黄河流域生态系统服务供需的时空变化及与人类活动的空间交互作用

【目的】随着人类活动对生态系统干扰的日益加强,分析黄河流域生态系统服务供需的变化特征及其与人类活动的交互作用,能够为生态保护和可持续发展策略的制定提供理论依据。【方法】采用当量因子法核算1980—2020年黄河流域生态系统服务供给量,以土地利用开发程度、人口密度和经济密度核算生态系统服务需求量,并基于供需分析和人类活动强度的量化结果,采用双变量空间自相关分析方法揭示了两者之间的交互关系。【结果】结果表明:1980—2020年,黄河流域生态系统服务供给呈现先减少后增加趋势,总体减少了14.43×10^(8)元;生态系统服务需求增加,特别是在2000年后增加更明显,2020年呈现自西向东递增的空间格局。黄河流域低供给-高需求的地级市主要位于研究区东部地区,低供给-低需求的地级市主要位于中部地区且被高供给-低需求的地级市围绕。人类活动强度呈现东部地区较高,而西部地区较低的特征,且随时间推移在增强。黄河流域生态系统服务供需与人类活动强度之间表现为显著的空间负相关性,并且在局部尺度呈现出High-Low集聚、Low-High集聚和Low-Low集聚三种集聚模式。【结论】研究结果可视化了黄河流域生态系统服务与人类活动在空间上的权衡关系,能够为协调生态保护与人类活动的政策制定提供科学指引。

高寒生态系统脆弱性及其对气候变化和人类活动的响应

了解陆地生态系统的脆弱性和基本机制是适应和减轻全球气候变化影响的决策基础。生态系统的脆弱性可以通过生产力对气候变化的敏感性和适应性进行量化。采用1982—2018年青海省境内基于遥感的现实净初级生产力(NPP_(R))和气候驱动的潜在净初级生产力(NPP_(C)),量化了高寒生态系统的敏感性(Sensitivity)、适应性(Adaptability)和脆弱性(Vulnerability)。然后探讨了生态系统脆弱性的时空变化,并分别从人类活动和气候变化的影响方面分析了其基本机制。结果表明:(1)基于NPP_(R)和NPP_(C)的生态系统脆弱性在空间上呈现出中度脆弱的模式,脆弱性从东南向西北由不脆弱依次递增到极度脆弱等级。(2)耕地的脆弱性较低,基于NPP_(R)和NPP_(C)的指数分别为-1.31和-0.93,这是由于其适应水平较高而敏感性较低;森林次之,指数为-1.18(NPP_(R))和-1.06(NPP_(C));草原的指数为-0.17(NPP_(R))和-0.17(NPP_(C));而荒漠的脆弱性较高,指数为0.77(NPP_(R))和0.78(NPP_(C)),这是由于其敏感性较高,适应性较低。(3)基于NPP_(R)的高寒草地的脆弱性有两个温度阈值(-2.2±0.8)℃和(5.5±0.8)℃,一个降水阈值(387±45.6)mm,两个干旱指数阈值为(14.2±20.2)和(78.2±20.2)。而基于NPP_(C)的脆弱性也发现了同样的阈值,并且数值相似。阈值表明最佳气候条件下,生态系统将具有较高的适应性和较低的敏感性,即较低的脆弱性。但如果气温较低或较高,或者降水较低,生态系统的脆弱性将会更高。(4)人类活动对东部地区生态系统的脆弱性产生了强烈的影响,但就整个青海省的生态系统而言,这些影响在区域平均水平上较小。这项研究表明,在高寒脆弱的生态系统中,气候条件决定了脆弱性在空间上的分布情况,这应该被视为生态保护决策的理论基础。此外,本研究发现的阈值将为生态系统生态学提供一个案例研究,并应在世界各地的脆弱生态系统中广泛探索。

