Application of CART in ecological landscape mapping: Two case studies

The goal of this paper is to introduce a statistical concept to derive ecological classifications of terrestrial and marine environments. Such ecological regionalisations reflect spatial combinations of biotic and abiotic characteristics and therefore may serve for environmental planning and monitoring issues. Referring to two case studies the paper presents how to calculate and map ecological defined regions from geodata by use of decision tree models and GIS-techniques. The first study deals with marine environments, exemplified by benthic habitats in the North Sea. The second study is on an ecological land classification of Europe which was computed using surface data on potential natural vegetation, elevation, soil texture and several climatic elements. Both the marine and the terrestrial ecoregions maps were combined with exposure data provided by environmental monitoring activities. The ecological land classification of Europe was intersected with measurement data on the metal loads in mosses taken from the German part of UN ECE moss surveys. In this way, the temporal development of the metal bioaccumulation within ecoregions since 1990 was assessed. The benthic habitat map was used to regionalise the temporal trend of the temperature conditions near the sea floor for the months of July and January from 1995 to 2000 by analysing these measurements according to the spatial categories of the habitat map. In the future, both ecological regionalisations should be used as a spatial framework for the analysis of up-to-date meteorological and phenological data in order to disclose climate change induced impacts.     

白洋淀湿地生态功能评价及分区

白洋淀湿地在雄安新区建设过程中具有重要生态安全保障作用。开展白洋淀湿地生态功能评价及分区研究,为生态环境治理和保护提供科学依据,是当前普遍关切和急需解决的问题之一。面向白洋淀湿地生态保护和管理的需求,在明确白洋淀自然环境特征和主要生态环境问题的基础上,结合外业调查、遥感、综合评价等方法,从水产品供给功能、水生植物供给功能、气候调节功能、生物多样性维护功能、水质改善功能5个方面评价了白洋淀湿地生态系统服务功能重要性,从水污染敏感性、湿地变化敏感性、重要自然与文化价值敏感性3个方面评价了白洋淀湿地生态系统敏感性。基于评价结果,将白洋淀湿地初步划分为7个一级生态功能区和19个二级生态功能区。在分区方法方面体现了白洋淀湿地人地关系动态特征,分区结果注重现状与历史相结合,有助于服务未来淀区生态保护规划决策实施。建议在实施白洋淀生态环境治理和保护过程中,依据白洋淀湿地生态功能分区特征,实行分区管制,制定对应的生态环境治理和保护措施。     

北京市土地利用生态分类方法

本文从国内外土地利用分类体系的现状分析入手,分析了当前土地利用分类体系与生态保护存在的矛盾,提出进行土地利用生态分类。首先,将北京市的土地利用现状类型分析归并为9个一级类15个二级类,确定各土地利用类型基准生态服务价值,然后提出各土地利用类型生态系统服务价值的区位修正方法,在对各种土地利用类型生态系统服务价值进行区位修正的基础上,划分出6个一级生态用地类型。其次,对北京市进行生态适宜性评价,生成生态适宜性分布图,将已生成的土地利用生态一级分类图与生态适宜性分布图进行叠加,对一级生态用地类型进行了二级划分,得到6个大类、18个亚类的北京市土地利用生态用地类型。最后,以北京市2007年的土地利用现状图为例,对北京市的土地利用生态分类方法进行应用,得到了2007年北京市土地利用生态分类图并分析了各土地利用生态用地类型的分布状况。     

中国生态区划方案

生态区划是生态系统和自然资源合理管理及持续利用的基础,它可为生态环境建设和环境管理政策的制订提供科技依据。在综合分析我国生态环境特点的基础上。探讨了生态区划的原则和依据,建立了各级生态区单元划分的指标体系和命系统,最后对我国生态环境进行了区域划分。将我国划分为３个生态大区、１３个生态地区和５７个生态区。     

