基于生态系统服务供需匹配与耦合协调的生态管理分区——以大连市为例

生态管理分区是建设用地扩张指引和生态空间管控的重要依据,对维护区域生态安全和生态文明建设具有重要意义。以我国北方沿海重要中心城市——大连市为例,选取食物供给、水源涵养、固碳释氧、土壤保持、生境维持和美学景观6项指标,综合运用模型法及生态经济学方法量化生态系统服务供给,并结合土地利用、人口和经济现状定量评估2015年生态系统服务需求。利用象限匹配法和耦合协调度模型,探究千米网格尺度下生态系统服务供需匹配关系和协调关系及其区域差异,进而通过空间叠置分析划分生态管理分区并提出相应管理措施,旨在为区域内生态修复以及差异化建设提供科学参考。研究结果表明：①大连市生态系统服务供需具有显著空间异质性,总体呈现北部林地和东西部沿海生态系统服务供给高、需求低,中南内陆城镇区生态系统服务供给低、需求高的空间格局;②生态系统服务供需不匹配和失调特征明显,匹配类型以高供给-低需求和低供给-高需求为主,生态系统服务供需耦合协调度平均值为0.38,表现为轻度失调;③综合分析将大连分为4个生态管理区,其中,生态涵养区为高供低需-供需失调区,要以保护为主培育为辅,重点保护;生态农业区为高需-供需平衡区,以生态保护和生态建设为主,提高其投入产出效率;生态改良为低供高需-供需失调区,以生态建设和整治为主,综合改善生态系统服务水平;生态一般保护区为高供-供需失调区,以综合保护为主,提高生态溢出效应。     

新疆85个县市旅游生态安全时空格局演变及驱动机制

旅游生态安全是区域生态安全的重要组成部分。科学评价区域旅游生态安全状况,对区域旅游生态安全风险防控具有重要的现实意义。以新疆85个县市为研究对象,兼顾DPSIR模型与数据包络分析方法（DEA）两者优势,运用Max-DEA软件科学、系统地测度新疆各县市2007-2017年的旅游生态安全,利用ArcGIS10.6和GeoDa0.95i软件的空间分析技术对新疆各县市的旅游生态安全时空格局演变特征进行分析,并利用地理探测器探测旅游生态安全的关键影响因素。研究发现：（1）时间上,新疆多数县市的旅游生态安全指数逐年降低,呈现出明显的恶化趋势;空间上,新疆各县市旅游生态安全等级两极分化现象严重,且南疆县市的旅游生态安全水平总体优于北疆县市;（2）新疆各县市的旅游生态安全存在明显的相关性,旅游生态安全空间集聚态势明显;（3）新疆旅游生态安全低-低类聚集区域范围有所扩散,高-高类聚集区域范围则正在缩小,负面空间溢出效应增强,正面溢出效应减弱;（4）影响新疆各县市旅游生态安全的主要因素有：城镇化率、游客人数、游客密度、旅游空间指数、星级酒店数、植被指数、农牧民人均纯收入、旅游业对GDP的贡献率、旅游接待能力以及每万人拥有教师数。基于研究发现,本文刻画了新疆旅游生态安全的驱动机制,并提出相应的政策建议。研究成果对新疆各县市的旅游生态安全的保护具有重要的参考意义。     

基因组尺度集成细胞网络模型研究进展

细胞网络研究是系统生物学的一个研究热点,通过结合计算机模型和实验技术,从系统角度分析复杂的生物系统,可以为生物实验提供指导和预测。近十年来,国内外许多研究团队致力于基因组规模代谢网络、基因调控网络和信号转导网络模型的构建和分析,并取得了一定成果。而不同类型网络的集成和分析是当前生物网络研究中一个新的方向,并带来了诸多新的挑战。在本文中,主要对基因组尺度集成细胞网络模型的研究进展,特别是对代谢网络和转录网络的集成进行了详细论述,着重于集成网络的构建和分析方法,最后对该领域研究前景进行了展望。     

