社会-生态系统:研究态势、主题演进与地域实践

社会-生态系统综合了人类社会治理与自然环境利用研究视角,为解决全球生态问题提供新途径,是人地系统研究的热点。梳理和归纳社会-生态系统研究的发展历程和近今态势,总结前沿议题和地域实践,对人地系统耦合研究和可持续发展具有重要意义。主要发现如下:社会-生态系统研究领域整体发文量较少,发展阶段受国际重要研究计划和组织的直接影响;欧洲、北美洲和澳大利亚的高校、研究所和政府机构是领域内的主要研究力量,核心作者间合作紧密;我国社会-生态系统研究受资助力度逐年增加,研究内容不断深入,但在国际相关学术话语体系构建和关键作用发挥上仍有较大提升空间。社会-生态系统具有复杂性、地域性和动态性等特点,研究内容涵盖自然生态系统、气候变化、土地利用、社会治理与管理政策等主题,是综合了环境科学、生态学、地理学等自然科学与经济学、政治学和社会学等社会科学的多学科交叉领域;以脆弱性和韧性研究为起点,社会-生态系统研究的发展受到诸多人地关系研究工作的启发和推动,Olsson的动态连接分析、Redman的社会模式与过程和生态格局与过程、Ostrom的公共资源治理是目前影响较广的三个社会-生态系统研究框架。扰沌为解释社会-生态系统快速与慢速交互作用、局部与全球适应性变化提供理论基础,干扰响应机制、系统自组织过程、学习与适应性治理成为社会-生态系统研究核心。海岸带、干旱区和城市等生态环境与社会环境敏感区是社会-生态系统研究最受关注的地域。未来的工作应注重结合我国广泛的地域实践,推动社会-生态系统的理论与方法体系的完善。相关发现为社会-生态系统领域凝炼研究方向和深化科学问题提供了参考。

深圳市景观生态安全格局源地综合识别

城市生态安全格局是景观生态学研究的热点和重点之一,识别源地是构建生态安全格局的首要环节。在总结已有研究中重要斑块识别方法的基础上,提出了结合景观连通性分析、生物多样性服务评估和生境质量评估来提取重要斑块的方法。以深圳市为研究区,采用基于图论的景观连通性指数、生物多样性服务当量、InVEST模型生境质量评估模块和GIS技术相结合的方法识别生态用地重要斑块。结果表明:深圳市生态斑块依照连通性、生物多样性和生境质量的综合评估分为五级,其中最重要斑块主要分布在龙岗区、盐田区和罗湖区;现行基本生态控制线政策可以保护大部分重要斑块。

基于面向对象分类的土地整理区农田灌排系统自动化识别

针对目前农田灌排系统识别研究中影像分辨率低、自动化程度不高的问题,该研究基于面向对象分类法,提出了一套从影像到农田灌排系统矢量输出的完整提取流程。研究利用KOMPSAT-2高分辨率遥感影像数据,以吉林省西部土地整理大安项目区作为试验区,使用自主研发的识别程序对土地整理区农田灌排系统进行了自动化识别提取,并与监督分类法、手动屏幕数字化作了对比分析。结果显示,基于面向对象分类的自动化提取方法在精度上与手动屏幕数字化相近,总体精度达到了89.64%,远高于监督分类法的识别精度;而且该方法所耗费的时间最少,操作过程不需人工干预,识别结果的稳定性也高于另外两种方法。研究表明,基于面向对象分类的自动化提取方法,是一种较理想的土地整理区农田灌排系统遥感监测手段,同时也为其他地物监测提供了一种有效的途径。

