干旱区内陆河流域生态脆弱性评价——以新疆塔里木河流域为例

生态脆弱性是景观或生态系统在特定时空尺度上相对于干扰而具有的敏感反应和恢复状态 ,它是生态系统固有属性在干扰作用下的表现[6] 。关于生态脆弱性的研究 ,可追溯到 2 0世纪初 ,美国生态学家 Clements提出了生态过渡带 ,自 80年代以来 ,该领域成为生态学研究的一个热点。干旱内陆河流域气候条件 ,尤其是水热条件和地貌特征 ,是植被生态、土壤环境及水环境形成与分异最主要的控制性因素 ,几大环境要素之间相互联系 ,相互制约 ,形成内陆河流域生态环境空间分布规律和生态系统功能在空间不同地带上的差异性 [2 ] ,并表现出不同程度的脆弱性…     

内陆河流域生态系统服务价值的动态估算方法与应用——以甘肃河西走廊石羊河流域为例

Costanza等提出的单位面积生态系统服务价值没有考虑生态系统服务的空间异质性,是与生态系统结构和功能有关的生态系统本身的价值,这里称为静态价值。在实际应用于指导以社会、经济、生态综合效益最大为目标的流域水土资源优化配置决策时,不能反映资源的稀缺程度和随社会经济发展水平变化的对生态价值的支付意愿,使得静态生态价值的研究成果难以得到应用。提出了动态生态价值的概念,某一特定区域生态系统服务的动态价值是指其相应的生态服务功能在特定人群一定支付意愿下的现实价值。在Costanza等人提出的单位面积生态价值的基础上,考虑生态类型的覆盖度等特点结合专家咨询法提出了林地、草地单位面积生态价值的修正系数,估算流域生态系统服务的静态生态价值;建立了基于发展阶段系数和资源紧缺度的生态价值动态估算方法。以甘肃河西走廊石羊河流域为例,估算出2000年流域生态系统服务的静态价值为4．17亿美元,相当于当年流域GDP的0．3657倍,且在空间上呈现从上游山区向下游荒漠区递减的规律;动态生态价值为2．35亿美元,下游和上游大,中游较小。动态生态价值的研究为生态价值研究成果进一步在资源合理配置中的应用提供了途径。     

基于SPCA和遥感指数的干旱内陆河流域生态脆弱性时空演变及动因分析——以石羊河流域为例

以石羊河流域为研究区,基于干旱内陆河流域生态特征和遥感数据快速、客观、大面积观测的特点,采用遥感模型计算湿度、绿度、干度和热度等指标,并构建石羊河流域生态脆弱性评价指标体系,在此基础上运用空间主成分分析法(SPCA)对石羊河流域2000和2016年生态脆弱性时空演变及动因进行了分析。研究结果表明:(1)从各遥感指数空间分布来看,湿度和绿度指标均值在17年间呈增长趋势,证明该流域水源涵养能力变好,植被覆盖率变大;干度指标均值有所下降,表明该流域地表裸露程度有所降低;而与植被和水资源关系密切的地表温度均值呈逐年上升趋势,说明该流域水热平衡差异进一步增加,对未来生态脆弱性影响显著;(2)从全流域生态脆弱性时空演变特征来看,该流域主要以强度和中度脆弱为主,17年间生态脆弱性整体上呈缓慢降低趋势;(3)从不同的海拔生态脆弱性分布来看,中山区(1000—2000m)最高,高中山区(2000—3000m)次之,高山区(3000m)最低,17年间中山区生态脆弱性有所下降,而高中山区与高山区却呈上升的趋势;(4)从不同的行政区划生态脆弱性来看,金川区、凉州区、永昌县、民勤县和古浪县整体上处于中度和强度脆弱水平,而天祝县和肃南县处于轻度和微度脆弱水平;(5)从生态脆弱性的演变动因来看,4个指标对石羊河流域生态脆弱性影响均为显著。2000年生态脆弱性的主导影响因子依次为热度湿度绿度干度,而2016年为热度干度绿度湿度。总的来看,石羊河流域生态脆弱程度近年来有所降低,但综合治理工作仍任重道远。本文的遥感方法和分析思路对该流域生态脆弱性保护及治理提供一定的理论基础和决策依据。     

