雄安新区多尺度生态安全格局构建框架

维持城市所处的生态系统格局与过程,使得城市生存和发展所依赖的关键生态系统服务实现供需平衡是保障城市生态安全的根本要求和基本前提。因此,城市生态安全不仅是城市本身的问题,还涉及到城市所处的流域、区域、国家等多个不同的空间尺度,具体由支撑城市及其发展的关键生态系统服务所涉及的生态过程所决定。对生态安全概念及研究进展进行了梳理和分析,在此基础上,提出了一个城市生态安全保障的生态系统服务研究框架,将维持城市生态安全的关键生态系统服务需求分为3个层次：一是水资源供给、食物生产、水质净化等城市生存所依赖的基础资源与基本环境维持相关的服务,二是土壤保持、水源涵养、防风固沙、固碳释氧、生物多样性等生态系统稳定和可持续性维持相关的生态系统稳定和调节类服务,三是生态休闲、微气候调节、降尘减噪、文化审美等人居环境与文化类服务。进而利用该框架,从不同需求层次分别对雄安新区生态安全保障的生态系统服务需求进行了分析,结合其自然地理特征和新区建设的社会经济发展情景,从新区城市、大清河流域和京津冀区域三个尺度提出了雄安新区生态安全格局构建框架,以及相应的保障对策和建议,包括从多尺度进行生态环境调控和管理,打破行政和地域边界限制;关注各尺度各关键生态系统服务的过程,加强生态环境要素的监测和预警;重视新区在人居环境改善层次的生态系统服务需求等。     

雄安新区生态基础设施建设与城市发展协同度评价

雄安新区的建设目标是构建“绿色生态宜居新城区”,将城市发展与生态宜居并行。生态基础设施作为城市中提供生态系统服务的条件与过程,对构建绿色生态宜居新城区起到主要支撑作用。构建了生态基础设施建设与城市发展的指标体系。在现状分析的基础上,根据雄安新区规划文件,采用地区类比法等方法对生态基础设施建设与城市发展情况进行预测,以形态学空间格局分析(MSPA)模型处理得到的7类景观类型作为生态基础设施指标,并从人口、经济、产业、城镇化4方面构建雄安新区城市发展指标;其次建立耦合协同模型,分析2010、2015、2017、2025、2035、2050年6个年度雄安新区生态基础设施建设与城市发展的协同度水平。研究结果表明,雄安新区生态基础设施建设与城市发展在早期处于濒临失调状态,后续经过政策引导,雄安新区生态基础设施建设与城市发展协同程度逐渐提高,至2050年已达到良好协同状态。研究结果可为促进雄安新区生态基础设施建设与城市协同发展提供科学参考。     

城市小尺度生态基础设施的设计方法——以雄安新区启动区为例

高速的城市化进程带来一系列生态破坏和环境污染等可持续发展挑战,需要在城市规划阶段尽量规避这些风险。生态基础设施建设倡导生态系统修复和环境协同治理的理念,是新兴城市化背景下指导城市规划的一种有效手段。目前,国内外生态基础设施建设在宏观尺度研究比较系统,而在小尺度的研究相对欠缺。我国社区等小尺度生态基础设施建设,由于规模较小,缺乏网络化构建,导致了建设后雨水内涝、面源污染问题仍层出不穷。构建了一种城市小尺度生态基础设施的设计方法和技术流程,以雄安新区启动区为研究区开展生态基础设施设计：（1）基于实际调研与理论研究分析场地现状,综合考虑自然要素、物理感知、心理感知、生态过程等相关因素构建"廊道为骨,斑块为节"的生态基础设施体系;（2）辨识区域主要动物活动、迁徙以及保护植物多样性等功能生态斑块,构建串联全城提供多种功能的系统性廊道、增加城市内部生态系统服务的结构性廊道、将生态系统服务渗入城市肌理的局部功能性廊道;（3）从景感满意度和年径流总量控制率2个方面进行生态基础设施建设预期效果评估。研究结果有助于缓解雄安新区建设所面临生态环境问题,保障人居生活环境品质,并为今后城市建设工作提供参考。     

