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。

青藏高原生态屏障区环境基本公共服务的非均衡性及其成因——基于青海村镇居民点的实证分析

环境基本公共服务是青藏高原生态屏障区生态环境治理及农牧民人居环境品质提升的关键环节,揭示其配置均衡状态及失效原因,对提升青藏高原环境基本公共服务均等化水平、降低生态屏障区内人类活动的生态环境胁迫风险具有重要意义。以青海省4315个村镇居民点为对象,选取生活垃圾处理、生活污水处理、卫生户厕改造3项特征指标,定量测度村镇环境基本公共服务配置非均衡性,运用有序多分类及二元逻辑斯蒂回归模型解析非均衡性的生成原因。结果显示:青海环境基本公共服务水平总体偏低,处于低和极低等级的村镇居民点占37.13%和37.84%;环境基本公共服务非均衡性受配置成本、人口社会、经济收入和基层管理因素的多重影响,自然地理的高寒性和交通区位的偏远性是生成非均衡性的重要因素;人口社会因素的规模报酬递增效应使非均衡性加剧,大分散、小聚居的农牧民定居点通常是服务配置的弱势区域,经济收入和基层管理因素分别是非均衡性加剧的内因和外因。建议在青藏高原生态屏障区实施递进式均衡配置模式及适应性管理,建立就地消纳与跨区处理结合的弹性生活垃圾处置体系,推广耐低温分散化污水处置模式和生态化处置技术体系,适应高寒环境的户厕改造技术研发和农牧民环境伦理教育并重提升卫生户厕配置率。

基于DPSIR模型的黄土高原生态敏感性演变格局及驱动力分析

摸清生态系统敏感性时空演变格局,对其驱动因素及未来发展趋势进行探测是修复和提高生态系统稳定性的重要内容。黄土高原是世界上水土流失最严重和生态环境最脆弱的地区之一,探究该地区生态敏感性时空演变特征及驱动因素,科学划分生态敏感性治理分区对于促进国家生态文明建设具有重要意义。基于“驱动-压力-状态-影响-响应”(driving-pressure-state-impact-response,DPSIR)框架,耦合空间距离指数和全排列多边形图示指标法构建生态敏感性指标体系,使用地理信息演变图谱和地理探测器研究黄土高原2000—2020年5个时间点生态敏感性时空格局和驱动力,最终划分生态敏感性治理分区。结果表明:(1)研究期内黄土高原生态敏感性表现为西北高、东南低的分布特征,时间上先增加后下降。(2)研究期内黄土高原生态敏感性转移类型以波动稳定型为主,生态改善区面积占比最大(35.17%),变化0次和1次的面积占比62.06%,生态环境演变稳定向好。(3)生态敏感性的各驱动因素中,NDVI和降水量以及两者与其他因子的交互作用对于黄土高原生态敏感性具有明显的驱动作用。(4)2030年低度敏感将成为黄土高原的主要敏感类型;沙地和农灌区以及黄土高塬沟壑区的中西部是生态敏感性治理的重点地区。整体来看,黄土高原生态环境有所好转,生态治理措施取得了积极成效,该研究可为黄土高原生态治理及高质量发展提供参考。

青藏高原生态屏障区生活垃圾治理生态环境风险及应对路径——以青海省为例

生活垃圾治理失效导致的污染胁迫已成为青藏高原生态安全屏障建设面临的突出威胁,精准评估城乡生活垃圾治理的生态环境风险并科学制定应对路径,对改善人居环境品质、筑牢生态安全屏障具有重要意义。以青海省4306个居民点为研究对象,在定量测度城乡各类生活垃圾的产生量及其治理水平基础上,从生活垃圾治理体系的收集、转运与处理全过程视角,综合考虑危险度、暴露度、脆弱度因子构建生态环境风险评价指标体系,应用基于主客观综合赋权的TOPSIS方法和风险管控障碍度评价方法,多尺度评价生活垃圾治理生态环境风险并识别管控阻滞因子。结果显示:青海省城乡生活垃圾产生呈整体分散、局部组团式集中分布特征,全省生活垃圾集中治理率仅62.33%;全省生活垃圾治理的生态环境风险总体处于中风险等级,属于中高风险及高风险等级的居民点占36.90%,且河湟谷地区向柴达木盆地区、环青海湖及祁连山地区和青南高原地区呈风险递增;现行生活垃圾治理体系在镇级转运环节的生态环境风险最高,在祁连山脉、昆仑山脉东段以及青南高原峡谷地带转运风险突出;自然地理环境高寒性、分散式垃圾处理技术滞后性是风险管控的主要阻滞因子。建议以生活垃圾全处置和生态环境零胁迫为导向,采取补齐生活垃圾治理的软硬件短板、建立高效收集与处理的奖补政策机制、强化城镇与农牧居民环境伦理教育等举措,综合提升生态屏障区生活垃圾治理效能;基于青藏高原城乡聚落与生活垃圾产污分散性,充分顾及其治理全过程的生态环境风险,将生活垃圾治理体系配置的基本单元由县域下沉至镇域尺度,因地制宜实施城乡一体化治理、乡镇集中治理、村分散治理等镇域片区治理模式。

