近25年横断山区国土空间格局与时空变化研究

横断山地提供多种生态系统服务,具有极高的生态价值,然而近年来面临人类活动强度增强所带来的国土空间可持续开发与管控挑战。利用横断山区1990年、2000年、2010年和2015年土地利用数据,分析不同海拔各种国土空间类型的数量、结构变化以及空间格局变化特征,揭示国土空间格局变化规律及影响因素。结果表明,横断山区国土空间海拔较高,垂直差异性明显,并且以生态空间为主体,生产、生活空间主要分布于东南部云南高原地区。25年间,三生空间变化加快且区域差异更突出,农业生产空间持续减少,工矿生产空间后十五年迅速增加,生活空间持续增加,生态空间波动增加。横断山区自然要素显著影响国土空间格局。西部大开发战略和退耕还林工程的实施明显带动横断山区国土空间格局变化。     

中国省级国土空间利用质量评价:基于“三生”空间视角

目前城镇化进程中出现了城乡不协调、区域不均衡、生态破坏严重、国土空间利用质量低下等问题。为实现集约高效的生产空间、宜居适度的生活空间和山清水秀的生态空间,基于"三生"功能的理念,构建国土空间利用质量综合评价指数及其子系统生产、生活和生态空间利用质量指数;基于2012年中国内地省级截面数据,运用综合评价方法分析全国层面和省级层面国土空间利用质量综合评价指数的特征。结果表明:全国层面的"三生"空间利用质量不高,在省级层面的国土空间利用质量综合评价指数则具有显著的空间分异特征,东部地区的生产空间利用质量指数和生活空间利用质量指数高于中部地区,中部地区的又高于西部地区;而生态空间利用质量指数高值区主要集中在东北地区和东南沿海地区。     

"三生"视角下的国土空间利用质量评价——以攀西地区为例

近年来,随着城镇化、工业化的推进,国土空间出现了用地相互侵占、生态环境破坏、粮食安全受到威胁等一系列问题,国土空间的利用效率与质量提升变得尤为重要。为实现生产空间的集约高效、生活空间的宜居适度、生态空间的山清水秀。本文基于"三生"功能的理念,以攀西地区为例,采用综合指标法对其国土空间利用质量和协调性进行评价,并针对性的提出国土空间利用质量提升的方法,研究结果显示:(1)攀西地区"三生"空间利用质量指数等级不高,生产空间的指数差异性高于生活空间,生活空间又高于生态空间;(2)攀西地区"三生"空间利用质量的整体协调性不高,多数区县处于不协调水平;(3)就经济发展而言,经济水平越高的区域其"三生"空间利用质量协调性相对较高;(4)在功能分区上,城市化地区的"三生"空间利用质量的协调性高于农产品主产区,农产品主产区又高于重点生态功能区,考虑到重点生态功能区自身发展现状和特殊性,应重点强化其"三生"空间利用能力,以实现区域统筹发展。本研究可以为区域国土空间开发以及优化提供参考。     

基于三生空间的海岸带分区模式探索——以河北省唐山市为例

为协调海岸带不同类型空间的矛盾,从海陆统筹综合利用的角度出发,构建海岸带空间生产、生活和生态的"三生空间"分类体系,研究并提出了各空间类型的判别方式,提取了河北省唐山市海岸带"三生空间"的分布范围。结果表明:唐山市海岸带生活空间、生产空间和生态空间的面积分别为481.6,1 353.5,180.1 km2,比例分别为23.90%,67.16%,8.94%。生活空间主要集中在中东部,生产空间主要围绕曹妃甸为核心,生态空间则主要集中在东部滦河口区域。     

