京津冀生态屏障区景观格局变化及其对水源涵养的影响

选择京津冀重要水源涵养区--滦河,潮河和白河流域,通过分析2010与2015年土地利用的变化及景观格局演变,研究该研究区的土地利用转移与景观格局特征的时空分布与变化特点;运用SWAT水文模型模拟分析该时段内研究区的水源涵养量分布与变化;并和降水分布特征进行对比分析.利用偏相关分析法,重点分析了景观格局的变化对水源涵养量的影响.结果表明水源涵养量与PLAND指数相关性为-0.846;与NP指数相关性为-0.635;与LPI指数相关性为0.468;与LSI指数相关性为0.523;与COHESION指数显著相关,相关性为0.918.景观格局和水源涵养量存在以下关系：①景观多样性越高,聚集程度越高,景观形状越复杂,越趋向不规则且优势度越高,越有利于水源涵养;②景观的破碎化程度越高,水源涵养量越低.     

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。     

生物多样性生态功能区生境质量变化遥感监测研究

稳定的生境质量是维持生态系统生物多样性的重要基础,迄今为止,我国设立了多个生物多样性生态功能区,但有关其生态质量状况的研究较少,针对这一现象,选取秦巴生物多样性生态功能区作为研究区,采用In VEST模型和Mann-Kendall趋势检验方法,获取了研究区生境质量指数和生态系统生产力变化趋势,以此监测研究区生境质量在2000-2010年间的时空变化情况。结果表明,2000-2010年间,研究区生境质量虽然略有小幅变化,但整体上基本保持稳定,无明显变化。     

京津冀生态屏障区人类活动对生态安全的影响

使用SWAT（Soil and Water Assessment Tool）和InVEST（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）模型分别模拟计算了滦河和潮河流域水源涵养、面源污染、干旱特征和生境质量等指标,在此基础上使用压力-状态-响应（PSR）模型建立了生态安全评价体系,以面源污染、生境质量和土地利用特征等人类活动对生态安全的影响作为切入点,以子流域为评价单元,评价了研究区生态安全,分析了各层指标对生态安全的影响.结果表明,2010年和2015年研究区总体生态安全状态等级均为敏感级,生态安全评分综合指数分别为0.50和0.48.研究区生态系统整体较为稳定,空间上各子流域之间生态安全状态存在较大差异.面源污染和城镇扩张等人类活动对生态安全的影响较大.林地和草地评分较低,可能与种植结构和景观格局有关.水源涵养量值增加和生境稀缺性值下降,说明加大水源涵养能力建设和降低生境稀缺性是提高生态安全的有效措施.     

京津冀水源涵养生态服务供体区与受体区范围的划分

京津冀水资源问题已经严重制约区域经济发展,定量分析研究区水源涵养生态服务供受关系,有助于深刻理解区域上下游之间的生态联系,促进区域生态公平,实现区域社会持续健康发展.利用降水储量法、水量平衡法及水源涵养生态服务供体区与受体区划分方法,分析2000-2010年京津冀净水源涵养量空间格局,划分研究区水源涵养生态服务供体区和受体区范围.结果表明:①冀北燕山山区净水源涵养量最高,年均值为65.24~81.35 mm,其次是冀西太行山山区,年均值为46.47~61.28 mm;净水源涵养量负值区主要分布在东部沿海和大中小城市,年均值为-130.46~-152.39 mm.②水源涵养生态服务供体区占研究区面积的41.42%,单位面积（m2,下同）平均净供水量为0.03~0.07 m3;水源涵养生态服务平衡区面积占25.01%;水源涵养生态服务受体区面积占33.57%,单位面积平均净需水量为0.18~0.41 m3,是供体区供水能力的6倍左右.③从流域来看,滦河流域的承德市为天津市、秦皇岛市及唐山市供应水资源,年均供水总量为23.7×108 m3;永定河流域的张家口市为北京市供应水资源,年均供水总量为5.3×108 m3;大清河流域的保定市为北京市及天津市西南部供应水资源,年均供水总量为8.2×108 m3;但子牙河流域和漳卫河流域供水能力严重不足.研究显示,燕山山区和太行山山区为水源涵养生态服务供体区,东部沿海和大中小城市为主要水源涵养生态服务受体区,水源涵养生态服务供体区净水源涵养能力不能满足水源涵养生态服务受体区需水量,整个研究区供受关系严重失衡.      

