黄河流域城市群土地利用及生态效率时空演变分析

黄河流域城市土地资源的合理高效利用和生态环境的治理可加强其生态保护和高质量发展进程,有效测度城市土地利用及生态效率至关重要。基于随机前沿分析（Stochastic Frontier Analysis,SFA）模型测算黄河流域7个城市群59个城市的土地利用效率（Land Use Efficiency,LUE）、生态绩效指数（Ecological Performance Index,EPI）和生态效率（Ecological Efficiency,EE）,探究其时空变化规律并进行空间自相关分析。结果表明：对比分析非约束模型与约束模型的结果可知,加入生态变量后的LUE平均值增加4.43%。黄河流域城市群LUE年平均值为0.89,多数城市LUE呈增加趋势,空间上呈现出西低东高的分布特征;EPI大于0的城市占比90%以上,其对土地利用效率有正向贡献;城市群EE年平均值为0.62,在空间上呈现出西高东低的分布格局,并存在显著正向的空间聚集格局特征;EE与LUE呈U型关系变化,LUE随EE增大呈现出先降低后提升的变化趋势。未来黄河流域应提高资源利用强度,优化资源配置,深化城市群跨区域交流合作,注重城市生态效率提升,构建高质量发展大格局。     

基于斑块尺度的云南省景观生态安全时空演变及归因

随着人类活动的需求增强和范围扩张,建设开发、农林种植等行为不断侵占和切分原有土地系统,导致区域景观斑块小型化和破碎化,产生了诸多生态问题。云南既是我国西南生态安全屏障,同时也是生态环境比较脆弱敏感的地区,研究云南省景观生态安全及其影响因素,对区域、国家乃至国际生态安全具有重要意义。以云南省为研究对象,提出基于斑块尺度的景观生态安全评价方法评估云南省1990-2018年近三十年的景观生态安全,采用空间自相关方法分析其时空演变规律,并通过地理探测器识别影响景观生态安全的主要驱动因子。结果表明：（1）与传统生态安全评价模型相比,斑块尺度的景观生态安全模型对区域内部景观生态安全的变化更敏感,能够反映区域内部多年景观生态安全状况的细微变化。（2）云南省1990-2018年整体生态安全成本成波动上升趋势,其中"三屏两带"地区的景观生态安全状况提升明显,而滇中城市群外围以及滇东南喀斯特地带的部分区域有所下降。云南省景观生态安全的Global Moran''s I指数平均值为-0.293,区域内部斑块破碎,空间分布上具有离散性。（3）云南省景观生态安全状况目前主要受到人口密度、年平均温度和海拔高度的影响;从交互驱动方面看,云南省景观生态安全空间分布是自然和人文因子共同作用的结果,其中自然因子的交互驱动作用更明显。研究结果可为云南省景观生态安全格局优化提供理论支撑与科学依据。     

榆中县土地利用转型与生态系统服务价值的时空演变研究

生态系统服务价值(ESV)是区域生态安全的重要表征,识别土地利用转型引起的生态系统服务价值变化,对区域生态环境保护具有重大意义。基于2008年和2018年榆中县土地利用数据,借助ArcGIS软件,运用价值当量因子法、生态系统服务价值变化指数、空间统计分析等方法,分析了榆中县土地利用转型对生态系统服务价值变化的影响。结果表明:(1)2008—2018年,榆中县耕地、草地面积减少,建设用地面积增加,耕地—建设用地、草地—耕地、草地—建设用地是榆中县土地转型的主要模式。(2)研究期间,榆中县生态系统服务价值总体呈下降趋势,其中草地ESV占比最大,占比达54%,单项ESV以水文调节和气候调节为主,二者累计占比接近ESV总量的50%。(3)榆中县ESV空间分布具有明显的空间正相关性,ESV的热点区位于榆中县南部,冷点区位于榆中县中部,ESV空间分布呈现南部高,中部低,北部较高的特征,且ESV低值区在榆中县中部进一步扩散。研究结果可以为区域生态环境保护和土地管理提供科学参考。     

