基于CA-Markov多情景模拟的海南岛土地利用变化及其生态环境效应

以海南岛为研究区域,基于2010年和2020年两期土地利用数据,利用CA-Markov模型预测了3种模拟情景下2030年和2040年土地利用空间分布格局,定量分析了海南岛2010—2040年土地利用变化及其生态环境效应。结果表明,(1)2010—2020年间,海南岛土地利用类型以林地为主,面积占比达62%以上,其次耕地。该时期土地利用类型转移的主要特征是林地、耕地、水域转为建设用地,建设用地面积增加483.55 km2,增长率高达53.27%。(2)利用CA-Markov模型模拟3种情景下海南岛2030年和2040年的建设用地均呈现较大幅度的增长,其中耕地保护情景模拟下的耕地面积最多,生态保护情景模拟下的林地和水域面积有所增加。(3)海南岛生态环境质量呈现出中部高、四周低的阶梯式空间分布格局,2010—2040年间海南岛生态环境质量逐期降低,由2010年的0.606 4下降至2040年的0.587 8。在3种模拟情景中,生态保护情景下的海南岛生态环境质量最高,其次是耕地保护情景,基准情景最差。(4)2010—2040年间,林地转为建设用地是导致海南岛生态环境质量恶化的主要类型和主导因素,耕地转为林地则是致使未来生态环境质量改善的主要土地利用变化类型,生态贡献率超过70%。总体而言,海南岛生态环境质量恶化的趋势大于生态环境质量改善的趋势。     

基于景观格局的草海流域生态风险评价

喀斯特高原景观生态风险变化研究,对建立生态风险预警机制、降低生态风险概率和促进喀斯特高原地区景观格局优化具有重要意义.以2009、2014和2017年的3个时期高分辨率遥感影像为景观格局分析主要数据源,构建景观生态风险评价模型,研究了草海流域景观生态风险时空变化及其空间模式.结果表明,2009—2017年间,研究区景观结构变化较大,耕地和灌草地景观类型面积均呈减少趋势,林地、沼泽地、建设用地和水域景观类型面积呈增加趋势.2009—2017年间,高和较高生态风险主要分布在流域北部、东北部,中生态风险主要分布在流域东部、西南部,较低生态风险主要分布在流域南部-西部-西北部段,低生态风险主要集中在湖泊及其周围.2009—2017年间,研究区生态风险以低和较低生态风险为主,占流域面积的72.38%以上;2009—2014年间,高生态风险、较高生态风险和中生态风险的面积呈不同程度增加;2014—2017年间,高生态风险、较高生态风险和中生态风险的面积明显减少.2009—2017年期间,研究区景观生态风险存在显著空间正相关,"高-高"和"低-低"聚集是主要的生态风险集聚模式,"低-高"或"高-低"零散分布.     

基于植被覆盖度和遥感生态指数的成都市锦江区生态质量评估

快速准确评估城市生态质量及变化对于我国中西部地区高速发展城市的生态建设和环境保护具有重要参考作用。研究选择成都市锦江区2002、2009和2018年Landsat 5/8遥感影像,使用植被覆盖度(FVC)和遥感生态指数(RSEI)对其2002—2018年间的生态质量及变化进行评估,结果发现:(1)锦江区2002、2009和2018年FVC分别为0.522、0.493和0.502,呈先下降后略有回升的整体下降趋势;而RSEI分别为0.526、0.517和0.505,呈连续下降趋势。(2)锦江区整体生态质量一般,在16 a间呈下降趋势,主要表现为生态质量优良区域减少。以新建成区为主的锦江区南部生态质量急剧下降,以旧城区为主的锦江区北部生态质量逐步变好。(3)FVC与RSEI两者之间的空间分布和变化趋于一致,植被覆盖是锦江区生态质量的主要积极影响因素;随着城市的发展,城市建成区是锦江区生态质量的主要消极影响因素。研究结果表明,FVC和RSEI能够反映2002—2018年间的锦江区生态质量及变化状况。     

黄河源区生态破坏现状及保护对策

黄河源区自然条件严酷,生态环境脆弱。随着黄河源区资源开发力度逐步加大,草场和灌丛植被遭到不同程度的破坏,生态环境日趋恶化。因此,保护黄河源区生态环境,建立黄河源头特殊生态功能保护区刻不容缓。     

