基于土地利用变化与生态系统服务供需的中国野生亚洲象时空迁移特征分析

2021年4月,我国15头野生亚洲象(Elephas maximus)从西双版纳一路北迁至昆明市受到了全世界的关注,分析我国野生亚洲象分布区土地利用变化、生态系统服务供需关系如何影响野生亚洲象分布,对保护亚洲象与提高当地人类福祉具有重要的意义。利用生态系统服务价值当量因子法和生态系统服务需求模型计算中国野生亚洲象分布区1990、2005、2015年生态系统服务供给价值与需求指数,通过空间标准化匹配出四种生态系统服务供需模式,探究我国野生亚洲象偏好分布的供需模式。结果表明,林地、草地和耕地是最主要的土地利用类型,1990—2015年,林地、草地和耕地的面积变化率分别为1.09%、-4.82%、-4.86%。1990、2005、2015年生态系统供给总价值分别为6108.55亿元、7434.41亿元、13973.37亿元;生态系统服务需求不断提高,整体呈现中间高,四周低的分布格局。在研究的25年内,亚洲象分布于高供给-高需求与高供给-低需求区域,且有向高供给-高需求区域迁徙的趋势。     

宁夏银川平原沙化土地不同人工林土壤质量评价

沙化土地土壤贫瘠、生产力低,人工植被恢复是重要的土壤改良措施。为研究宁夏银川平原沙地不同人工林栽植对土壤的影响,以银川腹部沙地银川植物园沙化土壤恢复区的2017年3月种植的文冠果(Xanthoceras sorbifolium)和欧李(Cerasus humilis)人工林地为研究对象,以邻近的长期撂荒地为对照,对土壤质量进行了研究。2020年7—8月采集土样并测定了土壤物理、化学、生物学等20个指标作为土壤质量评价的总数据集,方差分析筛选出差异显著性的9个指标作为重要数据集指标,采用主成分分析法和Norm值建立土壤质量评价指标最小数据集(MDS),利用线性和非线性两种评分方法计算土壤质量指数(SQI)。结果表明：与长期撂荒地相比,银川平原沙化土壤恢复区人工文冠果、欧李林地的土壤理化性质较好,土壤砂粒百分比减少、粉粒和黏粒百分比有所增加,pH降低;有机质、全氮、全磷、全钾等主要养分指标提高,蔗糖酶、脲酶、纤维素酶等主要生物酶活性也高于撂荒地,筛选出的研究区土壤质量评价MDS指标为土壤粉粒百分比和全磷。2种评价方法下,文冠果和欧李人工恢复林地的SQI高于撂荒地,但提高不显著(P>0...     

三江源国家公园草地地上生物量时空动态及其气候影响

三江源区位于青藏高原腹地,作为长江、黄河、澜沧江三大河流的发源地,是我国重要的生态安全屏障。基于三江源区域草地AGB的野外调查数据,本研究采用多种机器学习算法集成分析的方式构建模型,实现了高精度的三江源国家公园草地AGB时空估算。基于AGB时空模拟结果,分析了近19年(2000—2018年)三江源国家公园区域草地AGB的时空动态变化。研究结果显示：(1)通过多种机器学习结合贝叶斯平均模型,草地AGB模拟值与实测值的r为0.88,RMSE为71.60g/m²,表明多模型集成分析的方式对草地AGB估算获得了较好的模拟效果。(2)三江源国家公园区域草地AGB的空间分布具有明显的空间异质性,呈从东南向西北递减的趋势。(3)2000—2018年长江源国家公园、黄河源国家公园和澜沧江国家公园区域草地AGB多年平均值分别为82.96 g/m²、117.54g/m²和168.39 g/m²。(4)近19年间,在黄河和长江源园区受到温度上升的影响草地AGB呈现出非显著性上升趋势;澜沧江区域,由于2015和2016年的...     

