黄土高原典型退耕区生态系统服务权衡与协同关系研究——以延安市为例

在退耕还林的背景下,从多尺度分析黄土高原生态系统服务的时空变化及权衡协同关系对促进该区经济发展和生态效益多赢具有重要意义。以黄土高原退耕还林典型区延安市为例,运用InVEST模型评估1988-2018年农作物生产、碳储量、生境质量、土壤保持、产水量5种关键生态系统服务物质量,采用偏相关分析法探讨生态系统服务间的权衡与协同关系及其时空变化特征。研究结果表明：（1）受土地利用变化影响,延安市农作物生产水平、土壤保持年际变化趋势波动较大,农作物生产水平呈波动增加的趋势,土壤保持退耕还林前呈减少,退耕还林后呈波动增加的趋势,碳储量和生境质量呈逐渐增加的趋势,产水量呈逐渐减弱的趋势。（2）生态系统服务与土地利用格局联系紧密。碳储量、生境质量的高值区域以及产水量的低值区域随林地分布格局变化而变化。（3）协同关系是延安市生态系统服务间相关关系的主体,主要发生在碳储量、生境质量、土壤保持、农作物生产之间,权衡关系主要存在于产水量和其他生态系统服务之间。（4）市、县域生态系统服务间关系的差异主要发生在生境质量和土壤保持之间。     

基于土地利用及植被覆盖变化的黄河源区生境质量时空变化特征

位于青藏高原腹地的黄河源地区生态环境脆弱,面临生物多样性锐减、生态系统退化等问题,黄河源区生态系统保护及其高质量发展已成为国家的重点战略之一。土地利用与植被覆盖是影响生境质量的重要因素,定量化土地利用方式、强度及格局和植被覆盖格局对生态质量影响的研究越来越受到关注,但其对黄河源区生态质量的耦合效应尚不明确。基于2000年和2015年黄河源区土地利用类型及生长季归一化植被指数（NDVI）,采用InVEST模型探究了不同时期黄河源区生境质量时空变化,并采用地理加权回归（GWR）模型揭示了生境质量对土地利用和植被覆盖变化的空间响应特征。结果表明,2000年与2015年土地利用类型变化主要为未利用土地向草地的转移。植被覆盖变化方面,源区生长季NDVI整体上升。从生境质量的空间分布来看,黄河源区生境质量总体呈现南高北低的空间格局,高值分布在南部及中部地区,低值分布在北部布青山、东北部高海拔区及黄河乡的黄河沿岸。相较于2000年,2015年黄河源区生境质量平均提高11.47%。草地面积和NDVI与生境质量均呈显著正相关关系,其中NDVI是提高黄河源区生境质量的重要驱动因子。研究结果突出了NDVI对提高黄河源区生境质量的主导作用,可为未来源区生态保护提供借鉴。     

基于空间面板STIRPAT模型的水足迹影响因素分析——以山东省为例

随着中国水资源供需矛盾加剧,虚拟水成为地区水资源管理中不可或缺的一环,为提高地区水资源综合利用效率和探索水资源区域一体化管理提供了新思路。采用“自下而上”法核算了山东省17个城市农业、工业、生活、生态与灰水足迹,在分析2009—2018年水足迹时空分布规律基础上,综合运用探索性空间数据分析方法、面板数据STIRPAT模型和空间杜宾模型,揭示了水足迹的空间自相关特征,量化分析了人口数量、富裕程度、技术进步、城镇化和产业升级等影响因素对水足迹的本地影响效应与空间溢出效应。结果显示：(1)2009—2018年山东省水足迹总量均呈现波动上升的变化趋势;空间布局上呈现东部沿海和西部平原水足迹高,中部山地水足迹低的特点。(2)山东省水足迹具有正向的空间自相关性,相比地理位置相邻,水足迹的空间相关性受人口数量因素影响更大,表现出明显的“高高”聚集和“低低”聚集特征,但是受到经济因素的主要影响,区域间水足迹空间相关性随时间发展逐渐下降。(3)人口数量是山东省水足迹增长的重要来源,经济增长是推动各地区间水资源竞争关系的最重要因素。城镇化能够缓解本地水资源压力,技术进步和产业升级不仅能缓解本地水资源压力,...     

拉恩氏菌W25对缓冲容量的响应及其产酸特性

【目的】进一步了解拉恩氏菌W25的溶磷机理和对土壤缓冲容量的响应。【方法】在液体摇瓶培养过程中,采用调节培养液pH的方法研究模拟土壤的缓冲容量对拉恩氏菌W25溶磷量的影响;通过单因子试验和HPLC相结合的方法,研究不同碳源、磷源条件下W25的溶磷能力及产酸特性。【结果】拉恩氏菌W25在磷酸三钙培养液中培养120 h后有效磷含量达到最大值,培养液有效磷含量与培养液pH变化之间呈极显著负相关性(P<0.01);W25在培养第48?96 h具有较强的缓冲能力,培养液有效磷含量加碱处理与未加碱处理差异不显著(P<0.05),从第120 h开始,缓冲能力开始减弱,在168 h后基本丧失了缓冲能力;W25在不同碳源条件下溶磷能力差异显著(P<0.05),依次为葡萄糖>乳糖>蔗糖>甘露醇>淀粉,不同磷源中培养液有效磷含量差异极显著(P<0.01),依次为磷酸三钙>磷酸铁>磷酸铝>磷矿粉;不同碳源、磷源条件下W25培养液中有机酸的种类和浓度差异较大,W25溶磷能力的大小不仅与产酸的种类有关,而且也与产酸的浓度有关。【结论】研究结果为更深入研究拉恩氏菌溶磷机理提供条件,为拉恩氏菌的应用提供理论基础。     