干旱内陆河流域生态安全格局的构建及优化——以石羊河流域为例

生态安全格局识别及构建是保障干旱区生态安全、实现可持续发展的基本空间途径。石羊河流域是典型的干旱内陆河流域,其生态环境极为脆弱、敏感。基于石羊河流域生态本底特征,选取并定量评估水资源、生物多样性、水土保持和沙漠化4种生态系统服务,识别生态源地;以建筑物指数和植被净初级生产力为阻力因子,应用加权叠加法构建基本阻力面,并运用最小累积阻力模型及水文分析法识别生态廊道和生态功能节点,进行生态安全格局构建及优化。结果表明:(1) 2005—2015年,石羊河流域生态源地增加,生态环境质量趋于好转,特别是下游民勤绿洲区及上游祁连山区源地面积增加明显。2005、2010、2015年生态源地面积占流域总面积的比重分别为16.7%、14.7%、19.8%;(2) 2005—2015年,生态廊道明显增加,流域整体生态安全格局网络趋向复杂完善。2005年和2010年提取的生态节点都为36个,2015年的生态节点为35个,生态廊道从2005年的23条增加到2015年47条,部分潜在廊道发展演化为廊道;(3)基于2005—2015年生态安全格局分析,构建了以"二带区、三绿洲、五廊道、多中心"为核心的"绿洲廊道功...     

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。     

生态治理内陆河流域社区恢复力演变特征及影响因素——以石羊河流域为例

探究生态治理背景下内陆河流域社区恢复力演变规律及其影响因素,对于流域生态保护与社会经济高质量发展具有重要意义。选取石羊河流域为典型研究区,在识别社区恢复力演变的基础上,探究社区恢复力内部影响因素及外部生态治理影响路径,进而揭示社区恢复力影响机制。结果表明：(1)生态治理背景下石羊河流域社区恢复力迅速增长且时空异质性明显,其中,生态维度空间格局集聚度高且优势性强,但增长缓慢,经济及社会维度时空异质性大,且增长迅速;(2)石羊河流域社区恢复力内部影响因素中,经济维度具有主导影响,社会维度影响减弱,而生态维度影响最小且变化趋势不大;(3)外部生态治理影响中,退耕还林及关井压田在三个时期对社区恢复力均起到制约作用,农业技术培训早期制约社区恢复力提升,后期制约作用消失,多重生态治理要素组合影响在2000年表现为农业结构调整及资源调控路径,2010年表现为农业结构调整路径、生活水资源主导调控路径、生态水资源主导调控路径,2020年表现为农业结构调整及资源配置路径、农业结构调整及技术支持路径、生产水资源主导配置路径。总体来说,研究为社区恢复力内外部影响因素综合研究提供了思路,也为内陆河流域未来乡村社...     

石羊河流域自然植被对生态系统服务的约束效应

石羊河流域生态环境退化,生态屏障功能减弱,提高该地区生态系统的服务功能具有重要意义。植被的生长状况是影响生态系统服务供给的重要因素,定量的探讨分析植被与生态系统服务之间的关系十分必要。以石羊河流域为研究区,采用约束线法,分析了植被对产水量、土壤保持及固碳3个生态系统服务的约束效应;同时,计算了2015年这3个生态系统服务潜力的空间分布及石羊河流域综合潜力分布格局。结果表明:(1)植被覆盖度与产水量、土壤保持之间的约束线呈开口向下抛物线型,即随着植被覆盖度的增加,约束效应逐渐减小,后逐渐增大;与固碳服务呈正凸型,即:植被覆盖度能有效的约束固碳,且成比例增加约束效应;(2)植被覆盖度对产水量、土壤保持及固碳服务的约束效应存在时空异质性;(3)石羊河流域三种服务的提升潜力均呈西南高东北低、高服务值与高潜力值并存的分布特征,其中东大河、西大河、西营河及古浪河是流域生态服务的主要供给者和服务潜力提升的主要贡献者。     

