2001-2010年三江源区草地净生态系统生产力估算

三江源区位于青藏高原腹地,是我国长江、黄河、澜沧江三大河流的发源地.为了准确估算该地区草地生态系统的净生态系统生产力,收集整理了2001—2010年青藏高原10个通量观测站点的观测数据,构建了三江源区草地生态系统NEP（net ecosystem production,净生态系统生产力）估算模型,并在站点尺度进行了模型参数化和精度验证;结合区域尺度气象和遥感数据,估算了三江源区草地生态系统NEP.结果表明:① 2001—2010年三江源区草地生态系统多年平均NEP空间分布具有明显的空间异质性,大部分地区表现为碳汇,NEP（以C计）平均值为41.8 g/（m2·a）.② 三江源区草地生态系统NEP呈波动增加趋势,从2001年的20.0 g/（m2·a）增至2010年的82.5 g/（m2·a）;除2002年表现为弱碳源外,其余年份均表现为碳汇,并以2010年碳汇能力为最强.③ 2001—2010年三江源区草地生态系统NEP平均年增长率为5.4 g/m2;NEP年际变化率空间分布显示,大部分地区NEP呈增加趋势,仅有东南部和中部部分区域NEP呈下降趋势.研究显示,2001—2010年三江源区草地生态系统表现为碳汇,并且由于气候的暖湿化趋势,碳汇强度总体表现为增强.      

长江流域2000—2015年生态系统质量及服务变化特征

分析生态系统质量与服务现状及变化特征,有助于准确了解流域生态系统状况与趋势,为流域生态保护与修复的高效管理提供参考依据.采用相对生物量密度与相对植被覆盖度指数以及生态系统服务（土壤保持、防风固沙、洪水调蓄、粮食生产）评估模型,评估2000—2015年长江流域生态系统质量及服务变化特征.结果表明:①2000—2015年,长江流域森林、灌丛以及草地生态系统质量提升显著,56.56%的森林、45.65%的灌丛以及19.26%的草地生态系统质量得到不同程度的提高.②研究期间,长江流域粮食生产、洪水调蓄、土壤保持、防风固沙均呈显著上升趋势,其中粮食生产能力增加13.7%,洪水调蓄功能提升10.1%,土壤保持服务提高19.5%,防风固沙总量增加30.0%.③长江流域生态系统质量不高,处于低与差质量等级的生态系统面积比例在25%~35%之间;受不同类型的自然和人类活动影响,长江流域生态系统质量与服务均存在局部退化现象.研究显示,在生态质量与服务评估的基础上,分区域、分类型实施不同的生态系统保护与恢复途径,是今后长江流域加强生态系统管理的重要途径.      

多种特征因子结合GBDT的降水数据降尺度方法研究

结合增强型植被指数(EVI)、大气可降水量(PWV)、地表温度(LST)、坡度(Slope)、坡向(Aspect)、海拔(Altitude)及经纬度(LON,LAT)提出了一种基于机器学习算法结合站点数据校正的降尺度框架.分析了前馈神经网络(FNN)、随机森林(RF)、梯度提升决策树(GBDT)在长江流域GPM IMERG数据空间降尺度过程中的鲁棒性差异;考虑了2001—2019年不同季节植被对降水降尺度结果的时滞效应;探究了降尺度数据对GPM的校正效果与降水量的关系.通过站点实测数据对模拟结果进行精度分析,结果表明:3种降尺度结果在得到1km空间分辨率降水数据的同时,也不同程度提高了数据的精度.其中,GBDT模拟结果对降水细节特征表达更明显,可以很好地反应降水的空间异质性.并且它在年、季时间尺度上模拟的结果在各研究区内的精度均为最优(年R²=0.748～0.958,季R²=0.518～0.909),有更好的降水捕获能力和更强的模型鲁棒性;春冬季植被的滞后性对GPM降尺度结果的响应最为敏感,最佳滞后期分别为1个月和2个月,夏秋季时滞效应不明显...     

