水源供给服务供需流空间不匹配特征识别及优化

如何识别水源供给服务在自然-人类社会系统中的空间流动过程和匹配特征,对于区域水资源管理和可持续利用具有重要意义。以重庆市为研究区域,基于InVEST模型和社会经济发展视角定量评估流域尺度下的水源供给量和需水量,结合水资源安全指数和热点分析构建水源供给服务流模型,揭示水源供给服务供需空间匹配关系,依据水源供给服务流空间属性特征划分供需匹配关系的区域类型,借助地理探测器从自然、社会和生态三个角度讨论影响各区域类型水源供给服务供需匹配关系的影响因素。结果表明:(1) 2000、2010、2020年重庆市流域水源供给量与需水量均先减少后上升,供需比平均值分别为1.17、1.08、0.9,整体供需不匹配的问题逐渐得到缓解,但局部仍有供需不匹配现象。空间上中高度赤字区域集中在主城区内,向外辐射为轻度赤字区域,盈余区域分布在东北和东南方向。(2) 2000、2010、2020年重庆市水源供需比冷、热点范围均在缩小,流域面积分别相对减少了25.34%、9.2%。水源供给服务流空间上整体呈现出自东北、东南方向向西流动的路径,同时冷点区内部呈边缘向中心流动。(3)汇流区集中在西北部,经流区位于中部,外流区集中在东南和与东北部。影响汇流区供需匹配关系的主导因素是蒸散发,解释力为74.08%;影响经流区的主导因素是第三产业GDP,解释力为51.44%;外流区各影响因子的解释力均较低。不同影响因子之间蒸散发与其它因素的交互作用显著增强。研究可以为重庆市自然资源的管理与流域生态补偿机制的建立提供科学依据。

城市蔓延对生态系统服务流的影响研究进展及对长江流域的启示

全面梳理城市蔓延对生态系统服务流的影响研究现状,有利于促进区域社会经济可持续发展。综述了城市蔓延对生态系统服务流的影响研究,结果表明:城市蔓延对生态系统服务流的影响研究仍处于起步阶段。城市蔓延通过载体传递和流动路径两方面改变了生态系统服务流的流量、流速和流向,导致生态系统服务流总量的减少和空间异质性的增加;城市蔓延的单项指标变化、城市蔓延的尺度以及城市蔓延的多情景模拟是探索城市蔓延对生态系统服务流影响过程的主要切入点;城市蔓延过程中引起的生态系统服务流扩散效应主要源于土地利用类型的变化和人类居住模式的改变。已有研究在一定程度上解释了城市蔓延对生态系统服务流的影响,但在揭示影响机理、剖析影响过程、评估影响效应以及探索生态系统服务流合理分配以促进城市可持续发展等方面的研究还存在较大空白。在此前提下,未来应基于“机理揭示-影响模拟-效应评估”的研究思路,建立长江流域城市蔓延对生态系统服务流影响研究框架,探索长江流域城市可持续发展与生态系统服务流的合理分配方案,实现长江流域生态保护与社会发展的协同共进。

三峡库区生态系统服务对农户生计贡献率测算及影响分析

为了实现农户生计可持续发展,量化生态系统服务对农户生计贡献率,以三峡库区为例,采用当量因子法评估该区域生态系统服务价值;把脆弱性生计资本纳入农户生计资本考察范围,从人力、自然、物质、金融、社会、脆弱性6个方面构建三峡库区农户生计评价体系,测算农户生计资本总量。对二者关系进行多项式线性拟合,剖析了生态系统服务价值的变化对农户生计的影响及农户生计资本量的变化对生态系统服务的影响,再对比分析国内外有关生态系统服务对农户生计影响结果研究。结果表明:(1)三峡库区2019年生态系统服务总价值为2 093.65亿元,其中调节服务提供的经济价值最高,文化服务价值最低,且各区县中巴东县生态系统服务价值最高;(2)三峡库区农户生计资本总量为13.117,其中农户金融资本量最多,自然资本量最少,且江津区的农户生计资本总量最多;(3)三峡库区农户资本与生态系统服务具有显著相关性,随着生态系统提供的经济价值越高,农户人力资本、自然资本和金融资本呈现先上升再下降的变化趋势,农户社会资本具有先下降后上升的变化趋势。不断引领农户关注和参与库区生态建设,实行农业生态循环发展,有助于提高三峡库区生态系统服务对农户生计贡献。

