黄土丘陵区典型植被生态系统功能的权衡关系

为探究黄土高原植被恢复形成各群落生态系统功能权衡关系,本研究以植被恢复形成的灌木、自然草地、撂荒草地及乔木群落为对象,采用均方根偏差法(Root mean square deviation,RMSD)研究了生物量生产、土壤含水量、土壤养分含量、物种多样性4种生态系统功能差异及其权衡关系。结果表明:各植被类型间生态系统功能差异显著;各植被类型最高权衡均出现在生物量与其他生态系统功能间,RMSD在0.27~0.53间变化;乔木群落生态系统功能严重失衡,需要降低生物量促进各功能协调发展;灌木群落和自然草地群落生态系统功能中度失衡,是较为适合该区域的植被恢复的类型,两种群落分别需要改善土壤养分含量和土壤含水量;撂荒草地失衡程度最轻但生态系统功能低下,需要提升物种多样性及生物量。研究结果为黄土高原植被恢复调控与可持续发展提供依据。

辽宁太子河流域生态系统服务权衡/协同关系时空变化与情景预测

研究生态系统服务权衡与协同关系为制定合理的区域社会-生态系统管理方案提供依据,促进区域可持续发展。太子河是维护辽宁中部城市群生态安全和用水安全的重要保障,以重工业为主的产业布局使得该区生态安全受到威胁,严重影响社会经济的可持续发展。综合气象、土地利用等多源数据,借助InVEST模型,探究太子河流域固碳、土壤保持、生境质量的时空特征;采用Pearson相关分析法,探讨不同样点尺度、不同地类上权衡与协同关系的时空变化,并对2030年不同土地利用情景进行预测。结果表明:①三种生态系统服务在各尺度上(除100m尺度)均为协同关系,且样点尺度越大,相关系数越高。②在不同地类中,耕地、林地、草地三种地类生态系统服务功能类似,以土壤保持功能为主,碳储功能其次;生态系统服务的热点区分布在流域的东部,冷点区集中在流域西部。③不同预测情景下三种生态系统服务间仍为协同关系,在保护情景下生境质量最好、水域面积最多,生态系统服务能力最高;开发情景下建设用地面积增加最多,但生境质量最差。

长时间序列生态系统服务权衡与协同驱动因素——以芜湖市生态系统服务功能极重要区为例

人类对生态系统的管理和干预促使生态系统服务权衡向协同转化,有助于生态系统服务综合效益提升。但当前缺乏对长时间序列分析背景下生态系统服务权衡协同驱动因素及其非线性影响的理解与把握。以芜湖市“生态系统服务功能极重要区”为研究案例,考虑生境质量、碳固定和土壤保持三种关键生态系统服务,基于多源数据,运用逐像元趋势叠加分析法评估1990—2020年间研究区生态系统服务变化趋势及其权衡协同空间分布规律,采用随机森林模型探索该区域生态系统服务权衡协同形成的关键驱动因素及其非线性影响效应。研究结果表明:(1)31年间芜湖市域生境质量显著下降区域面积约为提升面积的两倍,存在进一步衰退的风险。同时,城市扩张导致市郊边缘地带碳固定、土壤保持显著下降。(2)研究区生态系统服务供给能力受权衡协同影响显著,受影响区域总面积占比达64.48%。受权衡影响区域与协同影响区域存在显著空间差异。(3)土地利用强度是管理生态系统服务权衡向协同转化的主导因素。土地利用强度对权衡协同的影响表现出非线性特征并且存在影响阈值。当强度等级介于弱与中且偏向弱强度时对不同服务协同增益具有积极作用。

论纪法适用中权衡的路径展开与理性规制

权衡是指导规范适用中价值判断取舍问题的重要思维方法。将其引入纪法适用中,既是促进执纪执法多重目标达成的应然之举,也是将纪法适用中的价值判断纳入理性轨道的必然要求。权衡在纪法适用中有着特定的启动场域和运用空间,呈现为“价值—事实—过程”的立体思维构造。具体可归纳为党的政策、情理因素的评价注入,事实性因素的具体填充,并依托比例原则的程式结构将上述因素予以理性规整的运作规程。权衡天然隐含着一定的风险,要通过健全以民主集中制为内核的商谈程序机制、确立受形式逻辑限制的论证说理规则、构设面向权衡主体的内外监督网络,保障其在纪法适用中的运作效果。

