长江经济带森林生态安全评价及时空演变研究

由于森林生态系统的安全关系到人类的生存与发展,因此本文以长江经济带1107个区县为研究对象,运用熵权法、ArcGIS和GeoDA软件、重心分析模型、空间相关分析来分析长江经济带森林生态安全指数（ESI）,结论如下：（1）森林状态指数中,权重最高的指标为森林火灾受灾率,其次为森林有害生物成灾率和林地面积比率;在森林压力指数中,权重最高的指标为政府林业投入强度,其次为年度造林比例和自然保护区占比。（2）从全域来看,森林ESI值长江上游 > 中游 > 下游,长江南岸高于北岸。长江经济带森林ESI值总体水平较低,但在2000-2015年间总体呈上升趋势。从各省看,云南省森林ESI值最高,上海市森林ESI值最低。在此15年间,湖南省森林ESI值提高幅度最大（19.77%）,江苏省提高幅度最小（0.76%）。（3）各支流流域森林ESI值排序：赣江 > 沅江 > 金沙江 > 乌江 > 湘江 > 汉江 > 嘉陵江 > 岷江。从2000-2015年,八大流域的森林ESI值总体呈上升趋势,其中湘江流域增长幅度最大（20.87%）,而金沙江流域增长幅度最小（3.6%）。（4）森林ESI值的重心先后经历了在从南往西、从西往东北和从东北往南等过程。（5）长江经济带森林ESI值有较为显著的集聚性,森林ESI值High-High集聚区域主要分布在四川省和云南省,Low-Low集聚区县主要分布在上海、江苏和安徽,其次在湖北江汉平原、四川成都平原较为集中。（6）基于以上分析,本文建议：①应注重森林火灾、病虫害防治、林业投资、植树造林等工作。②从全域看,生态修复的重点应放在长江下游。从支流流域来看,岷江、嘉陵江和汉江流域应重点加强森林修复工作。③应在上海、江苏、安徽等Low-Low集聚区域加强植树造林和退耕还林的力度,而在四川、云南、江西和浙江等High-High集聚区域适当发展木材加工和林下种植等产业。     

黄河流域内蒙古段土地利用演变与景观生态风险评价

黄河流域内蒙古段是黄河流域生态最为脆弱的区段之一,同时又是内蒙古自治区的“经济增长极”,对于地处干旱半干旱地区的内蒙古自治区具有不可替代的生态意义和社会经济意义。近年来,随着气候变化和人类活动的双重干扰不断加剧,黄河流域内蒙古段景观格局发生了巨大变化,土地利用转变对于区域景观生态风险的作用过程尚不够明确。研究利用景观生态学方法构建黄河流域内蒙古段景观生态风险评估体系,重点分析流域土地利用与景观生态风险格局演变特征,识别二者相互作用关系,以期揭示黄河流域内蒙古段景观生态风险与土地利用的响应规律。研究结果表明:黄河流域内蒙古段2000—2015年景观格局演替过程中人工类型显著增加,其中增加面积最为显著的类型依次为其他建设用地、城镇用地和水库坑塘;流域整体景观生态风险值偏高,风险值低于0.5的I级景观生态风险区域不足流域面积的0.18%,十五年间流域景观生态风险均值在0.65—0.68之间,景观生态高风险区域占比有所降低,低风险区域占比同样出现了降低,中等风险区域面积大幅增加,改善明显区域主要分布在河套灌区和呼包鄂城市群;2000—2015年间黄河流域内蒙古段疏林地、高覆盖度草地、中覆盖度草...     

黄河流域城市群土地利用及生态效率时空演变分析

黄河流域城市土地资源的合理高效利用和生态环境的治理可加强其生态保护和高质量发展进程,有效测度城市土地利用及生态效率至关重要。基于随机前沿分析（Stochastic Frontier Analysis,SFA）模型测算黄河流域7个城市群59个城市的土地利用效率（Land Use Efficiency,LUE）、生态绩效指数（Ecological Performance Index,EPI）和生态效率（Ecological Efficiency,EE）,探究其时空变化规律并进行空间自相关分析。结果表明：对比分析非约束模型与约束模型的结果可知,加入生态变量后的LUE平均值增加4.43%。黄河流域城市群LUE年平均值为0.89,多数城市LUE呈增加趋势,空间上呈现出西低东高的分布特征;EPI大于0的城市占比90%以上,其对土地利用效率有正向贡献;城市群EE年平均值为0.62,在空间上呈现出西高东低的分布格局,并存在显著正向的空间聚集格局特征;EE与LUE呈U型关系变化,LUE随EE增大呈现出先降低后提升的变化趋势。未来黄河流域应提高资源利用强度,优化资源配置,深化城市群跨区域交流合作,注重城市生态效率提升,构建高质量发展大格局。     

