国家屏障区生态系统服务权衡与协同

对不同服务间存在的此消彼长的权衡关系和相互增益的协同关系的正确认知,是开展多种生态系统服务可持续管理决策的前提。2018年国家重点专项“典型脆弱生态修复与保护研究”中明确指出要优化“两屏三带”生态系统服务格局,而服务的优化离不开对权衡与协同关系的准确认知。因此,在国家尺度上开展国家屏障区生态系统服务权衡与协同研究具有重要性和迫切性。本文采用RUSLE模型、CASA模型和InVEST产水模型分别评估国家屏障区2000—2015年土壤保持、固碳和产水服务的空间分布格局,并分析三种服务的变化趋势,采用相关分析法和均方根偏差法量化不同服务在各子屏障带整体和空间上的权衡与协同关系。结论如下：① 国家屏障区的三项服务在空间上均呈现由东南向西北减少的格局, 而在时间上,土壤保持与产水显著增加(p<0.05),增加量分别为 20.64 t/(km ²·a)和4.13mm/a,而固碳呈现微弱的上升趋势(p=0.96),服务的提升有利于保障国家生态安全。② 在各子屏障带整体上,土壤保持、固碳及产水间相关系数基本大于0（p<0.05）,表明三者以协同为主;而在空间上,两两服务间的权衡与协同关系存在着极强的空间异质性,如东北森林带固碳与产水、固碳与土壤保持的权衡关系像元比例分别达49%和27%,且均集中在北部。因此,在进行生态环境建设时,需要同时考虑到整体与局部空间的服务权衡与协同关系的不同,以制定更为合理的生态保护政策。     

基于生态安全的山地城镇土地可持续利用模式研究——以云南大理市为例

随着中国城镇化推进,开发低丘缓坡山地建设山地城镇,成为中国南方山区解决城镇化土地资源矛盾的重要途径。但山地生态环境脆弱,如何在保障生态安全的前提下科学合理的开发建设山地城镇,目前尚没有成熟理论与方法,本文对此做了一些初步探讨。本文以大理市为研究案例,将地质灾害、水源涵养、地形地貌、水土保持、生物多样性、洪水淹没作为山地城镇建设关键生态因子,划分确定山地城镇建设的生态安全等级;通过CGELUC模型与DLS模型等实证分析和情景模拟,优化生态安全约束下山地城镇土地利用布局和情景模式选择。实证研究表明,高生态安全的经济优先发展模式和三维立体土地利用方式,是最符合山地立体特征的山地城镇土地可持续利用模式。     

2015年中国生态系统生态破坏损失核算研究

利用遥感影像数据,结合第八次全国森林资源清查和第二次全国湿地资源调查以及草地监测报告,对中国2015年森林、草地和湿地三大生态系统因人类不合理利用导致的生态破坏损失进行核算。核算结果显示：① 2015年中国生态破坏损失约为2.38万亿元,占GDP比重的3.3%。其中,森林生态破坏损失约为2 437.5亿元,占全部生态破坏损失的10.2%;草地生态破坏损失约为3 112.1亿元,占比为13.1%;湿地生态破坏损失约为18 269.6亿元,占比76.7%。② 中国生态破坏损失主要分布在西部地区,区域空间差异大,青海、湖南、四川、黑龙江、内蒙古、江苏等省份的生态破坏损失都大于1 000亿元。③ 中国生态破坏损失主要来自气候调节和水流动调节服务损失。2015年中国气候调节服务损失量为17 451.8亿元,占全部生态破坏损失的73.3%;水流动调节服务损失量为4 234.6亿元,占比为17.8%。     

新疆天山自然遗产地景观格局动态演化及其生态健康评价

喀拉峻-库尔德宁区域是新疆天山自然遗产地的重要组成部分,其生态健康状况将影响该自然遗产地的突出普遍价值。目前从景观生态学角度,通过景观格局动态演化过程反映自然遗产地生态健康研究较少。本研究以喀拉峻-库尔德宁区域为例,基于多源遥感影像,提取景观信息进行定性与定量分析,并结合景观格局指数,从景观动态特征、类型水平和景观水平分析景观格局演化特征,评价景观健康状况,形成自然遗产地景观数据的获取方法,探索景观格局与生态过程的关系,为相关研究提供借鉴。结果显示：裸地增加,冰雪、针阔混交林等景观减少;类型水平上,针阔混交林受人为干扰严重,中和低覆盖度草地呈破碎化;景观水平上,景观聚集度、连通性、分形状况稳定,景观多样性提升后维持稳定;总体景观生态健康,突出普遍价值（OUV）维持稳定,但对针阔混交林需要进行重点保护。结果可为研究区综合管理和生态健康分析提供有效数据。     

格尔木河流域地下水生态功能及经济损益阈值解析

在西北内陆河流域,地下水是维系人类生存、生态环境和社会经济发展的重要水源,但这些流域生态环境脆弱。为保护地下水资源和脆弱的生态环境,亟待开展地下水合理开发利用研究。本文在分析格尔木河流域水文地质条件、环境地质问题基础上,采用遥感解译、野外调查和地下水动态监测的方法,界定了地下水的生态功能及阈值,即维系植被生态地下水埋深为0.5~10 m、减轻盐渍化程度的地下水埋深应大于3 m、减轻城市内涝的地下库容应大于3.42×10⁸ m³、维系达布逊湖面积的入湖流量应大于2.82×108 m³·a^-1。基于格尔木河流域生态系统服务价值构成,得到减轻城市内涝及减缓盐渍化程度的环境正效益值分别为8 000×10⁴元·km^-2和163×104 元·km^-2;地下水不合理开发利用导致植被退化、河湖面积萎缩的环境负效益值分别为191元·km^-2和1 032元·km^-2。本文研究成果可为流域内地下水资源开发利用和生态环境保护科学依据,同时也可为西北其他内陆河流域地下水合理开发利用借鉴。     