雄安新区地表覆盖变化及其新区规划的生态响应预测

雄安新区是新近设立的国家级新区,如何在新区建设中坚持生态优先、绿色发展,是即将开展的新区规划必须考虑的问题。绿色生态规划离不开对规划区生态本底的清楚认识,离不开对规划结果的准确预判。因此基于2004、2015年的Landsat影像,采用遥感信息反演技术和RSEI遥感生态指数,评估了该区近11年来的地表不透水面、植被和水体三大覆盖类型的变化,并预测新区建设的生态效应及其对热环境的影响。结果表明,雄安新区近11年地表不透水面、植被和水体的面积虽互有增减,但变化强度都小于5%,总体开发强度不大,本底生态质量较好,稳中略升。定量分析表明,在该区的三大地表覆盖类型中,不透水面对区域生态和地表温度的影响最大。根据所获得的关系模型预测,新区的人口规划和面积方案将对区域生态质量和热环境产生影响,如果按新增不透水面面积占新区面积25%的比例来预测,它将使生态质量下降10%,地表温度上升1.1℃;但如果将不透水面比例控制在20%,则新区的生态质量反而上升3.6%,地表温度下降0.3℃。     

基于遥感生态指数的雄安新区生态质量评估

城镇化建设的持续推进给生态环境带来的压力日益增加,多方位、客观、准确、快速测算区域生态环境质量是生态学研究的一个重点.本研究从绿度、湿度、热度、干度4方面分别提取了归一化植被指数(NDVI)、湿度指数(WET)、地表温度(LST)、归一化建筑-土壤指数(NDBSI)4个分量指标,采用基于ENVI平台的主成分分析技术集成所选指标,基于新型遥感生态指数(RSEI)对1995—2015年雄安新区生态质量进行评估.结果表明: 1995、2004和2015年,雄安新区的RSEI均值分别为0.724、0.710、0.682,生态质量总体呈下降趋势;1995—2015年间,研究区RSEI主要由4、5级向1、2、3级转变,生态质量改善和恶化的面积分别占总面积的8.9%和20.9%,生态改善区域主要位于雄县东部和南部,主要原因在于该区域大面积的林地和园地受到当地政府的高度重视和严格保护,生态质量恶化区域主要位于城镇外围以及白洋淀周边,原因在于白洋淀水域面积的锐减和城市化的不断推进;RSEI与各分量指标的平均相关系数为0.804,均高于各分量指标间的平均相关系数,表明RSEI能较好地综合各分量指标信息,全面准确反映研究区生态质量状况.     

基于生态系统服务供需的雄安新区生态网络构建与优化

城市生态网络构建是城市生态系统服务有效发挥作用的保障,构建完善的生态网络对于城市生态格局的优化具有重要的意义。结合雄安新区总体规划,通过雄安新区生态系统服务供给、需求两个层面识别生态源地。基于源地-缓冲区-廊道-节点框架,构建新区生态网络。其中,基于生态源地与城镇用地驱动因子,运用最小累积阻力方法得到累积阻力差,构建新区三生空间布局。根据成本距离分析和路径分析,结合雄安新区规划绿带分布,生成生态廊道,并在廊道与廊道交汇点、重要生态功能与脆弱的关键点以及道路轨道交汇点识别生态节点。得出：（1）新区生态源地主要位于白洋淀、公园绿地与其他绿地,分为水域生态源和林地生态源两类生态源地,面积总共728 km²。城镇源地主要位于新区东部容城县与雄县城区以及一些零星的农村居民点区域,面积为166 km²。（2）在新区三生空间布局下,加强生态廊道的构建,提升生态源地之间、生态源地与城镇源地之间的连通性,新区生态廊道主要依赖河流廊道和林地廊道两种类型。（3）在新区未来生态网络的建设中,需要重点关注河流廊道交汇点、河流廊道与城区的交汇处、交通道路与生态用地交汇处等的生态节点的建设及其生态功能的提升。     