暖温带–北亚热带过渡带落叶阔叶林群落不同径级系统发育结构的变化

群落的系统发育结构能够有效地反映各种生态过程对群落组成的影响,通过研究群落系统发育结构能推断出其形成的生态过程,对于揭示群落动态具有重要意义。作者将宝天曼1 ha落叶阔叶林样地分为10 m×10 m、20m×20 m、25 m×25 m三个尺度的样方,将样地内乔木个体划分为小径级(1 cm≤DBH5 cm)、中径级(5 cm≤DBH10 cm)、大径级(DBH≥10 cm)三个径级,通过比较各个阶段系统发育结构的变化,来分析其群落系统发育结构的生态过程。不同零模型的比较发现,宝天曼落叶阔叶林群落的净系统发育亲缘关系指数(net relatedness index,NRI)和最近种间亲缘关系指数(net nearest taxa index,NTI)值都随着研究尺度和径级的增加而降低,表明该群落在不同时空尺度上都表现出群落系统发育结构发散,而且系统发育密度制约对大径级个体的系统发育结构的影响大于小径级个体。上述结果说明密度制约是地处暖温带–亚热带过渡带的宝天曼落叶阔叶林群落物种多样性维持的重要机制。     

USLE/RUSLE中植被覆盖与管理因子研究进展

通用土壤流失方程(USLE)及修正通用土壤流失方程(RUSLE)是世界范围内应用最广泛的土壤侵蚀预报模型,模型中C因子表示植被覆盖和管理措施对土壤侵蚀的作用,是人为控制土壤侵蚀的重要因子。回溯了C因子发展演变历程,依据国内外最新研究成果,系统阐述了不同尺度C因子估算方法。在小区、坡面、小流域尺度上,C因子确定主要依赖于野外实验观测,研究条件的一致性尤其是标准小区的统一是C因子值可比性的前提。流域、区域尺度C因子确定通常需要利用遥感影像,遥感技术的发展促进了流域、区域尺度C因子估算方法的进步,使提取的C因子图更加精细、准确,但是使用遥感数据全面刻画C因子含义仍然是一大挑战,因此仍需加强C因子相关研究。共归纳了10种确定C因子的方法,介绍了不同方法的优缺点及适用条件,提出了我国C因子研究应加强的工作,希望为相关领域研究者提供参考。     

不同尺度因子对滦河流域大型底栖无脊椎动物群落的影响

通过2011年滦河流域38个河段大型底栖无脊椎动物采集,探讨了河段尺度和流域尺度环境因子对大型底栖无脊椎动物分布的影响。其中,河段尺度因子包括水体/底质特征、河岸带特征和水质,流域尺度因子包括采样位置、流域土地利用结构和缓冲区土地利用结构。RDA(冗余分析)结果表明,河段尺度影响大型底栖无脊椎动物分布的关键因子为:细粒物质比例、河岸带植被盖度、河岸带人类干扰程度、河岸带农田比例、水面宽度和河道改造程度,总解释量为42%;流域尺度影响大型底栖无脊椎动物分布的关键因子为:纬度、海拔、流域内耕地面积百分比和流域面积,总解释量为32%。研究结果表明,河段尺度因子比流域尺度因子对于指示大型底栖无脊椎动物分布更为重要,在环境因子监测中应给以更多的重视。     

遗传算法支持下土地利用空间分形特征尺度域的识别

针对土地利用空间分形特征只存在于有限尺度域的现象,采用无标度区内离散点拟合的离差平方和平均值最小作为目标函数,提出了一种基于遗传算法的土地利用空间分形特征尺度域的识别方法,用于准确计算分形维数的有效区间范围。以武汉市武昌区水域空间分形特征为例,利用Quickbird多光谱遥感影像提取土地利用空间信息,重点讨论了基于遗传算法识别土地利用空间分形特征尺度域范围的总体思路、适应度函数和遗传算子等环节;然后分别从测定系数、标准差和无标度区间3个角度,将其同人工判断法、相关系数法以及强化系数法进行对比讨论;并结合研究区域实际的水域空间分布格局,分析不同方法计算所得半径维数的合理性。结果表明,土地利用分形特征尺度域的范围对分形维数计算结果有较大影响;相对于传统计算方法来说,遗传算法在尺度无标度区间识别上具有更高的精度,可以为土地利用空间格局分形特征的研究提供客观指导意见。     

