天山北坡城市群生态承载力演变与生态敏感性分析

经济的快速发展及人类活动的不断加剧,造成了各种生态环境问题,对可持续发展构成了严重威胁。探讨城市群土地利用变化、生态承载力演变特征及生态敏感性分析,是推动城市群生态环境优化,提升城市群土地利用管理方式的重要理论依据。以天山北坡城市群为研究区,基于土地利用数据对天山北坡城市群2000—2020年土地利用变化进行分析,采用生态足迹模型对研究区的生态足迹及生态承载力进行推算,并结合植被覆盖度、坡度、人口密度、土地利用类型、高程5个生态敏感性因子,对天山北坡城市群进行多因子综合生态敏感性评价。结果表明：2000—2020年天山北坡城市群内建设用地和耕地转入量较大,分别增长107.79%和46.45%,林地和水域面积逐步减少,反映了天山北坡城市群在研究期内处于快速城镇化阶段,城市建成区的不断扩大对部分生态生产用地构成一定的威胁。在快速城镇化的背景下,天山北坡城市群人均生态足迹总体呈现上升的趋势,生物资源生态赤字问题仍然存在,能源为主的其他资源的生态盈余呈现缩小趋势。生态敏感性高值区域主要分布在天山北坡城市群各城市的周边地区,中度敏感地区环绕在敏感高值区周围,分别占研究区面积的11.21%和35....     

天山北坡经济带关键性生态空间评价

关键性生态空间在生态系统中所发挥的基础性和保障性功能尤为重要,其范围辨识及评价研究对于国土安全和区域可持续发展具有重要意义。以天山北坡经济带为研究区,构建适于西北寒旱区脆弱敏感环境的关键性生态空间评价体系,借助GIS和RS技术,从生态系统服务功能重要性和敏感性两方面对其空间范围进行辨识和分级评价,并进行土地利用生态安全冲突分析。研究结果表明:(1)底线型和危机型生态空间作为研究区的关键性生态空间,面积为45318km²,占比53%,主要分布于南部山区、农垦区西部及北部沙漠/荒漠区;(2)生态系统服务功能与植被显著相关,较重要、重要和极重要区域共占约20.9%,集中在南部山前草原及中部农垦区,生态系统服务功能整体较弱,主导因子为水源涵养和生物多样性保护功能;(3)研究区生态系统敏感性等级主要以中度敏感为主,敏感和极敏感区域面积占比37.7%,分布于高山区、荒漠戈壁区和低山与绿洲过渡区,主要体现为土地沙化和土地盐渍化。(4)全区土地利用生态安全冲突等级较高,有45%的城建用地与56.5%的耕地占用关键性生态空间。本研究可为区域国土空间布局和生态格局优化提供参考,并对相关理论和实证研究起到补充和借鉴作用。     

天山北坡生态经济的脆弱性

根据脆弱性的理论内涵,以土地利用变化引起的生态系统服务功能变化为影响力;从资源、经济与社会发展水平三方面选取了14个指标,利用层次分析法、模糊综合评价法确定了社会经济系统的适应能力.在此基础上,应用GIS等手段评价了天山北坡15个市、县生态经济的脆弱性.按级数越大,区域越具有脆弱性的原则,将研究区的生态经济脆弱性划分为5级：一级区为乌苏市和昌吉市;二级区包括呼图壁县、米泉县、阜康市、吉木萨尔县、奇台县和木垒县;三级区为克拉玛依市和乌鲁木齐市:四级区为奎屯市和沙湾县;五级区包括精河县、石河子市和玛纳斯县.生态经济系统脆弱性是区域生态环境变化与社会经济发展的综合反映,脆弱性评估是深化可持续发展理论研究的重要途径.各区域应以降低区域脆弱性为目标,从自身脆弱性影响因素入手制定生态经济协调发展策略,以促进区域的可持续发展.     

