黄河流域生态质量时空变化分析

黄河流域在我国社会经济发展和生态安全格局构建方面具有十分重要的地位,流域的生态保护和高质量发展上升为国家重大战略,同时也面临着生态系统退化、水土流失、湿地萎缩等生态问题.为了解黄河流域生态质量状况及其时空变化特征,分析了黄河流域生态格局、植被、生物多样性、生态系统功能和服务价值、县域生态质量等多方面的数据和文献资料.结果表明:①黄河流域大部分县区生态质量状况一般,植被覆盖度由东南向西北递减,上游地区生态系统服务价值高于中游和下游;② 2000—2018年农田生态系统面积占比持续下降,森林、水域面积占比略有增加,聚落面积占比持续上升,20世纪80年代以来整体植被覆盖和生产力状况得到改善,重要生态功能区的生态系统服务价值明显提升;③大部分地区生态状况改善幅度有限,局部仍有退化,流域的生物多样性依然受到严重威胁.因此,建议在恢复植被覆盖的基础上,开展优化生态结构、维护生态过程的相关研究,重点关注生态敏感地区生态保护成效的评估和提升,农耕地区农田生产力对自然生态系统的影响,以及城镇化过程对生态系统服务和生态安全的影响;同时建立黄河流域生态质量综合监测体系,开展监测指标与技术方法的机理和应用研究,这不但是流域生态质量时空变化分析的基础,也是生态保护恢复和管理工作的支撑.      

黄河下游山东段生态环境的治理对策

黄河流域唯一的河海交汇区位于山东省,是黄河下游生态保护的主战场,在黄河流域具有重要的生态地位,是实现“黄河战略”陆海统筹的战略支点。本文系统分析了黄河下游山东段在陆海统筹背景下水环境质量、黄河三角洲生态系统、水资源保障及工业固体废物处理等方面存在的主要问题,并提出了实施陆海统筹协同治理、加强黄河三角洲湿地生态保护与修复、加强水资源节约集约和非常规水资源利用、推进工业固体废物处置与资源化利用等建议,以期推进黄河流域生态环境质量全面提升。     

黄河流域生态服务价值与经济协调发展的时空演化研究

厘清黄河流域生态现状,分析生态系统服务时空演化特征及与经济协调发展情况,对提升区域经济协调发展具有重要意义。基于黄河流域9省区2000—2020年土地利用数据及国民经济发展数据,测算生态系统服务价值及经济与生态环境协调指数,揭示黄河流域生态系统服务价值时空演化特征及与经济协调发展关系,结果表明：（1）2000—2020年黄河流域全域生态服务价值（ESV）持续增长,由2000年的7020.74亿元增长到2020年的25598.24亿元;（2）研究期内,黄河流域经济与生态协调发展存在显著空间相关性,且人类活动及土地利用方式对生态系统服务价值影响较大,高度冲突区逐渐集中于上游青海省、四川省、甘肃省等经济欠发达地区和下游河南省、山东省等人类干扰密度较高的地区;（3）研究区经济与生态环境协调发展空间分布不均衡,2000—2020年空间集聚态势逐步加大,且冲突区面积远大于协调区,中下游及下游区域两极分化现象明显;（4）研究区内不同区域资源禀赋与生态环境差异较大,要因地制宜,找出不同区域适合自身发展的路径,综合推动黄河流域经济发展与生态环境保护的耦合协调发展。     

