基于InVEST模型的黑河流域生态系统服务空间格局分析

本文基于InVEST模型对黑河流域2011年产水量、土壤保持、水质净化、生物多样性维持、碳储存、食物供给6项服务进行估算,并利用空间统计方法计算各项生态系统服务的冷热点分布格局、空间分异特征、服务综合热点区域。结果表明:各服务类型在空间分布上呈现出差异化规律;上游是该流域主要的产水区域,其他生态系统服务主要集中在中游,下游产水供给、水质净化服务都远低于中游;在主要生态系统类型中,草地是承担生态系统供给服务的主要角色;热点分布大多呈现"南高北低,中上游高、下游低"的空间格局,各类生态系统服务空间分异以低-低类型和低-高类型为主。本文通过分析流域生态系统服务的空间分布格局,为确定流域生态保护与建设目标提供了基础,也为其他流域开展生态系统服务空间评估研究提供了重要参考。     

重庆澎溪河湿地自然保护区生物多样性空间格局及热点区

生物多样性空间格局和热点区域的分析与探测是进行生物多样性保护规划和科学管理的有效途径。以重庆澎溪河湿地自然保护区为例,基于实地综合调查、历史资料、文献信息,利用生境质量指数、物种多样性和景观多样性评价指标,构建生物多样性综合指数。结合空间自相关分析,揭示保护区生物多样性空间分布格局及其空间自相关程度,并识别生物多样性热点区,探讨现有保护区对热点区域的保护有效性。结果表明: 保护区生物多样性空间格局呈现出随距河流及两岸消落带距离的增加而减少的趋势,生物多样性指数高值区主要集中在澎溪河、普里河、白夹溪及其沿岸地区。生物多样性在空间分布上具有显著的正相关性,局部空间自相关以高-高聚集和低-低聚集类型为主。生物多样性热点区域面积为457 hm²,占保护区总面积的11.1%。现有保护区核心区涵盖了51%的热点区域和50%的次热点区域,保护区结构和功能区布局有待进一步优化调整,建议将普里河段龙王堂区域,白夹溪小垭口、邓家湾、洞子岩、龙王塘、旧屋咀、铧头咀、新铺子与龙家院子等热点区域纳入核心区,将冷点区域划到核心区之外,完善保护区功能区划。研究结果可为保护区范围及功能区优化和管控、合理推进“三区变两区”调整提供定量的基础资料,对于提高物种保护效率、制定科学的保护策略具有指导意义。     

甘肃白龙江流域水土流失的景观生态风险评价

以青藏高原、黄土高原和秦巴山区三大地形交汇过渡带水土流失的典型流域——甘肃白龙江流域为研究区,结合RUSLE模型和生态风险评价方法,定量分析流域尺度的水土流失景观生态风险时空分异特征。结果表明:(1)白龙江流域水土流失景观生态风险较高,中等风险区以上面积占研究区总面积的48%;在空间上,白龙江两岸及其以北区域、岷江沿岸和迭部县西北部地区的景观生态风险高于其他地区。(2)景观生态风险格局变化不大,呈先增加后减弱的趋势,尤其在2002年后,低风险区迅速增加,其面积达280.89 km2,表明研究区水土流失治理效果显著。(3)水土流失的景观生态风险主要集中在未利用地和耕地(尤其是坡耕地),而林地的生态风险最低;武都区水土流失景观生态风险面积最大。今后重点治理的区域应集中在马街乡、洛塘镇、安化镇、汉王镇、鱼龙乡、浦田乡、熊池乡、桔柑乡和两水镇北部等区域。     