干旱区绿洲城市群地表温度时空变化及其影响因素——以天山北坡城市群为例

基于2005—2019年的MYD11A2时间序列LST遥感数据,首先采用均值标准差法对LST进行分级,分析了天山北坡城市群的LST空间分布格局;其次利用Sen′s斜率分析法、Mann-Kendal趋势检验法和Hurst指数揭示了天山北坡城市群LST在2005—2019年和未来的变化趋势;最后借助地理探测器模型并综合考虑地表覆盖、气候、社会经济和地形因素分析了多空间尺度下LST的主要影响因素。结果表明：(1)天山北坡城市群的吐鲁番市是高温(HT)和极高温(EHT)的主要集聚地;白天和夜间的LST格局差异大,在绿洲区域表现为典型的“昼冷岛,夜热岛”特征。(2)LST在白天和夜间的变化率分别为0.04℃/a和0.03℃/a,白天的升温幅度强于夜间;在乌鲁木齐市、昌吉回族自治州、石河子市和五家渠市LST表现出显著的升高趋势,且在未来也具有相同的趋势。(3)在不同的空间尺度上,LST的主要影响因素不同;从整个天山北坡城市群来看气候因素和地形因素是LST的主要影响因素,而在在石河子市、五家渠市和奎屯市LST的主要影响因素是社会经济因素。     

基于生态足迹的半干旱草原区生态承载力与可持续发展研究--以内蒙古锡林郭勒盟为例

以内蒙古自治区锡林郭勒盟为例,以锡林郭勒盟1981-2008年的统计资料为依据,应用生态足迹法对其近30 a的生态足迹和生态承载力进行了实证计算和研究,探讨了半干旱草原区的生态承载力动态变化及其对可持续发展的影响。研究表明:(1)工业化、城镇化的快速发展,使该区生态足迹明显增加,人均生态足迹由1981年的1.0868 hm²增加到2008年的24.2176 hm²,高于全国和国内部分草原区,化石能源和草地生态足迹急剧增加是区域生态足迹增加的主导因素;(2)随着人口增长,草地、耕地等人均承载力下降,土地总人均承载力也从1981的3.1565 hm²下降到2008年的2.3915 hm²;(3)该区域发展呈现出由生态盈余转为生态赤字,且生态赤字快速增长的趋势。其根源一方面是20世纪90年代以来,国内市场对煤炭等本地优势资源需求的增加和重新配置加速了该区域工业化进程,增加了生态足迹;另一方面草地需求旺盛导致对草地的掠夺性经营加剧,致使草地退化严重,降低了生态承载力。锡林郭勒盟以畜牧业为主,草地是经济发展的基础,而工业化、城镇化的发展急剧增加了对草地资源的需求,如何科学、合理的协调工业化、城镇化发展和草地退化之间的矛盾,是锡林郭勒盟能否可持续发展的一个关键性因素。     

基于能值理论的生态资本价值——以阜康市天山北坡中段森林区生态系统为例

能值理论是美国生态学家H.T.Odum依据系统生态学的基本原理和方法提出的,它通过对生态系统能量-价值过程的分析,为生态经济学的研究提供了新的理论和方法。以能值理论为基础,以位于阜康市的天山中段北坡森林区生态系统为研究对象,对系统生态资本的能值流量、资本存量进行了初步的研究,同时,对生态系统服务价值和系统的生态安全也进行了延伸研究。研究结果表明,这里每年的能值流量达6.36×1020sej,相当于货币流2.61亿美元;其中输入能流2.01×1020sej,占系统总能流的31.58%;系统滞留能流1.85×1020sej,占29.01%;输出能流2.51×1020sej,占39.41%。这说明生态系统对能量具有放大作用,进入生态系统的能量虽然在量上没有变化,但却发生了质的变化,低质的能量变成了高质的能量,而且生态系统越复杂,这种转换效率越高。生态资本存量达9.97亿美元,主要存在于土壤中,占资本总量的90.69%,其次是淡水。这说明水、土是生态系统之本,植被之价值不在于其本身,而在于其保持水土的功能。在延伸研究中,生态系统服务价值为1.19亿美元,其中涵养水源4780万美元,占总价值量的40.25%,保持土壤5580万美元,占46.99%。研究还表明目前研究区生态系统处于较为安全的状态,但面临的挑战很大。     