黄河流域生态环境质量时空格局与演变趋势

黄河流域是我国重要的生态功能区,在我国经济社会发展和生态安全方面的作用举足轻重。如何及时、准确的获取黄河流域生态环境质量的时空格局与演变趋势,对黄河流域生态环境保护和建设具有重要意义。利用Google Earth Engine（GEE）平台,筛选目标年份及其前后各1年的夏季（6-9月）Landsat遥感影像,去除有云像元,掩膜水体信息,采取中值合成提取绿度、湿度、热度和干度4个生态指标,通过主成分分析快速构建遥感生态指数（RSEI）。结果表明：（1）绿度（NDVI）、湿度（Wet）、热度（LST）和干度（NDSI）4个指标在第1主成分（PC1）上的平均贡献率为89.60%,依据PC1构建遥感生态指数（RSEI）在黄河流域是可行的。（2）1990-2019年,黄河流域RSEI总体呈现出"快速变好→缓慢转好"2个阶段,1990-2000年增长趋势平均为0.005/a,增长率为11.69%,生态环境质量等级由差转为较差（10.18万km²）、较差转为中等（5.69万km²）、中等转为良（7.08万km²）贡献较大;2000-2019年增长趋势平均为0.001/a,增长率仅为3.86%,生态环境质量等级由较差转为差（6.10万km²）、良转为中等（4.09万km²）贡献较大。（3）1990-2019年,黄河流域生态环境质量提升的面积占黄河流域总面积的76.38%,其中显著提升的面积占26.14%;生态环境质量降低的面积占黄河流域总面积23.62%,其中显著降低的面积仅占1.46%。30年来黄河流域生态环境质量整体向好,实施生态工程的黄河上中游地区生态环境质量提升最快,而一些国家重点经济开发区生态环境质量有所恶化,使用GEE平台可以及时、准确的获取黄河流域生态环境质量的时空格局与演变趋势。     

黄河流域城市生态韧性时空演变及其影响因素

城市作为最复杂的社会生态系统,在经历经济快速积累、城镇化加快推进的同时,面临着资源短缺、环境污染、生物多样性锐减等生态环境挑战,增强城市生态韧性对城市可持续发展至关重要。从韧性的内涵角度评估城市生态韧性水平,探究城市防范内外生态风险能力的时空特征,剖析城市生态韧性差异的影响机制,对实施城市生态文明建设与风险防控具有指导意义。基于"演化韧性"视角从"抵抗-响应-转型"三个能力构建城市生态韧性指标体系,以黄河流域七大城市群59个地级市2011-2020年面板数据为例,运用熵权-逼近理想解排序法(熵权-TOPSIS法)、传统和空间马尔可夫链,在对黄河流域城市生态韧性进行定量测算的基础上,分析其时空特征。最后利用面板分位数回归深入探索黄河流域城市生态韧性影响因素的分段效应,提高对城市生态韧性影响机制的认识。结果表明:(1)2011-2020年,城市生态韧性均值在(0.092,0.125)范围内,呈现缓慢增长态势;离散程度呈倒"U"型变化特征趋势;空间上,城市生态韧性表现为"下游强、上中游弱",城市群内部以省会城市为核心向外围地级市递减,"中心-外围"的分布格局明显。(2)城市生态韧性主要在相邻等级之间进行递次转移,仍未实现跨等级转移,具有"路径依赖"和"自身锁定"特征;地理空间背景在城市生态韧性动态演变过程中发挥着重要作用,表现为"强强联合、低低临近"的集聚效应。(3)影响因素方面,经济发展水平、科技创新对城市生态韧性具有显著促进作用;产业结构对城市生态韧性表现为显著抑制作用,人口密度和环境规制对城市生态韧性不同分位点的影响作用存在显著的异质性。研究结果可为黄河流域全面推进生态保护与建设"韧性城市"提供一定的科学参考和理论依据。     