基于机器学习的武汉城市圈土地生态安全格局识别与优化策略

为明晰武汉城市圈土地生态安全格局,从经济、社会和自然3个维度构建土地生态安全评价体系,在机器学习框架Keras中利用BP神经网络对2010—2017年武汉城市圈土地生态安全水平进行评价,在此基础上,利用ArcGIS软件对评价结果进行空间识别,并提出相应土地生态安全优化策略。结果表明:(1)2010—2017年武汉城市圈土地生态安全水平小幅下降,长期处于临界安全状态,其中土地自然生态安全状况不断恶化,土地经济生态安全状况持续改善,土地社会生态安全水平增减变化差异较大。(2)武汉城市圈土地生态安全变化存在明显空间差异,土地自然生态安全水平下降较大区域主要集中在西部和南部;黄冈和黄石土地经济生态安全水平小幅下降,其他城市安全水平均有不同程度上升;土地社会生态安全水平变化较大,武汉和潜江上升1个安全等级,仙桃和孝感下降1个安全等级,咸宁下降2个安全等级。(3)研究区土地自然生态安全状况恶化的主要原因为人均耕地、耕地面积比例、森林覆盖率持续下降以及工农业废水和废弃物排放总量持续上升;土地经济生态安全状况持续改善的主要原因为工农业生产效率、居民收入和第三产业占比持续上升;土地社会生态安全系统的影响因素较多。     

黄河源区生态破坏现状及保护对策

黄河源区自然条件严酷,生态环境脆弱。随着黄河源区资源开发力度逐步加大,草场和灌丛植被遭到不同程度的破坏,生态环境日趋恶化。具体表现为草原退化严重,水土流失加剧,土地荒漠化扩大,水源涵养能力大为降低。因此,保护黄河源区生态环境,建立黄河源头特殊生态功能保护区已刻不容缓。     

基于遥感与GIS的黄河三角洲绿色空间生态服务价值评估

基于黄河三角洲1987、1997和2007年的TM遥感影像解译数据和野外调查结果,得到研究区三个年度的土地利用空间分布图。然后从土地利用的角度重新审视绿色空间的概念和内涵,建立基于土地利用类型的绿色空间生态评估体系,分析黄河三角洲地区的绿色空间生态服务价值及其变化情况。研究结果表明,1987—2007年间黄河三角洲地区绿色空间土地利用变化显著,其中,水体面积增加明显,农田、林地面积略有增加,湿地和草地面积显著减少,未利用地面积略有减少。土地利用面积的变化直接影响到其生态服务价值的变化,研究期间湿地生态服务价值减少了77.72亿元,草地减少9.00亿元,未利用地减少0.16亿元;水体的生态服务价值增加54.54亿元,农田和林地共增加3.41亿元。研究区绿色空间生态服务价值呈逐年减少的趋势,20年间研究区生态服务价值减少了28.94亿元。通过对绿色空间单项生态服务价值功能重要性进行评价,研究表明黄河三角洲地区单项生态服务价值以湿地、农田和水体占主要地位,这与各单项生态系统的面积及其单位生态服务价值量有关。     

青岛市生态足迹动态研究

利用生态足迹和生态承载力度量和评价1995—2004年间的青岛市可持续发展程度。结果发现,随着经济的发展和社会的进步青岛市的生态足迹显著上升,各类用地都呈现增加趋势,耕地增加程度最大,而水域则表现出不稳定;承载力明显下降,其中主要是耕地承载力下降,林地、水域等其他用地则有相对的提高。生态足迹和承载力的变化造成生态赤字进一步加大。将单位生态足迹内产生的GDP作为生态效率,可以发现青岛市的生态效率呈现增加趋势,表明青岛市的资源利用效率明显增加。按照1995到2004年的发展趋势,青岛在未来十年的生态赤字将进一步加大,通过科学技术提高生态效率是青岛降低生态赤字的主要途径。文章首次分析了青岛市的生态足迹动态,提出了降低生态赤字的途径,为青岛市的可持续发展提供了理论参考。     

生态保护红线区废弃矿山生态修复监管

国家重点生态功能区是生态保护红线划定的重要组成部分之一。矿山生态环境损害被认为是影响区域生态安全的第一大诱因。多年来,由于"有矿快挖,有水快流"经济发展政策的惯性作用,矿产资源开发有力促进了区域经济社会发展,但另一方面也造成了严重的流域/区域生态功能破坏。以长江经济带重点生态功能区为例,结合划定并严守生态保护红线的要求,在分析矿山分布及其生态环境问题的基础上,深入剖析了矿山生态修复存在的主要问题,提出了废弃矿山生态修复监管对策,以期科学制定不同矿山生态修复阶段的目标:矿山地质环境治理—植被恢复/土地复垦—生物多样性重建—区域生态功能修复,为区域生态安全提供技术支撑。具体建议包括建立涵盖生态环境全要素的矿山生态修复监管机制,制定生态保护红线区废弃矿山生态修复专项规划,开展矿山生态环境损害与功能修复技术研发,研究制定矿山生态修复国家标准。     

