2000-2015年锡林郭勒盟防风固沙服务功能变化驱动因素分析

防风固沙服务功能是干旱和半干旱地区生态系统提供的重要防护性功能,探索其时空演化及其驱动机制对于区域生态治理具有重要意义;但目前研究对其空间格局形成及演化过程中自然和人为因子的贡献及交互作用仍缺乏准确认知。以锡林郭勒盟为研究区,采用修正风蚀模型评估其2000-2015年防风固沙服务功能时空变化,应用地理探测器模型分析自然和人为因子对该区域防风固沙服务功能空间格局形成及演变过程中的贡献及交互作用。结果表明：①防风固沙服务功能空间分布差异显著,呈现为东南部温带落叶阔叶林、灌丛区域高,东北部草原草甸地区较高,西部荒漠区域低的分布格局;防风固沙服务功能转移以低功能区向中低功能区转移为主;防风固沙量总体上呈增加趋势,增加区域面积为115104 km²,减少区域面积为84756 km²。②土壤类型在锡林郭勒盟防风固沙服务功能空间分布格局中发挥最重要的作用,其P_D,SF值最高且与其它因子具有显著性差异,植被类型、人工造林面积、牲畜数量、年均风速等因子对防风固沙量空间分布影响较强。③防风固沙服务功能变化区域的2000-2015年动态地理探测结果显示土壤类型、植被类型均具有较高的解释力且相对稳定,功能增强区域年均风速、降水量等气候因子的P_D,SF值呈现出减少区域,人为因子表现先增加后减少趋势,功能减弱区域变化趋势大体与之相反,探测因子之间交互作用显著。     

浑善达克沙漠化防治生态功能区防风固沙功能的时空变化及驱动力

土壤风蚀是浑善达克地区面临的重要生态环境问题,防风固沙功能大小决定了整个区域的生态安全程度.为了阐明浑善达克功能区防风固沙情况,指导区域的荒漠化防治,本文基于气象数据、遥感数据,利用修正风蚀方程模型(RWEQ)定量分析2000-2010年浑善达克防风固沙功能区防风固沙能力的时空变化格局,并通过主成分分析方法分析了功能区各县(旗)土壤风蚀的主要影响因素.结果表明： 研究期间,浑善达克防风固沙能力随时间产生波动,总量呈下降趋势;单位面积防风固沙功能较强的地类有落叶针叶林和草原;功能区西部和东南部区域的防风固沙功能较弱,需要加强生态修复力度;对功能区内各行政区进行社会驱动力分析得出,土壤风蚀的3个主要社会驱动力分别为投入产出强度、经济发展水平和农牧业发展水平.     

黄河流域生态安全屏障防风固沙时空变化及驱动因素

黄河流域是我国重要的生态屏障和经济区,防风固沙服务及其驱动机制的研究对于筑牢黄河流域生态安全屏障具有重要意义。基于修正土壤风蚀模型(RWEQ)定量评估黄河流域2000—2018年防风固沙服务时空变化,采用相关分析和地理加权回归模型(GWR)从社会、气候、土壤、植被、地形等角度探究各驱动因素对黄河流域防风固沙服务影响的空间异质性。结果表明：(1)2000—2018年黄河流域土壤风蚀模数与单位面积防风固沙量分别以0.04 t hm^-2 a^-1和0.14 t hm^-2 a^-1的速率下降,而防风固沙保有率和植被覆盖度则分别以0.05%·a^-1和0.26%·a^-1的速率上升。(2)黄河流域土壤风蚀以微度(<2 t hm^-2 a^-1)和轻度(2—25 t hm^-2 a^-1)为主,共占研究区面积的96.28%。土壤风蚀在空间分布呈现西北高东南低的特点,而防风固沙服务高值则主要分...     