基于GEE平台的黄河流域森林植被净初级生产力时空变化特征

黄河流域是我国重要的生态屏障,研究黄河流域森林植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)的时空变化特征及驱动机制,对解释黄河流域森林碳汇/源变化具有重要意义。基于Google Earth Engine (GEE)云平台,利用MOD17A3H V6 NPP数据、MCD12Q1 V6土地覆盖类型数据、ECMWF/ERA5气象数据和USGS/SRTMGL1_003高程数据,采用岭回归分析、Hurst指数和冗余分析(Redundancy Analysis,RDA)对黄河流域2001-2019年森林NPP的时空变化特征及影响因子进行分析。结果表明:(1)2001-2019年,黄河流域森林平均总面积为3.66万km²,其中阔叶林、针叶林、混交林平均面积分别为:2.64万km²、0.01万km²和1.01万km²,森林NPP年总量呈线性增加趋势,其均值为8.99Tg C,年均增速为0.36Tg C/a,19a增长率为173.60%;不同森林类型的NPP年总量均值分别为:4.79Tg C (阔叶林)、6.04×10^-5Tg C (针叶林)和0.64Tg C (混交林),年均增速为:阔叶林(0.16Tg C/a)>混交林(0.04Tg C/a)>针叶林(6.98×10^-6Tg C/a)。(2)2001-2019年,黄河流域森林年均NPP呈线性增加趋势,其均值为241.58g C m^-2 a^-1,年均增速为7.18g C m^-2 a^-1,19a增长率为108.63%;不同森林类型的年均NPP均值分别为:178.48g C m^-2 a^-1(阔叶林)、0.60g C m^-2 a^-1(针叶林)和62.49g C m^-2 a^-1(混交林),年均增速为:阔叶林(4.75g C m^-2 a^-1)>混交林(2.39g C m^-2 a^-1)>针叶林(0.04g C m^-2 a^-1)。(3)黄河流域森林NPP呈增加趋势的面积占94.50%,其中显著增加的面积占73.29%;呈减少趋势的面积占5.50%,其中显著减少的面积占1.57%。阔叶林NPP显著增加的面积最高(76.78%),其次为混交林(60.84%),针叶林最少(56.76%)。(4)黄河流域森林NPP的Hurst指数(H)介于0.38-1.00之间,平均值为0.87,其中H≥0.5的像元数约占99.34%,黄河流域森林NPP在未来一段时间内仍保持持续增加趋势。(5)归因分析表明环境因子对黄河流域森林NPP时空变化的总解释率为55.80%,显著影响的环境因子为经度(35.50%)、降水(8.00%)、气温(6.50%)和纬度(5.40%)。2001-2019年黄河流域森林NPP呈增加趋势,且呈现较强的可持续性;GEE云平台结合冗余分析可及时、高效获取黄河流域森林NPP的时空变化并对其进行归因分析。     

汾河流域生态敏感性综合评价及时空演变特征

基于格网尺度,在定量构建景观生态风险敏感性、水土流失敏感性、生物多样性敏感性的基础上,对汾河流域综合生态敏感性进行评价,采用空间自相关分析与圈层分析方法,揭示其时空演变特征。结果表明：2000-2018年研究区重度、极度敏感区面积减少,生态环境得到改善,生态敏感性空间分异与流域地形分布具有一致性;生态敏感性具有显著的空间正相关关系,在空间上呈连片连带式分布,具有明显的聚集性特征,随着高高、低低聚集网格数量的减少,生态敏感性空间结构逐渐趋于离散化;结合圈层分布,可将西南象限9-13圈层的吕梁山区与东南象限9-13圈层的太岳山区识别为流域生态环境治理的重点区域,此类区域地形以山地丘陵为主,体现了地形因素对流域生态敏感性空间分布的影响;研究区生态敏感性变化是生态本底与人类胁迫共同作用的结果。     