伏牛山阻隔作用下水热因子、土地覆被与NPP的时空特征

作为秦岭山脉的东延余脉,伏牛山山地效应研究意义重大。文章基于ArcGIS9.3空间分析功能,对伏牛山南北两侧的水热因子、土地覆被和净初级生产力时空格局变化进行了对比分析,结果表明：北坡极端低温和均温明显低于南坡（-2.88℃和-1.7℃）、极端高温明显高于南坡（+1.35℃）,而年降水量北坡则比南坡低14.41%;伏牛山北坡部分常绿针叶林转换为落叶阔叶林,2001—2004年间的落叶阔叶林面积比重分别为：52.4%、55.2%、63.0%和70.9%;2001—2004年间的净初级生产力有增大趋势,尤其是东部区域。研究结论丰富了秦岭-伏牛山作为主要气候区和生态区分界线的理论依据,同时也丰富了山地生态学理论。     

Evaluating losses in ecosystem services in nature reserves in Sichuan,China

Nature reserves have developed rapidly over the decades in China and play a significant role in the function of ecosystem services. The function of ecosystem services in nature reserves, however, has tended to decline in recent years due to natural hazards and human activities. Based on land use, the variation of ecosystem services value (ESV) during 2000–2010 in national nature reserves in Sichuan was evaluated. We analyzed the comprehensive effects of natural disasters and human activities on the decline of ESVs. Total ESV in the national nature reserves in Sichuan was approximately 2741.35 million US$ in 2000, 2616.81 million US$ in 2005, and 2499.06 million US$ in 2010, representing a decrease of 242.29 million US$, or 8.84%, in the decade. Forestland, grassland, wetland, and water bodies played vital roles in the function of ecosystem services, with an aggregated ESV of 99% of the total. The largest proportion of the total ESV was the protection of biodiversity at 48.6%. ESV of all land use types and single ecosystem services continued to decline during 2000–2010. A mechanism of adaptable risk prevention should be established, and unreasonable human activities should be avoided to protect ecosystems and to improve the functions of ecosystem services.     

澳门植被恢复过程土坑法的效应机制探讨

在澳门凼仔岛和路环岛两个离岛的植被成功恢复过程中,土坑法这一技术的应用起到了很好的作用。对土坑法在澳门植被恢复过程中的作用机制及其应用价值进行了初步的研究。对土坑区和无坑区的土壤理化性质测定的结果显示,土坑区土壤容重小于无坑区土壤容重,土坑区土壤含水量、土壤pH、有机质、全N等指标均比无坑区要高;对群落优势种台湾相思(Acacia confusa)生物特征的测量也发现,土坑区的植物生长优于无坑区。这表明土坑区的土壤物理结构和土壤肥力都有所改善,也有助于植被的生长。以上研究结果表明,土坑法是一项行之有效的植被恢复技术,对植被的恢复起到促进作用,可以在澳门进一步的生态恢复中继续应用并加以推广。     

中国草地生态系统碳储量及碳过程研究进展

草地为陆地生态系统的主体,是陆地上最主要的碳储库和碳吸收汇之一。近年来,随着“草原承包责任制”、“退耕还林还草”和“封育禁牧”等重大生态工程项目的实施及草地生态系统的恢复和草地生产力的提升,草地生态系统碳储量、固持潜力、土壤碳循环机制及稳定性机制越来越受到学术界的关切。文章全面综述了近年来我国草地生态系统碳储量及其碳过程的研究工作,总结了不同研究中,我国不同草地类型碳库的特征及其储量、分析了草地生态系统碳过程等,评述了土壤碳过程相关科学问题的研究进展,指出了当前草地生态系统土壤碳储量及碳过程的研究进展、存在的问题,分析了未来草地生态系统土壤碳研究的重点研究方向和发展趋势。研究表明：草地生态系统在调节碳循环和减缓全球气候变化中起着重要作用。但是,由于草地类型的多样性、结构的复杂性以及草地对干扰和变化环境响应的时空动态变化,至今对草地生态系统碳储量和变率的科学估算,以及草地生态系统土壤关键碳过程及其稳定性维持机制的认识还十分有限,随着高分辨率的MODIS、TM数据、数学模型及不同草地类型实测点的建立,以及通过枯落物碳库将植物碳库与土壤碳库的有机连接,草地生态系统的土壤碳储量及固持潜力取得了重要进展;土壤有机碳来源、组成,有机碳化学结构以及环境因子是影响土壤有机碳稳定性的重要因素,而固体赫兹共振、碳同位素示踪等对破解有机碳稳定性提供了重要手段。未来,还将进一步厘清草地生态系统土壤固碳的驱动机制,构建草地生态系统土壤固碳量化方法体系等。     