无定河流域防风固沙服务流动模拟

无定河流域包括毛乌素沙漠部分区域,土壤风蚀显著,研究防风固沙服务有利于保持土壤、保护生态环境与维持良好的人地关系。利用RWEQ(Revised Wind Erosion Equation)模型与HYSPLIT(Hybrid Single-Particle Langrangian Integrated Trajectory Model)模型模拟无定河流域2000年、2005年、2010年、2015年以及2018年的土壤风蚀量以及防风固沙服务流的时空变化,并分析受益人口与real GDP。结果表明：(1)2000年至2018年无定河流域风蚀总量与防风固沙量呈“降低-增加-降低”的波动变化整体下降的趋势,在空间分布上,无定河流域西部及西北部沙地土壤风蚀较为剧烈,东部及东南部的旱地土壤风蚀较为缓和;(2)2000年至2018年防风固沙服务流动路径模拟总数分别为494条、504条、537条、482条与437条,整体上呈降低的趋势,受益区主要分布于我国的中部及东部地区以及俄罗斯、韩国等周边国家;(3)2000年至2018年防风固沙服务全国受益人口与受益real GDP均占据总数一定比例;(4)无定...     

2000-2010年中国三北地区生态系统时空变化特征

基于遥感解译反演、模型模拟估算等方法,以地面调查作为主要验证手段,分析了21世纪前10年我国三北地区生态系统宏观结构、质量及关键服务变化状况及其驱动因素。结果表明:(1)2000-2010年,三北地区林地面积净增加了0.69万km²,草地面积减少了0.13万km²,湿地面积净减少0.21万km²,耕地面积减少了0.87万km²,人工表面增加了0.57万km²,其它类型面积持续减少了496.5km²。(2)近10年,三北地区归一化植被指数(NDVI)、叶面积指数(LAI)、地上植被生产力总体呈现轻微增加趋势,特别是黄土高原丘陵沟壑区,然而植被覆盖度总体呈现微弱减少趋势。(3)近10年,三北地区单位面积土壤风蚀模数下降了27.25%,减少速率为每年1.13t/hm²,由于风蚀力逐年减弱导致防风固沙服务量呈现减弱趋势。三北地区水蚀区近10年土壤水蚀模数总体呈现微弱增加趋势,而黄土高原区和风沙区则呈现降低趋势,生态系统单位面积土壤保持服务量呈现增加趋势,年增速0.28t/hm²,说明土壤保持能力有所提高。(4)三北地区近10年气温变化斜率为0.02℃/a,适度增温、降水量增加有利于植被恢复;东北华北平原农区和黄土高原丘陵沟壑区人类负向扰动指数呈现减少趋势,说明人类活动对这两个区域自然生态系统的扰动有所遏制。     

陕北长城沿线植被恢复与生态系统防风固沙服务模拟分析

为探究风沙边缘地区植被恢复与生态系统防风固沙服务能力之间的作用机制以及如何保证防风固沙服务的可持续发展,选择毛乌素沙漠边缘地区--陕北长城沿线为研究区。利用Theil-Sen斜率估算、M-K显著性检验、修正风蚀方程（Revised Wind Erosion Equation,RWEQ）和情景分析法,评估分析2000-2018年该地风沙治理工程效果和生态系统防风固沙服务的时空变化,并着重分析在风蚀因子改变的条件下,植被恢复对土壤风蚀和生态系统防风固沙服务能力的影响。结果表明：（1）在2000-2018年风沙治理工程中陕北长城沿线地区植被恢复状况显著改善,表明多年来在风蚀治理工作中取得显著的效果。（2）在实际情景中,随着植被不断的恢复,风蚀发生的危险程度总体在减小,而风蚀因子是导致实际风蚀量显著改变的主要原因。从生态系统防风固沙服务角度出发,在不同年份防风固沙总量变化显著,2005年和2010年防风固沙量达到最小、最大值,分别为4569.18万t和64164.44万t,差异明显,致使2005和2010年防风固沙服务能力也达到历史最低和最高值。（3）通过最小风蚀因子情景模拟间接表明：植被恢复能够遏制风蚀现象的发生。但在最大风蚀因子情景下,风蚀现象依旧明显,而植被所发挥的生态系统防风固沙服务能力越显著。（4）综合上述3种情景,每年潜在风蚀量 > 防风固沙量 > 实际风蚀量,说明在最大危害程度内生态系统防风固沙服务具有明显的效果。通过研究不仅证实植被是实现防风固沙服务功能可持续发展的必要条件,同时恢复植被对风沙区域进一步发展状况与趋势有着至关重要的作用。     