滨州市生态系统服务价值与生态风险时空演变及其关联性

以山东省滨州市为研究对象,利用2000、2005、2010年和2015年4期遥感影像数据划分土地利用类型,基于3km×3km评价小区格网化重采样,核算生态系统服务价值和生态风险指数,分析二者动态变化特征及时、空关联性。结果表明：（1）2000-2015年滨州市生态系统服务价值总量由168.06×10⁸元持续增长到205.30×10⁸元,生态风险指数呈现缓慢降低趋势,总体下降5.86%,区域生态安全问题有所改善;（2）单位面积生态系统服务价值和生态风险指数具有较强的正向等级相关性,并存在一定的正向空间关联性;（3）生态系统服务价值变化相对于生态风险指数具有一定的滞后性,高等级生态风险区域的生态系统服务价值存在极大的减小变化的可能性。研究有助于为区域生态安全格局建设和环境保护政策的制定提供参考。     

长江中游城市群生态文明水平测度及时空演变

长江中游城市群在我国区域发展格局中占有重要地位,必须以生态文明为理念进行城市群的建设。使用熵权TOPSIS综合评价法测度长江中游城市群2009至2013年的生态文明水平;利用环境库兹涅茨曲线理论和障碍度模型解析城市群生态文明差异化格局的成因和重要影响因子;运用空间全局自相关方法分析城市群整体生态文明水平的空间聚集程度;借助Jenks自然最佳断裂点法对各地区生态文明状况进行聚类可视化分析。研究表现:(1)人均国内生产总值、人均居民社会消费品零售额、服务业增加值占GDP比重、人均水资源总量、城镇居民年人均可支配收入为5大影响长江中游城市群生态文明水平的重要因素。(2)武汉城市圈中武汉市生态文明水平颇佳,周边城市围绕武汉市呈圈层低值分布,"中心-外围"模式明显;环长株潭城市群展现长沙、株洲双核模式,一定程度上带动临近城市进行生态文明建设,但与相隔较远城市极化现象严重;环鄱阳湖城市群各地市间生态文明差异较小,5年来生态文明水平进步明显。(3)2009至2013年长江中游城市群生态文明聚类特征由微弱的负相关向微弱的正相关演变,并于2012年呈现出较强的集聚倾向。(4)襄阳市、宜昌市生态文明水平逐年下降,由生态文明库兹涅茨曲线的上方跌落至曲线下方,经济刺激对生态文明贡献偏低,九江市生态文明水平的保持与连续性较弱,波动性较大。     

绩效视角下中国生态文明建设的时空交互特征及耦合关系

从绩效视角研究生态文明建设的时空动态特征和耦合关系有助于理解生态文明建设的空间差异机理,对实现生态文明建设提质增效具有重要意义。运用非参数Kernel密度估计、LISA时间路径、时空跃迁和重心耦合等方法,从业绩和效率视角探究了2005-2017年中国生态文明建设的时空动态格局及其耦合关系。研究发现：（1）生态文明建设业绩和效率的整体空间非均衡性差异明显,生态文明建设业绩呈"单峰"演变分布特征,而生态文明建设效率呈明显的"双峰"分布特征。（2）生态文明建设业绩和效率的时空格局动态变迁路径差异显著,生态文明建设业绩局部空间结构和空间依赖方向上稳定性较强,具有协同与竞争并存的特征;而生态文明建设效率的局部空间结构和空间依赖方向上的波动性较生态文明建设业绩强,形成竞争主导型格局。（3）生态文明建设业绩存在路径依赖和空间锁定特征,而生态文明建设效率的类型转移相对活跃,路径依赖和空间锁定特征较生态文明建设业绩弱。（4）生态文明建设业绩和效率的重心趋于集聚,空间耦合关系不断增强。高绩高效型主要分布在东部沿海地区,青海、内蒙古和宁夏为稳定低绩高效型,而其他中西部省域多属低绩低效型。     