基于多模型和权衡矩阵法的乡村生态-游憩景观安全格局重构

【目的】乡村旅游地的突出矛盾是人类旅游活动对生态环境的干扰,景观规划时需要权衡游憩功能与生态功能。探究乡村生态-游憩景观安全格局(landscape security pattern, LSP)重构路径,旨在促进乡村旅游与生态环境和谐、可持续发展,为乡村旅游地景观规划提供参考思路。【方法】以江苏省无锡市马山为例,综合运用InVEST、ArcSWAT、最小累积阻力(minimum cumulative resistance, MCR)多模型,分别模拟生态、游憩空间格局以及生态、游憩廊道,并划分景观单元;基于“权衡矩阵法”,比较各单元生态、游憩功能重要性,实现景观功能分区,识别权衡问题突出的区域及战略点,进而为各类景观功能区提出针对性的规划、建设及管控策略。【结果】将马山景观功能区划分为生态核心区、生态重要区、生态-游憩重点权衡区、生态-游憩次级权衡区、游憩核心区、游憩重要区、游憩协调区及弹性发展区8类,构建生态-游憩景观网络并识别出32处战略点。【结论】重构乡村生态-游憩LSP有利于区分不同类型景观功能区的建设侧重点与优先级,科学、精细化地管理、利用乡村景观资源,促进多功能景观的协调与增效。

从模型到应用:基于生态系统服务权衡的乡村生态修复规划工具研究

在全球范围内的气候变化背景下,具有多种功能和服务价值的乡村生态空间成为当下国际生态规划研究与合作的关注热点之一。为实现乡村生态空间的精准管理与规划,中德双方围绕联合课题“生态系统服务概念在德国鲁尔与中国大都市区韧性发展模式下的绿色基础设施规划应用”进行了深入探索。在土地利用与土地覆盖类型的基础上,进一步识别了生物群落类型,并基于调节、供给、文化三大生态系统服务类型,选取了评估生态系统服务供需权衡的指标和对应权重,构建了乡村生态空间规划场景下的生态系统服务价值评测模型。以上海市水库村为例,运用该课题的评测模型,初步评估了典型乡村生态规划场景下的生态系统服务价值。最后,从应用尺度、研究范围以及操作流程三个方面总结了该评测模型的优化方向。

不同气候区生态系统服务权衡空间异质性及其驱动因素——以川滇-黄土高原生态屏障带为例

厘清生态系统服务权衡关系的驱动因素对实现生态系统高效管理至关重要。然而,在不同气候区生态系统服务权衡关系在空间上如何变化及其驱动机制是否一致,尚不清楚。以川滇-黄土高原生态屏障带为例,基于InVEST模型、CASA模型评估生态系统服务空间分布特征,采用RMSE量化生态系统服务权衡关系,利用地理探测器探究不同气候区生态系统服务权衡的驱动机制,以期为生态系统管理提供参考依据。结果如下:(1)不同生态系统服务在不同气候区存在明显差异,WY整体由东北向西南呈递减趋势,NPP和SC呈现由北向南递减的趋势。(2)WY∩NPP的权衡最高值在中温带为0.317,最低值在高原气候区为0.181。WY∩SC在不同气候区RMSE变化幅度较小,由南向北呈现递减趋势;中亚热带气候区WY∩SC的权衡程度最高,为0.295,南温带的权衡程度最低,为0.229。NPP∩SC的RMSE差值最小,仅有0.064,高原气候区权衡程度略低于温带和亚热带。(3)在不同气候区自然因素对权衡关系作用显著高于社会因素,但在人口密集区,人为活动可以部分突破自然因素的约束,使其对权衡的影响有所提升。因此,在制定不同气候区生态系统服务管理的针对性措施时,应考虑生态系统服务权衡的空间特征和驱动因素的差异性。

