土地利用生态位理论构建与应用

借鉴生态位理论在土地利用方面应用研究的基础上,明确界定了土地利用生态位的概念与内涵,系统构建了土地利用生态位的态势理论、扩充与压缩理论、适宜度理论和构建理论,并建立了相关测度模型。以兰州市为例,分析了兰州市土地利用数量生态位变化情况,结果表明:1997-2006年期间,兰州市土地利用数量生态位的"势"与"态"变化差异较大,说明兰州市随着人口数量的增加、区域经济的快速发展、工业化城镇化进程的加快对土地的利用效率提高的同时,生态建设与环境破坏并存。同时,在1997-2006年兰州市耕地、牧草地数量生态位内总体上处于压缩状态,而林地、建设用地数量生态位总体上处于扩充状态;兰州市各县区土地利用生态元生态位扩充压缩度差异较大,反映土地利用生态位空间变化特征。     

黑河流域水-生态-经济发展耦合模型及应用

以系统动力学模型为依据,根据黑河流域生态系统、生产系统和生活系统相互作用形成的水-生态-经济协调发展耦合关系式,建立了黑河流域水-生态-经济协调发展耦合模型;通过动态模拟和综合调试,从众多实验方案中选择生成水-生态保护型发展方案 (WEP)、水-经济高效型发展方案 (WEH)、水-生态-经济协调型发展方案 (WEE) 3种有效方案。认为WEE方案耗水量介于WEP和WEH之间,经济效益和生态环境效益都比较显著,同时兼顾了黑河流域的经济发展目标和生态环境保护目标,虽然单纯从经济发展或生态保护角度分析,不是最好的方案,但从流域可持续发展和建设流域生态经济带的角度分析,却是一个最优化的方案。进而对WEE方案对应的水-生态-经济协调发展趋势做了分析。认为未来30年流域需水总量总体呈缓慢增加趋势,流域用水结构逐步呈合理化方向演变,流域上、中、下游需水总量和结构的动态变化趋势不尽一致,农业用地结构、粮-经-草种植结构和产业结构都不同程度地朝着合理化方向发展,单方水产值及经济效益总体呈显著增加趋势。     

塔里木河下游长期输水条件下河流剖面地下水埋深估算

准确估计输水条件下河岸地下水埋深的动态变化,可以量化生态输水量与地下水埋深的响应关系,并由此估计自然河道所需输水量及持续时间,这对于干旱区水资源管理的可持续发展具有重要的科学意义。结合塔里木河下游20 a生态输水监测数据,用发展的包含地下水和土壤水的拟二维地下水模型,对输水条件下塔里木河下游上、中、下段3个断面(英苏、阿拉干和依干不及麻)的地下水埋深变化进行20 a长期模拟。通过率定期和后11 a(2010—2020年)的地下水埋深模拟结果与站点数据比较,发现两者较一致,证明该模型在塔里木河下游河岸断面地下水长期模拟上的合理性和适用性。然后根据3个断面20 a的模拟结果分析输水条件下地下水埋深和土壤水的长期变化及其对生态输水的响应。结果表明:经过20 a的生态输水,英苏、阿拉干和依干不及麻3个断面上的地下水位和土壤湿度都有明显的上升,地下水位埋深从输水前的8 m左右抬升到输水后的4 m左右,土壤湿度从最初的0.20上升到0.35以上,特别是自2009年以来,随年输水量增加,地下水位和土壤湿度增加幅度明显。生态输水与地下水的年际变化有一定的滞后性,由于土壤湿度和地下水位表现为正相关关系,这使得土壤湿度对输水量也有滞后性的特点。相比于河水流量,地下水水平传导率的取值对断面地下水埋深变化起着更重要的作用。另外,输水量与地下水的年际变化表明塔里木河下游河岸要想获得持续的生态效益,需要对河道提供间歇性的生态输水。     

生态位理论在昆明市土地利用结构优化中的应用

土地利用的效益及潜力可用土地利用的生态位来描述。借助生态位理论,通过分析昆明市（1996～2004年）土地利用类型面积及土地利用类型面积变化情况,并结合土地利用的经济生态位模型,计算了昆明市1999～2006年土地利用类型间相互作用的强度。结果表明昆明市农用地与建设用地经济生态位位差较大,经济发展和城市化进程更加剧了建设用地占用农用地的速度和强度;农用地内部各种土地利用类型的生态位宽度,耕地和牧草地最高且逐年增加,而林地处于较低水平,反映出昆明市需要依靠内部土地利用结构的调整来提高农用地生态位,从而实现土地资源的合理利用与优化配置。     

