以材料“创造”土地？——中国城市化进程的一个重要特征

中国快速城市化进程的一个重要特征是以土地为载体,通过大量投入钢铁、水泥等建材大规模修建城市建筑和基础设施,创造出大量的城市生产和生活空间。利用1985—2010年中国省级行政单元城市建成区总面积、城市居住用地总面积、城市住宅总面积和城市住宅建筑材料总使用量等数据,识别城市扩张模式,揭示中国城市化进程中土地、建筑面积及其构筑材料三者间的关系。研究表明2000年是中国城市扩张的重要分界点,2000年之前中国各省份的城市建成区总面积、城市住宅总面积和城市住宅建筑材料总使用量均较小且省份间差异不大,2000年之后三者迅速增长且省份间差异逐渐扩大。在地区尺度上,三者均呈现东部地区最高、中部次之、西部最低的特点,地区内部差异则表现为东部地区最大、西部次之、中部最小的特征。大多数省份的城市住宅总面积及其构筑材料总量随着城市建成区的扩张而增长,表明城市在发展初期以扩大建成区和水平扩张为主。随着城市化水平的不断提高,城市内部空间重组和用地置换导致高层建筑逐步替代了原有的单层或低矮建筑,城市扩张的方向由依赖土地的水平扩张转向以大量使用建筑材料为基础的垂直扩张,使得许多省份的城市住宅总面积逐渐超过辖区内居住用地总面积。这种以建筑材料"创造"出更多"土地"的城市垂直扩张在满足人们对城市生产和生活空间需求的同时,有利于节约土地资源和保护生态空间,但需要以消耗更多的建筑材料并承担建筑材料在开采、制造、运输、使用和废弃过程中所造成的环境影响为代价。     

干旱区绿洲城市生态文明建设公众参与意识研究——以“一带一路”沿线城市乌鲁木齐为例

生态文明是人类文明发展的新阶段,其强调人与自然的协调发展。基于公众科学理论框架,采用模型模拟方法、实地问卷调查、多元回归方法,分析了乌鲁木齐居民参与城市生态文明建设的自我感知、满意程度、参与意愿,并构建了结构方程模型(SEM),探讨了居民参与城市生态文明意愿的可行路径,分析了居民参与城市生态文明建设的意愿与其相关因素间的关系,揭示了居民参与城市生态文明建设主要限制因素。结果表明:(1)居民自我感知与城市生态文明建设参与意愿呈显著正相关,满意程度与参与意愿呈显著负相关;(2)45.36%的受访者表示非常愿意参与城市生态文明建设;(3)居民主体意识和支持度占比分别为72.92%、72.04%,生态认知、生态关注及参与信心占比分别为43.08%、64.33%和55.14%;(4)受访者对城市生态文明建设状况满意度的平均偏效应为2.32,各项满意度均值情况为:城市绿化状况(2.51)政府环境信息公开程度(2.41)城市空气状况(2.35)城市垃圾处理与分类状况(1.99)。研究成果以期为建立和推进城市生态文明建设提供科学参考。     

1991-2017年叶尔羌河流域冰川景观格局时空演变

冰川景观变化是全球环境和气候变化的共同"指示器"。随着全球气候变化加剧,干旱和半干旱地区的冰川景观将进一步变化。科学评估冰川景观格局时空演变特征,为应对冰川景观变化及其影响提供科学参考。基于1991-2017年Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像,采用监督分类方法获取叶尔羌河流域冰川景观时空格局及变化数据,利用景观格局指数、质心迁移模型、分形维数等方法分析近26年叶尔羌河流域冰川景观格局时空演变特征。结果表明：（1）1991-2017年叶尔羌河流域冰川斑块面积呈消减趋势,但有所减缓,共减少799.50 km²（-13.09%）。冰川斑块面积消减主要集中在海拔5400-5800 m之间,相较之下,海拔4400 m以下的区域冰川斑块面积消减率最高,达63.68%;不同坡度冰川景观消减率存在差异,陡坡冰川斑块面积消减率最高（15.98%）,急陡坡消减率最低（2.87%）;阴阳两坡冰川景观均呈消减趋势,阳坡冰川斑块面积消减速率显著高于阴坡。（2）近26年来,叶尔羌河流域冰川斑块数量、最大斑块指数均减小,而平均形状指数、平均周长面积比、分裂指数均增加,表明冰川景观不断消减,破碎化程度增加。（3）研究期间,叶尔羌河流域冰川景观质心发生迁移,整体呈现东北偏移趋势。（4）通过分形理论对叶尔羌河流域冰川景观空间结构特征进行分析表明,该流域冰川景观消减率略微降低,但仍然处于持续消融状态。     

