黄土丘陵沟壑区生态—经济背景以及小流域优化生态—生产范式

在全面分析黄土丘陵沟壑区生态-经济敏感带的自然环境、社会经济环境的基础上，深入探讨了区域的优势景观单元——小流域的景观结构和功能，由此提出了构建小流域生态——生产范式的几项原则及范式内容。其中包括以下几项原则：水分平衡和高效利用原则、农林牧复合系统原则、区位优化原则等。范式内容强调小流域景观单元的空间异质性和等级特点，主要包括以村庄为中心的高效农业生产圈层结构模式、坡面梯状生态经济带建设模式、流域生态一经济水平生产模式、流域之间高效能流物流点一轴发展模式以及流域与外界环境的核心一边缘发展模式．     

中国北方农牧交错带优化生态-生产范式

中国北方农牧交错带具有生态、生产双重功能,在国民经济发展中具有重要战略地位。构建优化生态生产范式是对其进行科学管理的一种有效方式。优化生态-生产范式是应用生态经济学原理与系统科学方法,以生态恢复与重建为目标,以多用途资源利用和景观生态设计为核心,以生物-自然和社会-经济综合分析为基础,结合现代科学成果和传统农牧业技术的精华而建立起来的结构优化、功能持续、经济可行的农林牧复合经营系统的范例。文章对优化生态生产范式的配置以及配套技术的研究现状进行了综述,提出在构建优化生态生产范式的过程中应当遵守规模的发展与土地承载能力相适应的原则、限制因子原则、景观异质性与尺度的原则以及生态、经济和社会效益统一的原则。针对目前范式研究中着重经济效益、研究尺度单一、缺乏学科间的综合和集成、效益评价体系不完善等一些问题,指出了今后范式研究的趋势,认为今后的研究应重视基础理论和应用技术的研究、对现有范式进行调整和优化、建立统一的评价体系、量化范式适宜程度和优化程度。在基础研究方面应主要集中在主要的农业生态系统对不同人为干扰响应的形式和实质,研究确定一系列重要的生态经济阈值;应用技术方面应注重于调整产业结构,积极发展高科技产业,提高产投比。对范式实施后的各项生态经济指标进行动态监测,从而对范式进行适时调整与优化。对不同范式取得的效益进行横向的、定量的研究,选择出最优的范式。同时,学科间的融入将成为范式研究中的又一特点。     

村落生态单元及其景观模式的营造智慧——以青藏高原秀日村为例

乡村建设的本质是为生活在其中的人类建设健康有序的生存生态系统,健康的村落生态系统离不开智慧营造模式。单元是一种空间环境系统,由于系统内部要素的共同作用以及系统与外部环境的交流,村落单元呈现的景观模式具有差异性,包含着不同的生态智慧。基于此,从生态学的角度提出村落生态单元的概念,村落生态单元由居住景观、生产景观及文化景观 3 个子单元组成。村落生态单元景观模式的营造智慧关键是单元结构与功能的关系。以青藏高原秀日村为例,归纳了秀日村村落生态单元良性的结构与功能关系,包含着“农牧共生”与“方位种植”的生产景观营造智慧;“田居一体”与“循环再生”的居住景观营造智慧;“信仰至上”与“万物平等”的文化景观营造智慧。     

中国北方农牧交错带优化生态-生产范式体系构建

中国北方农牧交错带的生态、生产双重功能决定了其在国民经济发展中的重要战略地位.将系统工程方法论引入对农牧交错带的研究中,构建典型区域内优化的生态-生产范式体系.在建立自然环境要素、生物群落特征、生产与经济以及社会文化和历史变迁四大基本数据库的基础上确定范式体系并设计框架;之后以数学模型和方法为手段分析范式所涉及的植被和其所处的自然、社会环境以及经济等各因素的相互作用的过程和格局及其对区域的贡献,包括对前人工作的综合集成;最终以各种遥感图件、地形图等为基础给出不同范式点的剖面结构图、规划图及说明,设计综合的评价指标体系对范式的可行性、科学性等进行评价择优,为决策者提供优化的生态-生产范式,也就是生态保育阈值内最优的的土地利用格局.最后,给出了农牧交错带内选取的3个范式点的剖面图,建立了范式的初步框架.     

