺度的SPEI的响应存在明显差异。     

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。