西安都市圈生态系统服务价值与人类活动强度的时空关系

人类活动是影响生态系统服务价值(ecosystem service value,ESV)变化的重要原因之一,对两者时空关系的研究有助于生态环境与社会经济协调发展。以西安都市圈为研究对象,基于1990、2000、2010和2018年4期土地利用数据,在2 km×2 km格网尺度下构建ESV评估模型、ESV流向损益模型、人类活动强度(human activity intensity,HAI)指数评估模型和双变量空间自相关模型,探讨ESV与人类活动强度的时空关系。结果表明:(1)1990—2018年间,西安都市圈ESV在时间尺度上呈持续下降趋势,近30年间共降低12.8亿元;在空间尺度上呈现以西安主城区为中心向外围递增的分布格局;(2)ESV增益主要源于耕地转为林地、水域和草地;ESV亏损主要源于耕地、建设用地的转入以及水域的转出;(3)人类活动强度整体呈现以西安主城区为中心向南北递减的空间分布格局,高影响区集中分布在西安主城区及其周边地区,低影响区分布于研究区南北两端;(4)ESV与人类活动强度呈负相关关系,两者聚类关系以低-高和高-低聚集方式为主,低-高和高-低聚集区域显著性水平高。期望通过对ESV与人类活动强度的空间关系分析为区域可持续发展提供理论支持。

长株潭城市群人类活动强度与生态系统服务价值空间关系

选取长株潭城市群为研究对象,以遥感影像、地理统计、交通路网等多源数据为基础数据源,构建人类足迹指数模型、生态系统服务价值修正模型和流向损益模型测度1990~2020年人类活动强度和生态系统服务价值的时空演化特征,并在此基础上综合运用地理探测器和双变量空间自相关模型,探究人类活动强度与生态系统服务价值的空间关系,揭示人类活动强度对生态系统服务价值的深刻影响.结果表明:近30a来长株潭城市群人类活动强度持续上升,增长率为33.33%,整体呈以主城区为中心向外围递减的圈层式空间演变特征.1990~2020年生态系统服务价值呈速率为1.38×10^(8)元/a缓慢下降的趋势,空间上呈现出“边缘区较高,核心区较低”的分布格局,林地转建设用地和耕地是价值量损失的主要原因.因子探测人类活动强度q值由0.348增至0.394,较好地解释了生态系统服务价值空间分异现象,风险探测发现随着人类活动强度的增强,生态系统服务价值总体呈下降趋势,其中生态系统文化服务价值在人类活动强度异常范围0.3~0.7内保持平衡.研究时段内Moran's I从-0.363变化为-0.491,人类活动强度与生态系统服务价值存在显著的负相关关系,且负向效应加剧,高-低聚类区主要分布在北部的中心城区,低-高聚类区主要分布于研究区边缘海拔较高的森林山脉密集地.

秦巴山区生态系统服务供需与人类活动强度的时空变化及其耦合关系

生态系统服务的供需关系人类自身福祉,人类活动又是影响生态系统服务供需的主要因素,将两者进行耦合性分析,对提升区域生态环境质量提供切实可行的依据。在评估秦巴山区2000—2018年生态系统服务供需基础上,构建人类活动强度指标,并通过四象限分析模型,将生态系统服务供需和人类活动相耦合,来探究秦巴山区的生态环境质量状况。研究结果表明:(1)2000—2018年秦巴山区生态系统服务盈余量丰富,4种生态系统服务处于盈余状态,并且生态系统服务的供需空间特征的差异性越来越明显。(2)人类活动强度在空间上有明显的空间异质性,从东向西人类活动强度逐渐减小,高值区主要在人口集聚的城区,低值区在高山寒冷区。(3)秦巴山区大面积区域生态环境质量较好,但是也有13.64%的像元和20个县是处于生态环境质量较差的水平。通过近几年的生态工程的实施,秦巴山区的生态环境质量还是得到了很大的提升。通过生态系统供需和人类活动耦合研究,可以为山区分区调控管理和生态环境质量的提升具有一定的借鉴意义。

