流域“三生空间”功能识别及时空格局分析——以甘肃白龙江流域为例

基于"三生空间"视角,构建了"生产、生活适宜性和生态重要性"三生功能空间评价体系,揭示了1990—2014年甘肃白龙江流域三生功能空间格局及其变化特征。结果表明:(1)强生产功能空间主要集中在宕昌-舟曲-武都段白龙江两岸、白水江两岸及文县中东部等人口密集区;大致以宕昌-舟曲-武都段白龙江为界,东部为半生产功能空间,西部为弱生产功能空间。强生产、半生产功能空间的面积分别退缩了2434.54和294.07 km~2,弱生产功能空间面积扩张了2728.62 km~2。1990—2002年变化格局较为破碎,无明显块状集聚区;2002—2014年强化区集中于迭部西北部,弱化区分布于流域中下游。(2)生活功能空间与生产功能空间格局相似。强生活功能空间面积增加了119.32 km~2,半生活功能空间面积在波动中减少了508.23 km~2,弱生活功能空间则在波动中增加了388.90 km~2。其格局变化主要集中在宕昌-舟曲-武都段白龙江两岸及文县大部分区域,1990—2002年以强化为主,2002—2014年相对弱化。(3)生态功能空间整体呈现出"流域西北部和东南部强、中西部次之、东部最弱"的格局。强生态功能空间面积经骤降后剧增了3118.13 km~2,半生态功能空间面积减少了508.23 km~2,弱生态功能空间则在波动中减少了1566.08 km~2。1990—2002年强化区主要位于流域西北角,弱化区集中于舟曲和迭部、武都交界区、武都南部和文县西南部;2002—2014年流域西北角功能退化,迭部和舟曲交界区、武都东南部功能得到改善。(4)毁林开荒和退耕还林还草过程导致的土地利用格局和生态系统服务功能变化是流域三生功能空间格局变化的重要原因。研究可为同类易灾型山地流域三生功能空间的识别提供参考。     

基于景观格局的甘肃白龙江流域生态风险评价与管理

流域生态风险评价是流域生态保护与环境管理的重要研究内容.开展以人类活动为风险源的生态风险评价,揭示流域生态风险的空间变化规律,对于促进流域生态保护和环境管理及社会发展具有重要的指导意义.本文基于景观格局指数和生态环境脆弱度构建了流域生态风险综合指数,以甘肃白龙江流域2010年土地利用数据为基础,以ArcGIS和Fragstats软件为平台,通过空间采样和地统计空间插值得到白龙江流域生态风险的空间分布规律.结果表明：白龙江流域生态风险空间分布差异明显,总体而言,白龙江流域西北部和北部的生态风险高于流域的西部和南部山区;在白龙江流域各县区中,武都和宕昌县的生态风险较高,迭部县和文县的生态风险较低.今后应加强流域土地利用综合管理和人类活动调控,开展植被恢复和生态重建,降低不合理人为干扰的生态风险和危害,实现流域经济、社会与生态保护的“多赢”,促进区域可持续发展.     

GIS支持下的山区苹果园地优化布局

栖霞市是中国苹果主产区之一,光、热条件及地形是影响当地苹果分布和品质的主要因素.基于生态适宜性,建立苹果园地单项土地利用优化模式,是栖霞市农业结构调整所需要的.本研究在对光、热条件及地形空间分布模拟的基础上,以土地利用现状类型为景观介质表面,利用GIS的空间信息处理技术,建立了苹果园地最小累积阻力模型(MCR),探讨山区苹果园地单项土地利用优化的技术途径.将栖霞市划分为极度适宜区、高度适宜区、适宜区和初度适宜区4个适宜分区,各区的面积分别为20466、38392、97367和41301 hm2,极度适宜区和高度适宜区面积占县域面积的29%,苹果园地开发的适宜性较大.MCR模型为当地苹果产业开发和农业结构调整提供决策依据.     

