太行山坡地植物篱种植对土壤水肥的短期影响

为探讨生物措施对人工林坡地土壤环境改善效果,在太行山东麓典型坡地布设枸杞、欧李、连翘、金银花、薄荷5种植物篱,并以平行位置的空白裸地为对照,分析不同植物篱及篱带位置对表层土壤水肥的影响。结果表明:1)与土壤水分相关指标中,不同植物篱带上、带中位置土壤自然含水量较空白对照提高了14.55%~62.69%,土壤总孔隙度基本高于空白对照,且不同植物篱间差异显著(P<0.05),植物篱土壤容重明显降低,且其带上、带中位置土壤黏粒含量较空白对照降低了1.25%~18.56%。2)与土壤肥力相关指标中,不同植物篱土壤有机碳含量较空白对照提高了8.93%~64.00%,土壤碳氮比明显高于空白对照,土壤pH、电导率、全氮含量多低于空白对照,且不同植物篱间差异显著(P<0.05)。3)各植物篱土壤水肥指标之间相关性显著,土壤全氮含量与电导率、自然含水量之间分别呈显著正相关和负相关(P<0.05);土壤有机碳含量与粉粒含量之间呈显著正相关(P<0.05),与总孔隙度、砂粒含量之间呈显著负相关(P<0.05)。4)不同植物篱对土壤水肥影响能力综合得分:金银花(1.970)>薄荷(1.677)>欧李(1.670)>枸杞(1.655)>连翘(1.643)>空白对照(1.527)。5种植物篱短期内均有保持土壤水分和调节土壤肥力能力,其中金银花土壤水肥调节效果最好,可用于修复水土流失较严重的太行山坡地。

基于区域生态学我国流域可持续发展面临的问题及应对策略

流域是最为典型的生态区域,也是我国生态文明建设和山水林田湖草生命共同体的重要载体,流域可持续发展对国家经济社会发展和生态安全都具有十分重要的作用。日趋紧张的人地关系,对流域的生态文明建设和可持续发展提出新的挑战。引入区域生态学的理论及方法,在总结区域生态学的研究对象、研究内容、研究目标和研究尺度基础上,剖析了妨碍我国流域可持续发展的主要区域生态问题,并从流域生态格局-过程-功能协调发展、实现流域间地-地耦合、构建与生态承载力相适宜的人居环境和产业结构、建立生态补偿机制等四个方面提出了基于区域生态学理论和方法的应对策略,以引导我国新时期流域的可持续发展。

基于深度学习语义分割模型的草地植被盖度估算对比研究

草地植被盖度是评估草地生态系统健康和管理效果的重要指标。草地植被盖度常用经验目测或传统图像分类方法获得,存在植被盖度估算主观性较强、精度不够、模型泛化能力不足等问题。本研究利用深度学习语义分割模型对草地植被图像进行分割,并基于分割结果估算草地植被盖度,在像素尺度比较3种深度学习语义分割模型(Unet++、DeepLabv3+、Segformer)和Canopeo模型以及经典机器学习模型随机森林(Random Forest)在草地植被分割任务上的性能,结果表明:①Unet++模型分割性能最优,其平均交并比(MIoU)达0.79,F1分数(F1-score)达0.87,明显优于其他模型;相比之下Random Forest模型的表现较差,其MIoU为0.47,F1-score为0.55。②在图像尺度草地植被盖度估算中,Unet++、DeepLabv3+和Segformer模型估算的草地植被盖度均与实测草地植被盖度较为一致,估算精度明显高于Canopeo模型和Random Forest模型,深度学习语义分割模型中Unet++模型估算的草地植被盖度精度最高,决定系数(R2)达0.98,均方根误差(RMSE)低于3.8%,说明深度学习语义分割模型能够较为准确地估算草地植被盖度。③由于Unet++模型具有比其他模型更优的草地植被分割性能,因此将Unet++模型作为最终的草地植被盖度估算模型,并应用于荒漠草原、典型草原和草甸草原3个实验样地,模型可快速准确地获取样地的草地植被盖度。研究显示,Unet++等深度学习语义分割模型在草地植被盖度估算中表现出较高的准确性和适用性,能为草地植被盖度估算提供高效可靠的工具。