生态系统服务与人类活动协调性时空演变及预测

探究并预测生态系统服务与人类活动之间关系的演变特征对于推动建设人与自然和谐共生的生态新格局意义重大。以陕西省黄河流域为例,通过价值当量法、人类活动强度模型、PLUS模型和多种统计分析方法,对生态系统服务与人类活动以及二者之间的协调性进行时空演变特征分析和多情景预测。结果表明:1980~2020年陕西省黄河流域生态系统服务价值总体增加54.33亿元,与2020年相比,2030年惯性发展和经济优先模式下生态系统服务价值分别减少7.81亿元、20.11亿元,耕地保护和生态保护模式下分别增加0.27亿元、8.24亿元。1980~2020年人类活动强度呈现出“N”形变化特征,与2020年相比,经济优先和惯性发展模式下人类活动强度增强,耕地保护和生态保护模式下有所减弱。研究区生态系统服务与人类活动呈现逐渐增强的负相关关系,二者协调性较差,2030年生态保护模式下二者的负相关作用最弱,经济优先模式下最强。综合来看,未来经济优先模式下的负面影响最大,陕西省黄河流域应优先选择生态保护型的发展模式。

内蒙古人类活动强度与生态系统服务价值的时空关联性分析

生态系统为人类日常生活提供了许多基本生态系统服务,揭示人类活动强度与生态系统服务价值的关系对内蒙古不同区域协调人地关系、生态系统的改善以及地区可持续发展都具有十分重要的指导意义。本研究以内蒙古为研究区域,结合2000~2021年遥感数据和社会经济统计数据,以夜间灯光、人口密度和土地利用数据等作为数据源表征人类活动强度,用修正后的陆地生态系统服务单位面积价值当量表,来对生态系统服务的价值进行量化,并采用双变量空间自相关与地理加权回归模型,来研究人类活动强度与生态系统服务价值间的时空关联性。结果表明:(1) 2000~2021年内蒙古人类活动强度呈缓慢增强趋势,中部最高、西部最低及东部较高的空间分布特征;(2) 2000~2021年内蒙古的生态系统服务总价值从14140.86亿元上升到14215.87亿元,变化量为75.01亿元;内蒙古生态系统服务价值的空间异质性显著,呈由东到西递减的空间分布特征;(3) 内蒙古人类活动强度与整体生态系统服务价值呈现正相关性,在东部草原森林生态良好区与中部草原生态均衡区两者呈现正相关性,在西部沙漠生态环境脆弱区两者呈现负相关性;研究发现内蒙古人类活动强度与生态服务价值在不同区域的背景下具有较大差异,不同地域类型中两者的关系呈现不同的关联性。

人类活动对生态系统服务功能的影响

生态系统服务功能是人类可持续发展的基础,但是人类在利用生态系统提供自然资源和生存环境两个方面的多种服务功能的同时,也在强烈影响生态系统的服务功能。除部分人类活动有利于生态系统服务功能的稳定与提高外,更多地则导致了一系列危及自身生存与发展的生态环境危机与灾难。目前,生态系统服务功能受到人类活动影响的后果已成为全球面临的日益突出的重大问题和人类社会共同关注的焦点,因而人类活动对生态系统服务功能的影响愈加受到人们的重视。论文介绍了生态系统服务功能的定义,阐述了生态系统服务功能的内涵,重点分析了人类活动影响生态系统服务功能的类型、人类活动对生态系统服务功能的影响及变化趋势。在此基础上,对尚待进一步研究的内容提出了建议。

人类活动对中国国家级自然保护区生态系统的影响

我国已建立了超过2740个自然保护区,面积约占陆地国土面积的14.8%。以我国446个国家级自然保护区作为研究对象,基于遥感信息提取、模型与方程估算、时空趋势分析,揭示2000—2015年不同类型自然保护区、自然保护区不同区域生态系统质量和关键服务的时空变化特征,利用土地覆盖变化量化人类活动并进一步分析人类正面与负面活动对生态系统质量和关键服务的影响。结果表明:(1)国家级自然保护区内土地覆盖变化表明存在不同程度的人类活动,总体表现为保护区外较保护区内剧烈,说明保护区对生态系统具有明显保护作用。(2)农田开垦、居民点修建、工矿建设、能源资源开发等人类活动对保护区生态系统的负面影响表现为草地、湿地开垦导致耕地、水库坑塘面积增加,城镇居民点与工矿建设用地扩张侵占草地。(3)湿地面积净增加而林地、草地面积净减少,反映了湿地保护、退田还湖等措施的积极作用,然而退耕还林、退牧还草局限于部分保护区;(4)气候变化是自然保护区植被覆盖度微弱上升、净初级生产力下降、生态系统水源涵养量微弱增加、土壤保持量明显增加的主要原因,而人类活动仅在局部对生态系统产生影响。为了推动我国自然保护区体系的完善和保护作用的发挥,需要统一保护区建设标准及其规范,完善保护区法律制度,积极开展相关基础科学研究。

