漓江流域景观生态系统文化服务需求多尺度感知及影响因素

生态系统文化服务是连接生态系统和人类福祉的关键。生态系统文化服务功能的评价已成为影响区域生态系统管理、协调保护与制定决策的重要前提之一。以漓江流域为例,通过对全国以及漓江流域两个尺度进行公众问卷调查,阐明本地居民和外地游客对喀斯特景观生态系统文化服务的需求,探讨了景观多样性与公众感知生态系统文化服务需求之间的关系。结果表明:(1)相较于流域尺度,全国尺度的受访者对喀斯特独特景观的生态系统文化服务需求程度更高;(2)西南、南方地区的受访者对漓江流域景观的生态系统文化服务需求程度更为突出;流域尺度上,桂林市周边区域比桂林市中心受访者对各景观类型的文化服务需求更高;(3)在全国尺度上,受访者性别和文化程度对漓江流域不同景观文化服务需求差异并不显著(P>0.05);但流域尺度上,受访者职业、月收入等7个人口学因素在其感知生态系统文化服务需求方面呈现出显著差异(P<0.05)。通过深入了解不同尺度的人群对漓江流域景观文化服务的需求,有助于指导景观保护规划,制定面向需求的适应性管理措施。未来,可以根据调查结果有针对性地制定生态旅游和景观保护策略,以实现漓江流域景观的可持续保护及人类福祉。

京津冀城市群虚拟水流动格局变化对区域水资源压力的影响

【目的】合理的虚拟水调动是缓解水压力的重要途径,尤其在人口聚集的城市群地区,用水需求激增导致区域缺水问题严重。城市群内部不同地区间的紧密关联有助于促进虚拟水贸易,对优化城市群水资源配置、缓解水资源压力具有重要意义。【方法】采用多区域投入产出法,解析极端缺水的京津冀城市群内外间及其内部的虚拟水流动格局与变化,并揭示其对缓解区域水压力的作用。【结果】结果表明:(1)2012—2017年京津冀城市群与外部地区的虚拟水贸易量先增加后减少,而城市群内部虚拟水自给量却先减少后增加,2015年后京津冀内部虚拟水贸易增强;(2)京津冀城市群内部虚拟水流动格局呈现明显的时空异质性,虚拟水主要由经济相对欠发达的周边城市流入经济相对发达的中心城市(北京市、天津市、石家庄市和廊坊市),且随时间的推移,流动强度和向中心城市的集中程度均不断加强;(3)虚拟水流动明显缓解了京津冀中心城市的水资源压力,其实际水压力指数比虚拟水流动后的假定水压力指数年均下降12.12%,且下降程度逐年增加,但却加重了周边城市的水资源压力。【结论】京津冀城市群虚拟水流动有效缓解了中心城市的缺水压力,但不同城市的产业结构调整、虚拟水流动格局优化仍有很大提升空间。

基于“斑块-廊道-基质”和“源-流-汇”范式景观格局分析的景观生态学工具箱原理与应用

景观格局的定量分析是评价其对生态过程影响的先决条件,也是生态系统规划和管理的重要依据。当前的景观格局分析软件都仅提供基于“斑块-廊道-基质”景观分析范式的格局指数计算,不包含基于“源-流-汇”的范式的指数计算。这不仅无法适应景观生态学理论的发展,也无法满足大数据时代对计算场景和速率的需求。针对该问题,在研发基于“源-流-汇”的范式的指数算法的基础上,开发了景观生态学工具箱(Landscape Ecology Toolbox,LET)。不仅同时提供基于两种分析范式下的景观格局指数计算,也提供了图形用户界面和命令行两种运行方式。在对LET主要功能进行介绍的基础上,将LET同现有景观分析软件在操作逻辑、景观指数计算范围、特色功能等方面进行了详细的对比,最后对软件未来的发展方向进行了讨论。

