基于ARIMA模型的生态足迹动态模拟和预测——以甘肃省为例

生态足迹(EF)是一种定量测量人类对自然利用程度的方法。然而目前对其发展趋势准确的定量分析尚不多见。可采用自回归综合移动平均模型(ARIMA)来模拟并预测区域生态足迹。综合运用生态足迹方法和ARIMA模型对甘肃省1949-2009年的生态足迹和生态承载力进行了动态模拟和分析,在此基础上预测了2010-2015年的生态足迹变化趋势。结果表明:1949-2009年,人均生态足迹呈现上升趋势,预计2010-2015年上升趋势明显加快,2015年会增加到2.6051 hm²/人,是2009年的1.67倍;1997-2004年人均生态承载力逐年减少,2005年之后逐年增加,预计2010-2015年仍会增加;预计2010-2015年所有人均生态足迹组成类型均呈现上升趋势,尤以人均化石能源生态足迹增长显著;1997-2009年人均生态承载力均小于人均生态足迹,导致生态赤字,甘肃省生态环境处于不可持续状态,预计2010-2015年人均生态承载力略有增长,但仍小于人均生态足迹,生态赤字不断增大,预计2015年增长到-2.0468 hm²/人,约为2009年(-1.0262 hm²/人)的两倍,甘肃省生态环境不断恶化;经济的发展依赖于化石能源的消耗而造成对自然资源的过度利用,大量耕地转换为建设用地,草地荒漠化是引起甘肃省生态赤字的主要原因;改变经济发展和资源消费模式,控制人口规模,减少人均生态足迹消耗,优化配置和集约节约利用自然资源,提高生态承载力是促进社会经济和资源环境可持续发展的有效途经。     

新疆白杨河流域特征及生态植被需水分析

新疆白杨河流域地跨上游乌鲁木齐市达坂城及下游吐鲁番市托克逊县两个行政区,上游达坂城区位于天山博格达峰山前冲击、洪积山间盆地干旱区,源于天山多支源流汇集于盆地南端峡口,基于峡口形成下游并由有多支流沿程补给白杨河干流,穿越极端干旱戈壁荒漠区的托克逊县直至末端吐鲁番市境内尾闾-艾丁湖,是我国典型少有的跨越干旱与极端干旱叠加型流域灌区,水资源有效利用及水生态环境保护具有重要作用。遵循流域各河流水系形成的自然生态环境属性及河道取水工程节点,采用Penman-Monteith法生态需水定额和卫星遥感面积识别及水文年内展布方法,分析评估流域内上下游绿洲生态环境植被需水量和河流生态基流及其调控断面。结果表明,上游达坂城区黑沟河年生态需水量、生态基流、年均径流占比和控制断面,分别为921万m³、0.29m³/s、18%和黑沟渠首;阿克苏河为1048万m³、0.33m³/s、12%和阿克苏渠首;高崖子河为862万m³、0.27m³/s、12%和高崖子渠首;下游托克逊境内由白杨河干流调节,艾丁湖等生态需水量分别为4256万m³、1.35m³/s、32%和小草湖渠首。白杨河流域年生态需水7880万m³,生态基流2.50m³/s,生态水占年均径流量17%,分析结果为流域生态环境管理保护提供依据。     

基于本土参数的流域生态足迹评估与不确定分析

产量因子和均衡因子是生态足迹模型的关键参数,评估其取值的不确定性对完善生态足迹核算模型具有重要意义。以牛栏江流域为例,应用生态足迹模型评估了2014年整个流域及流域内11个区县的生态足迹与生态承载力,通过计算本土产量因子并与国内外常用值对比,进行流域生态足迹不确定性分析。研究结果表明:2014年牛栏江流域生态足迹为3521404 ghm~2(全球公顷),可利用生物承载力为2338535 ghm~2,处于不可持续发展状态,其中官渡区生态超载率最高。不同研究中均衡因子、产量因子取值差异较大,其中耕地的均衡因子最大值是最小值的4.16倍,草地的产量因子最大值是最小值的4.16倍;采用均衡因子和产量因子最大值计算所得流域生态足迹、生态承载力,生态赤字分别是最小值的2.5倍、3.9倍、1.4倍。由于牛栏江流域特殊的气候和地形以及畜牧业、渔业发展程度低,因此计算生态足迹时需要进行详细的分类,不能简单的采用全球及全国的因子。     