基于区域城市化LUCC的人类生态过程定量研究——以上海市区典型城市化样带为例

借鉴流域研究的范例,根据上海市1987年、1995年和2003年3期Landsat5 TM遥感影像记录的土地利用／覆被数据和有关的社会经济统计数据,运用Rs和GIS技术在上海市中心西南城市边缘建立典型城市化样带。采用生态足迹法分析该样带内人类的生态供给与需求;提出一城市化区域人类生态过程的新研究方法,得出城市化过程中区域的人类生态质量指数与波动指数,并根据模型计算出的指数值,对样带区域总体及其中城乡区域在城市化中的人类生态状况进行了动态分析,以尝试对区域城市化中人类生态过程进行定量化研究。     

基于改进生态足迹模型的可持续发展评价——以北疆为例

生态足迹评价体系,可以在一定程度上刻画区域社会经济发展对当地生态环境产生的影响,当前可持续发展研究的难点之一,便是如何更加真实的体现这种影响。立足于传统生态足迹模型,采用“一年一区一值”的参数方案计算区域当年均衡因子与产量因子,结合土地利用转移矩阵和建设用地流入量改进建设用地足迹算法,对北疆地区2005年、2010年、2015年、2018年生态足迹及生态承载力进行测度,并结合相关指数对研究区发展的可持续性进行评价。结果表明：(1)北疆生态足迹增涨3.5倍,且以能源增长为主导,生物生产性足迹贡献率大幅下降;人均生态足迹增长3.4倍,工业型城市生态足迹增长率及人均生态足迹增长率均高于其他类型城市。(2)研究区生态承载力呈现上升态势,除水域和草地外,其他地类承载力均呈上升态势,昌吉州与阿勒泰地区的总体承载力及人均承载力均呈下降态势。(3)北疆生态利用效率上涨1.32倍,各行政单元呈现农业及服务业型城市生态利用效率上升、工业型城市生态利用效率降低的态势,表明工业型城市生态足迹增速远高于经济增速。(4)各行政单元呈现生态赤字状态且不断加剧,总体及人均增速都呈现工业型>农业型>服务业型...     

基于三维生态足迹模型扩展的土地承载力指数研究——以温州市为例

生态足迹模型是土地承载力评价的重要方法。通过将Niccolucci三维生态足迹模型中足迹深度的取值范围从大于等于1扩展到大于等于0,将生态盈余状态的分析纳入一个统一的三维模型框架,实现了自然资源消费对资源流量和资源存量占用程度在核算上的统一。以温州市为例,运用扩展后的三维模型计算了2000—2012年间温州市的生态足迹、足迹深度、生态赤字(盈余)。在此基础上,引入粮食压力指数、水资源压力指数、碳汇压力指数、建设压力指数和土地综合负担指数等土地承载力评价指数,判断当前市域土地是否处于超载状态,以及超载程度。研究结果表明:2000—2012年间,温州市人均生态足迹从整体生呈逐年上升的趋势,人均生态生产性土地面积基本保持不变,生态赤字严重且逐年上升,温州市土地承担着巨大压力;2000—2012年间温州市足迹深度在4—6之间,自然资源流量远远不能满足自然资源需求,需要消耗大量的自然资源存量来支撑当前的发展和消费;温州市粮食压力指数、水资源压力指数、碳汇压力指数、土地综合压力指数均大于1,耕地、水域、林地均处于超载状态,且自2000年以来,温州市土地所承载的自然资源消费压力是其承载能力的4倍以上。     

基于投入产出技术的区域生态足迹调整分析——以2002年江苏为例

目前国际学界有两类生态足迹模型,即以Wackernagel为代表的经典模型和Bicknell为代表的投入产出模型.研究以2002年江苏经济为例,依照Bicknell的投入产出模型思路,采取Ferng的改良计算方法,对江苏经济的需求、进口、出口以及积累各项的生态性土地占用及化石能源地占用做出一一估算.综合两种模型的优缺点,调整了足迹结果,转换成以全球标杆衡量的虚拟土地,以评估江苏这样的开放型经济区域的可持续发展能力.结果显示：（1）江苏人均地区生态足迹实际高达2.33hm^2,真实生态赤字率高达58.8%,可持续能力堪忧;（2）江苏通过国内外贸易实现了0.009hm^2的生产性土地顺差和0.068hm^2的化石能源地逆差,贸易方式总体属于生态逆差型.最后,引入足迹影响力与足迹感应力的概念,研究生态足迹的产业波及效果,结果显示江苏二产部门的足迹感应力系数最强,其未来发展也将面临较大的生态瓶颈.     

