多尺度滑坡灾害生态风险评价与风险管理——以三峡库区万州-巫山段为例

进行生态风险多尺度综合评价,对环境管理及风险决策具有重要意义。以三峡库区滑坡重点监测县域为例,基于“危险性-脆弱性-潜在损失”三维模型,以随机森林模型评估滑坡危险性,采用景观格局指数表征生态脆弱性,利用生境质量核算潜在生态损失,进行格网、行政、子流域多尺度下的滑坡灾害生态风险评价,提出适合各尺度的风险管理措施,在此基础上选择最适宜尺度并结合研究区实际情况进行验证。结果表明,生态风险等级较高区域集中于长江两岸沿线,三峡库区建设对研究区滑坡生态风险产生较大影响;两两尺度风险分布结果具有一定相似性,而三种尺度共同作用结果又存在一定差异;子流域尺度在保证生态结构完整性的前提下评价结果好于其他两种尺度,更适合三峡库区县域的生态风险评价;研究区东部风险防范类型相对单一,而西部风险防范类型较多,需做到精细化管理。研究增加了多尺度综合评价实例,对今后开展整个三峡库区滑坡生态风险研究奠定一定理论和实践基础。     

多尺度生态系统服务的权衡关系及其对景观配置的响应——以湖北省为例

多种生态系统服务相互关系及其对景观配置响应的多尺度分析一直是生态系统服务研究的热点问题,对于厘清生态系统服务尺度效应和实现区域分级管理具有重要的意义。以湖北省为研究区域,采用遥感、土地利用类型、水文、气象、土壤等多元数据,从5 km×5 km、10 km×10 km、15 km×15 km、20 km×20 km、25 km×25 km、县域和市域等7个递增尺度分析4种生态系统服务(水源供给、碳固持、粮食生产、水质净化)对景观配置的响应关系。结果表明：(1)4种生态系统服务的空间分布具有较强的异质性,粮食生产服务的高值区与水质净化服务的低值区主要分布于湖北省中部和东部的耕地集中区域,碳固持与水源供给呈现相反的空间特征。(2)生态系统服务权衡关系的作用强度随尺度增加而减弱,而协同关系呈增加趋势;同时服务间相互作用强度的变化大于作用方向的变化。(3)景观配置对生态系统服务的影响程度在县域和市域尺度上大于格网尺度。结果反映了受尺度变化中“削峰填谷”过程的影响,景观配置对生态系统服务影响的大小和正负效应具有尺度差异性。研究结果可为区域生态系统服务分级管理和景观格局调控提供科学参考。     

小波分析方法在心叶驼绒藜(Ceratoides ewersmanniana)空间格局尺度推绎研究中的应用

以古尔班通古特沙漠南缘莫索湾沙地选取相隔15km的两个200m×200m样地,以建群种心叶驼绒藜(Ceratoides ewersmanniana)及其生境地形为研究对象,应用小波分析定量研究了多尺度上空间格局的推绎以及空间异质性、空间格局依赖于尺度的变化关系。研究发现：小波分析尺度由1(5m)变化到4(20m)时,两个样地小尺度上的异质性和格局被合并到更大的尺度上,当小波分析的尺度大于等于5(25m)时,两个样地的格局变化平稳,对应地形（丘顶、丘坡、丘底）的基频稳定在110m左右,心叶驼绒藜的数量动态变化周期稳定在115～125m之间。结果表明：小波分析对信号整体特征的提取作用实现了小尺度上的信息到大尺度上的聚合。结合小波分析对信号突变点的检测,利用位置方差检验局部空间异质性程度,发现位置方差将大尺度上的格局分解到每个取样小样方,位置方差最大的地点对应的异质性也最强,实现了大尺度上的信息到小尺度上的分解。总结认为应用小波分析可以实现对空间格局的尺度推绎,具有对植被、环境的分布格局以及异质性有双重度量作用,由小波系数以及由其衍生的小波方差、位置方差来实现这种度量,图形表现直观,优越性明显。     