中亚跨境流域生态脆弱性评价及其时空特征分析——以阿姆河流域为例

生态脆弱性(EVI)的定量评估和长期分析,对于了解区域生态环境动态变化与指导生态环境保护与修复极为重要。但以往研究很少对跨境流域这一特殊单元进行生态脆弱性评价。以阿姆河流域为例,选择反映研究区植被、水文、气候、地形、土壤以及人类活动等方面的11个指标,通过共线性诊断分析,构建了阿姆河流域生态脆弱性评价体系,利用主观权重与客观权重相结合的方法确定指标权重,对1990-2015年研究区EVI进行了定量评价及时空特征分析。结果表明:(1)研究区生态环境呈恶化趋势,大部分区域处于重度脆弱状态,研究时段内重度脆弱性比例的平均值为46.40%;极度脆弱性占比在过去25年内呈增加趋势,从1990年的2.58%增加至2015年的16.97%,增幅为14.39%。(2)生态脆弱性在不同土地覆被类型之间差异巨大,其中草地的EVI值变化最大,裸地的生态环境最为脆弱,林地的生态脆弱性最小;研究区生态脆弱程度整体表现为裸地灌丛草地耕地城市用地林地的规律。(3)EVI与地形因子的关系表明生态环境最为脆弱的区域主要位于低海拔地势平坦与高海拔坡度大的地区,而低脆弱性主要分布在海拔2500～3500 m或坡度15～25°的区间上。     

滨海旅游地社会——生态系统恢复力时空特征及障碍因子识别

社会-生态系统恢复力的增强会使系统更具稳定性和抵抗性,对实现可持续发展至关重要。本文从社会、生态2个子系统构建滨海旅游地社会-生态系统恢复力综合评价指标体系,分析2010—2020年滨海114个城市的社会-生态系统时空演化特征以及障碍影响因子的识别。得出相关结论：研究时段内,社会-生态系统恢复力年际变化幅度较小,相对稳定,但也存在波动现象;2020年,排名前五位的是北京、上海、广州、珠海和杭州,较2010年,北京取代上海排名首位;滨海旅游地114个城市社会-生态系统恢复力呈现空间正相关,高值集聚区集中在长三角地区,低值集聚区集中在东北沿海;前三位障碍因子出现次数最多的是医院、卫生院床位数(SR5),其次是固定资产投资额(SR4)、节能环保支出(ER3)、工业氮氧化物排放量(EV2)、水资源总量(ER6)。     

森林生态系统恢复力评价——以江西省莲花县为例

生态系统恢复力是森林资源可持续发展的中心目标之一。在明确生态系统恢复力定义和尺度的基础上,分析了森林生态系统恢复力的影响因素,从生境条件和生态存储两方面遴选出26个指标,建立了森林生态系统恢复力评价指标体系,并以江西省莲花县为案例区,采用组合赋权法确定了指标权重,通过空间叠加计算了莲花县森林生态系统恢复力。结果表明:森林生态系统恢复力主要受内部存储的影响,其权重达到0.554。莲花县森林生态系统恢复力在0.103到0.464之间,平均值为0.268,恢复力达到或超过平均水平的森林面积为37 907 hm²,占森林总面积的49.2%,整体处于较低水平;分级结果表明仅48.16%的森林达到高或较高恢复力水平;在空间分布上,莲花县森林生态系统恢复力为南高北低,南部和中部的森林大多处于高或较高恢复力水平,北部地区大部分森林处于中等、较低或低恢复力水平。此外,恢复力高的森林沿乡镇边界线分布的特点非常明显。该研究结果可为森林资源管理提供重要科学依据。     

2001-2010年青海湖流域植被覆盖时空变化特征

基于2001—2010年MODIS-EVI时间序列数据反演了青海湖流域植被覆盖的空间格局和变化规律,并结合气象观测数据,在年际、月际等不同时间尺度上分析了植被变化及其对气候变化的响应以及驱动机制。结果表明:(1)2001—2010年青海湖流域总体植被变化趋于变好,EVI值10年共增长10.38%,其中春季和夏季植被增长率最大,10年增长率分别达到15.2%和18.63%;(2)植被对气候因子的响应具有明显的空间异质性。流域内植被覆盖增加的区域占全流域面积的70.68%,其中显著增加的区域占8.2%,主要分布在布哈河中游以及青海湖北部草场地区,植被覆盖下降的区域占总面积的29.32%,主要分布在西北高海拔地区以及青海湖湖滨沙地;(3)植被变化对气候因子的响应具有复杂性,在不同时间尺度上EVI和气候因子相关性不同。在年际尺度上,EVI和气温的相关系数是0.29,和降水无明显相关性;但比较10年中的生长季,即植被生长5—9月的EVI和气温、降水相关性为0.33和0.27,这里降水相关性显著增高,总体上说,气温是年际植被变化的主导因素。在月际尺度上,EVI和气温、降水强烈相关,相关系数分别为0.76、0.86(P0.01)。青海湖地区地处高海拔地区,且雨热同季,某种程度上揭示了高原植被的生长策略和对气候的响应机制。     