人类活动对海洋生态系统影响的空间量化评价——以莱州湾海域为例

本文针对海域管理中难以量化人类活动对海洋生态系统影响的问题,提出人海关系空间量化模型,通过完善概念模型、构建指标体系、确定权重及标准,最终利用作用强度和位置关系量化人类活动对海洋生态系统的影响,数值在0—1之间,等分为四个影响程度,由弱到强依次为微弱、中等、强烈和极强,并将该模型和量化方法应用于莱州湾海域。研究结果表明:整个莱州湾受人类活动的综合影响均值为0.425,处于中等影响程度;其中污水排放、围填海工程及港口航运是对莱州湾生态系统影响比较强烈的人类活动;研究海域中40%受到人类活动的强烈影响,44%为中等影响,16%为微弱影响。空间量化分析显示,人类活动对莱州湾近岸海域的综合影响比邻近外海强烈,其中影响较强烈的区域出现在西南近岸海区,而影响较微弱的海区则为莱州湾北部外海。该方法空间量化结果与莱州湾实际情况相符,说明人海关系空间量化模型适合定量化评估人类活动对该海域生态系统的影响,可为"山东半岛蓝色经济区"海域管理提供技术支持。

气候变化和人类活动对中国陆地生态系统总初级生产力的影响厘定研究

总初级生产力(GPP)是生态系统植被光合作用生成有机物的能力表征,是生态系统服务功能的基础,关系到区域社会经济可持续发展及区域生态安全。基于生态系统过程模型CEVSA2,应用中分辨率成像光谱仪(MODIS)卫星遥感的叶面积指数数据产品(MCD15A2H),以强迫法构建了遥感数据驱动的模型新版本——CEVSA-RS;基于CEVSA-RS模拟分析了气候变化和人类活动对中国陆地生态系统GPP时空变化的相对影响,从气候潜在总初级生产力(GPPCL)和现实总初级生产力(GPPRS)的大小和趋势两方面厘定了人类活动影响。2000至2017年全国平均潜在GPP(1016.36 gC m^(-2)a^(-1))略高于对应现实GPP(962.85 gC m^(-2)a^(-1)),但存在明显的空间分异:长江以南大部、秦岭、太行山脉以东以及大兴安岭以东和长白山地区等森林植被覆盖区,现实GPP高于潜在GPP;而西部草地及灌丛等地区现实GPP低于潜在GPP。全国GPP呈显著增加趋势(P<0.05),其中现实GPP的增速(46.04 gC m^(-2)10a^(-1))高于潜在GPP的增速(41.46 gC m^(-2)10a^(-1)),人类活动影响促进GPP增长,主要体现在华南地区和华北平原等地;内蒙古东部、东北平原北部、青藏高原西部等地人类活动呈负面影响。人类活动影响大于气候影响的区域可达全国陆地面积的53%,其中西部生态相对脆弱的草地区人类活动仍为负面影响,这些地区以草定畜,发展草牧业和保护生态,仍然任重道远。

