基于InVEST模型的太行山沿线地区生态系统碳储量时空分异驱动力分析

提升区域的碳汇能力是中国生态文明建设的重点战略方向,是促进经济社会发展绿色转型的重要举措。太行山区是中国华北地区重要的生态屏障,其生态系统拥有良好的碳汇能力。研究太行山区生态系统碳储量时空分异特征及其影响驱动机制,对华北地区落实国家“双碳”工程建设,提升区域释氧固碳能力,乃至全面提升区域生态环境质量具有重要的意义。以太行山区为例,基于2005、2010、2015、2020年太行山区四期土地覆盖及碳密度数据,使用InVEST模型估算研究区碳储量,使用地理探测器探索驱动碳储量空间分异的主要因子,分析驱动机制。研究结果表明,(1)在2005—2020年期间,太行山区的土地利用类型发生明显变化。林地、建设用地土地利用面积增加,耕地、草地土地利用面积减少。耕地和草地主要转化为建设用地,同时也有一部分耕地转化为林地。(2)太行山区碳储总量在1.48×10⁹—1.50×10⁹t之间,整体逐渐增加。从土地类型来看,碳储量占比由大到小依次为：林地、耕地、草地、建设用地、水域、未利用地。林地增加是太行山区碳储量增加的主要原因;(3)太行山区碳储量空间分异主要受地...     

水质胁迫下闽东南地区流域淡水生态系统服务流研究

淡水生态系统服务的空间流动和供需分析是当前生态系统服务研究的前沿热点。目前对于生态系统服务的流动路径研究鲜有报道,且已有研究较少考虑水质调节服务对于淡水供给服务流的影响。闽东南地区流域受人类活动扰动大,存在典型的水质型缺水问题。该研究选取福建省平和县花山溪流域作为研究区域,利用InVEST模型、情景设置、供需分析等方法,从子流域尺度和行政区(乡镇)尺度揭示水质胁迫(以氮为例)对淡水供给服务的影响,分别定量并可视化自然状态和供需平衡状态下淡水供给服务的供需情况和流动路径。结果表明：(1)基于子流域尺度的自然状态,累积盈余流量为4.59×10⁸ m³,在水质胁迫的情景下削减为9.9×10⁷ m³,削减率为78.43%,流向不受水质影响;(2)基于行政区尺度的供需平衡状态,动态服务流量为4.63×10⁷ m³,在水质胁迫情景下约为4.02×10⁷ m³,削减率为13.17%,水质影响下乡镇间水资源供需差异发生改变,故流...     

广东丰溪省级自然保护区景观格局变化及其驱动力研究

探究景观格局变化及其驱动力是自然保护区景观格局优化、生态保护和建设管理的重要基础。基于广东省丰溪省级保护区2010、2015、2020年的遥感影像数据,借助Arc GIS、ENVI和FRAGSTATS等软件,通过分析动态度、转移矩阵、景观格局指数等探究景观格局的演变规律,并对其驱动力进行探讨。结果表明,1)保护区土地利用类型以林地为主,约占区域总面积的61.9%;2010-2020年间,林地和水域持续减少,耕地和建设用地持续增多,土地利用综合动态度由1.87%减少至1.75%,整体呈减少趋势,景观格局变化趋于平稳。保护区林地的转出量最大,转出面积有2.03×10³ hm²;草地的转入量最大,转入面积有1.28×10³ hm²;耕地的转入面积约为转出面积的3.3倍,整体增加约800 hm²。2)林地是保护区的主体景观,其斑块优势度最大,破碎度最小,景观连通性较好。2010-2020年间,耕地、建筑用地和水域的破碎度降低,连通度升高;草地的破碎度最大,连通性能减低。2020年,景观...     