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。     

基于国家生态足迹账户计算方法的福建省生态足迹研究

运用国家生态足迹账户计算方法(2010版),计算并分析2000-2009年福建省的生态足迹和生态承载力,旨在展示国外生态足迹计算方法研究的最新进展,更准确地揭示近年来福建省的生态足迹和生态承载力状况。结果表明:2000-2009年福建省人均生态足迹由1.2902 gha^**快速增长至2.4925 gha;人均生态承载力由0.9772 gha轻微下降为0.9363 gha;生态赤字持续快速扩大,支撑经济发展由需要1.32倍的福建生态承载力变为需要2.66倍;碳吸收地在生态足迹结构中始终占据首位且呈快速扩大趋势,是福建生态赤字的主导因素;生态效率年均增长率大大低于地区生产总值年均增长率,目前福建生态效率还远低于主要发达国家。     

基于风险-质量的高原湖泊流域生态分区构建——以滇池流域为例

随着人类足迹不断延伸,高原湖泊流域人地系统三生空间冲突显著。以滇池流域为例,顾及流域三生空间冲突风险,基于三生空间景观格局和生态环境质量的变化,尝试引入四象限模型,结合热点分析,划分风险-质量综合生态环境分区。结果表明:(1)滇池流域三生空间冲突风险类型以较强为主,冲突曲线指数呈现倒"U"型,较强冲突比重不断下降。三生空间类型转换明显,生活空间共增长了312.23km²,主要是由于高原湖泊流域的快速城镇化使得生活空间大量挤占了生产和生态空间。(2)滇池流域生态环境质量总体呈现下降趋势,空间上以滇池为中心呈现高-低-高的分布特征。较高质量和高质量区面积减少了136.66km²;低质量区和较低质量区由699.65km²上升到930.51km²,约占流域总面积的1/3。(3)基于三生空间冲突风险和生态环境质量两个维度将生态分区分为综合生态环境优质、良好、一般、劣质四类,四类区的空间分布连续性相对较好,尤以劣质区面积连续扩展的态势最为典型。针对不同生态分区提出差异化管理措施,为流域人地协调发展提供实践指导。     

北部湾南流江流域植被净初级生产力时空分布及其驱动因素

分析北部湾南流江流域净初级生产力时空动态变化特征及其驱动机制,为该区域生态环境保护及应对气候变化提供科学依据。基于光能利用率模型（CASA）,利用遥感数据、气象数据和植被类型数据估算了研究区2000-2015年流域的净初级生产力（NPP）,借助于Theil-Sen趋势、Mann-Kendall检验以及Hurst指数等数理统计方法对研究区NPP的时空变化特征、未来趋势及其驱动因素进行了定量化分析。结果表明：①时间尺度上,流域NPP总体上呈现出波动上升趋势,增速为44.03 g C m^-2（10 a）^-1,快于广西自治区,上游和下游地区NPP快于全区,而中游地区慢于全区;②空间尺度上,流域NPP的分布规律表现出明显的地域分异,中游最高（1098.99 g C/m²）,下游次之（1041.71 g C/m²）,而上游最小（1013.22 g C/m²）。NPP的Sen趋势度介于-77.10-74.80 g C m^-2 a^-1之间,在空间上呈现出增加的趋势。③空间波动性上,流域NPP的变异系数较大,其值介于0.01-0.71,其中洪潮江水库、小江水库周边以及玉林市的城乡建设用地扩张区域处于高波动状态,而流域中部的六万大山以及五皇山地带则处于低波动状态;④未来变化趋势上,流域NPP的Hurst指数范围介于0-0.99之间,平均值为0.70,呈现单峰右偏分布,预示着流域NPP未来处于持续性增加的趋势;⑤驱动机制上,流域NPP与多年平均气温呈正相关关系,与年均降水量呈负相关关系,气温是该流域植被NPP的主控因子。由耕地转化为建设用地所导致的NPP损失值最大,其值达到4715.62 t/a,而草地转换为建设用地导致NPP损失值最小,其值仅为184.63 t/a。     

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GTWR模型的浙江省海岸带三维生态足迹动态变化及其影响因素