黄河流域生态环境违法行为司法应对之道

长期以来,黄河流域的生态环境违法行数量为居高不下,严重影响全流域的生态文明建设和高质量发展。黄河流域的生态环境违法行为有其特殊性,包括在上中游地区"抢占水资源"的行为、上游地区破坏水土保持的行为、妨碍防洪管控的行为、严重污染水体的行为、生态环境损害行为、破坏生态系统服务功能的行为等。对黄河流域特殊的生态环境违法行为应当有特殊的规制措施。但限于以区域为主的管理体制,解决起来往往力不从心。应当坚持生态文明建设和黄河流域高质量发展的指导思想,加快构建科学的流域司法体制,为遏制黄河流域生态环境违法行为,实现全流域的高质量发展创造良好的法治环境。建议设立黄河流域生态环境法院,组建黄河流域生态环境检察院,成立黄河流域统一的公安机构,强化生态环境司法与行政之间的有机衔接,妥善处理黄河流域生态环境司法与区域生态环境司法的关系,加快制定统一的"黄河保护法"。     

黄河流域生态环境违法行为司法应对之道

长期以来,黄河流域的生态环境违法行数量为居高不下,严重影响全流域的生态文明建设和高质量发展。黄河流域的生态环境违法行为有其特殊性,包括在上中游地区"抢占水资源"的行为、上游地区破坏水土保持的行为、妨碍防洪管控的行为、严重污染水体的行为、生态环境损害行为、破坏生态系统服务功能的行为等。对黄河流域特殊的生态环境违法行为应当有特殊的规制措施。但限于以区域为主的管理体制,解决起来往往力不从心。应当坚持生态文明建设和黄河流域高质量发展的指导思想,加快构建科学的流域司法体制,为遏制黄河流域生态环境违法行为,实现全流域的高质量发展创造良好的法治环境。建议设立黄河流域生态环境法院,组建黄河流域生态环境检察院,成立黄河流域统一的公安机构,强化生态环境司法与行政之间的有机衔接,妥善处理黄河流域生态环境司法与区域生态环境司法的关系,加快制定统一的"黄河保护法"。     

黄河流域生态系统特征及下游生态修复实践

根据黄河流域地势、地貌和气候、水文、植被等特点,将流域划分为3个生态区和10个生态亚区,在分析各生态分区特点的基础上,初步识别了黄河流域主要生态环境问题。针对黄河下游存在的频繁断流、水环境恶化、河槽淤积萎缩以及河口三角洲湿地面积萎缩等诸多生态问题,分析了黄河水量调度、调水调沙对黄河下游河道生态修复的作用,介绍了河口生态修复工程实践,并提出了黄河河流生态系统修复的方向与目标。     

黄河流域荒漠化地区生态治理优化路径研究

黄河流域生态环境保护与高质量发展是我国一项重大战略。黄河流域荒漠化问题仍然严峻,有效根治荒漠化问题,是实现黄河流域生态保护与高质量发展的关键环节与根本保证。本文从黄河全流域视野出发,阐述了黄河流域基本情况和荒漠化现状,从自然因素、人文因素、社会因素三个方面分析了影响黄河流域荒漠化地区生态系统稳定性的原因,并提出了不断完善区域生态治理政策和法律机制、积极探索荒漠化防治与产业协同发展模式、加快推进区域水资源节约化集约化利用、着力打造区域荒漠化协同防治体系等生态治理优化路径,不断推动黄河流域绿色生态建设的高质量发展。     

黄河流域生态环境脆弱性评价、空间分析及预测

生态环境脆弱性是制约经济可持续、高质量发展的重要因素。以2005—2018年黄河流域73个城市为研究对象,构建了黄河流域生态环境脆弱性的评价指标体系,采用主成分分析计算了黄河流域生态环境脆弱指数,并依据自然断点法将评价结果分为极度脆弱、重度脆弱、中度脆弱、轻度脆弱、微度脆弱五类。进一步通过空间相关分析揭示了黄河流域生态环境脆弱性的时空演变特征,并利用CA-Markov模型对黄河流域2025年生态环境脆弱性进行了预测。结果表明：（1）黄河上、中、下游生态环境脆弱性分别表现“低—中—高”的分布特征,且生态环境脆弱性变化趋势存在区别：上游虽差异较大但波动相似,中游波动方向相反,下游在2016年之后整体呈下降趋势。（2）黄河流域生态环境脆弱性存在空间相关性,上游呈现低—低聚集,下游呈现高—高聚集,中游空间相关性不显著。（3）预测2025年黄河流域中游地区重度脆弱有所扩张,下游地区极度脆弱向中心区域明显收缩。黄河流域生态环境的治理与保护并非一朝一夕之事,也并非某一流域单独能够完成的,黄河上、中、下游要根据不同的自然条件制定与之相适宜、符合整体发展需要的治理与保护措施。     