基于生态功能区划的黄土高原生境质量演变及模拟

黄土高原是中国“两屏三带”生态安全格局的重要组成部分。基于1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年、-2020年土地利用数据,运用InVEST模型、CA Markov模型分析黄土高原生境质量时空演变特征,并探讨自然因素、人类活动及多因素景观格局对生境质量的影响。结果表明:黄土高原生境质量指数整体较好,生境质量指数均值为0.6051~0.6117,生境质量在空间上呈现高高聚集、低低聚集的两极集聚特征;生态保护情景下2030年黄土高原生境质量将明显上升,城市发展情景下2030年生境将退化严重,按生态保护情景发展,黄土高原农业与草原生态区、太行山山地落叶阔叶林生态区、秦巴山地北部边缘落叶与常绿阔叶林生态区生境质量将提升;从不同影响因素看,人口密度是各生态区生境破碎化的主要驱动因子。

黄土高原生态分区探讨

生态分区是生态系统和自然资源合理管理及持续利用的基础,合理的生态分区可为生态环境建设和环境管理政策的制订提供科学依据。在综合分析黄土高原生态环境特点的基础上,阐明了本区的生态地位及存在的主要生态问题。综合考虑黄土高原自然生态特点及其所构成的空间组合的相似性和异质性,提出了黄土高原生态分区的原则、依据及指标系统。通过对气候、土壤、植被等生态系统要素和社会、经济因素进行聚类分析,将黄土高原划分为七个一级生态类型区,并讨论了各区建设生态屏障的区域布局、建设途径及任务。

青藏高原黄土高原过渡带人工林土壤生态化学计量特征

选取青藏高原黄土高原过渡带青海云杉、祁连圆柏、油松、华北落叶轮、青杨、白桦6种人工林土壤作为研究对象,并以荒草地作为对照,探究人工林土壤碳(C)、氮(N)和磷(P)生态化学计量特征及其影响因素。结果表明:6种人工林土壤C、N和P质量分数范围分别为11.34~20.86、1.16~1.74和0.51~0.72 g/kg,人工林土壤养分质量分数均高于荒草地,表明植被对研究区土壤养分有一定改良作用。林型及土层深度对土壤化学计量比具有一定影响。6种人工林土壤C/N和C/P范围分别为9.30~11.60和16.56~41.98,阔叶林土壤C/N和C/P大于针叶林,其中青杨林显著高于其他林型(P<0.05),表现为较强的固磷潜力。土壤C/N随土层的加深而减小,变异系数较小,C和N随土层深度的变化具有趋同性;不同林型C/P和N/P随土层深度的变化无明显规律。N/P值在1.71~3.64之间,N素是该区域土壤养分主要限制元素。土壤养分及其化学计量比与土壤饱和导水率及碱解氮有显著相关性(P<0.05)。研究区人工林对土壤养分具有改良作用,且阔叶林优于针叶林,研究成果可为该区植被恢复建设及人工林抚育管理提供理论参考。

西部黄土高原区公路交通建设与生态环境保护

根据西部黄土高原区生态环境特征和西部交通建设的特点,提出公路交通建设中面临的主要生态问题,重点对西部交通建设中主要的生态环境问题进行了分析,在此基础上,建议在公路工程建设中应采取的生态环境保护措施。

