城市用地扩展对生态风险影响的多情景模拟——以内蒙古呼和浩特市为例

城市用地扩展对生态环境的负面效应日益显著。以呼和浩特市为研究区,在分析城市用地扩展时空特征的基础上,调整优化CA模型,对近景年城市用地扩展进行多情景模拟。从城市扩展、生态景观、粮食安全、生态退化等角度构建生态风险压力评价体系,对各情景下城市用地扩展所致的生态风险压力进行评估,得到的主要结论有：1990-2017年,呼和浩特市城市扩展强度指数不断下降,扩展速率经历了"上升-下降"的波动阶段,空间扩展阶段性特征明显;运用CA模型预测2025年、2030年城市用地扩展,只有耕地保护型、生态经济型方案下建设用地扩展速率处于下降态势,扩展强度指数进一步下降;研究时段内,研究区城市扩建压力上升2.2%,景观生态压力增加1.9%,粮食储备压力提高1.4%,生态退化压力抬高11%,生态风险压力提升15%,生态风险预警达到中警水平;到2030年,趋势外推和耕地保护情景下生态风险压力等级由Ⅲ过渡到Ⅳ,城市化发展情景下生态风险压力等级由Ⅲ跃升至Ⅴ,只有生态经济情景下生态风险压力等级由Ⅲ回落到Ⅱ。     

东北粮食主产区耕地生态安全的时空格局及障碍因子——以吉林省为例

针对东北粮食主产区耕地生态安全状况,以吉林省48个县域为研究对象,构建基于PSR-EES模型的耕地生态安全评价指标体系,综合运用改进的TOPSIS模型、马尔可夫链模型、GIS空间分析方法和障碍度模型对1995-2011年吉林省耕地生态安全时空格局以及障碍因子进行分析.结果表明： 1995-2011年,吉林省耕地生态安全综合指数呈波动上升趋势,耕地生态安全等级从敏感级提高到一般安全级;各县域耕地生态安全水平存在“俱乐部趋同”现象,且空间分布格局差异趋于扩大,“两极分化”趋势日益显著,敏感级和临界安全级由带状趋于分散分布,一般安全级和比较安全级由分散趋于集中成片分布,安全级分布比较零散,耕地生态安全等级水平不稳定趋势越来越明显;农民人均纯收入、经济密度、环境保护投资总额占GDP比重、机耕程度、工业固体废物综合利用率是影响吉林省耕地生态安全水平的主要障碍因子.     

世界双遗产地生态安全预警体系构建及应用——以武夷山风景名胜区为例

基于遗产地内涵与标准的深入分析,提出符合世界遗产地保护目的的双遗产地生态安全概念,构建“压力-状态-调控”遗产地生态安全预警框架模型并筛选预警指标.在此基础上,以受自然和人类生态过程作用最强烈且频繁的武夷山风景名胜区为研究对象,引入可拓学中的物元模型理论对景区生态安全进行预警.结果表明： 景区生态安全预警准确率达84%;1997和2009年景区总体生态安全等级均处于Ⅰ级安全水平,即属于无警状态,但2009年生态安全系统风险增加,较1997年更趋于向更低水平的安全等级(Ⅱ)转变.2个时期处于敏感预警等级的单项预警“重警源”指标（限制因子）有所差异;1997-2009年间景区生态安全系统压力增加的同时其调控能力也在增强,但系统仍面临生态安全压力.人口密度、人口自然增长率、茶园面积指数、人均耕地面积、干旱程度、生态环保建设投入是制约景区未来（2009年之后）生态安全状态的主要限制因子.总体而言,景区生态安全状态较好（无警水平）,但就个别预警指标而言,依然存在风险,需要针对上述限制因子采取有效防控措施,维持景区生态安全的良好状态.     

2005—2014 年疏勒河流域土地生态安全评价

针对疏勒河流域生态环境脆弱、人地矛盾突出的特点, 采用“环境-经济-社会(EES)”模型, 建立疏勒河流域土地生态安全评价指标体系, 构建土地生态安全评价的熵权物元模型, 对疏勒河流域2005—2014 年土地生态安全状况进行评价研究, 并利用主成分分析法定量研究疏勒河流域土地生态安全的限制因子。结果表明: 2005—2014 年疏勒河流域土地生态安全还存在着恶化风险, 2005—2007 年风险降低, 2007—2008 年风险小幅增加, 2008—2009 年风险降低, 2009—2013 年风险大幅增加, 2013—2014 年风险有所降低; 发展方向表现为“不安全→安全”的阶梯式上升趋势, 其中, 2005—2007 年土地生态安全状态为“不安全”, 2008—2009 年安全状态为“临界安全”, 2010—2011 年安全状态为“较安全”, 2012—2014 年安全状态为“安全”; 制约2005—2014 年疏勒河流域土地生态安全水平提升的关键因子分别是人均耕地面积、森林覆盖率、人均水资源量、产水模数、第三产业产值与GDP 占比和耗水率, 其中, 森林覆盖率和产水模数影响最大, 主成分荷载达0.973和0.968。研究结果以期为疏勒河流域土地生态治理决策和人地关系和谐可持续发展提供科学依据。     

