基于生态系统评价的山水林田湖草生态保护与修复体系构建研究——以乌梁素海流域为例

山水林田湖草系统保护与修复工程实施的重要目标是维护和提升区域生态系统服务。从乌梁素海流域山水林田湖草的生态现状与功能出发,对乌梁素海流域水土流失、土地沙化等生态敏感性及土壤保持、水源涵养、生物多样性等生态功能重要性进行系统评价,形成基于生态敏感性和生态功能重要性相结合的空间格局评价结果。以维护和提升人类福祉所需的重要生态系统服务为目标,以乌梁素海流域生态敏感性和生态功能重要性相结合的空间格局评价结果为基础,制定了“一中心、二重点、六要素、七工程”的乌梁素海山水林田湖草生态保护与修复体系,并基于此将乌梁素海流域生态保护修复分为6个主要治理区域,形成“四区、一带、一网”的生态安全格局,通过具体工程实施,流域生态环境质量和生态服务能力将取得明显提升,防风固沙能力有效增强,生物多样性持续改善,水环境质量稳定达标,生态系统的稳定性明显加强。通过乌梁素海流域的分析案例为流域山水林田湖草生态保护与修复关键区域的识别提供了定量分析方法,为流域尺度构建生态安全格局、实现山水林田湖草系统保护和修复提供思路和途径。     

基于景观生态学“源-汇”理论的市域尺度生态功能分区——以内蒙古通辽市为例

市域尺度的生态功能分区对于市域生态资源的有效保护和合理利用起着不可替代的指导作用。现阶段较为被动而静态的功能分区研究忽视了市域生态资源在城镇化发展中的剧烈变化。而景观生态学的"源-汇"概念和相关手段,将区域生态功能空间格局与不断变化的生态过程之间建立了联系,在生态功能分区科学理性的研究实践中运用前景广阔。运用景观生态学"源-汇"理论,以内蒙古通辽市为例,通过对于研究区域中"源"景观的划分,设定不同景观要素的阻力值,构建基于"源"动态特征的最小累计阻力模型,计算得出阻力面。并进一步通过寻找阻力面突变点来确定分区阈值,最终确定通辽市域尺度生态功能的5大分区,最后提出有针对性的分区管控措施与指引。研究将市域生态要素在城市化下的动态演变与生态安全格局进行有机关联并制定科学的分区策略,为市域生态空间的优化及管理提供了理论依据。     

基于MSPA分析方法的市域尺度绿色网络体系构建路径优化研究——以招远市为例

市域绿色空间是市域尺度内连接城市生态系统与自然生态系统的纽带,是维护市域整体生态系统稳定的基本保障。现阶段以中心城区为核心的城市绿地系统空间规划忽视了城市化过程中自然与城市之间发生的动态变化,忽视了市域绿色空间对城乡人居环境质量的决定作用。构建良好的市域尺度绿色空间体系,能够实现市域层面的生态环境稳定,协调城市化发展与自然资源保护之间的矛盾,对城市可持续发展有着积极意义。以招远市域绿色空间为研究对象,借助形态学空间格局分析(MSPA)方法,利用其研究尺度兼容性强、景观要素生态内涵明确、所得成果便于量化评估等优势特性,首先对招远市域绿色空间中的重要景观要素核心区、桥接区进行识别,并提取具有生态拓补潜力的景观要素孤岛作为未来绿色空间优化潜力节点的空间落点;其次选用可能联通性(PC)、斑块重要度等指数量化景观要素对绿色空间的重要度并进行评价分级;然后将核心区和潜力节点作为生态源,通过不同景观要素对物种流通的阻力构建消费阻力面,以最小路径方法得出场地内的潜力生态廊道;再次,通过通量分析定性不同生态斑块在生态过程中的功能角色,并借助核密度分析对潜力生态网络的发展趋势进行测度;最终以发展趋势较弱区域中对整体生态网络联通具有较高贡献度,并在生态过程中扮演踏脚石的一二级潜力节点斑块作为未来生态发展中的重要关键点进行生态质量提升,得出招远市域绿色空间发展结构,并提出科学的空间优化指引和发展建议。本研究可以为高度破碎化地区的绿色空间构建提供一定的理论依据,对我国城市化发展中其他地区的市域绿色空间构建也具有一定的参考和示范意义。     