不同规格芦苇沙障生态保护成效研究

沙障是减缓地表风蚀、保护地表植被的重要措施之一,为筛选适宜呼伦湖流域沙地风沙防治的芦苇沙障设置模式,试验按照行距1、1.5、2 m的带状以及1 m×1 m、1.5 m×1.5 m、2 m×2 m的方格状共设置6种不同规格芦苇沙障,选取防风效能、表层土壤含水量、地表蒸发量、沙障内修复物种生长情况4个指标评估不同规格芦苇沙障生态保护成效。结果显示:方格状芦苇沙障生态保护成效高于带状芦苇沙障,其中方格状芦苇沙障平均防风效能、表层土壤含水量及地表蒸发量由高到低依次为1m×1 m>1.5 m×1.5 m>2 m×2 m;对6种芦苇沙障模式内冰草[Agropyron cristatum(L.)Gaertn.]、披碱草(Elymus dahuricus Turcz.ex Griseb.in Ledeb.)和小叶锦鸡儿(Caragana microphylla Lam.)的植被生长情况分析显示,冰草在1 m×1 m方格状芦苇沙障生长较好。合理的沙障设置,不仅能够防风固沙,并且可减少土壤水分的流失。

黄河流域生态质量时空变化分析

黄河流域在我国社会经济发展和生态安全格局构建方面具有十分重要的地位,流域的生态保护和高质量发展上升为国家重大战略,同时也面临着生态系统退化、水土流失、湿地萎缩等生态问题.为了解黄河流域生态质量状况及其时空变化特征,分析了黄河流域生态格局、植被、生物多样性、生态系统功能和服务价值、县域生态质量等多方面的数据和文献资料.结果表明:①黄河流域大部分县区生态质量状况一般,植被覆盖度由东南向西北递减,上游地区生态系统服务价值高于中游和下游;②2000—2018年农田生态系统面积占比持续下降,森林、水域面积占比略有增加,聚落面积占比持续上升,20世纪80年代以来整体植被覆盖和生产力状况得到改善,重要生态功能区的生态系统服务价值明显提升;③大部分地区生态状况改善幅度有限,局部仍有退化,流域的生物多样性依然受到严重威胁.因此,建议在恢复植被覆盖的基础上,开展优化生态结构、维护生态过程的相关研究,重点关注生态敏感地区生态保护成效的评估和提升,农耕地区农田生产力对自然生态系统的影响,以及城镇化过程对生态系统服务和生态安全的影响;同时建立黄河流域生态质量综合监测体系,开展监测指标与技术方法的机理和应用研究,这不但是流域生态质量时空变化分析的基础,也是生态保护恢复和管理工作的支撑.

自然生态空间格局构建与规划理论研究

广义的生态空间是指具有自然属性,以提供生态系统服务为主导功能的空间,包括自然生态空间、城镇生态空间和农业生态空间。自然生态空间是指与城镇空间、农业空间并列的,分布在城镇空间与农业空间之外的国土空间,在分布上具有完整性和连续性。探讨了自然生态空间的定义、内涵以及自然生态空间格局构建的理论和技术要点,提出以重要生态功能维护格局、人居环境屏障格局和生物多样性保护格局为主体,构建自然生态空间格局体系的思路。自然生态空间格局构建的最终目的是对国土空间开发行为进行管控,理顺保护与发展的关系,最终达到保护重要生态空间及促进区域可持续发展的目的。在落实生态文明战略、维护国家生态安全的背景下,构建自然生态空间格局对于优化国土空间开发格局,指导生态保护与建设具有重要意义。