胡杨叶功能性状的协同与权衡及对树龄、土壤因子的响应

【目的】探究不同树龄胡杨叶功能性状的特征及其影响因素,揭示胡杨叶功能性状的种内变异及其适应特性,为胡杨的保护与管理提供理论依据。【方法】以不同树龄的胡杨为研究对象,通过相关性分析和方差分解等方法,研究胡杨叶片形态、光合生理、养分性状的变化特征以及对树龄和土壤因子的响应。【结果】随着树龄的增加,叶干物质含量、叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量以及叶片碳、氮、磷含量呈增加趋势,而比叶面积、叶厚度呈减小趋势。各叶功能性状之间存在一定的相关性,其中叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量与叶片碳含量、叶氮含量、叶磷含量、叶干物质含量协同变化,与比叶面积和叶片厚度权衡变化,并且性状间的关系受树龄调控。比叶面积、叶干物质含量、叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶碳含量、叶氮含量、叶磷含量主要受土壤pH和树龄的影响,叶片厚度、叶绿素总量主要受土壤氮含量和树龄的影响,表明树龄、土壤pH、土壤全氮含量是胡杨叶功能性状的主要影响因子,并且与土壤因子相比,树龄对叶功能性状变异的解释率更高,可以解释胡杨叶功能性状15.1%~38.1%的变异。【结论】随着树龄的增加,胡杨通过一定的性状变异和性状组合适应环境的变化,各叶功能性状的影响因子不同,其中树龄和土壤因子共同调控叶功能性状的变化,并且树龄在决定胡杨叶功能性状变异方面可能起着更为关键的作用。

高寒草地植物群落地上-地下净初级生产力权衡

植物生产力分配和权衡是植物生态学研究中的热点,反映植物对环境的适应性,是了解植物响应全球气候变化的关键。青藏高原作为气候变化敏感区,研究其植物地上与地下部分权衡对了解高寒草地植被生存策略和生态系统可持续发展具有重要意义。目前,生物量分配调控机制已被广泛研究,但主要使用植物根冠比和地上-地下生物量比等方法来表征植物分配模式,缺乏考虑因植物生长周期导致的差异。使用青藏高原高寒草地103个样点的地上和地下净初级生产力数据,分析高寒草甸和高寒草原两种主要草地类型的地上-地下净初级生产力权衡关系。利用气候因素和土壤因素等相关数据,结合方差分析、相关分析、相对重要性分析和结构方程模型的方法,探究环境因素对两种草地类型地上-地下净初级生产力权衡的影响机制。研究发现:(1)高寒草甸的地上净初级生产力、地下净初级生产力和土壤养分含量显著高于高寒草原(P<0.05);(2)高寒草地植被生产力均向地下权衡(0.0199),且高寒草原(0.0354)的权衡值高于高寒草甸(0.0173);(3)结构方程模型发现,年平均降水量、土壤容重和土壤速效氮含量是影响高寒草甸生产力权衡的主导因子,而年平均温度和年平均降水量是影响高寒草原生产力权衡的主导因子。研究表明高寒草甸的生产力权衡主要受气候和土壤因素共同影响,而高寒草原主要受气候因素调节。研究为理解植物地上-地下生物量分配调控机制提供了新的视角和方法,对系统了解高寒草地生物量分配模式和准确预测高寒草地植被动态过程具有指导意义。

千岛湖流域生态系统服务时空变化及权衡协同关系研究

基于1995—2019年6期多源数据和生态系统服务评估模型,对千岛湖流域产水量、土壤保持、碳储量以及生境质量服务进行评价,并采用热点分析和相关分析来探究4项生态系统服务功能之间的权衡协同关系。结果表明:1995—2019年千岛湖流域产水量和土壤保持量呈现先减少后增加再减少的变化趋势,碳储量和生境质量缓慢增加;除产水服务外,其他3项服务的高值区整体上具有一定的重叠性,产水服务高值区主要集中在流域西部和中部湖泊沿岸区域。综合来看,非热点区面积占比最高,Ⅳ类热点区面积占比最低,多重生态系统服务供给区主要分布在中高地形梯度区,非热点区和单一服务供给分布在低梯度区;在千岛湖流域,协同关系是生态系统服务间的主导关系,其中产水量和碳储量为权衡关系,产水量和生境质量以及产水量和土壤保持之间的权衡协同关系在不同年份表现不同,土地利用类型、植被覆盖度以及高程是生态系统服务权衡关系的主要影响因子。千岛湖流域生态系统服务空间分布具有明显的异质性,其权衡协同关系存在差异。研究结果可为流域生态规划和社会经济发展提供科学依据。