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。     

喀斯特槽谷区生态退化与修复专题导读

在国家重点研发计划项目——"喀斯特槽谷区土地石漠化过程及综合治理技术研发与示范(2016YFC0502300)"的支持下,经过项目组全体成员三年的共同努力,在喀斯特槽谷区生态退化与修复方面取得了一些重要进展。主要有:(1)2000—2015年槽谷区土壤侵蚀总量逐年减少,年平均侵蚀模数逐年降低,槽谷区植被覆盖明显提高;(2)拉巴豆地埂篱根土复合体不仅能有效提高喀斯特土壤的粒径大小和增强土体的抗剪/冲性能,并且能够利用大气N_2合成植物生长所需的氮肥,从而提高土壤肥力,可望实现石漠化治理中生态效应和经济效应的双赢;(3)喀斯特槽谷区隧道建设改变了地下水流场并降低了地下水位,进而降低了土壤微生物丰度和多样性,而增加了适应干旱的微生物种群,并导致土壤质量的降低;隧道建设加速了坡面产流和土壤流失,加剧了土地石漠化,从而导致生态退化;(4)随着槽谷区退化生态系统的恢复,生态系统的生态服务功能得到提升。     

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。     

东海低氧区及邻近水域浮游植物的季节变化

根据2011年5月、8月、11月在东海低氧区及邻近水域(25°00'—33°30'N,120°00'—127°30'E)进行的多学科综合调查,对东海低氧区及邻近水域浮游植物群落结构特征及季节变化进行了相关研究。经Utermhl方法初步分析共鉴定出浮游植物4门74属248种(含变种、变型,不含未定种),主要由硅藻和甲藻组成,此外还有少量的金藻和蓝藻。春季优势种主要为具齿原甲藻(Prorocentrum dentatum)、柔弱伪菱形藻(Pseudo-nitzschia delicatissim)、骨条藻(Skeletonema sp.)和具槽帕拉藻(Paralia sulcata);夏季主要是中肋骨条藻(Skeletonema costatum)和海链藻(Thalassiosira sp.);秋季主要是具槽帕拉藻、圆筛藻(Coscinodiscus sp.)和柔弱伪菱形藻。调查区浮游植物平均细胞丰度在夏季最高,达到85.002×103个/L,春季次之,秋季最低。在水平方向上,春、夏两季,表层浮游植物细胞丰度在近岸出现高值,由近岸到外海细胞丰度逐渐降低;而在秋季则相反,在调查海域的东北部出现高值,随离岸距离的增加细胞丰度逐渐增加。在垂直方向上,春、夏两季,浮游植物细胞丰度在表层出现最大值,随着深度的增加细胞丰度逐渐降低;而在秋季细胞丰度分布比较均匀,随水深变化不明显。调查区表层浮游植物ShannonWiener多样性指数和Pielou均匀度指数的平面分布基本一致,并且与细胞丰度的分布大致呈镶嵌分布。调查浮游植物群落的演替规律是:从春季的甲藻(具齿原甲藻、微小原甲藻(Prorocentrum minimum)等)为主,硅藻(柔弱伪菱形藻、骨条藻等)为辅;演替至夏季的硅藻(中肋骨条藻、海链藻等)为主,甲藻(主要是梭状角藻(Ceratium fusus)和叉状角藻(Ceratium furca))为辅,到秋季进一步演替为硅藻(具槽帕拉藻、圆筛藻、柔弱伪菱形藻等)为主,铁氏束毛藻(Trichodesmium thiebaultii)为辅。浮游植物物种组成、优势种、细胞丰度及多样性指数均表现出明显的时空变化。低氧区与非低氧区浮游植物群集存在明显差异。     