国家重点生态功能区2010—2015年生态系统服务价值变化评估

国家重点生态功能区是国家重要的生态安全屏障,其生态保护价值对维护国家生态安全具有重要意义。基于单位面积价值当量因子的生态系统服务价值化方法,采用模型运算和地理信息空间分析,定量分析了25个国家重点生态功能区在实施转移支付后(2010—2015年)生态系统服务价值的时空分布格局及其变化特征。研究结果表明:(1)2015年,全国重点生态功能区生态系统服务价值呈现明显的“西北低,东南高”的分布格局。从25个重点生态功能区来看,中高值区的面积占比31.60%,个数占比60%。4类自然生态功能区的生态系统服务价值大小排序为水土保持型功能区>生物多样性维护型功能区>水源涵养型功能区>防风固沙型功能区。(2)2010—2015年,全国重点生态功能区的生态系统服务价值整体呈明显增加趋势,增幅为16.46%。从空间分布来看,80.14%面积的生态系统服务价值基本持衡;从分级变化特征来看,高值区、较高值区的面积增加,中值区面积减少,较低值区面积增加,低值区面积减少。(3)近5年来,25个重点生态功能区的生态系统服务价值呈增加的有21个,占比84%,而生态系统服务价值出现减少区域的变化幅度均小于1%;4类自然生态功能区生态系统服务价值均呈增加趋势,其变化幅度从高到低依次为水土保持生态功能区(1.44%)>水源涵养生态功能区(0.22%)>防风固沙生态功能区(0.21%)>生物多样性生态功能区(0.08%)。生态系统服务价值整体呈上升趋势,反映出生态保护与工程建设成效明显。本文研究成果可为分类分区开展生态系统保护、改善及其效果的定量综合评估提供科学依据,为重点生态功能区管理和国家生态安全格局的构建提供有效参考依据。

生物多样性维护生态保护红线划定方法对比

科学地评价区域内生物多样性维护功能重要性是生态保护红线划定中的重要环节,目前在生态保护红线划定导则中,推荐了NPP(净初级生产力,Net Primary Productivity)法和物种分布模型法,其中NPP法因其所需因子较少、计算简便得到广泛应用,物种分布模型法因所需因子较多、计算繁琐,应用较少。分别选用NPP法和MaxEnt(最大熵,Maximum Entropy)模型法对盘锦市生物多样性维护功能重要性进行评价,两种方法结果对比表明,NPP法无法覆盖全部的生物多样性重要区域,并且受农作物高NPP值的影响,其划定结果与鸟类实际分布范围不符,而MaxEnt模型法的结果更准确,与鸟类实际分布范围更相符,利用MaxEnt模型法最终得到盘锦市生物多样性维护生态保护红线面积1050.17km^2,占盘锦市陆域面积的25.85%,基本覆盖了境内东方白鹳、丹顶鹤、黑嘴鸥、震旦鸦雀等所有重点珍稀野生物种的栖息地和迁移路径的停歇地。本研究对生态保护红线划定工作具有重要的指导意义,其结果能为盘锦珍稀濒危鸟类的保护与管理提供科学支撑。

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(m^2,下同)平均净供水量为0.03~0.07 m^3;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 m^3,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23.7×10^8 m^3;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5.3×10^8 m^3;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8.2×10^8 m^3;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SEBAL模型的赤峰市植被修复下林草蒸散耗水特征