黄河流域水源涵养服务功能动态演变及驱动因素

黄河流域是中国重要的生态屏障,研究其水源涵养服务功能对推动黄河流域生态保护与高质量发展具有重大意义。采用InVEST模型量化黄河流域1980-2020年水源涵养服务功能,使用空间自相关分析黄河流域水源涵养服务功能空间分布模式,并运用地理探测器分析黄河流域水源涵养服务功能的驱动因素。结果表明:(1)1980-2020年黄河流域水源涵养量为174.8639亿m³-378.4538亿m³,多年平均水源涵养量265.0475亿m³,其中草地与林地多年平均水源涵养量分别占黄河全流域水源涵养总量的52.94%和24.27%。全流域水源涵养量呈现上下游地区较高,中游地区较低的分布格局。(2)全局莫兰指数为0.875,表明黄河流域水源涵养服务在空间上呈现聚集分布,以低-低聚集与高-高聚集为主。(3)1980-2020年不同地类平均水源涵养能力排序:灌木林>有林地>高覆盖草地>其他林地>中覆盖草地>低覆盖草地>旱地>建设用地>未利用地>水田>水域。(4)降水量是影响黄河流域水源涵养量变化的主要驱动因子,降水量与土地利用间交互作用对黄河流域水源涵养服务功能空间分异解释力显著增强。研究结果可为黄河流域生态系统管理与高质量发展提供重要参考。     

内蒙古荒漠草原防风固沙服务变化及其驱动力

荒漠化是内蒙古荒漠草原面临的最严重的生态环境问题之一,而风蚀则是造成土地退化的主要因素。采用修正风蚀方程（Revised wind erosion equation,RWEQ）定量评估了内蒙古荒漠草原2000和2017年的固沙量,并结合土地利用、降水、风速、植被覆盖度数据分析了该区域防风固沙服务的影响因素。结果表明：内蒙古荒漠草原的防风固沙服务表现出明显的空间异质性,不同土地利用类型提供的防风固沙服务有所差异,其中高覆盖度草地的固沙量相对较高。总体来说,2000年固沙量与降水、风速、植被覆盖度均为正相关,2017年固沙量与降水为负相关,与风速和植被覆盖度为正相关。2000-2017年内蒙古荒漠草原固沙物质总量增幅为53.95%,其中9.65%来源于土地利用变化区域,土地利用方式发生变化的面积占研究区总面积的5.6%。2000-2017年土地利用变化以林地的恢复、建设用地的扩张以及不同覆盖度间草地的转换为主。2000-2017年,风力因子的分布模式对防风固沙服务的空间分布变化的影响较大。总的来说,土地利用变化对内蒙古荒漠草原的防风固沙服务有一定的增强作用,防风固沙服务的空间分布在时间上的变化主要受气候因子的影响。     

基于地理探测器的内蒙古自然和人为因素对植被NDVI变化的影响

研究区域植被覆盖度变化趋势并探寻其驱动因素对于维护生态安全具有重要意义。将内蒙古旗县分为牧业旗县和非牧业旗县,应用线性趋势分析法和地理探测器模型探讨2000-2015年自然和人为因素对植被NDVI变化的影响。结果表明：（1）2000-2015年内蒙古地区植被覆盖度总体上呈增加趋势,但空间上显现出西部减少,东部与南部增加的趋势;非牧业旗县植被NDVI改善面积大于牧业旗县。（2）在整个内蒙古地区中,年降水量和土壤类型是影响植被NDVI的主要驱动因素,解释率在22%以上。在牧业旗县年降水量和土壤类型是主要驱动因素,而在非牧业旗县中粮食产量是最主要的驱动因素。（3）各因子之间的交互影响均高于单因子的影响。在牧业旗县,因子之间的交互作用呈现出非线性增强和双因子增强关系,植被NDVI变化受乡村户数和牲畜数量的交互影响最为突出。非牧业旗县因子之间呈现出非线性增强的交互作用关系,植被NDVI变化受土壤类型和粮食产量的交互影响最为明显。     

