基于土地利用变化的区域生态安全评价 ——以鄂尔多斯市为例

在人类活动导致的生态环境问题中,土地利用变化对区域生态安全起着决定性的作用。选择地处我国北方农牧交错带的鄂尔多斯市作为案例区,以GIS和SPSS软件为平台,通过区域生态安全评价指标体系的构建、指标标准阈值的确定、区域生态安全评价模型的建立,对研究区1988、2000及2008年的区域生态安全状况进行了研究。结果表明:①研究区20 a来整体生态安全状况呈现"先恶化、后改善"的趋势,与2000年后"退耕还林还草"、"禁牧和休牧"政策的实施直接相关;②高覆盖度草地是最安全的土地利用方式,其次是中覆盖度草地,林地的生态安全水平非常稳定,水域和低覆盖度草地的生态安全多处于"临界安全"水平,相比之下,耕地、建设用地和未利用地最不安全;③各旗区生态安全水平差异较大,鄂托克旗"较为安全",鄂托克前旗和准格尔旗为"临界安全",达拉特旗和东胜区的生态安全值最低。研究结果可为当地生态环境管理提供更为有效的理论依据。     

汉江流域三生空间转型格局及其生态环境效应

汉江流域在我国区域生态安全和经济社会发展格局中的战略地位日益凸显,开展三生空间用转型及其生态环境效应研究能为该区生态文明建设和国土空间规划提供参考。基于1990—2020年土地利用/覆盖数据和“生产—生活—生态”(三生空间)视角,运用转移矩阵、生态贡献率等研究方法,分析了汉江流域三生空间用地转型及其生态环境效应的时空演变特征。结果表明：1990—2020年汉江流域以生态空间为主,生态空间面积先减后增且集中分布在丹江口以上流域,生产空间由增转减,生活空间始终处于增加态势;1990—2020年汉江流域三生空间类型转移关系保持稳定,以生态空间和生产空间的互转为主,转移规模呈先减后增趋势;汉江流域生态环境质量呈西高东低空间格局,高质量区面积持续增加,其他质量区不同程度下降;影响汉江流域生态环境改善、恶化的主导用地类型分别为生产空间转化为林地绿色和蓝色生态空间,草地及林地绿色、蓝色生态空间转化为生产空间。     

基于生态系统服务与生态环境敏感性评价的生态安全格局构建研究

生态安全是国家安全的重要组成部分,构建生态安全格局对保障区域生态安全和实现可持续发展具有重要意义. 生态系统服务与生态环境敏感性评价能够揭示区域生态系统质量和生态产品供给能力,为生态安全格局构建提供科学基础. 本文以宁夏回族自治区为研究对象,基于生态系统服务与生态环境敏感性评价识别重要生态源地,并采用最小累积阻力(minimal cumulative resistance, MCR)模型识别重要生态廊道与关键生态节点,进而构建了宁夏的生态安全格局. 结果表明:①宁夏生态系统服务极重要性区域面积为14 280.05 km2,主要分布于西北部贺兰山、东部哈巴河、中部罗山及南部六盘山地区. 生态系统极敏感区域面积为7 340.58 km2,主要分布于宁夏南部水土流失治理区和沙坡头区沙漠化防治区. ②将评价结果与自然保护地空间分布相结合,综合确定全区生态源地面积为16 300 km2,主要包括西北、东部、南部山地以及黄河沿线区域. 生态安全缓冲区按照高、中、低水平分别占研究区总面积的67.93%、22.92%和9.15%. ③识别生态廊道为64条,生态节点12个,均呈现中部密集、南北稀疏的空间分布特征,与生态源地分布及其破碎程度相符. ④以研究区现有生态安全格局为基础,提出“一廊三屏四区多节点”生态安全格局优化策略. 研究显示,基于生态系统服务与生态环境敏感性评价的生态源地选择方法是在现有研究范式下对生态格局构建研究的补充,同时研究结果将为宁夏生态安全格局优化以及国土空间修复提供重要参考.      

