东部发达区生态安全格局构建——以苏南地区为例

随着城市化进程的加快,东部发达区面临水土流失、生态廊道阻断、栖息地破碎化等生态问题。识别重要生态用地,构建生态安全格局,对区域生态保护和可持续发展具有重要意义。选取苏南地区为研究区,分别基于生物多样性保护价值、水资源安全和土壤保持3项指标进行生态用地识别,结合GIS技术进行生态用地评价,以高等级生态用地作为源地;利用最小累积阻力模型,识别缓冲区和生态廊道,构建区域生态安全格局。取得以下研究结果:(1)生态安全格局由源地、廊道和缓冲区共同构成。研究区内高等级(非常重要)生态用地面积比例为22.97%;将面积大于10 km~2的高等级生态用地提取为源地,生态源地的面积比例为19.17%。(2)基于最小累积阻力模型,确定了生态缓冲区和生态廊道,其中生态缓冲区占研究区总面积的30.52%,潜在生态廊道的主要景观构成为耕地、林地和水域,分别占廊道总面积的31.82%、19.06%和17.27%。(3)通过叠加城市建设用地与生态源地、生态缓冲区图层,识别城市建设用地与生态用地的冲突区域,总面积为603.84 km~2,占源地与缓冲区面积总和的4.38%,空间上主要集中在长江沿线和太湖周边。     

2000-2015年中国陆地生态系统蒸散时空变化及其影响因素

准确量化区域蒸散时空格局及其影响因素对理解陆地生态系统碳水循环具有十分重要的意义。近年来中国经历了严重的空气污染及气候波动,亟须探讨蒸散的时空变化及其影响因素。基于PT-JPL（Priestly-Taylor Jet Propulsion Laboratory）模型,集成遥感数据和气象数据模拟了中国陆地生态系统2000-2015年蒸散,并分析其时空变化及影响因素。结果表明：1）参数优化后PT-JPL模型可解释蒸散年际变化的68%,优于原始模型及MODIS蒸散产品;2）中国地区多年平均蒸散为440.16 mm/a,呈东南沿海到西北内陆逐渐递减的空间格局;3）2000-2015年蒸散整体呈轻微下降趋势（slope=6.48 Gt/a,P=0.17）,但具有年代际差异,2000-2010年中国地区蒸散呈显著下降趋势（slope=21.05,P < 0.01）,占全国蒸散总量45.05%的内蒙古地区、甘新地区、黄土高原地区及青藏地区解释了61.88%的年际变化;2010-2015年呈轻微上升趋势（slope=10.48,P=0.71）,各地区均无显著变化趋势;4）辐射主导了蒸散的年代际差异,分别解释了2010年前后蒸散下降及上升趋势的51.45%、85.26%。蒸散呈显著变化趋势的内蒙古地区、黄土高原地区及青藏地区主要受辐射控制,甘新地区主要受降水和温度的影响。     

干旱荒漠区植物生态位对水盐的响应

全球气候变化对生态系统功能的影响决定着种群地位和群落演替,由于干旱区的特殊性成为研究生物响应环境变化的热点地区。为探索艾比湖流域荒漠区植物生态位对土壤水盐梯度的响应,在研究水、盐含量和植物生态位特征的基础上,应用变系数模型,分析了土壤水盐梯度下的群落组成和生态位响应趋势。结果显示:(1)随土壤水盐梯度的降低,艾比湖流域群落的物种组成呈倒"V"型分布,说明土壤水盐交互作用影响着植被分布和群落类型。(2)高水盐环境下,胡杨(Populus euphratica)、琵琶柴(Reaumuria soongorica)和梭梭(Haloxylon ammodendron)等生态位宽度值(B_i)较大,柽柳(Tamarix ramosissima)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia)和甘草(Glycyrrhiza uralensis)等B_i较小;中水盐环境下,白刺(Nitraria schoberi)和琵琶柴的B_i较大,铃铛刺(Halimodendron halodendron)、甘草和盐节木(Halocnemum strobilaceum)的B_i较小;低水盐环境下,梭梭、花花柴(Karelinia caspica)和琵琶柴等B_i较大,盐节木的B_i较小;说明土壤水盐环境和物种生态学特性是影响B_i的重要因素。(3)物种水平上,B_i较大的种群与其他物种的生态位重叠(O_(ij))一般较大,但B_i较小的物种间的O_(ij)不一定小(例如:高水盐土壤环境下柽柳和骆驼刺的O_(ij)为1);群落水平上,B_i与O_(ij)具有一定的正相关性;说明由于资源纬度的相似性增大了低B_i物种间的O_(ij),并且B_i和O_(ij)由物种向群落尺度转换时,两者之间的关系存在冗余。(4)土壤水盐梯度与群落生态幅呈现一种非线性相关特征,高水盐格局对群落B_i有一定的促进效应,而低水盐模式对B_i具有一定的限制作用,表明土壤水盐的协同效应影响着物种在群落的地位,并在一定程度上决定了群落向正负两极演替的方向。     

