1980—2018年祁连山南坡土地利用变化及其驱动力

祁连山是我国第一阶梯和第二阶梯的分界线,生态环境脆弱,对过渡地带土地利用变化及其驱动力研究具有重要的生态意义。本研究以祁连山南坡为研究区,基于1980—2018年遥感影像数据,运用空间自相关分析法、ArcGIS空间分析方法和主成分分析法分析了土地利用的时空变化特征及其驱动力。结果表明: 1980—2018年,草地是研究区土地利用类型的主体,建设用地所占比重最小,水域、草地表现为下降趋势,未利用土地、建设用地和耕地均呈现出增长态势,林地变化较小。不同地类单一土地利用动态度从大到小依次为:建设用地＞水域＞耕地＞未利用土地＞林地＞草地,综合土地利用动态度为0.9%。不同土地利用类型空间分布表现出空间集聚性特征。耕地增加的区域和林地、草地减少的区域主要分布在门源县城所处大通河谷地西北侧,天峻县东北部大通河上游地区存在工矿建设用地占用草地的现象。土地利用变化驱动力主要为人口数量、科技、城市化、经济发展水平和政策。本研究结果可为政府合理规划和利用土地资源提供依据,对祁连山南坡生态环境保护和社会经济可持续发展具有重大意义。     

土地流转背景下不同经营规模青田稻鱼共生系统的环境影响差异——基于碳足迹的实证研究

在快速工业化和城镇化的影响下,农业文化遗产的保护与管理正面临着适龄劳动力大量外流、土地抛荒、传统知识体系难以维持等诸多威胁与挑战。推动土地流转、进行适度规模经营,可在农业文化遗产的保护中产生积极作用。土地流转在给遗产地带来经济效益的同时,对当地生态环境产生的影响变化同样值得关注,但现有研究却少有涉及。本研究以全球重要农业文化遗产——浙江青田稻鱼共生系统为例,将不同经营规模的稻鱼共生系统分为小农户经营模式和规模化经营模式,运用生命周期法对两种模式的碳足迹进行核算。结果表明: 小农户经营模式和规模化经营模式的碳足迹分别为6510.80和5917.00 kg CO₂-eq·hm^-2,单位产值碳足迹分别为0.13和0.10 kg CO₂-eq·yuan^-1。与小农户经营模式相比,规模化经营模式温室气体排放更少,单位产值的环境影响更小。农户扩大经营规模后,当地温室气体排放减少了4097.20 kg CO₂-eq。农业生产过程中积累的CH₄在碳足迹中占比最大,农业生产资料中复合肥是仅次于CH₄的第二大温室气体排放来源。对于小农户经营模式,饲料中使用的玉米和小麦也对温室气体排放有重要的影响。因此,推动土地适度规模经营,有利于传统农业系统实现经济效益和环境效益的双赢,对于农业文化遗产保护具有重要作用。     

格网尺度下青海玛多县土地利用及生态系统服务价值空间自相关分析

开展黄河源区土地利用和生态系统服务价值空间量化评估,对于保障黄河流域生态安全具有重要意义。以黄河源区玛多县为例,基于3 km×3 km网格单元,应用空间自相关方法构建生态系统服务价值评价模型,定量评价了2015年玛多县土地利用/覆被空间自相关格局特征,可视化表达了玛多县生态系统服务价值空间信息。结果表明: 在3 km×3 km格网尺度下,不同覆盖度草地覆盖范围广阔;水域网格占总网格数的42.9%,在玛多县西北部分布密集;建设用地呈东北-西南走向的“线条式”分布;未利用土地体现为西南多、东北少的分布格局。在空间上,玛多县土地利用类型网格之间相互影响,表现为正相关性和聚集分布。水域的全局Moran I和局部Moran I值均最大,空间聚集性最强,局部连片度较高。建设用地的全局Moran I和局部Moran I值分别为0.293和0.127,空间自相关性最弱,在小范围内呈聚集特点。2015年,玛多县生态系统服务价值(ESV)为938.87亿元,网格的ESV平均值为3.20×10⁷元,最大值为19.96×10⁷元,水域分布网格是ESV的高值区。玛多县ESV分布格局整体上呈显著的空间正向自相关,ESV在网格之间为聚集分布。不同土地利用类型ESV网格总体呈高高、低低聚集,在局部零星为高低、低高聚集。可采取的国土空间规划与用途管制策略包括:水域、未利用土地采用强调生态溢出价值的“集中连片式”保护模式,高、中、低覆盖度草地采取主次分明、划区管理的“组团式”生态治理模式,建设用地在“廊道式”分布格局中采取小范围集约化开发利用模式。     