坚持黄河高质量生态保护，推进流域高质量绿色发展

近年来,过度干预和高强度开发黄河导致的流域生态系统失衡与生态安全威胁问题日渐凸显。本文梳理了黄河从水沙调控与洪水控制、水资源过度开发到建设长治久安幸福河要求的治理变化过程,分析了黄河水与生态系统的关系及存在的重大问题,提出河流治理必须回归到生态系统保护之根本,以生态系统的观点审视和推动黄河高质量保护与流域高质量发展,通过黄河生态功能和水功能保护体系的构建和管理,促进黄河高质量生态保护与流域绿色发展倒逼机制的推进,重点推进黄河"两区一廊道"生态环境功能的系统保护与修复,实施黄河生态流量的保障与监督,强化水资源的生态保护刚性约束与保护。同时,要通过制定黄河流域生态环境法规与补偿政策,实施最严格生态环境监督和流域管理协同创新,强化流域生态环境新技术支撑等措施来强化流域生态环境法规政策与科学技术支撑。     

黄河流域生态系统服务价值时空演化及影响因素

探析生态系统服务价值的外部时空演化及内在影响机制,对理解区域生态系统问题和提升人类生态福祉具有重要意义.基于格网数据,利用当量因子法与归一化植被指数（NDVI）对黄河流域的生态系统服务价值进行测度,分析流域沿线城市生态系统服务价值的时空格局演变,并在利用地理探测器确定主要影响因素的基础上,构建地理加权回归（GWR）模型,探讨各影响因素的空间异质性.结果表明：①2000~2020年黄河流域生态系统服务价值先上升再下降最后上升,呈现“南部高于北部”和“下游低、上中游高”的空间分布格局,且调节服务对流域生态系统服务价值的贡献最大.②地理探测结果表明,各因素的影响程度存在差异,社会因素对黄河流域生态系统服务价值的解释作用最强,经济因素次之,自然因素的解释作用最弱,且上游的高值区主要与河流湖泊有关,中游的高值区主要与山地有关.③GWR模型结果表明,人口密度、土地垦殖率与生态系统服务价值呈负相关,年均降水量呈正相关,作用强度均由东向西递增;单位面积GDP与整体生态系统服务价值呈负相关,但在上游区域呈正相关.     

2000~2020年黄河流域植被时空演化驱动机制

以归一化植被指数（NDVI）作为植被覆盖及生长状况指标,基于2000～2020年MODIS NDVI数据及同时期气象数据,采用Theil-Sen斜率估算、Mann-Kendall检验、相关性分析和残差分析等方法研究了2000～2020黄河流域植被时空演化驱动机制.结果表明,2000～2020年黄河流域生长季NDVI均值以0.005 a^-1的速率波动上升,植被明显改善的区域主要分布于流域中游的秦岭山系、陕北高原和吕梁山系;黄河流域生长季NDVI与降水和气温的偏相关系数均值分别为0.57和0.49,降水对植被的影响高于气温;人类活动对植被生长起明显改善的区域主要分布在流域中部的陕北高原、吕梁山系和宁夏南部等区域,对植被生长起抑制作用的区域主要分布在银川、包头、西安、洛阳、郑州和太原等人类活动强烈的城市区域;人类活动和气候变化分别对黄河流域植被变化贡献了72%和28%,在人类活动和气候变化的驱动下,黄河流域植被生长得到改善的面积占流域面积的96.4%,其中人类活动贡献率大于80%的区域面积占34.3%,主要分布在流域中部和东南部.气候变化贡献率大于80%的区域面积占4....     

