地下水污染监测网多目标优化设计模型及进化求解

采用模拟-优化方法建立了一个用于地下水污染监测网设计的多目标优化模型,该模型包括最小化监测费用、污染物质量评估误差、污染羽一阶矩评估误差和二阶矩评估误差等4个目标函数,以充分揭示减少地下水污染监测费用与提高污染监测精度之间的权衡关系.将改进小生境Pareto遗传算法与地下水流模拟程序和污染物运移模拟程序相耦合用于求解地下水污染监测网多目标设计模型.算例研究表明,采用进化算法求解监测网的多目标模型,能真实地反映各个目标函数间的权衡关系,并且不用考虑传统方法中惩罚因子的影响.与单目标优化模型相比,多目标优化模型可在较短的时间内得到优化问题的一系列Pareto权衡解,以利于相应条件下决策者选择最为经济有效的地下水污染监测方案.     

土地利用与生态文明:实证研究

生态文明建设的目标是实现人与自然的和谐共生。国土是生态文明建设的空间载体。土地利用的方式或行为反映土地资源集约节约利用水平,导致不同的生态环境效应,从而影响区域生态文明建设水平。本专辑"土地利用与生态文明"通过优选14篇代表性论文,从土地利用效率、土地生态演化、土地多功能权衡、土地生态系统服务和土地生态风险等方面,探讨了生态文明视域下的土地利用管理理论和方法,为形成生态文明的土地利用方式、行为和制度体系提供了实践参考。本专辑研究层次多样,文献覆盖村庄、县域、省域等多级研究尺度,山地、平原和丘陵等多种地貌类型,以及华东、华中、西北、长江经济带和日本等国内外土地利用典型地区;研究方法前沿实用,包括文献研究法、分形理论、定性比较分析、VAR模型、计量经济学方法等多学科研究方法;研究主题鲜明,聚焦当前土地利用过程中的热点话题与突出问题,对土地生态效率、空间行为特征、土地利用结构优化、生态风险评价等土地利用热点问题进行了深入探讨,其中既有对耕地撂荒、土地利用风险等当前迫切的土地利用问题的文献梳理与述评,也尝试对农村景观和生态系统的多功能进行权衡与协同分析,为破解生态文明视域下的土地利用问题提供了理论与实证依据。本专辑从现实与理念等全方面、多层次地反映了以生态文明理念指导土地利用的现实迫切性,并从方法和研究框架等方面提供了理论指导与技术支撑。最后,提出了未来生态文明视域下土地利用研究领域需重点关注的五大热点方向:土地利用结构的生态化管理、土地利用过程的生态演化机理、土地生态利用模式、土地生态安全格局预警与调控、土地利用行为的生态化管控。     

雄安新区生态系统服务簇权衡与协同

河北雄安新区建设是千年大计、国家大事。在生态优先、绿色发展理念引领下,深入理解生态系统服务间关系对于优化国土空间开发保护、实现自然资源可持续管理具有重要意义。本文基于多源数据评估了雄安新区四种生态系统服务,分析了生态系统服务间关系,并利用自组织映射特征网络划分了生态系统服务簇,以期为新区统筹权衡规划建设提供科学依据。研究结果表明：雄安新区生物多样性维持服务供给总体呈从东北向西南递增;食物供给服务在安新县与容城县供给较高,在雄县供给较低;产水服务供给以西南部地区较高,东北部地区较低;娱乐服务供给则以中北部地区较高,西南部地区较低。不同类型生态系统服务间多为协同关系,少为权衡关系。识别出四种生态系统服务簇,不同服务簇的主要土地利用类型及服务供给特点均存在差异,食物供给簇以旱地为主,主要提供食物供给服务;文化娱乐簇也以旱地为主,主要提供娱乐服务;生态保育簇以水域、旱地和林地为主,主要提供生物多样性维持服务;城镇生活簇则以建设用地为主,也包括少部分水田,主要以产水服务较高。根据不同生态系统服务供给间关系特征,为新区合理确定土地利用变更时序与位置以及促进多重生态系统服务可持续供给提出了建议。     