基于RS和GIS的珠江三角洲生态环境脆弱性综合评价

使用空间主成分分析法构建评价指标体系,采用层次分析法确定指标权重,结合遥感数据和地理信息系统软件,对珠江三角洲2004-2008年生态环境脆弱性进行了综合评价并对脆弱性成因进行分析.结果表明:生态环境极度和重度脆弱区主要分布在珠江三角洲中部,占整个研究区面积的34.0％;生态环境中度脆弱区主要分布在珠江三角洲东部,占25.5％;生态环境轻度和微度脆弱区主要分布在珠江三角洲西部,分别占28.7％和l1.8％.中度和轻度脆弱区占整个研究区面积的54.2％,表明珠江三角洲大部分区域的生态环境属中度和轻度脆弱.影响珠江三角洲生态环境脆弱性的自然因素主要有海拔高度、大暴雨日数、水土流失比率、易涝耕地面积比率、归一化植被指数、景观多样性指数,人为因素主要有人口密度、单位面积废水排放量、单位面积废气排放量、土地利用变化、化肥施用强度、农药使用强度、万人机动车拥有量、环保投资指数.极度和重度脆弱区的主要特征是海拔低、洪涝灾害发生频率高、易涝耕地面积多、植被破坏严重、污染强度大和环保投资指数小等.     

基于综合气象干旱指数的石羊河流域近50年气象干旱特征分析

借助数理统计理论和GIS空间分析技术,利用综合气象干旱指数(composite index,CI),根据石羊河流域5个气象站1961-2010年实测气象资料,对石羊河流域近50a的干旱在时空上的变化特征进行分析.首先计算了各站历年逐日的CI指数,统计近50 a各站点出现的干旱过程、各时段的干旱事件,在此基础上分析了石羊河流域干旱发生的频率、覆盖范围和强度和不同等级干旱发生的多年平均日数.分析结果表明:(1)石羊河流域四季干旱发生频率均呈现北高南低的空间分布规律;在四季中,夏季干旱发生频率最高,冬季频率最低;极小值都在乌鞘岭,极大值略有不同:春、夏、冬季干旱发生频率极大值在民勤,秋季极大值在武威.(2)石羊河流域有大范围干旱发生的年份夏季和秋季较多分别有22 a、11a,冬季最少只有4a.(3)石羊河流域不同等级干旱日数总体上呈现夏季多冬季少、北部多南部少的规律,和降水量的空间分布有较好的负相关性.(4)干旱发生成因除了主要受东亚季风和西南季风的影响外,还应考虑到径流的影响.研究结果与实际情况相符,可为相关部门根据本地区干旱特征制定相应抗旱对策提供理论依据.     

基于变异系数的植被NPP人为影响定量研究——以石羊河流域为例

人类活动是NPP变化的重要影响因子,定量计算NPP人为影响值具有较重要的意义。提出基于变异系数法的NPP人为影响模型,对其基本概念、理论基础、计算流程等进行了阐述,并以石羊河流域为研究区,分析该流域NPP人为影响分布规律。研究结果表明:(1)该模型基于一种间接计算的思想回避了人为作用的复杂过程,模型理论科学,以变异系数为参数,所需参数少,技术可行,计算结果为NPP值,易于定量评价。(2)2000—2010年期间,石羊河流域人类活动对植被NPP的影响广泛而严重,年均影响值大于40g C m~(-2)a~(-1)的面积占96.21%,影响程度严重以上占26.94%。NPP人为正负影响均较大,正影响年均为1.63×106g C m~(-2)a~(-1),负影响年均为1.21×106g C m~(-2)a~(-1),年均净增加4.20×105g C m~(-2)a~(-1);正向平均影响强度为136.84 g C m~(-2)a~(-1),负向平均影响强度为100.32 g C m~(-2)a~(-1),全流域表现为正影响。(3)凉州区是人为影响最为剧烈的地区,表现为强烈正影响;其次是天祝县,为强烈负影响;接下来是民勤县,表现为正影响;其它县区依次是永昌、古浪、肃南和金昌。(4)2000—2010期间,NPP人为影响值变化较大,人为活动减弱面积占53.90%,增加占46.10%;影响值正向减弱8.12×105g C m~(-2)a~(-1),负向减弱8.07×105g C m~(-2)a~(-1),正向增强8.02×105g C m~(-2)a~(-1),负向增强3.94×105g C m~(-2)a~(-1),人为活动影响净减少4.25×105g C m~(-2)a~(-1),人为作用总体呈减弱趋势。     