两种生态系统服务价值评估方法比较研究——以四川省金堂县三星镇土地整治工程为例

乡镇土地整治是建设中国美丽乡村的重要途径,对当地生态环境带来正面和负面影响,如何准确评价其生态效益是国家开展土地整治和美丽乡村建设需要面临的重要科学问题。以中国西南部丘陵地区典型乡镇——四川省金堂县三星镇的土地整治工程为例,对比分析了生态系统服务价值当量修正法和单项服务评价法评估土地整治生态效益的异同,以期确定适合我国西南部丘陵地区乡镇土地整治生态效益评估的合理方法。研究结果表明:单项服务评价法的评估结果(生态系统服务价值约300万元)比当量修正法(生态系统服务价值约290万元)高3.5%。当量修正法评估的各项生态系统服务价值增量由高到低依次为:调节服务价值支持服务价值供给服务价值文化服务价值;单项服务评价法评估的生态系统服务价值增量大小排序为:调节服务价值支持服务价值文化服务价值供给服务价值。方法依据和参数的选取不同,导致评估结果具有显著差异,主要表现在单项服务评价法测算的维持养分循环价值、美学景观价值分别是当量修正法的46.90倍和6.94倍,当量修正法测算的水文调节价值是单项服务评价法的5.93倍。单项服务评价法针对各项生态系统服务特征,灵活地选取差异化评估方法,因而其评估结果更准确、真实地反映了生态效益价值。建议运用单项服务评价法评估我国西南部丘陵地区乡镇土地整治的生态效益。     

2030年闽三角城市群土地利用变化对生态系统水源涵养服务的影响

生态系统水源涵养服务作为水资源得以持续的基础和保障,正持续遭受着人类活动的干扰和影响,土地利用变化作为主要的方式之一,对水源涵养的影响广泛而且深远。运用InVEST模型模拟了闽三角城市群2015年和2030年的水源涵养情景,发现到2030年闽三角城市群区域内水源涵养量总体会下降0.24×10⁸ m³;对比发现：土地利用变化对水源涵养的影响主要主要表现在变化面积、变化方向、作用强度以及面积补偿作用四个方面。首先面积变化方面,水源涵养量同用地类型的面积大小正相关,但二者的变化量并不正相关;其次变化方向方面,相比变化为城市生态系统和水域生态系统而言,变化为自然生态系统和农业生态系统的土地利用变化更有利于生态系统水源涵养;再次,土地利用变化对水源涵养产生作用的强度由强及弱以此为林地、其他土地、草地、农田、建设用地、水域及滩涂;最后,面积变化后的补偿作用方面,由于不同用地类型水源涵养能力和面积变化量的差异,由农田、林地、草地及其他土地面积下降导致的水源涵养量损失并不能通过建设用地、水域及滩涂用地类型面积的增加得以完全补偿。     