陕西省“三生”空间格局演变与驱动机制研究

陕西省作为我国承东启西的重要省份,其土地利用的合理规划对于促进区域高质量发展意义重大。以土地功能为视角,运用土地利用转移矩阵等模型,探究2000—2020年陕西省“三生”空间的数量及分布特征和变化趋势,最终分析不同尺度分布变化的内在原因。结果表明：(1)“三生”空间综合土地利用动态度在0.2%波动,期间有2次速率增长,首次是生活空间扩张导致,其次与生态空间增长相关。单一动态度中,生活空间的数值最大,多为正值;生产空间速率次之,多为负值;生态空间多为正值,稳定在0.1%。(2)2000—2020年生产空间变化最大,总面积减小2913 km²,其余类型增加,生态空间增长更多;二级分类中,生产生态空间减少4036 km²,变化最大,其余类型除潜在生态空间外均为增加,绿色生态空间扩大2025 km²,增加最多。(3)“三生”空间分布与地形地貌相关,其整体以生态空间为主,多分布于省域南部,生产空间主要位于省域中部,生活空间多分布于西安都市圈一带,面积最小,但逐年向外扩张。(4)因子探测中,人口要素对陕西省“三生”空间演化起主导作用...     

黄土丘陵区乡村国土空间安全评价及其影响因素研究——以临洮县为例

乡村国土空间安全不仅是保障国家粮食安全的基础,更是实现生态文明建设和乡村振兴的重要基础。以黄土丘陵区为研究区,基于遥感数据和统计数据等数据,定量评价了临洮县18个乡镇323个行政村的国土空间安全,并借助地理探测器识别了影响乡村国土空间安全的因素。结果表明：（1）临洮县乡村国土空间安全整体处于中等水平,表现为：生活空间安全水平>生产空间安全水平>生态空间安全水平。安全水平较高的乡村（69.73%）主要分布在洮河川区灌溉农业区,而低等安全水平的乡村（30.27%）主要分布在县域北部与东部丘陵山地的旱作农业区。（2）临洮县乡村国土空间安全空间分布有较强的空间自相关性,局部空间分布以高-高（18.52%）、低-高（0.62%）、低-低（9.26%）这3种类型为主,且集聚分布特征明显。（3）地形地势、人口规模、政府投入及区位联系对临洮县的乡村国土空间安全水平具有显著影响,且对不同乡镇其影响程度有显著差异。     

特大城市群生态空间及其生态承载状态的时空分异

快速城镇化导致中国城市群地区生态空间被大量挤占,生态承载压力加剧,已成为制约城市群健康发展的重要因素。本文界定并分析了京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、长江中游5个特大城市群三生空间结构分布特征,解析了1990—2020年生态空间时空分异及其变化的影响因素,进一步通过水资源供给、水质调节、空气质量调节、休闲游憩探讨了近30年生态空间综合承载状态及其时空分异特征。研究结果表明：① 不同形成发育阶段的城市群呈现差异性的三生空间面积结构比、以多中心组合为主的生活空间拓展演变模式,以及屏障式、紧密、离散、全包围式的生态空间结构。② 1990—2020年城市群生活空间面积持续大幅度增加而生产空间呈现相反趋势,除粤港澳大湾区以外,生态空间均表现出增加态势尤其近10年增势明显。三生空间面积结构及其时空变化特征,说明特大城市群生产、生态空间的主要功能从供给转向调节和文化,并反映了中国从快速城镇化到新型可持续城镇化的转变。③ 5个城市群分别有78.6%、73.1%、54.5%、56.3%和25.8%市域呈现严重超载的综合生态承载状态,其中水资源供给、水质调节是制约城市群生态承载水平的要因,未来需要重视城市群生态空间保留量及其合理布局以减缓生态承载压力。本文可为城市群绿色可持续发展、三生空间结构优化和配置提供科学依据。     

太行山区国土空间格局演变特征及其驱动力

国土空间是人类活动的基础空间载体,开展山区国土空间格局演变特征和分异特征研究,有利于优化区域发展格局。以太行山区为研究对象,选取1980、1990、1995、2000、2005、2008、2010、2015年8期土地利用数据,将其分为城镇空间、农业空间和生态空间,揭示其时空演变特征,并采用地理探测器方法分析太行山区国土空间演变的驱动力。结果表明:(1)太行山区城镇空间散布在各地级市中心,农业空间主要分布在山麓和盆地,生态空间分布在高海拔山区。35年间城镇空间扩张显著,农业空间和生态空间大幅度减少,县域国土空间面积的变化同主体功能区定位相吻合。(2)太行山区国土空间分异显著。1980—2015年国土空间变化以海拔1000 m和坡度15°为阈值,阈值以下城镇空间随地形上升逐渐减少,农业空间逐渐增加,阈值以上生态空间增幅最显著。与此同时,国土空间类型区面积变化在地貌区上存在较高的分异性,特别是在台地、平原以及中、高起伏山地变幅最大。(3)太行山区国土空间格局的演变是自然条件、交通区位、社会经济、国家政策共同作用的结果,其中,自然条件是基础性决定条件,交通区位是重要驱动力,社会经济是主要驱动力,国家政策是外在驱动力。研究结果可为优化山区国土空间格局,与提升国土空间功能提供参照。     