基于稠密Landsat数据的邛崃山大熊猫栖息地植被变化研究

深入理解大熊猫栖息地植被变化过程及其驱动力, 是开展大熊猫栖息地保护和管理的重要基础。该研究利用1986- 2018年所有可用的Landsat TM/ETM/OLI影像构建长时间序列归一化植被指数(NDVI), 采用BFAST (Breaks For Additive Seasonal and Trend)方法实现大熊猫栖息地植被变化历史检测, 从植被累积突变、累积渐变和总变化3个指标揭示植被变化空间分布特征; 运用地理探测模型定量评价不同因子(年降水量、年平均气温、高程、坡度、坡向、与河流距离、土壤类型、土地覆盖类型、与道路的距离、与工程扰动区距离)对3种植被变化空间分布的影响。结果表明: 1)研究区内植被突变面积比例为9.13%, 主要分布于栖息地东部边界附近, 2011和2013年植被突变面积较大; 2)植被累积突变表现为退化面积占植被累积突变面积的40.17%, 植被累积渐变和总变化表明研究区植被呈现改善趋势, 改善面积比例分别占研究区的94.58%和97.02%; 3) 3种植被变化的空间分布主要受年降水量、年平均气温、高程、土壤类型4种因子的影响, 植被累积突变、累积渐变和总变化空间分布的最强解释因子分别为年降水量、高程和土壤类型, 驱动因子之间的交互作用为相互增强、非线性增强关系。     

京津风沙源区不同分区植被覆盖度变化及归因分析

以2000—2018年MODIS NDVI影像为数据源,基于像元二分模型估算京津风沙源区植被覆盖度(FVC),分析京津风沙源区FVC的时空变化特征,并结合自然因素和人类活动,运用地理探测器模型探究自然、人类活动对区域尺度FVC空间分布的影响。结果表明:2000—2018年,京津风沙源区FVC呈增加趋势,增长速率为0.013·(10 a)^-1,植被增加率为8.2%,FVC较高的区域在燕山丘陵山地水源保护区,其次是农牧交错带沙化土地治理区和浑善达克沙地治理区,FVC较低的区域为北部干旱草原沙地治理区。不同分区各驱动因子对FVC空间分布的解释力不同。自然因素中,年降水量是控制北部干旱草原治理区、浑善达克沙地治理区和燕山丘陵山地水源保护区FVC空间分布的主要驱动因子,坡度是控制农牧交错带沙化土地治理区的主要驱动因子;人类活动中,年末大牲畜头数是控制北部干旱草原治理区和农牧交错带沙化土地治理区FVC空间分布的主要驱动因子,人口密度是控制浑善达克沙地治理区和燕山丘陵山地水源保护区FVC空间分布的主要驱动因子;其他因子对FVC空间分布的影响则存在区域差异。交互探测器结果显示,双因子交互作用以双协同作用和非线性协同作用为主。人类活动与年降水量、坡度等自然因素的共同作用能够更充分地解释FVC空间分布。风险探测器识别的适宜植被生长的范围为年降水量316.4～486.0 mm、平均相对湿度48.4%～57.6%、年均温2.5～7.9 ℃的区域,其他驱动因子则在不同分区之间存在差异。     

黄土高原归一化植被指数与自然环境因子的空间关联性——基于地理探测器

植被对改善黄土高原脆弱的生态环境有着关键作用,系统研究黄土高原归一化植被指数(NDVI)空间分布和环境因子的空间关联性,可为新时代黄土高原植被高质量建设提供科学依据。以黄土高原2000-2017年年均植被NDVI为研究对象,选取气候要素、地形因素、土壤类型和植被类型等自然环境因子,运用GIS和地理探测器技术手段,在剔除土地利用类型发生变化栅格的基础上,研究黄土高原年均NDVI与环境因子的空间关联性,结果表明:2000-2017年黄土高原年均NDVI值在0.016-0.72之间,呈地带性分布,由西北部向东南部逐渐升高,大于0.3的区域占50.23%;2000-2017年黄土高原年均植被NDVI分布具有空间异质性,且在不同植被区、地貌区、土壤区和气候区中,NDVI空间分布的主要环境驱动因子具有差异性。年均降雨量对NDVI空间分布具有强解释力,是黄土高原85.20%的区域植被生长的主要制约因子;约12.01%的区域主要受土壤类型影响,为中等解释力,其余区域的植被生长主要受年均气温,日照时数或海拔影响。建议综合考虑不同环境条件下植被NDVI的空间分布与环境影响因子的空间关联性,明确不同区域中植被NDVI的环境制约因子,以制约因子定植,在防止土壤干燥化、贫瘠化的前提下,提高植被覆盖率和生物多样性,以期促进黄土高原植被建设高质量发展。     