呼伦湖流域生态安全评价及时空分布格局变化趋势研究

呼伦湖是我国北方第一大湖,具有涵养水源、生物多样性维护、气候调节等重要生态功能,对于维系我国北方生态安全屏障具有重要作用.近年来,随着气候暖干化加剧,呼伦湖面临着湖体面积萎缩、芦苇湿地大面积消失、局部草原区退化严重、土地沙化面积扩大、关键种群缺失等生态安全问题.该研究围绕“水资源-水环境-水生态”三水共生目标,以“山水林田湖草沙”系统观为指导,基于遥感和GIS技术对呼伦湖流域1990—2018年的生态安全时空分布格局进行评价.结果表明:①2018年呼伦湖及其流域的生态安全指数分别为0.495和0.774,分别处于预警和良好状态.②呼伦湖流域生态安全自1990年以来分别经历了骤降期、稳定期和恢复期等3个时期,呈现“一林一草一湖”的生态安全分布格局.③2010年呼伦湖生态安全水平最低,主要分布在新开河入湖口、湖西岸大部分区域、湖中心以及湖东南方向的湾口区域;流域则在2015年的生态安全状况最差,主要位于新左旗中部、海拉尔河流域以及呼伦沟等地,尤其是沿乌尔逊河上游东侧地带表现最为突出.④影响呼伦湖流域生态安全水平的主要因素为入湖径流量、蓝藻水华面积占比和水源涵养量,而长期超载过牧、水体污染物浓缩效应以及湿地面积萎缩是限制生态安全水平进一步提升的重要因素.研究显示,呼伦湖流域生态安全与水资源状况密切相关,湖面面积维持在2 036 km2以上能保障流域较高的生态安全水平.此外,蓝藻水华面积、放牧强度与湿地面积均关系着区域生态安全,建议通过建立蓝藻水华风险防控体系、合理核定载畜量、保护与修复芦苇湿地以改善局部区域生态安全状况.      

车尔臣河流域土地利用变化及生态环境效应分析

借助ArcGIS与ERDAS软件,以1990年、2000年、2010年遥感影像Landsat TM/ETM为数据源,提取3期车尔臣河流域土地利用/覆盖利用图.在土地利用类型与区域生态风险之间的经验联系基础上,推求出土地利用类型生态风险指数,进而获得研究区域生态安全指数,建立了车尔臣河土地利用类型与生态环境之间的数量关系.同时,在空间尺度上将研究区分为若干特定研究单元,并对整体及局部地区进行生态环境质量动态分析.结果表明:1990—2010年间,车尔臣河流域总体生态环境指数呈逐步升高趋势,但生态环境质量的改善与恶化两种趋势并存,并在特定研究单元上出现明显的区域分异特征;盐碱地向耕地、林地及低覆盖度草地的转化,低覆盖度草地向林地的转化和未利用地向耕地的转化是环境改善的主导因素,林地与中覆盖度草地向盐碱地和未利用地的转化是环境恶化的主导因素.     

海河流域湿地区域生态安全评价

通过对海河流域湿地进行区域生态安全评价,结果表明海河流域湿地区域生态安全综合指数为5.197,属于预警状态.流域内以河北省湿地生态安全状况为最好,为6.238,属于较安全状态,其它均属于预警状态,依次为内蒙、北京、山西、天津、山东、河南.海河流域湿地整体生态安全状况近年来有向中度预警甚至极度预警状态恶化的趋势;必须重视海河流域湿地的生态安全建设.     

榆中县生态安全格局识别与优化

生态安全格局识别和构建对于保障区域生态过程和生态可持续发展具有重要意义。文章基于榆中县生态本底特征结合生境质量识别生态源地,利用生态风险系数修正不同地类赋值得到的生态阻力面,采用最小阻力模型识别并提取生态廊道和生态缓冲区,叠加整合各组分要素,识别榆中县生态安全格局现状,最后基于生态安全格局现状提出榆中县生态安全格局优化方案。结果表明:(1)榆中县生态源地总面积为492 km2,占全域总面积的14.93%,主要包括林地、草地、耕地和水域4种地类;(2)榆中县总共有18个生态节点,连接着185条生态廊道,总长度为683.01 km,其中包括关键廊道和潜在廊道;(3)依托县域本底生态特征,构建"一廊一带三区"的生态安全空间结构,为榆中县生态保护和修复、空间结构优化提供依据。     

基于重要生态节点独流减河流域生态廊道构建

河道、湿地、湖库和河口等生态节点是区域生物多样性保护的重要景观要素,而生态廊道是连接这些重要生态节点的"桥梁"和"纽带".针对中尺度流域景观破碎化问题,以天津市独流减河流域为例,在景观生态学理论指导下,借助GIS与RS技术,基于"河道-湿地-湖库-河口"等重要生态节点,重点考虑景观类型和人类活动干扰的影响,利用最小累积阻力模型构建生态廊道,识别生态节点与生态断裂点,并对其空间结构进行定量化分析,进而规划设计了研究区的生态框架.结果表明:①45条生态廊道的网络连接度评价指标——α指数（网络环度）、β指数（节点连接率）和γ指数（连接度）分别为0.32、1.56、0.56,说明廊道网络具有较高的连通性和复杂度,有利于生态流的顺畅流动.②共识别26个生态节点和35个生态断裂点,明确了研究区需重点保护建设和修复改善的关键点（区）的地理位置.③廊道最佳宽度为30~60 m,空间配置以草地、林地和水域等重要景观类型为主,约占70.63%~78.97%,能够为物种提供高质量的栖息地和迁移通道.④廊道网络中河流廊道为主要廊道类型,其长度约占廊道总长度的51.19%,具有丰富的水资源和植被种类,所构建的"一轴两心九带"的生态框架具有重要的生态服务功能.研究显示,基于重要生态节点构建生态廊道和生态框架能够提高独流减河流域的景观连接度,对该流域的生态安全格局规划和生态工程建设具有重要参考价值.      