南方丘陵区耕地景观生态安全影响因素及其空间差异

构建耕地景观生态安全格局是抵御区域耕地生态风险,保障耕地生态质量的重要举措。研究以南方丘陵区典型县-奉新县为研究区,选取部分景观格局指数构建南方丘陵区耕地景观生态安全评价模型,分析了县域尺度耕地景观生态安全状况及其空间聚集特征,并尝试应用地理加权回归模型探究自然和社会经济因素对区域耕地景观生态安全影响作用的空间地域差异。结果表明：耕地景观生态安全处于"危险"状态的行政村占研究区总数的12.92%,区域耕地景观生态安全问题存在明显的空间聚集性;地理加权回归模型较传统全局回归模型有较好的拟合优度,可以较好地揭示影响因素作用的地域差异;自然,社会经济因素对耕地景观生态安全的影响具有显著的空间非平稳性,依据影响因素作用强度的地域差异可以将研究区划分为距居民点的距离、地形位指数、年平均降雨量负向影响区和人口密度正向影响区。研究为确定耕地景观生态安全干扰来源及探究耕地保护对策如何落实到空间地域上提供了参考依据。     

京津冀特大城市群生态安全格局时空演变特征及其影响因素

京津冀特大城市群的快速发展显著提升了地区生活水平,但也对生态环境造成了负面影响。以2000—2015年京津冀城市群面板数据为研究样本,建立"压力-状态-响应(PSR)"城市群生态安全协同会诊指标体系,采用TOPSIS和灰色关联组合方法计量其生态安全综合指数(Comprehensive Index of Ecological Security,CIES),运用因子分析法提取关键因素,并通过多元线性回归方法计算上述因素对生态安全的影响程度。结果表明:(1)京津冀城市群生态安全指数已经达到了预警状态,呈现"北高南低,西高东低"的空间格局,亟需建立三地协同联防联控的生态安全防治机制;(2)2000—2015年京津冀城市群的生态安全指数呈小幅波动状态,规划与政策对城市群生态安全指数具有显著影响效应;(3)13地市生态安全指数的演变趋势存在显著的差异,承德、廊坊仍呈下降趋势;(4)城镇化、社会发展以及技术进步对京津冀城市群生态安全具有显著的正相关性,开发水平、经济发展以及生态病理度则呈负相关性。由此,需要划定并严守城市群生态保护红线,控制空间开发强度与速度,以遏制生态恶化;完善并落实京津冀城市群协同发展的规划体系与相应的配套政策支撑体系,以保障城市群生态安全稳定提升;控制经济发展速度,提升社会发展水平,构建城市群一体化社会服务保障体系;提升生态技术研发水平,加大生态空间保护与修复,以降低生态安全风险,保障城市群生态安全格局。     

基于RS和GIS的北京市景观生态安全评价

结合RS、GIS和景观生态学方法,基于景观结构、功能、活力、生态敏感性和景观压力构建了景观生态安全评价指标体系,并分析1988和2004年北京市景观生态安全程度及其时空分布规律.结果表明：1988-2004年,北京市生态服务价值处于较高水平,景观活力和景观压力处于较低水平,景观结构稳定性下降,生态敏感度则处于较低水平;1988和2004年北京市景观生态安全度均处于中级水平,其景观生态安全指数平均值分别为0.410和0.403,表明研究期间北京市景观生态安全整体水平呈稳中稍降的趋势.     

