流域生态系统服务簇变化及影响因素——以大清河流域为例

生态系统服务簇是多种生态系统服务的组合,是生态系统多功能性中的主导功能表征。识别生态系统服务簇的空间和功能变化及影响因素,可为基于主导功能实施分区管理策略、统筹土地多功能性,进而为整体提升区域生态系统服务提供参考。本研究以大清河流域为例,选取6种生态系统服务（水资源供给服务、粮食供给服务、水源涵养服务、水质净化服务、土壤保持服务、固碳服务）,在乡镇尺度上探讨了生态系统服务簇的变化特征,研究了影响其变化的主要因素。结果表明：（1）依据主导的生态系统服务类型,大清流域可以分为3个生态系统服务簇,生态调节服务簇（B1）,农产品供给服务簇（B2）和人居环境簇（B3）;（2）2000-2015年,生态调节服务簇的空间格局变幅最大,乡镇变化率为19.6%,而农产品供给服务簇和人居环境簇的空间稳定性较强,变化率小于5.0%;生态系统服务簇类型发生转化的区域主要位于服务簇交界处;（3）尽管服务簇在空间上有变化,但生态调节服务簇、农产品供给服务簇和人居环境簇的生态系统服务呈增长趋势,平均增幅高达8.62%;（4）自然本底条件和生态保护政策是驱动生态调节服务簇变化的主要因素,农产品供给和建设用地面积的变化分别是驱动农产品供给服务簇和人居环境簇时空变化的主要因素。该案例研究结果为管理土地多功能属性、整体提升国土空间功能提供了有效的途径。     

河湖生态系统生态用水优化研究——以滇池流域为例

生态需水是河流与湖泊生态系统健康的重要基础。湖泊流域的河流与湖泊生态系统之间存在密切的水量联系,目前对流域内生态用水的研究多为单一生态系统生态需水简单相加,忽略了河流和湖泊之间复杂的水量联系。基于河湖复合生态系统之间的水量联系构建了河湖生态系统生态用水优化模型,并以滇池为例分析了河湖生态系统生态用水规律。结果表明：湖泊流域中单一河流或湖泊生态需水计算结果不能满足复合生态系统的生态用水要求,需要综合考虑河流和湖泊之间的水量联系;在当前水质状况下,牛栏江每年的调水量不能满足滇池流域的生态用水要求;滇池流域水体污染对流域内生态用水影响较大,随着水体污染程度的下降,流域生态用水量和调水量呈指数下降,河流生态用水呈线性下降。     

东江流域景观格局对氮、磷输出的影响

基于实地采样水质数据与遥感解译所得土地利用数据,采用相关分析和冗余分析,从时间和空间两个尺度,探讨东江流域景观格局与氮、磷输出的关系。结果表明：（1）城镇和水域面积占比与河流氮磷含量正相关,林地和草地面积占比与河流氮磷含量负相关。（2）景观分裂指数（DIVISION）、香浓多样性指数（SHDI）、散布与并列指数（IJI）、边缘密度（ED）和斑块密度（PD）等景观指数与河流氮磷含量呈正相关关系,最大斑块指数（LPI）、蔓延度指数（CONTAG）和相似邻近比例（PLADJ）与河流总氮总磷含量负相关。（3）平水期河流水质与景观格局的相关性强于丰水期;从空间尺度来看,集水区尺度与河流水质的相关性好于缓冲区尺度;此外,总氮对于景观格局的响应比总磷更敏感。     

基于MaxEnt模型的延河流域草本植物适生分布与功能性状分析

明确延河流域常见草本植物的潜在适生区分布,是植被恢复工作持续推进的基础。本研究收集了延河流域8种常见草本植物的地理分布信息和13个环境变量,采用MaxEnt和ArcGIS模拟了延河流域常见草本植物在当前气候下的潜在适生性分布,进而研究这8种不同草本植物适生性分布与功能性状变异特征之间的相关关系。研究结果显示：根据物种-性状排序图的分布格局判断,本研究选择的七个功能性状在植物所属科之间发生了明显趋异分化现象,在PC1右侧为禾本科植物,PC1左侧为菊科、豆科和唇形科植物。对物种适生性分布模拟结果表明,达乌里胡枝子在研究区内的适生性最高,百里香的适生性最低,表明达乌里胡枝子比其他常见草本物种更适合被选择为该流域的植被恢复的先锋物种。在功能性状变异特征相关性分析中,物种适生区大小与比叶面积变异系数呈显著正相关,与其他植物功能性状变异特征不显著。因此,比叶面积的变异系数更适合作为指示延河流域草本植物适生区大小的性状。     