北运河流域植被覆盖度变化及其生态环境质量评估

北运河流域作为北京城市副中心建设涉及的重要自然地理单元,流域内人类活动剧烈,生态问题突出,植被覆盖率下降.基于植被覆盖度快速实现流域内生态环境质量的全面评价,是打造生态和谐宜居示范区的重要支撑,也是实现新时期首都生态文明建设的关键.本文选取1990年、2004年、2018年时相相近的3期Landsat TM/OLI数据,首先采用线性光谱混合模型进行植被覆盖度(FVC)的计算,再利用主成分分析法构建遥感生态指数(RSEI),并对二者时空变化规律及相关性进行探究.结果表明,1990—2018年,研究区平均植被覆盖度与遥感生态指数均呈现先增后减的趋势,植被覆盖度由0.36增长至0.43再降至0.41,遥感生态指数由0.545增加为0.584后又降至0.545.1990—2004年生态质量下降的区域集中分布在北京市主城区四周,环境质量改善的区域集中分布在北运河流域北部、中心城区及东南部,而2004—2018年生态质量下降的重点区域则向东南部流域下游转移,环境质量改善的区域则大面积减少.流域内生态质量保持稳定的区域大幅增加,生态质量差与较差区域占比连续降低,表明研究区大部分区域生态系统状况趋于稳...     

基于关键指标的黄河流域近20年生态系统质量的时空变化

黄河流域生态系统质量直接关系到国家中长期生态安全和高质量发展,研究黄河流域生态系统质量时空变化,可为黄河流域的生态保护和高质量发展提供参考. 基于长时间序列MODIS数据,提取能够反映生态系统质量的归一化植被指数(NDVI)、叶面积指数(LAI)、表层水分含量指数(SWCI)和陆地表面温度(LST)4个关键指标构建遥感生态指数(remote sensing ecological index, RSEI),结合Sen+Mann-Kendall检验和Hurst指数,分析黄河流域2000—2018年生态系统质量变化情况及变化趋势. 结果表明:2000年、2010年、2018年3个年份RSEI与各指标的平均相关系数为0.856,均高于各指标之间的平均相关系数,RSEI能够综合反映黄河流域生态系统质量. 近20年黄河流域生态系统质量存在局部改善与退化并存的现象,其中改善面积占52.84%,主要分布在湟水谷地、黄土高原、鄂尔多斯高原、河套平原和宁夏平原;退化面积占18.48%,主要分布在黄河源区、陕西关中盆地和黄河下游. Hurst指数分析表明,黄河源区生态系统质量未来呈改善趋势,黄土高原持续性改善和未来退化趋势并存,鄂尔多斯高原、阴山南麓、子午岭以未来变化不确定为主,陕西关中盆地以持续性退化为主,生态系统质量未来变化趋势不确定和持续性退化的区域仍需要持续关注. 研究显示,基于关键指标的遥感生态指数能够综合反映黄河流域生态系统质量状况,近20年黄河流域生态系统质量改善面积占52.84%,远高于退化面积(18.48%),且黄河源区生态系统质量未来以改善为主.      