塔里木河近期水量调配基本问题探讨

在塔里木河近期水量调配中，引入生态用水观念，从生态经济社会协调和全流程生态用水均衡目标出发，运用系统均衡理论，分析了塔里木河近期水量调配的目标、思路和技术途径，提出了流程纵横向均衡目标、水量配置定额的总量和结构相结合控制、生态用水下泄定额“扣除法”与“倒推法”处理，水量配置定额在时间序列上的分解等观点和方法。     

基于城镇化视角的绿洲城市用水变化驱动效应分析

城镇化是驱动区域用水变化的双刃剑,既可以通过刺激生产来促进用水总量增长,也可以通过优化用水结构和提高用水效率来抑制用水总量增长。以黑河流域张掖市为例,通过构建城镇化驱动用水变化的完全分解模型,定量测度了2000-2011年张掖市人口和经济城镇化过程对用水总量和用水效率变化的驱动效应。结果表明：张掖市人口和经济城镇化过程对用水总量均具有明显的减量效应,对用水效率均具有明显的增量效应,而且与人口和经济城镇化速度高度相关。因此建议干旱区绿洲城市在水资源约束下,应将城镇化作为优化人口结构、经济结构和用水结构,提高经济效率以及用水效率,并最终实现水-生态-经济良性循环的抓手。该结论对于科学认识干旱区绿洲城市城镇化与水资源利用的关系具有一定的参考价值。     

鄂尔多斯土地利用生态安全格局优化及方案评价

根据不同情景选择符合区域生态环境与社会经济特点的模型方法,已经成为区域土地利用生态安全格局构建的关键。本文以位于中国北方农牧交错带的鄂尔多斯市为研究区,基于自然地理数据、社会经济统计数据、土地利用/覆被数据,将最小累积阻力模型（MCR）引入土地利用生态安全格局的构建过程,并通过景观格局指数分析了基于MCR模型构建的安全格局与基于土地生态适宜性和多目标优化的安全格局的适用条件。结果显示：前者适宜于维持生态安全的情景,有利于降低土地系统中人类活动的生态风险;后者则适宜于维持生态适宜性的情景,有利于降低土地系统中自然因素的生态风险。研究结果对鄂尔多斯市土地资源的可持续利用具有重要的指导意义。     

石羊河下游民勤绿洲生态安全时空变化分析

以生态安全面临着严重威胁的干旱区民勤绿洲为例，应用GIS、RS技术，从绿洲耕地风蚀潜在危险性、水资源利用与空间分布、作物安全生长格局与绿洲防护体系变化四个方面，对该绿洲近14a间生态安全状况进行了系统分析。研究结果表明：绿洲土壤风蚀潜在危险性逐年增大。地下水埋深持续下降，5～20m的地下水埋深区域面积比例由1987年的39．6％上升到2001年的62．1％。地下水矿化度在绿洲的北部表现为上升的发展趋势。作物安全生长格局变化显示春小麦与棉花的安全生长面积由1987年占绿洲总面积的63．8％和91．5％下降到2001年的56．2％和71．3％。由林地与荒草地组成的绿洲防护体系逐年被破坏。地表水资源的逐年减少是绿洲生态安全状况不断下降的主导因素，而人类不断扩大耕地面积，以及毁林、毁草开荒等行为进一步加剧了生态环境的恶化，使绿洲生态安全水平逐年减低。     

塔里木河流域生态地下水位及其合理深度确定

通过对塔里木河流域的地下水、土壤水和植被状况相互关系的研究,把地下水埋深与生态环境状况相联系,划分为沼泽化水位、盐渍化水位、适宜生态水位、植物胁迫水位及荒漠化水位五种类型．并确定其相应埋藏深度。根据潜水蒸发与土壤盐渍化与荒漠化的关系,把适宜生态水位确定在2～4m,即潜水强烈蒸发深度以下与蒸发极限深度之上的区间。地下水位的划分,适宜地下水位的确定为估算生态用水、防治土地盐渍化和荒漠化提供了重要科学依据。     

干旱区生态用水的概念和分类：以新疆为例

绿洲是干旱区人类活动的主体区域,亦是干旱区的精华所在。本文以此为出发点,探讨了干旱区生态用水的概念,认为：凡是对绿洲景观的生态与发展及环境质量维持与改善起支撑作用的系统所消耗的水份即为生态用水。同时以新疆为例,从绿洲与其内、外部环境的依赖性出发,把绿洲生态用水分为：人工绿洲生态用水、荒漠河岸林生态用水、河谷林生态用水、低水平地草甸生态用水、城市生态用水、河湖生态用水、荒漠植被生态用水等七大类,每类     

The 3D simulation and optimized management model of groundwater systems based on eco-environmental water demand

Through the study of mutual process between groundwater systems and eco-environmental water demand, the eco-environmental water demand is brought into groundwater systems model as the important water consumption item and unification of groundwater’s economic, environmental and ecological functions were taken into account. Based on eco-environmental water demand at Da’an in Jilin province, a three-dimensional simulation and optimized management model of groundwater systems was established. All water balance components of groundwater systems in 1998 and 1999 were simulated with this model and the best optimal exploitation scheme of groundwater systems in 2000 was determined, so that groundwater resource was efficiently utilized and good economic, ecologic and social benefits were obtained.     