基于SOFM神经网络的京津冀地区水源涵养功能分区

为探讨水源涵养功能空间分异在水资源分区管理方面的应用,以京津冀地区为研究区,根据水源涵养功能的5个主要影响要素——海拔、降水量、蒸散量、土壤饱和含水率、森林覆盖度,构建SOFM(self-organizing feature map,自组织特征映射)神经网络,并对该区水源涵养功能进行区域划分. 结果表明:京津冀地区可划分为6个水源涵养功能区域,分别为冀西北高原-间山盆地草原水源涵养中能力区、坝上高原-冀北山地草原-森林水源涵养中低能力区、燕山-太行山中低山森林-草原水源涵养中高能力区、冀中南部平原农田水源涵养低能力区、燕山-太行山低山森林水源涵养中高能力区和冀东平原农田-草原水源涵养高能力区. 方差分析结果显示,各分区之间具有显著差异,表明用SOFM神经网络对水源涵养功能进行分区效果良好. 在水源涵养功能分区基础上,归纳和总结了各分区水源涵养功能影响要素的主要特征. 京津冀地区作为一个统一的水资源生态环境区,其内部的水源涵养功能存在明显的区域差异,建议依据各分区水源涵养功能的强弱及其主要控制因子特征,科学制订适应当地自然环境的水资源管理方案.      

热带雨林区水源涵养服务时空演变及驱动因素分析：以海南热带雨林国家公园为例

水源涵养服务作为生态系统服务的重要组成部分,直接关系到当地经济、社会和生态系统的韧性与可持续发展.为深入探讨热带雨林区水源涵养服务的时空演变规律和驱动机理,以海南热带雨林国家公园为例,采用InVEST模型对2000年、2005年、2010年、2015年和2020年的水源涵养服务进行评估,采用ArcGIS 10.2软件分析水源涵养服务的时间演变规律与空间分布格局,并利用LightGBM机器学习探究水源涵养服务时空变化的主要驱动因素.结果表明：2000—2020年海南热带雨林国家公园水源涵养服务在时间尺度上波动较大,呈现“先下降、后上升”的趋势,2000年、2005年、2010年、2015年和2020年水源涵养量分别为5.36×10⁹、4.23×10⁹、3.93×10⁹、4.30×10⁹、4.34×10⁹ m³;在空间尺度上分布格局差异较大,呈现“东高西低、南高北低”的特点,且具有较强的空间相关性,空间聚集特征明显(Moran′s I>0.93,Z>...     

2015—2020年潍坊市水源涵养量动态变化研究

以遥感和地面调查数据为基础,结合生态系统长期监测数据,定量评估潍坊市的水源涵养功能。结果显示：2015—2020年,潍坊市水源涵养量分布呈现明显的空间异质性,水源涵养量较高的区域主要集中在西南部的森林生态系统区域和北部的湿地生态系统区域;2015—2020年,潍坊市水源涵养量呈现先增长后下降的趋势,在2015—2019年期间,潍坊市总水源涵养量一直处于上升状态,土壤涵养水源、调节地表径流的能力在逐渐增强,但在2020年,受气候等因素影响,潍坊市总水源涵养量出现了较大幅度的下降,基本恢复到了2015年的水平。     

