基于地理探测器的区域植被覆盖度的定量影响——以京津风沙源区为例

植被覆盖度（FVC）是衡量生态环境优秀的重要指标.本文基于MODIS NDVI数据,运用像元二分法模型,估算了2000~2018年京津风沙源区FVC,分析了其时空变化特征.在此基础上,基于地理探测器模型,定量分析了自然因素和人类活动因素等12个因子对京津风沙源区FVC空间分布的影响.结果表明,近20a来京津风沙源区FVC整体上呈增加趋势,增加率为8.2%.空间上,研究区73.7%的区域FVC在增加,其中显著增加的区域主要集中在晋北山地丘陵亚区、燕山丘陵山地水源保护亚区、大兴安岭南部亚区和科尔沁沙地亚区的南部.2000~2018年,降水是影响京津风沙源区FVC空间分布的主要自然因子,解释力为63.3%;年末大牲畜头数是影响FVC空间分布的主要人为因子,解释力为34.8%.自然因素和人类活动之间的双因子交互作用以双协同作用和非线性协同作用为主,表明相对于单因子,自然因素和人类活动间的交互作用对FVC的解释力更强.其中,降水与其他11个因子的交互作用对研究区FVC起主导作用,解释力超过60%.     

鄂尔多斯市防风固沙功能时空变化及驱动因素分析

鄂尔多斯市是京津风沙源治理的重点区域,其防风固沙功能提升对于筑牢北方生态屏障和维护环京津地区的环境安全具有重要意义. 本文基于长时间序列卫星遥感影像以及气象、植被、土壤等数据资料,采用修正的风蚀模型(RWEQ),评估了鄂尔多斯市防风固沙功能,揭示了防风固沙功能时空变化规律及驱动因素. 结果表明:①2018年鄂尔多斯市防风固沙量为95.07×108 t,单位面积防风固沙量为10.95×104 t/km2,高值区主要位于东部和北部,整体上呈现自东向西递减的趋势. ②2000—2018年,鄂尔多斯市防风固沙功能呈增加趋势,年均增长率为26.96%;空间上,其防风固沙功能明显提升区域主要位于准格尔旗和乌审旗的东南部,面积占比为54.89%;稳定区域位于杭锦旗、鄂托克旗、伊金霍洛旗的部分区域,面积占比为29.76%;降低区域位于杭锦旗北部和鄂托克旗西部,面积占比为15.33%. ③鄂尔多斯市防风固沙功能变化与降雨量和土地利用类型的面积占比均呈显著相关. 研究显示,长期生态保护修复显著提升了鄂尔多斯市防风固沙功能,但由于气候变化和人类活动影响仍存在功能退化区域,未来科学实施生态修复是筑牢鄂尔多斯市生态屏障的主要方向.      

黑河中下游防风固沙功能时空变化及影响因子分析

黑河中下游是我国重要的防风固沙生态功能区,分析该区域的防风固沙功能时空变化,明确其主要的影响因子贡献,对于指导荒漠化防治、维护流域生态安全十分重要.该研究基于修正风蚀方程(revised wind erosion equation,RWEQ)、一元线性回归斜率分析、灰色关联分析和GIS技术,分析了2000—2017年黑河中下游防风固沙功能动态变化及其影响因子.结果表明:①2000—2017年,黑河中下游年均防风固沙量为3.2×109 t,年均防风固沙功能约为2.44×104 t/km2;防风固沙量总体呈增强趋势,年均增加6.67×107 t,年均变化率为1.85%.②区域防风固沙功能呈现中游较强,向下游递减的空间分布特征,防风固沙功能较高区约占研究区面积的31.54%,一般区占20.77%,较低区(北部荒漠区)占47.69%;甘肃省张掖市和嘉峪关市防风固沙功能呈增加趋势,回归方程系数(slope)为0~26.29%,占总面积的12.51%;额济纳旗东北部和甘肃省高台县中部防风固沙功能呈下降趋势,回归方程系数为-17.17%~0,占总面积的23.30%.③防风固沙功能主要影响因子中,风力因子最主要,贡献率为30.04%,其次为积雪覆盖、土壤湿度、植被覆盖,贡献率分别为24.57%、24.26%和21.13%.研究显示,防风固沙工程应综合考虑气候变化、植被覆盖、土壤特性及人类活动的复合影响,实行具有空间差异化的方案.      