玛纳斯河流域NPP时空变化及其生物多样性维护功能重要性评价

基于植被净初级生产力(NPP)法开展干旱区流域生物多样性维护功能重要性评价可为区域生态安全建设提供科学依据。基于玛纳斯河流域MODIS13Q1数据和环境数据,利用卡内基-艾姆斯-斯坦福方法模型(CASA)估算2001—2020年流域植被NPP,结合地形因子构建流域生物多样性维护功能重要性评价模型,利用地理探测器分析气候、地形、土壤类型等因子对流域NPP的空间异质性影响。研究结果表明：(1)近20年,流域植被NPP均值呈上升趋势,高值集中于山地区低山丘陵带和绿洲区中部,低值区分布于荒漠生态区;(2)从流域不同土地利用类型的NPP均值看,耕地>林地>草地>建设用地>未利用地>水域;(3)流域生物多样性维护功能的一般重要区、中等重要区、重要区和极重要区的数值范围为：0—0.12、0.12—0.22、0.22—0.47和0.47—0.84,分别占流域总面积的20.17%、20.14%、19.91%和19.85%,山地区低山丘陵带和绿洲区中部是流域生物多样性维护功能的极重要区;(4)年平均降水、土壤类型是流域NPP空间分异解释力最强的因子;各因子的影响呈非线性增强及...     

基于地理探测器的丹霞梧桐空间分布与生境因子的相关性

丹霞梧桐是中国丹霞地貌的特有种,识别影响其分布的主要环境驱动因子,可为保护丹霞梧桐及其生境提供科学依据。本研究以广东南雄丹霞梧桐县级自然保护区与广东丹霞山旅游风景区(核心景区)为研究区,运用地理探测器分析丹霞梧桐空间分布与两地生境因子的相关性(用q值衡量),分析要素包括地理要素(地貌形态成因类型、土壤亚类、高程、坡度、坡向)和气候要素(年均降水、年日照时数、年均相对湿度、年均风速)。结果表明: 影响丹霞梧桐空间分布的主要生境因子为土壤亚类、年日照时数、地貌形态成因类型。其中,丹霞梧桐生境的各因子相关性分析中,土壤亚类、年日照时数和地貌形态成因类型的q值大于所有因子q值的均值,具有较强相关性;丹霞梧桐生境因子的两两组合中,地貌形态成因类型∩年日照时数和土壤亚类∩年日照时数的交互作用表现为双因子增强且q值大于所有组合q值的均值,具有较强相关性;丹霞梧桐空间分布相关性的生态探测中,与其他各因子相比,土壤亚类、年日照时数以及地貌形态成因类型的q值具有显著差异。丹霞梧桐的空间分布主要与土壤亚类、地貌形态成因类型、年日照时数存在显著相关性,同时也表明,地理探测器为植被生境因子分析、预测物种分布等研究提供了有益的方法探索。     

基于DEM的黄河中游植被恢复对年均径流量影响的估计

植被恢复及其对年均径流量影响的空间格局对黄土高原生态环境建设及水资源管理具有重要指导作用。在分析植被适宜性分布规律的基础上, 基于黄河中游河口-龙门区间100 m 地形高程模型(DEM)和专家经验进行了区域植被适宜性制图, 并基于参数率定后的多年平均蒸散量计算公式和水平衡模型, 估算了不同植树造林情景下年均径流量的变化。结果表明, 河龙区间符合植被带分布规律的适宜区植树面积为6.6×10³ km², 次适宜区植树面积为4.8×10³ km², 分别占研究区总面积的5.8%和4.3%。土地覆被现状条件下区域产水约为33.8 mm (38.07×10⁸m³)。适宜区植树后, 区域产水减少量约为1.9 mm (2.12×10⁸m³), 减少5.6%。适宜区和次适宜区均植树后, 区域产水减少量约为3.1 mm (3.49×10⁸m³), 减少9.2%。空间分布格局表明, 区域局部减水最大达到48 mm。受气候条件影响, 东南部高降雨量地区的流域适宜植树面积达45.1%, 相应减水比例达36.0%。西北部低降雨量地区的流域植树面积约为0.7%, 相应的减水比例为0.4%。     