基于MODIS时序数据的黑龙江流域火烧迹地提取

火烧迹地信息是研究火灾的重要参数和基础数据,也是研究全球生态系统和碳循环扰动的重要依据之一。以受森林火灾影响较为严重的黑龙江流域为研究区,以MODIS时间序列数据为数据源建立了一个分为两阶段的火烧基地提取算法(即首先设定较为严格的提取条件对最有可能发生火灾的像元——核心像元进行提取,然后设定较为宽松的阈值提取距离核心像元一定范围内的火烧像元),对2000—2011年的火烧迹地信息进行了提取,生成了研究区长时间序列火烧迹地分布图,并对其时空分布特征进行了分析。选择黑龙江省为典型验证区对算法精度进行了验证,结果显示算法的整体精度较之以往的算法有了一定程度的提高。     

单一景观空间分布指数及其适用性评价

为描述单一景观的空间分布离散性和广度特征,引入基于香农熵的空间分布指数(MSHDI,Modified Shannon's Distribution Index),利用河南省中南部地区1990、2001和2007年3期TM/ETM+遥感影像,进行了MSHDI与经典景观指数的比较,并分析了MSHDI与面积指数(PLAND,Percentage of Landscape)在多网格尺度下的相关关系。结果表明:(1)MSHDI在描述单一景观的空间分布广度和离散程度特征方面具有较好的适用性。MSHDI能适应不同制图综合程度的影响,并能反映出景观斑块边缘的细微差别。(2)通过分析MSHDI与PLAND之间相关系数的大小和变化程度可以分别验证MSHDI的表征性和稳定性。(3)MSHDI适用于基底和散布状景观,两种指数之间有显著的正相关性(农用地=0.939,=0.000;城市建设=0.877,=0.004;工矿仓储=0.870,=0.002;自然绿地=0.966,=0.001),且随网格粒度变化不大(农用地r=0.921±0.054;城市建设r=0.867±0.107;工矿仓储r=0.883±0.052;自然绿地r=0.964±0.024);而对网状景观则缺乏稳定性。     

林火干扰对大兴安岭主要林分类型地上生物量预测的影响模拟研究

林火干扰是北方森林最主要的自然干扰之一,对北方森林地上生物量影响是一个长期的过程。因此,在预测地上生物量动态变化时需要考虑林火的影响。运用空间直观景观模型LANDIS PRO,模拟大兴安岭林区林火对不同树种地上生物量预测的影响。选取研究区5种主要树种林分(兴安落叶松、樟子松、云杉、白桦和山杨),以无干扰情景为参考预案,在验证模型模拟结果的基础上,模拟林火在短期(0—50a)、中期(50—150a)和长期(150—300a)对地上生物量的定量化影响,及其对不同立地类型地上生物量的动态变化。结果表明:(1)基于森林调查数据参数化的2000年森林景观模拟结果能够较好地代表2000年真实森林景观,模拟的2010年森林林分密度和胸高断面积与2010年森林调查数据无显著性差异(P0.05),当前林火干扰机制模拟结果能够较好地与样地调查数据匹配,说明林火模拟能够代表当前研究区林火发生情况;(2)与无干扰预案相比,整个模拟时期内景观水平上林火减少了1.7—5.9 t/hm2地上生物量;(3)与无干扰预案相比,林火预案下主要树种生物量在短期、中期和长期变化显著(P0.05);(4)在不同模拟时期,林火显著地改变了地上生物量空间分布,其中以亚高山区地上生物量降低最为明显。研究可为长期森林管理以及森林可持续发展提供参考。