基于Landsat-8影像的沿海城市公园冷岛效应——以厦门为例

城市公园主要由水体和绿色植被等景观构成,其形成的公园冷岛（Park cool island,PCI）已成为减缓城市热岛效应的重要途径之一。采用景感生态学中的景感营造理念规划设计城市公园或优化公园空间结构有助于增强公园冷岛效应,进一步改善局地城市热环境。选择沿海城市——厦门市为研究对象,基于2013年8月的Landsat-8 OLI/TIRS遥感影像和Google Earth高分影像数据,首先提取了研究区15个公园的土地利用信息,采用改进的地表温度单通道算法,获取了城市公园地表温度数据,并采用缓冲区分析、景观格局指数和多元统计等方法定量分析公园内部平均地表温度、城市公园冷岛强度（即降温幅度）、公园冷岛影响距离（即对周边区域的降温范围）三者的主要影响因子,并利用景感生态学原理初步剖析了城市公园景感营造的原则。结果显示：（1）公园面积和公园建设用地面积是影响公园平均温度的关键因子（R²=0.915）,这两个因子与公园平均温度均呈显著非线性相关;公园面积存在阈值55 hm²左右;（2）公园冷岛PCI强度由公园绿地面积、公园建筑面积和面积-周长形状指数（P/A）三个因子决定（R²=0.911）;公园冷岛PCI强度与公园绿地面积呈显著非线性正相关,与公园建筑面积呈显著非线性负相关,与面积-周长形状指数（P/A）呈显著线性负相关;在确保公园绿地面积达到一定阈值时,应该尽量降低公园建筑面积,增加公园形状复杂度,有利于其PCI强度的增加,缓解城市热岛效应;（3）公园冷岛影响距离由公园面积和公园水体面积比例决定（R²=0.719）,公园冷岛影响距离与两者呈显著正相关;绿地公园中提高公园水体的面积比例,有助于增大公园冷岛的影响距离;（4）城市公园的规划与设计,需要运用景感生态学的原理,从缓解城市热岛效应的角度,充分考虑公园大小、形状、土地利用类型组成比例及空间配置等因素。     

城市尺度的城乡建设用地潜力及空间格局匹配评价——以南昌市为例

随着经济快速发展和城镇化进程不断加快,土地开发强度日益增大,导致生态环境不断恶化,分析城乡建设用地承载能力及空间格局匹配情况,对解决土地利用不合理、生态破坏等问题具有重要意义。以江西省南昌市为例,首先从生态安全、自然条件、社会经济等方面构建指标体系,采用层次分析法和限制系数评价模型,进行城乡建设用地开发适宜性评价,然后测算城乡建设用地承载力、可承载城乡建设用地丰度;最后与现状城乡建设用地进行空间匹配度分析,并探讨可承载临界值、丰度与空间匹配度的相关性。结果表明：南昌市城乡建设用地最适宜区、较适宜区、较不适宜区和不适宜区面积分别为1466.19、1346.01、353.69 km²和3770.70 km²;研究区城乡建设用地可承载临界值和可承载潜力分别为41.25%和24.05%,各县（区）值差异较大,各县（区）可承载临界值和可承载潜力范围分别为19.43%-98.71%和5.65%-49.83%,可承载城乡建设用地丰度情况良好,各县（区）值介于0.19-1.50之间;研究区各县（区）空间匹配度范围为67.41%-99.25%;相关分析显示,空间匹配度与城乡建设用地可承载临界值和可承载城乡建设用地丰度均呈正相关关系。研究可为南昌市城乡建设用地合理开发利用和国土空间优化提供依据。     

京津冀城市群土地利用变化对地表径流的影响

城市化的显著特征之一是地表景观格局被人为改变,大量硬化地表覆盖、取代了原本自然或半自然的土地覆盖类型,极大地干扰了区域水文循环过程。其中,最直接的体现是对地表径流过程的影响。城市群作为当前我国城市化的重要模式,其聚集连片的扩张模式,对区域地表径流过程的干扰尤为严重。以京津冀特大城市群为研究区域,应用长期水文影响评价模型(L-THIA),以1980、1990、2000、2010、2015年5期土地利用数据、土壤数据以及1950—2015年逐日降雨数据为输入,模拟计算了不同土地利用/覆被格局对多年平均地表径流量的影响。结果表明,(1)经过率定的L-THIA模型能够较为准确地模拟京津冀城市群地区的地表径流分布特征,模型模拟误差在±10%内;(2)1980—2015年,京津冀城市群地区不透水地表面积急剧增加,其净增长值为12690.14 km~2。北京与天津等超大城市不透水地表面积增加最明显;(3)随着土地利用格局的变化,京津冀地区地表径流量呈逐年增长趋势。1980—2015年,京津冀城市群地区地表径流量的绝对增长值为17.84亿m~3,增幅11.83%。其中,1990—2000年及2010—2015年期间地表径流年均增长率较大,分别为0.36%与0.46%。对地表径流贡献较大的土地利用类型为耕地和不透水地表,其5期土地利用情景下的平均产流占比分别为35.38%、22.71%;(4)城市尺度上,不同城市的标准化年均径流深(NAARD)存在较大差异。天津、石家庄的产流能力较强,承德、衡水等城市的产流能力较弱,北京市的标准化年均径流深处于中等水平。另一方面,不同城市标准化年均径流深增长规律也存在较大差异。1980—2015年,天津市的NAARD增长最多,承德市增长最少,北京市的NAARD增长处于中等水平。本文对于京津冀城市群水文过程的时空演变研究以及国土空间优化指导具有参考意义。     

