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。     

东江流域生态系统服务价值变化研究

从生态系统的类型、质量和功能的时空变化出发,利用遥感和地理信息系统技术,结合市场价值法、影子工程法、机会成本法等方法,并在全面考虑各类型生态系统服务功能和基础数据可获得性的基础上,对东江流域的生态系统服务价值进行科学评估,揭示生态系统服务价值的时空变化特征。结果表明:2000-2008年东江流域生态系统服务总价值呈减少趋势,且除水域外,其余生态系统的单位面积生态服务价值均为2008年比2000年有所减少,说明流域生态系统的质量呈下降趋势。林地的单位面积生态服务价值2004-2008年的年均减少率大于2000-2004年,反映了流域森林资源的质量加速下降的状况;从空间上看,虽然上中游单位面积的生态系统服务价值大于下游,但上游单位面积生态系统服务价值减少得比较剧烈。     

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.      

生态服务功能空间转移定量化研究——以官厅水库流域为例

文章以北京官厅水库流域作为研究对象,利用Arc GIS平台,对北京市和张家口市2000、2005和2010年的土地利用现状进行了统计分析,根据官厅水库流域农田单位面积食物生产服务的经济价值调整中国生态系统服务价值当量因子表,制定官厅水库流域单位面积生态系统服务价值表,对官厅水库流域生态系统服务功能进行价值化并分析其时空分布状况。引入断裂点模型,计算并提炼官厅水库流域生态服务功能的价值流转特征,为开展流域生态补偿提供了科学依据。     

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...     

1987～2015年嘉陵江源区植被覆盖度时空变化特征

江河源头地区植被建设与生态保护意义重大。应用遥感技术分析植被覆盖状况近年来已渐成热点。本文以嘉陵江源头所在地陕西省宝鸡市凤县为研究区,基于1987年、2000年和2015年3期Landsat卫星遥感影像,提取归一化植被指数NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）,采用像元二分模型,运用ENVI 5.3和ArcGIS10.4软件计算得到研究区植被覆盖度分布格局及动态变化。结果表明：（1）1987~2015年期间研究区植被以高覆盖区为主,高覆盖区面积增加了5.96%,呈上升趋势;（2）研究区植被退化面积占3.91%,基本不变的面积占85.36%,改善面积占10.73%,研究区植被改善面积多于退化面积,与退耕还林还草工程关系密切;（3）植被覆盖度随坡度和高程的增大呈先增加后降低的趋势;阴坡的植被覆盖度低于阳坡,但高于平地,坡向对植被覆盖的影响主要体现在温度上;（4）矿产资源开发对植被破坏的影响大于风力发电场建设,建议当地政府加强矿山生态环境修复力度。研究结果可服务于嘉陵江源区生态保护与流域管理。     

朱溪流域植被覆盖的时空变化及地形分异特征

分析2003~2011年朱溪流域植被覆盖的时空分布状况及其变化的地形响应特征,为该地区进一步治理水土流失和生态恢复工程提供决策支持。基于RS和GIS技术,采用像元二分法模型计算植被覆盖度,通过植被重心模型、地形响应指数表征其植被覆盖的时空变化规律。(1)朱溪流域植被覆盖度整体呈上升趋势,Ⅳ、Ⅴ类的植被覆盖面积比率已达到区域的62.28%;格局动态上,Ⅰ、Ⅱ类重心向东北方向移动,Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类重心向西南方向移动,表现为流域植被中、西部改善,东部零散退化的空间格局;(2)在海拔0~300m、坡度小于5°和大于35°区域各等级植被覆盖面积变化最显著,治理措施有效到位,而海拔450~500m处I类植被覆盖面积增加,应引起相关注意。8年间该流域植被覆盖有明显改善,各等级植被覆盖变化在不同地形条件下差异明显。     

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.     

水源涵养型重点生态功能区生态状况变化研究

水源涵养型重点生态功能区对于保护中国大江大河源头区及水源补给区具有重要意义。文章以生态系统状况指数为指标,通过生态系统组成与结构、生态系统生产能力、生态系统服务功能分析了2000-2010年中国水源涵养型重点生态功能区的生态状况变化态势。结果表明水源涵养型重点生态功能区以森林和草地生态系统为主。2000-2010年,三江源区和若尔盖区生态系统状况整体表现为好转,甘南区、祁连山区和南岭山地区生态系统状况整体表现为基本稳定大小兴安岭区、长白山区和阿尔泰山地区生态系统状况整体表现为轻度退化。大小兴安岭区退化面积占该区面积的比例最大,为42.54%;三江源区和祁连山区退化面积比例较小,分别为6.26%和6.93%。大小兴安岭区、长白山区和南岭山地区以轻度和中度退化为主,阿尔泰山地区以中度和重度退化为主,甘南区以轻度退化为主。     