水生态保护目标制定的理论与应用

我国目前处于生态环境管理的转型期,尚未形成统领水生生物、生物栖息地、水质与水量等要素的水生态保护体系。在总结相关水生态研究成果的基础上,梳理形成了基于水生态系统时空尺度和状态梯度效应理论的水生态保护目标制定构想与方法,分析了淡水生物完整性对自然地理要素、水环境压力、栖息地质量的响应机制,提出以水生态“功能分区-状态评价-问题诊断-目标预设-可达性评估-目标确定”为主线的水生态保护目标制定技术体系,研发了生物完整性评价、水生态保护目标预设和可达性分析等技术方法。以江苏省常州市为典型水生态功能区应用案例,验证了技术体系的适用性与可行性,取得良好的应用效果。水生态保护目标制定理论和方法方面的研究探索可为全国相关工作提供参考依据。     

20世纪90年代以来中国生态空间演化的时空格局和梯度效应

改革开放以来中国经济和城市化的快速发展促使生产和生活空间挤占大量生态空间,系统认识和评估我国生态空间演化的宏观格局和过程对于生态文明建设具有重要的理论和现实意义。为揭示全国生态空间变化的时空过程,在对生态空间内涵进行界定的基础上,结合全国尺度时序土地利用数据构建生态空间分类体系,并评估1990—2015年中国生态空间演化特征。结果表明:1990—2015年中国生态用地面积持续减少,主要向半生态用地转变,发生在重要的粮食生产区域及周边;半生态用地面积波动明显,前期主要表现为不断扩张,后期大量转换为弱生态用地,发生在主要城市群地区;弱生态用地持续扩张,与城镇化进程不断加速相关。中国生态空间演变过程表现出一定的区域差异和梯度效应,不同区域生态空间变化发生的拐点时间有所不同,呈现"自东向西、由南到北"的3级梯度特征,区域生态空间状况与经济发展战略及生态空间管控具有较强的相关性。本研究对于国家生态空间管控近远期战略方案制订具有一定启示,建议处于不同梯度的各地区应基于区域生态空间演化所处阶段和不同驱动机制,确定分区域生态空间安全红线目标和生态空间管控方案。     

面向实践的生态用地内涵、多维度分类体系

生态用地是保障我国国土生态安全格局、建设生态文明基础,是土地资源研究领域的热点问题。其内涵与分类界定是深化生态用地研究与实践的前提,也是该研究领域的难点。根据国内外现有研究,挖掘生态用地的内涵与分类特征。基于此,重新阐释了生态用地的内涵,提出功能主导性、尺度依赖性、区域特殊性、等级性和可操作性等五大分类原则,构建了面向管理实践的多维度生态用地分类体系,即基础性生态用地、保全性生态用地、生产性生态用地和生活性生态用地4大类、10个一级类和15个二级类。同时在分类体系中明确了各生态用地地类的适用尺度与范围。多维度生态用地分类体系的构建,将有利于国家和地方制定生态用地管理政策,便于深入生态用地及其生态系统服务研究。     

生态分区的原则、方法与应用—内蒙古自治区生态分区图说明

 区域分异原则是生态学中的重要原理之一。任何陆地生态系统都具严格的区域特点,因此对土地资源的利用必须因地制宜。而生态分区就是正确认识草地资源区域特征的重要手段。本文以内蒙古自治区生态分区图说明为例,提出3个分区等级(生态区、生态亚区和生态小区)及其概念,并结合分区对内蒙古土地资源的管理和利用提出建议,以建立稳定的粮油糖生产基地。     

山东省自然生态空间系统化识别与差异化管控研究

在城市化背景下,生态系统受到来自人类社会日益严重的威胁,自然生态空间遭到破坏。对自然生态空间进行识别与管控可以更好地建设和保护国土空间生态资源,促进生态保护与社会经济耦合协同发展,保障区域的生态安全。融合多源数据及方法,从生态服务重要性和生态环境敏感性两方面评价和识别生态源地的空间范围;基于最小累积阻力模型（Minimum Cumulative Resistance,MCR）提取关键和优化生态廊道,系统化识别山东省自然生态空间并进行差异化管控。研究结果表明：山东省生态源地集中分布在鲁中山区和胶东半岛地区,总面积为21165.10 km²,关键生态廊道和优化生态廊道长度分别为1078.32、511.25 km,土地利用类型以耕地和林地为主,主要分布在鲁中山区和鲁北平原区,可形成联系紧密的生态网络。本研究将自然生态空间划分为生态源地、生态保育区、其它生态用地三种类型,根据不同空间类型提出具有针对性的分类管控措施,为自然生态空间的系统化识别与管控提供理论参考和方法保障,能够更好地实现省级国土空间规划的战略性、协调性目标。     