基于全球陆地生态系统的水源涵养服务价值时空变化分析

开展全球尺度的水源涵养评估工作,可量化各国家和地区生态环境保护和高质量发展水平.以水量平衡法和替代成本法评估全球183个国家和地区的生态系统水源涵养服务的实物量和价值量,结果表明:①2015年全球陆地生态系统水源涵养服务价值接近25×1012美元,中国、澳大利亚、美国、加拿大、俄罗斯排名前5位,全球单位面积水源涵养服务价值为17.98×104美元/km2.②2000-2015年水源涵养实物量呈现先减后增的趋势,年均增长率为1.05%,喜马拉雅山脉附近增幅最大,水源涵养实物量的时空变化特征与生态系统类型转移趋势基本一致.③全球发达国家人均水源涵养服务价值为0.99×104美元,单位面积价值量为23.6×104美元/km2,具有良好的生态环境禀赋,而部分非洲国家或最不发达国家的生态产品价值转化能力不足,需实现生态产品价值转化.中国迫于人口基数巨大,需提升生态系统服务价值来进一步提升人均水平.④聚类分析结果显示,澳大利亚、中国、印度、印度尼西亚具有"高"水平生态系统水源涵养服务价值,整体处于第一梯队.研究显示,全球陆地生态系统水源涵养服务价值时空异质性显著,分国家和地区、分生态系统类型评估水源涵养服务价值可为全球生态系统服务价值评估提供重要参考.      

河南省生态系统水源涵养功能及其空间分布格局

本文采用水量平衡方程,对河南省生态系统的水源涵养功能状况及其空间特征进行了评估,并分析了河南省水源涵养功能重要性分级特征。结果表明,河南省水源涵养量总体上呈现南高北低、由东南到西北逐渐递减的趋势,淮河以南降水量较高地区的森林生态系统发挥着十分重要的涵养作用。在森林生态系统中,常绿阔叶林水源涵养能力最强。豫南地区南阳、信阳等森林生态系统面积较大的省辖市,水源涵养量最大。河南省水源涵养极重要区主要集中分布在桐柏-大别山区、大型河流、水库湿地等区域。     

禁牧草地补偿标准问题研究——基于最小数据方法在玛曲县的运用

以黄河重要水源涵养和补给区玛曲县为例,以草原生态保护补助奖励机制政策为分析背景。运用最小数据方法,以草地水源涵养表征生态系统服务,通过单位面积禁牧草地水源涵养量的机会成本的空间分布推导了禁牧草地水源涵养量供给曲线。结果表明:1)实施生态补偿可以激励牧户自愿禁牧,禁牧比例大小随补偿标准的变化而变化,禁牧草地所能提供的水源涵养量目标则随禁牧比例的变化而变化;2)玛曲县在现有禁牧面积17.67×104hm2上所能提供的水源涵养量目标为77 383.998 0×104m3,为了实现这个目标需要按1 751.7元/hm2的补偿标准对牧户进行补偿,总计30 950.503 8×104元,此外还包括实施成本2 650.235 0×104元、交易成本1 768.459 9×104元;而现行的补偿标准300元/hm2,能够激励牧户自愿禁牧的比例仅有0.64%,理论上所能提供的水源涵养量目标也只有495.257 5×104m3。     

黄河中游地区生态系统服务的时空演变及权衡与协同关系研究

明晰黄河中游地区生态系统服务的权衡协同关系,是保证生态系统服务长期有效供应,实现黄河流域生态保护与高质量发展的重要前提。本文利用InVEST模型、ArcGIS和Matlab等工具对2000—2020年黄河中游地区的土壤保持、水源涵养、固碳以及生境质量服务的时空特征及其协同权衡关系进行分析。结果表明：（1）黄河中游地区土壤保持、水源涵养和生境质量服务总体呈上升趋势,而固碳服务呈波动下降趋势;（2）2000—2020年,土壤保持、水源涵养服务总体表现为“南高北低”,其高、低值区有所变动;固碳服务整体呈“东南高、西北低”,高、低值区变化不明显;生境质量服务高、低值区相间分布,高值区稍有扩散;（3）黄河中游地区固碳与生境质量服务、生境质量与水源涵养服务、水源涵养与土壤保持服务为协同关系,固碳与土壤保持服务、生境质量与土壤保持服务为权衡关系,而固碳与水源涵养服务整体上表现为不相关;（4）生境质量与水源涵养、土壤保持服务的权衡区面积比例呈上升趋势,而水源涵养和土壤保持服务的协同区面积比例呈上升趋势,固碳与其他服务在大部分区域表现为不相关关系。     