雄安新区白洋淀生态属性辨析及生态修复保护研究

湿地是自然界生物多样性最丰富的生态系统之一,与社会发展和人类福祉息息相关。近年来,由于全球气候变化和人类活动的过度干扰,湿地正面临着面积萎缩、功能减弱、多样性降低等诸多问题,湿地退化已经成为制约区域可持续性发展的重大阻碍。伴随着生态文明建设逐渐成为中国特色社会主义建设的重要支柱,湿地生态修复工作得到前所未有的制度保障。深入剖析湿地属性,结合政策保障,有针对性的提出湿地保护与修复的治理措施,对区域的生态环境建设和可持续性发展具有重要意义。选择国家级新区-雄安新区的水命脉-白洋淀湿地为研究对象,在深入剖析其生态属性和已存在的生态问题的基础上,结合生态修复的原则、方法和步骤,提出生态修复与保护的可行性策略。研究结果表明,白洋淀本质是典型的湖泊湿地,同时兼具沼泽湿地特征,由于人类活动的剧烈干扰,白洋淀有向沼泽湿地逆向演替的变化趋势。湿地内存在面积萎缩、水资源量短缺、水环境污染问题突出及生物多样性减少等生态问题。本研究建议:为顺利建设雄安新区,首先,白洋淀湿地在算清"水账"、"污账"和"生态账"的前提下,进一步加强流域水资源调配,科学确定白洋淀湿地最佳水位,恢复淀区水量;其次,通过使用清洁生产技术和限制高排污企业建设等措施,加强污染防治,恢复湿地水质;最后,依据生态承载力理论,划分白洋淀流域的生态功能红线、环境质量红线和资源利用红线等国家生态保护红线体系,为尽快恢复湿地结构与功能提供制度保障。     

新区开发建设及其生态效应——以雄安新区为例

雄安新区自2017年设立为国家级新区以来,已进行了大量的开发建设,但迄今尚未见对开发建设所产生的生态效应的研究报道。因此,选取2017年和2020年的Landsat 8影像,分别代表雄安新区未开始建设和建设3年后的两个时期来对此进行对比。利用遥感空间信息技术反演出2017—2020年雄安新区开发建设以来主要地表覆盖类型的变化,并采用遥感生态指数(RSEI)对这些地表覆盖类型变化产生的生态效应进行评估。结果表明：(1)雄安新区2017—2020年间的开发建设已使建筑用地面积增加了60.01 km²,水体面积增加了8.95 km²,植被面积减少了69.29 km²。雄安新区现阶段的开发建设主要集中在区内的容城县和雄县,而安新县的开发强度较小。(2)雄安新区2017—2020年间开发建设的生态效应体现在生态改善面积大于退化面积,生态等级良好以上的面积占比有所提升。因此,新区的生态质量总体略有上升,RSEI均值从0.668上升到0.677。但3个县的表现不一,雄县和安新县的生态有所提升,而容城县则略有下降。(3)雄安新区虽经开发...     

雄安新区生态承载力评价指标体系研究

通过分析雄安新区的生态状况,基于绿色治理、绿色生产与绿色生活三个维度,选择环保投入占财政支出的比重、白洋淀水质达标率等30个基础性评价指标,在运用SPSS的相关性分析消除信息重复评价指标进行初步筛选的基础上,基于主成分分析提炼新区生态承载力的主要影响因子进一步筛选评价指标,确定最终的14个基础性评价指标,构建更加真实、准确地反映新区生态系统与社会经济活动之间协调发展程度的生态承载力评价指标体系,并运用模糊综合评价法对2014—2018年新区的生态承载力进行了评价,最后提出了雄安新区生态承载力提升的主要对策:实施白洋淀环境治理与生态修复工程,充分发挥白洋淀的生态功能;调整优化产业结构,严格控制污染排放,形成绿色生产方式;推广“绿色交通+清洁能源”的绿色生活方式。     

短时间尺度雄安新区旱柳根际土壤细菌群落特征分析

土壤细菌在土壤生态过程中发挥重要作用,明确雄安新区“千年秀林”植物根际土壤细菌群落组成和多样性,有助于揭示土壤微生物与环境因子的互作关系,为新区森林生态系统可持续发展提供理论支持。以雄安新区重要乡土树种——旱柳(Salix matsudana)为对象,利用高通量测序和生物信息学技术,系统研究基于短时间尺度“千年秀林”旱柳根际土壤细菌群落组成和多样性,并分析菌群和环境因子的互作关系。结果表明,放线菌门、变形菌门和鞘氨醇杆菌属、黄杆菌、固氮菌属等富营养细菌占优势。8月和10月土壤样品中不同菌门相对丰度变化较小,9月波动较大。采样时间与Chao1和PD指数显著相关(P=0.0315,P=0.0137),与Shannon指数相关性不显著(P=0.631),日最高/低气温可显著影响PD指数,且日最低气温升高可显著降低细菌群落的丰富度。Beta多样性在每周时间尺度差异不显著(P=0.363),每两周差异显著(P=0.027),每三周差异极显著(P=0.006)。土壤偏碱性,养分含量差异不显著,全氮平均含量为中上等级,全磷和全钾平均含量处于中下等级。共现性网络互作关系中,协同作用多于拮抗作用。研究结...     