基于土地利用和地形的生态系统服务空间分布及权衡-协同-独立关系——以安塞区为例

[目的]生态系统退化问题日益突出,开展生态系统服务空间分布及其相关关系研究对区域生态文明建设具有重要意义。[方法]基于InVEST和CASA模型,在10 m空间分辨率下定量评估安塞区2020年土壤保持、固碳释氧、水源涵养和生境质量及其随地形和土地利用变化趋势,分析生态系统服务间权衡—协同—独立关系。[结果](1)林地和草地生态系统服务较强,未利用地和建设用地较弱;耕地、林地和草地生态系统服务间协同作用明显,而未利用地表现为权衡作用,水域表现为独立作用。(2)土壤保持量最高值在中低海拔、急悬坡和半阴坡,固碳释氧量最高值在中低海拔、陡峭坡和阴坡,涵养水源量最高值在低海拔和阳坡,生境质量最高值在高海拔、急悬坡和阳坡。(3)地形和土地利用视角下,生态系统服务整体表现为协同度>独立度>权衡度,协同作用常发生在土壤保持、固碳释氧和水源涵养之间,生境质量与其他生态系统服务权衡作用明显。(4)协同作用随着海拔升高和坡向向阳程度加强而提升,随着坡度增加呈先升高后降低变化趋势,权衡则与之相反。[结论]土地利用和地形对生态系统服务影响较大,应因地制宜开展土地规划和生态管理,基本证明了退耕还林还草生态恢复措施与其地形气候的适应性和决策的正确性。

长江经济带生态系统服务时空变化及权衡/协同关系研究

长江经济带是生态文明建设的先行示范带,探明生态系统服务时空变化及权衡/协同关系,对区域生态环境可持续发展具有重要意义。基于土地利用转移矩阵、修正的当量因子法、敏感性指数、空间自相关分析及Pearson相关系数等方法,定量分析了长江经济带2000—2020年土地利用情况及其对生态系统服务的时空响应,并探究了各生态系统服务的权衡/协同关系,结果表明:长江经济带土地利用类型主要为林地、耕地和草地,其中转出面积和转入面积最多的分别为耕地和林地;长江经济带生态系统服务价值由2000年的70195.01亿元增长至2020年的70426.23亿元,增长率为0.33%;生态系统服务以水文调节、气候调节、土壤保持和气体调节为主;长江经济带生态系统服务价值的空间分布表现为上游>中游>下游;研究区生态系统服务价值空间分布的集聚效应显著,高高集聚区集中在上游地区,低低集聚区集中在下游的江苏省和安徽省等,低高集聚区集中在四川省攀枝花市;协同关系是长江经济带生态系统服务的主导关系,协同关系占比为63.64%。

碳权衡视角下建筑全生命期减排有效性研究

基于全生命期混合分析评估法,建立建筑全生命期碳排放核算模型,以夏热冬冷地区某办公建筑为例,开展建筑全生命周期碳排放核算。并与同一气候区下的传统建筑、近零能耗建筑从建筑寿命、建筑材料回收利用率角度进行比较,开展建筑全生命期碳排放权衡研究。结果显示:案例建筑全生命期内建材生产、运输、建造拆除及建筑运营阶段碳排放占比分别为65.8%、1.0%、2.4%、30.8%;将建筑减排水平提升至近零能耗,当建筑寿命低于45年时,全生命期减碳有效性较案例建筑稍有降低,延长建筑使用寿命能够增强建筑全生命期减排有效性;建材回收利用能有效减少隐含碳的投资回收期,传统建筑受影响程度更大,更适用于建筑节能改造。