基于景观安全格局理论的宜兴市生态用地分类保护

生态用地是区域生态服务功能的主要供给者,对控制区域生态环境起到关键作用,开展生态用地分类与保护,对实现经济与生态协调发展、保障区域生态安全具有重要意义。以江苏省宜兴市为例,基于前人对于生态用地分类与土地利用现状分类衔接研究成果,提取土地利用现状中的生态用地,借助景观安全格局理论方法,通过系统分析水土保持、生物多样性保护、乡土文化遗产保护以及自然景观保护4个与生态用地相关的重要生态过程,运用最小累积阻力模型构建区域综合景观安全格局,并将综合景观安全格局与现状生态用地进行叠加,得到低安全水平、较低安全水平、中等安全水平以及高安全水平4种类型的生态用地,各类型面积分别占研究区生态用地总面积的32.07%、44.38%、22.07%以及1.48%,针对不同等级的不同生态用地类型,提出了划定禁止建设区、防止水体污染、建设高标准基本农田等针对性的保护措施与对策。研究结果为宜兴市的土地利用规划与管理、城市可持续发展等提供决策依据,为其他类似地区生态用地保护规划编制提供参考。     

中国西北干旱区生态区划

从国内外生态区划、生态土地分类和生态 生产范式的研究和发展入手, 从生态利用的角度出发, 在西北干旱区生态区域分异规律的基础上, 结合当地的社会经济发展特点, 全面完成了西北干旱区的生态区划方案。本着既尊重自然规律又符合可持续发展的生态 生产范式的原则, 在西北干旱区的生态区划过程中, 主要考虑以下几个方面:气候与巨地形系统、地貌与基质、植被与土壤以及土地利用与产业发展方向;区划方法是以经验判别和地理信息系统 (GIS) 相结合进行的, 过去发表的多种尺度的图件和区划方案均作为分区过程的辅助材料和新区划方案的校正材料;根据气候、巨地形系统、地貌、基质、植被、土壤以及土地利用和产业 发展方向等特征, 该生态区划的 3级分区指标如下:一级分区, 主要依据气候和巨地形系统, 并充分考虑该高级分区在生态环境建设和产业结构调整中的作用;二级分区, 主要根据次级地形和地貌系统以及大尺度植被类型;三级分区, 主要依据基质和土壤的差异所造成的局域植被类型的差异, 以及其生态 生产范式和将来的发展方向。根据以上区划的原则和指标体系, 西北干旱区的生态区划采用 3级区划制:生态域 (Ecodomain) 、生态区 (Ecoregion) 、生态小区 (Ecodistrict), 最后将西北干旱区划分为 3个生态域、2 3个生态区和 80个生态小区, 并利用GIS绘制了 1∶10 0万比例尺的西北干旱区生态区划图。西北干旱区生态区划的目的不仅在于发展独特的干旱区生态区划/生态分类的方法和理论体系, 建立生态区划的方案和生态 生产范式, 更重要的是要运用这些方法、规律和范式来指导当地的生态环境建设和产业结构调整, 促进当地的土地资源合理配置, 实现西北干旱区的可持续发展。     

中国生态用地研究:内涵、分类与时空格局

生态用地具有重要的生态系统服务功能,是衡量一个地区国土生态环境质量好坏的"晴雨表"。在综述生态用地概念内涵基础上,划分生态用地类型、构建生态用地分类体系,基于全国土地利用变更调查数据对我国生态用地开展评估。研究表明:(1)生态用地内涵在区域尺度上主要有"生态要素决定论"、"生态功能决定论"和"主体功能决定论"3种观点,生态功能主体性应作为界定生态用地的基本准则。(2)基于生态系统服务主体功能,生态用地分类体系包括湿地、森林、草地和其他生态土地4个一级类型、19个二级类型。其中,湿地、森林、草地可统称为基础性生态用地,其他生态土地为保全性生态用地。(3)2008年我国生态用地总量7.64×106km2,约占陆域国土面积的80%,其中基础性生态用地约为5.31×106km2;基础性生态用地总量和人均基础性生态用地面积在空间上均呈现出"东南低、西北高"的特点;2002年至2008年间,我国生态用地总量与基础性生态用地面积均呈逐年下降态势,年均分别减少0.55×104km2和0.18×104km2,部分地区生态安全状况不容忽视。     