1982 — 2021年黄河流域植被覆盖时空演变及影响因素研究

通过科学认识黄河植被覆盖的空间格局、时间规律,揭示气候变化与人类活动对植被覆盖率空间演化的影响与机理,对于提出科学的生态防护方法、进行生态安全评价,以及推进黄河战略有着重大的理论意义与应用意义。本文以1982—2015年GIMMS NDVI和2000—2021年MODIS NDVI为主要数据源,通过最大值合成法、平均值法、Theil-Sen Median和Mann-Kendall等方法分析了黄河流域1982—2021年植被覆盖空间格局、月际和年际变化规律。结合同时段的年平均气温和年降水量,采用二元线性回归分析和残差分析等方法,探讨了黄河流域植被覆盖的主要影响因素。根据时空变化分析,1982—2021年黄河流域多年NDVI均值变化趋势由西北向东南依次增加,年际变化呈现波动增长趋势,增长速率为0.019 (10a) ^?1,月际变化呈现先增后减的单峰曲线状分布,8月（0.50）为峰值。根据变化趋势分析,1982—2021年黄河流域77.35%的区域植被覆盖呈增加趋势。根据影响因素分析,黄河流域植被覆盖以气候变化和人类活动共同作用为主要影响因素,其中受人类活动促进作用较为明显,约占46.13%。因此,气候变化和人类活动共同作用是黄河流域植被覆盖变化的影响因素,其中人类活动对植被恢复有重要作用。     

黄河流域植被生态用水过程动态模拟

以黄河流域为例,通过集成RS/GIS 技术,利用生态水文评估工具中模块化生态水文综合管理系统（EcoHAT）对研究区植被生态用水过程进行定量模拟,模拟出该流域20 世纪50年代以来像元尺度上植被生态用水量,得到研究区植被生态用水时空结构差异。结果表明：在年际变化上,20 世纪60 年代和80 年代偏多,而70 年代和90 年代偏少,2000 年生长季植被生态用水量为263.5 mm;年内变化整体与降水变化趋势相一致,最大值集中在6-8 月;从植被类型看,最小是草地,其次为灌丛,最大为林地;从水资源分区上看,最小的是兰河干流区间,伊洛河流域最大。其中,兰河干流区间、河龙干流区间、内流区、湟水流域、龙兰干流区间、龙羊峡以上及洮河流域普遍小于400 mm,汾河流域、黄河下游、泾河流域、北洛河流域、沁河流域、渭河流域、龙三干流区间、三花干流区间及伊洛河流域普遍大于400 mm。     

黄河流域干旱状况变化的气候与植被特征分析

应用干旱的气候分析方法和遥感监测方法,分别利用1982～1998年(1999年)降水和气温气象数据,以及AVHRR的NDVI遥感数据计算了黄河流域气候干旱指数和距平NDVI。以像元为单位,应用线性回归斜率和相关系数分析了流域内干旱状况的气候特征和植被特征的变化状况,并进行了流域干旱状况类型的区域划分,从气候和植被特征方面分析了黄河流域近18年来干旱变化状况。通过研究得出以下结论:黄河流域在1982～1999年间干旱的气候特征比较突出,在101°20'E以东地区受干旱威胁,共占黄河流域面积的71%;黄河流域在101°20'E以西的源头地区,干旱的气候特征和植被特征目前都处在相对减弱的趋势中,干旱没有进一步严重恶化的迹象;黄河流域灌溉农业地区植被基本不受气候干旱的影响。     

中国西北地区地表植被覆盖特征的时空变化及影响因子分析

归一化的植被指数(NDVI)自然正交分解结果显示,自上世纪80年代初期至1994年前后,中国西北部区域地表植被覆盖呈增加的过程;1994～2000年,地表植被覆盖状况开始退化,植被退化强度空间分布不匀.TOVS云覆盖数据与地表特征时间变化的一致性,间接证明1994年之后西北部地区植被退化的事实.通过降水和NDVI的相关分析,划分出西北地区地表植被覆盖变化气候影响显著区域、气候与人为影响共同作用显著区域.并从气候和人为影响2个方面分析了造成西北部地区地表植被覆盖状况下降的原因.在降水和NDVI相关显著区域,气候干旱因素是造成1994年后植被覆盖退化的主要原因;而黄河等流域1994年后植被退化的区域,气候干旱和人为活动因素是造成植被覆盖退化的主要因素.     