三维可视化环境下矿体空间数据插值

大部分地学中的空间数据插值基于二维空间 ,随着计算机三维可视化工具的出现和功能不断完善 ,三维空间的数据插值成为可能。矿体的品位、资源量估算以前大多由手工计算完成 ,在计算机三维可视化环境下 ,可以快速地实现矿体品位和资源量的高精度估算。其基本原理是首先应用矿体的三维可视化技术建立矿体的三维表面模型 ,精确地模拟矿体的形态 ;其次应用块模型方法对矿体内部进行剖分 ,建立体内部数据模型 ;最后应用距离反比法和Kriging方法对矿体内部的特性数据 (如品位 )进行插值估算 ,获得矿体内部所有块的特性数据 ,从而得到矿体的内部特征规律。实例研究表明 ,应用三维空间数据插值方法得到的矿体品位插值结果具有科学合理性 。

露天矿区景观生态风险空间分异

以露天矿区为研究对象,评价矿区景观生态风险,并采用ESDA方法定量研究矿区生态风险空间分异特征。结果表明,矿区景观生态风险空间分布以高风险区域为核心,由高到低呈环形包围特征。其中,高风险主要分布在矿业生产及城市生活区域,以土地破坏、压占及城市建设为主要风险来源;中等风险主要分布于自然、半自然功能区,以城市生活与农业生产为主要风险来源;低风险区域以林地、荒草地等植被覆盖区域为主,但大面积植被退化、水土流失导致该区域生态基底较差、环境脆弱,加之露天煤矿作业频繁,整体生态环境质量堪忧。同时,不同功能区的风险高低排序(人工区>半自然区>自然区)特征符合常规的区域生态风险等级差异规律。此外,基于ESDA分析矿区景观生态风险,其空间自相关性高达0.7521,风险的空间集聚效应明显;而对比矿区景观生态风险的空间分异特征发现,景观干扰度是高、低风险区域的主要驱动因子;而景观脆弱度则是中等风险区域的驱动因子;基于以上研究结果可对矿区环境管理和风险决策提供一定的数据支撑和理论依据。

三维GIS技术在固体矿产勘探和开发中的研究与应用

矿业三维GIS是地质矿业信息化的研究重点和热点,是科学计算可视化在地质上的应用,它涵盖地质体的三维可视化、体空间插值等领域。矿业三维GIS软件一般包括空间数据库的建立、三维体的创建和编辑、地统计学分析和预测、地质测绘、露天和地下开采设计、矿山生产计划调度等功能,在理论上应用于矿床模式分析、成矿预测,完善三维GIS的理论和功能;实践中应用于地质勘查、储量计算、经济评价、采矿设计和矿山的生产管理各阶段。

基于生态系统服务簇的小尺度区域生态用地功能分类——以重庆两江新区为例

生态用地功能分类是其生态价值评估及管理的基础,与生态系统服务的权衡和协同关系联系密切;对小尺度区域进行生态用地功能分类研究有助于实现精细化生态资源管理。以重庆两江新区为例,选取该区8种重要的生态系统服务,兼顾生态与社会成分,基于层次聚类法得到6类生态系统服务簇,依据提供重要生态系统服务和维护关键生态过程的原则,对其重要性等级进行了划分;依据生态系统服务簇与土地利用类型之间的关联关系,将生态用地定义为提供重要生态系统服务、维护关键生态过程或生态脆弱的用地空间,并按重要性将其划分为3个等级。研究结果表明,基于生态系统服务簇的生态用地分类框架不仅能够最大限度涵盖生态用地的功能属性,而且能够在空间上量化不同生态系统服务的相对比例,有助于对用地类型与生态功能之间的对应关系形成深入系统的认识,也可为精细化生态管理提供参考。

基于DMSP-OLS数据的城市发展空间特征研究

在明确城市内部存在空间差异的前提下,综合考虑城市物质空间和社会经济空间,以1992-2010年郑州市辖区为研究对象,利用DMSP-OLS夜间灯光数据进行了建成区的提取及其扩展强度与方向特征的分析、城市重心位置的识别及其转移规律的测算、城市内部发展差异与相对发展率的研究。结果发现,近20年来郑州市建成区面积不断增大,且扩展速度也逐渐增大;城市重心在逐渐东移,且转移的速度略有增加;各辖区的发展水平逐渐提高,辖区之间的差异逐渐减小。同时分析了DMSP-OLS数据应用于建成区提取、城市重心识别方面的优势,并对该数据在城市发展领域的应用前景进行了探讨。