黄土高原城市创新效率及影响因素

黄土高原生态脆弱区位于多个生态区交界位置,该地区生态环境易受损且恢复时间长,由于生态脆弱区的特殊性,位于区域内的城市在响应创新发展、高质量发展时要面临更多的困难.该文选取黄土高原生态脆弱区2012年—2018年7省24个城市为研究对象,基于DEA-Tobit模型对城市创新效率及影响因素进行评价和分析,利用ArcGIS对黄土高原地区创新效率的时空演变格局进行可视化.主要结论包括:黄土高原地区城市创新效率在空间上呈现出不平衡的发展态势,空间差异显著;时间特征上呈现出效率逐年提高的态势,部分城市创新效率呈现快速发展的趋势,2018年有16个城市达到区域高创新效率水平.从影响因素的结果分析来看,教育水平和经济增长对区域创新效率具有正向效应,不合理的产业结构及财政支出对区域创新效率具有负向效应.根据结果得出如下政策建议:1)政府要保证创新技术相关政策落地,营造鼓励创新氛围;2)切实推进环境保护与经济协同发展;3)建立长期有效环境保护修复机制,保证生态补偿工作顺利进行;4)关注黄土高原三大工程,创新工程技术,减少对生态脆弱区的生态破坏.对生态脆弱区内城市创新效率及影响因素进行研究并提出有针对性的建议,以期为生态脆弱区高质量发展和城市可持续发展提供借鉴和参考.

中国黄土高原植被覆盖变化分区研究

在遥感技术的支持下,利用2000-2011年12期的MODIS-NDVI影像数据,采用均值法与差值法、一元线性回归分析法和偏差分析法,对黄土高原不同生态功能区的植被覆盖时空变化进行了分析。结果表明:近12年,黄土高原不同区域植被覆盖变化总体呈增加趋势,但植被趋好的幅度逐渐下降。通过分区研究发现:半湿润甘陕晋黄土丘陵沟壑区(B区)和半干旱甘陕宁晋青黄土丘陵区(C区)以植被的中、高度改善为主,半干旱蒙宁陕高原区(D区)以轻微改善为主,所占比例高达59.6%。半湿润汾渭盆地区(A区)和半干旱黄河河套平原区(E区)有轻微退化现象。其中,D区和E区植被的轻微变化主要受降水和气温的影响。B区和C区由于植被保护政策的实施,植被覆盖明显增加。

黄土高原地区流域生态空间管控模式

流域尺度的生态空间管控是落实黄土高原地区高质量发展的重要空间蓝图,充分体现了中国生态空间规划与管控思路的转变。该研究为解决黄土高原地区流域生态空间管控低效、无序开发的难题,通过梳理国土空间规划下的流域生态空间管控内涵特征,提出了基于生态水文过程的流域生态空间管控研究框架,从要素与分区两个层面构建了“水文过程刚性约束,生态要素弹性管控”的要素管控模式以及“纵向分层传导,横向制约管控”三层双向的流域生态空间分区管控模式。通过在旬邑三水河流域进行实践应用,从“空间结构布局-片区功能指引-单元指标控制”的管控途径入手,划分3级生态空间分区,梳理出75条生态廊道,提出3种村庄类型;同时确定了三大功能片区及21个管控单元;最后以C-04管控单元为例,将土地利用、村庄发展、景观格局及水文过程等控制指标及指引策略进行整合与落位,可为三水河流域生态空间修复与综合治理提供决策依据。研究结果对黄土高原地区的生态环境改善提供了科学的方法指引,有利于提高中国流域尺度下的国土空间管控的操作性与实施性。

基于“重要性—敏感性—景观特征”的黄土高原生态屏障带生态空间网络构建

[目的]分析生态空间网络结构与土壤保持量的关系,为提升黄土高原屏障区生态系统服务提供对策与建议。[方法]本研究从生态系统服务重要性、生态敏感性、景观稳定性三方面,识别生态源地,构建生态空间网络,并分析生态空间网络拓扑结构与土壤保持量的关系。[结果](1)西南秦岭一带水源涵养量高,吕梁山脉西侧—黄龙山东侧及子午岭西侧的区县土壤保持量低,秦岭及子午岭主脊东侧生物多样性高。西部地区生态环境较敏感,区域整体景观格局较稳定。(2)生态源地总面积为46 245 km^(2),占全区的38.8%;生态廊道共125条,共长9 071.40 km。(3)生态节点共142个,源地节点的度与土壤保持量呈正相关。[结论]基于“重要性—敏感性—景观特征”构建的生态空间网络准确可行,应重点加强对薄弱节点及度值较低的源地节点的建设,使生态用地的土壤保持服务发挥更大的生态效益。