解码转发全双工能量收集最大的多认知中继网络能效谱效权衡

在无线携能(SWIPT)支持下的全双工多认知中继网络中,为使能效谱效最大,选择能量收集最大的中继进行解码转发,以此形成一个能效谱效权衡最优化问题,采用变量变换和凹凸过程优化方法将该问题转换为凸优化问题。当权衡因子为0时,该优化问题等价于使谱效(SE)最大的优化问题;当权衡因子为1时,该优化问题等价于使系统消耗的能量最小问题。为求解该优化问题,提出一种可以直接得到使能效(EE)最大的权衡因子的改进算法,通过联合源节点发射功率和功率分割因子进行优化。所提算法分为两步:首先固定功率分割因子,得到使EE最优的源节点发射功率和权衡因子;其次,固定最优的源节点发射功率,利用能效谱效与功率分割因子之间的关系,求得最优的功率分割因子。仿真实验结果表明,相较于剩余其他中继组成的网络,能量收集最大的中继网络在EE和SE上都更优。在能效谱效方面,与只优化发射功率的方法相比,所提算法的EE提高了63%以上,SE提高了30%以上;所提算法EE和SE与穷举法相差不大,同时算法收敛较快。

基于森林生态系统服务权衡与协同的森林可持续管理

森林是水库、钱库、粮库、碳库,提供多种生态系统服务,对缓解全球气候变化、维护国土生态安全和促进经济社会可持续发展具有基础性、战略性作用。科学认识不同森林生态系统服务间的权衡与协同对实现森林多重效益和开展森林可持续管理至关重要,但森林生态系统服务间的协同或权衡关系存在较大不确定性、因不同研究而异,导致如何通过森林经营实现森林生态系统多种服务成为关键挑战。全面梳理森林生态系统多种服务之间协调与权衡研究现状后发现:(1)研究聚焦森林碳汇、木材供应、生物多样性、森林游憩等多种服务之间的关系与影响因子;天然林的协同效应高于人工林,林龄、林分密度、树种组成、气温、海拔、社会偏好、管理政策等是主要驱动因素;(2)对比不同森林经营模式或管理措施对森林生态系统多种服务的影响,可持续经营是协同实现森林多种效益的有效途径;(3)气候变化与森林生态系统多种服务之间的相互作用取决于气候因子种类与变化程度、森林类型、森林管理方式、区域环境等,当前重点围绕IPCC发布的未来气候变化情景开展研究;(4)借助InVEST、FSOS、CASA等工具,模拟优化森林管理情景,探索兼顾森林多目标的管理方案。同时,系统总结现有研究和森林可持续管理面临的突出问题:(1)森林生态系统多种服务间权衡协同的形成机理和驱动机制仍不清晰;(2)未考虑全部的森林生态系统服务、森林类型、影响因素、森林管理方式和气候因子等;(3)缺乏跨多种时间、空间、尺度的数据融合,也未融入森林生长动态过程、不确定性和风险分析;(4)模拟空间精度较低、运行机制简单和情景不完善导致优化森林生态系统多种服务的模型无法推广;(5)森林管理设备和理念落后、资金投入和科技支持能力不足、森林质量不高、森林更新滞后等;(6)森林资源管理一体化的技术体系不完善。在此基础上,提出协同实现森林生态系统多种服务的森林可持续管理发展趋势与建议:树立人与自然和谐共生的中国式现代化森林经营理念,倡导基于自然的森林可持续经营,推行增强气候韧性的森林可持续经营,坚持系统观念精准提升森林质量,完善森林经营的技术规程、标准和政策体系。

金沙江下游梯级水电工程库区生态系统服务价值演化及权衡协同关系

基于生态系统服务变化指数、相关分析及空间自相关等方法,对金沙江下游梯级水电工程库区2005—2018年生态系统服务价值进行定量分析,探索库区生态系统服务权衡协同关系的时空演变规律。结果表明:(1)2018年库区生态系统服务价值达到940亿元,研究期间生态系统服务价值总量增加42亿元。(2)库区生态系统服务价值空间分布较为稳定,呈现南高北低格局,空间相关类型均为正相关,生态系统服务价值增益地区集聚于金沙江沿岸。(3)库区生态系统支持服务与供给、调节、文化服务之间表现为权衡关系,供给、调节、文化服务两两之间表现为协同关系,各乡镇生态系统服务的相关关系以协同关系为主。研究结果进一步证明水电工程的实施能改善库区生态系统服务功能,为库区环境保护和土地资源可持续利用提供技术支撑。

