粤港澳大湾区生态系统服务时空演化及其权衡与协同特征

打造国际一流湾区和世界级城市群的粤港澳大湾区,生态保护、环境优化与城市发展、经济开放具有同等重要地位,掌握其城镇化过程中生态系统及其服务变化状况有助于科学合理、有针对性的制定生态保护修复相关政策。基于2000-2015年粤港澳大湾区生态系统宏观格局变化,分析了大湾区生态系统生产力、水源涵养、土壤保持服务的时空演化特征,进而探讨了供给与调节服务之间的权衡与协同关系。结果表明：（1）森林与农田是大湾区的主体生态系统,面积占大湾区国土面积的54.1%和22.8%,近15年由于城镇面积快速增长（增幅达68.6%）,导致森林、农田、湿地面积不断减少。（2）基于净初级生产力的供给服务量和土壤保持量整体上均呈现轻度增加趋势,特别是江门、肇庆等生态服务主要提供区域;东南部最高、北部次之、中部偏低的水源涵养量,除西北部呈现增加趋势以外,其它区域皆呈现减少趋势;城镇扩张是生态系统供给、调节服务明显减少的主要影响因素。（3）大湾区生态系统供给服务与水源涵养、土壤保持调节服务之间的相关关系均以协同为主,然而,在大湾区东北部和南部的广州、惠州、江门等区域呈现明显的权衡关系,提示大湾区发展过程中,需要在这些呈现权衡关系的区域实施有针对性的生态保护修复措施,优化绿地结构、保护生态空间,减少城镇扩张和不合理的人类活动对生态系统服务的消极影响,建设生态优美、文化繁荣的美丽湾区。     

基于多时相Landsat5/8影像的岷江汶川-都江堰段植被覆盖动态监测

植被覆盖度是衡量地表植被状况和指示生态环境变化的一个重要指标。基于像元二分模型,利用Landsat5/8遥感影像和DEM数据,对岷江汶川-都江堰段植被覆盖动态变化进行了监测,并结合高程、坡度和坡向数据,分析了汶川地震前后植被受损与恢复的空间动态格局变化。研究表明:植被覆盖总体良好,大部分区域的植被覆盖度均在中、高度以上,空间格局上呈现由汶川县东部、都江堰市西北部的龙门山区向两侧减少的总体趋势;地震造成植被受损面积达63808.7 hm~2,且集中分布于海拔567—4331 m、坡度26—51°的范围以及东坡、北坡、南坡和西坡;震后5a,植被恢复面积17786.47 hm~2,主要分布在海拔576—2180 m与3256—3793 m、坡度小于9°和26—51°以及东坡、东南坡和和南坡;高程和坡度对植被损毁与恢复的影响明显高于坡向。     

成都平原及其周边区域土地利用碳排放效应及空间格局

土地利用变化的碳排放研究对了解人类活动对生态环境的扰动程度及其机理、制定有效的碳排放政策具有重要意义。采用1990-2010年能源消费数据、遥感与GIS提取的土地利用数据, 通过构建土地利用碳排放模型, 对20 a来成都平原及其周边区域土地利用的碳排放进行了定量分析。结果表明: (1)土地利用变化的碳排放增加3269.37×10⁴ t, 增长率达137%, 呈显著增加趋势。(2)建设用地和林地分别为区域最大的碳源与碳汇。建设用地的碳排放增加3271.55× 10⁴ t, 增长率达139.01%, 林地的碳汇减少1.30×10⁴ t, 减少率达3.12%, 但仍占碳汇的99%以上。(3)土地利用的碳排放存在明显区域差异。中部、北部和南部冲积平原(成都市及其第二圈层、绵阳市辖区、绵竹市、乐山市辖区)碳排放大, 平原周边区域邻近川西高原山地碳排放小。(4)土地利用结构与碳排放存在一定的相互关系, 趋高的碳源、碳汇比导致土地利用的碳源效应远大于碳汇效应。因此, 研究区减排的重点应该在保持或增加现有的林地的同时, 主要以降低建设用地的碳排放、碳足迹为主。     