河口三角洲湿地健康生态圈构建:理论与方法

河口三角洲湿地生态环境保护和区域开发的矛盾突出,对湿地生态圈健康和栖息地生态功能产生直接而强烈的影响.健康的河口三角洲湿地生态圈是由自然过程的连续性、生态系统的连通性、生境的异质性以及食物网的多样性等多种因素共同决定的.本文讨论了健康湿地生态圈构建的基础理论,综述了景观生态网络构建、水文连通性网络构建、食物网构建以及生境异质性栖息地营建的理论与方法.在区域和景观尺度上,以土地利用-生态系统完整性为主线,阐明了湿地破碎化对湿地生态功能的影响,特别强调景观完整性、水文连通性对湿地栖息地的影响;在生态系统和群落尺度上,以食物网-生态系统稳定性为主线,强调食物网多样性、生境异质性对湿地生物圈构建的支撑作用.基于景观完整性、水文连通性、生境异质性和食物网多样性构建健康湿地生态圈,可为湿地生态环境保护和建设提供科学依据和技术支撑.     

海岛型城市生态安全格局研究——以平潭岛为例

在快速城市化带来的城市生态安全严重威胁着城市可持续发展的这一时代背景下,构建城市生态安全格局是实现区域和城市生态安全的基本保障和重要途径。结合平潭综合实验区总体规划,从城市生态安全角度出发,在对平潭岛生态环境本底条件的调研基础上,选取与平潭岛的城市生态安全关系密切的6个关键生态因子进行深入分析,并通过层次分析法和GIS空间叠置法综合多要素分析了平潭岛的生态敏感性,最终有针对性地提出了面向新一轮大规模城市开发热潮的平潭岛城市生态安全格局。研究成果可为平潭岛的城市开发建设提供决策支持,对维护平潭岛城市生态安全、促进平潭岛可持续发展具有重要的理论和现实意义,同时也对其它海岛型城市的生态安全格局研究具有一定的借鉴意义。     

中国东部草原植被绿度时空变化分析及其对煤电基地建设的响应

利用1981—2010年连续30 a的GIMMS AVHRR NDVI 3g数据,应用最小二乘法线性拟合,分析了30年间呼伦贝尔市(呼盟)与锡林郭勒盟(锡盟)的地表植被覆盖绿度的变化,并在研究区内选取了24个煤矿产区,分析了矿区及其周围10、20 km和50 km的缓冲区的绿度变化趋势,通过分析矿区及对应缓冲区生长季NDVI(GNDVI)的相关性,揭示如下规律:(1)30年间,呼盟和锡盟绿度减少的区域分别为59.16%和73.13%;(2)呼盟植被绿度减少的像元散落在呼盟各个方位,增加的像元主要分布在东北部;锡盟植被绿度减少的像元分布在锡盟东部和西南部,植被绿度增加的像元分布在锡盟西北部;(3)矿区及缓冲区的GNDVI整体呈下降趋势,且锡盟的下降速度更快;(4)不管煤矿露天还是井工开采,对矿区及周边植被绿度都有影响,矿区及缓冲区GNDVI两组变量在0.05水平上显著相关;(5)GNDVI能反映植被复垦状况。     

巢湖碳氮地球化学沉积记录揭示全新世以来的环境演化

通过对巢湖湖泊沉积物的总有机碳（TOC）、总氮（TN）、有机碳同位素（δ¹³C_org）、氮同位素（δ¹⁵N）和粒度参数的研究，重建了全新世以来湖泊初级生产力的变化，从而揭示了巢湖地区全新世环境变化历史。早全新世时期（10100-8200 cal a BP），较高的TOC和TN、在波动中逐渐升高的δ¹³C_org值以及高δ¹⁵N值、高黏土（<4 μm）含量指示了较高的湖泊初级生产力，反映气候温暖较湿；中全新世时期（8200-4200 cal a BP），TOC、TN、δ¹³C_org值和黏土（<4 μm）含量总体上较高但呈波动降低趋势，粉砂（4-64 μm）含量升高，δ¹⁵N值总体较低但变化幅度较大，指示初级生产力由较高水平开始逐渐降低，气候由温暖湿润逐渐向凉干方向发展；7300-5800 cal a BP和4300-3800 cal a BP的低δ¹⁵N和高TN值可能受到固氮蓝藻的影响，分别对应着7500-7000 cal a BP和4200-4000 cal a BP气候事件时期夏季风强度的减弱；晚全新世前期（4200-2000 cal a BP），TOC、TN、δ¹³C_org值、黏土（<4 μm）含量的低值和较高的δ¹⁵N值、高粉砂（4-64 μm）含量代表初级生产力继续降低，气候环境进一步向冷干转变。全新世以来湖泊初级生产力的逐渐下降反映了季风的逐步减弱，而逐渐减少的30°N夏季太阳辐射是驱动季风减弱的主要因素。晚全新世后期（2000 cal a BP至今），各环境代用指标的变化表现出不同于全新世环境演化趋势的异常，说明湖泊环境及沉积物受人类活动的影响加剧。     