基于DPSIR-EES模型的旅游型城镇生态安全评价研究

保障生态安全是旅游型城镇实现环境、经济、社会系统健康发展的基础,二道白河镇作为典型的旅游型城镇,旅游业快速发展的同时生态环境保护面临着巨大压力。针对当前生态安全评价中信息屏蔽和主观性问题,基于DPSIR-EES模型构建生态安全评价指标体系,运用熵值法和均方差法确定权重,引入物元分析模型,实现2010-2019年二道白河镇生态安全评价与评价结果的可视化表达与分析。结果表明：（1）2010-2019年二道白河镇生态安全水平从不安全向安全水平不断转化,2016年后上升趋势尤为突出;（2）GDP增长率、社会保障建设水平、节能环保力度等三项指标以及影响层面、社会层面、经济压力层面等三个层面的影响最为突出,是二道白河镇生态安全水平健康发展的主要制约条件。多维度指标结合物元分析模型,既能得到综合质量信息以及反映评价对象的稳定状况,同时直观揭示各单项评价指标的分异情况,为二道白河镇下一阶段生态安全决策提供科学依据。下一阶段工作应以环境开发和保护为重点,积极采取对策,弥补生产、生活行为对生态环境系统的负面影响,从根本上减轻生态环境压力,实现二道白河镇经济、社会、环境协调发展。     

熵权模糊综合评价法在城市生态安全评价中的应用

为了拓新城市复合生态系统生态安全评价方法的研究,根据压力-状态-响应模型,构建了一个有3个要素和33项具体指标的城市生态安全水平度量的指标体系,并运用客观的熵权法赋权、模糊综合评价法以及划分的等级标准对我国5个经济发达城市的生态安全水平进行量化分析.结果表明,苏州市和北京市对“较安全”级别的隶属度最大,分别为0.376和0.286;深圳市、上海市和广州市则处于“临界安全”状态.另外,深圳市具有较大的系统压力,苏州市的系统状态和系统响应表现最优.与其它评价方法相比,该方法评价过程简易,结果定量和相对客观可信.     

滨海快速城市化地区土地生态安全评价与预警——以曹妃甸新区为例

对滨海快速城市化地区进行土地生态安全评价和预警是保障土地可持续利用和有效维护土地生态安全的重要内容.基于“压力-状态-响应”(P-S-R)模型,构建了滨海快速城市化地区土地生态安全评价指标体系.借助遥感数据和GIS方法,以1 km×1 km网格为评价单元并通过空间插值,获取了基于像元大小30 m×30 m的曹妃甸新区2005和2013年土地生态安全评价结果.并采用分类树方法对未来曹妃甸新区土地生态安全(LES)进行预警,共分为4种预警类型：安全但有退化趋势预警、亚安全且缓慢退化预警、亚安全且快速退化预警、不安全预警.结果表明：曹妃甸新区2005年土地生态安全平均值为0.55,处于中等安全水平,而2013年为0.52,处于中下安全水平,区域土地生态安全呈下降趋势.曹妃甸新区不安全预警及亚安全且快速退化预警区域主要分布在城市建设用地快速扩展区域,说明城市建设用地的快速扩张是导致区域土地生态安全恶化的最主要因素.工业区、十里海和南堡盐场3个乡镇处于高度危险预警状态,其不安全预警、亚安全且快速退化预警及亚安全且缓慢退化预警3者之和分别占其总面积的58.3%、98.9%和81.2%,未来应加强这些区域的土地生态管理调控.研究结果可为曹妃甸新区土地规划和生态保护提供一定参考.     

基于PSR 模型的河南省水生态安全综合评价研究

基于河南省水环境现状, 从“压力-状态-响应”(PSR)指标体系框架出发, 建立河南省水环境生态安全评价指标体系, 利用变异系数法确定各指标权重, 运用综合指数评价法对河南省水环境生态安全水平予以评价。结果表明:2007-2013 年河南省水环境生态安全综合指数值整体呈上升趋势, 其生态安全水平已处于预警状态; 压力状态曲线呈逐年下降趋势, 状态曲线与综合指数曲线变化趋势基本一致, 表明河南省水环境综合评价值在很大程度上是状态系统的贡献, 此外响应系统的贡献率逐年增幅显著, 有效促进了河南省水环境生态安全的逐渐改善。     

基于PSR模型的耕地生态安全物元分析评价

耕地生态安全评价是改善农田生态系统安全状况、促进耕地可持续利用的重要基础。针对多数综合评价研究中存在信息屏蔽和主观性的问题,在界定耕地生态安全内涵的基础上,构建了基于压力-状态-响应(PSR)模型的评价指标体系,采用物元分析方法和改进的熵值法对我国耕地生态安全进行评价。研究结果表明:(1)1996-2010年我国耕地生态安全水平不断提高,安全等级经历了"临界安全-较安全"的演变历程,但2010年"较安全"等级关联度很弱;(2)单位耕地化肥负荷、人均耕地面积、单位耕地农药负荷、土地垦殖率、水土流失程度等是耕地生态安全等级提升的关键制约因素。为了促进耕地生态安全等级不断提升,需要进一步转变经济发展方式,加强土地利用监督管理,降低经济增长对土地资源的过度消耗;大力发展绿色农业,合理施用农药、化肥;积极开展农村土地整治,加强高标准基本农田建设;加大环境治理力度,有效控制水土流失程度。基于PSR模型的评价指标体系能更准确地反映农田生态系统各要素之间的关系,物元分析方法可以揭示单个评价指标的分异信息和综合评价结果的中间信息、挖掘耕地生态安全存在的具体问题,适合用于耕地生态安全的评价。     