风蚀条件下人类活动对高寒草地水分保持功能影响的定量模拟

青藏高原是我国重要的生态屏障,具有重要的水源涵养功能。高寒草地生态系统退化将严重地影响高原的水源涵养功能。为了定量研究人类活动对青藏高原高寒草地水分保持功能的影响,采用大型风洞实验,模拟人类不同的干扰方式和干扰程度对高寒草地土壤水分保持功能的影响。实验样品采自青藏高原三个草地类型:高寒草甸、草原化草甸和高寒草原。干扰方式包括破坏草地地上部分和根系,干扰程度包括轻干扰、中度干扰、重度干扰和全部破坏。实验结果表明,地上部分破坏后,土壤含水率均有下降,降幅分别为:QZ1为6.9%～9.2%、QZ2为6.8%～10.1%、QZ3为9%～10%;当根系遭到破坏后土壤含水率的降幅则分别为:QZ1为16%～30%,QZ2为17.25～32.1%,QZ3为22%～50%,显然,根系破坏后土壤含水率降幅远大于地表植被破坏后的情形。因此,植被根系是高寒草地水分保持功能的关键。随着干扰程度的加剧,土壤含水率在迅速下降。从试验模拟结果看,三个草地类型中土壤水分保持功能分别是高寒草甸>草原化草甸>高寒草原。     

植被根系及其土壤理化特征在高寒小嵩草草甸退化演替过程中的变化

以野外样地调查和室内分析法研究了不同退化演替阶段高寒小嵩草草甸的植被根系空间变化和土壤环境因子间的关系。结果表明,不同退化演替阶段高寒小嵩草草甸群落植被根系和蕴育植被根系的土壤量发生了明显的变化。特别是0~10 cm土层的植被根系在重度退化阶段显著高于其它退化演替阶段（P〈0.05）,而蕴育植被根系的＂载体＂量在重度退化阶段显著低于其它退化演替阶段（P〈0.05）,根土比（根和土的重量比）明显高于其它退化演替阶段（P〈0.05）;随着退化演替阶段的进行,高寒小嵩草草甸群落物种数、地上部分、植被根系锐减,群落结构和功能明显发生变化;不同退化演替阶段,植被根系（0~40 cm）的垂直分布、根土比与土壤容重、土壤含水量以及土壤中N、P含量存在一定的相关性;不同退化演替阶段高寒小嵩草草甸土壤理化特性的变化影响草地群落地上部分和植被根系;土壤的稳定性是草地生产稳定和恢复的重要因素,在评价与改良退化草地时,要充分了解土壤的退化程度。在高寒草甸地下根系取样方法难以统一,而且土壤表层根系和土壤很难难以分离,加之根系采样破坏性大、工作量大,根土比可能是指示高寒草甸退化程度相对可靠的量化指标。     

黄河下游断流研究进展

介绍了黄河下游断流的发生特点、断流成因及断流对三角洲人民生产生活及对生态环境的影响三个方面的研究成果和进展。这些研究表明:黄河下游断流是自然与人为因素叠加所致,但主要影响因素为人类活动,而气候变化、源区生态环境恶化也是导致黄河径流减少的重要因子,但由气候变化引起的黄河径流量改变的百分比还未确定;黄河下游断流对河口海域生态系统、三角洲演变、工农业生产及城乡人民生活等方面都会产生影响,严重断流时会导致三角洲土地利用格局发生变化,并产生一系列生态问题。今后一段时间,要研究保障区域生态安全的生态用水量,合理利用黄河水量的丰枯周期,从根本上解决黄河下游的断流问题。     