黄河流域生态环境问题系统识别与展望

黄河流域是我国重要的生态安全屏障,其生态环境质量对保障流域高质量发展具有十分重要的作用.为进一步提高黄河流域生态保护治理的系统性、科学性和针对性,本文围绕黄河流域水环境、水资源、生态等主要问题进行了系统剖析,提出了加强黄河流域生态保护治理的对策和展望.结果表明：(1)黄河流域近年来水环境质量持续改善,但总体差于全国平均水平;农业农村污染防控压力大,2021年黄河流域农村生活污水治理率为25%,农业源COD、总磷占比超过50%;大量化工企业沿黄分布,工业固体废物、危险废物产生量分别占全国的46.94%、41.35%,流域结构性布局性水环境风险问题较为突出.(2)水资源短缺,2000-2018年多年平均天然河川径流量较1956-2000年减少12.5%,农业用水占比为64.68%,用水效率呈现上游低下、游高的特点,非常规水资源的利用量不足供水量的6%,矿井水和再生水利用有待提高.(3)近20年黄河流域生态脆弱性水平整体呈下降趋势,草地、湖泊、湿地等生态系统局部退化;水土流失面积占流域总面积的32.15%,内蒙古自治区、陕西省、甘肃省和山西省水土流失面积占全流域水土流失总面积的75.85%;...     

三江源区生态系统状况变化及其成因

三江源区是黄河、长江和澜沧江的发源地.为研究三江源区生态系统状况变化及其可能成因,利用InVEST（Integrate Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）、CASA（Carnegie-Ames-Stanford Approach）、RUSLE（Revised Universal Soil Loss Equation）和RWSQ（Revised Wind Erosion Equation）模型模拟,结合实地观测数据,系统全面地评估2000年以来三江源区生态系统构成、质量和服务功能变化,并揭示其成因.结果表明:① 2000—2010年三江源区生态系统结构基本稳定.草地退化状况轻微好转,产草量和生产力微弱增加.植被生长季水热条件的改善是促使产草量增加和草地退化态势趋缓的重要原因,同时生态工程的实施也发挥了积极作用.② 2005—2010年局部重点生态工程区的水土流失状况轻微好转,但区域整体好转趋势不明显.土壤中w（有机质）明显增加,但对于土壤保持功能起到关键作用的植被根系层的恢复却比较缓慢,降雨侵蚀力的增强加速了土壤侵蚀过程,生态系统的土壤保持功能基本上没有提高.③ 2000—2013年地表水、地下水资源量和土壤湿度均呈明显增加趋势,水质稳定在GB 3838—2002《地表水环境质量标准》划定的Ⅰ~Ⅱ类.降水量和冰川/积雪融水量增加导致径流量增大,气候变暖引起的冻土退化导致地下水库枯水季径流调节作用增强.④ 生态工程实施后,生物栖息地的生境退化状况轻微改善,野生动物的分布范围和种群数量都有了较为明显的增加.      

1982—2015年长江流域植被覆盖度时空变化分析

量化植被覆盖变化及其与气候变化之间的关系,是当前全球变化和陆地表层生态系统研究领域的热点和难点。论文基于GIMMS-NDVI数据和气象数据,运用趋势分析、突变分析、偏相关分析以及残差分析,探讨长江流域植被覆盖度时空变化特征及其对气候和人类活动干扰的响应机制。结果表明：1）1982—2015年间长江流域除岷-沱江和太湖流域植被覆盖度为下降趋势外,其余均呈上升趋势,呈上升趋势的区域占流域总面积的69.77%,其中45.09%的区域呈显著上升趋势（P<0.1）;2）基于Mann-Kendall突变分析发现,1982—2015年间长江流域植被覆盖度年际变化存在突变现象,且区域差异性显著;3）气温与植被覆盖度的偏相关系数绝对值最大的像元占研究区总面积的43.31%,表明气温是长江流域近30 a植被覆盖度年际变化的主要影响因素;4）人类活动对长江流域植被覆盖度的影响力以持续增强为主,人类活动减弱的区域主要分布在金沙江流域、岷-沱江流域、汉水流域局部区域以及各大省会城市区域。     