巢湖流域生态安全评价研究

目前,巢湖流域的生态安全问题非常突出,已严重影响流域社会经济的可持续发展。基于巢湖流域社会经济、水体环境质量及水生生态系统的数据资料,应用驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)模型,提出了基于水环境和水生态的巢湖流域生态安全评价框架模型和指标体系,并采用熵权物元模糊评价法进行巢湖流域生态安全评价研究。研究结果表明,2003和2007年巢湖流域整体处于生态安全中度风险状态,水体环境质量的变化和水生生态系统的演替将严重威胁巢湖流域的生态安全,水体中的TP浓度、NH-N浓度以及TN浓度是决定巢湖流域生态安全的最关键因子。     

辽西大凌河流域生态安全评价

生态安全包括自然生态安全、经济生态安全和社会生态安全,尤指自然和半自然生态系统的安全,即生态系统完整性和健康的整体水平反映.通过专家评议,从生态系统的状态-压力-效应3个方面选取28项指标,对辽西大凌河流域不同时期的生态安全进行综合评价.结果表明,1987年(7.48)与2002年(7.51)大凌河流域生态安全处于良好状态,但2002年面临的生态压力比1987年增加了32.5%.1987～2002年大凌河流域生态安全水平没有显著下降的主要原因是朝阳市政府实施了大规模的小流域治理.大凌河流域2002年生态状态和生态效应分别是1987年1.29和1.42倍.     

基于土地利用/覆盖变化的浙江大湾区生态安全评价及多情景模拟分析

土地利用/覆盖变化(LUCC)在生态系统问题中起着决定性的作用。中国改革开放40多年来,土地资源得到了最大限度的开发利用,经济社会取得了巨大的发展,但也面临着严重的生态安全问题。人类活动导致土地利用的迅速变化已经威胁到生态安全(ES),通过预测土地利用的变化并模拟ES模式,将LUCC和生态安全评价结合起来对区域生态环境评价和保护具有重要作用。以浙江大湾区为研究区域,采用CA-Markov模型预测土地利用/覆盖变化,模拟2030年3种不同情景下的生态安全格局。基于压力-状态-响应(PSR)模型,对2005年、2010年、2015年和2018年浙江大湾区的生态安全进行了评估,处于一般安全等级及以上面积占比从58.83%先提高至60.02%,后下降至59.42%。同时,通过改变不同土地利用/覆盖变化的转移概率矩阵,设置了惯性发展、过度扩张和生态保护3种情景,结果显示3种情景下生态安全处于一般安全等级及以上面积占比分别为58.61%、57.60%和58.46%。浙江大湾区生态安全的空间分布格局与人口密度、GDP等社会经济数据的空间分布格局相反,平原地区耕地利用率高、生态安全等级较低,多丘陵地区...     

基于综合权重法的青岛市湿地生态安全评价

基于压力-状态-响应(PSR)模型构建了青岛市湿地生态安全评价指标体系,利用综合权重法确定权重,并通过指标综合指数对青岛市湿地生态安全进行评价。结果表明:青岛市全市湿地生态安全综合指数为61.63,处于低水平的安全状态。人口增长、区域开发、水耗增加是湿地压力的主要来源;湿地景观良好,抗压和自我调节能力较强,总体状态较好;但环保科技投入总体相对较低,产业优化升级速度较慢。青岛市各区市湿地生态安全综合指数排序为:胶州市黄岛区平度市市区即墨区莱西市崂山区城阳区。胶州市、黄岛区和平度市湿地处于安全状态,其他区域处于临界安全的状态。以国家级湿地公园为代表的城市湿地生态功能区划分有利于湿地的管理和保护,是决定区域湿地生态安全的重要因素;而人口和开发压力大,水耗严重,则直接降低了湿地生态安全。建议通过划定青岛市湿地保护红线、加速产业优化转型、加大环保科技投入等三方面提高青岛市湿地生态安全。     