京津风沙源治理工程生态效益评估——以翁牛特旗为例

通过以实地调查和京津风沙源治理工程建设任务及投资数据为基础,以县域土地利用及社会经济相关数据作为参考,对内蒙古翁牛特旗京津风沙源治理工程生态效益进行了全面评估。结果表明,内蒙古翁牛特旗森林生态系统服务主要是水源涵养、保护生物多样性和固碳释氧,占总服务价值的86.1%。京津风沙源建设工程在遏制沙化土地蔓延和改善周边区域环境质量等方面效果显著。京津风沙源治理工程在生态、经济、社会方面的贡献巨大,工程建设取得了较好的成效。     

内蒙古锡林郭勒盟景观尺度土壤保持功能的空间分布

景观作为理解和塑造人类社会与环境最具操作性的尺度,其土壤保持功能是实现景观可持续性的重要条件。在遥感和GIS技术的支持下,采用改进的通用土壤流失方程(RUSLE)对内蒙古锡林郭勒盟景观土壤保持功能的空间分布进行研究。研究表明,研究区土壤保持总量为1.699×10~9 t?a~(-1),单位面积土壤保持量为85.39 t?hm~(-2)?a~(-1);土壤中N、P、K元素保持量分别为9.25×10~6 t?a~(-1)、6.14×10~6 t?a~(-1)、3.41×10~7 t?a~(-1)。按一级景观估算,土壤保持能力从强到弱依次为林地耕地草地住宅用地未利用地水域;按二级景观估算,土壤保持能力以灌木林地为最高,其次分别为有林地、疏林地、丘陵旱地、平原旱地、高盖度草原、山地旱地、中盖度草原,最差的是盐碱地和裸岩石质地。不同景观的土壤保持功能随植被覆盖度的增加呈非线性增长趋势,当植被覆盖度小于50%时,单位面积土壤保持量随植被覆盖度增大而缓慢增加;当植被覆盖度大于50%时,土壤保持功能随植被覆盖度增大而显著增加。因地制宜地提高研究区的植被覆盖度,合理配置景观空间分布格局,有助于景观服务功能的发展,从而对区域生态安全和人类福祉做出更大贡献。     

黑河下游重要生态功能区植被防风固沙功能及其价值初步评估

在遥感和地理信息系统支持下,利用风蚀输沙率模型,对1986-2006年期间黑河下游重要生态功能区植被的防风固沙功能及其价值进行了估算。结果表明: 1986、1996和2006年研究区植被防风固沙量分别为9 056×10⁴ t、4 972×10⁴ t和6 296×10⁴ t;不同植被覆盖的土地类型中,有林地防风固沙能力最强,其次为灌木林,低覆盖度草地最小;1986-2006年,区域植被生态系统的防风固沙功能呈现出先减弱后增强的趋势;植被防风固沙功能的空间分布差异性明显,防风固沙能力较高的区域主要零散分布在河流、湖泊沿岸等植被覆盖状况较好的区域;研究区域植被生态系统的防风固沙功能价值较大,2006年达到53.1×10⁸元,明显高于当年研究区的GDP。     

新时代生态文明背景下中国草原分区与功能辨析

草原是重要的自然资源和生态系统,具有十分重要的生态功能（如水源涵养、水分调节、水土保持、初级生产、气候调节和生物多样保护）和社会经济价值（如牧业生产、牧民生计维持、牧区文化传承等）。科学保护、合理利用和有效恢复是草原资源和生态系统可持续管理的根本基础。2018年国家机构改革后草原主体功能从生产转向生态,草原在生态文明建设中的地位凸显。在新时代生态文明建设快速推进过程中,对标国家“山水林田湖草”生命共同体系统治理的总体战略,聚焦绿色发展和美丽中国建设的基本理念,提出基于地理分异和功能特征的草原分区方案,是推进草原资源高质量管理亟待解决的核心问题之一。利用文献调研、专家问卷调查和会议咨询等方法,构建以“生态保护优先、兼顾绿色发展”为主导思想的中国草原分区体系,提出生态地理单元分异原则、主体功能优先原则、产业布局协调性原则、历史传统相结合原则、行政边界完整性原则,提出了区、亚区和小区三级分区体系的主要指标、命名方式、功能判定及产业布局的厘定方法,将全国草原分为5个区（内蒙古高原草原区、西北山地盆地草原区、青藏高原草原区、东北华北平原山地丘陵草原区、南方山地丘陵草原区）、47个亚区、2899个小区,并给出了不同分区的主导生态功能及产业发展方向。分区结果具有综合性、协调性和时代性,可以为新时代草原生态文明建设和山水林田湖草系统治理提供科学支撑。     