基于格局-过程理论的非点源污染实证研究:以黄土丘陵沟壑区水土流失为例

非点源污染是影响地表环境的主要污染方式之一.针对黄土高原丘陵沟壑区水土流失这一典型的非点源污染问题,应用非点源污染的空间识别方法———景观空间负荷对比指数和景观坡度指数,对黄土高原泾河流域12个子流域进行了实证研究.结果表明,耕地、低覆盖度草地和各种林地的景观坡度指数和景观空间负荷对比指数对流域土壤侵蚀模数有显著的响应关系,对径流深度存在着一定的响应关系,而对径流变异系数和侵蚀变异系数没有明显的响应.说明景观空间负荷对比指数和景观坡度指数对流域水土流失具有一定的指示作用,可作为水土流失等非点源污染空间风险评价的1个有用方法.     

基于AWRSEI的岱海流域生态环境质量时空演变及驱动因子分析

流域是重要的生态安全屏障和社会经济发展区域,为了更加客观准确地评价干旱和半干旱区流域生态环境质量,基于遥感生态指数（RSEI）引入盐度指标构建适用于干旱和半干旱区流域的遥感生态指数（AWRSEI）并以岱海流域为例分析其适用性.基于AWRSEI模型,采用4期Landsat TM/OLI合成影像,对2001~2020年岱海流域的生态环境质量进行定量评价,通过变异系数和空间自相关分析岱海流域生态环境质量时空演变规律,并通过地理探测器进行成因分析和驱动因子解释力分析.结果表明：①AWRSEI与各生态因子的平均相关系数为0.860,比单个指标分量更具代表性;第一主成分的荷载正负值和排序与RSEI一致,特征值贡献率比RSEI高3.69%,评价结果与真实地表情况更为接近,适合用于干旱区流域的生态环境质量评价.②岱海流域2001~2020年AWRSEI指数的年均值为0.427,生态环境质量基础较差,期间AWRSEI的均值呈现波动上升的趋势,并且在2020年均值达到最高0.502.整体生态环境质量明显好转,恶化区域减少了20.51%,改善区域增加了12.71%.空间分布上,岱海流域南部和西北部高海拔地区的林地生态环境质量优,北部和南部中海拔地区生态环境质量较差,湖区北侧生态环境质量优于南侧.③岱海流域AWRSEI变异系数平均值为0.280,生态环境质量状况稳定,整体变化波动较小,高波动主要集中在湖区南侧和居民点区域.岱海流域生态环境质量存在显著的空间自相关性,高-高集聚区主要分布在高海拔的林地区域和低海拔耕地区域;低-低集聚区零星分布在中海拔区域.④2001~2020年岱海流域生态环境的提升主要由于NDVI提高,NDBSI和NDSI降低.NDVI和NDBSI是交互作用最强的组合,对生态环境的解释力最强.土地利用是AWRSEI的主导因子,解释力最强.土地利用和气象因子的组合是交互作用最强,且各驱动因子之间均为增强关系.     

基于生态系统服务评价与最小阻力模型的生态安全格局构建——以临沧市为例

以临沧市为研究区,基于生态系统服务评价结果确定的生态源地,以最小累积阻力模型构建临沧市生态安全格局体系。首先通过生态系统服务重要性和生态敏感性评价,将临沧市极重要和极敏感区域作为MCR生态安全格局构建的源地,综合考虑距离居民点、道路、水系的距离,土地利用,植被覆盖,地形因素等因子来构建生态源地扩张的阻力面,通过层次分析法AHP方法确定各阻力面权重,计算临沧市生态源地扩张综合阻力面。基于自然断裂法对生态源地空间阻力运动的综合最小累积(费用)阻力面进行空间聚类,划分出临沧市3种安全水平下的生态用地。低安全水平的生态用地面积为2014. 25km2,占区域总面积的8. 57%。中安全水平的生态用地面积为7610. 41km2,占区域总面积的32. 22%。高安全水平的生态用地面积为13985. 49km2,占区域总面积的59. 21%。通过临沧市生态系统服务评估、生态源地识别、MCR综合阻力面构建、生态廊道及生态源地识别,最终构建出临沧市的三屏一带的生态安全格局。三屏为南滚河自然保护区天然屏障,主要位于沧源县和耿马县境内,主要为临沧市生物多样性保护提供屏障,位于中部永德大雪山生态屏障区和位于西部的镇康边境生态保护屏障区。一带为澜沧江水源涵养保护带,从北至南沿澜沧江分布,主要为澜沧江水域涵养区。     