多尺度流域生态脆弱性评价及其空间关联性——以甘肃白龙江流域为例

生态脆弱性研究对区域生态环境保护及可持续发展具有重要意义.甘肃白龙江流域是长江上游重要的水源涵养和水土保持区,开展流域生态脆弱性研究十分必要.本研究以流域内各乡镇为研究单元,基于生态敏感性-生态恢复力-生态压力度模型,并结合景观格局指数和流域典型生态系统类型构建生态脆弱性评价指标体系,综合运用辅助回归法、熵权法、综合指数法及空间自相关等方法,从乡镇、县区、流域3个尺度深入分析2002、2014年甘肃白龙江流域生态脆弱性的时空格局,并探讨了流域生态脆弱性的空间关联关系.结果表明: 乡镇尺度上,2002和2014年处于重度、极度脆弱的乡镇均集中分布在武都大部及宕昌西北,且12年来流域乡镇的生态脆弱性从以中度脆弱为主向轻度脆弱转变;2002-2014年,县区尺度上,仅舟曲县生态脆弱性的变化程度较平稳,武都、文县、宕昌、迭部相对剧烈,且武都、文县、迭部的生态脆弱性在一定程度上发生好转,而宕昌县在逐渐恶化;流域尺度上,2002和2014年流域生态脆弱性指数的平均值分别为0.2976和0.2904,呈小幅下降趋势,表征12年来流域的生态脆弱性有所降低;变异系数分别为0.3905和0.4358,呈增加趋势,说明流域生态脆弱性的空间格局向不均衡方向发展;2002年流域生态脆弱性指数的Moran I值为0.5460,表明2002年流域生态脆弱性在空间上呈集聚现象,高高聚集区主要分布在武都北部及中部,零散分布在宕昌西北;2014年流域生态脆弱性指数的Moran I值增加至0.5635,空间集聚更为显著,高高聚集区集中分布在武都中部及宕昌西北.     

基于综合指数法的白龙江流域生物多样性空间分异特征研究

大中区域尺度上生物多样性空间分布格局识别是制定和实施区域生物多样性保护计划的前提条件,也是生物多样性保护确定优先区域研究工作迫切需要解决的关键问题之一。拟以甘肃白龙江流域为例,结合InVEST模型和遥感、GIS技术,以区域生境质量、植物净初级生产力和景观状态指数为评价指标,应用归一化处理方法,构建区域生物多样性空间格局综合评估方法,在栅格像元尺度上开展白龙江流域生物多样性评价及其空间分异特征分析。结果表明:白龙江流域生物多样性较为丰富,空间分异特征明显。生物多样性较高的区域(Ⅰ和Ⅱ级以上)面积约占39.80%,且主要集中在自然保护区和林业管护区。生物多样性较低的地区主要分布在舟曲-武都-文县的白龙江两岸及其以北区域、宕昌县岷江沿岸、高寒稀疏植被区和高山积雪-裸岩区。     

甘肃白龙江流域生态系统粮食生产服务价值时空分异

粮食生产服务是区域生态系统主要的服务功能之一,也是人类福祉和社会发展的基础,受自然环境和社会经济发展而不断变化。然而,目前国内外尚缺乏统一的生态系统服务价值的时空动态评估方法,尤其是在脆弱的山区过渡带区域。以灾害频发的脆弱生态过渡带——甘肃白龙江流域为例,尝试引入自然环境和人文社会要素对区域生态系统生产服务经济价值进行系数调整与修正,构建生态系统服务价值的计量评估模型,测算流域内生态系统生产服务价值并分析其时空差异性。结果表明:(1)1990—2010年间白龙江流域耕地面积波动起伏较大,但流域内生态系统生产服务价值却表现出持续上升的趋势,至2010年平均生产服务价值达186.74万元。生态系统生产服务价值空间格局变化不大,其高产区约占42.4%以上,主要分布在宕昌县西北部的岷江两岸和舟曲城关镇—武都汉王镇的白龙江两岸及其以北区域。(2)方法改进后,白龙江流域生产经济价值相对减小(172.74万元),间接反映了研究区内滑坡、泥石流等自然灾害和区位人文社会要素对生产经济价值的影响,更符合流域的实际情况。     

基于最小累积阻力模型的北京市生态用地规划研究

生态用地规划强调对区域生态系统结构与功能的保护,增强社会经济发展的生态环境支撑能力。从保障首都基本生态安全、改善大气环境质量、建设宜居城市的角度出发,通过对北京市生态重要性进行综合评价,明确北京市重要生态用地空间分布特征。在此基础上,采用最小累积阻力模型(MCR),以重要生态用地为"源",以土地覆被类型、距道路距离和距居民点距离作为阻力因子生成阻力面,模拟重要生态用地空间扩张过程,进而设置生态用地规划情景,并从景观连通性、生态功能保障度及与现状建设用地冲突情况等3个方面对不同情景下的生态用地规划方案进行保护效能评价,最终提出北京市生态用地的适宜规模和优化布局方案。研究结果表明:北京市重要生态用地总面积为9879 km~2,占市域总面积的60.20%;生态用地的适宜规模为12417 km~2,占市域总面积的75.67%,其中,平原区生态用地的适宜规模为2944 km~2,占平原区总面积的46.45%,主要分布于建成区的外围过渡地带;山区生态用地的适宜规模为9473 km~2,占山区总面积的94.05%。     