基于社会网络分析的京津冀地区碳排放空间关联与碳平衡分区

基于2005、2010、2015和2017年的碳排放/碳汇数据,利用社会网络分析和探索性空间数据分析对京津冀县级尺度的碳排/碳汇的空间关联作用进行实证分析并进行碳平衡分区划分,提供了在县级空间尺度上划分碳平衡区的路径.研究结果表明:(1)京津冀地区碳排放年均增长率由2005-2010年间的10.05%放缓至2010-2017年间的1.25%,碳汇总量先降后增,2010-2017年间增长15%,但2017年净碳排放量达到了6亿t,反映了当前碳中和压力仍然巨大,京津冀北部和西部是主要的碳补偿率高值区,京津唐、石家庄和邯郸-邢台及其周边地区是主要的碳补偿率低值区;(2)京津冀碳排放空间网络格局逐渐清晰,形成了京津碳排放区、石家庄碳排放区、邯郸碳排放区三个主要的碳排放空间联动区,分别占整个区域面积的36.65%、9.64%、6.76%;(3)根据实证结果,京津冀区域被划分为集中碳汇区、局部调节区、核心-联动碳排区、分散-联动碳排区、分散-孤岛碳排区、一般-联动碳排区、一般-孤岛碳排区7个碳平衡功能区,分别占整个区域面积的22.07%、32.62%、12.81%、0.45%、1.14%、22.5...     

黄土高原生态恢复程度及恢复潜力评估

黄土高原是世界水土流失最严重的地区之一,2000年以来黄土高原重点实施了退耕还林还草等一系列生态工程,促进了生态恢复。为全面评估黄土高原地区生态恢复现状、生态恢复程度及恢复潜力,选取生态质量和生态系统服务两大类指标,采用模型模拟计算方法,对黄土高原2000—2019年生态恢复进行综合分析和评估。结果表明:(1)生态质量有所恢复转好,植被覆盖度和植被净初级生产力呈增加趋势。比较前后十年变化,植被覆盖度持续转好的面积占比为39.90%,植被净初级生产力持续转好的面积占比为82.71%。(2)生态系统服务有所恢复提高。水源涵养服务持续转好的面积占比为15.46%,土壤保持服务先转好(稳定)后稳定(转好)的面积占比为18.88%,风蚀区防风固沙服务持续转好面积占比为6.30%;水源涵养和土壤保持服务提高区域集中在农牧交错带地区,防风固沙服务提高区域集中在沙地和沙漠区。(3)综合生态恢复程度高的地区占全区面积的11.08%,主要分布在黄土丘陵沟壑区,仅少数无恢复地区占全区面积的3.51%,集中分布于沙地和沙漠区西北部地区。(4)植被覆盖恢复潜力高值区主要位于黄土塬沟壑区西部,低值区主要位于黄土丘...     

成都平原及其周边区域植被覆盖动态监测

利用Landsat TM/OLI遥感数据、DEM和地貌数据,基于像元二分模型、遥感与GIS技术对2007~2013年成都平原及周边区域的植被覆盖动态变化进行了估算,并结合高程、坡度、坡向和地貌数据,定量分析了汶川地震前、后植被受损与恢复的空间动态格局变化。研究表明:(1)植被覆盖总体良好,近一半区域的植被覆盖度均在中、高度以上,空间格局上呈现由西部的龙门山区向中部的平原区域降低的总体趋势;(2)地震造成植被受损面积约6.91×105 hm~2,集中分布于海拔324~800 m、坡度20°、东坡、南坡和西坡及山地地貌部位;(3)震后5 a,植被恢复面积约4.88×105 hm~2,主要分布海拔324~1 000 m、坡度30°、平缓坡、南坡、东坡和西坡、丘陵和大起伏山地以下区域;(4)高程、坡度和地貌对植被损毁与恢复的影响明显高于坡向。     

西藏高原生态系统服务时空格局及其变化特征

西藏高原是我国国家生态安全格局中至关重要的区域,维护提升其生态屏障功能是该区生态保护的核心目标。论文分析了1990—2010年西藏高原生态系统类型及其服务能力的时空变化格局,开展近20 a生态屏障功能的综合评估。结果表明：1）近20 a,西藏高原生态系统宏观格局稳定少动,森林、水体与湿地面积略有增加,草地、荒漠面积减少;2）森林、草地、湿地生态系统水源涵养量为895.19×10⁸ m³,平均单位面积水源涵养量为744.48 m³/hm²,近20 a水源涵养服务在波动中有所提升;3）水蚀区土壤水蚀模数为3 876 t/km²,土壤水蚀量为10.31×10⁸ t,生态系统土壤保持服务保有率为66.3%,近20 a土壤侵蚀量下降,而土壤保持服务保有率呈持续上升趋势;4）土壤风蚀模数为1 581.2 t/km²,土壤风蚀量为18.99×10⁸ t,防风固沙服务保有率为66.5%,近20 a由于风场强度减弱与植被覆盖度增加,土壤风蚀量下降,而生态系统防风固沙服务保有率持续提升;5）森林、草地、湿地碳固定服务量为1.95 Pg C,从前10 a略有下降态势转变为后10 a轻微上升趋势。     