基于MODIS EVI的重庆植被覆盖变化的地形效应

基于2000—2015年的MODIS EVI数据,采用趋势分析结合地形差异修正,分析了重庆市植被覆盖变化在高程、坡度和坡向上的空间分布差异。结果表明:1)近16 a来,重庆植被以低覆盖度和中覆盖度为主,低覆盖度呈下降趋势,劣覆盖度、中覆盖度和高覆盖度呈上升趋势;2)研究区植被显著减少趋势占3.84%,基本不变占81.12%,显著增加占15.04%,植被变化总体上呈恢复趋势;3)在地势低(400 m)、坡度小(6°)的区域,植被覆盖度低,但变化趋势显著;在400~1 200 m、6°~15°的区域,植被变化趋势分布出现由优势到非优势或由非优势到优势的转折;4)在地势高(1 200 m)、坡度大(15°)的区域,植被覆盖度高,变化趋势较弱,但是在高程大于1 500 m、坡度大于25°的区域也存在植被减少的现象;5)不同坡向上,除了在平地区域植被变化趋势较显著外,其余坡向差异不明显。     

DEM分辨率及子流域划分对AnnAGNPS模型模拟的影响

 针对大中尺度流域非点源污染模拟精度与运算效率的突出矛盾,选取数据精度与空间离散化2个关键影响因素,讨论数字高程模型(DEM)分辨率和临界源面积(CSA)取值对AnnAGNPS模型模拟结果的影响.分别比较了7组CSA取值及8组不同DEM分辨率对华北潮河流域大阁子流域AnnAGNPS模型参数提取及模拟结果的影响.研究发现,CSA取值对汇水单元的数量、地表径流量、泥沙以及总氮的模拟有很大的影响.随着CSA取值的增大,地表径流量变化不大;泥沙先逐渐增大,后呈减少趋势;总磷负荷的变化趋势不明显;总氮负荷呈逐渐减少的趋势.选择合适的CSA是流域AGNPS模型模拟的基础.DEM是分布式水文模型的基础数据,研究表明:DEM分辨率对坡度有较大的影响.随着DEM分辨率的降低,径流量变化不大;土壤侵蚀和总氮负荷变化却十分明显,当DEM分辨率从30m逐渐降低至60m时,泥沙输出及总氮负荷迅速减小,总磷呈现先减小后逐渐稳定的趋势,但变化幅度小于总氮和泥沙.当DEM分辨率小于60m,泥沙和总氮的输出随分辨率降低下降缓慢.以30m和50m DEM为例,通过不同精度的DEM坡度回归分析,建立了低精度DEM坡度修正的方法.用修正后的坡度进行AnnAGNPS模型模拟计算,结果表明坡度修正对泥沙、总氮、总磷的模拟有不同程度的改善.     

地震灾后生态系统重建中的植被恢复初探

本文从地震对震区生态系统的破坏和退化出发,探讨了不同生态系统重建中植被恢复的技术和做法.大地震及其诱发的次生灾害毁坏了植被生存的土壤环境,致使土壤遭受重金属、有机物以及核辐射的污染,而植被可以修复退化的土壤生态系统.对于森林,草地.江河等自然生态系统,植被选择应以原生种类为主,以促进生态系统进行原生演替;而农田、城市绿地生态系统,植被恢复应以生产生活、景观营造、生物修复为目的,宜选择当地主要优势农作物、观赏性好、抗污染的植物,以控制生态系统次生演替的方向和速度.在各类生态系统重建中,应防止外来有害物种的入侵.     