粤北南岭大宝山矿流域山水林田湖草修复阻力与优先级分析

遵循“防源、控流、治汇”理念,以粤北南岭大宝山矿区作为风险源,以所在流域为研究区,分析研究区主要阻力因素,采用最小累积阻力模型建立区域生态阻力面;利用Jenks自然断点法,分析生态修复优先级,提出分区治理重点和对策。研究结果表明：研究区综合阻力系数处于9-32之间,各评价指标的阻力面空间分布格局相似,其阻力值呈现出东南部大,西北部小的空间格局;长期的矿业开采污染了流域生态环境,且距离矿区越近的区域生态修复的优先性越高。将研究区分为4个优先级区,各区修复优先性依次为Ⅰ区 > Ⅱ区 > Ⅲ区 > Ⅳ区。Ⅰ区重点在于治水,提高pH、降低重金属有效态含量和增加地表植被覆盖度。Ⅱ区重点在于河流治理与治土,确保污染减排,增强拦泥库的废水调节。Ⅲ区、Ⅳ区核心在治土,逐步改善土壤条件。研究结果为修复项目在时空尺度上落地和科学治理提供科学依据。     

典型气候条件下东北地区生态系统水源涵养功能特征

东北地区是我国重要的生态功能区,其包含的典型生态系统具有独特的水源涵养功能,在防洪减灾,保障生态安全和人居安全中发挥着关键作用。以往有关水源涵养功能的研究主要是依托不同水文模型方法,从单一年份或多个年份的角度进行研究,较少考虑不同气候条件下水源涵养功能的空间分异特征。采用标准化降水蒸散发指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)划分研究区的典型气候年份(干旱、正常和湿润);基于水量平衡法,结合SCS-CN模型以及Penman-Monteith方程对东北地区典型气候条件下生长季内的水源涵养功能进行研究。结果表明:(1)研究区水源涵养功能在不同气候条件下差异明显,三个典型气候年份生长季内的水源涵养总量分别为:干旱年(SPEI=-1.26)为2214.64亿m~3、正常年(SPEI=-0.22)为3231.49亿m~3和湿润年(SPEI=1.05)为3969.33亿m~3。(2)水源涵养功能空间变异突出,但在三种典型气候条件下呈现出一致变化,均表现为长白山地区水源涵养量最大,大小兴安岭地区次之,水源涵养量最低的地方主要出现在呼伦贝尔以西的草原地区,在东北平原的部分地区也有低值的出现,如白城、通辽、鸡西等地区,水源涵养量较一般的地方出现在东北平原大部分以农田为主的地区。(3)水源涵养功能除受气候因素的影响外,还取决于土地利用类型的变化,对于整个东北地区来讲,水源涵养总量表现为林地农田草地湿地,单位面积水源涵养量在干旱年和正常年表现为林地农田湿地草地,在湿润年份表现为林地湿地农田草地。研究结果揭示了东北地区三种典型气候条件下重要生态系统的水源涵养功能大小、空间分布特征及其主要驱动因素,可为区域生态空间规划和生态系统管理提供科学指导。     