长株潭地区生态可持续性

基于长株潭地区被批准为“全国资源节约型和环境友好型社会建设综合配套改革试验区”的背景,针对生态足迹方法的产量因子参数进行改进,利用区域产量因子代替全球产量因子,对长株潭地区1986-2005年生态足迹和生态承载力进行核算,在此基础上,着重采用两种预测方法对该地区2007-2015年生态足迹和生态容量进行预测.两种预测方法分别是二项式曲线预测模型和灰色GM(1,1)模型,对长株潭地区1986-2005年20a的人均生态足迹与时间关系进行了拟合,得出二项式曲线预测模型具有更高的预测精度;用两种预测模型预测了长株潭地区的人均生态容量,GM(1,1)模型的预测精度更高.选取精度最高的模型分别预测研究区未来10a人均生态足迹和生态容量.未来10a人均生态容量增长平缓(年平均增长率1.8％),人均生态足迹增长快(年平均增长率达16％),相应的人均生态赤字增长快.     

天山北坡植物土壤生态化学计量特征的垂直地带性

生态化学计量工作专注于植物与土壤的元素比例关系及其环境解释等问题上,还需要分析在连续环境梯度上元素比例关系的变化规律以进一步加深已有的认识。受水热梯度的影响,植被与土壤在天山北坡均存在明显的垂直地带性,这为探讨植物土壤生态化学计量特征的垂直带谱提供了有利条件。在天山中段北坡海拔1000—3840m范围内,按海拔梯度对植物和土壤分别采样,测定其C、N、P含量。结果表明:(1)随海拔的升高,植物C、N、P含量及其计量比变化规律各不相同,C含量随海拔变化保持不变,仅山地针叶林显著低于亚高山灌丛草甸、高山垫状植被和山前灌木(P0.05);N含量、C∶P、N∶P随海拔先升高后降低,山地针叶林和亚高山灌丛草甸显著高于山地荒漠草原、山地草原、高山垫状植被(P0.05);P含量、C∶N则是随海拔先降低后升高,高山垫状植被显著高于其他植被类型,山地荒漠草原、山前灌木和高山草甸显著高于山地草原、针叶林和亚高山灌丛草甸(P0.05)。(2)从生活型角度,乔木、灌木和草本C、N含量、C∶N差异不显著,灌木P含量、C∶P、N∶P显著高于草本(P0.05);乔木和灌木更受P限制,草本更受N限制。(3)随海拔的升高,土壤C、N、P含量、C∶P、N∶P均先升高后降低,其中山地针叶林和亚高山灌丛草甸均显著高于山地荒漠草原和山地草原(P0.05),土壤C∶N表现为一直降低,山地荒漠草原显著高于其他植被类型(P0.05)。(4)植物C、N、P及计量比与土壤相关性分析中,仅植物C∶P与土壤C∶P相关性显著,且植物C、N、P含量与土壤相关系数小于植物C∶P、N∶P与土壤相关系数。在垂直地带性上,土壤主要通过生态化学计量比影响植物的生长。     