滇东喀斯特断陷盆地土壤有机碳空间分布特征及其关键影响因子

滇东喀斯特地区作为典型的生态脆弱区,土地石漠化和水土流失严重、景观空间异质性高,这些因素强烈影响着土壤性质和碳循环过程,为评估该地区土壤有机碳储量动态变化带来巨大困难。通过探究喀斯特地区土壤有机碳空间分布特征及其关键影响因素,进而提升喀斯特土壤碳汇能力,对实现碳中和目标以及减缓全球气候变暖具有重要意义。基于滇东喀斯特地区典型区域土壤调查数据,利用地统计学方法、随机森林模型(RF)和SHAP解释方法(SHAP),分析了土壤有机碳空间分布特征和关键影响因子及其影响效应。结果表明,1)研究区表层土壤有机碳质量分数为1.45-56.0g·kg^(-1),变异系数为46.7%,空间变异较大。2)不同土地利用类型、土壤类型之间土壤有机碳含量差异显著(p<0.010),随着海拔上升,表层土壤有机碳含量呈现先下降后上升的趋势。3)土壤有机碳空间分布具有中等程度的空间自相关性(块金系数:48.4%),空间变异主要由总氮、总磷、降水量、海拔和pH主导,土壤氮、磷等关键因子解释了土壤有机碳88.5%的空间变异。4)关键影响因子对土壤有机碳的影响存在阈值或峰值效应。当总氮超过阈值点1.75g·kg^(-1)后,其对土壤有机碳的影响由负转正;总磷对土壤有机碳的正向贡献在1.50g·kg^(-1)左右时达到峰值,侧面证明了过度施磷肥并不能起到增加土壤肥力的作用,而可能会造成资源浪费和土地生态污染问题;海拔对土壤有机碳的正向贡献在1750 m左右时达到最大值;pH对土壤有机碳的正向贡献在4.45左右达到峰值。研究表明需要考虑关键因子的阈值或峰值效应,以便了解土壤有机碳积累的潜在过程。

流域水电开发对干热河谷社会⁃生态系统的影响及意义

西南干热河谷是我国重要生态脆弱区和经济发展落后区,流域大型水电开发是干热河谷重要的人类干扰活动,对生态脆弱区的社会⁃生态系统造成极大影响。社会⁃生态系统演变的方向和规律具有复杂性和非线性变化,又涉及到生态保护修复、能源安全、经济发展和乡村振兴等国家重大需求,因此,亟待加强流域社会⁃生态系统演变和驱动机制方面的研究。通过总结当前研究的进展和不足,提出了加强生态系统演变的长期监测和分析、深入研究流域社会经济演变规律和驱动机制、完善流域生态资产价值评估和生态补偿机制、构建流域社会⁃生态系统耦合理论与方法等对策建议,从而为脆弱生态区未来可持续发展提供科技支撑。

城市生态品质公众感知与现状的定量指标研究

随着国家对韧性城市和人居环境的重视,城市生态品质正在不断的提升和优化,如何对生态品质进行量化以及如何满足公众需求是当前迫切需要解决的重要问题。内蒙古自治区作为我国北方重要的生态安全屏障,各盟市的自然条件和社会经济差异巨大,城市生态品质公众感知与现状亟需系统研究。从生态资源的数量、质量和可获得性三个维度建立了评价体系,通过收集内蒙古自治区12个盟市612份满意度调查问卷、7项百度指数以及12项城市生态品质现状定量指标,系统分析了城市生态品质公众感知与现状间的差异。研究表明,问卷调查和现状结果均显示出可获得性>数量>质量,而百度指数则相反,表明当前内蒙古自治区各盟市在城市生态品质建设中更需要注重质量上的优化。研究提出了内蒙古自治区城市生态品质建设的发展方向,为公众获得感和幸福感的提升路径提供了参考。