基于GeoDA的甘肃白龙江流域景观破碎化空间关联性

景观破碎化是景观生态学研究热点,其空间分布研究可为景观格局优化提供科学依据。本文综合运用景观格局指数、网格分析和空间自相关等,基于Arc GIS和GeoDA平台分析了2014年甘肃白龙江流域景观破碎化的空间关联性。结果表明:(1)2014年甘肃白龙江流域不同网格大小下景观格局指数边缘密度(ED)、蔓延度(CONTAG)、Shannon多样性(SHDI)的Moran I分别介于0.478~0.501、0.276~0.374、0.406~0.436,在空间上均呈较强的正相关关系,说明流域景观破碎化空间上呈现集聚现象,存在高高聚集区和低低聚集区。(2)以10 km×10 km为特征尺度研究流域景观破碎化的空间集聚效应,发现流域景观破碎化程度较高区域主要集中在武都中部,较低区域主要在文县南部。(3)以10 km×10 km为特征尺度,流域人类活动强度与景观格局指数ED和SHDI的Moran I分别为0.170和0.180,在空间上均呈正相关关系;而与景观格局指数CONTAG的Moran I为-0.095,呈空间负相关,表明流域人类活动强度对景观破碎化的空间分布特征起到一定作用。研究表明,GeoDA可应用于景观生态空间分析。     

基于生态系统评价的山水林田湖草生态保护与修复体系构建研究——以乌梁素海流域为例

山水林田湖草系统保护与修复工程实施的重要目标是维护和提升区域生态系统服务。从乌梁素海流域山水林田湖草的生态现状与功能出发,对乌梁素海流域水土流失、土地沙化等生态敏感性及土壤保持、水源涵养、生物多样性等生态功能重要性进行系统评价,形成基于生态敏感性和生态功能重要性相结合的空间格局评价结果。以维护和提升人类福祉所需的重要生态系统服务为目标,以乌梁素海流域生态敏感性和生态功能重要性相结合的空间格局评价结果为基础,制定了“一中心、二重点、六要素、七工程”的乌梁素海山水林田湖草生态保护与修复体系,并基于此将乌梁素海流域生态保护修复分为6个主要治理区域,形成“四区、一带、一网”的生态安全格局,通过具体工程实施,流域生态环境质量和生态服务能力将取得明显提升,防风固沙能力有效增强,生物多样性持续改善,水环境质量稳定达标,生态系统的稳定性明显加强。通过乌梁素海流域的分析案例为流域山水林田湖草生态保护与修复关键区域的识别提供了定量分析方法,为流域尺度构建生态安全格局、实现山水林田湖草系统保护和修复提供思路和途径。     

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。     

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.     

基于地形梯度的甘肃白龙江流域典型生态系统服务分布特征

白龙江流域是长江上游重要的水源涵养区和生态屏障,同时也是国家级贫困县集中连片区(秦巴山区)。基于ArcGIS软件和InVEST模型,从高程、坡度、地形起伏度、地形位指数等方面分析了甘肃白龙江流域典型生态系统服务的地形梯度特征。结果表明:(1)甘肃白龙江流域碳储量、水源涵养、生境质量、土壤保持服务功能的空间分异明显,其高值区主要分布在自然保护区、林区,低值区则在河谷、城镇、农耕地区。(2)碳储量、水源涵养和生境质量随着坡度和地形起伏度的增加而增加,土壤保持则呈先增加后降低的趋势,随地形位指数增加呈现波动变化;(3)流域综合生态系统服务供给重要区域逐渐向两极分化,多种生态系统供给服务的重要区域主要在中高梯度片区,而一般区主要分布在低梯度片。地形特征是影响流域生态系统服务梯度差异的重要因素。通过分析流域不同地形因子下分析碳储量、水源涵养、生境质量、土壤保持的空间分异特征,可为中国西部山地流域生态系统格局优化管控和生态文明建设提供科学依据。     

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.     