重大公共卫生安全事件下城市居民对绿地类型及生态系统服务的需求时空演变特征

全球范围内频发的重大公共卫生安全事件可以改变城市居民的生活方式,并对居民福祉造成损害。为了探究居民对城市绿地类型及其生态系统服务的需求变化,以期使城市居民在重大公共卫生事件发生时更好地从城市绿地中获益,主要运用问卷调查数据,使用Kruskal-Wallis检验、聚类分析和空间自相关分析等方法对新冠疫情(COVID-19)发生的前、中、后三个时期城市居民对城市绿地类型及其生态系统服务需求偏好的时空演变特征进行了分析。结果显示:①随着时间演变,居民对同时期内同种类型的城市绿地以及生态系统服务的需求差异变小。在前期和中期,居民需求最强烈的绿地类型分别是附属绿地、公园绿地;需求最不强烈的绿地类型都是区域绿地。在前期,居民对生态系统服务的需求普遍较为强烈,前期和中期居民需求最强烈的生态系统服务分别是美化城市和放松身心两种类型。在后期,居民需求最强烈和最小的城市绿地类型分别是附属绿地和公园绿地。②居民对于城市绿地类型的需求在这三个时期的空间演变程度要大于对生态系统服务需求的空间演变程度。③居民对于城市绿地及其生态系统服务需求的空间异质性较强,大多呈随机分布格局,只有对后期的四种绿地类型的需求呈聚集分布,主要分布在京津冀地区、内蒙古、山西省、山东省。研究结果旨在为未来重大公共卫生事件影响下城市绿地规划和生态系统服务的可持续利用提供科学支撑,以期更好地保障城市居民生活福祉。     

长沙城市斑块湿地资源的时空演变

利用GIS技术,对长沙市1955、1972和1990年地形图湿地数据及2007年长沙市湿地资源普查数据进行提取和分析,选取最具代表性的斑块湿地作为研究对象,从时间与空间、动态与静态、规模与填埋等视角,研究50年来城市斑块湿地生态系统各层次要素的时空演变过程和变化规律.结果表明:(1)时间层次上,长沙城市斑块湿地总面积呈现先增后减、总体增加的态势;斑块湿地面积变化幅度不断加大,速率逐步加快;(2)规模层次上,面积在32 hm2规模以下的斑块湿地呈增加态势,32 hm2规模以上斑块湿地呈减少态势;(3)动态空间层次上,被填埋斑块湿地的比例在建成区和郊区呈相反的演变结果;(4)静态空间层次上,斑块湿地密度在建成区范围和郊区范围演变结果相背.研究显示,伴随着城市化进程,不同时间尺度、不同规模尺度、不同空间属性、不同空间状态的城市斑块湿地常常呈现差异很大、甚至是截然相反的演变结果;无论是动态空间还是静态空间,建成区与郊区的空间分界线往往是城市斑块湿地演变态势的分水岭.     

中国省际碳足迹广度、深度评价及时空格局

借鉴三维生态足迹方法构建了碳足迹广度、深度测算模型,对吸纳碳排放所占用的自然资本流量、存量进行区分,核算了2000—2016年中国30个省(市、自治区)碳足迹广度和碳足迹深度,并对其进行空间关联性分析。结果显示:①中国碳足迹广度受碳足迹和碳生态承载力的综合影响,由0.173 hm~2/人升至0.329 hm~2/人又降至0.301 hm~2/人;碳足迹广度高值区集中于东北、西北和西南地区,其自然资本流量尚未完全占用,低值区集中于东部沿海和中部,其自然资本流量已不足以补偿碳排放。②2008年起中国碳足迹深度突破自然原长1,数值由1.04升至1.42又降至1.31;研究期内碳足迹深度始终处于自然原长1的有10个地区,高值区集中于东部沿海和中部,尤其是上海可达298.83,以存量资本耗竭为主且生态持续性弱。吸纳碳排放所占用的流量资本和存量资本存在地域互补性。③中国碳足迹广度、深度呈显著的空间正相关。碳足迹广度H-H集聚区分布于东北和西北,该类集聚有减弱趋势;碳足迹深度H-H集聚区主要分布于东部沿海且向中部扩散,该类集聚有增强趋势。通过引入碳足迹广度、深度两项指标对碳足迹的研究方法进行了深化和完善,在碳排放对生态环境影响规模的刻画和表达上取得了较优于传统碳足迹的评价结果。     