土壤重金属全量监测方法研究进展

随着我国工业化和城市化进程的不断加快,土壤环境问题,特别是工业区土壤重金属污染已逐渐成为环境科学界研究热点。文章在总结国内外常用的土壤重金属全量监测方法及原理的基础上,对化学分析法、仪器分析法等异位监测方法和基于地理信息系统(GIS)、遥感(RS)和全球定位系统(GPS)的高光谱分析技术、环境磁学技术及生物技术等原位监测方法进行综合比较、分析。结果表明,在土壤重金属全量监测方法中,异位监测测量精度经历了从mg·L-1到μg·L-1再到ng·L-1的发展历程,且随着微电子技术、计算机科学技术以及多媒体技术、人机友好交互、虚拟现实、模糊控制、人工神经网络等新技术的巨大进步,势必会朝着自动化、低成本以及更高的精度方向发展;原位监测中,环境磁学技术只能针对某类土壤中某种重金属达到ppm的测量精度,高光谱技术、生物技术依旧处于大面积估产、实验室模拟阶段,其关键问题是推广性差,为了满足研究需求,该法势必朝着高普适性,高推广性方向发展。

自然灾害对深圳城市建设发展的影响

随着灾害科学研究的深入,城市自然灾害已经成为其重要的研究领域。对于快速城市化的深圳,其自然灾害方面的研究更有必要。深圳市的自然灾害主要有气象灾害、地质灾害和海洋灾害等3类,它们是自然变异因素与人类活动共同作用的结果。在深圳的建设发展中,自然灾害的影响表现在两个方面:一是限制了土地利用和开发的规模,加大了城市土地开发利用的成本;二是对城市的经济建设造成了危害,使深圳的生态环境和工程地质条件造成退化。最后针对深圳市自然灾害的特点,阐述了它们的防治原则。

基于生态足迹的城市地域可持续发展能力评价--以深圳为例

可持续发展能力的定量评估是可持续发展研究的关键领域，基于生态足迹计算的发展能力指标是较有效的评价指标之一。本研究应用生态足迹模型，按不同土地类型与不同消费类型计算了2005年深圳的生态足迹，分析了生态赤字构成并给出生态足迹矩阵，以使政策建议更有针对性；修正了Ulanowicz的发展能力模型，将万元GDP生态赤字（盈余）因子引入计算公式中，对深圳生态经济系统的可持续发展能力进行了评价。研究结果表明：2005年深圳人均生态赤字为3．16hm^2／人，生态足迹是其可利用生态承载力的57倍；1986年～2005年深圳生态赤字扩大10倍，20年间系统稳定性逐渐下降，近年有向良性化方向好转的趋势，2003年资源利用效率最高；生态经济系统可持续发展能力持续上升，2005年最大，为6.49，是20年前的4倍多。

中国东部海区岩石层结构的区域综合地球物理研究

结合新一轮编图工作的开展,中国东部海区重、磁平面图件在拼入新资料同时,也包含了邻区朝鲜半岛,台湾岛,日本海,菲律宾海等地区的资料.本文在此基础上综合分析研究区重、磁异常特征,利用重、磁资料反演莫霍面、居里面,进而求取了热岩石层底界面,对重、磁数据进行了突出断裂带信息的处理,确定了13条重要断裂带的展布,将研究区划分为8个块体和4个结合带,它们具有"东西成带、南北分块"的特征,是"2条锋线"作用的产物.研究表明,江—绍断裂带向东延伸进入海区,虽然受东海陆架西缘断裂带的切割,但仍继续往东延伸,可能延至朝鲜半岛南端与济州岛南缘断裂带相接;在朝鲜半岛西缘地球物理场存在NNW—NW的明显界线,可解释为断裂带,称之黄海东缘断裂带,中国大陆东部的五莲—青岛断裂带与黄海东缘断裂带和济州岛南缘断裂带共同构成中朝和扬子块体的边界.