中国城市生产、生活、生态空间质量水平格局与相关因素分析

城市作为人口集聚和社会经济活动的主要载体,也是生产、生活、生态空间的矛盾集中地。本文在城市“三生”空间优化理论框架指导下,构建了城市“三生”空间优化评估指标体系与评估模型,分析2015年中国289个地级及以上城市的“三生”空间质量水平的总体特征和空间分布规律。结果表明：城市“三生”空间质量指数总体处于较低水平,空间格局上从东南沿海向西部和东北地区递减;东北地区的生产空间质量塌陷尤为明显,西部地区生活空间质量堪忧,生态空间质量则与地方的自然生态条件和污染治理相关;生产和生活空间优化之间相辅相成,但不乏城市生产和生态空间质量反差较大;“三生”空间质量水平与人口规模、行政等级之间呈倒U型相关,即规模在1000万~1500万间的城市更利于实现“三生”空间优化,城市“三生”空间质量水平与人均GDP正向相关,职能综合城市和城市群地区城市“三生”空间质量水平更高。     

南昌市土地利用的空间冲突风险评估及分区优化研究

以土地利用的导向功能为基础,将南昌市1995、2005和2015三期20种土地利用类型划分为生态生产空间、生产生态空间、生态空间和生活生产空间。利用空间复杂性指数、空间脆弱性指数和空间稳定性指数3个因子构建冲突模型,借鉴倒“U”型模型,将空间冲突分为4类：稳定可控、基本可控、基本失控和严重失控,在冲突级别的基础上利用优化产业结构、生态系统修复等措施,建立10个亚功能区,优化土地资源,缓解空间冲突,实现可持续发展。研究结果表明：①1995—2015年中南昌市三生空间格局以生产生态空间为主,其次是生态空间、生态生产空间以及生活生产空间,生活生产空间所占比例在上升,其余均在减少,呈现“一升三降”特点;②1995—2015年南昌市三生空间空间冲突愈演愈烈,严重失控单元持续增长,但2005—2015年的增长速度较1995—2005年稍慢,南昌市三生空间冲突失控态势严峻;③不同空间类型冲突存在较大差异,均以可控级别为主,其中失控级别占比由大到小：生活生产空间?生产生态空间?生态生产空间?生态空间;④利用10个亚功能区优化南昌市70%以上的区域,其中以城镇用地等为主的两个亚功能区,70%以上属于允许建设区,以滩地、湖泊、林地等为主亚功能区65%以上属于禁止建设区,符合土地利用总体规划。     

国家重点研发项目:中国陆地生态系统生态质量综合监测技术与规范研究（英文）

生态质量是指一定时空范围内生态系统要素、结构和功能的综合特征,具体表现为生态系统的状况、生产能力、结构和功能的稳定性、抗干扰和恢复能力。生态系统的质量是我国生态文明建设和生态环境监测的重要内容,多时空尺度观测技术的发展为生态系统质量监测与评价提供了新机遇,但同时也对国家尺度生态要素、生物多样性和生态功能的观测标准与技术规范提出了新的要求。本国家重点研发项目自2017年7月立项以来,围绕国家尺度生态质量监测技术与规范,开展了生态系统网络观测技术规范、台站生态要素监测、区域生物多样性和区域生态功能监测技术与规范的研究,在典型农林草湿地生态系统开展应用示范。项目在生态质量综合监测指标体系构建、生态系统研究网络观测技术、区域生物多样性和区域生态功能监测、基于无人机和机器学习的荒漠植被监测等方面取得了重要进展,促进了生态质量监测技术的发展。我们组织本专辑从不同视野集中系统介绍本项目已取得的生态质量监测技术和评价方法,以期促进生态学及其观测技术的发展。     