大气沉降向华中丘陵区稻田输入硫通量的观测

选取我国华中丘陵区的湖南省长沙县一个典型水稻种植区,对2015与2016年2年雨水样中的SO₄²-S和大气SO₂的沉降量进行监测,分析雨水中SO₄^2-、NO₃^-的关系,解析大气硫沉降的主要来源.结果表明,研究区大气中SO₂-S和雨水中SO₄^2--S的年均浓度分别为8.5 μg/m³和1.1mg/L,大气硫沉降年均总量为26.8kgS/（hm²·a）,其中年均降雨混合沉降量18.2kgS/（hm²·a）,年均干沉降量为8.6kgS/（hm²·a）.研究区域硫素干、混合沉降量存在明显的季节差异,硫素混合沉降春季高于夏、秋、冬季,而硫素干沉降冬季高于春、夏、秋季.雨水中NO₃^-/SO₄^2-的质量比大多小于1,表明研究区大气硫素主要来自固定污染源（燃煤）.华中丘陵区稻田具有较高的硫沉降,但硫沉降量已较21世纪初出现了较大幅度下降,农业生产中需要根据农田硫素收支状况酌情补充硫肥来保证作物高产稳产.     

大气沉降向华中丘陵区稻田输入硫通量的观测

选取我国华中丘陵区的湖南省长沙县一个典型水稻种植区,对2015与2016年2年雨水样中的SO₄²-S和大气SO₂的沉降量进行监测,分析雨水中SO₄^2-、NO₃^-的关系,解析大气硫沉降的主要来源.结果表明,研究区大气中SO₂-S和雨水中SO₄^2--S的年均浓度分别为8.5 μg/m³和1.1mg/L,大气硫沉降年均总量为26.8kgS/（hm²·a）,其中年均降雨混合沉降量18.2kgS/（hm²·a）,年均干沉降量为8.6kgS/（hm²·a）.研究区域硫素干、混合沉降量存在明显的季节差异,硫素混合沉降春季高于夏、秋、冬季,而硫素干沉降冬季高于春、夏、秋季.雨水中NO₃^-/SO₄^2-的质量比大多小于1,表明研究区大气硫素主要来自固定污染源（燃煤）.华中丘陵区稻田具有较高的硫沉降,但硫沉降量已较21世纪初出现了较大幅度下降,农业生产中需要根据农田硫素收支状况酌情补充硫肥来保证作物高产稳产.     

西藏生态安全屏障保护与建设工程的宏观生态效应

西藏高原是我国重要的生态屏障、江河源区与生物物种基因库,为了保障其生态功能的持续有效发挥,2008年开始实施西藏高原生态安全屏障保护与建设工程。论文基于工程规划目标,通过对比监测2000—2008年与2008—2015年西藏高原生态系统及其关键服务的时空变化,科学地评估西藏高原生态工程的生态效应。结果表明：工程实施前、后8 a相比,1）西藏高原生态系统格局稳定少动,生态系统宏观状况趋向良性发展。森林面积持续增加,荒漠面积显著减少,水体与湿地面积从减少转变为增加。2）草地退化趋势明显减弱、草地恢复态势显著,退化草地占比下降了19.9%,恢复草地占比增加了33%。植被覆盖度增加趋势明显,平均提高了1.9%,特别是高寒草甸类。草地载畜压力明显减少,牧草供给能力提升,草畜矛盾有所缓解。3）生态系统水源涵养能力增加,碳汇总量略有提高,防风固沙服务能力稳步上升。然而,降雨量增加导致降雨侵蚀力增强,植被覆盖度增加但植被根系土壤层无法短时期内恢复,从而导致土壤保持服务能力有所下降。4）西藏高原的暖湿化气候有利于减缓荒漠化进程并促进生态系统恢复,而生态安全屏障保护与建设工程的实施对西藏高原生态系统服务能力的提升特别是工程区局部生态恢复具有一定的正面作用。     