基于空间距离指数的青藏高原生态敏感性综合评价及时空演变分析

生态敏感性是生态系统对外界压力的适应性及遭受破坏的恢复力,开展生态敏感性评价是识别区域生态环境问题的有效手段之一。根据青藏高原的区域特性和主要生态环境问题,在定量构建土地荒漠化敏感性、水土流失敏感性、滑坡灾害敏感性和冻融侵蚀敏感性的基础上,通过空间距离指数法对青藏高原生态敏感性进行综合评价,并采用空间自相关分析和生态敏感性变化模式分析,探讨其时空演变特征和保护管理区划。结果表明：（1）青藏高原综合生态敏感性由西北向东南递减,极度和重度敏感区主要集中在西北部和高大山脉区,不敏感区主要集中在东南部;（2）2000-2018年间青藏高原综合生态敏感性指数值从1.49上升到1.51,表明该区域生态敏感性逐步下降,生态环境改善明显;（3）青藏高原生态敏感性存在显著的空间正相关,低-低聚集网格数量波动上升,从2000年的7277增至2018年7357,表明青藏高原部分地区的生态环境仍存在着一定恶化的风险;（4）根据区域生态敏感性变化模式分析,将青藏高原划分为严格保护区、生态退化区、潜在治理区、生态改善区和综合发展区五个区域,并提出了相应保护与管理对策。研究结果可以为青藏高原生态保护和可持续发展提供参考,从而有效推动保护管理措施的制定。     

省域森林生态安全评价——基于5省的经验数据

生态安全是国家安全体系的重要组成部分。面对严峻的生态环境形势,以及大气污染、水污染、土壤污染等严重的生态环境问题,改善生态环境的需求和呼声越来越迫切。作为陆地生态系统的主体和重要资源,森林是人类生存发展的重要生态保障,森林关系国家生态安全。基于森林生态系统与自然、人类社会系统的交互关系,从森林资源状况、地理气候条件、地区社会经济压力、人类管护响应状况四个方面构建省域森林生态安全评价指标体系,并建立森林生态安全指数模型。选取我国五个具有代表性的省份:贵州、湖北、浙江、吉林、青海作为试点省份,对其2004—2014年的森林生态安全状况进行评价和对比。结果表明:影响森林生态安全状况的最主要因素是森林资源类因子,在研究期内,5省森林生态安全状况大体上处于改善状态,但省与省之间森林生态安全状况差异显著,吉林省在研究期内森林生态安全整体状况最好,青海省森林生态安全状况较脆弱。在发展经济的同时,应该加强造林,重视对森林资源的管护,尤其要注意对天然林的保护,维护森林生态安全。     

基于生态区位系数的湖北省森林生态安全评价及重心演变分析

森林是地球生态系统中的重要组成部分,然而随着人类经济与社会的迅速发展,森林生态系统越来越脆弱,这会影响到人类的可持续发展,因此研究森林生态安全具有较强的现实意义。基于湖北省从1999年到2014年的面板数据,首先运用熵权法和模糊物元法计算出森林生态安全指数,然后结合气象类指标和地形类指标计算出生态区位系数,再用此系数来调整森林生态安全指数,还结合了Arc GIS软件和重心分析模型,得出如下结论:(1)生态区位系数最高的区域主要分布在湖北省东部和中部少数区域,最低的区域主要分布在湖北西部,而且生态区位系数与经济发达程度具有一定的耦合性;(2)从这16年间的森林变化来看,森林生态安全最差等级区域的县域增加了100%,反映湖北森林生态安全形势整体不太乐观;(3)丹江口市、松滋市的森林生态安全指数在这16年一直保持上升趋势;(4)森林生态安全重心在1999年至2007年间的迁移方向为从西北到东南;2007年至2014年从东往西迁移,移动速度较快。     