2000—2018年鄂尔多斯市植被覆盖度变化及驱动因素分析

植被变化是一个复杂而漫长的过程,受气候变化、土地利用、生态工程、城市化等多种因素的影响,其中人类活动是植被覆盖度变化的重要影响因子,评估区域植被覆盖度的人为影响值具有重要的研究意义. 鄂尔多斯市融入新一轮西部大开发、黄河流域生态保护和高质量发展、黄河“几”字湾都市圈及内蒙古自治区的重要经济增长极等国家和区域战略,是国家重要能源和战略资源基地,且位于我国北方防沙带的南侧,对维护国家整体生态安全具有重要作用. 本文以鄂尔多斯市为研究区,利用遥感数据、气象数据、土地利用数据,采用基于变异系数的人为影响模型,分析鄂尔多斯市2000—2018年植被覆盖度的时空变化,定量探究气候与人类活动对植被变化以及生态环境的影响,识别人类活动影响区域,区分正向、负向影响. 结果表明:2000—2018年鄂尔多斯市植被覆盖度平均值呈现波动性上升趋势,从0.23升至0.35,总体呈现由低、中覆盖向中高、高覆盖转化的趋势. 2000—2018年NDVI变异系数为0.005~4.360,植被稳定性较弱,变异系数高值区与气候因子的相关性未达到显著性水平. 人为变异系数为?0.25~1.50,研究区西部受人类干扰程度较大,而东部受干扰程度较小. 人类活动的正向影响区域主要集中在研究区东部,占研究区总面积的54.00%,与近年来生态保护修复治理密不可分. 人类活动的负向影响区域主要分布在鄂托克旗西北部等区域,土地利用类型为工矿用地,且这些区域是采矿场增加区域之一,很大程度上受到矿产开发的影响,同时该区域处于防风固沙屏障区和生物多样性优先区,不仅关系到鄂尔多斯市的人居安全保障,而且关系到内蒙古自治区乃至京津冀、华北及西北地区的生态安全. 因此需进一步加强人类活动管控工作,协调好经济发展与环境保护的关系,保障生态环境质量持续改善,为地方政府生态环境监管与干旱半干旱区生态保护修复提供科学依据,同时为黄河流域高质量发展以及我国北方生态安全屏障构筑提供重要保障.      

What drives the change of nitrogen and phosphorus loads in the Yellow River Basin during 2006-2017?

The Yellow River Basin (YRB) plays a very important role in China's economic and social development and ecological security. In particular, the ecosystem of the YRB is sensitive to climate change. However, the change of nutrient fluxes in this region during the past years and its main driving forces remain unclear. In this study, a hydrologic model R System for Spatially Referenced Regressions on Watershed Attributes (RSPARROW) was employed to simulate the spatio-temporal variations in the fluxes of total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) during the period of 2006-2017. The results suggested that the TN and TP loads increased by 138% and 38% during 2006-2014, respectively, and decreased by 66% and 71% from 2015 to 2017, respectively. During the period of 2006-2017, the annual mean fluxes of TN and TP in the YRB were in the range of 3.9 to 591.6 kg/km²/year and 1.7 to 12.0 kg/km²/year, respectively. TN flux was low in the upstream area of the Yellow River, and presented a high level in the middle and lower reaches. However, the flux of TP in Gansu and Ningxia section was slightly higher than that in the lower reaches of the Yellow River. Precipitation and point source are the key drivers for the inter-annual changes of TN loads in most regions of the YRB. While the inter-annual variations of TP loads in the whole basin are mainly driven by the point source. This study demonstrates the important impacts of climate change on nutrient loads in the YRB. Moreover, management measures should be taken to reduce pollution sources and thus provide solid basis for control of nitrogen and phosphorus in the YRB.     

近50 a塔里木河流域“四源”农业用水与干流生态系统结构变化关系研究

塔里木河源流区农业用水量直接影响下放至干流的水量,从而间接影响干流区生态系统结构的稳定性。为此,研究基于农业水足迹反映农业用水变化情况,进而分析塔里木河流域“四源”农业用水与干流生态系统结构变化的关系,为后续维护干流生态系统结构稳定性决策提供科学参考依据。结果表明：1960年代—1990年塔里木河“四源”农用地总量变化不大,阿克苏河流域新开垦量与叶尔羌河流域减少量相当,农业水足迹同时呈缓慢小幅增长,干流生态系统结构变化以自然绿洲生态系统缩小和荒漠生态系统扩张为主;以2000年为分界点,2000年之前“四源”农用地和农业水足迹显著增加,导致干流生态系统中自然水域生态系统、自然绿洲生态系统和荒漠生态系统皆有不同程度的萎缩,“四源”农业用水消耗是干流生态系统恶化的直接原因;2000年之后在生态治理工程的影响下,虽然“四源”农用地和总农业水足迹在持续增加,但是节水工程年均节约近27.22×10⁸ m³,保证了下游生态系统的需水量,使其得到一定恢复。     