甘肃白龙江流域景观生态风险评价及其时空分异

以我国典型生态环境过渡带——甘肃白龙江流域为对象,借助GIS技术和Fragstats软件,基于土地利用变化的生境脆弱度和景观生态损失度构建了流域景观生态综合生态风险评价模型,并利用空间自相关分析方法,开展了土地利用变化及其生态风险评价与时空分异研究.结果表明:1990~2010年白龙江流域土地利用变化明显,林地和建设用地呈现增长趋势,耕地和草地面积呈现减少,未利用地和水域则呈波动变化.研究区景观生态风险空间分布差异明显,白龙江流域西北部和北部的生态风险高于流域的西部、东部和南部.同时,各风险等级上呈现“两头小中间大”的趋势,即中等风险区面积呈扩张的态势,低风险区和高风险区呈减弱的趋势.流域景观生态风险具有显著的空间集聚特征,其生态风险值呈现显著的空间正相关关系,这可能是流域生态风险时空分布与土地利用强度、土地利用结构及人类活动之间关系密切.     

小流域生态恢复对策研究——以大汶河源头黄庄河流域为例

生态环境退化是当今全世界面临的重大问题之一,它可以导致和加速一个区域的水土流失过程。生态修复是控制和治理水土流失现象的必要而有效的途径,并且流域生态修复是今后生态修复的发展方向。文章探讨分析黄河下游支流大汶河的源头一黄庄河流域的生态环境问题,结合生态恢复理论,在小流域内有针对性的提出建造沼气池等综合环保性的生态修复措施,以期达到恢复和改善流域生态环境的目的,并为黄河下游的生态恢复提供一定的理论依据。     

典型海岛景观生态网络构建以崇明岛为例

人类活动的日益频繁使得海岛生物多样性保护压力不断增大,构建景观生态网络是缓解海岛生物多样性压力的重要途径。基于RS和GIS,运用最小阻力距离法和重力模型构建了崇明岛景观生态网络,结果显示:崇明岛景观生态网络由重要生态功能斑块和生态廊道构成;重要生态斑块共17个,面积170.6 km2,占崇明岛总面积的12%,其中东滩湿地为核心生态源地,东平国家森林公园附近区域为核心生态节点;生态廊道共25条,包括核心生态廊道17条,总长度分别为164.2 km和74.1 km,其中东滩湿地和北湖湿地之间廊道以及东风西沙周边廊道是崇明岛生态连接的关键;随着生态廊道宽度的增大,景观生态网络中最适宜景观比例相应减少,中等适宜景观和不适宜景观比例则有所增大,网络构建的难度也随之上升。     

三江平原挠力河流域湿地生态特征变化研究

经过近半个世纪的垦荒,挠力河流域湿地生态特征发生了明显的改变,大量湿地被垦殖,湿地面积逐年减少;湿地资源的破坏,造成环境污染严重,土壤有机质含量大大降低;土地沙化、盐碱化面积不断扩大;灾害性气候发生频率增加;动植物等多样性资源急剧减少。挠力河流域作为“北大荒”的重要组成部分,生态环境的剧烈变化也就很具有代表性了。伴随着新千年“北大荒”停止一切垦殖湿地、草地和林地的措施出台,挠力河流域也迎来了退耕还林、还牧、还湿的调整时期。     

日本琵琶湖流域生态系统的修复与重建

琵琶湖流域生态系统的修复与重建着眼于全流域及中长期目标的实现. 在《琵琶湖综合保全整备规划》基础上,滋贺县政府提出了流域生物生息空间网络化构筑的长期构想,在全流域划定了16个重要生物生息空间及10条重要河流作为生态回廊;从上游的森林建设、内湖重建、河流治理到湖滨带芦苇群落的保护等开展了一系列的流域修复工作,如针对湖滨带修复,制定了芦苇群落保护条例与规划,划定了琵琶湖湖岸及周边内湖的芦苇群落保护与恢复区域,面积达138 hm2,其中芦苇带栽植面积达15 hm2,收割等维护管理每年达30 hm2等. 琵琶湖修复与重建工程的开展使生物多样性逐渐提高,生态系统功能得到恢复. 与之相比,我国湖泊流域生态修复存在的问题主要体现在生态修复缺乏流域整体的长远规划以及在湿地修复、低污染尾水的生物处理、湖滨带修复等领域存在一定的理念差异.      