南药青天葵全球产地生态适宜性分析

搜集青天葵Nervilia fordii主产区及野生分布区的分布样点,应用药用植物全球产地生态适宜性区划信息系统(GMPGIS)对南药青天葵进行全球产地生态适宜性分析。对青天葵各生态因子进行聚类分析,得到青天葵在全球范围的生态适宜区和潜在的人工栽培区。中国、巴西、越南、老挝等11个国家和地区境内皆有青天葵生长的适宜区;其中适宜区面积最大的为中国,总面积为406 980.1 km~2,占全部面积的69%;青天葵在中国的适宜分布区主要位于广西、广东、福建、海南、云南等省(区)。GMPGIS分析结果为青天葵的人工栽培提供科学依据,有助于保护青天葵药用资源,以期促进稀缺药用资源青天葵的区划研究和人工栽培。     

基于遥感和GIS的巢湖流域生态功能分区研究

生态功能分区是区域自然资源科学管理及可持续发展利用的基础。基于生态功能分区原则,考虑流域——子流域完整性进行巢湖流域生态功能分区。在综合分析巢湖流域生态环境基本特征的基础上,确定生态功能分区原则、依据、方法及命名,基于遥感与GIS在数据采集方面及多层面叠加功能的优势,通过遥感数据对研究区土地利用信息的提取以及利用DEM空间分析进行子流域划分等技术手段,探讨了遥感和GIS技术支持下的研究区子流域生态功能划分方法,形成了巢湖流域生态功能分区方案,将全流域分为5个生态功能区和12个生态功能亚区,并阐明了不同生态功能区的生态保护重点与经济社会发展约束。对于新调整行政区划的巢湖流域生态环境综合治理具有重要的现实意义,可为流域产业布局、生态防灾减灾、环境保护与建设规划等提供科学依据。     

基于GIS的天山北坡城市群人居环境自然适宜性评价

以GIS为平台,使用5 km×5 km栅格单元为基本单位,选择土地覆被、地形起伏度、气候适宜度、水文条件以及土地沙化适宜度等自然因子结合社会经济数据,对天山北坡不同地区的人居环境适宜性进行探讨,揭示了天山北坡人居环境自然适宜性的空间分布格局,并进一步探讨其形成的原因。结果表明:天山北坡城市群的人居环境指数(HEI)介于10.72—80.19之间,地形起伏度、水文条件以及土地沙化适宜度为天山北坡城市群人居环境自然适宜性空间分布差异的主要限制因素,人居环境自然适宜性整体呈现“屋脊式”空间结构特征,具体表现为以乌鲁木齐市-奎屯市为中轴线逐渐向两侧递减的态势,并出现以石河子市、奎屯市为“双核心式”的空间差异特征。其中一般适宜区域分布面积最广,占天山北坡城市群总面积的39.79%;比较适宜区次之,占25.2%,分布着研究区43.87%的人口;然后是临界适宜区,占18%;不适宜区域占研究区总面积10.8%;高度适宜区最小,仅为研究区总面积的6.19%。     