结合生态需水的黄河水资源水质水量联合评价

在分析河水满足人类用水和河道生态功能需水双重功能的前提下,提出了河水生态功能强度的概念,以及结合生态需水的流域水资源数量与质量联合评价的方法.根据黄河流域1997-1999年间主要水文站点逐月的水质监测数据、水文数据及各取水口逐月的取水量数据,结合生态需水对黄河流域的水资源进行了水质水量综合评价.结果表明,河水生态功能强度的时空分布不均,这与水量和水质的时空分布相关.在1997、1998和1999年,黄河总可利用水资源量分别为371.17×108、425.50×108和500.64×10 m3,其中具备河道生态功能的水资源量分别为129.51×108、151.51×108和205.88×108m3,远远小于维持河道生态系统健康所需的水资源量230.60×108m3,导致了黄河断流和其它生态环境问题的出现.     

2000-2013年塔里木河流域生长季NDVI时空变化特征及其影响因素分析

受塔里木河流域综合治理工程实施和近期气候变化的影响,流域植被覆被时空分布产生一定的变化,厘清植被覆被与流域气候变化及人类活动的关系可以为塔里木河流域生态维护与治理提供科学参考依据。为此,论文以NDVI为指示因子,运用趋势分析、R/S分析、偏相关分析以及残差分析等方法,分析了2000-2013年综合治理工程期间NDVI的时空变化特征,并探讨及区分降水、气温气候因子以及人类活动对植被覆被变化的影响范围和程度,结果表明：1）2000-2013年,塔里木河流域植被生长季NDVI总体呈现增加趋势,增加速率为0.8%/10 a,平原区增速明显高于山区;且开都河-孔雀河流域山区、塔里木河干流的上、中游部分地区呈现比较明显的退化趋势。与此同时,塔里木河干流下游生长季NDVI持续改善。2）山区植被覆被变化主要受气候变化的影响,其中温度是高山区植被生长的主要限制因子,温度的增加促进植被的生长;中低山区以及出山口平原地区植被生长季NDVI变化是降水和温度共同作用的结果,且主要受降水的影响。降水与植被生长季NDVI变化呈正相关,温度与植被生长季NDVI变化呈负相关。3）平原绿洲区植被生长季NDVI增加主要是绿洲灌区面积不断增加以及塔里木河流域生态治理工程对植被恢复的结果,人类活动是该区域植被生长的主要驱动力。4）塔里木河干流生态闸工程在恢复下游植被的同时,也在一定程度上影响了上、中游地区的用水,尤其是导致中游植被出现退化趋势,退化速率约为0.1%/10 a。相关部门应进一步加强水资源的合理配置,充分发挥生态闸工程的水资源调度调控作用。     

基于价值—风险的黄河上游生态功能区生态分区建设

黄河上游地区生态环境脆弱,水土流失和土地退化等生态环境问题不断威胁着生态系统健康与人居环境质量。为探究黄河上游生态功能区生态环境安全状况,本文基于2000年、2010年和2018年的土地利用数据,借助生态系统服务模型、生态风险模型,定量分析了生态系统服务价值和生态风险指数的时空演变规律,并通过Z-score标准化的方法建设了四类生态分区。结果表明：（1）研究期内,各土地利用类型均发生不同程度变化,其中建设用地由于耕地和草地的转入增加最显著,增长面积为118 km²,增长率为46.36%。（2）研究区总体服务价值变化程度较小,生态系统服务以调节服务为主且草地提供价值最高。高服务价值区主要分布于临夏州西南部和卓尼县等植被覆盖度较高的地区。（3）研究区生态风险水平总体偏低,整体呈现“南北两端高、中间低”的分布特征,其中低、较低生态风险区占总面积的76%以上。（4）四类生态分区均发生了较小的变化,表明生态分区处于较为稳定的发展状态。不同生态分区的空间分布连续性差,其中以高生态系统服务价值—高生态风险区（I）最为典型。通过生态系统服务与生态风险（价值—风险）建设生态分区,可为协调区域人地关系与明确未来发展方向提供理论基础。