2001—2010年疏勒河流域生态系统质量综合评价

疏勒河流域属于典型的干旱区内陆河流域,生态环境脆弱,对其进行生态系统质量评价意义重大.本文利用多源遥感数据,依据生态系统生产能力指数(EPI)/生态系统稳定性指数(ESI)/生态系统承载力指数(EBCI),建立遥感综合评价模型,对疏勒河流域2001—2010年的生态系统质量进行综合评价.结果表明: 疏勒河流域2001—2010年生态系统质量平均值为43.21,处于较低水平.EPI、ESI和EBCI的均值分别为47.16、58.09和28.52,说明疏勒河流域生态系统承载力较低.2001—2010年,EPI和EBCI分别增加了18.9％和20.1％,ESI下降了9.4％.流域生态系统质量总体呈现出先增加后下降的趋势,2001、2005和2010年生态系统质量年均值分别为 43.71、44.80和41.13.农田生态系统质量最高,水体生态系统质量最低.人工生态系统质量综合评价值为46.43,明显高于自然生态系统.     

干旱内陆流域河道外生态需水量评价——以黑河流域为例

河道外生态系统需水量的合理评价是干旱区水资源合理配置与管理、生态环境保护与建设中最为关键的科学问题。基于不同植被蒸散发潜力估算模型,依据不同生态系统及同一生态系统在不同气候与地理区域具有不同生态需水规律的特点,提出了可模拟和评价不同时期生态系统需水量的方法,不仅能体现生态系统需水量的年际变化,也能反映年内不同时间段(月、季节甚至每日)的需水量变化,并提出干旱区生态适宜需水量在不同时期是一个区间。以黑河流域中下游地区为研究区域分析其生态需水量,结果表明:黑河中游地区年平均生态需水量(11.16±2.67)×108m3,其中绿洲生态系统需水(9.13±2.29)×108m3;下游地区生态需水量(16.16±4.04)×108m3,现状绿洲生态体系需水(11.06±2.77)×108m3,现阶段实施的下游分水9.7亿m3/年的方案,可以促使现有绿洲生态系统有一个良好的结构与功能,并给出了不同典型年不同月份的生态需水量及其变化。     

Landscape pattern MACRS analysis and the optimal utilization of Shiyang River Basin based on RS and GIS approach

Chose the arid interior district Shiyang River basin four issues of Landsat/TM images from 1986 to 2006 to visually interpret, and analyze the natural succession of ecological environment and the landscape pattern characteristic under the human activity interference. The results showed that in past 20 years, the number of landscape patch has increased, but the average patch size was decreasing, which explained that the landscape fragmentation degree was increasing, the landscape integrity was declining. The edge density of landscape remained invariable basically, which explained its stability maintained good. The diversity and evenness index continually enhanced, the diversity increased from 0.73 in 1986 to 0.84 in 2006. The mean core patch area of study area reduced from134.47 hm² in 1994 to 127.67 hm² in 2006, which indicated that the landscape core area was decreasing. On the one hand, it accelerated circulatory speed of species and reduced resistance of the energy flux. On the other hand it destroyed the integrity of the original landscape, easily caused the core area reducing continually, and led to vicious circle of the landscape separation. Seen from the whole study area, The utilization of landscape developed to the heterogeneous direction, indicated the proportional difference between various landscapes types was increasing, this kind of change has reflected the human activity’s influence to the whole landscape to a certain extent. It is believed that there are a series of landscape ecological problems such as low landscape ecological connectivity, simplified landscape structure and the more oasis fragmentation. In order to solve these problems, according to the principle that the movements of flow, energy and material in a landscape are related to some factors such as distance, time, impedance, etc., this study adopts the minimum accumulative resistance surface (MARS), the minimum cost resistance (MCR) model, and uses the surface diffusion technology to analyze compactness of landscape structure and the spatial difference of ecological function in Shiyang River basin. Then constructs some landscape components such as source, corridor and ecological node to strengthen the spatial connection of ecological network, and further discusses the landscape pattern optimization proposal.     