区域性气候变化对长江中下游流域植被覆盖的影响

利用2000─2010年MODIS EVI(增强型植被指数)数据和气候资料,对长江中下游流域区域性气候变化对植被覆盖的影响进行了综合研究. 结果显示:①2000—2010年间长江中下游流域植被覆盖度呈上升趋势,EVI年均值从0.302增至0.318,增幅达5.57%,增长主要出现在春季. 各植被类型中,常绿阔叶林、落叶阔叶林、混交林和人工农田植被覆盖度增加最为显著. ②研究区整体植被覆盖较好,但地域差异较大, EVI高值区分布在东南部南岭、武夷山、九岭山一带;中部江河湖泊区、长江两岸大型城市周边区域植被覆盖较差. ③气温是植被覆盖变化的主要影响因子,尤其春季表现最为显著;由于常年降水充沛,研究区降水量对植被覆盖影响程度不及气温;日照时数仅在夏季对当月植被覆盖有一定影响;相对湿度对植被覆盖影响较低,但在秋季对植被覆盖影响时间较长,可持续3个月. ④气候变化对自然植被覆盖的影响主要表现在湖南省和湖北省西部;对湖南省中部和安徽省中北部地区人工农田植被的影响较显著. ⑤空间相关性研究表明,长江中下游流域植被覆盖度增加除与自然条件改善有关外,国家近年来实施的各项生态工程也起到了积极的作用.      

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。     

长江流域生态系统可持续管理策略

长江流域涉及长江经济带发展和长三角一体化发展两大国家区域协调发展战略,但生态环境问题仍然是长江流域可持续发展面临的严峻挑战,加强长江流域生态系统可持续管理策略研究具有重大意义.长江流域的环境管理策略大致经历了以水量管理、污染物排放总量管理和水质目标管理三个阶段.在统一生态环境监管职能、实现五个“打通”的新形势下,长江流域生态环境管理策略必将由水质目标管理快速向生态系统可持续管理转变.在分析长江流域生态系统保护修复取得的积极进展和面临的严峻形势的基础上,提出了长江流域生态系统可持续管理策略:①规划和建设服务于应急预警和管理决策的长江生态系统观测网络,推动不同层级、不同职能部门、空天地一体化的多源数据融合,提高生态环境监测网络的数据时空精度和反应速度,开展水陆统筹、“山水林田湖草”生命共同体综合观测;②加强长江生态系统结构、过程、功能和服务的综合性、整体性研究,主要开展长江流域生态系统综合研究、重点区域生态系统研究和突出生态问题专题研究,不断创新科研与管理深度融合的科研模式,把论文写在祖国大地上;③制定长江社会-经济-自然复合生态系统保护修复可持续发展目标及分阶段分区域目标,促进水资源、水环境、水生态、陆域生态和水陆交错带的持续改善以及生态环境系统与社会经济系统的持续协同;④提出长江生态系统保护修复的整体性、综合性和针对性、差异化的解决方案,推动长江流域生态系统健康可持续发展目标的早日实现和重点区域、突出问题的尽快解决.      

基于PSR的长江口生态系统的健康评价

以长江口生态系统作为长江流域的终端影响受体,基于压力-状态-响应（press-state-response,PSR）概念模型,构建了长江口生态系统健康评价指标体系,确立了生态系统健康等级及标准,通过层次分析法确定了指标权重。采用建立的评价方法体系,对2001-2017年长江口生态系统健康进行评价,结果显示:长江口生态系统压力指数为0.08~0.47,总体呈波动下降的趋势,状态指数先上升后下降,数值分布于0.40~0.88,响应指数为0.45~0.94,呈波动上升的趋势。长江口生态系统健康评价指数为0.40~0.65,经历了先下降再上升的变化过程,多数年份生态系统健康等级为"中",2012,2013,2015年生态系统健康达等级达到"良",2006年健康等级为"差"。2001-2017年,长江口来沙量减少,长江口氮磷浓度高位振荡,浮游生物结构不稳定,赤潮频发是影响长江口生态系统健康评价指数的主要因素。     

