杭州湾南岸滩涂湿地多年蓝碳分析及情景预测

选取2003年、2017年杭州湾南岸遥感数据,利用ENVI软件和ArcGIS进行空间校正和图像处理,获得海岸带湿地数据,基于InVEST模型研究杭州湾南岸15年间滩涂湿地蓝碳及其价值的变化.结果显示:(1)2003~2017年总碳储存量和单位面积碳储量最大值均呈上升趋势,总碳储存量由0.223亿t上升到0.765亿t,增加0.542亿t.单位面积碳储量最大值也由451.27t/hm²上升到1775.42t/hm²,湿地碳汇潜力增加.(2)2003~2017年研究区域无碳损失,总体表现为碳积累,蓝碳总量为0.543亿t,单位面积净碳固定最大值为1324.12t/hm².(3)2003~2017年15年间杭州湾南岸海岸蓝碳总价值为4761.3亿元,单位面积蓝碳最大值为148.8万元,具有十分可观的生态价值.(4)滩涂蓝碳的储量同植被类型关系密切,研究区域芦苇作为优势种类,在提高本区域固碳能力中作用最大.(5)在预设的退塘还湿情景下,预测至2030年研究区固碳量和蓝碳价值增加明显.     

基于土地利用/覆被动态变化的粤港澳大湾区碳储量评价与预测

土地利用/覆被变化会增加区域碳储量或引发碳损耗,进而影响全球气候.研究湾区土地利用与碳储量变化的影响机制,对区域生态系统保护及社会经济可持续发展具有重要意义.基于InVEST模型和PLUS模型,分析了粤港澳大湾区土地利用与碳储量的动态变化特征及影响机制,进一步模拟预测了2030年3种发展情景（自然趋势情景、建设用地优先情景和生态优先情景）下土地利用类型变化对碳储量的影响.结果表明：(1)2000～2020年粤港澳大湾区的耕地（减少5.38%）和建设用地（增加8.68%）变化最显著,其余用地类型的变化较小.林地作为大湾区的主要用地类型,同样也是重要的碳库,空间上集中分布于东、北、西三面的台地和丘陵地区,碳储存低值区集中于中部平原,以建设用地为主.(2)受不同用地类型相互转化的影响,粤港澳大湾区的碳损失了20.12×106 Mg.耕地和林地面积的减少以及建设用地面积的增加是碳损耗的主要原因.(3)模拟研究发现生态保护措施将有效提高区域碳储量.具体来说,当耕地、林地和草地向建设用地的转化减少20%,湿地和水体向建设用地的转化减少30%时（生态优先情景）,区域碳储量可增加2.58×106 Mg...     

基于SWAT模型的黑河流域不同土地利用情景的非点源污染研究

以卫星遥感影像为基础,运用GIS与环境模型(SWAT2000)相结合的技术手段和景观生态学的研究方法,探讨了黑河流域土地利用与非点源污染的关系;从土地利用恶化与改善出发,对模型进行水量、泥沙和营养负荷部分的参数率定和验证并分析其在黑河流域的适用性,在此基础上通过对不同土地利用情景下非点源污染负荷的定量化分析,研究了土地利用/土地覆被变化对黑河流域非点源污染的影响过程.结果表明,随着流域林地面积的增加,流域径流深逐渐减少,水土流失量逐渐减少.从而使得流域产沙量也相应减少.林地的非点源污染单位负荷为:氮0.67kg·hm-2·a-1,磷0.11 kg·hm-2·a-1;耕地的单位负荷为:氮8.85 kg·hm-2·a-1,磷4.2kg·hm-2·a-1;当流域全部为林地时.总氮与总磷的负荷量分别为99.001t和17.145t.在2000年土地利用情景下总氮与总磷的负荷量分别为173.334t和38.653t;随着对植被的破坏,即土地恶化,会导致流域非点源污染的急剧增加;反之,随着退耕还林、水源涵养林保护工程的实施,流域水环境会得到极大的改善.     