中国国家生态旅游示范区空间分布特征研究

选取国家生态旅游示范区为样本, 借助ArcGIS 和GeoDA 分析工具, 对国家生态旅游示范区的空间分布特征进行解构分析。结果表明: 国家生态旅游示范区在空间上分布不均衡, 沿海地区以及部分中西部省份集聚显著。核密度高值区呈现“X”型的分布格局, 省域密度较高的省份总体上呈现出“→”型沿海沿江分布的空间格局。其中交通、环境差异与经济实力是影响国家生态旅游示范区分布的主要因素。     

福建省安溪县土地利用时空演变规律及其关键驱动因素

以福建省安溪县为研究边界,选取了1999—2019年该县及所属乡镇的耕地、林地、草地、园地、水域、建设用地和未利用地等7个土地利用类型作为物种变量,与其相关性较大的社会经济指标为环境变量,采用典范对应分析和空间自相关等方法进行分析,以明确安溪县和所属乡镇的土地利用时空演变特征及其关键驱动因素。研究结果表明:安溪县1999—2019年间土地利用类型变化总体上呈"三减四增"态势,并在全局空间分布格局上呈明显的聚焦状态。全县耕地、草地和水域面积分别减少36.82%、22.91%和8.18%,而林地、园地(主要是茶园)、建设用地和未利用地面积则分别增加了10.37%、56.39%、206.08%和90.14%。就林地面积而言,近10年来安溪县24个乡镇中有1/3的乡镇林地呈下降趋势。其中,祥华、大坪、虎邱、参内、福田和城厢6个乡镇林地面积减少明显。研究表明:在县域水平上,主要土地利用类型变化,除了受地理因素的制约外,主要受社会经济指标和宏观政策的驱动因素调控。排位最大的前3个因素分别是社会消费品零售总额、地区生产总值和茶叶产量。在镇域水平上,不同乡镇由于地理条件,特别是城镇化水平和经济发展状况...     

西南地区生态系统服务价值时空演变及模拟预测

生态系统服务价值(ESV)分析对构建生态安全格局和实现区域可持续发展具有决定作用,为揭示西南地区ESV过去-现在-未来时空演变规律,运用ESV计算体系对西南地区2005—2015ESV动态演变进行定量分析,采用Logistic-CA-Markov耦合模型预测2025年ESV格局。结果表明:(1)2005—2015年西南地区总体呈现增长的趋势,其值达到20.85亿元,主要受青海、西藏水域ESV增加所致,青海、西藏ESV增长率占绝对优势。(2)空间上呈现西北和东南部ESV高、北部ESV低的分布格局;不同类型和不同等级的ESV在空间上相互转换,低等级向高等级转化明显,其他生态景观向建设用地亏损流动减少的价值不足以抵消向水域流动增加的价值,盈利大于亏损,生态环境明显好转。(3)Logistic回归分析各生态景观的ROC值均大于0.87,拟合结果能够满足预测要求;CA-Markov模拟ESV空间布局,Kappa系数为0.86,可以在整体上较准确的反映其空间演变格局。(4)2015—2025年ESV空间演化表明西南地区各区域生态环境总体趋于良好,但建设用地增加的生态负效应不可忽视,还需合理进行用地布局。研究揭示了西南地区过去-现在-未来ESV时空演化规律,提供了长时间序列的时空演化图谱,对该地区实施卓有成效的生态规划及可持续发展提供了科技支撑和重要参考。     