The 3D simulation and optimized management model of groundwater systems based on eco-environmental water demand

Through the study of mutual process between groundwater systems and eco-environmental water demand, the eco-environmental water demand is brought into groundwater systems model as the important water consumption item and unification of groundwater’s economic, environmental and ecological functions were taken into account. Based on eco-environmental water demand at Da’an in Jilin province, a three-dimensional simulation and optimized management model of groundwater systems was established. All water balance components of groundwater systems in 1998 and 1999 were simulated with this model and the best optimal exploitation scheme of groundwater systems in 2000 was determined, so that groundwater resource was efficiently utilized and good economic, ecologic and social benefits were obtained.     

石羊河流域水资源利用和生态环境保护对策

石羊河流域是我各国西北干旱地区的一个重要流域,由于流域水资源的过度开发利用与不合理配置,造成下游地区植被衰败,沙漠化问题十分突出,流域整治和生态环境保护迫在眉睫。本文通过对石羊河流域水资源利用、地下水位下降、土壤盐渍化、植被衰退和土地沙漠化之间的相互作用关系的分析,提出了保证石羊河流域生态用水以防止生态环境劣变和促进流域生态系统良性循环的水资源管理的具体对策建议。     

民勤绿洲50余年水利建设的生态经济影响

民勤绿洲近50余年地表来水持续减少,为满足用水需求,兴修了一系列水利工程。以民勤县50余年的经济发展和生态环境数据为基础,从农业发展、产业结构调整以及生态环境要素的角度,运用图表对比分析研究区50余年内发生的生态和经济变化,进而研究了水利工程建设在这两方面所产生的影响。结论表明:在2012年来水量比水利工程建设前即1956年减少32.3%的背景下,水利工程建设支撑了民勤绿洲农业的发展;保证了3次产业结构向节水循环型方向调整,第一、二、三产业产值之比从1956年的14.9:3.2:1变成了2012年的1.2:1.1:1。但水利工程建设也对民勤的生态环境产生了负面影响,加剧了该区的地下水位下降及水质恶化、植被退化、土地沙漠化及盐碱化等生态问题。     

干旱绿洲农业区土地利用转型生态环境效应及分异机制——基于三生空间主导功能判别视角

干旱绿洲农业区生态环境脆弱,开展土地利用转型生态环境效应研究能为该区国土空间优化和农业农村可持续发展提供参考依据。论文以张掖市甘州区为例,采用转移矩阵、生态环境质量指数、移动窗口法、生态贡献率及地理探测器模型,对干旱绿洲农业区土地利用转型生态环境效应及分异机制进行研究。结果表明：① 1990—2020年生产和生活空间持续扩张、生态空间总体减少,结构从“单一农业空间增加”向“转换类型多元化”转变,功能由“生态转生产为主”向“生产与生活、生态与生产多功能相互转换”演变。② 1990—2020年土地利用转型生态环境效应总体为正,耕地面积占比较大的村镇质量指数相对较高;其他生态空间向林草水生态、农业生产空间转型的生态正效应最大,林草水生态空间向其他生态、农业生产空间转型的生态负效应最大,2010—2020年农业生产空间过度扩张挤压林草水生态空间引起的生态环境负效应正在显现。③ 人口密度、地均GDP和植被覆盖度是生态环境质量分异的关键因子,降水量、土地开发强度、耕地面积占比和地均水资源量是核心因子;因子交互作用使农业生产空间增加和林草水生态空间压缩权衡博弈产生自适应稳态机制,从而形成了总体偏低的生态环境质量格局;村镇在面对干扰冲击时的自组织、适应性和转型能力不同,导致经济发展和土地利用方式不同,进而塑造了村镇分异的生态环境质量格局。     

Research Progress in Ecological Carrying Capacity:Implications,Assessment Methods and Current Focus