北京市生态用地规划与管理对策

不合理土地开发加速了对自然生态系统的干扰和侵占,导致生态系统服务功能下降,危机区域生态安全,开展生态用地规划是构建区域生态安全格局的基础。合理规划和管理不同土地利用类型的数量和空间分布对区域可持续发展具有重要意义。目前我国广泛应用的土地利用分类体系主要以土地的社会经济属性为基础,忽视其生态属性,导致以提供生态系统服务为主、保障生态安全的土地缺乏保护机制,具有重要生态功能的土地得不到有效保护。以北京市为例,建立了北京市生态用地分类与规划的思路与程序,在明确北京市生态安全与生态系统服务功能的关系基础上分析了北京市生态系统服务功能重要性及其空间格局,并进行了北京市生态用地规划。研究规划了保障北京市生态安全的7类生态用地:地表水涵养与保护用地、地下水保护用地、生物多样性保护用地、水土保持用地、河流防护用地、公路防护用地和城市绿地,总面积5137.37km2,占北京市域面积的31.31%。最后从生态用地识别和划分、将生态用地融入土地利用分类体系、生态用地管理措施和对策3个方面探讨了生态用地规划和管理的方法与措施。研究结果为北京市土地利用规划和有效管理提供依据,也为其它地区的生态用地规划提供参考。     

Managing the middle: A shift in conservation priorities based on the global human modification gradient

An increasing number of international initiatives aim to reconcile development with conservation. Crucial to successful implementation of these initiatives is a comprehensive understanding of the current ecological condition of landscapes and their spatial distributions. Here, we provide a cumulative measure of human modification of terrestrial lands based on modeling the physical extents of 13 anthropogenic stressors and their estimated impacts using spatially explicit global datasets with a median year of 2016. We quantified the degree of land modification and the amount and spatial configuration of low modified lands (i.e., natural areas relatively free from human alteration) across all ecoregions and biomes. We identified that fewer unmodified lands remain than previously reported and that most of the world is in a state of intermediate modification, with 52% of ecoregions classified as moderately modified. Given that these moderately modified ecoregions fall within critical land use thresholds, we propose that they warrant elevated attention and require proactive spatial planning to maintain biodiversity and ecosystem function before important environmental values are lost.     

基于生态系统服务功能和生态敏感性的生态空间划定研究——以南宁市为例

生态空间管制是我国国土空间管制的重要内容。针对目前国内对生态空间认知有差异,对其划定技术方法还处于探索阶段的情况下,以生态系统服务功能和生态敏感性技术评价方法为手段,以广西壮族自治区南宁市为研究对象,开展了基于生态系统服务功能重要性和生态敏感性的生态空间划定方法的探索研究。结果表明:(1)研究区域内主导的生态系统服务功能主要为生物多样性维护功能和水土保持功能,其次为水源涵养功能。生态系统综合服务功能重要性类型以一般重要为主,约占研究区总面积的42.32%。(2)研究区生态敏感性以水土流失敏感性为主,其次为石漠化敏感类型。生态环境综合敏感类型以敏感为主,约占总面积的85.44%。(3)研究区内初步划定生态空间总面积约9325.27 km~2,占研究区总面积的42.19%,占研究区内生态用地面积的76.59%。土地利用类型以林地为主,约占生态空间面积的83.65%。划定的生态空间范围涵盖了绝大部分生态用地。本研究在一定程度上丰富了生态空间的内涵,可为进一步理解和划定生态空间提供参考与借鉴。     

Response of three lotic assemblages to riparian and catchment‐scale land use: implications for designing catchment monitoring programmes