中国“水量”和“水质”生态足迹及可持续能力量化方法与实证研究

科学测度水资源和水环境可持续能力,对区域水资源管理具有重要意义。从“水量”和“水质”两个角度,对我国31个省域地区的“水量”及“水质“生态足迹、生态承载力和生态压力指数进行研究。结果表明：(1)2000—2020年,我国水资源生态压力指数均小于1,最高值为2011年的0.86,总体水量供给充足,可持续能力强;万元GDP水量生态足迹呈波动下降趋势,用水效率大幅度提升。(2)2000—2020年,我国水质可持续能力均较强,处于安全和较安全状态,水质生态盈余量约2亿hm²;人均水质承载力约为人均水质生态足迹的2倍,且万元GDP产生的污水量呈下降趋势。(3)人均水量生态足迹和万元GDP水量生态足迹的空间重心均位于甘肃省。水量及水质生态足迹高值区,均主要位于“胡焕庸线”西北部,而承载力高值区,主要位于青藏高原和我国南方地区。(4)我国水量可持续能力处于安全、临界状态和不安全的地区数,分别占55%、6%和39%;水质可持续能力处于安全、临界状态和不安全的地区数,分别占61%、3%和35%;水量及水质可持续能力较强和较弱的地区数之比,约为6∶4。研究揭示了我国水量及水质风险等级...     

区域生态足迹盈亏测算及其空间特征——以江苏省为例

生态足迹分析法能够通过计算生物生产性土地和水域的产量,估算人类对自然资本的消耗和自然资本的供给情况,进而对区域发展的可持续发展状态进行定量评估。论文在改进国家公顷生态足迹模型的基础上,对江苏省及其13个地级市生态足迹盈亏进行测算,进而揭示其空间演化特征。研究结果表明:(1)2015年江苏省的人均生态足迹为1.7890 hm2/人,人均生态承载力为0.2991 hm2/人,生态赤字为-1.4899 hm2/人,万元GDP生态足迹为0.2033 hm2/万元;(2)地级市中,人均生态足迹上,常州市最高为2.9317 hm2/人,宿迁市最低为1.7348 hm2/人;人均生态承载力上,盐城市最高为0.6111 hm2/人,苏州市最低为0.0812 hm2/人;人均生态赤字上,常州市最高为-2.8115 hm2/人,盐城市最低为-1.1503 hm2/人;万元GDP生态足迹上,宿迁市最高为0.3956 hm2/万元,无锡市最低为0.1651 hm2/万元;(3)江苏省及其苏南、苏中地区的人均建筑用地生态足迹和化石能源用地生态足迹所占比例较大,苏北地区人均耕地生态足迹和草地生态足迹所占比例较大;(4)人均生态足迹和生态赤字在空间分布上较为一致,呈现出南高北低的特征,而人均生态承载力呈现北高南低的分布特征;万元GDP生态足迹空间分布北高南低,整体上与人均地区生产总值成反比。研究结果能够为江苏省区域协调发展、生态文明建设提供理论指导和定量参考。     

生态足迹理论在生态市建设规划中的应用——以海口市为例

生态市建设规划是促进区域可持续发展的有效措施,而生态足迹理论作为定量测度发展的可持续状态的一类生物物理方法对于定量描述区域发展现状、判断发展中的基本问题具有重要的借鉴作用。生态足迹分析应用到生态市建设规划中可以（1）分析可持续发展进程,明确城市可持续发展状态;（2）明确城市一定人口的消费对环境产生的后果以及与可持续发展相关的重要资源问题;（3）为合理开展生态市建设规划、减少生态足迹提供决策信息。本研究根据海口生态市建设规划实践剖析了生态足迹理论在明确上述3个方面中的应用。结果表明：海口市2002年生态足迹为生态承载力的5．6倍,处于不可持续状态。出现赤字的土地类型依次为耕地、水域、化石燃料用地和草地,其中耕地赤字为各项需求之首。海口市2002年万元GDP的生态足迹为0．93hm^2,表现为资源利用效率较低,但海口市生态占用率较小,生态环境压力相对较小。根据海口市生态环境现状,减少生态足迹、提高可持续发展能力的规划途径主要为：通过保护土地资源和提高科技发展水平改善耕地和草地赤字的现状;通过构建城市生态交通和构建生态建筑与节能体系来缓解化石燃料用地的压力;通过发展循环经济和转变消费模式来提高资源利用效率;通过控制人口增长来提高人均生态承载力。     