三峡库区水供给服务供需关系动态变化及演化趋势分析

水供给服务作为一项非常重要的生态系统服务,在水循环平衡调节和人类生产、生活、生态中发挥着重要作用。基于InVEST模型对三峡库区水源供给量评估,采用人口、工业、生态农业用水指标求取水需求量;然后计算水供给服务的供需比,揭示其供需关系的空间差异;最后分析三峡库区水供给服务供需不匹配影响因素,明确其空间自相关性及演化趋势。结果表明:2000—2015年,三峡库区水供给服务总量呈现先减少后缓慢增加的趋势,共缩减了1.13×10^(10)m^(3),下降了19.68%,中部地区产水深度大于东部地区;2000—2015年,三峡库区水供给服务的需求总量逐年增加,共增加了11.37×10^(8)m^(3),增长率402.93%,需水量从西向东逐级递减;2000—2015年,三峡库区供需比例从20.69%降低到10.66%,供需关系逐年紧张;三峡库区水供给服务的供需关系始终存在着显著的空间正相关,供需关系的集聚效应有所加强,受土地利用、经济结构、水资源条件、气候降水等因素影响。维持区域水资源平衡,需合理配置生产、生活、生态水,减少供需不匹配的影响。

精准扶贫视角下生态系统服务与贫困人口生计耦合关联分析

在生态文明建设和精准扶贫背景下,处理好贫困区生态系统保护和扶贫开发间的关系,是如期实现2020年全面建成小康社会的基础。以全国717个贫困市、区、县为研究对象,构建了精准扶贫视角下生态系统服务与贫困人口生计耦合的评价指标体系和灰色关联耦合模型,分析中国贫困区生态系统服务和贫困人口生计耦合的主要影响因素以及耦合度的时空演变规律,结果表明:(1) 2015年中国贫困区生态系统服务和人口生计两个系统各指标间的关联度在0.363—0.964。其中,生态系统服务对贫困人口生计的综合关联度为0.793,贫困人口生计对生态系统服务的综合关联度为0.740。(2) 2000—2015年生态系统服务和人口生计耦合度长时间序列呈"W"型变化,年际间波动变化明显,但整体维持在0.770—0.801之间。(3) 2000—2015年生态系统服务与贫困人口生计耦合度最高的区域主要集中分布在西部区域,主要包括西藏省、四川省西北藏区及青海省南部,东中部区域的耦合度相对较低,中国贫困区生态系统服务与贫困人口生计间耦合的空间分异显著。(4) 2000—2015年生态系统服务与贫困人口生计耦合度呈上升趋势的区县有92个,占中国全部贫困区县数量的12.83%;呈下降趋势的区县有163个区县,占中国全部贫困区县数量的22.73%;保持稳定不变的区县有462个,占中国全部贫困区县数量的64.44%。这些结论可为区域精准扶贫制定针对性政策,如期实现脱贫,提供参考和借鉴。