In recent years, rapid global urbanization accompanied by rapid economic growth has resulted in increasingly serious eco-environmental problems such as land degradation and pollution. As a society, we are gradually realizing the role of environmental protection and ecologically-focused construction in promoting sustainable development. As an important method for assessing sustainable development, ecological carrying capacity (ECC) has become a powerful tool for investigating sustainable development and assessing eco-environmental problems. Based on results from a large number of previous studies in this discipline, we summarized and generalized the implications, main assessment methods, and key research domains of ECC. Deficiencies and future trends in ECC research are identified. In terms of implications, ECC can be roughly defined into the perspectives of environmental change, human effects on ecological systems, and holistic ecological systems. The primary assessment methods and models can be classified in accordance with these three perspectives, including ecological footprint method, ecosystem-services-based method, net primary productivity method, situation space method, energetic ecological footprint model, system dynamics model, and coupling model. We compared the advantages and disadvantage of different methods and analyzed their applicable conditions. As ECC research has advanced, related studies have gradually extend to land systems, watershed systems, ecologically vulnerable areas, tourism systems, and urban comprehensive systems, which have solved relevant eco-environmental problems based on ECC assessments. Currently, ECC research lacks a standard definition for the ECC index threshold, research related to dynamic monitoring and early warning, sufficient consideration of scientific and technological drivers, and spatial pattern analyses. Future trends in ECC-related research should provide a large-scale assessment of cross-border areas and ecological vulnerable areas, construct an ecological warning platform, and consistently analyze ECC and regional leading industries.     

干旱区生态用水的概念和分类─—以新疆为例

绿洲是干旱区人类活动的主体区域,亦是干旱区的精华所在。本文以此为出发点,探讨了干旱区生态用水的概念,认为：凡是对绿洲景观的生态与发展及环境质量维持与改善起支撑作用的系统所消耗的水份即为生态用水。同时以新疆为例,从绿洲与其内、外部环境的依赖性出发,把绿洲生态用水分为：人工绿洲生态用水、荒漠河岸林生态用水、河谷材生态用水、低平地草甸生态用水、城市生态用水、河湖生态用水、荒漠植被生态用水等七大类,每类之下又划分了若干小类。     

The research of three-dimensional numerical simulation of groundwater-flow: taking the Ejina Basin, Northwest China as example

Water is a primary controlling factor for economic development and ecological environmental protection in the inland river basins of arid western China. And it is groundwater, as the most important component of total water resources, that plays a dominant role in the development of western China. In recent years, the use-ratio of surface water has been raised, the groundwater recharge rate from surface water has been reduced, and groundwater has been exploited on a large scale. This has led to the decline of ground-water levels and the degradation of eco-environments in the Heihe watershed. Therefore, the study on the change in groundwater levels in recent years, as well as simulating and predicting groundwater levels in the future, have become very significant for im-proving the ecological environment of the Heihe River Basin, to coordinate the water contradiction among upper, middle and lower reaches of Heihe River Basin and to allocate the water resources. The purpose of this study is to analyze the groundwa-ter-level variations of the Ejina region based on a large scale, to develop and evaluate a conceptual groundwater model in Ejina Basin, to establish the groundwater flow model using the experimental observation data and combining Modular Three-Dimensional Groundwater Flow Model (MODFLOW) and GIS software, to simulate the regional hydrologic regime in re-cent 10 years and compare various water-delivery scenarios from midstream, and to determine which one would be the best plan for maintaining and recovering the groundwater levels and increasing the area of Ejina oasis. Finally this paper discusses the pos-sible vegetation changes of Ejina Basin in the future.     

科技支撑新疆塔里木河流域生态修复及可持续管理

塔里木河流域地处我国西北新疆,面积约102×10⁴ km²,是我国丝绸之路经济带建设的核心区。在过去50 a里,塔里木河流域经历了大规模的水土资源开发,经济社会发展的同时,河道断流,湖泊干涸,沙漠化加剧,生物多样性受损,生态隐忧日益加剧,已威胁塔里木河流域绿洲经济发展和社会稳定,严重影响国家"丝绸之路经济带"建设。荒漠与绿洲生态国家重点实验室针对塔里木河流域的生态环境问题,开展了长期的生态监测与科学研究,基于多年监测调查数据,解析了塔里木河荒漠河岸林植被与地下水的关系,揭示了生态系统退化过程和机理,提出了塔里木河下游合理/胁迫/临界地下水位与流域生态需水量,研发提出的退化生态系统修复重建关键技术得到推广应用;提出的重点生态工程建设方案,被纳入《南疆水利规划》;提出的流域水资源管理建议被国家采纳并实施。科技支撑塔里木河流域生态修复及可持续管理,为丝绸之路经济带生态文明建设提供了重要科学依据和示范样板。     

基于遥感和GIS的石羊河流域生态安全评价

受气候变化、不合理的人类活动等因素的影响,近年来石羊河流域生态环境退化,水资源匮乏,人地矛盾日益尖锐,生态安全面临着严重的危机。以遥感和GIS为技术手段,根据PSR模型框架机理建立了石羊河流域生态安全评价指标体系,采用层次分析法确定了各指标的权重,然后以流域内县级行政单元为评价单元综合评价了石羊河流域生态安全状况。研究结果表明,石羊河流域生态安全状况上游好于中游,中游好于下游;流域内各县生态安全度主要集中在Ⅱ级和Ⅲ级。针对不同区域的生态安全状况,给出了不同的恢复措施和建议。