大清河流域生态功能区划研究

以区域生态功能特征进行生态区划是区域生态保护与修复的重点内容, 根据生态主导性原则, 引入生态敏感度、生态服务价值和生态风险3个指标进行大清河流域生态重要性评价及生态功能区划分。研究表明: (1)生态重要性低、较低、中等、较高、高的区域面积占研究区比例分别为40.47%、32.96%、6.28%、3.20%、17.07%。空间上, 生态重要性呈现以水源地与自然保护区高, 向四周逐渐降低的趋势。(2)将大清河流域分为山地区、丘陵过渡区、平原区3个一级生态功能区, 明确不同生态功能区的生态保护与修复重点, 其中山地区以维持生态平衡、修复尾矿处理不当造成的地质灾害为目的; 丘陵过渡区应注重矿业活动开采的影响, 注重矿—地—水的协调发展; 下游地区包含有雄安新区和白洋淀水域, 应注重耕地开发利用与水域保护相结合。(3)在一级生态功能区的基础上划分出16个二级生态功能区, 包括水源涵养生态功能区、植被保护区、洪水调蓄生态功能区3个生态功能重要区, 并且明确了各个生态功能区的生态保护措施与生态修复重点。据此研究结果, 可以在生态保护的基础上, 为大清河流域矿山整理修复、土壤侵蚀严重区整治、降低水源地风险、合理利用矿、林资源提供支持, 实现流域内矿—地—水的协调发展。     

福建省生态保护重要性评价

生态保护重要性是表征区域生态系统结构和功能重要性程度的综合指标,确定生态保护空间范围是协调保护与发展、保障生态服务持续供给的基础。在明确福建省生态本底和关键生态问题的基础上,综合分析生态服务功能重要性和生态敏感性,构建福建省生态保护重要性评价指标体系,识别具有重要保护意义的生态极重要地区,能够为优化生态保护策略、划定生态红线和主体功能区划提供技术支持。研究结果表明,福建省生态保护极重要区占福建省陆地总面积的38.94%,生态重要性空间格局基本沿福建省闽西大山带、闽中大山带与海岸带分布,其中生态服务功能极重要区面积为3.96万km~2,以生物多样性维护功能和水源涵养功能为主;生态极敏感性区面积占福建省陆地总面积的9.71%,水土流失是主要的生态问题,占福建省陆地总面积的8.93%,土地沙化极敏感区集中在海岸带附近,与海岸侵蚀极敏感区空间范围基本一致。研究建议,生态保护极重要区作为划定生态红线和重点生态功能区的依据,支撑福建省开展有针对性的生态保护,保障和维护生态安全。     

基于MaxEnt模型的北京周边山区野生狍(Capreolus pygargus)的生境适宜性评价

基于2019年7月—2021年2月在北京周边山区进行的野外调查,采集到65处野生狍(Capreolus pygargus)分布位点,选取22个影响野生狍分布的环境因子,利用最大熵(MaxEnt)模型模拟野生狍在北京周边山区的潜在生境分布。结果显示,训练集的AUC值为0.863,预测精度较高;最暖季均温、最湿月降水量、海拔、平均气温日较差、最干月份降水量、最暖月最高温度、温度季节性变化标准差和坡度的累积贡献率达90.9%,是影响北京周边山区狍生境适宜性的主要环境变量。据MaxEnt模型模拟结果对野生狍生境进行适宜性划分(高适宜、中适宜、低适宜和非适宜区),北京周边山区野生狍的适宜生境分布面积为3947.6 km²,占整个研究区域的24.1%,主要分布于北京西部的太行山区域及北京东北部的燕山区域,在北京北部呈少数斑块化分布。高适宜区分布面积为319.8 km²,占整个研究区域的2.0%。在进行北京周边山区野生狍种群及生境的保护实践中,应加强对野生狍适宜生境集中分布的百花山国家级自然保护区和雾灵山国家级自然保护区等区域的生境保护,并通过植被保育及生...     

西部山区流域生态系统服务权衡与协同关系——以甘肃白龙江流域为例

甘肃白龙江流域是长江上游重要水源涵养和生态屏障区,生态系统服务研究对该流域生态保护与经济发展的双赢具有重要意义。本研究基于InVEST模型进行4种典型生态系统服务(如土壤保持、水源涵养、食物供给、生境质量)评估,并通过相关性和均方根偏差(RMSD)开展服务间多尺度权衡及其成因分析。结果表明: 土壤保持、水源涵养和生境质量两两之间为显著协同关系,食物供给分别与生境质量、土壤保持和水源涵养间为显著权衡关系。3对协同服务和食物供给与生境质量的权衡强度高值主要集中于文县、迭部和舟曲的中高山阴陡坡林区;食物供给与土壤保持、食物供给与水源涵养间的权衡强度高值主要集中于宕昌和武都的中低山阳缓坡农牧区。人类活动驱使下的土地利用/覆被格局空间差异是影响服务权衡程度及其尺度效应的重要因素。     

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.     

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.     