Landscape pattern MACRS analysis and the optimal utilization of Shiyang River Basin based on RS and GIS approach

Chose the arid interior district Shiyang River basin four issues of Landsat/TM images from 1986 to 2006 to visually interpret, and analyze the natural succession of ecological environment and the landscape pattern characteristic under the human activity interference. The results showed that in past 20 years, the number of landscape patch has increased, but the average patch size was decreasing, which explained that the landscape fragmentation degree was increasing, the landscape integrity was declining. The edge density of landscape remained invariable basically, which explained its stability maintained good. The diversity and evenness index continually enhanced, the diversity increased from 0.73 in 1986 to 0.84 in 2006. The mean core patch area of study area reduced from134.47 hm² in 1994 to 127.67 hm² in 2006, which indicated that the landscape core area was decreasing. On the one hand, it accelerated circulatory speed of species and reduced resistance of the energy flux. On the other hand it destroyed the integrity of the original landscape, easily caused the core area reducing continually, and led to vicious circle of the landscape separation. Seen from the whole study area, The utilization of landscape developed to the heterogeneous direction, indicated the proportional difference between various landscapes types was increasing, this kind of change has reflected the human activity’s influence to the whole landscape to a certain extent. It is believed that there are a series of landscape ecological problems such as low landscape ecological connectivity, simplified landscape structure and the more oasis fragmentation. In order to solve these problems, according to the principle that the movements of flow, energy and material in a landscape are related to some factors such as distance, time, impedance, etc., this study adopts the minimum accumulative resistance surface (MARS), the minimum cost resistance (MCR) model, and uses the surface diffusion technology to analyze compactness of landscape structure and the spatial difference of ecological function in Shiyang River basin. Then constructs some landscape components such as source, corridor and ecological node to strengthen the spatial connection of ecological network, and further discusses the landscape pattern optimization proposal.     

基于生态系统服务的流域生态安全格局构建——以辽宁省辽河流域为例

人口和社会经济的高速发展导致土地利用格局的变化和生态系统服务的退化。构建生态安全格局是保障区域生态安全的重要途经。识别和保护关键生态区域对维持生态系统的稳定性和可持续性具有重要意义。本文以辽宁省辽河流域为例,基于生态系统服务重要性评价,根据区域自然特征和生态环境状况选取并定量评估固碳释氧、土壤保持、粮食供给和产水4项关键生态系统服务,以生态系统服务的高价值区为生态源地,综合各项生态系统服务功能构建阻力面,运用电路理论的方法识别生态廊道和关键节点,从而构建辽河流域生态安全格局。研究结果表明：辽河流域内共有129个生态源斑块,243条生态廊道和38个“夹点”。其中,生态源斑块主要分布在研究区东部,主要由林地组成,斑块连续、跨度范围较大;生态廊道总长度为1606.07 km,呈梭形沿着平原与山区交错带延伸;“夹点”沿着河流分布在研究区的中部,主要由林地、耕地组成。本文通过构建辽宁省辽河流域生态安全格局,为缓解日益尖锐的辽河流域经济发展与生态保护之间的矛盾提出了新的思路。     

西北干旱区石羊河流域全新世早期植被与环境演化

西北干旱区石羊河流域终闾湖泊边缘三角城剖面湖相沉积物（10.0-6.3ka.B.P.）高分辨率（每样平均40－50a左右）孢粉分析揭示该流域全新世早期植被与气候环境变化过程是：全新世初期（10－9.8ka.B.P.）,温度、湿度开始上升,山上针叶林发育,该期持续较短时间后,温度、湿度下降（9.8-9.2ka.B.P.）,山上森林萎缩,山下荒漠范围扩大;此后是一个持续时间较长、波动的温度、湿度上升、植被发育状况逐步好转的过程（9.2-7.75ka.B.P.）;随后又是短暂的气候冷干、植被亚化阶段(7.75-7.25ka.B.P.）和一个相对持续时间较长,植被发育较好的暖湿期（7.25-6.3ka.B.P.）。石河流域全新世早期气候环境变化具有较强的不稳定性,每个相对暧湿期和冷干期中都有多个次一级的冷干、暖湿波动,植被也相应地随之变化。