厘清海岸带自然资本存量消耗和自然资本流量占用情况及其影响因素,能有效缓解海岸带社会经济发展与自然资源、生态环境之间的矛盾,促进区域协调可持续发展。本研究基于二维和三维生态足迹评价模型,分析浙江省海岸带2006—2016年生态足迹时空变化特征,基于足迹深度和足迹广度探究了区域自然资本存量和资本流量占用情况,并利用时空地理加权模型分析其影响因素的时空异质性。结果表明: 研究期间,浙江省海岸带生态危机加深,人均生态赤字平均值为3.5 hm²·cap^-1,人均生态赤字上升了15.5%,其中,能源消耗账户对人均生态足迹的贡献率大于生物资源账户;各县区人均生态足迹呈增长趋势,且空间分异显著。浙江省海岸带以消耗自然资本存量为主,且对自然资本流量更新起到较大的抑制作用;2016年,自然资本存量的消耗量是资本流量占有量的14.87倍。城市规模和经济发展水平、人民收入水平对浙江省海岸带各县区生态足迹以正向促进作用为主,渔业生产对生态足迹为负向影响,并有向正向影响作用转换的趋势,3个影响因子的影响机制时空分异性显著。     

基于三维生态足迹模型的长江中游城市群平衡性分析与生态补偿研究

长江中游城市群是长江经济带的重要组成部分,明晰生态足迹平衡性对城市群区域间生态补偿以及长江中游城市群生态可持续发展具有重要意义。研究采用三维生态足迹模型和基尼系数,核算长江中游城市群各市生态足迹及生态承载力,并对其生态足迹空间平衡性进行分析;同时依据三维生态足迹相关理论,计算各市生态补偿金额。结果表明：①2000-2015年长江中游城市群整体生态足迹持续上升,由65.52 hm²/人增加至139.38 hm²/人,年增长率为7.52%,武汉城市圈和襄荆宜城市群对生态足迹增长的贡献最大;②生态承载力呈下降趋势,由11.25 hm²/人减小至10.73 hm²/人,从土地利用类型来看,耕地和林地是提供生态承载能力的最主要因素;③生态足迹的综合基尼系数处于0.425-0.488之间,整体上处于"集聚程度较大"的区间范围,空间分布显示出不平衡性;④2000-2015年长江中游城市群生态补偿支付区和补偿金额持续增加,各子城市群生态补偿差异大小关系为：环鄱阳湖城市群 > 环长株潭城市群 > 武汉城市圈和襄荆宜城市群。通过分析区域生态足迹、生态承载力的时空变化特征并提出对应补偿方案,以期为长江中游城市群生态建设和管理提供决策依据。     

基于土地利用变化的玛纳斯河流域景观生态风险评价

摘要：随着人类活动范围日益扩张和强度增加,景观生态风险评价已经成为预测和衡量生态环境质量和动态演化的重要手段。本文以玛纳斯河流域（简称玛河流域）为研究区,选取2000、2005、2010和2015年4期Landsat TM/ETM遥感影像,运用ENVI软件对研究区土地利用类型进行解译,定量分析流域近15年来土地利用动态变化特征,基于景观格局指数,采用地统计学方法,探究玛河流域景观生态风险程度及时空分异特征。结果表明：（1）2000—2015年,玛河流域景观格局发生了较大变化,耕地景观面积增加最多（2638.31 km^2）,主要由草地和未利用地转入;未利用地景观面积减少最多（2559.99 km^2）,主要转化成了草地、耕地和林地;（2）将流域景观生态风险划分为5个等级,研究期内流域低、中风险区面积增加而较高、高风险区面积减少,整体景观生态风险指数减小,所以研究区生态环境在整体上呈现好转;（3）2000—2005年、2010—2015年玛河流域在景观风险分布格局上发生较小变化,但2005—2010年流域景观风险分布格局发生较大变化,主要是中、较高和高风险区向流域南北方向分散并转移,低风险区向流域北部转移。     

基于遥感生态指数的新疆玛纳斯湖湿地生态变化评价

以2000、2006和2016年3期的Landsat遥感影像为基础数据源,结合前人研究成果和实地考察,借助RSEI指数,对玛纳斯湖湿地生态环境进行监测和评价。结果表明:利用主成分分析技术集成植被指数、湿度分量、地表温度和土壤指数建立的RSEI指数具有一定的适用性,可较好的对玛纳斯湖湿地生态环境质量状况及其时空变化进行监测和评价。2000、2006和2016年RSEI指数均值分别为0.227、0.183、0.234,对RSEI指数进行分级处理后,发现流域生态环境质量"较差"等级居于主导地位,"优"等级有所增加,湿地生态环境质量向好的方向发展。气候变化和人类活动共同作用于玛纳斯湖湿地产生的生态环境效应,日益增强的人类活动是湿地退化的主要原因,多年来粗放型的农业发展使玛纳斯河流域人口、经济与生态环境之间的关系严重失调。从优化水资源配置角度提出对主要源流流域水土资源大规模开发的同时,应重视尾闾湖泊湿地的生态价值与可持续发展。     