基于MaxEnt模型的当归全球生态适宜区和生态特征研究

研究药用植物当归在全球范围内的生态适宜区和生态特征,根据109个当归样本点和37个生态因子,利用最大信息熵模型(Max Ent)和地理信息系统(Geographic information System,GIS)对其进行全球适宜性区划。结果表明,当归生态适宜区主要集中在北纬20—50°范围内的北美洲、欧洲、亚洲和南纬15—35°范围内的南美洲和非洲,共约593.07万km~2。其中生态相似度最高的区域主要分布在中国甘肃省南部、四川省、西藏自治区东部、云南省北部、贵州省、陕西省西南部等地区,可见中国十分适合当归的种植,是当归的主产区。影响当归地理分布的主要气候因子适宜值范围分别为:最暖季降水量为300—700 mm,最冷季平均温为-3—7℃,降水的季节性数值为70—98;影响当归地理分布的主要土壤因子适宜值范围分别为:碳酸钙含量为50%—60%,粘土比重为17%—24%。研究结果为当归人工引种栽培及精细化种植管理提供参考。     

川西高原山地美味牛肝菌气候生态适宜性及潜在分布

利用数字高程模型(DEM)数据、土地覆盖栅格数据、四川省52个站点和4个其他省市站点的气象观测数据,基于美味牛肝菌的生物学特性,结合前人研究成果,系统分析了川西高原山地美味牛肝菌的气候生态适宜性。选取气温、降水、植被等影响因子作为区划指标,应用集优法,通过GIS分析本区美味牛肝菌资源的潜在分布。结果表明: 美味牛肝菌潜在分布区的北界在32° N附近,海拔上限约为3000 m,下限约为800 m,总面积约286.3万hm²,约占研究区整个行政区域面积的9.7%;29° N以南的攀西地区是美味牛肝菌的主要潜在分布区,核心分布区在攀西地区中南部,攀西分布区面积约占全部潜在分布区的90%,其中,适宜区面积约占20%,次适宜面积约占80%。适宜区主要分布于攀西地区雅砻江以东的安宁河流域、海拔1000~2600 m的山区;次适宜区主要是适宜区分别向上、向下延伸到海拔3000和800 m左右的林区;海拔3000 m以上的高原高山区和海拔800 m以下的干热河谷区为不适宜区。     

基于适宜性分析的黄河首曲地区生态旅游功能区划研究

黄河首曲地区具有突出的生态功能和较高的旅游价值,研究选取距水域湿地距离、草地覆盖情况、森林覆盖情况、海拔高度、坡度和偏远程度6个表征地区自然性的标准,采用GIS技术与层次分析法相结合的方法对黄河首曲地区生态旅游适宜性进行了分析,并结合首曲自然保护区要求对研究区进行了旅游功能区划。研究区生态旅游适宜性可划分为五级,Ⅰ级适宜度最低,适合开发一般的生态旅游或大众旅游,V级地区适宜度最高,原生态景观价值突出,但环境敏感性也高,宜发展严格生态旅游,以最大化保护生态环境。出于协调旅游功能与生态功能的统一以实现地区生态景观可持续利用的目的,研究区被划分为3类功能区、8类功能亚区,且均具有各自特殊的主导和辅助服务功能。研究最后根据各功能区、亚区的特殊服务功能提出了相应的调控措施,以促进生态旅游的合理性规划及未来可持续发展。     

最小累积阻力模型在城市土地生态适宜性评价中的应用——以厦门为例

将城市土地景观动态模拟为生态保护用地和城镇用地扩张两个过程,建立了以两个过程最小累积阻力差值为基础的城市土地生态适宜性评价方法,可用公式MCR差值=MCR生态保护用地扩张-MCR城市用地扩张表示。当被评价单元的MCR差值0时,应被划分为适宜生态的用地;当MCR差值0,应被划分为适宜建设的用地;而当MCR差值=0时,为适宜建设用地和适宜生态用地之间的分界线。以厦门为例,选取已有的城镇用地和生态保护用地作为扩张源,分别从地形、景观类型、水文地质、生态价值、生态敏感性、生态功能6个方面建立了阻力因子评价体系,并运用最小累积阻力差值法将厦门市划分为禁止开发、限制开发、重点开发、优化开发4个适宜性分区,各区的面积分别为525.3、455.0、340.8、243.9km2,生态适宜用地面积总和为980.3km2,建设适宜用地面积总和为584.7km2。