辽河三角洲土地利用变化轨迹、驱动过程及生态系统服务时空演变

辽河三角洲位于"辽宁沿海经济带",拥有重要的自然保护区和保存完好的大面积芦苇沼泽和以盐地碱蓬为主的潮间带盐沼,栖息着多种濒危物种.1980年以来,农业开发、水产养殖、油气开采活动加剧,使得该区域生态环境发生巨变.本研究分析了1980—2010年,辽河三角洲土地利用时空变化轨迹及驱动过程,并应用InVEST模型模拟了碳储存、生境质量、水质净化3种生态系统服务的时空变化,在此基础上进一步分析了土地利用变化与生态系统服务的关系.研究结果表明:辽河三角洲地区土地利用变化以围垦、修复、淤积3种驱动为主,社会经济驱动主导,自然驱动明显.碳储量和生境质量呈下降趋势,而水质净化功能波动变化.土地利用和生态系统服务相关性表明湿地可以提供较高水平的3种生态服务功能,而生态服务功能低的区域则多与建设用地重合.在规划保护区或实施保护性修复措施时,应优先考虑3种生态系统服务的高价值区域,以实现高效、经济的生态环境保护.     

耦合MOP与GeoSOS-FLUS模型的县级土地利用结构与布局复合优化

在自然资源整合不断加强,土地利用结构日趋复杂的形势下,采用单一土地利用结构优化方式难以有效满足区域土地利用合理规划的需求。综合考虑生态文明、乡村振兴、城乡融合等土地可持续利用目标,构建土地利用结构优化与布局优化的集成体系,对提升规划适用性具有积极作用。选取常州市金坛区为研究区,以经济效益与生态效益为优化目标,设置自然演变、经济优先和生态优先三种发展情景,在通过MOP(多目标规划)模型进行土地利用结构优化的基础上,利用GeoSOS-FLUS模型实现土地利用布局优化。结果表明:通过集成MOP和GeoSOS-FLUS模型,采用"结构+约束+布局+准则"研究模式探索县域单元下的土地利用结构布局优化,对调整土地利用结构,优化土地利用空间布局有一定帮助。从案例分析结果看,城镇工矿用地数量在自然演变和经济效益优先情景下分别增加了39%和95%;林地在生态效益优先情景下增加了40%;农村居民点在三种情景下分别减少33%、66%和66%。在三种发展情景下,空间格局都将面临城镇空间与生态空间两级分化的现象,后期区域发展中应加强城乡土地利用与生态保护协调发展,促进空间布局均衡化。     

基于InVEST模型的官厅水库流域产水和水质净化服务时空变化

官厅水库是北京市及其周边地区重要的水源地之一,曾因水质污染严重而被迫退出北京市饮用水供应系统,经过全面治理后于2007年恢复成为北京市备用水源地.为了从整体上定量分析官厅水库流域生态系统的产水和水质净化服务,基于InVEST模型,选择官厅水库退出北京市饮用水供应系统和恢复成为北京市备用水源地为时间节点,定量评估1995-2010年官厅水库流域生态系统的产水量和TN、TP输出量,分析其产水服务和水质净化服务的时空变化.结果表明:1995-2010年,官厅水库流域产水服务表现为先减弱后增强,但整体呈减弱趋势,流域产水量由1995年的18.85×108 m3降至2010年的14.33×108 m3,产水服务减弱24.0%.水质净化服务表现为先减弱后增强,但整体呈增强趋势,流域的TN、TP输出量分别由1995年的4028.7、379.7 t降至2010年的3611.4和354.0 t,TN、TP净化服务分别增强10.4%和6.8%.研究显示,气候变化和土地利用变化是导致官厅水库流域产水服务发生改变的主要原因,不同时期的水资源保护政策导向也与水质净化服务变化趋势相吻合.      