人类活动对生态系统服务流的影响

生态系统服务流对生态系统服务地形成、输送、转化和维持具有重要作用,搭建起了生态系统服务供给与人类需求之间的桥梁,成为近期学者关注的焦点之一。随着人口数量的急剧增加和经济社会的快速发展,人类的物质需求呈非线性方式增长。人类在利用生态系统服务流带来惠益的同时,也给生态系统服务流带来压力。综述了生态系统服务流的内涵和属性特征,包括生态系统服务流的定义、分类、时空尺度、载体特征和量化属性等。分析了人类活动对生态系统服务流的影响机制,即积极的与消极的人类活动通过对生态系统服务流的空间单元、传递载体和量化属性等方面的影响进而影响到具体的生态系统服务流并最终影响人类福祉。探讨了通过生态系统服务流价值和风险评估、生态系统服务流保护规划、生态系统服务流恢复与重建等积极的人类活动,来实现生态系统服务流传输功能的可持续。未来可以通过对生态系统服务流路径载体衰减效应研究、多尺度分析处理系统的使用和生态系统服务流传输网络动态耦合模型的构建等来制定合理的生态系统服务流集成管理。通过对人类活动与生态系统服务流相互关系的研究,有利于对退化的生态系统服务流进行保护和恢复,也可为生态系统服务流相关研究奠定基础。

人类活动对辽宁双台河口湿地生态系统影响评价

以1988年、2002年和2007年遥感影像作为信息源,选择压力—状态—响应(PSR)模型作为研究方法,建立了一套湿地生态环境评价指标体系。通过选取反映压力、状态及响应等方面的指标,在GIS技术的支持下建立了湿地空间信息数据库,对研究区湿地生态环境的动态变化进行分析。结果表明:该时期研究区人为干扰压力不断加强,造成人工湿地增加,天然湿地减少。在1988—2007年期间,研究区天然湿地减少了18 257.4 hm^2,大部分转变成农田和城市、住宅、工交用地。如果按照每年912.87 hm^2的退化速度计算,目前的12.54万hm^2的天然湿地在100年以后将基本消失。特别是近20年以来,研究区湿地内部结构和状态发生显著变化,湿地景观异质性不断增加,破碎化及退化严重。湿地对于人类活动干扰的响应是湿地面积不断减少,人类对于湿地变化的响应是建立湿地保护区。研究成果可为湿地保护、恢复以及城市规划设计等提供科学依据。

人类活动条件下兰坪县土地利用景观格局及生态系统服务价值

对土地利用景观格局的生态系统服务价值评估,有利于人们认识自然生态系统对人类福祉的重要性。基于兰坪县1996年和2015年两期遥感影像解译数据,居民点数据,采用ArcGIS技术,生态价值评估方法,分析了人类活动对土地利用景观类型变化及生态系统服务价值的影响。结果表明:随着社会经济的发展以及相关政策的出台,林地、耕地以及建设用地等土地利用景格局的变化较大;结合443个居民点以及不同气候带基础数据,得出人类活动主要集中在1 900～3 000m的温带范围内。人类活动对土地利用景观格局的变化有着重要的影响;20年间兰坪县生态系统服务价值总量增加了44 035.19万元,其中不同生态服务功能的服务价值贡献率由大到小依次为:土壤形成与保护、气体调节、水源涵养、生物多样性保护、气候调节、原材料、废物处理、娱乐文化、食物生产;不同土地利用景观类型生态系统服务价值总量大小排序为:林地>耕地>水体>草地>建设用地>未利用地。

人类活动对红树林生态系统服务功能的影响

通过农业用地、盐业用地、城市用地、围塘养殖、修建海堤、放牧、薪柴、挖捕动物、污染排放、旅游等方面较为系统地分析了人类活动对红树林生态系统服务功能造成的直接或间接的影响。研究表明,人类活动主要通过改变生态系统的生境、生态系统结构以及生物地球化学循环影响生态服务功能。为了实现对红树林资源的可持续发展和利用,应采取科学有效的措施,改善生态环境、维护红树林生态系统服务功能。

人类活动对象山港潮汐汊道及沿岸生态系统演化的影响

以1985年、1995年、2005年及2014年的TM遥感影像及近年来的海洋环境质量监测数据为依据,分析了人类活动影响下象山港潮汐汊道及其沿岸生态系统演化的特征.结果表明：（1）1985~2014年,研究区耕地、海域、滩涂、湖泊河流以及林地等生态系统类型面积呈下降态势,建设用地、未利用地以及养殖用地与盐田等面积呈增加态势;（2）临海工业的快速发展使象山港海域水体DIN和DIP超标严重,以Ⅳ类和超Ⅳ类水质为主;（3）受人类活动的影响,象山港潮汐汊道海域生物量减少、栖息密度下降;（4）象山港潮汐汊道及其沿岸生态系统服务功能明显减弱.