区域协同视角下黄河流域生态安全格局构建

近些年黄河治理卓有成效,但因黄河生态底子薄弱,还存在生物多样性降低、生态系统不稳定和退化等问题。以区域协同视角构建黄河流域生态安全格局,主要贡献在于融合生态、经济和社会层面的集成数据为基础,从自然环境(地)、人类活动(人)和地物阻隔(人地耦合)三方面构建流域综合阻力评价体系,提出一个在黄河全流域地区构建生态安全格局的新框架。具体内容包括:①基于形态学空间格局和景观连通性进行黄河流域生态源地识别;②从自然环境、人类活动和地物阻隔三方面构建流域综合阻力评价体系,并对黄河流域生态安全进行分级;③结合最小累积阻力模型进行黄河流域生态廊道提取及战略点识别。结果表明黄河流域生态源地斑块数量为75个,面积为23.13万km²,占流域总面积的29.09%;流域高度安全区域面积为17.83万km²、中度安全区域面积为27.83万km²、较低与低安全区域面积为33.84万km²,占流域总面积的比例分别为22.43%、35.00%和42.57%;流域具有94条生态廊道,平均长度为37503 m,主要用地类型为草地和森林;流域生态战略点共有12个,主要分布于黄河流域东部,阻力值相对较高,容易成为影响黄河流域连通性的"瓶颈"。最后探讨生态安全格局构建对黄河流域整体生态保护以及现有《黄河流域生态环境保护规划》的影响,并从利用水资源评估体系优化生态源地的识别、基于电路理论结合指示性物种的迁移优化生态廊道和战略点识别,提出未来黄河流域生态安全格局优化建议,以期为构建面向流域国土空间生态修复的黄河流域资源时空配置,提供评价与优化的策略和方法;同时也为协同推动黄河流域经济高质量发展和生态环境高水平保护,提供有效保证。     

黄土高原区主导生态风险识别及分异性研究——以黄河流域中游为例

黄河流域作为典型的生态脆弱区,其生态问题复杂多样,亟待全面的生态治理和修复。同时,黄河流域生态保护和高质量发展是当前我国发展战略之一。明确黄河流域存在的生态问题,做好区域生态修复,开展综合治理是黄河流域可持续发展的重点。因此把握黄河流域的自然条件的区域差异,开展综合性的生态风险识别与评价,明确区域风险空间异质性分布与特点,是服务于区域生态修复、促进黄河流域高质量发展的重点。结合黄河流域中游气候、地形、植被等多自然本底情况识别风险源,建立服务于研究区生态保护和修复的区域生态风险评价体系,并通过GEE和GIS平台,可视化和量化了各类生态风险,并采用空间相关分析明确了生态风险的主要成因。结果表明：1）研究区的生态风险空间分布具有显著的区域特征,各个要素的生态风险呈现明显的东南和西北的差异、不同土地覆被情况的差异、人类活动带与非人类活动带的差异以及河流沿河与非沿岸的差异;2）植被净生态系统生产力呈现东南高西北低的特征,温度植被干旱指数显示西北部、山西、陕西南部存在较高的干旱风险,土壤侵蚀风险主要存在于黄河沿岸、其他河谷地带以及西北部,防风固沙服务能力在山西省山区以及植被生长较好的地区较高;3）综合生态风险评价显示宁夏以及陕西北部多数地区属于高风险区,低风险区主要分布在研究区西南部以及山西省西部沿线地区;4）双变量的Moran''s I指数显示地表温度、植被覆盖和汛期降水是导致综合生态风险西北和东南差异的主要原因,坡度是导致局部风险差异的主要原因。     

基于供需视角的黄河流域甘肃段生态安全格局识别与优化

利用多源空间数据,计算生态系统服务的高值区,识别生态源地,在计算土地利用程度、地均GDP和人口密度确定生态系统高需求区的基础上,通过夜间灯光数据修正生态阻力面系数,利用最小累积阻力模型提取源地与高需求区之间的生态廊道,以此构建并优化区域生态安全格局。结果表明：(1)黄河流域甘肃段生态源地总面积4.59×10⁴ km²,占研究区总面积的32.1%,集中分布于甘南和陇东中部地区。(2)生态系统服务高需求区总面积2.18×10⁴ km²,占研究区总面积的15.2%,主要集中于陇中及陇东的城市建成区,生态系统服务供应和需求空间匹配度差。(3)生态廊道总长度2908.3 km,整体格局上形成了东西向与南北向两大主要廊道轴线。生态廊道的识别中重点考虑了生态需求空间,提出了基于"两带-三区"的流域生态安全格局优化建议。     