干旱区水资源约束下的生态退耕空间优化及权衡分析——以奇台县为例

干旱区耕地大规模扩张导致水资源超载、生态问题频发,亟须退地还水。因此,探索水资源约束下的生态退耕空间优化方案,不仅有助于解决干旱区面临的问题,还可为土地利用规划和决策提供参考。目前对退耕方案多效益矛盾的研究尚量化不足,有鉴于此,本文建立生态退耕空间优化配置及权衡分析模型,以新疆奇台县为研究区进行模型应用,构建了水资源约束下的生态退耕方案群,并设计保有耕地优先和保护生态优先等两种情景,利用蚁群优化算法实现了生态退耕的空间配置模拟与优化。结果表明:耕地面积在保有耕地优先情景将减至9.94万hm2,保护生态优先情景则为6.96万hm2;在此退耕过程中,河道内生态用水占水资源总量的比例从10%增加到30%,防固沙量由713.22万t增加至816.59万t,经济效益则由34.86亿元下降至24.75亿元。通过比较单位经济效益的减少比例可产生的生态效益增加比例,确定耕地面积退至8.35万hm2时是权衡生态和经济效益下的生态退耕最优方案。退耕还草主要发生在奇台县耕地集中区的东北、西北及西南部边缘,将有利于北部的沙漠化防控和南部的水源保护。本研究实现了干旱区水资源约束下生态退耕方案空间模拟和优化,对农...     

渔业管理策略评价及应用研究进展

管理策略评价(MSE)是近年来国际上渔业资源评估与管理学科发展的新趋势。MSE是通过对管理目标渔业系统的模拟,来测试和评价不同的渔业管理策略达到预期管理目标一种方法。MSE一般包含操作模型、采样模型、资源评估模型和执行模型,其中操作模型是核心。在操作模型中,通过模拟测试的方法来评估不同管理策略达到预期管理目标的程度,并充分考虑到渔业管理中的不确定性,因此渔业管理策略评价能够获得在渔业资源变动和不确定性影响下仍有较好表现的管理措施。管理策略评价一般与生物参考点、捕捞控制规则、管理规定和绩效评估有关。此外,随时间的变化的补充量、自然死亡系数和生长率,以及渔具和作业方式的选择性等,都会对MSE产生影响。由于可提高渔业管理的成功率,MSE已在渔业资源评估与管理中越来越广泛应用。通过对MSE的理论、方法和存在的问题进行总结与分析,并以实例阐述其在金枪鱼渔业管理中的发展和应用,为该领域的进一步研究提供参考和依据。     

基于生态系统服务视角的“土地分离与共享框架”解析

“土地分离和共享框架”是协调物质生产和生态保护、促进土地可持续利用的重要理论。本文梳理了“土地分离与共享框架”和生态系统服务间关联,剖析生态系统服务应用于该框架的理论基础,结合美国典型土地共享案例,分析了土地利用策略选择对粮食生产、生物多样性、直接和间接生态系统服务的影响,并探讨了该框架对中国生态系统工程的启示。结果表明：随着人类对土地功能认知的不断深入,“土地分离与共享框架”的拓展表现为从单一的粮食供给服务需求演进到粮食供给服务和其他生态系统服务的综合需求。当粮食供给服务与其他服务处于权衡状态时,在生态脆弱、恢复力差的地区,不同生态系统服务间多处于凸权衡关系,一般适宜采用分离策略;在生态系统稳定、恢复力强的地区,不同生态系统服务多处于凹权衡关系,一般适宜采用共享策略。结合美国典型土地共享案例发现,其土地利用实践中选择土地功能共享策略是比较适宜的;生态系统服务作为政策评估工具,可在策略选择和评估实施效果中发挥一定作用。研究结果可为可持续土地利用提供理论与方法支撑,并为中国制定土地利用策略提供参考。     