青藏高原生态屏障区生态环境脆弱性评价研究

青藏高原生态屏障区生态环境作为我国生态安全建设重要组成部分,研究分析其生态环境脆弱性具有重要的理论和现实意义。以生态评价理论研究为基础,采用层次分析法与主成分分析法,选取12个具有代表性的评价指标,对青藏高原生态屏障区生态环境脆弱性进行评价,并根据生态环境脆弱性指数EEVI,进行生态环境脆弱性定量分析。

不同植被带生态恢复过程土壤团聚体及其稳定性——以黄土高原为例

为分析黄土高原不同植被带植被恢复对土壤团聚体分布特征及其稳定性的影响,以黄土高原从北到南不同纬度梯度分布的3个典型植被类型区域(草原带、森林草原带和森林带)为研究对象,对不同植被类型和恢复年限下的土壤团聚体分布及其稳定性进行了研究.结果表明:不同植被带对土壤团聚体分布及其稳定性影响显著,大于0.25mm团聚体含量(WR0.25)、水稳性团聚体平均重量直径(EWMD)、水稳性团聚体几何平均直径(EGMD)和有机质含量(SOM)整体上均表现为:森林带>森林草原带>草原带.不同植被带下不同恢复类型对土壤团聚体及其稳定性影响不一,森林草原带表现为灌木>草地>乔木,森林带则表现为乔木>草地.随植被恢复年限增大,各种恢复类型WR0.25、EGMD、SOM整体呈逐渐增加趋势,团聚体结构破坏率(PAD)和可蚀性因子(K)呈现相反的变化趋势;分形维数(D)无显著差异.冗余分析表明,植被带对土壤团聚体及其稳定性的影响最大,其次是恢复年限,恢复类型与植被带和恢复年限具有较强的交互作用.本研究有利于加强对区域生态恢复过程机理的认识.

黄土高原-青藏高原过渡带人工林植被数量分类及环境解释

【目的】对黄土高原-青藏高原过渡带人工林植被进行数量分类,分析群落组成特征与环境因子的关系,探明林草植被恢复过程中的环境限制因子,保证植被恢复过程中人为干预的科学性和准确性。【方法】以青海省大通县安门滩小流域人工林为研究对象,对该类型生态过渡区典型退耕人工林植物群落进行调查,采用双向指示种分析法(TWINSPAN)对小流域内植物群落进行分类,同时使用典范对应分析(CCA)探讨植被组成特征并对相关环境因子进行排序。【结果】TWINSPAN将安门滩小流域23个样地划分为8个群丛类型,其中群丛Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ是以青海云杉+祁连圆柏+油松-早熟禾为代表的缓生针叶树种-喜阳草本群丛,群丛Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ是以青杨+华北落叶松-唐松草为代表的速生树种-耐荫草本群丛。CCA结果表明,人工林群落的组成特征与土壤全磷、含水量、速效钾以及林分郁闭度显著相关(P<0.05)。在目前造林阶段,缓生树种林下伴生草本对资源的大量占据延缓了植被恢复进程,林分生长受到氮元素的限制;速生树种的生长主要受到土壤含水量的限制。【结论】在黄土高原-青藏高原过渡带人工林生态恢复进程中,应根据植被群落的类型进行科学分类管理和持续监测,改善缓生树种的生长条件,调整速生树种的密度和林下层次结构,确立科学的造林营林模式。

陇东陇中黄土高原地区生态系统健康现状及生态安全屏障建设评价研究

促进生态系统健康发展,构筑国家西部生态安全屏障是甘肃省在全国生态文明建设中的关键定位。通过评价陇东陇中黄土高原地区生态系统健康现状及生态安全屏障建设情况,为其将来生态安全屏障建设提供决策支持。选用P-S-R模型框架、客观熵值法、模糊数学理论、综合指数(EQ)法,从生态经济(P)、生态环境(S)、生态社会(R)3方面构建了评价指标体系,确定了P、S、R生态系统健康现状级别,综合对比了各市县生态安全屏障建设情况。结果表明:(1)试验区生态经济(P)、生态环境(S)隶属度值分别为0.1030、0.1082,现状属"较健康"等级,生态社会(R)隶属度值为0.0967,现状处于"临界健康"等级,综合健康指数隶属度值为0.3590,总体现状属"临界健康"等级,生态系统健康响应一般。(2)生态安全综合指数为0.7752,生态安全屏障建设处于良好、较安全状态。平凉市综合指数最高(0.8092),属安全状态,庆阳市(0.7927)、定西市(0.7244)次之,会宁县偏低(0.6552),均属较安全状态,反映生态安全屏障建设成效显著,但仍存在自然生态系统脆弱、经济投入不足、环境污染治理压力大、生态环境风险防范能力弱等问题。(3)综上,生态安全屏障可以继续进行恢复与重建,建议提高试验区居民生态建设意识,减少人为因素破坏;加强山洪易发区域及重点流域水土流失防治工作;创新投入机制,加强科技支撑,完善生态补偿机制。