西南地区生物文化多样性空间格局定量研究

自然条件的丰富性与独特性以及多民族聚居的特征使得西南地区成为我国生物多样性和文化多样性的热点地区,但当前仍然缺乏对区域生物文化多样性格局的定量研究。以西南地区603个县级行政区为基本单元,探讨了西南地区的文化多样性与生物多样性的分布格局,在此基础上定量计算了生物文化多样性,从而识别西南地区生物文化多样性空间格局,并分析不同因素对多样性空间分布的影响。文化多样性与生物多样性存在一定的空间分布差异,同时也存在高低值聚类的重叠区域。高生物文化多样性的区域与高生物多样性的区域分布较为相似,而低生物文化多样性的区域与低文化多样性的区域分布较为接近;生物文化多样性的高低值聚类区呈现明显的片状格局。由于生境条件与人为干扰等原因,西南地区文化多样性、生物多样性与生物文化多样性沿河流流向大多呈现"低-高"或"低-高-低"的变化状态。影响因素分析表明,文化多样性与生物多样性产生相互促进的作用;三种多样性的空间分布都受到平均坡度的重要影响;多样性高的单元聚集在地形坡度大、海拔与坡度的差异程度较大而水体覆盖率较低的区域。文化多样性与生物多样性的密切联系表现在地理空间上的交叉重合,因此,对文化多样性与生物多样性的保护应统筹兼顾,并更多从生物文化多样性的视角或者途径来开展相关研究与保护实践。     

下辽河平原景观格局脆弱性及空间关联格局

以东北三省开发强度最大的辽河中下游地区——下辽河平原为研究对象,根据景观格局脆弱性的概念及内涵,通过景观敏感度指数和景观适应度指数构建景观格局脆弱度指数,并借助地统计学和空间自相关模型分析的理论方法,对下辽河平原景观格局脆弱度的空间分布特征、变异规律以及空间关联格局进行探讨,结果表明:①1989—2010年下辽河平原景观格局脆弱度总体上呈递减趋势;②1989—2010年研究区景观格局脆弱度Moran's I表现为一定程度的正相关,且相关程度略微呈下降趋势;③1989—2010年研究区景观格局脆弱度局部空间自相关和显著性水平均发生了明显的变化;④研究区各时期景观格局脆弱度的空间相关性是受结构性因素和非结构性因素共同影响,C0所占的比例在3a期间有逐步上升趋势,表明非结构性因素对景观格局脆弱度演变的影响程度不断加深,但是结构性因素(地形地貌、水文、土壤植被类型等)仍然对本区景观格局脆弱度的空间分布起决定性作用。     

景观空间异质性及城市化关联——以江苏省沿江地区为例

空间异质性是揭示地理现象空间分异规律的重要标志.基于高分辨率卫星遥感影像数据,利用景观生态指数和统计学方法,构建景观空间异质性综合模型,定量测度了江苏省沿江地区景观空间异质性特征及城市化关联,并基于二者的相关性将研究区域划分为6个异质性梯度区,提出了应对城市化干扰的景观空间协调对策.结果表明:景观空间异质性综合模型是对景观斑块结构、形态、数量3个组分特征的反映,是揭示景观连通性、稳定性和破碎化的重要依据;景观空间异质性与3个城市化参数之间存在显著的正相关,城镇空间扩张模式和城镇人口的集聚强度对景观空间异质性影响较大;景观空间异质性梯度分异与区域开发强度、开发时序存在显著的耦合关系;同时,面对城市化的干扰,应该实施保护生态景观空间、减少建设空间与其它景观的接触概率和实施差别化的城市化战略等政策协调城市化发展与景观生态保护之间的矛盾.     

Current patterns of plant diversity and phylogenetic structure on the Kunlun Mountains

Large-scale patterns of biodiversity and the underlying mechanisms that regulate these patterns are central topics in biogeography and macroecology. The Qinghai-Tibet Plateau serves as a natural laboratory for studying these issues. However, most previous studies have focused on the entire Qinghai-Tibet Plateau, leaving independent physical geographic subunits in the region less well understood. We studied the current plant diversity of the Kunlun Mountains, an independent physical geographic subunit located in northwestern China on the northern edge of the Qinghai-Tibet Plateau. We integrated measures of species distribution, geological history, and phylogeography, and analyzed the taxonomic richness, phylogenetic diversity, and community phylogenetic structure of the current plant diversity in the area. The distribution patterns of 1911 seed plants showed that species were distributed mainly in the eastern regions of the Kunlun Mountains. The taxonomic richness, phylogenetic diversity, and genera richness showed that the eastern regions of the Kunlun Mountains should be the priority area of biodiversity conservation, particularly the southeastern regions. The proportion of Chinese endemic species inhabiting the Kunlun Mountains and their floristic similarity may indicate that the current patterns of species diversity were favored via species colonization. The Hengduan Mountains, a biodiversity hotspot, is likely the largest source of species colonization of the Kunlun Mountains after the Quaternary. The net relatedness index indicated that 20 of the 28 communities examined were phylogenetically dispersed, while the remaining communities were phylogenetically clustered. The nearest taxon index indicated that 27 of the 28 communities were phylogenetically clustered. These results suggest that species colonization and habitat filtering may have contributed to the current plant diversity of the Kunlun Mountains via ecological and evolutionary processes, and habitat filtering may play an important role in this ecological process.     