Assessing Vegetation Cover Dynamics Induced by Policy-Driven Ecological Restoration and Implication to Soil Erosion in Southern China

In the aftermath of the severe droughts and floods at the end of the 20th century, the Chinese government launched several ecological restoration projects, including the Natural Forest Protection Program in 1998 and the Grain-for-Green Program in 1999, to promote afforestation and reforestation to reduce surface runoff and consequent soil erosion nationwide. However, it is still unclear how vegetation has changed in southern China since the launch of these programs. In this study, we used the MODIS Enhanced Vegetation Index (EVI) to analyze the vegetation cover dynamics in southern China from 2000 to 2009 and evaluate the resulting effects of controlling soil erosion. Our observations indicate that 5.3% of the study area significantly increased and 0.98% significantly decreased in EVI value (p < 0.05). The spring EVI had largest increase in space. The conversions of croplands on steep slopes to forests resulting from national policies led to significant increases in EVI. The increase in EVI was not driven by annual average temperature and annual precipitation. By referencing ecological restoration statistical data and field observations, we showed that ecological restoration programs significantly improved vegetation cover in southern China. Increase in the area of farmland-converted forestlands has reduced soil erosion based upon monitoring sediment yields at hydrologic stations in the Yangtze River. This study displays the spatial patterns of trend in vegetation growth since the beginning of the 21st century in southern China and highlights the important role of China’s afforestation program.     

植被覆盖度的时间变化及其防风蚀效应

 在防治风蚀过程中过去人们只关注植被覆盖度的空间特性,但对其随时间变化的特性未引起足够的重视。该文着重强调了植被覆盖度随时间变化的特性,并对不同类型植物覆盖度的动态变化特征进行了研究。通过调查研究与理论分析,在土壤风蚀量与植被覆盖度及风蚀气候侵蚀因子三者之间建立了随时间变化的定量关系,并利用该公式计算和比较了不同类型植物防风治沙性能的动态差异、总植被覆盖度及相应的总土壤风蚀量的动态变化。结果表明在防风蚀的作用效应中灌木＞多年生牧草＞林木＞作物＞一年生牧草;总时空植被覆盖度与总土壤风蚀量呈“反相位”的动态变化;风蚀季节总植被覆盖度较低,介于0.11～0.14之间,低于20%的临界覆盖度,这也是该地区风蚀危害严重的一个重要原因所在。     

生态系统服务权衡与协同关系及驱动力——以江苏省太湖流域为例

生态系统服务权衡与协同关系研究是生态系统综合管理的前提。以太湖流域江苏省为例,通过空间显示的生物物理模型计算氮、磷净化、水量供给及土壤保持4种服务指标,借助GIS空间分析表征氮、磷指标与其他指标之间关系,并利用多元Logistic模型定量识别主导驱动力。结果表明:2000到2010年间,各指标的单位面积年均值呈现不同程度的变化,氮输出指标先增加后略下降,磷输出指标逐渐增加,水量供给先下降后上升,土壤保持逐渐下降,并且服务指标的空间格局显著差异。氮、磷净化与水量供给关系在空间上表现为广泛分布的权衡及协同变化区,但与土壤保持的关系不明显,氮、磷之间主要为协同变化关系。氮净化与水量供给的正向主导驱动力为城镇建设用地和农村居民点密度,而植被覆盖度和水网密度具有显著负作用。氮、磷关系的主要影响因素为植被覆盖度,其次是耕地及林地比例,且均起到正向促进作用。主导驱动力识别有助于明确生态系统服务间关系的作用机制,为区域环境管理及生态保护规划提供科学依据。