西南地区农业洪涝等级指标构建及时空分布特征

利用西南农业区341个气象站1961—2010年的逐日降水量资料,结合灰色关联分析,以重庆市单站洪涝指标为原型,对该指标降水量临界值进行幅度为-50～+50 mm、步长为1 mm的增减,得到该区域各省份相对应的101个洪涝指标,并结合基于各洪涝指标计算得出的洪涝发生强度与农作物洪涝实际受灾程度的相关性、指标与历史洪涝灾害记录的吻合性以及分省指标的可比性,确定了各省农业洪涝等级指标,同时,分析了该区域农业洪涝灾害的时空分布特征.结果表明： 构建的云南指标为原指标+16 mm,贵州指标为原指标+30 mm,四川-重庆指标为原指标+40 mm,指标定义的洪涝指数与各省份受灾率的相关系数分别为0.314（P<0.05）、0.553（P<0.01）和0.305（P<0.05）,指标与历史灾害记录的吻合性较高.1961—2010年,云南、贵州、四川-重庆洪涝发生较严重的年代分别为20世纪80年代、20世纪90年代、20世纪80年代和21世纪初,洪涝多发区分别位于云南西南和东南部、贵州西南部和四川盆地的西部和东北部.     

基于空间自相关的东海带鱼聚集特征年代际变化

海洋鱼类通常以集群的形式分布在特定空间内,具有高度的空间异质性特征.基于1971—2011年中国机轮拖网渔业捕捞统计及底拖网科学调查获取的东海带鱼数据,并结合夏季研究水域内海表温度及黑潮区PN断面表层盐度数据,利用空间统计方法对东海带鱼资源的聚集特征进行年代际分析.全局自相关性分析显示,1971—2011年Moran I指数先减小再增大且均为正值,表明东海带鱼聚集性呈先减弱再增强的趋势;PN断面表层盐度均值变化趋势与之相反.局部自相关性分析显示,除1971年带鱼热点分布受作业水域范围限制而集中在中部外,1981—2011年带鱼分布热点区域呈现先向南部外海移动,随后逐步向北部外海移动的格局,且相应的热点分布范围亦呈现先集中后扩散的趋势.带鱼热点分布区域随海表温度第一模态变化做适应性移动,且均靠近黑潮北分支左侧水域.     

中国省际灰水足迹测度及荷载系数的空间关联分析

借鉴Hoekstra等提出的灰水足迹计算公式,从农业、工业及生活三方面计算了1998—2012年中国31个省市(自治区)的灰水足迹及其灰水足迹荷载系数。结果表明:1研究期间全国灰水足迹呈现波动趋势,1998年至2006年的灰水足迹呈现波动上升趋势;2007年开始,全国灰水足迹呈现下降趋势;农业在总灰水足迹的贡献率最高、工业最低;231个省市(自治区)15a灰水足迹荷载系数整体呈现小幅波动趋势。在全国内部也存在着明显的地区差异,大体分为5类,分别为高荷载地区、较高荷载区、中度荷载区、较低荷载区、低荷载区。3借助全局与局部空间自相关对全国31个省市(自治区)灰水足迹荷载系数进行空间关联格局分析可知,中国省级灰水足迹存在空间集聚现象且集聚现象逐渐减弱,其中H-H集聚区主要集中在华北地区,L-L集聚区主要集中在南方与青藏地区。通过全国灰水足迹测度与灰水足迹荷载系数空间关联格局分析为灰水足迹分析提供新的研究思路同时为区域可持续发展提供理论支持。     

青藏高原国家公园群建设与社区可持续发展的空间耦合类型

青藏高原国家公园群建设是中国在青藏高原谋划的符合全球可持续发展目标的重大生态文明建设工程,国家公园群建设与社区可持续发展之间存在着利益协调问题迫切需要解决。以青藏科考提出的国家公园群内部及相邻的467个社区作为研究对象,建立了包括自然条件、交通区位、文化因子、国家政策等要素的分析框架,识别国家公园群与社区可持续发展的空间耦合类型。结果表明,运用区域发展的主导因素法,结合空间要素的叠加分析,识别出348个社区受国家公园建设影响因素的作用不明显、空间耦合特征不显著;其余119个社区具有较为显著的空间耦合特征,可以划分为生态移民型(18.7%)、交通枢纽型(26.1%)、特色文化型(27.6%)、沿边发展型(27.6%)和复合型(2.9%)。针对不同类型的社区提出了与国家公园协同发展的差异化调控路径。建立了国家公园关联社区的类型分异识别与调控方法,有助于补充我国国家公园社区可持续发展领域的认识和理解。     