无定河流域城镇聚落的历史演变与人地耦合

地处黄河中游的无定河流域,是典型的过渡地带和生态脆弱地区。通过分析流域城镇格局的历史发展过程,以及这一过程中的人地耦合关系,结果表明：流域城镇枢纽地区,在唐代及以前为弓形,城镇空间布局的影响因素以自然因素为主;唐末以后为三角形,城镇空间布局的影响因素以人文因素为主。当代流域城镇格局继承了历史发展的脉络,但城镇发展动力主要是长城沿线的资源开发和城镇建设,这些活动对局部地区的植被覆盖产生了冲击型影响;同时以退耕还林、防风治沙等为代表的生态保护政策也已经显现出积极的效果。建议流域的城镇发展要合理确定人口与建设用地的发展规模、集中在榆横和靖边等主要城镇周边布局,并且以河流为骨架构建生态屏障。     

植被恢复背景下黄河中游及6个典型流域蒸散发及其组分变化格局

植被变化可通过改变下垫面条件的方式,调节植被蒸腾与土壤蒸发的分配比例,进而影响区域乃至全球水循环过程。自20世纪90年代以来,我国开展了大规模的植被恢复工程,全国植被覆盖度得到了极大提高,其中尤以黄河中游最为显著。以黄河中游6个典型植被恢复流域为研究对象,利用PML_V2模型和水文气象数据,验证了该模型模拟植被快速变化环境下的蒸散性能,并分析了2003—2018年间植被恢复工程背景下,黄河中游蒸散发（ET）及其组分（植被蒸腾Ec,截留蒸发Ei,土壤蒸发Es）的时空变化格局。结果表明：（1）对比流域水量平衡ET与PML模型结果,发现该模型在黄河中游具有较好的适用性（NSE >0.6）。（2）Ec对ET的分布格局起着主导作用,蒸散发及其组分的空间格局由夏季风作用下的植被空间分布所控制。Ec与ET的空间分布格局较为相似,Es与其相反。ET、Ec、Ei均呈显著增加趋势,Es则呈显著减小趋势,尤以流域中下游最为明显。（3）植被恢复背景下,黄河中游典型流域的蒸散发及其组分发生了明显的变化。相较于所在流域,流域中植被恢复区ET、Ec、Es、Ei分别偏高2.20%、5.86%、0.86%、7.44%,速率分别偏高-0.51 mm/a、0.55 mm/a、-1.11 mm/a、0.05 mm/a。     

典型喀斯特地区国土空间生态修复分区研究——以贵州猫跳河流域为例

国土空间生态修复是实现生态系统服务可持续供给的重要保障,明确其空间分区是开展生态修复的前提条件。针对现有生态修复分区方法的层级单一、结果针对性欠佳等问题,以典型喀斯特地区贵州猫跳河流域为研究区,构建“自然立地条件—主导生态功能—生态胁迫问题”生态修复分区框架。选取海拔、坡度、地形起伏度、植被类型等自然立地条件指标分析流域内地域分异规律,进而划定生态修复一级分区;基于水源涵养、土壤保持、生物多样性维护、粮食供给等主要生态系统服务功能评价结果识别区域主导生态功能,据此划定生态修复二级分区;结合石漠化敏感性、水土流失敏感性及生态退化度等关键生态胁迫问题指标构建生态修复分区指数识别生态修复重点区域,进而开展生态修复三级分区划分。最终,将猫跳河流域划分为3个生态修复一级分区、10个生态修复二级分区及30个生态修复三级分区,并提出了相应的生态修复策略。研究可为猫跳河流域生态修复实践提供参考,并为西南喀斯特地区生态修复分区提供理论借鉴。     

2016—2019年长江流域水质时空分布特征

为掌握“十三五”以来长江流域的水环境质量时序变化和空间分布特征,基于国家生态环境监测网2016—2019年长江流域615个可比断面监测数据,从流域主要污染特征、主要超标指标浓度时空变化等方面分析了长江流域水质变化情况.结果表明:2016—2019年,长江流域水质总体好转.依据GB 3838—2002《地表水环境质量标准》评价,Ⅰ~Ⅲ类水质断面比例上升7.2百分点,劣Ⅴ类下降2.8百分点.TP、NH₃-N和COD是长江流域的主要超标指标,2019年三者的浓度较2016年分别下降了28.3%、35.0%和8.0%;从流域不同级别河流来看,三者浓度在干流均为最低;从干流来看,三者浓度较高的断面主要分布在长江中游;TP和COD污染主要来自面源,NH₃-N主要来自点源.研究期间,TP对长江流域水环境污染贡献最大,其断面超标率一直排在首位.针对流域水质分布特征,建议继续加强流域内TP防控,重点加强中游污染治理;同时,优化流域产业结构,进一步改善流域水质和生态环境质量.