上海城市空间扩展过程模拟预测的多模型对比

模型模拟预测是开展城市扩展时空过程研究的有效方法之一。本文以上海市为研究地区,选用CLUE-S、LTM和SLEUTH模型并借助GIS技术手段对上海市城市空间扩展进行了模拟预测及结果的对比分析。结果表明:CLUE-S、LTM、SLEUTH3种模型模拟机理有所不同,CLUE-S模型和LTM模型均是首先进行城市扩展需求预测,进而通过对影响因子的综合分析,计算城市空间扩展的可能性(概率),从而实现城市扩展的空间分配;而SLEUTH模型则无需进行城市扩展需求预测,模型直接根据城市扩展的历史轨迹进行模拟预测;CLUE-S、LTM、SLEUTH3种模型模拟的2005年上海城市空间扩展结果与遥感监测结果的一致性程度均较高,其中SLEUTH模型模拟结果精度最高,Kappa系数为0.85,较CLUE-S模型与LTM模型具有一定的优势。2005—2020年上海城市空间扩展的面积为207.7～320.87km2,2020年上海市城市面积将达到1121.96～1235.13km2,未来15年上海城市扩展速率将达到13.85～21.39km2.a-1。CLUE-S、LTM、SLEUTH3种模型各有其优势与不足之处,整合3种模型的优点,研发出具有开放性的综合模型将是未来城市扩展模拟预测的发展趋势。     

国家重点生态功能区2010-2015年生态系统服务价值变化评估

国家重点生态功能区是国家重要的生态安全屏障，其生态保护价值对维护国家生态安全具有重要意义。基于单位面积价值当量因子的生态系统服务价值化方法，采用模型运算和地理信息空间分析，定量分析了25个国家重点生态功能区在实施转移支付后（2010-2015年）生态系统服务价值的时空分布格局及其变化特征。研究结果表明：（1）2015年，全国重点生态功能区生态系统服务价值呈现明显的"西北低，东南高"的分布格局。从25个重点生态功能区来看，中高值区的面积占比31.60%，个数占比60%。4类自然生态功能区的生态系统服务价值大小排序为水土保持型功能区 > 生物多样性维护型功能区 > 水源涵养型功能区 > 防风固沙型功能区。（2）2010-2015年，全国重点生态功能区的生态系统服务价值整体呈明显增加趋势，增幅为16.46%。从空间分布来看，80.14%面积的生态系统服务价值基本持衡；从分级变化特征来看，高值区、较高值区的面积增加，中值区面积减少，较低值区面积增加，低值区面积减少。（3）近5年来，25个重点生态功能区的生态系统服务价值呈增加的有21个，占比84%，而生态系统服务价值出现减少区域的变化幅度均小于1%；4类自然生态功能区生态系统服务价值均呈增加趋势，其变化幅度从高到低依次为水土保持生态功能区（1.44%） > 水源涵养生态功能区（0.22%） > 防风固沙生态功能区（0.21%） > 生物多样性生态功能区（0.08%）。生态系统服务价值整体呈上升趋势，反映出生态保护与工程建设成效明显。本文研究成果可为分类分区开展生态系统保护、改善及其效果的定量综合评估提供科学依据，为重点生态功能区管理和国家生态安全格局的构建提供有效参考依据。     

近40年东北地区陆栖脊椎动物种群数量及其生境变化评估

生物多样性是生态平衡维持和生态过程与功能实现的基础,东北地区是我国乃至全球生物多样性最为丰富的地区之一。为研究和探讨东北地区陆栖脊椎动物种群数量与生境变化之间的关系,利用物种调查数据和生境遥感观测数据,以地球生命力指数、生态系统面积和破碎度等指示性指标,综合评估了近40年东北地区陆栖脊椎动物种群数量及其生境变化。结果表明:1970—2010年,东北地区陆栖脊椎动物种群数量下降了近70.1%,森林脊椎动物种群数量减少了近80.9%,草原和荒漠生态系统脊椎动物种群数量增加了近180.9%。1980—2010年,湿地物种种群数量减少了近75.7%。1980—2015年期间,农业和城镇建设用地增幅分别达到25.2%和32.3%,不断挤占和蚕食着自然生态空间,致使自然生境面积不断减少,减幅约为8.0%。自然生境景观破碎化程度总体呈现加重趋势,尤其是森林生境,破碎化指数增加约42.7%。但是,2005年之后,自然生境景观破碎化程度加重趋势趋缓,与2005年之后脊椎动物种群数量减少幅度减缓趋势一致。森林砍伐、人口增长、城镇化、交通建设等造成的自然生态系统破碎度增加和栖息地质量下降对大型兽类影响比较显著。     

汶川地震灾害核心区生态环境影响评估

5．12汶川大地震不仅造成了惨重的人员伤亡和巨大的经济损失,而且对当地生态环境产生了严重的影响。以多种卫星遥感数据为信息源,运用地理信息系统、遥感和综合分析技术,从地表植被、农田生态系统、河道水体、自然保护区以及消、杀、灭药剂等几个方面,对受灾的汶川等36个县市的生态环境进行了全面评估。评估结果显示：汶川地震灾害核心区预计发生滑坡、泥石流等次生地质灾害的面积为190．86km^2,占灾区总土地面积的0．19％;灾区林、草地预计受损164．96km^2,占灾区林、草地总面积的0．22％;灾区农田预计毁坏57．77km^2,占灾区农田总面积的0．29％,受损农田主要分布在西部山区;灾区发生河道阻塞34处,主要分布在龙门山北段的平武、北川、江油、青川、茂县等山体大量滑坡的县市;卧龙自然保护区大熊猫的主要生活区域,发生滑坡、泥石流等灾害1．44km^2,受损林地面积比例为0．28％,给大熊猫的取食造成了严重威胁。     