国家棉花品种区域试验纤维品质时空分布与发展趋势

本文选用2005—2014年国家棉花区域试验参试品种纤维品质性状作为试验材料,运用灰色预测法,旨在构建黄河流域、长江流域和西北内陆棉区的灰色预测模型,探索国家棉花区域试验纤维品质时空分布规律,并对未来5年和10年纤维品质发展趋势进行预测.结果表明: 10年期间国家棉花区域试验参试品种的综合纤维品质总体呈逐年提升趋势.纤维长度表现较优,分布阈值有所提高(27.0～32.0 mm),且多数品种纤维长度达到29或30 mm级.断裂比强度总体呈增强趋势,长江流域棉区比强度达到“很强”档水平(31.0 cN·tex^-1)的品种所占比例2011年达到61.1%.马克隆值在棉区间差异显著,黄河流域逐年增高,由B₂档(4.3～4.9)向C₂档(5.0及以上)变化;长江流域马克隆值偏高,基本维持在C₂档水平;西北内陆棉区马克隆值较优,分布在A档(3.7～4.2)和B₂档(4.3～4.9).纺纱均匀性指数由高到低依次为西北内陆棉区、长江流域棉区、黄河流域棉区,其中分布在130～149范围(可纺40～50中支纱)品种所占比例为80.0%.总之,近10年国家棉花品种区试验参试品种综合纤维品质总体上西北内陆棉区相对较优,其次为长江流域棉区,再次为黄河流域棉区.预测在未来5年和10年,国家棉花品种区域试验参试品种综合纤维品质表现为黄河流域呈明显下降趋势,长江流域略微上升,而西北内陆棉区则呈显著下降趋势,这些变化应该引起所在区域棉花育种工作者、国家棉花品种区域试验及审定管理部门的高度重视.     

中国西北干旱地区农牧业生态系统碳排放的空间分布与演变趋势

研究西北干旱地区农牧业生态系统碳排放的空间分布特点与演变趋势对于我国制定更具针对性的农牧业减排政策具有重要的指导意义。对2000—2013年中国西北干旱地区农牧业生态系统碳排放量进行测算的基础上,运用非参数核密度方法对中国西北干旱地区农牧业生态系统碳排放的演变趋势进行分析,研究发现:中国西北地区农牧业生态系统碳排放总量增势强劲,但空间非均衡性特征明显,以新疆最高,甘肃次之,陕西和青海居中,宁夏最低,农牧业碳排放源从以畜牧业为主向以种植业为主转变;西北地区农牧业碳排放强度呈下降趋势,省域差距明显,碳排放强度由大到小排序依次是:青海宁夏甘肃新疆陕西。从考察期内西北干旱地区农牧业碳排放的地区差距来看,整体上呈扩大趋势,但相对微弱的变化态势则反映了其变化幅度相对有限,其原因在于四种碳排放的变化趋势不一致,具体表现为:农田土壤碳排放的地区差距明显扩大;农用物资碳排放的地区差距在大幅扩大的同时,还表现出峰值从陡峭变为平缓,变化区间大幅扩大的现象;牲畜肠道发酵碳排放地区差距大幅缩小;牲畜粪便碳排放的地区差距也明显缩小。     

空间分析方法在微生物生态学研究中的应用

微生物生态正在受到越来越多的关注,对其研究也渐趋深入。然而由于微生物个体微小的特点及研究手段的限制,多数研究还停留在探索阶段,研究方法也在不断完善当中。近年来,较多的研究开始探讨空间因素在微生物多样性和分布中的影响,对空间分布的探讨有助于更好地认识生态过程,是一种有力的研究手段。微生物空间分析方法已经成为微生物生态学领域中重要的研究方向之一,我国空间方法在微生物生态研究中的应用还没有得到普遍的重视。从不同研究角度出发,结合空间统计的作用,对空间统计方法在微生物生态研究中的应用的必要性及现状做了评述。介绍了空间自相关性的检验,方差图,Mantel检验,Kriging插值等方法在微生物生态研究中的应用,并论述了微生物研究中的尺度问题。这一梳理,对丰富微生物生态学研究中的新方法、新手段具有一定价值。