SolVES模型价值转移方法对不同空间尺度的响应评估

随着人类对生态系统服务压力的不断增加,生态系统服务社会价值的评估变得至关重要。利用SolVES模型将太白山国家森林公园的社会价值转移到牛背梁国家森林公园和秦岭山地,评估两者的社会价值并探讨不同尺度下转移结果的差异。结果表明:1)牛背梁国家森林公园游憩价值指数与高程负相关,美学价值指数与高程正相关,羚牛谷山水观光游憩区的游憩价值较高,高山风光区的美学价值较高;2)秦岭山地的游憩价值与高程正相关,美学价值与高程负相关,森林公园的游憩价值较高,山地整体美学价值指数偏低;3)秦岭山地的社会价值集中于高程1000—2000m、坡度25°—35°处,而牛背梁国家森林公园的社会价值分布规律不明显;4)不同尺度下相同的转移模型输出的转移结果与环境变量的关系存在差异。SolVES模型的价值转移子模型是一个可以进行生态系统服务社会价值评估的快速有效的工具,但应根据需求精度选择合适的统计模型。     

阿克苏河流域土壤湿度反演与监测研究

以新疆阿克苏河流域为研究区,以GF-1 WFV和Landsat8 OLI两种高分辨率遥感影像为数据源,结合102个不同深度层的土壤湿度实测数据,选择垂直干旱指数(PDI)、改进型垂直干旱指数(MPDI)和植被调整垂直干旱指数(VAPDI),对土壤湿度指数反演的效果进行比较和验证。结果表明,两种数据源下的PDI、MPDI、VAPDI与土壤湿度实测含水量的决定系数较高,尤其是0—10 cm的相关性最强,平均决定系数达到0.68,说明基于光学遥感影像近红外和红光波段反射率构建的反演指数对近地表层土壤湿度信息更敏感,但对地下较深层次的土壤湿度反演精度略低;MPDI和VAPDI能够在一定程度上克服混合像元对土壤湿度光谱信息的影响,反演的精度要比PDI高,尤其是高植被覆盖度区,采用垂直植被指数(PVI)修正的VAPDI反演精度最佳;基于两种遥感数据源的土壤湿度空间异质性基本一致,但空间分辨率较高的GF-1 WFV模拟的土壤湿度空间分异更加精细和明显。研究结果可为"一带一路"背景下干旱半干旱地区大范围和动态监测土壤湿度、开展定量节水灌溉等提供理论基础和实践参考。     

多源空间数据整合视角下的城市开发强度研究

城市开发强度能直观表征人类活动强度,对指导城市规划与管理、促进城市可持续发展具有重要价值。采用社会-经济-生态系统耦合视角构建城市开发强度的多维测度体系,整合多源空间数据,测度了杭州市主城及3个副城的开发强度并揭示了其空间分布特征。结果表明,杭州城市开发强度由主城向副城呈波动降低,高强度开发过度集中于主城,主城的功能疏散有待加强;各副城开发强度不一,江南城与主城呈现跨江融合,临平城、下沙城空间上较为独立;各开发维度中,建筑强度、功能强度及效益强度热点区分布基本一致,环境响应高强度区则集聚于主副城交界处,表现出空间异质性。多维测度体系可较好表征城市开发强度,对城市规划及精细化管理具有一定的应用价值。     

基于DSSAT模型对豫北地区夏玉米灌溉制度的优化模拟

合理的灌溉制度是提高农业水资源利用效率、保证夏玉米高产稳产的前提。采用农业技术转化决策系统(DSSAT,Decision Support System for Agrotechno1ogy Transfer)探究了河南省北部地区夏玉米不同降水年型下的最优灌溉制度。经过参数的校正和验证,归一化均方根误差(nRMSE)、均方根误差(RMSE)和一致性指数(d)均表现出模拟值与实测值的吻合度很好,DSSAT-maize模型可以准确模拟夏玉米物候期、地上部分生物量、产量和土壤水分状况。然后基于模型模拟了不同灌溉处理下的夏玉米生产潜力,从而评估夏玉米缺水量,并对比分析不同生育时期灌水对产量的影响确定最优灌溉时期,综合考虑产量和水分利用效率确定最优灌溉制度。结果表明:夏玉米生长季的缺水量年际间差异显著,多年平均值为38.91 mm,波动范围为0—193.03 mm。在丰水年,不需要灌溉;在平水年,开花期灌水30 mm;在枯水年,开花期和灌浆期灌水50 mm;在特别干旱年,苗期、拔节期和开花期至少灌水180 mm。优化的灌溉制度下丰水年、平水年和枯水年的WUE达到最高且产量分别占其最高产量的100%、99.72%和97.89%,实现了作物高产节水协同提高的目标。