基于InVEST和GeoSoS-FLUS模型的黄河源区碳储量时空变化特征及其对未来不同情景模式的响应

区域土地利用变化是导致生态系统碳储量变化的主要原因,预测未来土地利用变化对碳储量的影响对于碳储功能的可持续发展具有重要意义.近年来,在自然和人为因素的共同作用下,黄河源区土地利用变化显著,其碳储功能也相应发生改变.本研究结合InVEST和GeoSoS-FLUS模型,评估黄河源区2000~2020年以及不同情景下2020~2040年土地利用变化及其对碳储量的影响.结果表明：① 2000~2020年黄河源区碳储量整体呈上升趋势,共增加11.59×10⁶ t.② 20年间,黄河源区土地利用变化以低覆盖度草地、建设用地和湿地的面积增加和高覆盖度草地、中覆盖度草地和未利用地面积减少为主,未利用地大面积减少以及草地和湿地的面积增加是导致碳储量增加的主要原因.③ 2040年自然变化情景下黄河源区生态系统碳储量为871.34×10⁶ t,较2020年增加3.92×10⁶ t.生态保护情景下碳储量增幅明显,较2020年增加13.53×10⁶ t.该研究结果可以为黄河源区土地利用管理决策以及碳储功能的可持续发展提供科学参考.     

人类活动对杭州城乡复合系统陆源氮排海的驱动分析

对过去28年间(1980～2008)杭州城乡复合系统陆源氮(N)向杭州湾的排量进行了系统的估算,并分析了陆源N增加的社会经济驱动力及相应的控制对策.结果表明,杭州城乡复合系统陆源N排海量从1980年的1.1×104t增加到2008年的3.7×104t,其中,农业面源污染对于N排海量的贡献在28年间一直保持在50%左右,但生活污水的点源N排放量却迅速增加,其2008年的贡献率已达到42%.目前,农田过量施肥、养殖业废水排放及与种植业的N循环脱钩、生活污水处理率低以及污水处理厂出水N浓度标准过宽等是杭州城乡复合系统陆源N排海量迅速增加的主要原因.杭州城乡复合系统陆源N排海量与GDP增长趋势之间的关系显示出污染控制技术和政策调控的功能得到了强化.杭州城乡复合系统的排N量仅占杭州湾陆源N总量的38%,杭州与周边的嘉兴、宁波、绍兴和部分上海地区在2008年共有超过10×104t的活性N排入杭州湾.通过技术革新、政策调整以及环保意识建立来对快、慢变量(相对系统动态而言,发生快速、慢速变化的因子,通常相当于直接驱动与间接驱动力)进行协调控制,是推动杭州湾区域经济环境可持续发展的关键对策.     

中国农田畜禽粪尿氮负荷量及其还田潜力

为准确掌握中国各省区畜禽粪尿及氮负荷量,以及还田利用潜力,本研究基于统计数据和已有资料,利用猪粪当量(N)估算了1978年以来中国畜禽粪尿量的变化规律,以及各类畜禽粪尿的构成比例,分析和评价了2016各省份畜禽粪尿、纯氮负荷量的空间分布和污染风险,并估算了各省份畜禽粪尿的还田潜力.结果表明,中国畜禽粪尿猪粪当量(N)及其N养分量总体上呈"快速增加(1978~2005年)-保持稳定(2006~2016年)"的变化态势,到2016年,分别达到366 822.01×10~4t和2 024.10×10~4t,均增长了105.78%,94.03%~98.34%的粪尿量来源于家禽、羊、猪和牛.畜禽粪尿猪粪当量(N)及其N养分量最大的区域是华北地区,其中河南省为最,分别占全国的22.25%和8.81%.其次是四川,占8.14%.按耕地、作物播种面积和农用地面积分别计算单位面积上的畜禽粪尿猪粪当量(N)及其N养分量,并进行r值分级和环境风险评价.如果承载场所为耕地,负荷量较大的是西南和东南地区,污染风险较严重的是华北地区,为Ⅳ级;若按农作物种植面积,西北和西南地区负荷量较大,西北和华北地区为Ⅲ级有污染风险;若按农用地计算,华北和东南地区负荷量较大,华北地区Ⅲ级有污染风险,湖南负荷量最大,北京、山东和河南为Ⅳ级较严重污染风险.全国畜禽粪尿猪粪当量(N)及其N养分还田量分别为113 480.75×10~4t和626.15×10~4t,按单位农用地面积分别相当于3.07 t·hm~(-2)和16.92 kg·hm~(-2),华北地区最大,为8.27t·hm~(-2)和45.62 kg·hm~(-2).若按50%的粪尿N养分环境容量(85 kg·hm~(-2))计算,全国可增加粪尿N养分还田量为2 520.21×10~4t,粮食主产区黑龙江还田潜力最大,其次是四川.     