大亚湾生态系统对人类活动的响应及健康评价

根据1982—2007年共26年的海洋生态调查数据,研究了大亚湾海洋生态环境与生物资源的演变趋势,并利用基于GIS的海湾生态系统健康评价法,对大亚湾海洋生态系统健康状况进行了评价与诊断。结果表明,2007年海水总无机氮(TIN)比1985年增长了338.1%,而活性磷酸盐和硅酸盐分别比1985年降低了88.6%和71.2%,氮磷比则从1.38∶1升高至大于50∶1,营养盐限制因子已由氮限制转变为磷限制,处于中等营养水平。浮游植物在1982—1990年和1994—2007年2个时段之间,硅藻平均减少了10属47种,甲藻平均减少了2属14种,以翼根管藻(Rhizosolenia alata)等为代表的细胞个体较大的藻类,所占比重由1982年的91.0%下降到2007年的19.6%,群落组成趋向小型化。浮游动物生物量总体呈增长趋势,其中湿重生物量2007年比1982年增长87.3%,1998—2007年比1982—1994年常见种减少了15种,球型侧腕水母(Pleurobrachia globosa)、夜光虫(Noctiluca scientillans)等取代部分桡足类成为优势种。底栖动物生物量呈上升趋势,但群落组成变化明显,2000年后底栖甲壳类完全退出优势种的行列。大亚湾游泳生物的渔获率总体呈下降趋势,2007年大亚湾海域渔获率比1985年下降33.9%,鱼类小型化和低值化的趋势十分明显。2007年大亚湾生态系统健康评价所得的健康综合指数平均值为0.64,仍处于"较好"水平,但面临着向"临界"状态转化的危险。大亚湾生态系统正经历着快速的退化过程,本研究结果可为基于生态系统水平的大亚湾综合管理提供科学依据。

人类活动对河流生态系统的影响

介绍了流域水利工程建设、农业生产及城市化对河流生态系统的影响。其中 ,大坝等水利工程造成了对河流的人为分割以及径流模式的改变 ,损害了河流廊道的物质、能量、物种输移通道的能力。现代农业生产在挤占漫滩、阶地的同时 ,还由于大量使用化肥、农药造成了难以解决的非点源污染问题。城市化进程由于地面不透水层数量的增加显著地改变了城市地区的径流特性 ,还造成了城市河流生态价值的严重损失 ;这些活动都直接或间接地改变或损害了河流生态系统的结构、功能。出于有效进行生态恢复的目的 ,强调树立流域生态观念的必要性 。

人类活动对南极陆地生态系统的影响

由于科学考察活动日益频繁以及旅游业在南极地区的迅速开展 ,人类活动对南极陆地生态系统的影响在最近几十年内一直倍受国际社会的关注。在广泛收集国外有关资料的基础上 ,本文对人类活动引发的南极地区区域性的土壤与植被污染、野生动物受扰、外来物种引进、以及细菌性疾病侵入等方面进行了论述。同时 ,阐述了南极以外地区的人为污染源对南极环境的潜在威胁。最后 ,对“南极条约体系”与国际社会为保护南极环境所作出的不懈努力进行了简要介绍与评价。

关中地区人类活动对生态系统胁迫变化影响评估

以关中地区为对象,选取社会活动强度、开发建设活动强度、农业活动强度、污染物排放强度四大类11个指标,运用SPSS 20.0的主成分分析法将2000、2005和2010年各种胁迫要素间相互作用关系矩阵化,分析它们之间的联系,并计算出各市（区）人类胁迫综合指数（HPI）,进行排序.结果表明,不同时期对关中地区生态系统胁迫最大的因子也不同,2000年对生态系统产生胁迫最大的因子为化肥施用强度,2005年为城镇人口密度,2010年为人口密度、城镇人口密度、GDP密度、第二产业增加值密度、第三产业增加值密度;2000～2010年关中各市（区）受人类活动胁迫综合指数影响强度由高到低分别为杨凌区、西安市、咸阳市、渭南市、铜川市、宝鸡市.