泾河流域潜在蒸散量的时空变异

潜在蒸散量是水文循环中的重要变量,分析其当前特征并预测未来变化,对于区域干旱和水文特征分析具有重要的参考意义。基于15个气象站点的日数据、NCEP再分析数据以及HadCM3的预测数据,在分析当前潜在蒸散量的基础上,应用统计降尺度方法对泾河流域21世纪的潜在蒸散量进行了预测。结果表明,1961—2005年泾河流域潜在蒸散量年均值为934.6 mm,且存在空间差异,整体由东向西南方向递减;时间变化上呈不显著的上升趋势。21世纪泾河流域潜在蒸散量呈显著的上升趋势,但存在季节差异,夏季增幅较大而冬季增幅较小;空间分布基本保持现有模式,但区域差异增大。潜在蒸散量增加可能加剧泾河流域的干旱状况,需提前采取一定的应对措施。     

基于移动窗口法的豫西山地丘陵地区景观异质性分析

研究典型区域景观异质性过程中,对特征尺度的判断尤为重要。基于3S技术,以豫西山地丘陵地区巩义市为研究区域,在分析其景观组分与结构的基础上,采用半变异函数和移动窗口相结合的方法,确定研究景观异质性的特征尺度,并在特征尺度下选取西北—东南方向和东北—西南方向两条样线,分析研究区不同干扰背景下景观异质性的空间特征。结果表明:豫西巩义地区总体上以旱地、建设用地、水浇地、草地和有林地景观类型为主,其中旱地所占比例最大(30.9%),沟渠所占比例最小(0.1%);根据特征尺度分析确定研究区巩义市景观异质性的合适尺度为1000 m;在特征尺度下,研究区景观破碎化以河谷平原和丘陵为主的巩义东部偏南区域最高,以人为干扰较少的南部低山有林地区最低,景观多样性分布特征则呈现4个聚集中心,分别为北部河谷平原农业区、城市建成区、南部低山区和东南丘陵区;不同干扰背景下,巩义地区景观异质性根据城市化程度呈现以市区为中心向外辐射发展的特征,同时受海拔高度因素影响较大,即在海拔200 m以下区域景观受人为干扰强烈,海拔200—500 m丘陵区域受海拔因子和人为干扰因子共同作用,海拔500 m以上区域海拔因子起主导作用。研究结果可为豫西山地丘陵地区及同类地区景观异质性的研究尺度、景观格局优化和土地的有效管理提供依据。     

农田灌溉对气候的影响研究综述

过去200年全球灌溉农田面积迅速扩张,灌溉对气候的影响逐渐受到世界各国研究者的关注。回顾了过去有关灌溉对气候的影响研究,归纳了前人的研究手段,指出了目前研究中存在的问题和困难,并提出了未来灌溉对气候的影响研究应该注重如下几个方面:1)同时利用观测数据分析方法和模型模拟研究方法进行灌溉对区域气候的影响,并将两者的结果进行对比分析,以求做到互相验证;2)对于缺乏地面观测数据或者地面数据受其他因素(比如:城市化)影响大的区域,建议利用遥感观测数据进行灌溉对地表参数的影响研究;3)注意对灌溉四大属性(灌溉位置、灌水量、灌溉方式和灌溉时间)的精确模拟,可以考虑耦合气候模型和作物模型进行模拟研究,并注意区分灌溉旱地和灌溉水田。4)提倡利用多模式集合的方式研究灌溉对区域气候的影响,以减少灌溉对气候影响(强度和方向)模拟结果的不确定性;5)未来也应该考虑模拟灌溉和气候变化间的互馈影响。