基于生态供需视角的生态安全格局构建与优化——以长三角地区为例

生态安全格局构建是保障区域生态安全与提升人类福祉的基本途径之一。以长三角地区为案例区,通过生境质量评估、生态系统服务重要性评价和景观连通性分析识别区域生态源地,在利用生态系统服务价值化方法辨别高生态需求区的基础上,运用最小累积阻力模型提取源地与高需求地之间的生态廊道,以构建并优化区域生态安全格局。研究结果表明:长三角地区生态源地总面积64911km~2,占全区的32.51%,主要分布于皖南和浙中;区域中高与较高生态需求斑块总面积占全区46.60%,主要位于上海市和江苏省;区域生态廊道总长度11188.85km,源间廊道主要分布于长江沿岸和区域南部,需求廊道主要位于区域东中北部。研究首次将生态需求评价纳入生态廊道建设框架,为生态安全格局构建提供新思路,结果可为生态空间保护规划提供参考。     

黄河流域濒危物种保护热点区与保护空缺识别

黄河流域具有重要的生物多样性保护意义,通过研究珍稀濒危物种分布热点区可为生物多样性保护提供依据。选取70种濒危维管植物和陆生脊椎动物,综合多来源的分布数据,运用物种分布模型Maxent模拟物种分布区,结合自然地理区划,计算保护价值,进行热点区分析,并结合国家级自然保护区和国家公园体制试点区的分布情况进行空缺分析。研究结果显示,黄河流域濒危物种分布主要呈现出南高北低、集中于山地的特征,热点区包括秦岭区域、太行山区域、子午岭-六盘山区域、陇中高原至松潘高原、祁连山、贺兰山和沿黄湿地等。在区分自然地理区后,现有的国家级自然保护区和国家公园体制试点区覆盖了热点区面积的13.89%,保护空缺主要出现于子午岭南部、六盘山南部、松潘高原南部和拉脊山等。建议在推进黄河流域生态保护和高质量发展中将濒危物种热点区考虑在内,对黄河流域自然保护地体系进行优化,并针对黄河流域的三个自然地理分区提出了相应的保护建议。此外,研究发现,在进行热点区分析时,考虑自然地理区域划分,并综合多类群叠加和单一生物类群的分析结果进行统筹考虑,可能会更好满足生物多样性就地保护需求。     

北京市近二十年景观破碎化格局的时空变化

基于1993—2013年3期时间序列的遥感影像获得的一、二级景观类型的土地覆盖数据,利用移动窗口法和空间主成分分析法研究景观破碎度空间分布格局和破碎化过程。结果表明:北京市正处于快速城市化阶段,20年间其建设用地面积增加了1000.8 km~2,增长47.14%,而耕地面积减少21.86%;全市破碎化程度增加,其中,景观斑块总数增加了15.26%,而景观斑块的平均面积缩小了15.35%,景观形状指数(LSI)从88.426增加到98.897;北京市景观破碎化格局的空间异质性较大,但没有方向性偏好,却表现了"两极化"发展趋势,其中,高破碎化区域和低破碎化区域的面积增加,中等破碎化的区域面积减少,核心大城区和山区的景观破碎度降低,而新兴城区和郊区的景观破碎度增大;北京市景观破碎化格局的距离效应显著,呈现倒"U"型二次函数关系,其中,2013年的破碎度距离函数为:Y_3=0.1767+0.02898X_3-0.0005167X_3~2,距城市中心20—35 km处的城郊交错区景观破碎化程度最高。景观破碎化格局的分析有助于了解大城市快速发展阶段的景观格局演变规律,为城市生物多样性保护、绿地廊道维护和生态文明城市建设提供理论依据。     