三峡库区生态系统服务与农户生计耦合模型构建及应用

为了研究生态系统服务与农户生计耦合关系,基于三峡库区1995—2015年土地利用数据,结合库区情况修正中国不同生态系统当量因子表,对库区不同生态服务价值进行评估;引入农户不同生计资本的评价体系,构建库区耦合度/耦合协调度模型,分析三峡库区生态系统服务与农户生计耦合关系及空间分布规律;再计算各生态系统服务对农户生计贡献率,探讨了生态系统服务对农户生计的影响因素。结果表明:(1)三峡库区生态系统服务与农户生计极度耦合所占的比例最高,达到65.38%,除库尾渝中区和大渡口区,其余区县均为中度及以上耦合;各区县从衰退发展逐步向濒临衰退发展靠近,濒临衰退发展区县向勉强协调发展和协调发展区县转化。(2)不同类型生态系统服务对农户生计贡献率不同,库区农村居民家庭经营收入来源中农业收入最高达到55.31%。(3)三峡库区各生态系统服务与不同农户生计资本的相关性极强,人力资本对生态系统服务最耦合,农户生计与支持服务耦合协调度最高,库区整体协调发展水平逐年向好。三峡库区生态系统服务对农户生计贡献率大,两者相关性极强,耦合关系明显。

棕碳气溶胶的生消机制研究进展

在大气气溶胶中,黑碳(BC)是对光辐射有强烈吸收的物质.但近年的研究发现一部分有机碳(OC)在可见光区域也有光吸收,并且吸收强度随波长的减小而骤增,宏观呈现棕黄色,这类有机碳被定义为棕色碳—BrC(brown carbon).鉴于其特殊的吸光特性和光化学反应性,认为它可能对全球气候和大气环境质量具有潜在影响,因此近年来棕碳成为了环境领域一大研究热点.基于过去近三十年的研究,特别是近十年间,棕碳的光学特性、化学组成以及来源已有基本认知,但同时也存在基础研究薄弱、不全面的问题.文章特别指出的是相比于一次排放,目前对棕碳二次生成过程所涉及的前体物、反应机制尚未形成完整和确切的体系,其老化消去过程也亟待明晰.本文总结了目前主要的二次棕碳生成和消去的反应类型和机制,旨在指出棕碳二次生成和消去的最新进展以及存在的主要问题,为将来的研究方向提供借鉴和依据.

长江经济带生态系统健康正态云模型构建及其诊断

[目的]对作为国家重大战略发展区域之一的长江经济带的生态系统健康状况进行诊断,为推进区域生态与经济社会的协调发展提供科学依据。[方法](1)以长江经济带城市群为研究对象,从活力、组织结构、恢复力、生态系统服务和人群健康5个维度出发,构建长江经济带生态系统健康诊断指标体系;(2)根据生态系统健康标准将其划分为病态、不健康、亚健康、健康和很健康5个等级,并基于熵权法确定诊断指标权重;(3)构建正态云模型,对长江经济带2000,2009,2018年生态系统健康状况进行综合诊断。[结果]从2000年至2018年,长江经济带无论从整体还是省市层面上的生态系统健康等级均有所提升,2018年底整个研究区的生态系统健康状况普遍已趋于亚健康水准。[结论]人口密度、人均可支配收入、人均耕地面积和人均地区GDP是影响长江经济带生态系统健康的主要因素。因此,关注人口发展规划,提高人均可支配收入,严守耕地红线,注重城市科学健康扩张,耦合经济发展和生态保护的关系尤为重要。

Land use change of Kitakyushu based on landscape ecology and Markov model

Based on four phases of TM images acquired in 1990, 1995, 2000 and 2005, this paper took Kitakyushu in Japan as a case study to analyze spatial change of land use landscape and corresponding effects on environmental issues guided by landscape ecology theory in virtue of combining technology of Remote Sensing with GIS. Firstly, land use types were divided into 6 classes （farmland, mountain, forestland, water body, urban land and unused land） according to national classification standard of land use, comprehensible ability of TM image and purpose of this study. Secondly, following the theory of landscape ecology analysis, 11 typical landscape indices were abstracted to evaluate the environmental effects and spatial feature changes of land use. Research results indicated that land use has grown more and more diversified and unbalanced, human activities have disturbed the landscape more seriously. Finally, transfer matrix of Markov was applied to forecast change process of land use in the future different periods, and then potential land use changes were also simulated from 2010 to 2050. Results showed that conversion tendency for all types of land use in Kitakyushu into urban construction land were enhanced. The study was anticipated to help local authorities better understand and address a complex land use system, and develop improved land use management strategies that could better balance urban expansion and ecological conservation.