禁牧草地补偿标准问题研究——基于最小数据方法在玛曲县的运用

以黄河重要水源涵养和补给区玛曲县为例,以草原生态保护补助奖励机制政策为分析背景。运用最小数据方法,以草地水源涵养表征生态系统服务,通过单位面积禁牧草地水源涵养量的机会成本的空间分布推导了禁牧草地水源涵养量供给曲线。结果表明：1）实施生态补偿可以激励牧户自愿禁牧,禁牧比例大小随补偿标准的变化而变化,禁牧草地所能提供的水源涵养量目标则随禁牧比例的变化而变化;2）玛曲县在现有禁牧面积17.67×10⁴ hm²上所能提供的水源涵养量目标为77 383.998 0×10⁴ m³,为了实现这个目标需要按1 751.7元/hm²的补偿标准对牧户进行补偿,总计30 950.503 8×10⁴元,此外还包括实施成本2 650.235 0×10⁴元、交易成本1 768.459 9×10⁴元;而现行的补偿标准300元/hm²,能够激励牧户自愿禁牧的比例仅有0.64%,理论上所能提供的水源涵养量目标也只有495.257 5×10⁴ m³。     

重庆市重要生态功能区生态系统服务动态变化

借助遥感数据和GIS空间分析技术,选取生物多样性维持、土壤保持、水源涵养和固碳4种生态系统服务建立评估模型,对2000—2010年重庆市域内3个重要生态功能区——三峡库区水源涵养重要区(下称三峡重要区)、秦巴山区水源涵养重要区(下称秦巴重要区)和都市区“四山”生态屏障重要区(下称“四山”重要区)生态系统服务的时空变异特征进行综合研究. 结果表明:①2000—2010年,三峡重要区4种生态系统服务均呈增强趋势. ②秦巴重要区内,生物多样性维持和水源涵养功能总体较好,并且持续增强;固碳功能有所减弱,该时段内固碳功能高等级面积减少了931.90 km2. ③“四山”重要区土壤保持和水源涵养功能有所增强,生物多样性维持和固碳功能略有减弱. ④重庆市重要生态功能区生态系统服务以中和较高等级分布为主,空间差异较大,异质性明显. 生态系统服务较好区域主要分布在渝东北秦巴山区以及中西部植被覆盖较好的山脊;市域中部长寿、垫江、涪陵等区县生态系统服务相对较弱. 10 a间,重庆市重要生态功能区生态系统服务总体呈变好趋势,但局部地区有所减弱,主要表现为秦巴和“四山”重要区固碳功能的降低.      

环境大数据在流域生态系统中的分析与应用——以西毛里湖为例

西毛里湖是是湖南省第二大天然优质淡水湖、最大的溪水湖,具有重要的生态功能。本文基于2000年、2005年和2010年土地利用现状数据,利用遥感与GIS空间分析技术,开展了西毛里湖流域生态系统环境数据遥感调查,分析了当地十年间的生态系统时空变化特征,评估了流域内的水土流失状况以及水源涵养功能情况,同时通过获取1984—2014年间的Landsat系列数据,研究了流域内30年间的生态系统植被覆盖变化状况,以期为管理者制定生态系统相关政策提供依据。     

黄河中游城镇化与生态系统服务耦合关系的时空变化

城镇化是影响区域生态安全格局的重要因素,厘清城镇化与生态系统服务之间的关系,可为促进黄河流域生态保护与高质量发展提供决策参考。在分析2000—2018年黄河中游城镇化与生态系统服务时空格局的基础上,采用耦合协调度模型剖析了二者耦合关系的时空变化特征。研究发现：2000—2018年间,黄河中游地区综合城镇化水平提高72.24%,空间分布总体呈“南高北低”、以经济发达县区或城市群为中心向外递减的趋势;粮食生产、水源涵养、土壤保持和固碳服务量均呈增加趋势,且呈不同的空间分布态势;粮食生产、水源涵养、土壤保持和固碳服务与综合城镇化水平的耦合协调度总体呈上升趋势,但汾渭平原的耦合协调度普遍较低,而经济发达县区的耦合协调度普遍较高。     