1992–2015全球耕地时空变化（英文）

人口和人均食物需求的增加对全球耕地产生了显著的影响。利用欧空局提供的精度为300m的最新土地覆被产品,文章分析了1992-2015年全球耕地的时空变化趋势和耕地转化特征。结果显示:1)在1992-2004年间全球耕地面积增长迅速,而在2004-2012年间耕地增长缓慢,2012年后耕地有缓慢减少的趋势。2)在洲尺度上,非洲耕地有一直增长的态势,而其他洲耕地都经历了耕地转型,有先增长后下降的趋势;在收入较高的国家,耕地多有下降的趋势。3)全球耕地增长的热点区域主要分布在亚马逊林地、欧亚大草原和撒哈拉沙漠边缘。全球耕地减少的中心从欧洲转移到亚洲。由于迅速的城市化,亚洲耕地扩张侵占了大量农田。     

基于遥感指数的中国南亚热带常绿林光合作用季节动态变化研究（英文）

准确监测中国南亚热带常绿林生态系统光合作用动态变化对全球陆地生态系统碳吸收估计及其对气候变化的响应至关重要。涡动协方差技术一直被认为是评估生态系统碳通量最直接的方法,虽然具有较高的时间分辨率,但在空间上有其自身的局限性。近10年,光谱观测和卫星遥感技术在植被生产力监测方面的应用大大提高了对碳通量的时空评估能力。本研究基于长时间序列光谱观测数据,提取叶绿素荧光指数(FRI)和光化学植被指数(PRI),进而评价两个生理遥感指数跟踪亚热带常绿林光合作用季节动态变化的能力。结果表明,传统NDVI指数受光照条件影响较大(R^2=0.88,p<0.001),并呈现出饱和现象,而FRI和PRI指数则能较好地跟踪植物光和功能季节性变化,且在季节尺度上两者受光照条件的影响相对较弱(FRI指数R^2=0.13;PRI指数R^2=0.51);相比PRI指数与光能利用效率(LUE)在午间具有较强的相关性,FRI指数与GPP的相关性则在早上优于午间时段;而这两种相关关系均在植被衰退季优于植被生长季。另外,通过考虑光合有效辐射因子,基于FRI指数监测GPP的能力得到显著提高,R 2从0.22提高到0.69,呈显著正相关关系(p<0.001);同时,在植被衰退季也呈现出更强的相关性(R^2=0.79,p<0.001)。研究成果表明,FRI和PRI两个生理遥感指数能够准确地监测亚热带常绿林光合作用季节动态变化,建议把其引入碳循环模型中以改进区域碳收支估计。     

基于Forest-DNDC的长白山阔叶红松林土壤碳氮温室气体通量的模拟研究（英文）

土壤温室气体排放是土壤与大气之间的温室气体交换的重要途径,但对土壤温室气体排放动态变化的理解和收支水平的估算仍存在较大的不确定性。基于动态箱原位监测的高频、连续土壤温室气体通量数据,本研究初步检验了生物地球化学模型(Forest-DNDC)对长白山阔叶红松林(CBF)土壤CH_4、CO_2和N_2O温室气体通量的模拟效果。结果显示,当前版本的Forest-DNDC可以反演得到土壤温度、土壤湿度和积雪等主要环境要素的总体变化趋势,但是对于环境要素季节变化的准确模拟尚存在较明显偏差,特别是在非生长季节。模拟得到的土壤CH_4通量与监测结果相当接近,并且受到了土壤温度和积雪变化的显著调控。受温度变化的影响,模拟CO_2通量的季节变化与测定值相似,均在夏季达到高峰,但模拟的土壤CO_2排放量明显小于实际测定结果。与监测的土壤N_2O通量在春季冻融期间出现排放高峰的变化显著不同的是,模拟土壤N_2O通量主要受温度变化的影响,其最大值出现在夏季。因此,有必要结合更长时段的土壤温室气体监测数据,进一步优化模型参数与过程,特别是土壤水热传导和温室气体的产生过程等,为模拟改进和生态系统碳氮收支评估,以及从站点到区域的扩展提供支撑。     