基于改进三维生态足迹模型的洞庭湖区生态可持续时空演化研究

洞庭湖是长江流域重要的调蓄湖泊,也是中国重要的农产品主产区。科学评估洞庭湖区生态可持续状态,揭示其时空演化特征,对探究其生态可持续影响因素与作用机理,降低生态赤字具有重要意义。基于碳足迹与生态足迹理论构建了改进的三维生态足迹模型,填补了化石能源无法核算生态承载力的问题,同时调整了不同土地利用类型的参数因子。在对洞庭湖区25个区县进行可持续发展的动态评价分析中,计算了2000—2019年生态赤字、足迹广度与深度的时空分布特征。研究结果表明：(1)近20年来洞庭湖区的人均生态足迹增长速度远高于人均生态承载力,致使人均生态赤字在时间维度上不断增大,空间维度上呈湖滨向周边地区扩散的趋势;(2)洞庭湖区除林地之外的土地利用类型均存在自然资本存量的消耗,且表现为高生态赤字;(3)三次产业结构的分配、土地利用的变化、居民对生活质量的提高以及生态保护政策的有效实施等均会对洞庭湖区的可持续发展产生较大影响;(4)改进后的化石能源账户相较于传统账户的计算方法更能反映真实的碳排量与碳吸收量。研究以期为洞庭湖区土地利用、生态保护以及促进社会经济可持续发展提供科学参考。     

1975—2015年玛纳斯河流域土地利用变化的地学信息图谱分析

地学信息图谱分析可利用图形语言将复杂的地理现象进行简洁的表达,对开展多时空尺度土地利用变化空间格局与时间过程的集成研究具有重要意义.本研究以新疆玛纳斯河流域为例,基于7期遥感数据(1975、1990、1995、2000、2005、2010和2015年)构建土地利用/覆被变化(LUCC)图谱体系,定量分析流域LUCC过程及趋势.结果表明:1975—2015年,流域土地利用变化幅度逐渐减弱,土地利用结构由复杂趋向单一,后期趋于稳定.1975—1990年,流域内草地涨势最强,主要来源于未利用土地的转入.1990—2015年,耕地增幅最大,主要由未利用土地、林草地转换而来.土地利用变化模式图谱显示,前期变化型、后期变化型及持续变化型仅占流域面积的1.3%,图谱单元总体变化以未利用土地转向耕地、草地和水域占主导,土地利用变化过程较为稳定.土地利用变化频率图谱的稳定不变区域覆盖流域面积的61.2%,土地利用空间格局相对稳定.土地利用转变最频繁的方式为耕地的持续扩张,以沙湾县柳毛湾镇和玛纳斯县六户地镇为左右中心,呈“摊饼式”向两侧扩张,延伸至古尔班通古特沙漠.通过构建土地利用时空变化图谱,丰富了LUCC时空分析方法体系,为今后开展多时空尺度下的LUCC研究提供了有效手段.     

1930—2010年额济纳三角洲土地利用景观格局变化

干旱区内陆河流域下游的土地利用、景观格局对水资源调配具有重要意义.本文基于1930、1961、1990、2000、2010年土地利用数据,分析黑河流域下游额济纳三角洲土地利用和景观格局的变化.结果表明: 2010年,研究区沙漠化土地面积占总面积的73.4%,其次是草地,占20.8%.1930—2010年,土地利用变化最明显的特征是草地、农田和建设用地增加;各土地类型间转化突出表现为农田和建设用地的转入;土地利用景观破碎度和多样性增加,优势度降低,且具有明显水源依赖性和地域性差异;土地利用变化使景观趋于均匀、多样、破碎.基于其驱动因素及生态环境效应的探讨,针对人-水-生态协调问题,提出“有计划生态移民、限制农田面积、发展集约式精准农业、增加生态用水比例”的建议.     