变化环境下火干扰研究进展

火是地球系统的重要过程,也是一种剧烈的环境干扰因素。火是生态系统变化的驱动力和催化剂,调节着生态系统的结构和功能,同时反馈给气候系统。近年来,世界多个国家相继爆发了历史上罕见的极端火事件,使得火干扰、气候变化和人类活动之间的相互作用关系得到了空前的关注。主要从3个方面回顾了变化环境下火干扰研究的进展,包括(1)火干扰的时空格局;(2)火干扰的驱动机制;(3)火干扰的生态效应。概括起来,遥感技术的发展使得火监测精度不断提高,对火时空格局的刻画由过去侧重火燃烧面积单一因素转向具有多重属性的火干扰体系。气候变化和人类活动共同决定着火干扰的分布格局、频率和强度,考虑气候的季节性能够提高火干扰的预测能力。火干扰调节着生态系统的草木平衡,对于生物多样性和生境的维持非常重要。此外,火干扰通过生物质燃烧释放的大量温室气体影响大气组成和空气质量,同时通过改变地表状况和陆-气相互作用来影响气候系统。正确理解气候-植被-火之间的相互作用和反馈机制有助于未来火干扰体系的预测。随着高温、大风、干旱等极端气候事件增多,未来全球大部分区域火发生的风险增加,但是人类活动可能会使火和气候之间的关系发生解耦。可持续的火管...     

北部湾茅尾海无瓣海桑红树林地上生物量反演——基于XGBoost机器学习算法

无瓣海桑是广西从自治区外引进的外来红树林树种,采用定量化算法精确估算无瓣海桑地上生物量对红树林生态修复以及海洋蓝碳监测提供经验和方法。论文以广西茅尾海自然保护区无瓣海桑红树林为研究对象,以野外实测无瓣海桑红树林地上生物量数据和Sentinel-1/2卫星提取的后向散射数据、波段数据、植被指数数据和纹理指数数据为数据源,通过分析各遥感因子与实测红树林地上生物量之间的重要性关系,采用极端梯度提升(XGBoost)机器学习算法对比了不同的变量组合对模型精度的影响,最后基于优选的变量组合反演了无瓣海桑红树林的地上生物量。结果表明：(1)研究区无瓣海桑红树林实测树高范围为1.55—13.58m,平均值为8.37m,胸径范围为0.7—41cm,平均值为15.62cm;(2)通过XGBoost算法优选的21个特征变量组合模型拟合效果较好,其模型在测试阶段R²=0.7237,RMSE=21.70Mg/hm²。XGBoost算法反演研究区无瓣海桑地上生物量介于19.14—138.46Mg/hm²之间,平均值为51.92Mg/hm^...     

低碳发展背景下北京市土地利用与生态系统服务多情景模拟研究

在全球气候变化的背景下,合理协调低碳减排与经济效益之间的关系,进而指导土地利用优化配置,对于推动经济社会低碳转型与生态系统服务价值的提升具有重要意义。通过耦合多目标规划(MOP)与斑块生成土地利用模拟模型(PLUS),针对北京市构建了自然演变、经济优先与低碳发展这3种未来发展情景,并对不同情景下2030年土地利用与生态系统服务价值进行模拟评估。在此基础上,进一步对北京市未来生态系统服务提升区域进行识别,将传统的多情景土地利用模拟研究进行了延伸与扩展。结果表明：(1)3种情景下的土地利用结构与空间布局存在差异,低碳发展情景下东南部平原区建设用地的扩张与耕地面积的减少趋势得到了有效控制,西北部山区的林地面积有较大幅度的增长。(2)低碳发展情景下的生态系统服务价值总量约为590亿元,高于另外两种情景,且从空间分布上来看,该情景下服务价值提升区域的面积也显著高于其他情景。(3)低碳发展情景下,北京市生态系统服务提升潜力较大的区域面积占比约7.98%、潜力中等区域的面积占比约26.57%,潜力较低区域的面积占比约65.45%。     

中国遥感干旱指数时空特征及其对气候和地表覆盖变化的响应

干旱严重影响植被生长,威胁粮食安全,基于遥感计算的植被状态指数（Vegetation Condition Index,VCI）、温度状态指数（Temperature Condition Index,TCI）和植被健康指数（Vegetation Health Index,VHI）是常用的干旱指数,被广泛应用于干旱监测。为了探究近年来我国干旱特征及其对气候和地表覆盖变化的响应,分析了2003-2016年期间VCI、TCI和VHI的时空变化特征;采用最小二乘（OLS）和偏相关分析方法分析了这些指数对气候和地表覆盖变化的响应。基于上述干旱指数计算的干旱频率表明,中温带中部和南温带等地区干旱发生频率高,干旱指数变化趋势表明在2003-2016年期间中国大部分地区干旱缓解,但在中温带、南温带和高原气候区等局部地区干旱加剧;总体而言,干旱指数随着年平均温度的上升和年降水量的降低而减小,VHI与温度和降水量的相关性在不同气候区的一致性优于VCI和TCI;裸土的减少和植被的增加导致干旱指数增大,树木转变为低矮植被干旱指数降低。     