基于CiteSpace的北极研究综述

以北极研究为中心,基于CNKI和Web of Sciences Core Collection数据库2000—2017数据,采用CiteSpace,系统展示了中国和国际(含中国)在北极科研领域的发展趋势、前沿、热点和机构合作特征。研究表明,国内的北极研究经历了由气候海冰—航运—北极治理的研究过程,发文量以北极航运为主导。国际针对北极的研究经历了三个逐步加速阶段:1990、2000和2005,北极八国和德、英、法是北极研究的主力军。北极科技合作仍主要以国家内部合作为主,但科研机构合作频率高度爆发且出现一批以“Helmholtz Centrefor Polar and Marine Research(德国)、The Arctic University of Norway(挪威)、Aarhus University(丹麦)和KoreaPolar Research Institute(韩国)”为代表的北极研究合作爆发单位;北极研究领域多样,呈现出以“arcticocean”、“climate”、“arctic temperature”、“variability”、“sea ice”、“model”等为重点的关键词,表明近年国际北极研究主要热点在气候变化、海冰、洋流等领域,这些领域相互交叉。通过对国内外北极通航经济性的系统综述分析得出:国内外学者均认为与北极海冰有关因素是制约北极通航的关键;国内学者对北极通航的经济效益较为乐观,而国外学者则较为辨证且谨慎。这与研究所考虑的角度有关,国内学者较多考虑北极通航的技术管理、人力资源、能耗、时间和政治等因素,而国外学者在这些因素的基础上,还侧重于贸易需求、通航意愿性和通航对气候的影响等因素。     

丘陵区典型小流域地下水化学特征与补给来源分析

川中紫色土丘陵区频发的季节性干旱严重制约区域农村经济和社会可持续发展。地下水是丘陵区农村居民饮用和灌溉的主要水源,但迄今该区域地下水补给循环过程的相关研究报道极少。本研究选取盐亭大兴小流域(480 hm 2)为典型小流域进行综合水文观测与取样,比较了小流域内浅层地下水(2口泉水、14口井水)在不同覆被条件下雨季和旱季的水化学特征(包括D、 18 O)及水岩作用过程,并通过氯离子平衡法和二元混合模型法对比分析区域降水补给地下水规律。结果表明:(1)研究区内浅层地下水水化学类型为HCO 3 ·SO 4-Ca,主要控制因素为岩石风化水解;(2)由地下水同位素峰值响应特征可知该区域浅层地下水对雨季降水补给响应时间约为50~ 85 d;雨季浅层地下水交换作用比旱季强烈;(3)氯离子平衡法受人为干扰较大,计算结果可能偏小,二元混合模型法未包含更多水源,计算结果可能偏大;(4)优化估算结果表明浅层地下水全年接受降水补给率在12%~38%间变化,雨季单次降水补给地下水比例在4.3%~58.0%间变化。本研究通过揭示丘陵区浅层地下水水化学性质变化规律,初步估算了浅层地下水补给来源及比例,可为区域地下水资源评估提供科学基础。     

多云条件有利于亚热带人工针叶林不同季节净生态系统碳吸收（英文）

太阳辐射的动态变化对生态系统固碳有重要影响,而不同天气条件下太阳辐射的改变对森林净生态系统碳交换(NEE)的影响还不明确。本研究利用亚热带人工针叶林生态系统2012年的通量数据和气象数据,分析了晴天、多云、阴天三种天气对NEE的影响。基于一年数据的研究结果表明:在不同季节中,不同天气下光响应曲线的变化没有季节性差异。和晴天条件相比,多云条件下的表观量子效率(?),150和750 W m^–2光强下的潜在光合速率(P₁₅₀和P₇₅₀)分别平均提高了82.3%、217.7%、22.5%;阴天条件下的α和P₁₅₀分别平均提高了118.5%和301%。中等辐射条件有利于NEE达到最大值,但低辐射条件对NEE有抑制作用。在大多数情况下,与晴天相比,多云下NEE的相对改变量(%NEE)为正,但阴天下为负。多云条件下最大%NEE的平均值在春夏秋冬分别为42.4%、34.1%、1.6%、-87.3%。本研究表明多云天气促进亚热带人工针叶林的潜在光合速率和NEE。     