基于ARIMA-ANN模型的生态安全评价及预测——以河西走廊城市群为例

生态安全是社会经济可持续发展的基本保障,研究区域生态安全时空格局历史演变与发展趋势具有重要意义。本文选取河西走廊地区5个地级市为对象,建立基于PSR-EES模型的生态安全评价指标体系,采用综合指数法计量其2008-2017年期间10年生态安全值,进而采用ARIMA-ANN模型预测未来该区域生态安全变化趋势。结果表明:河西走廊地区生态安全呈波动上升状态,演变特征与区域的生态保护规划与政策措施相吻合;各地级市生态安全等级与理想状态存在不同程度的差距;张掖、金昌、酒泉三市存在一定的生态风险;采用ARIMA单项模型、ARIMA-ANN组合模型对河西走廊区域生态安全变化趋势进行预测的平均相对误差、相关系数分别为2.01%、0.8852(ARIMA)和1.09%、0.9665(ARIMA-ANN);ARIMA-ANN组合模型预测河西走廊地区2020年的生态安全值达0.8107,处于V级。本研究证明,ARIMA-ANN组合模型在区域生态安全演变评价和发展趋势预测中获得较高的准确度和精度,对优化区域生态空间布局和安全管理具有实践价值。     

中山市土地利用变化及其生态风险响应

以中山市1990 年、2000 年和2013 年的TM 遥感影像为基础数据源, 借助相关辅助资料, 利用RS、GIS 等技术方法, 对中山市近23 年的土地利用变化进行时空分析, 并以1 km×1 km 的单元网格进行系统空间采样, 构建了中山市的生态风险指数, 借助空间自相关和半方差分析方法, 探讨中山市的生态风险空间分布和变化特征, 以及生态风险指数与城市化水平间的关系。具体结果如下: 1990-2013 年间, 中山市的土地利用类型在结构、数量和变化率上发生巨大的变化, 总体表现为生态用地持续减少而建设用地持续增加; 1990-2013 年间, 中山市的土地利用生态风险指数在空间分布上存在着高度的正相关性, 呈现显著的空间集聚模式, 并随着时间推移表现出增加趋势; 随着城市化水平提升, 中山市生态风险增加的态势越明显, 城市化对生态风险表现正效应。     

基于压力-状态-响应模型的黑河中游张掖市生态安全评价

生态系统服务的状态与生态是否安全密切相关,生态系统服务的正常发挥是实现生态安全的前提。近年来,中国西北荒漠-绿洲扩张速度加快,改变了生态系统服务的供给与传输,进而影响了区域生态安全。以典型荒漠-绿洲区域黑河中游的张掖市为例,基于压力-状态-响应模型,耦合生态系统服务理论,构建了黑河中游生态安全评价指标体系,评估了2001-2015年黑河中游生态安全演变趋势。研究结果表明黑河中游生态系统面临的资源消耗和环境污染压力越来越大,压力指数有所降低;部分地区出现植被退化、破碎化增加等现象,状态指数略有降低;在实施节水灌溉、产业转移、湿地保护等举措后,响应指数显著增加。总体来看,2001-2015年黑河中游生态安全水平呈现波动增长趋势,生态安全综合指数由0.3748增至0.5888,生态安全等级由"较不安全"达到"临界安全"状态,其中高效节水灌溉面积、生态用水量、地下水开采率等水资源相关要素是影响绿洲生态安全水平的主要因子。基于以上研究,提出了坚持生态保护优先、调整种植和产业结构、发展高效节水灌溉技术、提高公众生态保护意识等提高生态安全水平的相关对策与建议,以期为促进区域生态经济可持续发展提供支撑。     

三江源区生态承载力与生态安全评价及限制因素分析

三江源区作为国家生态安全“两屏三带”战略格局的重要组成,其生态安全状况对全国乃至东南亚地区都有重要影响。本文以遥感参数反演和模型计算数据,结合实地调查和社会经济统计等数据,采用层次分析法和指标体系法,对三江源区生态承载力和生态安全状况进行了评价,并根据短板效应分析了限制三江源区生态承载力和生态安全的因素。结果表明：（1）三江源区生态承载力处于中等水平,空间上呈现出由东南向西北逐渐减少的格局;（2）限制三江源区生态承载力的因素主要是水源涵养量、初级生产力、地表水水质、植被覆盖度以及受威胁动物数量等;（3）三江源区生态安全状况基本处于濒危到较安全之间;（4）三江源区西部欠发达地区生态承载力水平较低,相对落后的经济水平限制了环境保护的力度和水平;而东部较发达地区,人口增长快但文化素质不足,难以满足社会经济快 速发展与生态安全保护的双重需求。