基于赤水河流域生态补偿的政府和社会资本合作项目风险识别与分担

赤水河流域为生态脆弱区域,现行的流域生态补偿机制存在补偿资金来源单一、总量不足且持续性较差、补偿方式较为单一等问题。将政府和社会资本合作（Public-Private Partnership,PPP）模式应用于建立赤水河流域生态补偿机制,有助于拓宽补偿资金来源、增加资金总量、丰富补偿方式,推动各利益相关方收益共享、风险共担。与传统PPP项目相比,基于流域生态补偿的PPP项目具有更为复杂的风险结构,风险因素的正确识别和合理分担是成功运用PPP模式完善赤水河流域生态补偿机制的关键。识别基于赤水河流域生态补偿的PPP项目运作关键环节,甄别各环节面临的主要风险因素;基于云理论建立风险分担模型;将有关风险在政府和社会资本间进行分担。研究结果表明：（1）基于赤水河流域生态补偿的PPP项目运作过程共包括项目准备、项目实施和项目合同终结等三个阶段、共11个关键环节,各环节共面临26个主要风险因素。（2）分析了有关风险因素可能对赤水河流域生态补偿机制或PPP项目产生的不利影响,并指出了风险引致方。（3）在项目准备阶段,政府拥有绝对的资源优势,以政府为主承担主要风险;在项目实施阶段,项目风险总体上由政府承担为主向社会资本承担为主转移,80%的风险主要由社会资本承担;特许经营期满后,社会资本将项目的经营权（或所有权与经营权同时）向政府移交,在项目合同终结阶段,有关风险再次以政府承担为主。     

青弋江流域生态系统服务评估与权衡研究

研究生态系统服务价值变化特征及多种服务之间的权衡协同关系,对平衡经济发展与环境保护具有重要意义。基于修订的当量因子表,结合2000、2009、2018年3个时期遥感解译获取的土地利用数据,运用生态系统服务权衡协同度模型、敏感性分析、空间自相关、土地利用程度综合指数模型等分析了青弋江流域生态系统服务价值（Ecosystem Services Value,ESV）的时空演变特征及9种生态服务之间的权衡协同关系。结果表明：（1）2000、2009及2018年的生态系统服务价值分别为285.19、351.26和294.68亿元,价值总量呈先增后减的变化趋势,其中2009-2018年间总ESV下降了16.1%,生态服务趋于退化。整个研究时段内,林地对ESV的贡献量最大,其次是耕地和水域。（2）2000-2009年,单项生态系统服务间以协同关系为主导,协同率为77.8%,食物生产服务与本研究中的其他服务之间均为权衡关系;2009-2018年间生态系统服务间的关系与前9年基本一致,但食物生产服务与其他服务功能之间的权衡度呈增强的趋势。（3）敏感性分析表明,各时期的敏感性指数（CS）值均小于1,表明基于修订的当量因子表计算获得的生态系统服务价值系数符合青弋江流域的实际情况,计算结果可靠。（4）生态系统服务价值存在较强的正向空间自相关,但集聚程度有下降的趋势。双变量空间自相关分析表明当土地利用程度增强时,生态系统提供的总服务价值或单项服务价值均会降低。研究结果可为青弋江流域土地利用结构的优化调整及生态环境保护提供参考信息。     

南滚河流域土地利用变化对亚洲象生境的影响

土地利用变化对亚洲象生境影响显著,明晰其影响机制是有效保护亚洲象的前提。为探明土地利用变化对亚洲象生境影响的时空过程及机制,以亚洲象残存的中-缅跨境流域-南滚河流域为例,在1988和2018年两期Landsat土地利用/土地覆被遥感分类图的基础上,采用LandTrendr算法检测30年间流域土地利用变化引起的天然林扰动,结合生态位因子分析（ENFA）模型评定的亚洲象生境适宜性分布,探究以天然林扰动为主的土地利用变化对亚洲象生境的影响。结果表明：（1）1988-2018年间,南滚河流域土地利用变化主要为天然林转化为其他地类,且天然林扰动强度在中、缅境内差异明显;（2）以橡胶种植扩张导致毁林为主的土地利用变化造成南滚河流域亚洲象生境萎缩,生境斑块间连通性降低,破碎化程度较高;（3）该流域亚洲象生境丧失过程表现为由边缘向内部逐渐被蚕食,适宜生境最终被分割为上、下游两个相互孤立的子区域。因此,抑制以橡胶林为主的热作种植扩张,恢复上、下游生境连通性,建立流域尺度的跨境保护区,是实现南滚河流域亚洲象种群保护和缓解人象冲突的重要途径。     