黄土丘陵沟壑区生态移民过程及其生态系统服务价值评价——以宁夏海原县为例

以海原县为研究对象,以2000、2005、2010和2015年遥感数据为基础数据,综合运用土地利用动态度、生态系统服务价值评价模型、地理探测器等模型对海原县2000—2015年的生态系统服务价值时空变化进行研究。结果显示：2000—2015年海原县土地利用类型发生明显变化,林地、建设用地、水域以及园地面积分别增加24 532.56hm2、13 233.71hm2、1 093.58hm2和812.16hm2,而耕地、草地和未利用地面积呈下降趋势,其中未利用面积下降幅度最大,共减少21 333.05hm2;研究期间海原县生态系统服务价值呈现出逐年增加的变化趋势,由2000年的37.25×108元增加至2015年的62.23×108元,变化率为67.07%,而林地、园地和水域面积的增加是海原县生态系统服务价值增加的关键;从态系统服务价值空间分布来看,海原县生态系统服务价值在空间呈现出由西南向东北递减的变化趋势;研究期间研究区生态系统单项服务价值均呈现出增加的变化趋势,其中废物处理和水源涵养增加量最大,其次是生物多样性和气候调节,而食物生产、原材料生产以及娱乐文化增加量最低,说明海原县的生态系统调节服务>支持服务>供给服务>文化服务;通过地理探测器诊断发现草地、园地、林地、气候调节、土壤形成与保护、生物多样性保护的决定力q值均＞0.8,说明这6项因子对研究区生态系统服务价值变化具有重要的影响作用。     

生态遥感新锐——轻小型无人机的应用

基于研究对象视角梳理轻小型无人机遥感手段在生态学研究中的应用现状,重点分析了无人机在不同生态对象应用的优势和局限：优势主要在于其能够高灵活性、高分辨率地获取各生态对象的数据,为较大规模的生态研究提供了便利。在农田生态系统应用中主要关注农田信息检测、自动化农作等方面,但在这方面的应用还比较单一,缺乏更深层更全面的系统化应用;在森林草地中主要关注植被结构参数提取、生物量反演等,在数据采集过程中应注意设备的稳定性避免对数据准确性造成影响;城市生态系统主要集中在城市环境监测和测绘方面,同时城市方面飞控政策尚待完善;水生生态系统主要关注水生动植物监测和潮间带观测等,大规模监测也对设备续航和数据标准化处理提出了要求;动物研究应用中主要关注动物迁徙规律、物种分布等方面,在监测过程中需注意不要对动物栖息造成干扰。总的来说,无人机应用局限主要在于其获取的数据处理尚未标准化,飞控政策尚未成熟和硬件续航等方面。在此基础上探讨了未来无人机遥感在生态学研究的应用趋势：随着无人机智能化的软硬件发展和云端生态大数据的建立,无人机数据的获取和处理将更加智慧化,多源的无人机遥感数据将会更好地服务于生态学研究。     

中国粮食生产时空演变规律与耕地可持续利用研究

随着全球粮食贸易格局的日益紧张,如何利用有限的耕地资源保证中国粮食安全成为新阶段的难题。本文从耕地可持续利用视角提出粮食稳产、增产策略,以期为粮食安全、耕地保护等国家战略提供理论支撑。基于1985—2015年中国31个省（自治区、直辖市）统计数据,以农业生态区为基本单元,采用比较分析法和GIS空间分析法,对中国粮食生产时空演变及其影响因素进行规律性探究。研究结果表明：（1）中国粮食产量呈“波动-上升”的趋势,但长江中下游区、江南和华南区粮食增长率较低,甚至出现减产现象。（2）中国粮食产量主产区逐渐由长江中下游区、江南和华南区向东北区、黄淮海区转移。（3）中国粮食生产的影响因素呈现阶段性和区域性规律。例如,东北区、西北区粮食生产主要受粮食单产、耕地面积等影响;黄淮海区、内蒙古高原和黄土高原区、云贵高原和横断山区主要受粮食单产影响。（4）中国各区耕地存在不同类型和不同程度的耕地非持续问题,在西北区、内蒙古高原和黄土高原等生态脆弱区域较严重。     

城镇化与生态环境耦合动态模拟模型研究进展

按照地理学科发展趋势,对城镇化与生态环境耦合的研究将由定量描述转入动态模拟。目前,城镇化与生态环境耦合动态模拟模型呈现多元化。论文系统梳理了其中4类常见的动态模拟模型,包括城镇化与生态环境耦合系统动力学模型、基于人工智能算法的城镇化与生态环境耦合动态模拟模型、基于土地利用变化的城镇化与生态环境耦合动态模拟模型以及基于多模型集成的城镇化与生态环境耦合复合模型。主要结论如下：系统动力学模型被广泛应用于城市复杂系统、城市转型和可持续发展以及城镇化与生态环境单要素耦合的动态模拟之中,但存在空间解释不足以及忽视系统自适应性等问题;人工智能算法(ANN和BN)在自学习、自组织、自适应系统或不确定性系统模拟中具有显著优势,并被应用于城市扩张、环境变化、资源需求以及生态脆弱性的识别之中,但应用面相对狭窄且限制条件偏多;土地利用变化模型(CLUE/CLUE-S、CA和MAS)局限于从土地城镇化视角模拟城镇化与生态环境耦合;基于多模型集成的复合模型实现了各模型之间的优势互补,已成为城镇化与生态环境耦合动态模拟模型的发展趋势。今后,应从技术和理论2个层面实现城镇化与生态环境耦合动态模拟模型的进一步发展,并加强对微观过程的模拟。