基于生境质量的城市增长边界研究——以长三角地区为例

基于"生态优先"理念,提出一种利用生境质量评估策略的城市增长边界划定方法。结合Arc GIS和InVEST模型,通过综合评估生境自身及其在威胁情境下的质量,模拟各市独立规划、建设用地指标再分配及区域一体化发展的三类建设用地扩张情景,分别划定2024和2034年的长三角地区城市增长边界。结果表明:研究区生境质量总体呈南高北低格局,平均生态系统服务价值密度为10 770.604元/(hm2·a),高质生境位于西南地区;根据指标再分配及一体化发展情景模拟的2024年研究区建设用地总量分别为10 583.273 km2和10 489.090km2,2034年达到13 603.535 km2和13 252.370 km2;模拟的建设用地集中在东部沿海地区,并向北部及环杭州湾区域拓展;建设用地指标再分配能从整体上减少建设用地对优质生境的占用,区域一体化发展则能进一步降低城市发展造成的生态压力。

基于遥感影像的中尺度人口统计数据空间化--以京津冀地区为例

基于DMSP/OLS夜间灯光数据、土地利用数据及其他与人口分布相关的社会经济与生态环境因子,在中尺度区域上研究人口统计数据的空间化及应用。以京津冀地区为研究区,首先获取2010年京津冀地区人口普查数据;然后基于各个相关因子(公路、铁路、河流、坡度、土地利用和夜间灯光)计算概率系数;最后综合各种输入变量和概率系数运用地理信息系统技术把人口普查数据分配到各个像元上。用城市人口普查数据对分配结果进行检验,检验结果为:京津冀地区2010年人口统计数据的空间化结果在城市尺度上的校验准确率可以达到74%以上。此检验结果表明该人口统计数据空间化的方法可以很好地应用于中尺度区域人口统计数据的空间化。

新疆焉耆县土地盐渍化遥感监测

土地盐渍化不仅会造成地表土壤资源的破坏和农业生产的巨大损失,而且对干旱区绿洲的生态安全也构成了极大威胁,已成为一个全球性的环境(土地)退化问题。研究土地盐渍化动态演化过程及其空间分布特征,有助于了解土地盐渍化变化规律与发展趋势,对于干旱区的粮食生产安全及经济发展无疑具有重要意义。利用遥感和GIS技术,以新疆焉耆县为例,基于土地利用现状图和1976、1994和2009年的MSS、TM、ETM遥感影像,系统分析了区域土地盐渍化的动态演化过程和空间分布特征。研究结果表明,1976-2009年间,尽管焉耆县的土地利用类型未发生显著变化,但土地盐碱化的面积却呈现显著增长趋势,并已达到研究区面积的8.85%;研究时段内,盐碱化持续加重区域的面积比例相对较高,盐碱沼泽和重度盐碱土地在研究区所占面积比例分别增加了2.97%和1.31%,这表明焉耆县土地盐碱化程度发展较快,今后需改善灌溉及排水方式,合理利用地下水。

基于三维景观指数的城市景观美学特征定量表达——以深圳市为例

城市景观由自然元素与人工元素构成,以建筑为主体,辅以外部空间环境。对城市景观美学价值的研究有利于探讨如何提升城市形象及居民生活环境,为城市规划设计纳入了感性与理性结合的合理途径。景观美学特征以不同方式影响整体景观质量,合理运用景观指数对城市景观美学特征进行量化表达,是评估景观质量的重要前提。在整理借鉴景观美学相关研究的基础上,结合景观生态学理论基础,以城市空间内部审美者的角度将城市景观五大美学特征,包括自然性、开阔性、多样性、奇特性和协调性,转化为可定量表达的二维及三维景观指数。量化指标易使用数据进行快速评估,对于城市规划设计有着积极意义。