基于PLUS模型和InVEST模型的南京市生态系统碳储量时空变化与预测

土地利用变化对陆地生态系统碳储量变化有着重要影响,研究土地利用变化与碳储量的空间格局,有利于优化国土空间布局,协调生态保护与土地开发利用之间的关系。以南京市域为研究区,基于2000—2020年土地利用数据,采用InVEST模型对此20年间南京市土地利用变化及碳储量变化进行分析,同时采用PLUS模型预测不同发展情景下2040年南京市碳储量分布,结果表明：(1)土地利用变化直接影响研究区碳储量。2000—2020年,城市建设用地扩张65.62%,耕地、林地和草地随之减少,南京市碳储量减少2.62×10⁶ t;(2)根据预测,到2040年,在耕地保护情景下,碳储量下降最少,仅下降2.44×10⁵ t;在生态保护情景下,碳储量下降1.56×10⁶ t;在城镇发展情景下,碳储量下降最多,下降1.78×10⁶ t;在自然发展情景下,碳储量下降1.62×10⁶ t。这表明采取耕地保护和生态保护政策,可以有效控制碳储量减少;(3)碳储量空间分布特征与土地利用分布保持一致,对于碳储量较高的区域,...     

基于PLUS模型和InVEST模型的西双版纳碳储量变化研究

为了探究西双版纳州2000—2030年不同土地覆被类型变化特征及其对碳储量的影响,提升区域碳储量的估算精度和准确度,采用PLUS模型和InVEST模型相结合的方法,分别预测了2030年不同情景下西双版纳的土地覆被情况以及不同土地类型下的碳储量的变化。结果显示：(1) PLUS模型在西双版纳的预测结果比较理想,2000年模拟2010年、2010年模拟2020年的Kappa系数分别为0.80、0.81。(2) 2000—2020年,林地、草地、灌木地在逐渐减少,建设用地在不断扩张,20年间城镇用地增加了172.37 km²,至2030年,建设用地进一步扩张,面积达到了381.18 km²,林地和草地转移成一部分转换成耕地,另一部分转换成建设用地。(3) InVEST模型计算出来的2000—2030年西双版纳碳储量总体呈下降趋势,空间上存在着呈块状和条状交错分布的特点。2000年、2010年、2020年西双版纳州的碳储量分别为4.94×10⁷t、4.82×10⁷t、4.76×10⁷t...     

2011-2020年汾渭平原农田生态系统碳足迹的时空格局演变

农田是重要的温室气体排放源,同时也是陆地生态系统的重要碳汇。充分认识我国重要粮食生产基地——汾渭平原的碳库潜力,深入了解汾渭平原农业活动的碳排放特征,可为汾渭平原产业结构调整和区域可持续发展提供基础信息。通过收集2011-2020年汾渭平原农田生态系统农业投入要素及作物产量数据,解析了汾渭平原农田生态系统的碳源/碳汇及碳足迹时空变化及影响因素,核算了汾渭平原农田生态系统的碳生态盈余/赤字。2011-2020年,汾渭平原碳排放总量从3.78×10⁶ t先升高至4.16×10⁶ t后逐步下降到3.72×10⁶ t,单位播种面积碳排放呈上升趋势,最高达0.880 t·hm^-2,两者均呈现西部高于东部、中心高于边缘的分布格局,而化肥使用是碳排放的主要因素(碳排放总量年均贡献率达58.8%),其所贡献的碳排放量与总碳排放量的变化趋势大体一致。汾渭平原碳吸收总量从2.48×10⁷ t先升高到2.69×10⁷ t后下降至2.38×10⁷ t,空间分...     