水是制约干旱半干旱地区实现可持续发展的关键因素,维持降水与蒸散发的平衡是开展植被修复工程时需要着重考量的因素.利用陆面地表平衡算法(Surface Energy Balance Algorithm for Land,SEBAL)模型反演了2000年、2008年、2016年赤峰市全域及森林与草地生态系统的实际蒸散发,通过参考蒸散比不变法与日气象数据将反演结果扩展至日尺度,累加得到月际与生长季尺度的实际蒸散发;结合降水变化,分析植被修复工程开展后赤峰市实际蒸散发的时空变化特征与水分盈亏状况.结果表明:①2000年、2008年、2016年赤峰市生长季的实际蒸散量分别为440.86、452.76、474.34 mm,呈增加趋势,蒸散发高值区(>400 mm)由北向南扩增.②2016年生长季森林分布区的耗水量比2000年增加了27.69×108 t,水分亏缺量增加了8.03×108 t,表明过度造林会使森林生态系统遭受严重的干旱胁迫.③一个生长季内,草地生态系统蒸散量的增幅远低于森林生态系统,1 m 2草地生态系统的耗水量比森林生态系统少0.18 t.研究显示,在降水量低于300 mm的区域,草地生态系统面临较轻的干旱,且部分区域可以实现水分平衡.为了维持区域水资源存量,建议赤峰市在今后的植被修复工作中,对于降水量低于300 mm的区域以草本修复为主.

基于城市绿地滞尘模型的上海市绿色空间滞留PM2.5功能评估

绿色空间对大气颗粒物有一定吸收滞留作用,是改善空气环境质量与维护城市生态安全的重要区域。该文基于高分2号卫星影像识别2017年上海市绿色空间,并利用城市绿地滞尘模型,结合上海市降水、风速等气象数据与空气质量监测数据,评估了绿色空间滞留PM2.5功能及其差异。结果表明:2017年上海市绿色空间面积3354 km2,可滞留PM2.53533 t,约合单位面积滞留PM2.510.5 kg hm-2 a-1。从绿色空间类型来看,林地滞留PM2.5能力最强,可达20.2 kg hm-2 a-1,远高于草地9.1 kg hm-2 a-1和农田8.7 kg hm-2 a-1的滞留能力。从季节差异来看,绿色空间夏季滞留PM2.5能力最高,然后依次为秋季、春季和冬季。从植被分布格局来看,林草地和农田吸滞PM2.5的能力随植被盖度的增加而提高。在区域差异上,崇明区绿色空间滞留PM2.5能力最高,其余地区呈现出中心城区低、周边高的趋势。为此建议上海市重点优化中心城区的绿色空间格局,增植立体绿化与高滞尘能力树种。

服务双碳目标的中国人工林生态系统碳增汇途径

中国在相对较低的经济发展水平条件下提出了“碳达峰、碳中和”目标,在全球气候治理中起着关键作用。中国是全球人工林面积最多的国家,中国森林生态系统碳储量增加的主要贡献者是人工林,是中国陆地碳汇的主要来源,具有较高的碳汇增长潜力,加强人工林碳增汇方案研究对中国实现“碳达峰、碳中和”目标具有非常重要的作用。研究梳理了中国人工林生态系统碳汇能力提升的主要因子和环节,分别从增加碳汇强度型增汇、保护修复型增汇、减少碳排放型增汇、技术提高型增汇和市场引领型增汇5个方面提出了12条人工林碳增汇途径,以期为中国实现“碳达峰、碳中和”目标作出更大贡献。

基于RWEQ模型修正的土地沙化敏感性评价

中国西北部是土地沙化面积最大,发展最快,危害最为严重的地区,提高土地沙化敏感性评价结果精度对精确识别沙化敏感区、科学划定土地沙化敏感性生态保护红线、制定土地沙化防治对策具有重要意义。基于土壤风蚀修正模型对我国通用的土地沙化敏感性评价方法进行了修正,研究了土壤风蚀修正模型中的风力因子、土壤湿度2个因子分别代替通用土地沙化敏感性评价中的大风天数、干燥度指数2个因子的可行性,并采用通用土地沙化敏感性评价方法与本研究提出的修正土地沙化敏感性评价方法对我国西北部地区土地沙化敏感性进行了评价。结果表明:(1)修正土地沙化敏感性评价方法中的土壤湿度因子、风力因子分别与通用土地沙化敏感性评价方法中的干燥度指数因子、大风天数因子在空间上具有较高的一致性,但在气象站点分布较少的区域,修正土地沙化敏感性评价方法中的土壤湿度和风力因子更能准确地刻画气候干湿状况和大风情况。(2)修正土地沙化敏感性评价方法的评价结果大大提高了通用土地沙化敏感性评价方法的评价结果精度,可为中国沙化敏感性精细化评估提供科学参考。