三峡库区(重庆段)土地利用空间冲突类型识别及驱动机制研究

以三峡库区(重庆段)的遥感解译数据为基础,将研究区域划分为3 175个4×4 km的评价单元,基于景观生态学和土地利用系统特性,构建了土地利用空间冲突测度模型,以评价单元的土地利用空间冲突测度值为依据划分了4种冲突类型,最后对研究区域土地利用空间冲突的驱动因子进行主成分分析。结果表明:研究区域的空间冲突在研究时段内整体处于较为严峻状态,重度冲突和中度冲突占比达到55%以上;从空间分布来看,土地利用空间冲突高值区集中在东北和西南区域,并随着时间推移从东北区域向着西南方向转移,最后以西南地区的主城区为中心向外扩张,一般冲突和轻度冲突类型则分布在最北端和东南部的边缘地带; 1990—2010年的变化趋势显示部分中度冲突类型转化成了重度冲突类型,表明研究区的土地利用空间冲突在不断加强,冲突地类从林地、草地转换成了湿地、耕地和建设用地;三峡库区(重庆段)的土地利用空间冲突驱动因素可概括为经济发展、人口增长压力和三峡工程建设。

长江经济带不同尺度城市规模扩张特征及空间差异研究

以长江经济带1992—2012年的夜间灯光遥感数据为基础,通过计算帕累托系数和城市扩张指数,分析长江经济带的城市位序—规模演变规律和城市空间扩张的差异。结果表明:在1992—2012年期间,长江经济带城市规模分布的帕累托系数从0.55上升至0.77,年平均变化为0.011。在城市群尺度上,成渝城市群的帕累托系数增加了0.340,长三角城市群的帕累托系数增加了0.320,而长江中游城市群的帕累托系数增量相对较小,为0.270。以特大、大、中和小城市为区分,进一步分析城市群内部1992—2012年特大、大、中城市的位序变化,三大城市群内,特大城市的帕累托系数相对稳定,大城市和中等城市的帕累托系数随时间轴的波动幅度逐渐减小。1992—2012年间,长江经济带城市扩张剧烈的城市主要是分布在长江中下游,如上海、杭州、武汉等,而长江上游的城市扩张多为缓变型和稳定型。总体而言,长江经济带特大城市的位序最稳定,但是特大城市的数量较少,说明大城市的晋级速度缓慢,特别是在西部地区和中部地区。到了2012年,长江经济带东部地区已进入都市连绵化阶段,而内陆城市群还处于中心城市主导的发展阶段,武汉、重庆和成都作为特大城市主导内陆城市群的发展,但中心城市的辐射能力有限,使长江经济带的城市体系结构欠合理。

三峡库区景观生态安全格局优化研究——以重庆市开州区为例

[目的]探究重庆市开州区景观生态安全格局变化规律,根据不同功能区划进行分区优化,以提高景观生态格局稳定性及完善生态功能分区,为该区生态建设及城市可持续发展提供科学参考。[方法]采用地形位指数分析开州区各类用地在地形梯度上的分布特征,结合景观生态学原理,利用土地利用、高程及地形坡度等因子,选取生态"源"地,构建最小累积阻力模型(MCR),对开州区景观生态安全格局进行分区。[结果](1)开州区的地形位指数范围是0.046~1.069,其中林地和草地的地形位指数较大,耕地的地形位指数值较小。(2)根据最小累积阻力值及突变点分区原理,将研究区域划分为核心保护区,生态缓冲区、生态敏感区、生产生活区等4个敏感区,1990—2010年核心保护区面积较少,生态缓冲区与生态敏感区面积变化不大,生活生产区面积增加。[结论]在分析低海拔、高程与坡度组合复杂的区域景观空间分布特点时,地形位指数更具优势。