基于MSPA与电路理论的黄河流域甘肃段生态安全格局构建

作为高质量发展的前提和基础,生态安全格局构建不仅能够警示潜在重大生态环境问题,而且有利于维护生态系统的健康稳定。以黄河流域甘肃段为研究区,采用形态学空间格局分析(MSPA)方法,融合基于In VEST模型的生境质量评估及生态服务功能空间分布,识别生态源地并进行分级。综合自然地理与社会经济因素构建阻力面,依据随机游走理论提取生态廊道,基于电路模型辨识生态夹点、障碍点等关键生态节点,并在此基础上结合甘肃省国土空间规划,构建研究区生态安全格局。结果表明：生态源地主要分布于研究区南部和东部边缘,空间分布不均且破碎化,总面积1.08×10⁴ km²,其中核心生态源地2.45×10³ km²;识别生态廊道257条,总长度6.06×10³ km,其中关键陆地生态廊道22条,长度50.7 km,关键河流生态廊道40条,长度494 km;识别生态夹点109处,面积206 km²,识别一级生态障碍点37处,面积1.59×10³ km²     

基于MCR模型与蚁群算法的洮河流域生态安全格局构建

生态安全格局的构建是保障地区生态安全的根本措施,是促进地区经济可持续发展的关键。洮河流域作为黄河上游重要的生态功能区,具有涵养水源、保持水土和生态安全屏障等重要生态功能,对黄河流域生态保护和高质量发展意义重大。受自然和人为因素双重影响,其生态环境脆弱敏感。关于该区域生态环境保护与修复的研究还不够全面,故选择洮河流域为研究区。基于洮河流域的生态特征,将生态系统服务重要性、生态敏感性和景观连通性的评价结果叠加分析,进行生态源地识别;采用最小累积阻力模型与蚁群算法并结合核密度分析方法,识别生态廊道空间范围;采用水文分析法识别生态节点,构建洮河流域生态安全格局。结果表明,(1)洮河流域的生态系统服务重要与极重要区域面积之和约为3.124×10⁴km²,约占研究区面积的69.02%,说明洮河流域生态系统服务价值较高;洮河流域生态敏感性主要以一般敏感和中等敏感为主,总面积约为2.753×10⁴ km²,约占研究区总面积的60.81%。(2)景观连通性极重要与重要区域面积为2.022×10⁴...     

基于土地利用的喀斯特地区生态系统服务功能价值评估——以贵州省为例

为探讨喀斯特地区生态系统服务功能价值特征,对贵州省生态系统服务功能价值进行评估,结果表明生态系统服务功能价值在2005、2010、2020年分别为1 610.43亿、2 357.86亿、4 328.89亿元.贵州省各类生态系统服务功能单价顺序为湿地>水体>森林>草地>农田>荒漠,其中湿地生态系统是荒漠生态系统服务功能价值的149.31倍.2005～2020年贵州省生态服务功能价值结构和土地利用结构以森林生态系统占绝对优势,各类型生态系统服务功能价值顺序为森林>农田>草地>水体>荒漠>湿地,各类型生态系统面积大小顺序为森林>农田>荒漠>草地>水体>湿地.2005、2010、2020年贵州省单位面积生态系统服务功能价值分别为9 142、13 385、24 573元/hm2.根据至2020年的土地利用规划,贵州省生态系统服务功能将持续增加.     

岷江上游山地生态系统服务地域分异过程与补偿阈值

生态系统服务供给侧与需求侧是当前地理科学研究的热点和前沿领域,也是人地关系具象化的表征物。针对岷江上游低阈值生态安全、高风险生态退化、多民族交融共生的区域特征,初步探索岷江上游山地生态系统服务地域过程与补偿阈值的研究方法,为该区域的生态文明研究提供理论依据。结果表明,1995—2010年间岷江上游生态系统服务的地域分异特征显著,生态补偿额度的区域差异也比较明显。2010年草地和农田生态系统服务价值比1995年分别增加了3.70×10~9和0.62×10~9元,而2010年林地生态系统服务价值比1995年减少13.17×10~9元,造成研究区域整体生态系统服务价值降低。林地和草地对岷江上游生态系统服务价值的贡献较大,空间上呈现东多西少的分布格局。人口修正的生态补偿额度为正值的区域集中在岷江上游的西北地区和正东部,负值区域集中在黑水、松潘和理县附近;乡镇面积修正的生态补偿额度为正值的区域集中在松潘和黑水县,而负值区域集中在茂县和汶川县附近;综合修正生态补偿额度为负值的区域集中在研究区域的西北地区,而正值区域集中在黑水、松潘和理县。研究结果可为深入认识流域内生态系统服务与人类社会福祉的耦合关系以及藏羌民族生态补偿的科学分配提供数据支撑。     