能值生态足迹模型的改进——以海南为例

通过对比总结现有能值生态足迹模型研究成果,从能值密度、能值生态承载力、能值生态指标分类和整合等方面分析了模型存在的问题,在此基础上,构建了消费端和供给端构建足迹账户体系,并提出能值生态足迹和能值生态承载力模型的改进和优化。利用改进模型,实证分析了2000—2016年海南生态经济系统的变化特征。结果表明:(1)能源账户和生物产品账户足迹大幅增加。污染账户和建设用地账户足迹状态稳定。(2)生产承载力随着技术进步不断提高,而环境承载力随着人类对环境资源的占用强度增加不断下降。(3)海南生态环境整体表现为生态盈余,但污染账户、能源账户盈余缩减,2011年能源账户开始出现生态赤字。通过足迹账户的构建,能够更清晰地追踪各账户和各类土地能值生态足迹、能值生态承载力以及能值生态盈余/赤字产生的变化,能值生态足迹模型改进之后能够更客观反映区域生态经济系统状况,为地区有针对性开展环境管理和保护提供依据。     

我国生态保护红线三维制度体系——以宁德市为例

生态保护红线是维护国土生态安全和人类健康的最低保障线,是国家为建设生态文明提出的一种底限思维,用创新的思路解决中国环境危机,处理保护资源和经济发展的关系。鉴于红线在生态保护领域中的重要地位,介绍了国内外相似的案例和实践应用,以及国内生态保护红线的推进情况,主要以生态空间保护为主。基于相关文献综述,生态红线的保护理念逐步扩展,即生态保护红线逐步从空间红线拓展到涵盖空间、资源及环境质量三方面的一个综合的红线体系,并进一步提出警告上线、调控中线及保有底线的控制要求,形成生态保护红线框架体系的初步构想。同时以宁德市为例,三维制度体系具体落实到地方控制指标,形成红线指标体系。最后,从法规、制度及市场等3个方面建立其配套的保障机制,以期为进一步完善整个理论体系提供参考。     

高寒牧区村域生态足迹——以甘南州合作市为例

高寒牧区是一类特殊的地域,其生态环境本底和压力明显区别于其它地域类型。从自然本底上讲,"高寒"特征造成生态系统结构单一、节律缓慢、功能稳定性差,因此,脆弱性强,而修复难度大;从压力上讲,"高寒"又一定程度上屏蔽了外界要素的过分介入,导致人口分布的高度离散性和稀疏性,人地矛盾转化为更直观的草畜矛盾。论文结合高寒牧区的特质,对生态足迹模型和生态承载力模型进行了修正,强调了高寒牧区生态承载力的主控因素———牲畜特征、人口特征、生境特征和地域特征,以甘南州合作市为案例,具体测算和分析了41个行政单元的生态足迹和生态承载力。结果表明:(1)人口生态足迹和牲畜生态足迹分布格局大致呈反向态势,说明在高寒牧区,人口与牲畜对环境造成的压力存在着显著的空间差异。(2)从人口生态足迹和牲畜生态足迹对总生态足迹的贡献度上看,总生态足迹的高低主要取决于牲畜生态足迹,说明牲畜是主控因素。(3)从地均生态承载力分布态势看,低承载区主要分布于北部海拔较高的广大牧区,这里生态结构非常单一,主要以高寒草甸草原和沼泽草原生态类型为主,寒冻风化作用异常强烈,生物有效生长期非常短。而高承载区分布在市区周围和南部洮河谷地沿岸,生态系统除草地生态系统外,还有森林生态系统。从而说明人为条件的改善、自然生态系统结构的复杂程度和自然环境的严酷程度是决定高寒牧区承载力高低的主要因素。(4)从生态盈余与赤字的空间分布态势看,赤字区域主要集中分布在广大的纯牧区,超载过牧是生态状况的关键性致因。因此提高生态承载力、减少生态赤字的关键集结于草畜关系上。有鉴于此,需要采取以下措施:一是根据天然草场的承载能力,建立适宜的草畜平衡关系,将超载的牲畜转移出去;二是科学合理的提高草场的生产能力和承载能力,这就需要加强草原生态保护建设;三是调整经济结构,减少社会经济发展对天然放牧业的高度依赖性,推进传统草地畜牧业向现代畜牧业转型。