甘肃白龙江流域水源涵养服务时空格局及其影响因素

白龙江流域是长江上游的主要生态屏障和水源涵养区,对维系流域生态和可持续发展至关重要。以甘肃白龙江流域为例,基于参数本地化的InVEST模型对1990—2016年水源涵养时空变化及其影响因素进行分析。结果表明:流域多年平均水源涵养深度为47.50 mm,呈现先减少后回升的趋势。空间上,其高值区主要集中于迭部、文县和舟曲的中高山阴陡坡林区（平均涵养深度在该三县2500~3500 m海拔段、阴坡和半阴坡、25°以上坡段和林地高于流域的平均涵养深度）;低值区主要位于宕昌和武都的中低山阳缓坡农牧区（平均涵养深度在该两县 2500 m以下海拔段、阳坡和半阳坡、25°以下坡段和耕、草地低于流域的平均涵养深度）。气候背景下,人类活动驱动的土地利用/覆被格局空间差异是影响水源涵养时空变化的重要因素,退耕还林对减缓气候变暖背景下水源涵养深度的下降具有重要意义。     

云南省森林涵养水源核算模型探讨

本文在经济控制论的基础上，收集2000-2009年云南省森林资源面积、降水量、蒸发散量的数据，采用区域水量平衡法和统计回归的方法建立了森林涵养水源的模型，并研究了云南森林涵养水源的变化趋势。结果表明，森林涵养水源的方程为s（t）：1．881S（t-1）-0．878S（t-2），方程的拟合优度R。=0．99，P〈O．001，说明模型的拟合很好，模型成立。目标函数在2020年云南省森林覆盖率达到56％时，在不影响经济增长的前提下．通过一定的控制措施．能够使得森林涵养水源量达到最大。     

京津风沙源区防风固沙功能的时空变化及其区域差异

防风固沙功能是京津风沙源治理成效的关键监测指标。以往研究注重局地防风固沙功能的评估,对全区防风固沙功能的时空变化与内部差异揭示不足。基于京津风沙源区多期遥感数据,采用修正风蚀方程与GIS空间统计技术,评估分析了2000-2015年防风固沙功能的整体变化及其区域差异。结果表明:(1)京津风沙源区年均防风固沙量为28.98亿t,防风固沙能力为68.24 t/hm~2,且均随年份变化波动增加,年均增速分别为1.10%和0.71%;(2)京津风沙源区防风固沙能力呈西北高、东南低趋势,有49.06%的区域防风固沙能力高于70 t/hm~2,评估期内有54%的区域防风固沙能力明显提高;(3)浑善达克沙地亚区、典型草原亚区和荒漠草原亚区的防风固沙量累计为全区防风固沙总量的88%,燕山丘陵山地水源保护亚区和晋北山地丘陵亚区的防风固沙能力提升最显著;(4)锡林郭勒盟、赤峰市和乌兰察布市的防风固沙量合计占全区防风固沙量的77%,朔州市与包头市防风固沙能力较高,北京市与天津市防风固沙能力增速较高。因此,未来应重视分区施策治理与西部和北部防风固沙功能提升。     

西藏高原生态系统服务时空格局及其变化特征

西藏高原是我国国家生态安全格局中至关重要的区域,维护提升其生态屏障功能是该区生态保护的核心目标。论文分析了1990—2010年西藏高原生态系统类型及其服务能力的时空变化格局,开展近20 a生态屏障功能的综合评估。结果表明：1）近20 a,西藏高原生态系统宏观格局稳定少动,森林、水体与湿地面积略有增加,草地、荒漠面积减少;2）森林、草地、湿地生态系统水源涵养量为895.19×10⁸ m³,平均单位面积水源涵养量为744.48 m³/hm²,近20 a水源涵养服务在波动中有所提升;3）水蚀区土壤水蚀模数为3 876 t/km²,土壤水蚀量为10.31×10⁸ t,生态系统土壤保持服务保有率为66.3%,近20 a土壤侵蚀量下降,而土壤保持服务保有率呈持续上升趋势;4）土壤风蚀模数为1 581.2 t/km²,土壤风蚀量为18.99×10⁸ t,防风固沙服务保有率为66.5%,近20 a由于风场强度减弱与植被覆盖度增加,土壤风蚀量下降,而生态系统防风固沙服务保有率持续提升;5）森林、草地、湿地碳固定服务量为1.95 Pg C,从前10 a略有下降态势转变为后10 a轻微上升趋势。