元谋干热河谷生态交错带森林生态系统服务价值空间分异特征

以具有干热河谷生态交错带典型环境特征的云南省元谋县大哨林场为例,以当量因子生态系统服务价值化法为基本评价方法,采用材积源生物量法确定各林种的森林生态系统服务当量因子,以GIS技术分析森林生态系统服务价值(ESV)在海拔、坡度和坡向方面的空间分异特征.结果表明:(1)栎类的单位面积森林ESV最高,为21 017.23元/...     

青海湖流域草地退化时空分布特征

青海湖地区是我国青藏高原的生态脆弱区,草地退化状况是反映该流域生态环境状况的有效指标。在对青海湖流域退化草地进行分类的基础上,利用遥感手段获得流域退化草地的空间分布和空间动态。在草地退化重点区域选取8个样地来反映流域不同区域、不同类型草地的退化情况。结果表明,1977—2000年青海湖流域草地退化情况十分严重,流域内草地共减少206.68 km~2,其中,大部分草地转变为耕地和沙地。草地退化主要集中在湖区南岸、共和县的黑马河乡及布哈河口的鸟岛3个区域。2000年以后,流域内草地退化情况得到明显改善,草地总面积开始有所增加,主要原因是2000年之后温度升高和降水增加为草地的生长和改善提供了有利的自然条件,以及政府和相关部门在流域内实行了一系列草地保护政策。2004年是青海湖流域气候转折年,流域气温明显升高,降水明显增加,青海湖水位下降趋势有所缓解,流域草地退化现象明显好转。青海湖流域草地是该流域生态系统的重要指示植被,利用归一化植被指数(NDVI)可准确监测流域植被变化情况。     

九龙江流域丰枯水期表层水体氮污染特征及其来源解析

为探明九龙江流域表层水体氮污染分布特征及其污染来源,于2020年7月(丰水期)和2021年1月(枯水期)开展九龙江全流域表层水体多点多断面原位观测,利用正定矩阵因子分析模型(positive matrix factorization, PMF)对不同水期全流域表层水体氮污染来源及贡献率进行解析,耦合相关性统计分析方法研究不同水期流域表层水体氮污染的关键驱动因子。结果表明,九龙江流域表层水体氮污染存在明显的水期分异特征,ρ(TN)为0.72～13.14 mg·L^-1,丰水期ρ(TN)为1.39～10.95 mg·L^-1,枯水期为0.72～13.14 mg·L^-1。硝态氮(NO₃^--N)、氨氮(NH₄⁺-N)、亚硝态氮(NO₂^--N)和溶解性有机氮(DON)浓度均表现为丰水期大于枯水期,但颗粒态氮(PN)浓度则表现为枯水期大于丰水期。丰水期氮污染以NO₃^-     

高锰酸钾氧化饮用水中醛类嗅味物质的效果及动力学研究

我国北方呼和浩特市以黄河为水源的JH饮用水厂近年来冬季经常有醛类嗅味物质检出,常规处理工艺如混凝、沉淀等对其去除效果有限,需要对其进行其它处理工艺的探究.本文选择高锰酸钾对水厂检出频率和浓度均较高的反,反-2,4-庚二烯醛(tt24hept)、反-2-辛烯醛(t2oa)、反,反-2,4-辛二烯醛(tt24oda)、反,反-2,4-癸二烯醛(tt24dda)和β-环柠檬醛(β-cyclo)5种醛类嗅味物质进行氧化控制研究,探究其去除效果、氧化动力学和氧化机理.结果表明,20℃,pH=7时,2 mg·L^-1高锰酸钾氧化5种醛类嗅味物质30 min后,去除率达75%以上.根据动力学分析可知,高锰酸钾氧化5种醛类嗅味物质属于伪二级动力学过程,其伪二级反应速率常数分别为5.25×10⁴、2.66×10⁴、4.50×10⁴、2.71×10⁴、5.37×10³ L·mol^-1·min^-1,醛类嗅味物质结构中含碳碳双键数目越多、...     