生态经济区划原则(讨论稿)

生态经济区划在性质上属于功能单元的区划,从区域的功能总体观点出发,根据其自然环境结构和社会经济系统结构及其功能的分异规律,把特定的空间环境划分为不同生态经济单元。进而分析其特性结构与环境质量以及各成分之间的内在联系,揭示工农业生产与环境质量和人类生活之间的相互关系,为自然资源的合理利用、工矿、交通、农、林、牧、副、渔合理布局与环境保护总体规划提供战略性科学依据。 它可以是一个特定地理环境的生态系统,亦可能是一个流域的包括几个不同类型生态系统的复合系统,     

黑河流域水-生态-经济协调发展方案及用水效益

在西北干旱地区的黑河流域,推行流域水-生态-经济协调发展模式,是从根本上高效配置流域水资源,彻底化解流域上、中、下游利益冲突,实现利益共享,保护流域生态环境,全面实施国务院黑河流域分水方案和提高用水效益的重要途径。采用系统动力学模型进行模拟调控实验,从众多实验方案中选择生成水-生态保护型发展方案(WEP)、水-经济高效型发展方案(WEH)、水-生态-经济协调型发展方案(WEE)3种有效方案。从需水总量与用水结构、空间配水结构、经济总量与经济结构、生态环境保护、投水产出效益等方面对3种有效方案进行比较分析。研究认为,WEP方案耗水总量相对较少,利于黑河流域生态环境保护,但经济发展步伐比较缓慢,不利于流域建设小康社会和全面建设节水型社会;WEH方案耗水量大,经济发展步伐快,经济效益显著,但不利于生态环境保护和黑河分水方案的实施,WEE方案耗水量介于WEP和WEH之间,经济效益和生态环境效益都比较显著,同时兼顾了黑河流域的经济发展目标和生态环境保护目标,虽然单纯从经济发展或生态保护角度分析,不是最好的方案,但从流域可持续发展和建设流域生态经济带的角度分析,却是一个最优化的方案。进而确定出WEE方案为满足国务院黑河流域分水方案要求和提高用水效益双重目标的优化方案。为了提高流域单方水产值,建议合理安排黑河流域上、中、下游的产业分工和生态建设分工;大力发展绿色节水产业和红色节水产业,加大节水型经济结构调整力度;强抓节水灌溉,建立高效节水型社会;逐步建立定额水价制度和水权贸易制度,推进水票制和用水户参与式管理模式。     

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.     

中国石漠化地区碳流失原因与固碳增汇技术原理探讨

石漠化的发生发展和迅速扩张,是导致中国喀斯特生态系统碳流失的主要原因,而石漠化地区固碳潜力巨大,是国家固碳增汇的主要地区之一。为了增强石漠化地区生态系统的固碳能力,基于喀斯特小流域是石漠化治理的基本生态水文地质单元的科学认识,使用遥感和地理信息系统,结合流域内物质组成结构与循环交换特征等,对中国南方喀斯特生态系统进行了小流域类型的划分与剖析。针对区域社会经济的优先发展方向和环境承载力,提出了不同类型小流域石漠化治理和固碳增汇的设计方案,建立了喀斯特"高原集雨灌溉型高效生态农业模式"、"峰丛洼地人工种草替代型草食畜牧业模式"、"峡谷型发挥光热资源优势的特色林果模式"、"槽谷型发挥水土资源优势的竹果产业模式",为石漠化地区发展现代农业、推进区域经济发展和生态文明建设提供借鉴和参考。     

两岸典型城市生态功能网络的组成与结构

城市景观的发展加速了景观结构的更新,亦使得景观功能日趋完备;同时,由于城市化亦衍生了景观破碎化以及城市热岛效应等一系列限制当前城市发展的环境问题。因此,城市景观优化必须在充分考虑经济和生态双重需求的前提下,寻求与自然生态体系协调的生态问题解决途径。本文通过对城市生态网络组成与结构的现状分析,阐明城市生态系统间的空间关系,以网络结构的优化达到保护生态环境,提高城市整体开放空间价值的目标。选择经济发展稳定且生态环境良好的中国台湾乌溪流域(台中地区)及深圳市为研究区,通过耗费距离模型评价两岸典型城市生态网络结构。结果表明:两地城市生态功能网络均受城市发展影响,生态中心与社会经济中心的空间位置出现显著的两极化,且生态功能中心与联系中心并不吻合,使得生态功能的流动与传输更依赖于城市范围内的生态组分与结构通达性。因此,为提升城市生态功能,需从强化生态功能网络结构入手,整合城市内的生态景观单元,提高关键生态节点的通达性,进而优化城市景观生态。     