1. Although many studies have focussed on the effects of catchment land use on lotic systems, the importance of broad (catchment) and fine (segment/reach) scale effects on stream assemblages remain poorly understood. 2. Nine biological metrics for macrophytes (498 sites), benthic macroinvertebrates (491) and fish (478) of lowland and mountain streams in four ecoregions of France and Germany were related to catchment and riparian buffer land use using partial Redundancy Analysis and Boosted Regression Trees (BRTs). 3. Lotic fauna was better correlated (mean max., r = 0.450) than flora (r = 0.277) to both scales of land use: the strongest correlations were noted for mountain streams. BRTs revealed strong non‐linear relationships between mountain assemblage metrics and land use. Correlations increased with increasing buffer lengths, suggesting the importance of near‐stream land use on biotic assemblages. 4. Several metrics changed markedly between 10–20% (mountain ecoregions) and 40–45% (lowland) of arable land use, irrespective of the buffer size. At mountain sites with >10% catchment arable land use, metric values differed between sites with <30% and sites with >30% forest in the near‐stream riparian area. 5. These findings support the role of riparian land use in catchment management; however, differences between mountain and lowland ecoregions support the need for ecoregion‐specific management.     

中小尺度生态用地规划方法

生态用地指以发挥自然生态功能为主,具有重要生态系统服务功能或生态环境脆弱、生态敏感性较高的土地。它是土地利用与生态建设的直接联系,关系区域生态系统的稳定性和安全性。生态用地的研究有利于建立合理的土地利用系统,完善区域生态安全格局,促进经济社会发展与生态环境相协调。在不同尺度下,生态用地的内涵、性质、主导功能以及规划方法都有所不同,结合我国土地利用规划及城市规划的层次划分,选取市域和中心城区为研究范围,其中市域为中尺度代表范围,中心城区为小尺度代表范围,分别分析了两种尺度下生态用地的内涵及区别,提出了相应的规划方法及侧重点。定量规划方面,中心城区生态用地主要结合国家相关法规、规定、政策等确定;而市域生态用地采取借鉴法、土地利用结构数量优化方法以及情景分析三种方法综合确定。空间规划方面,城区生态用地采取分类规划方法,分别对点线面三类生态用地进行提取,主要步骤为辨识重要生态源,构建面状生态用地;结合水体和交通缓冲区,构建线状生态用地;提取关键节点,构建点状生态用地;生态用地分类。市域生态用地则采取综合规划方法,主要步骤为提取特殊生态用地、基于生态用地结构功能和生态敏感性等的生态建设重要性评价、生态用地空间提取及分类。     

乡村生态用地综合识别与分类

以川中丘陵区为例,从乡村生态用地的资源特征、形态特征、功能特征3个方面选取生态敏感性、生境质量等10个指标构建乡村生态用地辨识指标体系,开展乡村生态用地综合识别与分类研究。结果表明:辨识指标体系较全面反映了乡村生态用地特征,可以将生态功能强、生境质量高的生态用地和不适宜纳入生态用地范畴的非生态用地同时辨识出来,方法具有可行性;研究区核心、辅助和底线3种生态用地面积分别占土地总面积的20.48%、34.41%和41.16%,核心生态用地以林地、草地和水域为主,辅助和底线生态用地均以耕地为主;研究区生态用地空间分布均衡性表现为辅助生态用地>底线生态用地>核心生态用地>非生态用地,空间分布差异性则与地势(东北高、西南低)走向基本一致;土地利用/覆被类型与乡村生态用地类型之间呈现出一对多的相互关系,主要是由人类活动程度、地质灾害空间分布和地形地貌的差异等原因造成。本研究可以为构建区域生态安全格局、优化土地利用方式、协调区域生产发展和生态保护之间的矛盾提供参考和借鉴,丰富和发展空间规划学、乡村地理学的内容。     

海河流域生态功能区划

从海河流域自身的特征出发,运用RS、GIS技术,采用定性和定量分析相结合的方法,对海河流域生态功能区进行划分.结果表明:海河流域可划分为5个生态区、24个生态亚区和114个生态功能区;以流域尺度上占主导地位的4项生态功能(水源涵养、水土保持、防风固沙和生物多样性保护)为依据,确定了对海河流域具有重要意义的11个重要生态功能区域.该区划结果明确了对海河流域生态安全具有重要意义的区域,可用于指导海河流域自然资源的有序开发利用和产业的合理布局,为海河流域生态环境保护提供了科学依据,对维护海河流域生态安全具有重要意义.