高浓度含油废水中不同组分烃的生物强化去除特性

为探究石油烃降解菌群对高浓度含油废水中不同组分烃的生物降解特性,向含油水相中接种石油烃降解菌群LW-10(Accession number:SRR15082184)进行降解实验.利用GC-MS研究了LW-10对原油中不同组分烃的降解性能,采用流式细胞术检测降解体系中的菌量变化.利用qPCR技术对控制不同组分烃降解的关键基因进行检测.结果表明,原油浓度为5000 mg·L^-1的含油废水中接种LW-10降解17 d,对原油中烷烃和多环芳烃组分的降解率分别为96.7%和28.4%.体系中的降解菌总浓度与高活性菌浓度由接种时的1.0×10⁸ cfu·mL^-1增加至2.1×10⁹ cfu·mL^-1和8.3×10⁸ cfu·mL^-1.检测的3种石油烃降解功能基因中,烷烃单加氧酶基因alkB2拷贝数由1.06×10⁸ copy·mL^-1变为2.84×10⁸copy·mL^-1...     

大兴安岭生态功能区生态系统服务功能动态及权衡协同关系研究

大兴安岭水源涵养与生物多样性保护区是我国北方重要的生态屏障,定量分析其生态系统服务功能动态及内在关系,对于实现该区自然资源的合理利用与可持续发展具有重要的科学意义。基于多源数据和生态系统服务功能评估模型,实现了2000—2015年大兴安岭生态功能区水源供给、碳储存和生境质量服务功能的动态评估,并结合相关性分析和权衡协同度模型探讨各服务功能之间的权衡协同关系。结果表明：(1)林地是该区优势生态系统类型,占功能区总面积的67.80%,湿地和草地次之,3种类型面积之和占功能区总面积的92.35%。2000—2015年,林地面积增加2 080 km²,草地和湿地面积分别减少1 365和1 265 km²,其他类型面积变化较小。(2)2000—2015年研究区水源供给服务功能明显减弱,碳储存服务功能有所增强,生境质量改善显著。其中,水源供给量减少15.10亿m³,碳储量增加16.79 Tg,良好及以上生境面积增加5 746 km²,占生态功能区总面积的85.41%,生物栖息活动区生境质量显著提高。(3)在区域...     

黄土高原典型县域生态系统服务变化特征及驱动因素

陕北黄土高原沟壑区作为全国重点水土流失区和退耕还林还草核心区,探究县域尺度生态系统服务的时空变化特征、驱动因素和权衡关系对于生态系统的可持续管理更有针对性和现实性。基于RUSLE、CASA和In VEST模型,分析了陕北志丹县2000-2018年土壤保持、碳固存和水源供给3种生态系统服务的时空变化,并运用地理探测器和偏相关分析研究了生态系统服务的驱动因子和权衡关系。结果表明：2000-2018年,志丹县土壤保持、碳固存(以C计)和水源供给都呈现增加趋势,分别增加了199 t·hm^-2·a^-1、426 g·m^-2·a^-1和122 mm。地形、气候和植被生长状况等自然因素对生态系统服务空间异质性的影响强于土地利用类型等人为因素,并且多因子的交互作用对生态系统服务的影响大于单一因子。影响土壤保持服务空间异质性最主要的因子是坡度,其次是NDVI,碳固存服务空间异质性受降雨、NDVI和土壤类型等因素的综合影响,水源供给服务空间异质性的主要驱动因素是降雨和土地利用类型。志丹县土壤保持和碳固存、土壤保持和水源供给...     