城市扩展研究的主要进展与展望

城市扩展是现阶段多个学科的研究热点, 国内外学者对它的时空特征、驱动机制、模拟和预测方法以及环境效益等问题做了大量研究和探索。文章对城市扩展的研究体系、研究方法和尺度问题进行了总结和分析, 并对未来城市扩展的研究方向进行了展望。研究发现: (1)目前城市扩展的研究已经形成多学科的交叉研究局面, 各学科为城市扩展的研究提供了丰富的方法支撑, 但理论探索相对缺乏; (2)目前元胞自动机和分形理论在城市扩展的研究中应用较多, 引入其他有效的数理方法深化城市扩展研究非常必要; (3)尺度在城市扩展研究中非常重要, 慎重选择时空粒度能更好的反映和揭示城市扩展的特征和规律; (4)我国对城市扩展的研究在理论上和方法上借鉴国外的居多, 结合中国城市化实际进行理论探索, 并深入对全国范围城市扩展特征和规律的全面认识, 是中国未来城市扩展研究的重要方向。     

异质景观条件下江汉平原土壤的空间分异

景观异质与土壤分异息息相关。以DEM数据为基础,以海拔50m、100m为界,将江汉平原划分为平原湖区景观、平缓岗地景观及起伏丘陵景观3种类型。在ArcG IS 10支持下,将江汉平原土壤图与景观类型图进行叠置分析,提取不同景观类型片区各土壤亚类斑块周长、面积等信息,计算了各景观类型片区各土壤亚类的分维数、平均斑块面积、稳定度等信息,定量分析了江汉平原各景观类型片区土壤空间分异特征,结论如下:(1)不同景观类型区各土壤亚类分布差异明显,起伏丘陵景观区主要以红壤和黄棕壤地带性土壤为主;平原湖区潮土和水稻土等耕作土非常发育;平缓岗地区地带性土壤和耕作土壤平分秋色。(2)连片性较好的土壤亚类呈现不同的景观选择性:耕作土集中分布于平原湖区景观片区;地带性土壤多集中分布于丘陵和岗地景观片区。(3)平原湖区面积很大,各类土壤都有发育的空间,土壤亚类之间分维数和稳定度差别比较大;平缓岗地景观区由于面积非常局限,土壤亚类发生发育受到空间的限制,边界破碎化,分维数平均都比较大,斑块镶嵌结构均比较复杂,稳定度差别较小。(4)主要土壤亚类的分维数和稳定性指数值一定程度地反映了各主要土壤亚类的最匹配的景观类型,即能够提供其发生发育的最佳条件。研究有利于深入认识土壤形成和演化规律,为土壤资源的合理利用及定向培育服务。     

基于土地利用变化的四川省碳排放与碳足迹效应及时空格局

土地利用变化的碳排放与碳足迹研究对了解人类活动对生态环境的扰动程度及其机理、制定有效的碳排放政策具有重要意义。采用1990—2010年四川省能源消费数据和土地利用数据,通过构建碳排放模型、碳足迹及其压力指数模型,对研究区20年来土地利用的碳排放及碳足迹进行了定量分析。结果表明:(1)土地利用变化的碳排放和能源消费碳的足迹呈显著增加趋势。碳排放增加5407.839×10~4t,增长率达143%;能源消费的碳足迹增加1566.622×10~4hm~2,四川全省的生态赤字达1563.598×10~4hm~2。(2)建设用地和林地分别为四川省最大的碳源与碳汇。20年间建设用地的碳排放增加5407.072×10~4t,增长率达126.27%,占碳排放总量的88%以上;林地的碳汇减少10.351×10~4t,但仍占四川省碳汇的96%以上。(3)土地利用碳排放、碳足迹和生态赤字存在明显区域差异。成都平原区碳排放、碳足迹压力最大,生态赤字严重,西部高山高原区和盆周山区碳排放、碳足迹最小,未出现生态赤字;成都、德阳、资阳和内江等地的碳排放、碳足迹压力最大,生态赤字最严重,甘孜、阿坝等地的碳排放、碳足迹最小,未出现生态赤字。(4)土地利用结构与碳排放、碳足迹存在一定的相互关系,趋高的碳源、碳汇比导致土地利用的碳源效应远大于碳汇效应。因此,四川省减排的重点应该在保持或增加现有的林地的同时,主要以降低建设用地的碳排放、碳足迹为主。