基于时空尺度及利益关系的生态服务功能

在生态服务功能传统评价方法的基础上,拓展了生态服务功能的评价流程,即增添了生态服务的时空尺度与利益关系分析。研究了山东省长岛县生态服务价值的变化趋势、生态服务价值的空间表现、生态价值的社会群体利益关系。结果表明:1994年～2003年,长岛县生态服务价值总体呈现出增—减—增的趋势,1999年生态服务价值降到最低值74523万元,2003年上升到最大值101886万元;分析并计算长岛县生态系统的生物生产性服务、娱乐功能、自然保护价值,这些服务功能表现出明显的空间差异性,即生物生产服务功能仅对长岛区域至关重要,娱乐功能不仅体现在长岛区域,更多体现在全国范围,自然保护价值体现于全国乃至全球范围;分析了不同参与者在获取生态服务方面的差异及参与者之间的生态利益关系,不同的参与者在其空间范围中取得不同的生态服务;生态服务功能的时空分析、利益关系分析是生态管理部门制定科学决策的基础。     

华北平原冬小麦冠层导度的环境响应及模拟

通过引入叶面积指数,将叶片水平的气孔导度组合模型扩展到冠层水平,建立了冠层导度环境响应组合模型,组合模型所需参数较少,且均可在冠层水平直接测量,便于应用;模型由潜在气孔导度（PSC）和相对气孔开度（RDO）组成,二者分别由环境变量的日际（inter-day）和日间（intra-day）的值决定。分析表明,冠层导度在日际尺度和日间尺度上对环境变量具有多尺度响应特性,在日际尺度上,温度是影响冠层导度的主要因子,在日间尺度,光是影响气孔开闭的主要因素。利用以温度和光合有效辐射为输入变量构建的组合模型,模拟了华北平原冬小麦农田生态系统的冠层导度,并用Penman-Monteith方程估算的表面导度进行验证。结果显示,在不同天气情况下,二者的日变化均具有较好的一致性;将组合模型与电学类比模型结合,进一步估算了拔节．灌浆期的冠层潜热通量,利用涡度相关系统观测的潜热通量数据进行验证,结果表明对冬小麦冠层潜热通量模拟精度较高,直线回归斜率为0．7054,R^2=0．7894。     

多尺度上的多物种多格局——以莫索湾沙漠四种灌木及其生境为例

植物的生长固然与自身特性有关,也与其生境中环境要素及其它物种相互作用相互影响,牵涉到生物格局、环境格局和景观格局的相互作用,已有研究表明,这种作用具有多尺度特性.量化这3种格局的某些重要特征,将有利于理解这种尺度行为对格局的影响,甚至量化格局在多尺度上的一些特性.在古尔班通古特沙漠南缘莫索湾沙地选取相隔15km的两个200m×200m样地,以心叶驼绒藜(Ceratoides ewersmanniana)、梭梭(Haloxylon ammodendron)、琵琶柴(Perosimonia soongorica)和沙拐枣(Calligonum mongolicum)及其生境地形和土壤理化性质为研究对象,联合小波分析(WAA)、点格局分析(PPA)和典范对应分析(CCA)研究莫索湾沙漠4种灌木种内的聚集性(成丛性)及其周期性、种间相互作用、边缘效应及其与生境地形和土壤理化性质的关系,发现表观上沙生植物分布非连续,但是可形成25～80m尺度范围的成丛性分布,且周期性出现,心叶驼绒藜周期为115～125m、梭梭周期为130～140m,研究表明,周期为110m的地形基频是植物成丛性周期形成的主因.琵琶柴和沙拐枣虽成丛分布,但未发现其周期,其周期可能在更大的幅度上存在;其次,东西方向的边缘量化检测结果表明:东西方向也存在功能边缘和结构边缘,不像南北边缘的位置是受到太阳辐射和遮阴作用影响,东西边缘的位置却是受到了垄状沙丘大小和地形的影响;再次,种间关系研究发现:4种灌木相互都是负相关,且在大多数尺度上是显著负相关.结果表明:荒漠植物通过成丛或聚集分布可以形成适合本物种生存的局部微生境.     