玛纳斯河流域盐渍化灌区生态环境遥感监测研究

土壤盐渍化已成为全球性问题,给生态环境及农业生产带来严重的威胁。为了快速、准确评价土壤盐渍化给区域生态坏境带来的影响,该文提出了新的完全基于遥感数据的遥感生态指数(SSEI,Soil Salinization Ecology Index)来监测玛纳斯河流域盐渍化灌区生态环境变化。该指数利用主成分分析的方法耦合与土壤盐渍化相关的土壤盐度、地表反照率、植被覆盖度和土壤湿度四大地表参数,指数构建是数据本身性质所决定,不同于以往遥感与非遥感指数加权叠加易受人为影响。研究结果表明:耦合与盐渍化信息相关的各遥感指数得到的生态指数,能够对土壤盐渍化影响区域的生态环境进行快速、定量、客观的监测。将该指数应用到新疆玛纳斯河流域灌区,结果表明在近26年优和良等级生态环境面积增加了12.89%,这说明灌区生态环境有所改善。该研究对土壤盐渍化监测与评价具有一定参考意义。     

塔里木河流域相对资源承载力

基于改进的相对资源承载力模型,计算2000-2011年塔里木河流域的相对资源人口承载力和相对资源经济承载力,并探讨塔河流域42个县市相对资源承载力的演变规律及空间差异。研究表明:(1)改进的相对资源承载力模型具有一定的研究价值,对于拓宽相对资源承载力评价模型的应用具有实践意义。(2)以新疆为参照区,塔河流域2000-2011年处于人口严重超载、经济非常富余或富余阶段。(3)与全疆相比,土地资源是塔河流域的相对优势资源,水资源是制约塔河流域人口、经济发展的相对劣势资源。(4)以塔河流域为参照区,流域内42个县市的相对资源人口承载力和相对资源经济承载力的空间差异显著。(4)依据相对资源人口、经济承载力的超载、富余状态将塔河流域42县市归为A、B、C、D 4种资源承载力匹配区,并总结其时序演变特点和发展策略。     

基于改进三维生态足迹的沈阳市自然资本动态

利用改进后的三维生态足迹模型,对沈阳市1995—2014年自然资本动态变化趋势进行分析.结果表明: 1995—2014年,沈阳市人均生态承载力整体呈小幅波动,人均生态足迹、人均生态赤字、人均足迹广度和足迹深度整体上呈波动式增加;足迹广度和足迹深度的变化率逐渐趋向稳定;耕地自然资本利用从2004年开始由资本流量过渡为资本存量,资本存量取代资本流量成为区域耕地自然资源需要的来源,且存量流量利用比逐渐增大;林地一直在利用资本流量,资本流量占用率基本保持不变;草地和水域一直在利用资本存量,且存量流量利用比逐渐增大;沈阳市的发展处于不可持续状态.协调好自然资本存量消耗与存量流量利用之间的关系是实现沈阳市可持续发展的关键途径之一.可通过开发新能源、合理规划土地和提高土地利用率来减少对自然资本的消耗,同时加强对生态环境的保护,以实现沈阳市的可持续发展.     

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…     

基于山地-绿洲-荒漠系统的生态系统服务正负价值测算——以新疆玛纳斯河流域为例

基于不同生态单元分析生态系统服务正负价值有助于全面客观地了解生态系统服务的异质性。选择典型山地-绿洲-荒漠系统(Mountain-Oasis-Desert System,MODS)下的玛纳斯河流域作为研究区,以1990年、1995年、2000年、2005年、2010年及2015年Landsat系列遥感影像为数据源,采用修正后的生态系统服务价值系数对不同生态单元下的生态系统服务正负价值进行估算。结果表明:(1)1990—2015年玛纳斯河流域土地利用/覆被变化较为显著,耕地、水域及建设用地面积呈现增加趋势,林地、草地及未利用地面积呈减少趋势,其中耕地和未利用地面积变化最为剧烈,建设用地增幅最大,林地减幅最大。(2)研究时段内,研究区正向价值远高于负向价值,且净价值小幅度增加。正向价值在经历"增加-减少-减少-增加-增加"的变化过程后呈现增加趋势,并呈现山地区绿洲区荒漠区的特征;各负向价值均表现为不同程度的增大趋势,其中温室气体排放、化肥流失及水资源消耗是流域内最为突出的负向生态系统服务,三者价值之和占比在不同时间段上均达90%以上;净价值由研究初期的8947.89×10~6元增加至末期的10409.99×10~6元,年均增加0.65%。(3)人均生态系统服务净价值呈现下降趋势,流域环境压力增大。