长三角地区生态系统服务价值动态演化及驱动力分析

长三角地区是中国经济最活跃、开放水平最高、人口最为稠密的区域之一,探究区域生态系统服务价值时空演变规律及其驱动因素,对于实现长三角地区生态环境共保联治、增强区域可持续发展能力、推动长三角一体化高质量发展具有重要意义。基于1990—2018年长三角地区4期土地利用数据,在定量分析长三角生态系统服务价值变化趋势及各生态系统服务功能权衡协同关系的基础上,综合采用空间相关、热点分析和地理探测方法探讨长三角生态系统服务价值时空分异特征及其驱动因素。结果表明：(1)长三角生态系统服务价值和各生态系统服务功能价值均呈下降趋势,2010年之后下降趋势放缓;2010年之前区域生态系统服务功能权衡度下降、协同度上升,2010年之后协同关系占据完全主导地位。(2)长三角生态系统服务价值空间分布呈现南高北低的空间格局,且呈显著正向空间自相关关系;冷点数量在2010年达到峰值,之后开始减少;热点数量自2000年之后呈减少趋势,但减幅变小。(3)海拔、日照时长和年降水量为长三角生态系统服务价值空间分异的主要驱动因子;一产占比与海拔的交互作用最为明显,q值达0.883,自然地理要素与社会经济要素交互作用主导驱动了长...     

三江源地区土壤和牧草中的有机氯污染物：分布、来源和生态风险

三江源地区是“亚洲水塔”的重要组成部分。该地区复杂的大气环流可能为持久性有机污染物(POPs)的输入提供动力。在采集三江源地区土壤和牧草的基础上,获得该地区有机氯类污染物(OCPs,POPs的一类)的污染水平并进行来源解析,以期对POPs的潜在生态风险进行评估。结果表明,1)三江源地区土壤和牧草中滴滴涕(DDTs)的含量分别为低于检出限(BDL)-2.32×10⁴ pg·g^-1(平均3 003 pg·g^-1)和BDL-2.44×10⁴ pg·g^-1(平均3 539 pg·g^-1),高于全球其他高海拔草地地区;而土壤和牧草中六氯苯(HCB)、六六六(HCHs)和多氯联苯(PCBs)的含量则与全球背景水平相当。2)三江源地区的OCPs整体呈现东高西低的空间分布特征。反向气团轨迹显示高含量的OCPs主要来自于三江源以东的地区。此外,人口密集的城镇地区具有相对高的OCPs含量,表明当地的零星地区可能存在OCPs使用/排放史。3)三江源地区土壤和牧草中的OCPs含量...     

北运河水体、沉积物和鱼类中微塑料的分布特征研究

河流水体的微塑料污染已引起国内外的广泛关注,但对人类活动影响显著的城市排水河道不同水期多环境介质中的微塑料污染研究相对较少。为揭示城市排水河道微塑料分布规律,以北京市北运河水体为例,基于汛期和非汛期北运河表层水、沉积物和鱼类样品,分析统计了不同种类微塑料的时空分布特征,讨论了组成特征差异,揭示了北运河微塑料的主要来源。结果表明,北运河表层水中微塑料丰度为4.90-22.1 items·L^-1(汛期)和3.10-14.8 items·L^-1(非汛期);沉积物中微塑料丰度为0.74×10³-2.88×10³ items·kg^-1(汛期)和0.16×10³-1.69×10³ items·kg^-1(非汛期);鱼类肠道内微塑料的丰度为0.33-3.33 items·ind^-1。与国内外其他河流对比,北运河水体和沉积物的微塑料污染处于中等水平,鱼类微塑料污染程度较低。时间尺度上,表层水和沉积物中微塑料丰...