三江源区不同建植年代人工草地群落演替与土壤养分变化

研究了了三源区不同建植期人工修复草地在不同演替阶段毒杂草[主要是甘肃马先蒿(Pedicularis kansuensis)]的入侵规律、数量特征,植物群落物种组成、生物苗和草地质最以及土壤养分、微生物活性的变化规律.结果表明,不同建植期人工修复草地植物群落的种类组成、植物功能群组成和群落数量特征存在显著差异.随着演替时间的推移,人工草地群落盖度、高度、物种数、生物最和多样性指数均表现出"V"字型变化规律,杂类草--甘肃马先蒿的数量特征变化尤为明显,在4 a的人工草地群落中开始局部入侵,在5～6 a的人工草地群落中大面积入侵,其入侵速度、入侵面积达到高峰期.土壤的含水量、容重、土壤中有机质、氮素和磷素在演替过程(7 a、9 a草地)中逐渐降低,到一定时期又逐步增加;随着演替的进行,不同建植期人工草地的土壤微牛物生物量碳和酶活性均呈"V"字型,变化.对于退化生态系统的恢复首先是植被恢复,其次是土壤肥力的恢复.土壤有机质等养分的积累、微生物活性的改善不仅能使土壤-植物复合系统的功能得以恢复,同时也能促进物种多样性的形成,有利于人工草地群落稳定性的提高.在试验区尽管植被恢复演替进行得比较缓慢,但从土壤发展的角度看,仍属进展演替.所以,在退化高寒草甸的恢复过程中,若降低和有效控制外界的干扰(如围栏封育),可为退化草地恢复提供繁殖体与土壤环境,实现人工草地逐步向恢复(正向)演替进行.图3表6参34     

松嫩草原黄墩蚁〔Lasisus flavus (Fabricius)〕对土壤理化性质的影响

黄墩蚁是松嫩草原土壤动物优势类群中唯一的大型土壤动物,是研究羊草草原分解者亚系统中大型土壤动物功能及作用机理的理想对象.本文研究了黄墩蚁筑巢活动对土壤物理和化学性质的影响,结果表明,黄墩蚁的筑巢活动改变了土壤颗粒的粒径分布,土壤的孔隙度增加,也明显阻止了盐分的上泛,同时增加了土壤中有机质、速效氮和速效磷的含量.受土壤理化性质改变的影响,蚁丘周围的植被组成、密度、生物量等群落特征指标也发生了较大变化.研究表明,由黄墩蚁活动引起的草原微生境的改变有利于羊草的生长和繁殖,黄墩蚁加速了羊草 虎尾草群落向羊草群落的演替,因此可以断定黄墩蚁是松嫩草原生态系统中的一个重要的干扰因子,可以利用它们这种生态作用加速退化草原的修复和重建.同时,黄墩蚁主要分布于羊草较多的生境中,对周围环境差异反应敏感,也可以作为羊草草原退化的指示物种之一.图3表2参15     

水、氮控制对短花针茅草原气体交换的影响

随着对气候变化日趋关注,人们对生态系统气体交换及其主要影响因素进行了大量研究。短花针茅草原作为荒漠草原的典型代表,是亚洲特有的一种草原类型,是最干旱的草原类型,生态环境异常严酷,系统极度脆弱,稳定性差,在自然和人为干扰下极易退化。以短花针茅（Stipa breviflora）草原为研究对象,通过控制降雨量以及氮素添加对生态系统气体交换进行监测,研究气体交换对降雨量和氮素添加的响应过程,揭示降雨量和氮素添加对生态系统气体交换的影响作用。该文在2012年自然条件下,采用自动CO2通量系统（Li-6400, Li-COR, Lincoln, NE, USA）野外测定短花针茅（Stipa breviflora）草原生态系统气体交换数据,比较研究了增雨施肥（WN）、增雨不施肥（W）、减雨施肥（RN）、减雨不施肥（R）、单独施肥（N）、自然状况（CK）条件下2012年气体交换变化规律。结果表明：整个生长季生态系统净 CO2交换（NEE）、总的生态系统生产力（GEP）、生态系统呼吸值（ER）都呈先升高后降低的趋势,并在生长旺盛期（8月）达到最大值。NEE在N、W处理下有升高,其他处理都降低。ER在N、WN处理下都有升高,其他处理都降低。GEP在W、N、WN处理下都有升高,其他处理都降低。NEE、ER、GEP都是在N处理中达到最大值。     

祁连山自然保护区生态承载力分析与评价

以层次分析法和模糊模式识别为基础，建立生态承载力综合评价模型，重点分析祁连山自然保护区森林、草地和农田3种受人类活动干扰最强烈的生态系统的生态承载力和生态荷载，在此基础上进一步分析整个保护区的总体生态承载力和生态荷载。结果显示，祁连山区域生态系统已经受到人类活动的强烈干扰，生态荷载总体处于严重超载状态。但区域生态系统内部各子系统之间以及生态荷载的空间分布存在差异。其中，森林子系统和草地子系统属于严重超载，农田子系统属于中度超载；在总体生态荷载的空间分布上，西北部地区比东南部地区超载更为严重；就各子系统的生态荷载状况而言，森林子系统和草地子系统的超载程度均表现为东南部地区略低于西北部地区，但农田子系统东南部地区超载程度高于西北部地区。