城市建筑屋顶光伏发电潜力评估方法和模型

建筑屋顶作为闲置的土地资源已成为光伏发电重要的潜在空间,屋顶光伏发电是脱碳电力供应的主要方式,将在实现城市碳中和进程中发挥重要作用。对建筑屋顶光伏发电潜力进行精确评估将有助于分布式光伏的科学规划和合理布局,提升土地利用效率。旨在对建筑屋顶光伏发电潜力影响因素和评估方法,以及光伏发电潜力主要评估模型进行系统性阐述,比较分析不同评估方法的优缺点,总结未来研究的重点方向。现有研究表明,建筑屋顶光伏发电潜力评估已从经验取值发展为定量空间分析,评估尺度、评估精度和评估成本已经成为不同评估方法综合权衡的重点。现有三种评估方法中,采样法计算成本和数据成本较低,但评估结果不确定性较大、精度较低;全面评估法评估精度较高,但数据获取成本和计算成本较高;机器学习法能够高效挖掘大数据潜力,且算法性能显著提升,因而相较于其他方法更适宜大尺度建筑屋顶光伏发电潜力评估。当前建筑屋顶光伏发电潜力评估仍然存在大尺度精细评估缺乏、评估结果不确定性大以及评估模型计算量大等问题。未来研究重点应关注三个方面:1)建立适宜不同区域的高精度简化模型并完善技术潜力评估模型;2)阐明建筑屋顶光伏发电潜力的影响因素,为代表性建筑分类体系的完善、关键特征值的选取提供理论依据;3)将光伏安装情景、农村屋顶质量、城市公共建筑屋顶产权和用能需求等因素对建筑屋顶光伏发电潜力的影响纳入评估框架。

面向可持续发展目标的社会-生态系统研究进展——基于文献计量分析

作为探索可持续发展实现路径的关键工具,社会-生态系统理论研究框架的重要性日益凸显,但截至目前,对如何运用社会-生态系统理论研究框架解读各项可持续发展目标(SDGs)还缺乏比较清晰的认识。概述了社会-生态系统的主要研究框架,基于文献计量软件和可视化手段系统分析了面向SDGs的社会-生态系统研究的现状和特点。结果表明:“SDG1-无贫困”、“SDG2-零饥饿”、“SDG8-体面工作和经济增长”、“SDG13-气候行动”和“SDG14-水下生物”是目前研究中关注的热点,涉及了多尺度的农林、淡水、海洋、城乡等典型系统,呈现出跨学科、数据多元化和方法集成化的显著特征;而有关“SDG4-优质教育”、“SDG5-性别平等”、“SDG7-经济适用的清洁能源”和“SDG10-减少不平等”等目标的研究相对较少;SDGs研究热点与国家发展阶段密切相关,基于社会-生态系统视角的多项目标关联关系的研究较少,该领域研究主要为可持续发展目标提供了“分析框架、达标评估、趋势预测和管理决策”的支撑服务作用。未来亟需加强以下四个方面的研究:(1)基于社会-生态系统视角的SDGs关联关系研究;(2)构建因地制宜的社会-生态系统研究框架;(3)SDGs导向的社会-生态系统动态反馈机制研究;(4)学科融合和数据平台建设。为探索适宜中国SGDs的实现路径提供科学参考。

基于无人机倾斜摄影技术的黄土丘陵区典型小流域淤地坝特征信息提取与分析

淤地坝现状特征信息的精准提取对于淤地坝运行现状评估十分重要,全面的淤地坝特征信息可为病险坝除险加固提供重要依据,当前淤地坝特征信息提取尚缺乏科学高效的技术。针对此问题,拟提出基于无人机倾斜摄影技术提取淤地坝运行现状特征的方法,以无人机航拍影像为基础数据,生成三维实景模型和高精度DEM,用于淤地坝数目、位置、剩余库容、有效坝高等重要现状信息的提取和测量,进而分析小流域内淤地坝分布、组成结构、坝体信息、淤积程度、坝控流域面积等特征。将此技术应用于陕西省榆林市子洲县蛇家沟小流域,详细提取1座大型坝和3座中型坝的现状特征信息。经过同野外实测数据对比,提取的淤地坝坝体信息相对误差均<3.8%。所识别的大型坝剩余库容不足,处于基本淤满状态,且坝顶明显沉降,在极端降水条件下具有极大的漫顶溃坝风险。坝地耕作面积占小流域面积比例仅为2.17%,仍有坝地尚未开垦利用。研究结果可为小流域淤地坝动态监测与科学管理提供新方法和新思路。