长江流域景观格局变化对生态系统水质净化服务的影响

流域景观格局通过改变营养物质累积浓度空间分布而影响水质净化服务,探讨流域景观格局变化对水质净化服务的影响对于流域景观规划、生态系统保护和生态系统服务提升具有重要意义。以长江流域为研究区域,分析了两者变化特征及相关关系,结果表明:2000~2010年,长江上游农田减少0.92%、森林增加0.34%;中下游城镇增加6.87%、农田减少6.83%。景观配置变化中,流域各景观斑块复杂程度增加、景观聚集连通性降低、景观异质性增加;1 000 m河岸带中,各斑块大片聚集趋势更明显;流域水质净化服务量增强区域主要集中在上游的乌江水系、嘉陵江水系及宜宾至宜昌干流水系,最大增加10.5%,中下游大部分子流域水质净化服务下降,下降率最高达22.8%;景观配置中,景观聚集连通性降低、景观复杂程度增加和景观异质性的增加,都会削弱水质净化服务;子流域与河岸带景观格局变化解释水质净化服务空间变异的贡献率分别为29.4%和79.0%,表明河岸带景观格局的改变更能影响污染物的截留效率。     

区域土地利用规划的适宜性

为合理分析、评价区域土地利用规划的生态合理性,建立了包括生态环境因子在内的工业用地适宜性分析指标体系,并以专家调查意见为基础确定了各指标的权重.在此基础上,以宁波市北仑区区域发展总体规划中的土地利用规划为例,在地理信息系统的支持下,对工业用地的适宜性、环境合理性、科学性进行分析和评价.结果表明,区域工业用地规划基本合理,3种工业类型大都布局在生态适宜区内.规划中存在的主要问题是,东片区三类工业布局与宁波市总体规划不符,不能很好地实现与周边地区的协调发展.城市规划中要综合考虑社会经济环境因素的作用,才能实现发展的科学性、合理性和可持续性.     

基于CLUE-S模型的黑河中游土地利用情景模拟研究 ——以张掖市甘州区为例

由于传统的土地利用空间统计分析问题中存在固有的空间自相关效应,进而影响到不同土地利用类型空间分布概率模拟的精度.研究在CLUE-S模型中传统的二值Logistics回归的基础之上引入了空间自相关因子形成Autologistic回归模型,并将其用于区域土地利用情景模拟.结果表明:(1)考虑了土地利用类型空间自相关性的Autologistic回归模型在模拟土地利用空间格局时能更好地反映真实土地利用分布格局.耕地、林地、草地、水域及未利用地的空间格局拟合优度ROC值分别从0.914、0.820、0.697、0.635和0.798提高到0.924、0.892、0.766、0.716和0.835;(2)基于Autologistic回归分析的建模对CLUE-S模型的模拟精度有一定的提高.Autologistic回归分析下模拟结果的Kappa指数0.935 4大于Logistic回归模拟结果0.888 0;(3)通过模拟2020年研究区5种情景方案下土地利用格局,表明在不同情景方案下的土地利用/覆被格局存在显著的空间差异:①自然增长情景方案下,耕地的增加对于保障粮食安全有重要意义,而建设用地的扩张则会促进研究区经济建设的快速发展,但林地和草地转化为未利用地会加剧土地的退化和生态环境的恶化;②在3种水资源约束情景方案下,水资源对干旱区土地利用/覆被变化的制约非常明显,提高水资源利用率是改善干旱区生态环境的一个重要措施;③土地结构优化情景方案下土地利用比较全面地考虑到了流域粮食安全、生态保护以及经济发展等需要,具有较强的合理性;④经济发展情景方案下建设用地快速扩张,大量侵占周边耕地和草地,粮食安全会受到较大的威胁;⑤生态保护情景方案下林地、草地和水域等生态保护用地面积呈显著扩张,区域生态环境质量明显改善.     