中国生态保护政策发展历程及其演进特征

生态环境是人类社会生存和发展的基础,建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计。伴随着环境保护事业和生态文明制度体系的发展完善,生态保护政策制度体系发生着显著变化。通过对党和国家的重大决定、重要会议及政策法规文件的广泛调研和梳理,重点从基本国策确立、生态保护观念转变和政策制度变迁等3个方面,分析了我国生态保护政策发展历程及其演进特征。节约资源和保护环境基本国策的确立,是生态保护政策制度体系之根基。从生态保护思想启蒙阶段将生态保护纳入经济社会发展计划,到可持续发展阶段将生态保护作为文明发展道路的内在要求,再到生态文明阶段将人与自然视为生命共同体,这些生态保护观念的转变是生态保护最根本的政策,对于形成生态友好的社会经济发展政策和开发利用自然行为具有决定性作用。纲领性政策、生态空间管控政策、生态补偿政策、责任追究政策等生态保护政策制度的制订实施,是在客观判断我国当时基本国情基础上对生态保护观念的实践,对于推动生态保护事业发展、保障国家生态安全和社会经济高质量发展起到了关键作用。

重要生态用地级别评价和划定方法研究——以水源涵养为例

文章以水源涵养为例,基于水平衡评价计算方法,选择水资源禀赋类型不同的县域单元开展水源涵养型生态用地功能分级划定研究。总结现有生态保护红线划定技术方法及存在不足,致力于显化不同地区水源涵养生态用地功能绝对值差异,利用评价单元格水源涵养累计贡献值面积弹性拐点,对重要水源涵养用地级别划定方法进行改进。对河北省易县和四川省金川县的实例验证表明,此评价方法可以根据不同地区水源涵养功能特点量身确定重要生态空间规模、面积和比例。

中国自然保护地70年发展历程与成效

新中国成立70年来,我国自然保护地体系逐步完善。在生态系统与重要自然资源保护方面,形成了由自然保护区、风景名胜区、森林公园、地质公园、自然文化遗产、湿地公园、水产种质资源保护区、海洋特别保护区、特别保护海岛等组成的保护地体系。在生态空间保护方面,率先在国际上提出和实施生态保护红线,构建了以重要生态功能区、生态脆弱区和生物多样性保护区为主体的生态保护红线技术体系,成为我国新世纪一项重大生态保护工程,并开展了生态功能区划、主体功能区划。在保护机制上,于2015年启动了国家公园体制,并开展试点示范。本文从以上三个方面概要分析了我国自然保护地的发展历程和发展成效。

近20年黄河流域陆表水域面积时空变化特征研究

黄河流域生态保护和高质量发展是国家重大战略之一。开展陆表水域的动态变化监测,有助于掌握黄河流域水资源分布与变化状况,对于了解人类活动对水资源的影响,保障流域生态安全具有重要意义。本文基于Landsat数据提取2000—2019年黄河流域陆表水域分布,分析了黄河流域陆表水域面积的动态变化状况,结果表明:(1)流域陆表水域空间分布不均衡,上游陆表水域面积占流域陆表水域总面积的60.3%、中下游占39.7%,其中青海省和内蒙古自治区的陆表水域面积占比最高,分别占40.3%和17.0%;(2)近20年间,流域陆表水域面积总体呈增加趋势,增幅约为49.0%,其中上游地区对流域陆表水域总面积增加的贡献度最大,达到47.7%,中游地区贡献度次之,为42.7%,下游地区贡献度较小,只有9.6%;(3)从流域来看,渭河和汾河流域的陆表水域面积增加较为明显,2000—2019年期间,分别扩大了113.17 km2和55.75 km2,增幅约为139.9%和152.4%。