景观生态学中的格局分析：现状、困境与未来

作为景观格局分析的重要手段,景观格局指数的提出与发展极大地推动了景观生态学的发展,但是由于众多景观格局指数在指示生态学过程方面的不足,近年来景观格局分析已经走入困境。在总结近年来国内外相关研究的基础上,对景观格局分析的现状、困境及未来发展方向进行了综述。景观格局分析仍然是景观生态学的重要方面,景观格局指数仍然是景观格局分析的主要手段。但是如何建立具有生态学意义的景观格局指数和分析方法,如何将景观格局与生态过程联系起来,以及如何将"基质—斑块—廊道"的景观生态学理论应用到实际中是目前景观格局分析面临的主要困境。基于对景观格局分析现状及困境的认识,提出了景观格局分析未来的5个发展方向:(1)景观格局分析应该从目前的静态格局描述发展到对动态格局的刻画,只有找到刻画动态格局的方法,才能将格局和过程有机地联系在一起;(2)通过对多种景观格局指数的联合应用,发掘景观格局指数集合体对生态过程的解释能力;(3)发展基于生态过程的景观格局指数和分析方法;(4)通过多维景观格局分析,定量研究景观格局演变与生态过程之间的关系;(5)多尺度景观格局分析,将为解决格局与过程的关系提出有效手段。

中国景观生态学发展历程与未来研究重点

景观生态学从其诞生到现在,已经历了70余年。中国景观生态学的发展从其引入,到发展、壮大、逐渐成熟,也经历了30余年。在这个发展过程中,中国景观生态学在跟踪国际前沿研究基础上,结合中国实际情况开展了大量研究,在许多研究领域取得了重要进展。简述了国际景观生态学会成立与发展过程,通过系统综述中国景观生态学文献,重点分析了中国景观生态学的发展历程;根据中国景观生态学研究特点,将中国景观生态学发展划分为五个阶段:摸索与酝酿阶段(20世纪80年代以前)、吸收与消化阶段(1980—1988年)、实践与迅速发展阶段(1989—2000)、发展与思索阶段(2001—2010)、思考与创新阶段(2011—?)。在此基础上,重点从土地利用格局与生态过程及尺度效应、城市生态用地与景观安全格局构建、景观生态规划与自然保护区网络优化、森林景观动态模拟与生态系统管理、绿洲景观演变与生态水文过程、景观破碎化与遗传多样性保护、多水塘系统与湿地景观格局设计、稻-鸭/鱼农田景观与生态系统健康、梯田文化景观与多功能维持、源汇景观格局分析与水土流失危险评价等方面系统分析了中国景观生态学研究的特点。最后从学科发展与理论研究、重点研究地区和应用实践三个方面分析了中国景观生态学未来发展的重点方向。

基于“源-汇”生态过程的景观格局识别方法——景观空间负荷对比指数

正确理解景观格局与生态过程的关系是进一步深化景观生态学研究的关键 ,但是由于景观格局和生态过程涉及到不同的研究尺度 ,并且随着尺度的变化而变化 ,加上面状生态过程监测数据无法直接获得 ,导致很难定量描述景观格局与生态过程之间的关系。本文以非点源污染作为研究的典型生态过程 ,通过分析不同景观类型及其空间分布格局在非点源污染形成过程中的地位和作用 ,借用洛伦兹曲线的理论 ,从距离、相对高度和坡度三个方面建立了不受尺度限制的景观格局评价模型——景观空间负荷对比指数。该指数可以较好地将具有面状特性的景观格局与点状监测数据有机地结合在一起 ,使定量研究流域景观格局与生态过程的关系成为可能。该评价模型的特点有以下几个 :1不受空间尺度的限制 ,具有跨尺度的功能 ;2适宜于环境背景 (降雨和土壤等 )相似的地区 ;3景观空间负荷对比指数具有相对比较意义 ,其值越大 ,表示该类景观空间格局对流域出口监测点的贡献越大 ,反之越小 ;4景观空间负荷对比指数不能用来预测流域出口监测点非点源污染或水土流失的值 ,但是可以通过比较计算不同流域景观空间负荷对比指数 ,来判断流域发生养分 (水土 )

异质景观中非点源污染动态变化比较研究

通过在河北省遵化地区于桥水库的上游选取景观特征差异明显的 4个典型流域 ,对地表水体采样分析 ,研究了非点源污染 N(水溶性 N)含量的季节动态变化特征以及与流域形状、景观空间分布格局的相互关系。结果表明 :1平水 (偏干 ,下同 )年份不同季节地表水中非点源污染 N含量高于干旱年份 ,反映出平水年份地表和地下径流对非点源污染的形成起到了较大作用。2干旱年份地表水中非点源污染 N含量季节变化比较平稳 ,且空间变异较小。而平水年份地表水体中非点源污染 N含量季节变化较大 ,表现出两种不同变化形式。 3流域形状和景观类型的相对重要性与非点源污染 N之间没有明显的相关关系 ,而“源”“汇”