淮河下游小流域空间开发功能分区研究-以江苏沿海地区为例

基于区域开发与水环境保护的相互作用关系,以江苏沿海地区某小流域为研究对象,在流域层面上,建立定性与定量相结合,环境、经济、社会紧密结合的区域分析方法。选取水体使用功能、水质目标、清水通道、水体通达性、现状水质达标情况5项指标,将流域分为强约束区、较强约束区、中等约束区、弱约束区4类空间开发功能区。以此为依据,对各分区针对性提出了空间开发和产业发展的导向。其中水环境约束较弱的地区可以适当布局酿造、造纸、化工等水污染物排放量相对较大的产业;水环境约束较强的地区需要严格控制乃至禁止水污染物排放量大的产业,而适度发展编织品制造等不排水的农副产品加工业,或清洁生产水平先进、中水回用率高、排水量小的家具制造、木材加工等。     

区域用水环境经济综合效率及其影响因素——基于DEA和Malmquist指数模型

仅考虑经济效益而忽略环境损害的水资源利用效率指标不能全面反映区域用水的真实效果.本文基于DEA和Malmquist指数模型,提出区域用水环境经济综合效率(WEEE)概念及其评价方法,分析了2001~2012年河南省主要地市的WEEE及其影响因素.结果表明,研究时段内水资源利用保持了较高经济效率,但环境效率相对较差并由此拉低全省WEEE平均约2%;2012年WEEE未达到DEA有效的地市水资源投入平均冗余率约为18%,COD和NH₃-N平均超排率分别约为49%和49.2%,说明这些地市存在水资源利用低效和水污染物排放较高的问题.通过分析水资源利用的全要素生产率(TFP)发现,技术变化指数在研究时段内下降了2%,是抑制WEEE增长的最主要因素.为了在水资源利用过程中取得更好的环境和经济综合效益,河南省应加大对工农业节水和水污染防治的科技投入,并在严格控制用水总量的同时进一步加强水污染物的减排工作.     

重介质加载磁分离矿井水净化技术在亭南煤矿的应用

为了提高矿井水出水水质指标,有效降低废水排放对环境的影响,实现环境保护和水资源重复利用,亭南煤矿实施了矿井水处理站扩容改造工程。该工程采用重介质加载磁分离矿井水净化技术,使处理后的矿井水全部达到工业生产用水水质要求和排放标准,详细介绍了该技术的原理和特点,并对工程实施后的效果进行了经济效益分析。应用结果表明,该技术对煤炭行业高悬浮物矿井水的净化处理具有一定的优势,具有占地面积小、处理效率高等特点。     

Carbon emissions from land-use change: an analysis of causal factors in Chiapas, Mexico

This study examines the correlation between deforestation, carbon dioxide emissions and potential causal factors of land-use change within an area of 2.7 million ha in Chiapas, southern Mexico between 1975 and 1996. Digitized land-use maps and interpreted satellite images were used to quantify land-use changes. Geo-referenced databases of population and digitized maps of roads and topography were used to determine which factors could be used to explain observed changes in land-use. The study analyzed the relationship between carbon emissions during this period and two types of possible causal factors: “predisposing” factors that determine the susceptibility of a particular area of forest to change (slope, distance to agriculture and roads, land tenure) and “driving” factors representing the pressures for change (population density, poverty). The correlated factors were combined in risk matrices, which show the proportion of vulnerable carbon stocks lost in areas with defined social, economic and environmental characteristics. Such matrices could be used to predict future deforestation rates and provide a verifiable evidence-base for defining baseline carbon emissions for forest conservation projects. Based on the results of the analysis, two matrices were constructed, using population density as the single most important driving factor and distance from roads and distance from agriculture as the two alternatives for the predisposing factors of deforestation.     