毛乌素沙地县域典型农、牧户单元生态经济系统能值分析

农、牧户单元生态经济系统作为最基层的生产单位,关系着国家大政方针政策的落实和实施.运用能值理论及其分析方法,选择毛乌素沙地偏牧区的内蒙古自治区乌审旗苏力德苏木典型牧户生态经济系统和偏农区的陕西省榆阳区牛家梁镇典型农户生态经济系统作为研究对象,对两种不同产业偏重区产业模式的能值投入、产出结构状况进行对比分析,结合净能值产出率、能值投资率、环境负荷力、能值功率密度、单位面积生产力、人均能值用量、人均能值占有量、系统生产优势度、系统稳定性指数和系统可持续性指数共10项能值分析综合指标体系,全面系统地对农、牧户单元生态经济系统进行比较研究,定量描述典型农、牧户单元生态经济系统格局及其发展的总体特征.旨在为毛乌素沙地偏牧区和偏农区农、牧户经营层面的产业模式优化及发展提供策略选择.     

侵蚀环境小流域生态经济系统健康定量评价

生态经济系统健康是黄土丘陵区侵蚀环境下水土保持与生态建设的目标.在分析侵蚀环境下生态系统健康特征和诊断指标筛选原则的基础上,从资源环境支持、社会经济人文影响和生态综合功能3个方面,选择17个因素作为参评因子,建立了一套适合于侵蚀环境小流域生态经济系统健康诊断的指标体系.以均方差决策法确定各指标的权重,运用递阶多层次综合法、线性加权函数法分别建立二级层次和综合指标健康诊断模型——健康指数.分析研究侵蚀环境小流域生态经济系统健康动态,结果表明,该环境系统健康状况相对稳定,健康指数呈逐年波动式上升趋势（由1985年的0.370增大到2003年的0.573）,具有较强的可持续发展能力.同时,以现实生态经济最佳水平为目标,引入障碍度、优势度等概念,运用通经分析对该环境小流域系统健康进行障碍和优势诊断,并据此提出了建设对策和建议,为该环境小流域生态环境建设提供科学依据.     

黄土丘陵沟壑区景观格局对流域侵蚀产沙过程的影响——斑块类型水平

在黄土丘陵沟壑区,景观格局对侵蚀产沙过程有着复杂的影响,且与尺度密切相关。选取河口-龙门区间内42个水文站控制流域为研究对象,以侵蚀模数、输沙模数和泥沙输移比作为表征各流域单元内土壤侵蚀、产沙及泥沙输移过程的特征指标,运用景观指数和CCA排序,系统分析了斑块类型水平上景观格局对流域侵蚀产沙过程的影响。结果表明:流域侵蚀产沙及泥沙输移过程中,空间分异特征随景观类型不同而异;对于不同用地类型,影响"过程"空间分异的景观格局指标不同,显著影响流域侵蚀产沙及泥沙输移过程的景观指数有草地平均斑块面积(AREA_MN3)、居民建设用地景观面积百分比(PLAND5)、居民建设用地和其它类型用地景观的斑块密度(PD5和PD6),其中斑块密度(PD)是影响流域侵蚀产沙及泥沙输移过程的共性指标;草地、居民建设用地、其它类型用地的景观格局特征对"过程"变化的解释程度要高于其它景观类型。开展景观格局与生态过程关系研究时,不仅需要考虑景观格局的整体效应,更应关注单一景观类型及其格局特征对一些生态过程的指示意义。     

黄土高原景观格局与水土流失关系研究

采用DCCA排序法对黄土高原腹地泾河流域12个子流域的景观格局与流域水土流失关系进行了定量分析.结果表明,DCCA排序的前4轴分别与农业用地比率、景观多样性指数、森林比率显著相关.各子流域的水土流失特征具有明显的梯度变异.在森林比率占65%的三水河子流域,景观相对简单、多样性低,流域年径流量大、输沙小、含沙量低,径流相对稳定;随着森林比率减小,农业用地比率增大,景观多样性升高,产流系数增高,径流深度、输沙量和含沙量增大;在森林比率很低、农业用地53.41%的洪河子流域,景观格局复杂、多样性较高,河流含沙量高、输沙率大,月输沙和径流变异极大;在农业用地比率减小,其他景观类型比率增大,景观相对简单的环江上、下游子流域,输沙量和含沙量减小,但输沙和径流的年际变化极大.排序分析结果较清晰地解释了黄土高原典型地区水土流失特征沿景观梯度的变化规律.     