基于空间距离指数的中国西北干旱内陆河流域生态敏感性时空演变特征——以石羊河流域为例

生态敏感性是生态系统对自然环境变化和人类活动干扰的反映程度及生态环境问题发生难易程度和可能性大小的重要因素之一。以中国西北地区典型的干旱内陆河流域-石羊河流域为例,通过借鉴前人研究成果及实地调查研究,将石羊河流域生态敏感性分为生态风险敏感性、水土流失敏感性和生物多样性敏感性三个方面,并系统构建生态风险敏感性指数、水土流失敏感性指数和生物多样性敏感性指数三个定量评价指标,对石羊河流域综合生态敏感性进行研究。并通过格网编码、圈层分析,探讨近30年石羊河流域生态敏感性的时空变化。研究结果表明:(1)1987—2016年间石羊河流域生态敏感性总体上逐年降低,综合生态敏感性指数(Comprehensive ecological sensitivity index,CESI)值从1987年的1.143上升到2016年的1.287,反映出流域生态环境当前还是向着可持续发展的方向发展;(2)流域生态敏感性整体偏高,常年极度敏感区和常年重度敏感区占流域总面积的42.26%。此外,敏感性空间分异明显,流域上游及下游荒漠区敏感性相对稳定,中下游绿洲区敏感性波动变化较为频繁,且波动变化区占总面积的51.24%,这表明流域生态敏感性与人类活动及工农业生产有较为密切的关系;(3)目前流域生态敏感性整体趋于好转,但局部地区有恶化的趋势,敏感性波动降低的区域面积为11693.57km~2,占流域总面积的28.82%,敏感性波动升高的区域面积为9099.66km~2,占流域总面积的22.43%,这表明一方面在国家宏观政策的引导下,当地在生态环境保护方面做了大量工作,另一方面也表现出在全球生态环境逐渐恶化的大背景下,当地的生态环境治理工作仍然任重道远。     

基于主导生态功能的抚河流域国土空间生态安全格局分析

从主导生态功能的角度分析探讨生态安全格局,是明晰流域内生态安全、保护生物多样性的重要途径。以抚河流域为研究对象,采用多源空间数据,根据研究区自然条件和生态状况,基于主导生态功能定量评估水源涵养、水土保持、生物多样性3个生态系统服务功能,结合粒度反推法和热点分析选取生态源地,综合自然条件和人类活动影响因素构建阻力面,运用电路理论构建生态廊道,识别生态修复关键区域,提出生态安全格局优化对策。研究结果表明：（1）抚河流域内有25块生态源地,主要为林草地,共5574.63km²,60条生态廊道,共1126.91km;（2）基于生态安全格局识别生态修复关键区域,包括生态夹点26处、总长度为182.99km,生态障碍点19处、总面积为167.09km²,生态断裂点146处,破碎生态空间3283.79km²;（3）结合生态安全格局和生态修复关键区域,构建"三轴六区"生态安全空间布局优化体系。研究对维护抚河流域的生态安全、实行国土空间生态系统修复具有指导意义。     

基于生态廊道识别的拉萨河流域生态安全格局构建

构建生态安全格局对于保障区域生态安全、优化国土生态空间具有重要意义。以拉萨河流域为研究区,基于“生态源地-阻力面-生态廊道”的区域生态安全格局构建范式,评估流域土壤保持、水源涵养、固碳、生境质量四项生态系统服务,基于生态系统服务重要性分级识别生态源地;选择土地覆被类型、归一化植被指数、地形起伏度、坡度、距道路距离、距水体距离作为主要阻力因子,利用熵权法形成综合阻力面;利用Linkage Mapper工具基于最小成本路径理论识别生态廊道并判定生态节点,构建流域生态安全格局。结果表明：提取生态源地20个,总面积2531.42 km²,占研究区总面积的7.77%;生态廊道36条,总长度916.87 km,与拉萨河干流平行呈“二”字型分布;生态节点13个,集中分布在裸地、裸岩、低覆盖度草地等地类,构建以生态源地-生态廊道-生态节点组成的“面-线-点”结构生态网络。研究结果为拉萨河流域生态安全和生态经济协调提供数据支持,为区域生态保护与可持续发展提供科学参考。