区域综合生态风险评价框架——以雄安新区为例

构建区域生态风险评价框架有助于清晰地识别、评估、模拟、预测与管理区域生态风险,进而为区域生态安全网络构建和生态安全格局保障提供支撑。雄安新区的建设,使该区域面临巨大的土地利用变化,对区域生态系统的结构和功能产生不可忽视的影响,洪涝和干旱灾害对雄安新区及其周边区域生态系统具有显著的威胁。以雄安新区为例,构建包含暴露-响应关系、人为源和自然源相结合的区域综合生态风险评价框架,分别对城市化和气候变化背景下的雄安新区土地利用变化、洪涝灾害、干旱灾害三类胁迫引起的区域生态风险进行了评价和预测,确定其生态风险空间分布特征及变化趋势。结果表明：(1)从时间序列上来看,由于气候变化导致洪涝、干旱等自然灾害的影响,加上雄安新区的土地利用变化,雄安新区的生态风险在2025年后有所上升,但有序的规划和良好的地类配置使得雄安新区起步区在2025年后生态风险程度下降;(2)从空间上看,雄安新区风险高值区主要集中在白洋淀区以西和以南,以及新区东北部部分区域。最后,从土地利用管理、洪涝和干旱灾害预防等角度提出了生态风险防控对策：(1)雄安新区应坚持对土地利用的合理规划和严格管理,切实防止土地的无序利用,密切关注景观...     

基于层次分析-有序加权平均多准则评估的雄安新区生态安全格局模拟研究

稳定、高效的生态安全格局对于"建设雄安新区"国家战略具有重大意义。然而,目前尚缺乏一套科学、弹性的规划方法,用于指导新区建设。采用层次分析(AHP)和有序加权平均(OWA)空间多准则评估方法,结合Google Earth Engine遥感云计算技术和InVEST模型,在量化生态系统服务和生态风险的基础上,模拟新区生态安全格局。首先,生态安全格局涉及众多专业领域,内涵较为丰富,决策过程应采用参与式方法,建立包含生态环境和社会经济因素在内的综合指标体系,奠定格局构建的决策基础;其次,AHP-OWA方法按不同决策情景(风险),提供了一整套"完全保护—中立—完全开发"的空间决策集,定量揭示"保护—开发"权衡关系,为格局构建提供充足决策支持;最后,白洋淀保护地以及启动和起步区建设,会对生态安全格局产生重要影响,所以构建工作应在科学规划启动和起步区建设的同时,围绕白洋淀开展。未来在"绿色生态宜居新城区"目标指引下,新区建设方案应以"保护优先"为基本原则,结合重要区域、现有规划和资金预算等要素共同确定,实现保护与开发的"双赢"。     

雄安新区生态系统服务需求空间分布格局预测

设立雄安新区是千年大计、国家大事。明晰生态系统服务需求的空间分布及时间变化趋势,有助于探究雄安新区生态系统服务对社会经济发展的促进和制约作用,支持生态系统服务管理和政策的执行。在已有对单一时间维度的生态系统服务研究基础上,增加了对时空变异性的关注,对雄安新区未来时间节点生态系统服务需求的时空分布特征进行预测,首先选取土地利用开发程度、人口密度、经济密度3个指标建立了生态系统服务需求预测模型,然后根据综合增长率法和地区类比法预测土地利用格局、人口密度和经济密度,最后叠加分析得到雄安新区2035年和2050年生态系统服务需求空间分布格局。预测结果表明,2035年起步区人口密度和经济密度将大幅增加,进而带动生态系统服务需求的增加;本世纪中叶,新区人口密度和经济密度的绝对值将大幅度提高,生态系统服务需求高值区主要集中在"一主、五辅"城区范围,与城乡空间布局相呼应。基于研究结果,提出优化土地利用结构、加强白洋淀保护与修复和建设宏观-中观-微观多尺度生态基础设施几条建议,以期为未来的生态系统服务供给、生态基础设施建设和城市规划布局等提供指导。     