深圳市基本生态控制线划定对生态系统服务价值的影响

基于深圳市2002、2005和2010年的土地变更调查数据,分析了基本生态控制线划定前后深圳市土地利用面积变化特征,运用基于单位面积价值当量因子的方法对生态系统服务价值进行评估,并采用倍差法研究了基本生态控制线政策对生态系统服务价值的影响。结果表明:2002—2010年深圳市土地利用总体呈现耕地、园地、草地和水域面积减小,建设用地面积增大,林地面积先减小后增大的趋势;该区生态系统服务价值总体减小,但基本生态控制线划定之后总价值减小的速率降低;各土地利用类型中,林地和水域是构成深圳市生态系统服务价值的主要来源,而各项生态系统服务中,水源涵养产生的价值最大;生态系统服务价值低值范围不断扩大,蚕食价值高的地区,尤其以西部沿海、宝安北部、光明新区、龙华北部以及龙岗南部地区价值降低最为明显;基本生态控制线内生态系统服务价值以中、较高为主,价值变化不明显,线外以低、较低为主,且呈现不断降低的趋势;倍差法结果表明基本生态控制线政策对生态系统服务价值的提高存在促进作用,提升幅度约为1.6%。

东海陆架区中北部前第三系基底综合地球物理研究

从地震、钻井资料出发,结合周边地质特征,推断东海陆架区中北部存在中生界和古生界地层。结合地震资料,正演消除了海底和新生界密度不均匀在重力场上的影响,定量反演重、磁力异常并求取了重力基底和磁性基底。重力基底的特征在东西分带的大背景下表现出“靠陆侧南北分块,靠洋侧东西分带”的特点。西湖凹陷区的磁性基底与重力基底埋深大致相同,不一致地方可能是受岩体的影响。西湖凹陷以西地区,包括海礁凸起等单元,总体出现磁性基底埋深比重力基底埋深深2km左右,初步解释为古生界地层的反映。中生界地层厚度的分布也具有东西分带和南北分块特点。西湖凹陷西缘的中生界地层厚度大,其中带中生界虽然含有一定的火山岩或火山碎屑岩,但沉积岩更多,这对下一步的油气勘探有利。

基于AOD数据反演地面PM2.5浓度研究进展

随着中国城市发展,城镇化进程的不断推进,能源消耗持续增加,空气中的污染物含量越来越高,空气污染事件频发,城市空气质量研究成为一个热点议题。PM_(2.5)作为表征空气质量的重要指标之一,越来越受到人们的关注,目前获取PM_(2.5)数据主要有地面监测和卫星遥感监测2种方式。传统的地面监测手段可以得到高精度的局部PM_(2.5)污染数据,但是由于其覆盖范围的局限性,并没有办法反映出整个区域的PM_(2.5)污染情况。遥感卫星监测恰到好处地弥补了这一缺陷,其中应用最为广泛的是使用卫星遥感数据产品大气气溶胶光学厚度AOD来反演地面的PM_(2.5)浓度。文章从AOD数据的多样性及其应用、反演地面PM_(2.5)浓度模型的选择以及反演模型的优化这3个方面对目前国内外利用遥感卫星AOD数据反演地面PM_(2.5)浓度的研究进行了归纳梳理。其中AOD数据分辨率的不同产生了不同精度的反演结果;而线性回归模型和非线性回归模型的反演精度也存在较为明显的差异;通过在模型中加入气象参数、气溶胶垂直分布特性以及地表信息等因素会显著地改善反演结果。上述研究为流行病学中PM_(2.5)人口暴露研究及健康影响提供方法论基础。

城市防灾避险功能的空间差异性评价——以深圳市经济特区为例

防灾避险功能评价是城市灾害管理及城市规划的重要内容之一,在系统梳理相关研究进展的基础上,采用了一种基于GIS空间直观表征的城市防灾避险功能评价方法,并针对深圳市经济特区内4类基础设施的防灾避险功能进行了综合评价。结果表明:研究区防灾避险功能由北向南逐渐降低,防灾避险功能辐射总面积为38322.09hm2,占研究区总面积的98%;但仍有2%的区域处于服务盲区,主要分布在南山区和福田区,少量分布在盐田区。