长江三角洲城市群生态系统服务协同权衡的时空异质性

借助In VEST模型对长江三角洲城市群2000~2020年生境质量(HQ)、碳储存(CS)、产水服务(WY)3种生态系统服务的时空格局及演变特征进行刻画,并采用差异比较法进一步探究生态系统服务之间的权衡与协同关系,最后利用地理加权二元逻辑回归分析自然因素和社会因素对生态系统服务间权衡协同关系的空间异质性.结果表明:(1)2000~2020年,长江三角洲城市群生境质量与碳储存均呈现下降的趋势,生境质量下降幅度为3.85%,碳储存下降幅度为0.51%;产水服务在2000~2020年间变化较大,总体增加87.56%.(2)2000~2020年,长江三角洲城市群3对生态系统服务均存在较强的时空异质性.产水服务-生境质量及产水服务-碳储存以权衡关系为主,生境质量-碳储存整体呈现协同状态.(3)建设用地面积和年平均温度变化相比于其他因子而言,对生态系统服务权衡协同的空间非平稳响应更加强烈.总之,长江三角洲城市群3种生态系统服务之间协同与权衡具有显著的时空异质性,且影响因素的正负性及强度也具有时空异质性.

基于权衡因子和多维空间度量的高鲁棒性图像分割算法

图像分割是计算机视觉的重要研究方向。聚类算法作为一种无监督的方法,一直是图像分割的有力工具。然而,当图像存在高强度噪声和复杂结构时,聚类算法的分割效果可能不理想。针对这一问题,提出了一种高鲁棒性的图像分割算法,该算法基于权衡因子和多维空间度量。首先,引入了一个权衡因子,通过调节该因子,可以有效地降低噪声对分割结果的影响。其次,结合了低维和高维的空间度量,能够捕捉图像中的线性和非线性特征。并更好地理解图像中的复杂结构和纹理,从而提高分割的准确性和鲁棒性。最后,利用改进的模糊聚类算法实现了图像分割。为了验证该算法的性能,在合成、自然和医学图像上进行了大量的实验,结果显示,该算法在分割性能上明显优于其他算法。

湖南省“3+5”城市群农业功能权衡-协同特征及优化研究

农业各功能之间保持着相互增进的协同关系或此消彼长的权衡关系。本研究以湖南省“3+5”城市群地区的县(区)为研究单元,从生产功能、生态功能和生活功能3个维度构建农业功能评价指标体系,利用熵值法、Spearman秩相关系数法和双变量局部空间自相关模型等对农业功能演变及协同-权衡关系进行测度。结果表明:(1)农业生产功能整体呈增强态势;农业生活功能呈先上升后下降的趋势;农业生态功能往城市群外围扩散。(2)在协同与权衡关系上,农业生产功能和其他两项功能空间分布变动较大,具有较强的不稳定性,生产功能和其他两项功能的协同与权衡关系在空间分布上较为稳定。(3)功能分区上可划分为5种组合类型:生产功能优势区、生活功能优势区、生态功能优势区、多功能并重区和农业功能弱势区。

河北省宁晋县生态系统服务时空演变权衡分析

以宁晋县为研究区,基于土地利用/覆被社会经济统计资料等数据,评估不同时期的生态系统服务价值,分析其损益变化权衡关系的时空规律。结果表明:1995—2019年生态系统多功能性、生产功能和生态功能整体呈先增加后减少;气候调节、养分固持、气体调节功能呈增加趋势;水源涵养功能明显下降;污染物容纳功能持续降低。耕地面积减少导致流失的生态系统服务最大。生态系统多功能性、生态功能、水源涵养功能与其他功能由协同关系变为权衡关系。