基于多源数据的“安全公正空间”在大通湖流域环境管理中的应用

如何在确保生态系统安全的同时有效地开发和利用资源、保障人类福祉是当前面临的挑战。近年来兴起的“安全公正空间”(Safe and Just Operating Space, SJOS)理论框架为人类可持续发展提供了有效的评估方法, 即充分利用自然资源来提高人类社会福祉的同时确保环境生态安全。研究以长江中下游地区大通湖流域为例, 根据流域内的社会经济数据、环境监测数据和湖泊沉积记录, 从社会基础和环境系统两个方面构建该流域的SJOS框架, 并利用环境库兹涅兹曲线来揭示总体环境变化特征。结果表明: 流域内淡水利用、空气质量、水质均突破环境上限, 处于危险的状态, 此外流域内无贫困和产业创新两个社会基础维度的完成度相对较低。环境库兹涅兹曲线揭示了大通湖流域内社会-生态系统大致分为初始阶段(1950s—1980s)、严重退化阶段(1980s—2000s)和逐步改善(2000s后)三个阶段。研究为维持区域可持续发展提供了重要的参考信息, 同时也为区域SJOS框架的构建提供了一种有效的方法。     

鄱阳湖流域极端降水时空分布和非平稳性特征

全球变暖背景下的极端天气气候事件显著增加。本研究基于PreWhitening Mann-Kendall(PWMK)、极点对称模态分解法和广义可加模型,利用鄱阳湖流域1959—2019年16个国家级气象站点的逐日降水数据,从极端降水的强度、频率和持续性3个维度系统检测和分析流域极端降水的时空分布和非平稳性特征。结果表明: 研究期间,鄱阳湖流域极端降水强度和频率呈显著增加趋势,持续性呈下降趋势,极端降水整体表现出强度大、频率高、持续时间短的特点;极端降水存在明显的汛期和非汛期时间分异规律,汛期极端降水集中在流域北部和中部,而非汛期多集中于中部,子流域中信江流域降水量增加趋势最显著,达到2.10 mm·a^-1;汛期极端降水的持续时间越长,强度和范围越小,非汛期极端降水则相反;鄱阳湖流域的极端降水强度和频率以平稳性特征为主,持续性表现出非平稳性特征。随着鄱阳湖流域极端降水量的不断增加,其可能引发的灾害风险将进一步增大。     

南水北调中线工程对海河流域鱼类入侵风险分析

海河流域是南水北调中线工程的受水区之一, 为评估中线工程引发海河流域鱼类入侵的风险, 本研究统计了南水北调引水区和受水区海河流域鱼类物种多样性差异, 采用水生生物入侵能力筛查系统(aquatic species invasiveness screening kit, AS-ISK)和外来鱼类入侵风险评估体系筛选引水区有入侵风险的鱼类物种, 并用MaxEnt模型预测有入侵风险的鱼类物种在海河流域的潜在适生区。结果表明, 丁鱥(Tinca tinca)、陈氏新银鱼(Neosalanx tangkahkeii)和大口鲇(Silurus meridionalis)是具有高入侵风险的鱼类, 另有3种鱼类具有中入侵风险, 均需重点监控; 而具入侵风险鱼类的适生区预测结果表明, 海河流域南部的徒骇马颊河水系、海河水系的漳卫南运河以及环渤海地区的河流是极易发生鱼类入侵的水域。因此在海河流域高入侵风险水域应开展持续性的水生生物监测, 针对具有高入侵风险的鱼类应进行早期筛查, 此外在水资源利用和分配上应加强管理, 从源头上杜绝鱼类入侵的发生, 还应尽快开展针对东线工程的鱼类资源调查和入侵风险评估工作。