基于模型模拟的中国秸秆还田固碳潜力空间格局分析（英文）

农作物秸秆还田作为农田土壤和养分管理的推荐做法之一,对于土壤有机碳(SOC)固定和CO_2减排具有重要意义。本研究利用环境政策综合气候模型(EPIC)模拟了4种作物秸秆还田情形下2001年至2010年中国农田表层土壤有机碳变化及其空间格局。模拟结果显示,秸秆完全移除(CR0%)下的土壤有机碳损失为28.89 Tg yr^–1,当前30%的秸秆还田(CR30%)能够减缓22.38 Tg C yr^–1的碳损失。若秸秆还田率从30%提高至50%(CR50%)乃至75%(CR75%),中国农田表层土壤将变为净碳汇。中国农田表层土壤固碳潜力在CR50%和CR75%情形下分别可达25.53 Tg C yr^–1和52.85 Tg C yr^–1,且在不同农业区存在空间异质性。单位面积土壤固碳潜力在西北和华北地区最高,而华东最低。华北地区具有最高的区域固碳潜力。在这十年间,CR50%和CR75%情形下增加的土壤表层有机碳相当于减少了1.4%和2.9%的中国CO_2排放总量。总之,我们建议鼓励我国农民将原本直接焚烧或用作家用燃料的秸秆返还田间以改善土壤性质和减缓大气CO_2增加,尤其是华北地区更应推行这一举措。     

黑河上游山地土壤容重分布特征及影响因素

土壤容重不仅可用作计算土壤持水力和导水性,也是估算土壤养分和碳储量的重要变量。野外测定土壤容重一般费时费力,特别是在地形复杂的山区,因此山地土壤容重在国内外大多数清查数据库中缺失。本文以黑河上游山地为例,基于野外调查的124个土壤剖面,研究了山地土壤容重的空间分布特征及影响因素。结果表明:黑河上游山地0~10 cm和0~60 cm土壤容重分别为0.91±0.02 g·cm^-3 和1.04±0.01 g·cm^-3;不同植被类型下,高山寒漠容重最大,山地森林最小。随着土壤深度的增加,容重呈幂函数递增;随着土壤有机质含量的增加,容重呈指数递减。区域上,黑河上游从西北到东南,容重呈递减趋势,从高海拔到低海拔,容重呈先减小后增大趋势。主成分分析(PCA)和一般线性模型(GLM)表明,与土壤容重相关的环境因子中,海拔是影响土壤表层容重的第一主成分,土壤有机质含量是第二主成分,黏粒含量和大于2.0 mm砾石含量分别为第三、四主成分。第一、二、三、四主成分分别解释土壤容重空间变异的24.00%、29.40%、0.01%、6.20%。     

盐胁迫对枸杞(Lycium barbarum)叶片生理的影响

枸杞(Lycium barbarum)耐盐碱能力强,在盐渍化土壤中种植枸杞具有一定程度改良土壤的功效。然而对枸杞在不同盐渍生境和不同盐渍化程度下的生理适应基础研究较少。选取扦插的"宁杞5号"一年实生苗为材料,分别在渗透势为-0.48、-0.82、-1.18 MPa下采用单盐(NaCl或Na_2SO_4)和混合盐NaCl+Na_2SO_4进行处理,对比分析不同处理时段内枸杞生理活性的响应。结果表明:随着渗透势降低,叶绿素(Chl)含量呈下降趋势;代表膜脂过氧化程度的丙二醛(MDA)、渗透调节物质脯氨酸(Pro)和可溶性糖(SS)含量明显增加;抗氧化酶系统超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性增加;渗透势为-1.18 MPa盐处理则抑制了过氧化物酶(POD)的活性。相同渗透势的不同盐处理之间,Chl、Pro、MDA和SS含量以及SOD和CAT活性在混合盐处理下或多或少都有增加;随着处理时间的延长,MDA、Pro、SS含量和CAT活性增加。这说明盐渍化程度增加,渗透调节物质和抗氧化酶系统的保护加强;不同盐渍环境下枸杞的生理响应不同,-1.18 MPa下混合盐胁迫相对于单盐影响更大;胁迫时间延长,渗透调节物质的累积增加,枸杞的适应性增强。