重大工程建设中生态安全格局构建基本原则和方法

随着人类活动的日益加强,生态安全成为全球关注的话题.生态安全的状态受到人类干扰活动的影响,而区域生态安全演变也会影响人类活动的功效.20世纪90年代以来,我国先后开展了长江三峡大坝、青藏铁路、西气东输、西电东送、南水北调等重大工程项目的建设.这些重大工程建设对区域生态安全的影响,以及区域生态系统演变对工程安全运行的影响成为我国政府关注的重要课题.如何在强度干扰下开展生态恢复与区域生态安全格局的构建,不仅关系到区域生态环境的保护,也关系到各项重大工程的顺利运行.本文系统分析了工程建设的类型、特征及其对区域生态环境的影响,在此基础上,提出了重大工程建设中生态恢复与安全格局构建的基本原则和方法.认为在工程建设中构建生态安全格局需要从6个方面着手:区域生态环境现状分析与评价、工程建设生态干扰与风险评价、生态安全格局预案构建、区域生态环境效应情景分析、区域生态恢复与安全格局再优化和生态系统管理方案的建立.讨论了我国重大工程建设中生态安全格局构建面临的突出问题.

流域尺度土地利用与土壤类型空间分布的相关性研究

随着人类活动日益加强 ,土地利用变化及其驱动力研究已经成为国际地理学界研究的热点。但目前更多的工作侧重于研究人为因子 ,如人口增长、政策变化等因子对土地利用变化的影响 ,其实土地利用在宏观尺度上的变化一定程度上取决于自然环境背景 ,因此研究土地利用变化的自然环境背景特征对于进一步探讨土地利用变化的自然驱动力具有重要意义。土壤类型的空间分布在一定程度将影响土地利用的空间分布格局和变化过程。本文利用遥感、地理信息系统 ,通过选取景观格局指标 ,以于桥水库流域为例 ,研究了土地利用与土壤类型空间分布之间的相互关系。结果表明 :(1 )受人类活动干扰较弱的土地利用类型 ,如有林地、稀疏林地、灌木林地、其他林地和草地 ,主要分布在淋溶褐土、褐土性土以及棕壤地区 ;而与人类活动密切的土地利用类型 ,如山区旱耕地、丘陵区水田、丘陵区旱耕地和平原区旱耕地主要分布在淋溶褐土、褐土性土和潮土地区 ;(2 )同类地区土地利用的多样性指数要比土壤的低。并且土地利用和土壤类型多样性均表现出明显的地形梯度效应 ,从中低山区、低山丘陵区、丘陵平原区到山间盆地区 ,土壤多样性指数从小到大有规律地变化。而土地利用类型多样性变化较为复杂 ,反映出人类活动对土地利用格局的影响较强 ,而?

京津冀城市群地区生态安全格局构建与保障对策

京津冀城市群健康与可持续发展是保障我国国家安全的重要基础,但因其城市化过程缺乏区域间协同联动,产业布局各自为政,导致生态用地流失、水生态失衡等问题,由此带来生态系统服务下降、生态风险加剧、生态安全受到威胁。因此,如何从区域角度构建科学合理的生态安全格局,成为保障京津冀城市群区域一体化协同发展的关键。在国家重大专项(典型脆弱生态修复与保护研究——京津冀城市群生态安全保障技术研究,项目编号为2016YFC0503000)的支持下,该研究将围绕"区域生态安全保障"这一核心主题,揭示京津冀城市群生态安全格局的维持机制与影响因子,重点研发关键生物栖息地生态修复、受损生态空间生态重建、生态监管与生态风险预测预警技术,进而构建区域协调与空间联动的生态安全保障决策系统和预测预警平台,并开展示范应用研究,为京津冀城市群地区生态安全保障提供技术支撑。