黄土丘陵区景观格局对水土流失过程的影响——景观水平与多尺度比较

以黄土丘陵沟壑区河口-龙门区间内42个水文站控制流域土地利用和径流泥沙数据为基础,借助GIS和RUSLE,运用景观格局指数分析法,从景观水平和多尺度上探讨景观格局对流域水土流失过程的影响。结果表明:河龙区间流域景观格局和水土流失过程特征存在明显空间分异和相对差异。在斑块类型水平上草地的连结度(COHESION3)和分维数变异度(FRAC_CV3)、耕地和居民建设用地的丛生度(CLUMPY1、CLUMPY5)、居民建设用地边缘密度(ED5)是影响流域水土流失过程的重要指标,其中草地连结度对流域水土流失过程变异的解释度最高。在景观水平上景观连结度(COHESION)、平均斑块面积(AREA_MN)、景观聚集度(AI)、景观丰富度(PR)是影响水土流失过程的主要因子,其中景观聚集度(AI)对流域水土流失过程变异的解释程度最高。斑块类型水平景观格局对水土流失过程空间变异的解释能力要高于景观水平。景观格局具有明显的嵌套特性并强烈影响着流域水土流失过程,在嵌套水平上草地连结度(COHESION3)和耕地丛生度(CLUMPY1)是控制流域侵蚀产沙的主要格局因子,草地分维数变异程度(FRAC_CV3)可以抑制流域泥沙输移过程。景观格局对水土流失过程的影响机制和景观指数与反应变量间的统计学关系随尺度不同而异。     

黄土高原典型流域种植业发展模式的能值分析

为客观评估和比较退耕还林后黄土高原典型小流域不同种植业发展模式的稳定性和可持续性,本研究通过能值分析方法,定量分析了粮食和果树兼作、粮食生产为主和果树种植为主3种典型流域种植业系统的能值投入和产出情况,建立能值分析指标体系,在自然资源压力、社会和经济发展水平方面进行比较,进而对3种模式的系统可持续性进行评估.结果表明: 黄土高原典型流域不同类型种植业系统外部辅助能值均占总能值投入的75%以上,且其中不可更新能值所占比例远大于可更新能值,由此造成了能值自给率低而环境承载率高的特点;流域粮食种植业生产具有高投入、低产出的特点,而水果种植和粮果兼作具有高投入、高产出的特点,3种模式能值密度均达到全国农业经济系统平均水平2倍以上,其中,粮食生产为主的模式净能值产出率最低而粮果兼作型最高;流域种植业能值可持续发展指数均<1,能值/环境可持续指标均远低于全国农业系统平均水平,可持续发展能力较低,以粮食和果树兼作的模式可持续发展指数最高.3种模式比较发现,粮果兼作发展模式在流域种植业发展中具有相对较好的发展能力和较高的系统稳定性,能值生产效率适中且可持续性最高,因此黄土高原地区以流域为单元的农业发展应该更加偏向于考虑多产业综合的复合结构生产方式.     

基于ALOS影像的黄土丘陵区典型流域景观空间格局

基于ALOS卫星的中、高分辨率遥感影像,解译出与燕沟流域(燕沟流域是黄土丘陵沟壑区的典型小流域)生态恢复、农业生产、生活密切相关的7种景观类型,利用景观多样性和景观异质性两类指数分析了2007年燕沟流域景观格局和景观功能,并结合数字高程模型(DEM)数据,对燕沟流域整体和局部的土地景观格局合理性进行评价.结果表明:燕沟流域的主导景观类型为灌丛和林地,且主要分布在大于25°的坡面上;研究区景观斑块分维数为1.09,景观空间格局稳定;生态防护、生产经济和生活服务型景观的面积比例约为23∶9∶1;燕沟流域的相对合理度为0.76,景观整体布局较合理,但半阴坡、海拔900 m以下区域的土地利用合理度较低,其合理度分别为0.74和0.02.     