三江平原沼泽湿地污水处理的实地模拟研究

现场模拟发现，沼泽湿地生态系统对污水中N、P的净化速度随时间的延长呈指数规律下降，初期净化效果与污水中N、P的含量为正相关关系。毛果苔草（Carex lasiocarpa）生态系统和乌拉苔草（Carex meyeriana）生态系统对N、P的去除量大于纯沼泽水，毛果苔背系统又高于乌拉 苔草，表明植物各类和重量、泥炭土厚度等都影响净化效率。通过统计显示，毛果苔草生态系统不同组分对N的净化能力大小的排列次序为：茎叶＞泥炭＞根系＞枯落物；对P的净化能力排列次序为：根系＞泥炭＞茎叶＞枯落物。按单位质量组分对P的去除量由小到大对比，泥炭：茎叶：枯落物：根第为1.00:1.81:2.95:3.84；而对N的净化效果由小到大对比，泥炭：枯落物：根系：茎叶为1.00:1.62:2.00:5.11。毛果苔果地上部分单位干重对N的吸附量是地下部分的大约2.6倍，表现出N具有从根系向茎叶传递积累的特性；相反，毛果苔草地下部分单位干重对P的吸量是地上部分的大约2.1倍，显示P主要积累于毛苔草的根系中。     

多情景视角下京津冀碳排放达峰预测与减排潜力

京津冀地区是中国核心经济区的重要组成部分,也是碳排放重点区域,其碳排放早日达峰对实现国家达峰目标尤为关键。通过分析碳排放及影响因素的关系,构建碳排放系统动力学模型,并设置六种情景方案,模拟预测其对北京、天津和河北碳达峰时间、峰值及减排潜力的影响。结果显示：（1）基准情景下,北京已经实现碳达峰,天津预计2023年碳达峰,而河北则难在2035年前达峰。（2）协调发展情景即综合调控政策,较单一措施情景,各地区碳减排效果最优;其中,北京2020—2030年碳排放较基准情景下降13.52%,天津碳达峰可提前至2021年,河北则可在2030年达到峰值。（3）单一措施情景下,环保情景对北京碳减排作用最显著,而节能减排情景则是实现天津与河北碳达峰的最佳发展模式。     

基于生态系统服务权衡的生态安全多情景决策

聚焦于成渝城市群生态安全格局识别的主题,耦合多源数据,运用相应的模型与算法对区域粮食生产、碳固存、产水、土壤保持、生境质量5类生态系统服务进行估算,在此基础上借助空间统计与分析厘清生态系统服务功能间的权衡/协同关系,并构建不同风险情景,明确未来区域发展的生态安全格局.结果显示,2000~2015年,成渝城市群粮食生产、固碳和产水量这3类服务功能均呈下降趋势,土壤保持、生境质量服务呈上升趋势,且各类服务的空间分异性突出;固碳、产水、土壤保持与生境质量两两之间均表现为协同关系,粮食生产与这4类服务间表现为权衡关系,但这种冲突性在区域发展过程中逐渐呈减弱趋势;在空间分布上,成渝城市群生态系统服务间的权衡/协同关系表现出了一定的集聚特征;不同决策风险下生态系统服务间的权衡值也不同,随着决策风险系数的增加权衡值呈现先上升后下降的趋势;最终确定风险系数α=1.6为最适宜情景,此时权衡值最高、区域生态系统风险适中.将决策者的态度纳入生态安全格局识别过程中,使结果更全面,为城市群生态安全格局评价和管理提供科学支撑.