云南澜沧江流域土地利用及其变化对景观生态风险的影响

利用GIS的空间分析功能,对云南澜沧江流域1980年、1992年和2000年3期TM遥感影像解译的土地利用解译数据进行图层代数运算,定量分析了土地利用变化及各种土地利用方式的相互转化关系;在土地利用变化的基础上,以景观干扰指数和土地利用类型的敏感度指数为评价指标,分析了不同研究时段内不同空间范围的景观生态风险变化情况.研究结果表明,自1992年以来该流域牛态环境受人类活动干扰增强,耕地、林地、草地三者之间相互转化频率较高;土地利用结构的变化已导致景观生态风险指数发生显著时空差异,中级以上的生态风险主要分布于该流域的中下游,分布范围呈东南向西北方向扩展,风险较高的地区增加幅度较大.受地形、地貌的影响,该区域的景观生态风险各向异性较显著,自相关范围在7.5km之内.澜沧江流域景观生态风险有扩大的趋势,应加强中级以上景观生态风险区域的生态保护与建设,以实现澜沧江流域的生态环境与社会经济的可持续发展.     

基于MCR模型的漓江流域生态安全格局构建

以典型喀斯特地貌的漓江流域为研究单元,基于景观生态风险度和景观连通性指数提取生态源地,在最小累计阻力模型和重力模型的帮助下识别潜在生态廊道和潜在生态节点并进行赋级,最终结合流域山水林田湖草沙一体化治理工程构建区域生态安全格局.结果表明:①流域景观生态风险呈“中部南部高、东部北部低”的空间特征,较高、高风险区占流域面积43.34%.②流域内存在5个生态源地,主要为林地和自然保护区,总面积达1689.05km²,占流域总面积28.99%.③识别潜在生态廊道6条和潜在生态节点38个,集中分布在灵田镇附近.④参考生态阻力面和未来规划,构建漓江流域为“生态保育、修复、管控一体,廊道带建设并行”的生态网络格局;此外为保证廊道带的顺利建设,在区县尺度上对灵川、兴安两地给予更多的生态补偿资金及技术支持.研究可为漓江流域生态系统功能提升及国土空间保护修复提供科学指导.     

辽宁双台河口湿地生态安全评价

受人类活动强烈干扰,河口湿地的生态安全问题日益严峻。对湿地生态安全的评价研究应遵循"人—湿地"复合系统思想,文章坚持湿地可持续发展的时空观念,突出人为因素,兼顾自然因素,评价了双台河口湿地生态安全的空间状况,具体探讨了湿地核心地带生态安全的演化机理。结果表明:辽河三角洲地区生态安全水平空间差异较大,西市区、站前区为极不安全,鲅鱼圈区为不安全区,盘山县、双台子区、兴隆台区为临界安全区,老边区、大洼县为较安全区。双台河口湿地核心区所在的大洼地区,近7年来生态安全演变态势较好,由生态临界安全上升为较安全,但仍未达到理想安全状态,与周边县区生态安全等级不高有密切关系。最后提出了双台河口湿地生态安全的对策与建议。     

金沙江流域生态地质环境现状及其对梯级水电站工程开发过程中生态环境保护的建议

金沙江流域地跨横断山断块抬升高山、高原褶皱隆起中一低山和四川盆地掀斜台陷深切丘陵三种环境地质域,地质环境复杂,地形起伏大,流域水平及立体气候变化明显,由此营造出复杂的生态地质环境系统。流域水资源储量丰富,是中国最大的水电能源基地,流域规划开发12座梯级电站。梯级电站的开发必然与流域的生态地质环境发生相互作用,作用的正负效应事关水电开发本身的安全,也维系流域乃至西部生态环境的安全,因此必须客观地评价流域生态地质环境现状,预测梯级电站修建后可能产生的影响。文章结合流域的生态地质环境现状,筛选出27个评价指标,将其分成斜坡(岸坡)稳定性评价子系统、水土流失与水库淤积评价子系统、生态环境演化评价子系统和人类活动评价子系统四大子系统,在此基础上建立金沙江流域“水电工程开发对生态地质环境影响评价系统”。最后, 利用该评价系统将流域划分为26个生态地质环境质量片区,分述其现状和梯级电站开发影响。