基于生态足迹视角的长江流域生态补偿额度测算

随着我国城市化进程的加快,导致的生态问题日益严重,发展与保护的矛盾日渐突出,如何客观定量地对生态环境受到破坏的区域进行补偿,发展与环境健康并行是生态建设中面临的重要任务之一。以长江流域的十九个省级行政区作为研究对象,基于“省公顷”模型,对均衡因子及产量因子进行修正,计算生态足迹及生态承载力,利用GIS平台进行并对其进行空间分析;结合生态系统服务价值,建立了动态化长江流域的生态补偿标准模型;对长江流域各行政区生态补偿额度进行测算,并基于流域尺度、城市群尺度、省级尺度进行差异化分析。研究结果表明:(1)在2015—2017年,长江流域的生态足迹与生态承载力无明显变化,三年内基本持平。长江流域省级行政区的生态安全指数均大于1,表明整个流域处于不安全状态,需要对其进行补偿。(2)对于长江流域整体而言,生态补偿额度三年平均为1169.11亿元。(3)流域尺度上,上游、中游、下游的生态补偿额度呈现逐渐升高的趋势;城市群尺度上,成渝城市群最低,长江三角洲城市群最高;省级尺度上,上海最高,西藏最低。本文通过生态足迹及生态承载力计算得到的生态安全指数,可对生态环境所处的状态进行定量补偿及分析,并对生态补偿区域的确定提供指导性建议。

重庆市渝东北生态红线区域生态环境质量评估

划定生态红线是我国生态环境保护的重要措施之一。对重庆市渝东北生态红线区域生态环境质量进行分析与评价,借助ArcGIS软件,通过构建生态环境质量评估指标体系,耦合集对分析与NPP定量指标法进行评估,弄清影响区域生态环境质量的胁迫因子,探讨区域生态环境未来保护方向。结果表明:北部生态红线区域的生态环境质量为良;南部、中东部生态红线区域的生态环境质量为中;渝东北中部生态红线区域的生态环境质量为差;农作活动强度等10个关键指标对研究区域生态环境质量具有重要影响;未来,梁平生态红线区等8个地区的生态环境质量有向好发展的趋势,万州生态红线区等3个地区生态环境质量有下降的趋势;研究区域生态环境质量与生态系统功能在不同地区呈现出对立和同一关系。该耦合集对分析方法与NPP模型对区域生态环境质量与生态功能服务重要性进行了评价和预测,评价结果符合区域生态环境特征,对典型区域生态环境质量的研究与改善具有一定的参考意义。

重庆市生态风险预警等级划分及演化趋势模拟

生态风险预警等级评估和演化趋势模拟,可为生态风险管理提供可靠的辅助决策。以重庆市为研究对象,基于驱动力-压力-状态-影响-响应模型,构建重庆市生态风险预警指标体系,采用正态云模型和集对分析法,定量分析重庆市生态风险时空分异特征和演化趋势。研究结果表明:(1)2013—2019年,重庆市生态风险值呈“上升-下降”的波动趋势,综合生态风险隶属于重警等级,生态风险综合值从0.295下降到0.278,生态环境逐年好转;(2)重庆市生态风险有下降、不变、先上升后降低、先降低后上升以及一直升高5种演化趋势,分别占比39%、16%、5%、21%、24%;(3)重庆市生态风险转移分为两个方向,2013—2016年生态风险空间分异性增大,中警、轻警和无警风险等级不断向东北、东南和西部四周分散转移;2016—2019年生态风险分布格局变化较小,重警风险区在东部聚集;(4)演化趋势模拟结果表明,未来重庆市生态风险降低的区县有13个,占比34%,生态环境有向好发展的趋势;生态风险上升的区县有25个,占比66%,生态环境会有所恶化,但是恶化程度较低。将生态风险等级划分与预警演化趋势相结合,能为城市生态风险管理提供科学依据。