斑块边缘效应的定量评价及其生态学意义

边缘效应是生态系统 (斑块 )边缘和生态过渡区所呈现出的生态效应。但由于景观性质、研究目标和斑块形状的变化 ,边缘效应影响的范围和程度差异较大。核心斑块与周边景观之间的相似性既可以增强边缘效应 ,也可以减弱边缘效应。正确理解和确定边缘效应的影响范围和程度直接关系到对野外环境观测数据的科学使用。许多情况下 ,由于未能正确认识一个生态系统(斑块 )的边缘效应 ,时常会将在边缘效应地区获得的数据与系统内部核心区的观测数据混淆使用 ,得出一些不科学的结论。边缘效应的定量评价对于进行科学的野外环境观测 ,及其在自然保护区功能区设计和生物多样性保护中具有重要意义。但如何定量评价生态系统 (斑块 )的边缘效应目前还缺乏科学有效的方法。从分析边缘效应的概念和影响因子出发 ,结合地理信息系统 ,提出了开展定量评价斑块边缘效应的方法 ,并探讨了定量研究边缘效应的生态学意义。

“源”“汇”景观理论及其生态学意义

格局与过程的关系是景观生态学研究中的核心内容。景观格局指数是定量分析景观格局与生态过程的主要方法,但由于许多景观格局指数难以将格局与过程有机融合在一起而陷入困境,探讨景观格局分析中有效表征生态过程的理论与方法,对于景观生态学的发展具有积极意义。基于大气污染中的“源”“汇”理论,在已有研究基础上,提出了“源”“汇”景观的概念和理论。认为根据不同景观类型的功能,可以将他们划分为“源”“汇”两种景观类型,从而将过程的内涵融于景观格局分析中。该理论认为:(1)在格局与过程研究中,异质景观可以分为“源”“汇”景观两种类型,其中“源”景观是指那些能促进过程发展的景观类型,“汇”景观是那些能阻止或延缓过程发展的景观类型;(2)“源”“汇”景观的性质是相对的,对于某一过程的“源”景观,可能是另一过程的“汇”景观,“源”“汇”景观的分析必须针对特定的过程;(3)“源”“汇”景观区分的关键在于判断景观类型在生态过程演变中所起的作用,是正向推动作用还是负向滞缓作用;(4)不同类型“源”(或者“汇”)景观对于同一种生态过程的贡献是不同的,在分析景观格局对生态过程的影响时需要考虑这种作用的差异;(5)“源”“汇”景观理论可以应用于非点源污染、生物多样性保护、城市热岛效应等不同领域。“源”“汇”景观理论提出的主要目的是探究不同景观类型在空间上的动态平衡对生态过程影响,从而找到适合一个地区的景观空间格局。这一理论的提出有助于推动景观格局与生态过程研究的深入,希望以此为基础,通过大量的实证研究,丰富和完善“源”、“汇”景观的理论和方法。

基于模式识别的景观格局分析与尺度转换研究框架

景观格局分析和尺度转换是生态学和地理学研究的核心问题之一。尽管多年来投入了大量的精力,然而由于尺度效应的复杂性和尺度转换过程的不确定性,仍然没有找到合适的方法。目前关于尺度转换的研究存在两个误区,其一是过分重视空间尺度的转换,忽略了过程尺度的转换;其二是过分强调了对不同尺度间数量关系的外推与转换,忽略了不同尺度间生态规律的外推与转换。在系统分析了景观格局与尺度转换研究现状、存在问题和难点的基础上,提出了借用模式识别的原理和方法,针对特定的生态过程,开展景观格局分析与尺度转换的思路。认为尺度转换的关键在于通过识别不同尺度上影响生态过程的主导因子,找到各个尺度上“格局(环境因子空间组合)-过程”、尺度间“格局-格局”之间的对应关系,通过建立“环境-格局-过程”模式识别数据库,就能够建立不同尺度之间基于模式识别的尺度转换方法。

蓟运河流域地表水质时空变化特征分析

通过对不同时段和不同监测点环境监测数据的对比分析 ,研究蓟运河干流地表水质的时空变化特征 .结果发现 ,在空间上 ,蓟运河干流自上游至下游 ,地表水质总体上表现为不断恶化的趋势 ;在时间上 ,除了 NH4- N浓度有增加的趋势外 ,其它各项监测指标的浓度 ,1 998年与 1 995年和 1 990年相比 ,没有明显的变化 .分析影响蓟运河地表水质变化的原因主要为 :土地利用结构变化 ,如耕地面积增加和林草地面积减少 ;城镇集中区大量工业废水和生活污水的排放 .