武汉城市圈生态网络时空演变及管控分析

武汉城市圈正历经城乡发展转型升级和空间格局调整,生态用地受到一定挤压和切割占用,生态系统功能和景观生态格局受到一定程度的扰动,为贯彻生态文明建设和绿色低碳环保发展的要求,构建以生态廊道、生态节点所组成的整体城市圈的生态网络空间体系。基于形态学空间格局方法和最小累积阻力模型构建4个时期（1990、2000、2010和2018年）的生态网络,利用景观连通性指数和重力模型对源地和廊道进行重要性评价,并提出武汉城市圈生态网络管控的建议。结果表明：（1）1990-2018年,武汉城市圈生态源地总体上表现为逐渐减少的趋势,从16个减少为10个;从空间上看,大型源地斑块并未发生变化,主要分布在研究区南部和北部,林地和水域是生态源地的主要组成景观,但细碎斑块大量减少对区域生态网络具有较大影响。（2）4个时期研究区的生态廊道分别为66条、120条、99条和45条,廊道数量呈现减少的趋势;重要廊道主要分布在研究区北部和东南部,对南北之间的物质和能量交换具有重要作用。（3）景观连通性南北高东西低,中部地区受人类活动干扰综合阻力大,东西部生态节点较少,物种迁移阻碍较大。（4）通过建设踏脚石、修复生态断裂点和廊道差异化保护策略以增强区域景观连通性,促进生物多样性保护,提升生态网络的稳定性。"两型社会"试验区设置后武汉城市圈生态网络水平呈现优化态势,但生态源地之间的相互作用关系还有待增强。研究结果为城市圈未来的国土空间规划和重要生态系统保护和修复工程提供科学参考。     

遥感植被指数与植物多样性的相关性及空间分布特征研究——以海口市主城区为例

植物多样性监测是开展物种保护与植被景观规划的重要基础,对实施生物多样性的优先区域保护具有重要意义.该文以海口市主城区为例,利用Landsat 8遥感数据与样方实测数据分析了植被指数与植物多样性指数之间的相关性,根据相关性分析结果构建植物多样性遥感监测数学模型,并筛选出最优模型用于监测研究区植物多样性的空间分布状况.结果...     

基于系统发育的黄土高原地区木本植物多样性及特有性格局

黄土高原地区植被类型多样, 森林、草原和荒漠在此交汇并逐渐过渡。由于水热条件限制和人类活动加剧, 该地区生态环境脆弱, 生物多样性保护面临的形势日益严峻, 因此获取该区域物种多样性的空间分布格局并阐明其影响因素成为该地区生物多样性保护的首要任务。本研究首先结合标本采集记录与环境因子, 利用物种分布模型获取了293种木本植物的潜在分布区, 分析了物种丰富度和物种加权特有性的空间格局。其次, 引入系统发育信息, 分析系统发育多样性和系统发育特有性的空间格局, 并进一步利用环境因子对上述格局分别进行解释。最后, 对黄土高原地区的特有中心性质和显著性进行分析。结果表明, 生物多样性热点地区均出现在黄土高原南部水热条件较好的地区, 即秦岭和中条山一带。本区域的生物多样性空间格局由年平均降水量和最冷月最低温主导, 符合植物区系交汇带的特点。特有中心集中在南部地区和青海省, 由南向北分别是古特有中心和混合特有中心, 不存在单独的新特有中心。黄土高原地区木本植物起源较为古老, 生物多样性格局的形成以来源于热带或亚热带的物种扩散为主, 物种的分化不占主导地位。上述结果表明了将植物的进化历史纳入生物多样性保护的重要性。