近60a黄土高原地区降水集中度与集中期时空变化特征

全球气候变暖背景下,厘清黄土高原地区降水集中度(PCD)和集中期(PCP)时空变化规律,对该区水土保持及水资源利用具有重要意义。基于1960—2019年黄土高原地区55个气象站点逐日降水观测资料,利用趋势分析、空间插值、相关分析等方法,分析了近60 a及退耕还林(草)工程前后黄土高原PCD与PCP时空变化特征。结果表明:(1)1960—2019年黄土高原年均降水量呈减少趋势,年均PCD逐渐减弱、PCP逐渐提前。(2)黄土高原地区年均降水量和PCD自东南向西北递减,PCP自东向西逐渐递减,但差异不大。PCD变化趋势自东北向西南呈“下降-上升-下降”相间分布,PCP表现出东部推迟、西部提前的态势。(3)退耕还林(草)工程后,黄土高原年均降水量增加、PCD减弱、PCP推迟。降水量自东向西呈“偏少-偏多”相间分布,其变化趋势以偏多为主;PCD自东北向西南呈“偏低-偏高-偏低”分布规律,其变化趋势以偏低为主;PCP以偏高为主,偏高幅度呈南多北少、东多西少态势,其趋势变化也以偏多为主。(4)1960—2019年黄土高原地区PCD、PCP与年降水量皆以正相关为主。

甘肃省黄土高原生态治理技术研究

甘肃黄土高原地处黄土高原西部,其生态治理在构建西北及全国生态安全屏障建设中具有重要战略地位。为了系统、科学地开展生态环境治理,针对区域地貌及生态特征、区域差异性、经济发展及生态功能定位进行了分析,提出了分区治理方略和技术措施,以期更好地指导区域生态治理、完善水土流失防治体系。

黄土高原边缘地区生态安全评价与分析——以山西省大同市为例

生态安全是指人类在生产、生活与健康等方面不受生态破坏与环境污染等影响的保障程度。区域生态安全研究具有宏观性和针对性的特点,评价标准具有相对性和发展性。在背景调研及深入剖析黄土高原边缘地区生态系统特点基础之上,应用科学发展观理念构建了包括资源生态环境压力、质量和保护整治能力三方面指标在内的评价体系框架,并以山西省大同市为例,论证了该指标体系的科学性和实用性。

黄土高原植被覆盖变化对生态系统服务影响及其阈值

黄土高原是退耕还林工程的核心区域,是中国生态恢复成效最显著的区域。明确黄土高原植被恢复对生态系统服务的影响,识别植被影响的阈值效应,是学术研究和管理实践共同的需求。然而,目前相关研究仍存在研究空缺,特别是在区域尺度对生态系统服务随植被变化阈值进行识别的研究较少。本文选择植被覆盖度(FVC)为指标表征2000—2015年黄土高原植被恢复情况,以土壤保持服务、产水服务和碳固定服务为指标表征研究区生态系统服务情况,对二者的时空变化及交互作用进行分析,评估植被覆盖变化对生态系统服务的影响,并对影响的阈值进行定量识别。结果显示:①2000—2015年黄土高原植被显著恢复;生态系统服务变化差异明显,碳固定服务明显增强,土壤保持服务得到一定改善,产水服务较为稳定。②植被覆盖变化与生态系统服务变化的相关程度存在差异,植被覆盖与碳固定服务的关联性最强,其次为土壤保持服务。③植被覆盖增加能够促进区域生态系统服务总体提升,但促进作用存在阈值效应。植被覆盖影响的阈值在林地区、林地—草地区、草地区和草地—沙漠区分别为44%、32%、34%和34%,超过上述阈值,植被覆盖增加的促进作用趋于减弱。