叶面积指数田间测量中有限长度平均法的改进

叶面积指数(LAI)的田间测量是生态和农业等领域的常规工作之一,测量方法分为直接测量和间接测量,间接测量中有一类方法基于数字相机照片提取冠层孔隙率,再用有限长度平均法同时估算LAI和聚集指数。然而,有限长度平均法自提出以来缺少进一步的发展,在有限长度的样线/样方上应用比尔定律的方式具有理论缺陷,可能造成无效值或高估LAI。从模拟的训练数据中提取经验公式以取代比尔定律进行样线/样方的LAI估算,提高了有限长度平均法的精度和鲁棒性。进一步分析在一定精度需求下对样线/样方大小和数量的要求,对于非均匀样地,提出样线长度为8倍等效叶片边长、样方边长为3倍等效叶片边长的推荐设置。在基于数字相机照片提取非均匀样地LAI的应用中,使用样方采样比样线采样更为适宜。     

滨海城市土地利用格局演变及对生态系统服务价值的影响

土地利用变化改变土地原有的生态系统服务价值(ESV)和功能,关系地区可持续发展。选择沿海城市厦门市为研究区,利用1989、2000、2010年3期土地利用数据和相关文献数据,采用土地利用动态度、转移矩阵方法,ESV等指标计算分析了厦门市土地利用的变化及其对ESV的影响。研究结果表明:1989—2010年厦门市土地利用综合动态度为同时期全国水平的5倍多。该时期厦门市和全国建设用地动态度均高于其他地类。其中2000—2010年间,厦门市土地利用综合动态度是1989—2010年间近5倍(458.94%);在厦门市与各沿海地区对比中发现,1989—2010年整个沿海地区建设用地的动态度都高于其他各个单一地类。各沿海地区建设用地动态度大小排序为浙江沿海厦门福建沿海江苏沿海,厦门市排序靠前。空间特征上,厦门市建设用地的增加主要是由滨海带滩涂的填埋和耕地的占用,处于北部的林地基本稳定。研究期1989—2010年间,厦门市ESV总量一直处于下降趋势,其中2000—2010年ESV总减少量(1.2亿元)是1989—2000年总减少量(1000万元)的十余倍(1382.57%)。研究区由于水域和耕地的大面积减少,导致水源涵养、废物处理等生态系统服务功能趋于弱化,最终致使各类ESV成分在1989—2010年间整体上均处于下降趋势。下降幅度最大的仍然是水文调节和废物处理,食物和原材料生产变化幅度最小。1989—2000阶段中保持土壤ESV变化的贡献最大,2000—2010阶段中水文调节ESV变化的贡献最大。2010年厦门市单位面积ESV在东部沿海地区中处于较低水平。反观厦门市2000—2010年远高于全国水平的土地利用动态度,表明厦门市在未来的城市建设中应当划出生态红线,加强对具有关键生态功能的生态用地保护,特别是水域和北部的林地。     

基于遥感的官厅水库水质监测研究

遥感监测具有监测面积广、速度快、成本低等优势,常用于大面积水质监测。以北京官厅水库为研究对象,通过野外和实验室测量数据建立水质参数遥感反演的生物光学模型,对夏季官厅水库的非色素颗粒物浓度、叶绿素a浓度和有色可溶性有机物(CDOM)浓度进行了反演。该模型研究的目的就是通过建立反演模型,利用卫星数据进行水质参数反演,从而得到大面积水体的水质分布图。采用CHRIS/Proba高光谱数据反演官厅水库的水体组分浓度,对库区水质反演要素的空间分布规律进行了分析。结果表明,所采用的遥感反演模型基本适用于官厅水库水质监测,反演出的叶绿素a、总悬浮物和CDOM的空间分布与实际测量值的空间分布基本吻合。