长江流域植被净初级生产力对未来气候变化的响应

研究基于气象观测和B2气候变化情景数据,利用大气-植被相互作用模型(AVIM2)模拟了1981—2000年和2010—2050年两个时段内植被NPP的空间分布格局及其时间变化趋势并分析了其时空变化与气温和降水量的关系。研究表明1981—2000年流域内植被NPP的空间分布大致呈现自西向东、自北向南递增的趋势。未来长江流域气温将整体增加,但各地增温幅度不同。流域降水量有增有减,主要增加区域位于长江源头和上游及中游的江北地区。未来在气温增加幅度较小而降水量增加的区域,如长江源头和上游的青海、西藏、川西及云南的部分地区的植被NPP将增加。在气温增幅较大而降水量减少或者降水量增加不多的区域如长江中游和下游的广大地区植被NPP将减少。从植被类型来看,长江流域大部分森林、郁闭灌丛和农作物的NPP在B2气候变化情景下将减少,每年减少量分别在0~4.5 gC.m-2、0~2 gC.m-2和0~2.5 gC.m-2之间。高寒草甸、草地和稀疏灌丛的NPP将增加,每年增长量介于0~2 gC.m-2之间。     

基于RS和GIS的赤水河流域植被覆盖度与各地形因子的相关强度研究

以赤水河流域为研究区域,综合运用遥感和GIS技术,用TM遥感影像反演植被覆盖度,用数字高程模型(DEM)提取地形因子并进行子流域的划分与构建;首先借助空间叠加分析,研究了区内植被覆盖度分别随高程、坡度及坡向变化的规律;然后从数理统计的角度分析区内不同植被覆盖度与地形等级因子的相关性,并就相关强度进行排序。研究表明:1、在赤水河流域,中度以上植被覆盖度与坡度、高程与之间,并不是单一的正比关系,其随坡度和高程的增加而先增加后减小,存在着临界坡度区间和临界高程区间。2、不同植被覆盖度下各地形因子的影响程度明显不同。对各级植被覆盖,坡度和坡向对其的影响都明显高于高程;中度植被覆盖受坡向影响较为显著,但随着植被覆盖度的增高坡度的影响越来越显著。该研究对喀斯特区域生态环境的评价和改良具有重要参考价值,同时也为喀斯特地区的植被保护和石漠化防治提供决策依据。     

黑河流域草地承载力研究

应用RS和GIS技术,从研究区植被类型、土壤侵蚀、坡度、距水源距离、生物多样性和生态系统保护等方面,确定了黑河流域不适合和适合放牧的区域。在适合放牧的区域,根据草地类型估测产草量。在牧草分配方面,从避免土壤侵蚀和遭遇干旱时保证植被群落弹性和再生的需要以及满足昆虫和土壤无脊椎动物及野生动物需要两个方面考虑了满足生态需要的牧草生物量。在确定放牧强度时,从坡度和距离水源远近两个方面考虑了载畜量的减少比例。在此基础上,计算出满足生态保护需要的草地承载力。研究结果表明,黑河流域适合放牧的区域仅占总面积的17.693%,在适合放牧的区域,天然草地的承载力为0.009～2.055只羊单位/hm²。     

基于地形位置指数的赤水河流域植被时空变化研究

地形因子和植被覆盖是区域灾害评价的关键指标,也是山区型村镇建设生态安全评估的重要内容.为探析山区型村镇建设的生态约束条件,以赤水河流域为研究对象,基于1998—2018年SPOT_VGT NDVI数据,利用地形位置指数（Topographic Position Index,TPI）和坡度位置指数方法,研究了赤水河流域植被生长季NDVI时空变化及地形分异特征.结果表明:①赤水河流域内,1998—2018年植被生长季平均NDVI呈缓慢上升趋势,斜率为0.004 7;NDVI>0.60的集中连片区域主要分布在古蔺县北部、赤水市大部和习水县西北部,占赤水河流域总面积的8.42%;Sen's slope在0.009~0.015区间时,赤水河流域植被生长增强趋势最明显,主要集中分布在赤水河中上游、二道河以及下游的大同河干流地区.②TPI在-39.4~34.3区间的面积最多,为6 221.63 km2,占赤水河流域总面积的34.05%;将赤水河流域坡度类型划分为山脊、上坡、中坡、平坡、下坡、山谷6个坡度位置类型,其中,中坡面积（7 792.02 km2）最大,占流域总面积的42.64%,表明TPI数值较小且坡度大于5°的区域是赤水河流域地形主体.③赤水河流域植被在山脊的平均NDVI最高,为0.747,且山脊平均Sen's slope最高,为0.007 2;山谷平均NDVI最低,为0.709.研究显示,赤水河流域植被分布在118.5~486.9的TPI区间或分布在山脊处时整体生长较好,且生长增强趋势最明显.      

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。