青藏高原东缘半湿润沙地典型生态恢复模式的效果比较研究

草地退化与沙化直接影响草地生态系统的功能与服务,植被恢复是沙地恢复治理的重要方式之一,但是探究沙化草地典型生态恢复模式的恢复效果及模式优化研究不足。以野外调查与室内分析相结合的方法,以重度沙化草地为对照（CK）,比较研究了青藏高原东缘沙地三种典型生态恢复模式（围栏封育（Fencing enclosure,FE）、布设高山柳沙障（Salix cupularis sandy barrier,SCSB）、布设高山柳沙障+种草（Salix cupularis sandy barrier plus planting grasses,SCSBPPG））对草本植物群落和土壤理化性质的影响。结果显示：（1）与CK相比,FE的地上草本盖度、生物量、Margalef丰富度指数和Shannon-Weiner多样性指数分别显著提高了13.54倍、13倍、3.09倍和1.80倍,且SCSBPPG的这些指标分别显著提高了11.24倍、10.50倍、1.05倍和0.83倍（P < 0.05）,而SCSB对以上指标影响均不显著。（2）三种典型生态恢复模式对沙地的土壤容重无显著影响,而三种典型生态恢复模式0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm土层土壤含水量变化规律一致（SCSBPPG > FE > SCSB）,且SCSBPPG和FE的0-10 cm土层土壤含水量的增加最明显,分别为244.90%、176.92%（P < 0.05）,而SCSB土壤含水量相较于CK无显著差异。（3）该研究区的pH在5.74-6.21之间,FE和SCSBPPG较CK显著降低了0-30 cm各土层土壤pH（P < 0.05）。此外,三种生态恢复模式0-30 cm各土层土壤有机质、全N、全P、全K含量递减变化规律为FE > SCSBPPG > SCSB,FE和SCSBPPG各土层土壤有机质、全N、全P均高于CK,且都在土层10-20 cm增幅最大,FE的最大增幅分别为243.62%、93.94%、68.97%,SCSBPPG的最大增幅分别为118.46%、45.45%、41.38%,而SCSB显著降低了各土层土壤有机质、全N和全P量（P < 0.05）。因此,在青藏高原高寒轻度沙化草地围栏封育有利于其恢复,而重度沙化草地的生态恢复需采用植灌和种草结合的模式。研究结果可为沙地的恢复治理和可持续管理提供依据。     

Study of the independent gametophytes found on Jeju Island in South Korea and the first record of the obligate independent gametophyte of Antrophyum obovatum Baker

Fern gametophytes have often been neglected in research; however, studies on gametophytes are crucial for a better understanding of the evolution of ferns. During their life cycle, some gametophytes produce large and long‐lived populations without producing sporophytes and reproduce independently through asexual means, such as through the formation of gemmae. In this study, we investigated independent gametophytes on the Jeju Island of Korea, which was located on the land bridge between East China and Japan during the glacial periods. Fourteen gametophyte populations were collected from seven sites, of which 13 populations were clearly identified as belonging to four fern species known to occur in Jeju Island with BLAST searches using rbcL and trnL‐F sequences. Surprisingly, the last remaining population constituted undescribed taxa in Korea. We presented the first report of the independent gametophytes of Antrophyum obovatum Baker which has not been previously recorded in Korea. It has been supposed that many ferns sought suitable habitat throughout the land bridge between China and Japan. However, Jeju Island might be unsuitable for vittarioid ferns that prefer a tropical or subtropical environment. Consequently, only two species of vittariod ferns (A. obovatum and Haplopteris flexuosa (Fée) E.H. Crane) in the form of a gametophyte and sporophyte, respectively, exist on Jeju Island. Therefore, this gametophyte population must be protected and managed from a conservation perspective. In the case of the independent gametophyte of Hymenophyllum wrightii Bosch, haplotype analysis was conducted based on the rbcL sequences and the result supported that the North American populations were migrated from Japan through land bridge during the glacial periods and Jeju populations were recently established by long‐distance dispersal of the Japanese populations.