基于历史参照系的三江源区径流调节功能及变化评估

以20世纪70年代植被类型图作为参照生态系统,采用径流量和径流系数作为径流调节功能的表征指标,建立了基于历史参照系的三江源区径流调节功能评估模型,以参照系径流系数与实际径流系数的比值作为径流系数质量指数,分析了2000-2017年三江源区生态系统径流调节功能参照值、现状值及变化量的时空变化规律。结果表明：2000-2017年,三江源区多年平均径流量为495.15亿m³,地表径流量为96.64亿m³,参照系条件下多年平均径流量为468.37亿m³,地表径流量为68.60亿m³。相比参照系,三江源区生态系统的径流蓄纳能力降低,总径流量和地表径流量均明显增加。空间上,基于参照系和实际生态系统的多年平均径流量表现为东南高西北低的空间分布特征,地表径流量则呈西部高东部低的空间分布特征。从时间变化看,实际径流和参照系径流的差别率在4%-9%之间,实际地表径流和参照系地表径流的差别率在22%-58%之间。径流系数质量指数得分显示,2000-2017年,三江源区径流系数质量指数平均得分为98.63,地表径流系数质量指数平均得分为96.98,两者均呈现先降低后增加的趋势,地表径流系数质量指数变化更为明显。2000-2017年,各县（镇）径流系数和地表径流系数质量指数得分具有较大差别,但各县（镇）得分变化均不明显,变化率分别在-1.95%-0.71%和-0.35%-1.90%之间。通过建立基于历史生态系统的评估参照系,定量评估了三江源区参照系和实际条件下的径流变化过程,实现了不同时间、不同区域生态系统径流调节功能的可比较,可对量化生态系统恢复进程提供支撑。     

粤北南岭大宝山矿流域山水林田湖草修复阻力与优先级分析

遵循“防源、控流、治汇”理念,以粤北南岭大宝山矿区作为风险源,以所在流域为研究区,分析研究区主要阻力因素,采用最小累积阻力模型建立区域生态阻力面;利用Jenks自然断点法,分析生态修复优先级,提出分区治理重点和对策。研究结果表明：研究区综合阻力系数处于9-32之间,各评价指标的阻力面空间分布格局相似,其阻力值呈现出东南部大,西北部小的空间格局;长期的矿业开采污染了流域生态环境,且距离矿区越近的区域生态修复的优先性越高。将研究区分为4个优先级区,各区修复优先性依次为Ⅰ区 > Ⅱ区 > Ⅲ区 > Ⅳ区。Ⅰ区重点在于治水,提高pH、降低重金属有效态含量和增加地表植被覆盖度。Ⅱ区重点在于河流治理与治土,确保污染减排,增强拦泥库的废水调节。Ⅲ区、Ⅳ区核心在治土,逐步改善土壤条件。研究结果为修复项目在时空尺度上落地和科学治理提供科学依据。     

城乡建设用地关联对生态系统服务的影响——以洞庭湖地区为例

城乡建设用地数量及相互联系的变化是空间要素及结构演化的重要方面,深刻影响着生态环境质量和生态系统服务水平,研究城乡建设用地关联对生态系统服务的影响对国土空间高质量发展具有重要意义。以洞庭湖地区为研究对象,从土地利用关联视角出发,运用引力模型、InVEST模型、面板数据模型等方法,定量研究了城乡建设用地关联对生态系统服务的影响。结果表明：（1）洞庭湖地区城镇建设用地规模呈现上升趋势,农村居民点用地规模呈现下降趋势;（2）城乡建设用地关联强度呈不断增强趋势,且强关联网格以建成区为核心向周边扩展,低关联网格分布于远离建成区的地方;（3）生境质量和碳储量呈现下降趋势,食物供给则呈现上升趋势,各项生态系统服务价值具有显著的空间异质性;（4）城乡建设用地关联强度对生态系统服务具有负向影响,人口密度、GDP密度、夜间灯光、道路网络对生态系统服务也呈现负向影响,归一化差异植被指数与生态系统服务之间则存在显著的正相关。研究结果有助于了解关联视角下城乡建设用地对生态系统服务的影响机制,可以为制定合理的城乡空间发展战略提供科学依据。     