重庆市生态保护红线内的生态系统服务动态变化评估

采用生态系统服务评估与权衡(InVEST)模型分别计算2015年和2018年重庆市生态保护红线区域的固碳功能、水源供给功能、土壤保持功能这3大生态系统服务。研究结果表明:①2015—2018年重庆市生态保护红线区域碳储存量增加,2015年的碳储存量为6.8×10^(7) t,2018年碳储存量上升至7.1×10^(7) t,变化率为+3.54%;②2015—2018年期间水源供给量略有降低,从2015年的2.8×10^(10) mm下降至2018年的2.6×10^(10) mm,变化率为-7.70%;③2015—2018年土壤保持量减少,从2015年的9.7×10^(10) t降低到2018年的7.8×10^(10) t,变化率高达-19.74%;④研究区域的综合生态系统服务功能降低,2015年生态保护红线生态系统服务综合评估得分为6.02分,2018年得分为5.57分。

基于GIS-RS的三峡库区消落带植被覆盖时空演变过程

以三峡水库涪陵区段消落带为研究区域,对2003、2004、2008、2010、2013年的消落带土地利用类型进行分类与统计,估算消落带植被覆盖度,运用CA-Markov模型计算各时期消落带的土地利用类型概率转移矩阵,并运用CA-Markov模型模拟研究区2018、2023、2028、2033年湿地利用类型格局分布图。研究结果表明:在时间跨度上,消落带在1年或2年这样的短时期内,植被覆盖类型会发生比较大的变化,稳定性不高,长期变化则趋于稳定,尤其是在2008年首次实现175 m蓄水试验之后;在空间格局上,陆生植物与湿生植物大部分属于类别内部转移,即陆生转为湿生,总体植被覆盖度小幅降低,但后期基本稳定在各占植被类型50%左右。

重庆湿地公园生态系统服务社会价值评估--以秀湖湿地公园为例

湿地生态系统服务的合理利用为改善人类福祉提供了可能性,但如何量化湿地生态系统的社会价值,仍是关键而亟待解决的问题。以重庆秀湖国家湿地公园作为研究区域,基于SolVES模型对其生态系统服务的多种社会价值进行评估。结果表明:秀湖国家湿地公园各社会价值均属于聚集性空间分布,模型运行具有良好的空间聚类性,湿地公园各项价值空间分布与园区各要素空间分布紧密相关。在秀湖各项社会价值中,受访游客对美学价值的偏好程度最高,其次依次为文化、历史、娱乐、学习、治疗。基于评估结果,建议适当的经济发展和技术投资可以注重开发湿地价值偏好,为社会提供更多的湿地福利。

重庆喀斯特地区水资源承载力动态变化评价

水资源承载力是一个国家或地区持续发展的重要制约因素,对喀斯特地区更是如此。对重庆喀斯特地区水资源承载力进行评价,首先建立评价指标体系,并利用因子分析法筛选出载荷较大的指标,其次利用熵权法确定各指标的权重,最后通过灰色关联模型对重庆市喀斯特地区2001~2015年的水资源承载力进行动态评价。结果表明:重庆喀斯特地区水资源承载力整体较好,与最佳水资源承载力关联度适中保持在0.85以上,但是形势不容乐观,从2001年开始,水资源承载力就呈现逐年下降的趋势,2015年降至最低。经济发展是该地区水资源承载力压力的主要来源。

重庆市市域热场分布与土地利用的关联分析

指出了随着城市扩张,人口不断密集,城市热环境发展引发人们的关注,热环境效应已经成为当前的研究热点。由于地表温度数据是由卫星传感器传输,所以在进行小尺度研究时低空间分辨率的数据难以达到研究的目的,因此降尺度手段成为研究必不可少的环节。利用空间降尺度算法拟合得到空间分辨率250m的重庆市主城区地表温度分布,并进行热场等级划分,在此基础上,结合重庆市主城区土地利用类型分布图进行了用地类型与地表温度分布的关系分析。结果表明:植被覆盖即地表含水量与地表温度呈负相关,水域的平均温度最低,用地类型草地与地表温度相关性最大,主城区较其他区县比明显热环境效应明显。