遥感反演植被理化参数的光谱和空间尺度效应

植被理化参数是生态系统中碳和养分等物质循环与能量交换的重要指标,利用遥感技术反演是获取区域及全球植被理化参数的重要手段,但光谱和空间尺度效应的存在,限制了源自不同遥感传感器植被理化参数产品的统一应用。阐述了遥感反演植被理化参数光谱尺度效应的概念及其产生原因,主要从光谱波段位置和波段宽度两方面对国内外相关研究进行了介绍和评述。同时,从遥感反演植被理化参数的空间尺度效应产生原因、空间异质性描述方法和空间尺度转换方法等方面对其国内外研究现状进行了归纳和评述。最后,总结了遥感反演植被理化参数光谱和空间尺度效应研究的不足之处和发展趋势,并指出光谱和空间耦合效应的研究将是一大趋势,而在生态学等领域形成的尺度效应研究的理论和方法也值得借鉴参考。     

岷江上游水文气象因子多尺度周期性分析

采用Dmey小波变换法对岷江上游杂谷脑流域1959年至2006年月径流量、月平均气温和月降水量不同时间尺度下的变化周期进行分析,探讨三者在长时间序列周期性变化中的相互响应,并根据主周期预测未来气温、降水和径流的变化趋势,结果表明:气温、径流和降水存在多尺度周期性变化,在不同的尺度周期中,表现出不同的冷暖、丰枯和干湿的振荡规律,总体表现为由小尺度无明显规律的剧烈振荡向大尺度有明显规律的振荡变化。3个要素同以8—12个月的小尺度为周期剧烈振荡,在较大时间尺度上,具有明显规律振荡变化的周期分别为气温500个月、径流150个月和降水120个月。受森林砍伐的影响,研究区域在1962—1988年期间径流对降水变化的周期性响应迟钝,而在1988—2006年期间基本同步。根据大尺度周期性波动趋势预测,未来十几年研究区域处于偏暖的年代际背景下,未来6—7a为多雨期,但径流量偏少。     

基于MSIASM和能源消费碳排放的中国四大直辖市社会代谢分析

通过社会代谢多尺度综合评估(Multi-Scale Integrated Assessment of Societal Metabolism,MSIASM)方法,采用生物-经济压力和不同组织尺度下的体外能代谢率、能源密度指标,并将能源消费碳排放融入评估框架,评价了中国四大直辖市2004年至2010年的社会代谢及其综合发展状况。研究中能源消费碳排放的加入较好补充了MSIASM在生态评估方面的弱势。研究结果显示,四大直辖市整体社会代谢发展良好,体外能代谢率和生物-经济压力稳步上升,能源密度和单位能耗碳排放不断降低,总体呈现良性发展态势。从各个直辖市的社会经济系统各部门表现来看,各城市体现了自己的突出特点。在深入到行业尺度研究体外能代谢率、能源密度后,整体显示出控制工业部门和交通运输部门的能耗增长对于提高经济生产能源效率的突出作用,同时应继续加大金融和计算机等低能耗高经济生产率行业的发展力度。     

不同尺度下土壤粒径分布特征及其影响因子——以黄土丘陵沟壑区为例

土地利用方式和环境因子是影响土壤粒径的重要因素,尺度不同其影响效应差异明显。研究不同尺度表层土壤粒径与土地利用、环境因子的关系对评价黄土丘陵沟壑区土壤物理性质具有积极意义。选择黄土丘陵沟壑区安塞集水区和沐浴小流域作为研究区,探讨两个尺度上表层土壤粒径含量、分布特征及其与土地利用类型和环境因子的关系。研究结果表明:(1)研究区域内表层土壤颗粒主要为砂粒和粉粒,在小流域和集水区尺度上,各粒径百分含量属于中等变异,D值为弱变异,但随着研究区由沐浴小流域变化到安塞集水区,粒径和D值的空间变异性均有所提高;(2)尺度不同,土地利用对土壤粒径的影响效应不同,在沐浴小流域不同土地利用类型的砂粒含量从高到低依次为荒草地农用地林地灌木林地园地,在集水区的变化顺序依次为荒草地灌木林地林地农用地园地,粉粒含量的次序均与砂粒相反,小流域土壤粒径分形维数D依次为灌木林地荒草地林地园地农用地,在安塞集水区为灌木林地荒草地农用地林地园地;(3)在沐浴小流域和安塞集水区,土壤颗粒分形维数与土壤砂粒、黏粒百分含量呈极显著正相关关系,与土壤粉粒百分含量呈极显著负相关关系,且砂质壤土D值高于壤土和粉壤土;(4)在沐浴小流域,植被盖度、相对海拔和坡位相对于土地利用类型、坡向和坡度对土壤粒径影响较大;而在安塞集水区植被盖度、土地利用类型和坡度对土壤粒径影响较大。