SWAT模型在天山林区林冠截留过程中的改进应用

林冠截留是森林生态水文的重要环节,SWAT （Soil and Water Assessment Tool）模型对其模拟过程还较为粗糙,为了在流域水文模拟中更精细的刻画林冠截留过程从而得到更佳的模拟结果,以SWAT模型为基础,使用半理论林冠截留模型（Gash模型）与SWAT模型进行耦合,以天山林区为研究区对SWAT模型林冠截留模块进行优化改进。通过对改进前后的模拟结果进行对比分析,结果表明：1） SWAT模型和SWAT-Gash模型的R²分别为0.59-0.83和0.65-0.86,NSE值分别为0.58-0.82和0.63-0.85,两种模型PBIAS为7.2%-17.1%,证明SWAT-Gash模型具有更好的适用性;2）相较于出山口径流数据,SWAT模型和SWAT-Gash模型的RMSD值分别为3.49-7.80 m³/s和3.22-4.68 m³/s,SWAT-Gash模型在校准期和验证期的皮尔逊相关系数分别为0.93和0.81,高于SWAT模型的0.91和0.77;3）基于分位数回归（QR）的不确定性分析表明,SWAT模型和SWAT-Gash模型验证期的P因子分别为0.93和0.96,R因子为1.26和1.19,95%不确定性置信区间平均宽度分别为13.50 m³/s和12.86 m³/s;4） SWAT模型与SWAT-Gash模型在验证期的月平均地表径流量分别为6.55 m³/s和8.50 m³/s,表明在该流域内原始SWAT模型会高估林冠截留量。以天山北坡中段林区为例对云杉森林的林冠截留进行精细化模拟,虽然对模型输入数据要求提高,林冠截留数据的收集增加了模型模拟的不确定性,但对本研究区基于物理过程的水文模拟精度提升明显,改进后模型与出山口实测径流数据一致性更强,可以为天山林区小流域水资源管理提供更可靠的依据。     

环京津城市群生态系统服务的时空演变与驱动因素

城市群已成为全球经济竞争的新空间单元,在促进城镇化建设,实现资源优质配置和发挥辐射带动作用等方面发挥着重要的功能。但剧烈的社会经济活动必然会对城市群生态系统服务造成破坏,因此开展城市群生态系统服务的时空演变研究,进而探索不同驱动因子对其的作用机制具有重要意义。目前,在已有的研究中缺少对城市群尺度和长时间跨度下的生态系统服务水平演变与驱动因素探究。为此,选取京津及环京津地区为研究区域,通过总结区域生态问题,构建起研究区域生态系统服务评价体系,并对2000-2018年生态系统服务进行计算,分析时空演变特征。然后,通过最小二乘法模型（Ordinary Least Squares,OLS）筛选出潜在的驱动因子,并导入地理加权回归模型（Geographically Weighted Regression,GWR）进行地理加权回归计算。最后,通过对结果分析,探讨自然和社会因子对生态系统服务的作用机制。研究结果表明：1）2000-2018年,研究区域生态系统服务呈现出先上升后下降,在2015年达到最高值的发展特征。2）在空间上,研究区域生态系统服务内总体上呈现燕山山脉及太行山山脉北部区域为生态系统服务的高值区域,坝上区域为低值区的空间分异特征。同时,生态系统服务演变在空间上呈现以燕山和太行山为界,燕山和太行山区域呈现先减弱后提升的趋势,西北区域整体呈现减弱趋势,东南区域从2015年起逐渐降低的空间演化特征。3）在驱动因素方面,自然环境和社会经济因素对生态系统服务的驱动作用从强到弱排列依次是：降雨量 > 土壤含沙 > 人口密度 > 温度 > 基础设施密度。4）其中,人口密度、土壤含沙量、基础设施呈较为明显的负相关驱动特征,降雨量呈较为明显的正相关驱动特征,温度则呈南部负相关,北部正相关,由东南向西北影响增强的趋势。本研究通过评估环京津城市群生态系统服务,分析区域生态系统服务的分析演变特征,并探索区域自然、社会因子对生态系统服务的驱动作用,为环京津城市群未来的生态环境保护和规划策略制定提供了科学指导和决策依据。     

基于熵值-突变级数法上海市生态安全评价与对策研究

城市生态安全的定量评估对于区域的可持续发展具有极其重要的指导意义。文章基于PSR模型和相关统计数据,构建了生态安全评价指标体系和评价模型,结合熵权法对各指标进行赋权,利用突变级数法对2005—2015年上海市生态安全状况做出定量评价,并对其状态进行分级,研究结果表明:2005—2015年间,上海市生态安全状态可分为两个阶段,2005—2009为生态安全上升期,生态安全指数从0.8633上升到2009年的0.9497,安全等级由V级上升到Ⅲ级; 2009—2015年期间则为下降时期,生态安全指数从0.9497下降至2015年的0.8981,安全等级则从Ⅲ级下降到V级,期间虽有所上升,但生态安全级别仍处于V级。整体而言,由于受到来自人类活动的巨大压力,城市生态安全水平较低,可持续发展受到严峻的挑战。基于研究结果,为提高上海市生态安全水平,促进城市的可持续发展,政府需要采取一些措施,具体可从以下角度来考虑,进一步加强对城市环境的监督和治理,以实现在经济增长的同时也兼顾环境的质量提升,控制人口增长,改善能源结构,提高清洁能源的使用比例,同时改进技术,提高能源利用效率,降低能耗,减少排放;加大对...