我国植被生态系统固碳能力提升潜力空间格局研究

通过植被的光合作用对大气中的CO_(2)进行收集与捕捉是当前实现“碳中和”目标的重要手段,目前的研究大多是聚焦于当前植被的固碳能力的强弱,而对于当下植被固碳能力提升潜力大小的研究相对较少。为此,基于1982—2017年全球陆表特征参量⁃植被净初级生产力(GLASS NPP)产品以及Miami模型分别构建遥感观测和气候模型模拟的全国NPP潜在最大值空间分布结果,通过与2017年实际监测的NPP进行比较,计算得到两种不同的全国植被固碳能力提升潜力结果,分别进行空间特征分析,并对比两者冷热点区域空间分布的差异性,最后与我国目前规划的重点生态功能区进行叠加对比,得出以下主要结论:(1)两种方法得到的全国固碳能力提升潜力空间分布整体趋势均表现为“南高北低”,且空间分布特征呈现出高度空间自相关特性(空间正相关性,表现为“高高聚集”“低低聚集”),但局部差异较大。(2)基于遥感观测为最大潜力值的方法所得到的全国固碳能力提升潜力热点区集中在三个区域,分别分布在四川省、广东省、浙江省以及江苏省境内。基于气候模型模拟为最大潜力值的方法所得到的固碳能力提升潜力热点区域主要分布在以江西省、广东省、广西为核心的南方8个省份。(3)当前我国重点生态功能区的碳固定潜能并不突出,因此建议有关部门在今后的政策制定过程中将这一方面也加以考虑。

长江经济带生态环境形势和问题及建议

长江经济带不仅是全国高密度的经济走廊之一,也是我国重要的生态功能区及生物资源宝库、中华民族的重要水源地,是中华民族永续发展的重要支撑。多年的高强度开发与不合理利用造成长江经济带环境污染问题严峻,局部生态系统功能退化,跨区域多要素生态环境问题交织,已成为制约长江经济带迈向高质量发展和全面建成小康社会的瓶颈。本文系统剖析了长江经济带存在的生态功能退化严重、生物多样性维护功能下降、环境污染问题突出、饮用水安全隐患明显等生态环境问题,提出了流域综合管理、空间开发秩序、产业结构调整、生态补偿制度、环保科技支撑等方面的长江经济带生态环境保护若干建议,以期为长江经济带生态环境保护和绿色发展提供参考。

生态文明建设与社会经济发展耦合协调关系的定量测度——以浙江省安吉县为例

研究生态文明建设和社会经济发展之间的耦合协调关系对评估生态文明建设示范区的建设成效具有重要参考价值。以我国最早开始生态文明建设的安吉县为对象,通过构建生态文明建设系统和社会经济发展系统的指标体系,引入耦合协调模型,对安吉县的生态文明建设与社会经济发展之间的耦合过程及演变趋势进行研究。结果表明:(1)总体上,安吉县从2006年生态文明示范创建以来,生态文明建设和社会经济发展均实现持续、稳步的提升,呈现同步向好、生态文明建设领先的态势,实现了社会经济发展与生态文明建设的双提升;(2)2006—2021年,安吉县生态文明建设和社会经济发展呈现出“整体水平高-稳定增长”的耦合特征,实现了“低位高耦合-高位高耦合”的转变,两者长期之间的相互作用紧密,共振耦合关系紧密;(3)2006—2021年,安吉县生态文明建设和社会经济发展的协调等级经历了“失调-勉强协调-中度协调-良好协调”的循序渐进递增特征,稳步从低级别向高级别发展演变,完成了从失调到协调的跨越。反映出安吉县不断推进社会经济发展和生态文明建设的相互支撑,走出了一条生态经济化、经济生态化的高质量绿色协同发展之路。评估结果不仅能为安吉县下一步可持续发展政策制定提供有益支撑,更重要的是,本文构建的方法能为我国生态文明建设示范区创建成效评估提供新的视角。