生态植被建设对黄土高原农林复合流域景观格局的影响

自1999年以来,黄土高原大规模地实施了退耕还林工程,生态环境呈显著恢复态势。采用2002年和2008年两期Spot5遥感影像,评估了退耕还林工程实施前后黄土高原典型农林复合流域土地利用与景观格局的动态变化。结果表明:在退耕还林工程实施的驱动下,流域土地利用变化剧烈,总变化率高达36.77%,主要变化的土地利用类型包括耕地、果园、幼林地、林地等。28.95%的耕地转为其他土地利用类型,其中48.83%转为果园,44.69%转为幼林地。景观格局变化呈明显的空间分布规律,山腰缓坡区以转化为果园为主,中、高海拔多转化为幼林地。退耕后流域生态景观得以优化,呈现良好发展态势。     

黄丘区特色治理开发小流域土壤侵蚀变化对景观格局演变的响应

研究土壤侵蚀与景观格局变化的关系对小流域的治理开发具有重要的指导意义。本研究以实施退耕还林草、生态农业、生态旅游及科技示范的黄土高原安塞南沟特色治理小流域为研究对象,基于GIS平台和通用土壤流失方程,分析小流域1981—2018年景观格局和土壤侵蚀量的时空演化特征,并利用主成分回归法,从斑块类型水平和景观水平两个尺度分析土壤侵蚀模数与3类9个景观格局指标的关系。结果表明: 研究期间,在5种景观类型中,耕地和林地面积的时空变化主导了南沟小流域景观格局的演化,并且影响整个小流域的聚集分散程度;南沟小流域的土壤侵蚀量逐年减少,1981—2018年土壤侵蚀面积减少29.7%,侵蚀模数减少61.2%,且有73.4%的区域土壤侵蚀强度减轻;耕地和林地面积的变化决定了整个小流域土壤侵蚀模数的变化,其景观格局指数的变化方向与该景观类型土壤侵蚀的变化方向一致;退耕还林草工程是流域景观格局变化、土壤侵蚀减轻的主要原因,特色开发治理可以减弱局部地区土壤侵蚀强度。景观类型的合理化配置能有效地防治小流域土壤侵蚀,将其与特色治理开发相结合有助于实现小流域可持续高质量发展。     

三峡库区典型流域“源”“汇”景观格局时空变化对侵蚀产沙的影响

以三峡库区王家桥流域为研究对象,基于五期遥感影像(1995、2000、2005、2010和2015)提取流域景观格局,采用马尔科夫模型研究"源""汇"景观格局时空变化,并结合野外多年实测数据建立景观格局指数与产沙量之间的关系,分析景观格局对流域侵蚀产沙的影响。结果表明:1995—2015年,王家桥流域景观格局时空变化明显,呈破碎化发展趋势。"源"景观面积持续下降,"汇"景观面积持续增长。在降雨量时序曲线相似的条件下,斑块类型尺度的景观指数对侵蚀产沙量的解释能力高于景观尺度。斑块类型尺度,"源""汇"景观指数与径流输沙量的复相关系数分别为0.946和0.903,均显著相关。对于"源"景观而言,相似邻近百分比(PLADJ)与斑块结合度(COHESION)是影响流域侵蚀产沙的重要指标。径流输沙量与PLADJ和COHESION指数呈正相关关系,输沙量随指数的增大而增大。对于"汇"景观而言,斑块密度(PD)、边界密度(ED)、景观形状指数(LSI)是影响流域侵蚀产沙的重要指标,径流输沙量与PD和LSI呈负相关关系,输沙量随着指数的增大而减小。斑块类型尺度上,流域景观格局时空变化对泥沙输出影响显著。研究结果可为建立其他流域景观格局变化与土壤侵蚀响应关系提供参考。     

景观格局视角下晋西三川河流域径流变化归因分析

黄土高原大规模人类活动造成下垫面剧烈变化,流域景观格局改变,影响产汇流过程。学科融合视角下,基于Budyko水热耦合方程、景观指数计算以及回归分析等多学科方法,以晋西黄土丘陵沟壑区三川河流域为例,分析不同尺度景观格局变化造成流域径流量变化的原因,判别地理景观空间对产汇流过程的影响。结果表明：(1)1980年至今是研究区径流锐减阶段,其中下垫面变化对径流贡献率为60.81%;(2)1980年至今的下垫面变化造成流域景观斑块破碎、形状趋于规整,景观格局分割度、蔓延度提高;(3)利用逐步线性回归模型可将径流减少的景观格局变化定位到具体地理空间,流域东部、北部主要支流上游与两条支流汇流处的林地核心斑块面积减少以及城市建设区域对于水体连通性的破坏。通过跨学科方法探究景观格局与径流变化之间的潜在空间关联,揭示径流对景观格局变化的响应,可为黄土高原水资源管理与生态规划提供决策依据。