雄安新区上游白洋淀流域水质净化提升目标下的生态恢复格局优化

白洋淀流域是雄安新区重要的淡水来源之一,流域内退耕政策在改善水质同时大幅降低了农田面积。如何通过退耕空间规则的优化权衡水质净化效率与农田面积是亟待解决的问题。通过设置基于不同退耕规则的情景,并与实际情景对比,提出了退耕规则的优化方案。结果表明：相同面积下,河岸带退耕的水质净化效率高于坡耕地退耕;相同退耕规则下,退耕还林驱动的水质净化效率高于还灌,还草;单位面积河岸带退耕的水质净化效率随缓冲区距离增加而降低;300m河岸带退耕还林情景下的水质净化率提升高于其他所有模拟情景,也比实际退耕情景（2015）高,同时农田面积降幅也低于实际情景。研究表明通过对退耕规则进行空间优化不仅能够满足区域水质净化提升的目标,还有利于保障区域农田面积,减少生态系统服务间的权衡。     

基于“三生空间”的雄安新区土地利用功能转型与生态环境效应研究

基于"三生空间"土地利用功能转型与生态环境效应的研究是雄安新区完善区域生态功能的理论基石。从雄安新区"生产-生活-生态"的土地利用功能分类入手,解译1988、1998、2008和2018年4期遥感影像获取雄安新区土地利用变化数据,计算生态环境质量指数和土地利用转型生态贡献率,定量分析雄安新区"三生空间"的时空演变及其功能转型的生态环境效应。研究表明：①1988-2018年,雄安新区土地利用变化主要表现为生活用地面积持续增加,共计增加了82.35 km²,生产用地面积先升后降,累计增加了50.34 km²,生态用地面积大幅下降,共计减少了132.70 km²。②雄安新区土地利用功能转型转出面积最大的为水域生态用地,转出面积共计94.36 km²,占总转出面积的41.06%,转入面积最大的是农业生产用地,共计135.91 km²,占总转入面积的近三分之二,其他它用地类型均有一定程度的相互转换。③雄安新区生态环境质量指数呈现波动减少的变化趋势。沙地等生态质量指数较低的其他生态用地转入农业生产用地是雄安新区生态环境质量改善的主导因素,占生态环境正效应贡献率的67.04%;农业生产用地以及城镇和农村生活用地对水域生态用地的占用,则是导致生态环境质量恶化的重要因素,占到生态环境负效应贡献率的75%以上。总体看来,过去三十年雄安新区生态环境恶化趋势大于生态环境改善趋势。因此,定量研究过去30年土地利用功能转型特征及其生态环境效应演变规律,有助于为雄安新区生态文明建设的推进提供数据支撑。     

雄安新区河流健康评价

雄安新区地理环境敏感,生态环境较为脆弱,研究新区河流健康对维护区域水生态平衡,实施京津冀协同发展战略及疏解北京非首都功能具有重要意义。以雄安新区4条河流为研究对象,基于高分二号遥感影像、地理信息数据和实测数据,构建由水文水资源、河流水质、河流底泥、河流生物、河流生境和社会服务构成的河流健康评价指标体系,并用主客观赋值法得到各指标的综合权重,进而计算河流的综合健康指数,以此对河流健康情况进行评价。结果表明不同河流的准则层指标的健康指数和河流综合健康指数存在差异性,其中白沟引河综合健康指数为0.640,处于健康状态;府河的综合健康指数为0.484,处于亚健康状态;瀑河和孝义河均处于病态,综合健康指数为0.269和0.228。总体表现同一河流不同河段以及不同河流存在明显的空间异质性,府河和白沟引河的健康状态明显好于孝义河和瀑河,同时除孝义河不同采样点的健康情况没有差别,府河、瀑河和白沟引河三条河流不同采样点之间的健康状况存在一定的差别,河流入淀处健康状况普遍比中游健康状况好。这为后期生态需水及其整个新区的生态功能提升提供了参考依据。