基于土地多功能的黄土丘陵沟壑区生态保护与发展情景评估及多主体模拟

黄土高原丘陵沟壑区生态环境脆弱,近几十年生态保护工程的实施带来显著的生态恢复效果,也对农户的生计策略与区域粮食安全产生了影响。刻画生态脆弱区人-地系统复杂响应过程,可以为区域可持续的土地利用管理模式提供依据。研究从土地多功能出发,着眼于黄土丘陵沟壑区河谷川地、梁峁区域、黄土塬地、土石山地以及城郊区域等不同的典型地貌类型与代表区域,采用多层次利益相关者参与式的评估框架,以农户的耕地利用行为及生态工程影响与未来发展为切入点,设置惯性发展情景、发展优先兼顾生态情景、农业优先兼顾生态情景以及生态优先兼顾发展情景,构建多智能体模型对区域土地利用与土地多功能的时空变化开展模拟。主要结果表明：(1)生态优先兼顾发展情景综合影响最高且对各维度影响相对均衡,而农业优先兼顾生态情景对区域土地的经济维度的功能和社会维度具有更为明显的提升效应;(2)根据土地多功能空间变化模拟结果,区域土地利用破碎化明显且耕地的撂荒对全域土地多功能均表现出明显的限制作用,农业优先兼顾生态情景中土地功能发生下降的面积最少;(3)发生土地功能下降的区域主要分布在土地质量较差、坡度处于5—15°范围内、地形起伏度较大以及距离道路较远...     

基于Landsat的重庆市生态环境质量动态监测及其时空格局演变分析

长江流域是我国重要的生态屏障之一,重庆市作为长江上游最后一道关口,研究其生态质量发展对于有效保护长江流域生态环境具有重要指导意义。基于2011—2021年间的Landsat影像等数据,计算遥感生态指数(Remote sensing based ecological index, RSEI),并采用Sen(Theil-Sen median)趋势分析法和MK(Mann-Kendall)检验研究其变化趋势以及利用Hurst指数模型分析RSEI的持续特征。利用空间转移矩阵和重心迁移模型研究其在空间上分布特征的变化情况,最后使用降水、风速、近地表气温、海拔等辅助数据为影响因素,结合地理探测器进一步探究RSEI变化驱动力,探讨重庆市2011—2021的RSEI空间分布及演变趋势。结果表明：(1)重庆市多年平均RSEI为0.593,使用等间距法将其划分的等级为差、较差、中等、良、优的面积占比分别为2.48%、8.28%、38.32%、41,87%、9.05%。从整体来看重庆市生态质量水平较高,重庆市年际RSEI以显著趋势波动增长。(2)RSEI等级为差的地区空间上主要集中于重庆西部;较差等级主要围绕...     

长三角地区植被覆盖演变城乡差异及其原因

城市生态环境和城市化之间的关系是城市可持续发展的关键。研究不同城市化水平下植被覆盖的长时间演变趋势,对理解城市化过程对植被生长动态的影响,城市更新以及推进城市绿化的科学管理具有重要意义。然而,目前对城市内部沿城乡梯度植被生长趋势差异的认识还比较有限。以我国城市化发展最为强烈的长三角地区为研究对象,基于2000-2020年长三角归一化植被指数数据,采用趋势分析和地理探测器方法,探究了长三角地区城市内部植被覆盖演变城乡差异,并从土地利用/覆被变化和城市化发展的角度解析其成因。研究结果表明：（1）2000-2020年长三角地区植被总体呈绿化趋势,植被明显绿化占最大比例（52.06%）,轻微绿化与稳定不变地区占31.68%,零星分布的褐化区占6.82%。（2）城市老城区植被覆盖变化总体呈现返绿趋势（0.016/10 a）,新城区褐化明显（-0.019/10 a）,农郊区绿化突出（0.023/10 a）。在上海、南京和杭州等人口城市化水平较高的城市中,老城区土地利用变化强度最高,其绿化趋势也最高,体现了城市更新过程对绿地空间的促进作用;而在人口城市化水平相对较低的宣城、蚌埠和阜阳等城市,土地利用变化强度相对较低的农郊区也呈现明显的绿化趋势,更多的是受到区域生态保护的影响。（3）土地城市化是长三角地区老城区和新城区植被覆盖变化的主导因子,而城市化因子对农郊区解释程度总体不显著。从长三角总体区域看,城镇人口比重、不透水面积/总面积以及地区生产总值三者对植被覆盖演变存在显著影响,其中城镇人口比重影响最大。