基于流域尺度的农业非点源污染物空间排放特征与总量控制研究

农业非点源污染是导致流域水质恶化的重要原因之一.依据农业污染源主要污染物空间排放特征和排放强度分析,划分农业非点源污染空间管理分区,并研究设计分区污染物总量控制方案,是提高农业非点源污染控制成效的重要途径之一.以湖北省四湖流域为研究案例区,系统开展了流域尺度的农业非点源污染空间排放特征识别与总量控制研究.结果表明,四湖流域水环境COD、总氮、总磷、氨氮负荷主要来自于农业非点源污染,4类非点源污染物分别占到流域污染物排放总量的67.6％、 82.2％、 84.7％和50.9％.对四湖流域非点源污染物空间排放特征分析结果表明,水产和畜禽养殖业发达的洪湖、监利、潜江、沙洋地区是流域非点源污染物的主要贡献源区.根据污染物在流域空间上的排放特征和源强评价结果,将四湖流域划分为3个农业非点源污染管理分区,即长湖上游水产和畜禽养殖污染重点控制区、四湖干渠农村非点源污染综合控制区和洪湖水产养殖污染重点控制区,针对不同管理分区分别提出了污染控制措施.基于水质改善和水体纳污能力综合考虑,设计了针对3个非点源污染管理分区的总量控制方案,分阶段实现监测断面全指标达标和满足水体纳污能力要求.主要污染物中,COD主要削减区域为四湖干渠区和洪湖区,分别占到流域COD削减量的43％和42％;氨氮主要削减区域为四湖干渠区,占到氨氮总削减量的66％;总氮主要削减区域为四湖干渠区和洪湖区,分别占到流域总氮削减量的42％和31％;总磷主要削减区域为四湖干渠区,占到流域总磷削减量的53％.     

浑善达克沙地退化草地的封育效果调查

封育保护是促进退化草地自然恢复的有效方法之一,为了研究实施京津风沙源工程措施以来浑善达克沙地沙质草场的围封效果,我们特对浑善达克沙地南缘地段的围封草场进行了调查,并取得了一些结果。     

生态退耕前后张家口市耕地变化及影响因素识别

耕地变化与相关土地政策密切相关,为揭示生态退耕政策实施前后,耕地变化特征及其影响因素的差异性,该研究以北方农牧交错区——张家口市为例,分析了生态退耕前后（1989—2000年和2000—2015年）耕地变化特征。在此基础上,应用多项Logistic回归模型研究了耕地变化的影响因素。研究结果表明：1）耕地面积由1989年的1 090 031.02 hm²减少到2015年的924 647.32 hm²,持续减少了15.17%,特别是生态退耕后,耕地减少速度加快;但耕地仍然集中分布在张北县、康保县、沽源县。2）生态退耕前后,耕地转出与转入并存。与生态退耕前相比,生态退耕后耕地转换变化总面积增加121 695.72 hm²,其中转出面积增加占88.72%;耕地主要转换去向由草地（17 063.59 hm²）、建设用地（9 007.00 hm²）、林地（8 932.72 hm²）和园地（5 981.19 hm²）,变为林地（51 902.41 hm²）、园地（40 311.23 hm²）、草地（32 292.66 hm²）和建设用地（23 152.11 hm²）。3）生态退耕前后,耕地转换变化的影响因素不同。退耕前,海拔和坡度分别是耕地转为园地、林地和转为草地、建设用地的主导因素;退耕后,耕地转化的影响因素多样化,海拔仍是耕地向园地转换的主导影响因素,人均GDP变化和到最近道路距离分别成为耕地转为林地、草地和转为建设用地的首要因素。基本农田保护区和自然保护区对耕地转为园地、林地和草地也起着重要作用。研究结果能为张家口市耕地保护、生态环境保护及经济社会协调发展提供科学依据。     

沙尘暴产生的环境管理体制根源分析及对策研究

以在内蒙古锡林郭勒盟和浑善达克沙地所做的实地调研为基础,对沙尘暴产生及治理环节中的政策和体制问题进行了探讨.分析表明,政策和体制问题才是沙尘暴问题的根源所在:以"自给自足"为核心目标的农业政策与环境政策的不协调和草地资源的公共产权是造成草地退化的诱因,在沙尘暴的治理中存在的责任机制不当、生态建设投资机制不当、草原建设管理缺位以及草原生态环境监管低效等政策和体制中存在的缺陷是沙尘暴无法得到有效控制的根本阻力.提出首先要通过协调农业和环保政策、实施可持续贸易,从源头上减少对资源的需求,从而预防沙尘暴的产生;其次要重点从明确职责和加强基层环保力量入手,提升沙尘暴的治理能力.