城市洪涝灾害应急疏散模拟及其效率-公平权衡分析

对城市洪涝灾害下的人群疏散过程进行精细化模拟、探究群体疏散效率与个体洪涝风险暴露公平性之间的权衡关系(效率-公平之争)可以为城市洪灾应急管理提供重要决策支撑。本研究以深圳市某居民区为研究区,构建基于主体(Agent-based)的洪灾应急疏散模型,分析疏散人口数量、避难所容量分配、不同风险区居民分批疏散顺序以及批次之间间隔时间等因素对洪灾应急疏散的协同影响,探究疏散过程中效率与公平的权衡关系。研究表明：疏散效率主要受避难所容量分配方式和疏散人口数量影响,疏散公平性主要受不同洪涝风险区居民的疏散次序影响;洪灾应急管理部门应综合考虑人口分布和交通路网情况,按实际需求分配避难所容量;在疏散管理中,应考虑洪涝风险分区,引导居民以一定次序分批疏散,并合理控制批次间隔时间,从而实现城市洪涝疏散效率和公平的权衡。     

基于多源地理数据融合的黑河中游土地多功能性时空格局与权衡研究

土地多功能利用是提高土地利用效率、缓解人地矛盾、促进区域可持续发展的重要途径。研究构建了“生产-生活-生态”功能的土地多功能性评价指标体系,基于3 km×3 km格网,融合了遥感、统计、POI等多源地理数据,利用投影寻踪模型对黑河中游土地多功能性进行评价,通过变量相关分析和双变量局部空间自相关分析,揭示了土地多功能权衡与协同关系,并采用RGB三通道合成与二阶聚类分析相结合进行土地功能分区。结果表明:(1)黑河中游在不同利用方式下呈现不同功能,在走廊平原区土地功能以生产功能为主导,生活功能和生态功能为辅。生产功能在走廊绿洲农业区优势明显,生活功能高值区集中于城镇等基础设施条件较好的地区,祁连山、龙首山发挥着生态屏障作用。(2)研究时段内,土地多功能性稳中增强。土地多功能性与一级功能的空间格局保持稳定,土地功能间协调性普遍增强,不同功能在空间上日益重叠。(3)按照主导利用方向,土地可划分为以农业生产与城镇空间为主体的重点开发区、优化开发区和适度开发区,以及以生态空间为主的生态屏障区、生态缓冲区和生态修复区。(4)土地多功能利用仍有提升空间,尤其要加强对非主导功能的关注,协调功能间的固有矛盾;统筹推进生态修复,关注自然资本增值,从构建区域绿水青山的格局挖掘土地价值新的增长点。     

厦漳泉地区生态系统服务权衡与协同关系分析

将地理探测器引入生态系统服务权衡/协同关系的研究,并结合生态服务价值动态度、生态系统服务权衡协同度(ESTD),阐释2006—2016年厦漳泉地区生态系统服务变化特征和权衡/协同关系及其时空格局。结果表明:(1)地区生态服务价值总体增长16.51%,其中林地、湿地、水域的生态服务价值增长明显;(2)食物生产、原料生产、土壤保持服务价值低于地区总体ESV动态度;(3)生态系统服务间作用强度会随对象的转换出现差异性,根据各类服务间作用的紧密程度划分核心和次核心"组团";(4)地区生态系统服务间关系以协同为主,但食物生产与其他服务呈现明显的此消彼长,不同生态系统服务间权衡/协同性质及其程度均呈显著的空间分异。     

采伐影响下人工林木材生产与固碳功能权衡特征——以湖南会同森林生态实验站为例

中国人工林面积居世界首位,在全球气候变暖背景下,人工林在提供木材和固定CO₂等方面同时具有重要意义。然而木材生产与碳储量之间存在此消彼长的权衡关系,如何综合考虑二者权衡过程,实现区域森林综合效益最大化,是中国森林生态建设中亟待解决的问题。选择会同森林生态实验站磨哨林场作为研究区,采用人工林固定样地多年观测数据以及InVEST模型,定量评估木材生产与碳储量,构建了不同管理模式下的权衡分析方法,提出了研究区森林生态系统综合效益最佳的权衡对策。研究发现：① 在采伐活动的影响下,木材生产与碳储量显著负相关（R = -0.907, P < 0.001）,表现出强权衡关系;② 随着采伐强度增加,木材生产与碳储量的综合效益逐渐增加,权衡值先下降后上升;每10年采伐总面积10%~20%的管理模式下,收获木材量和碳储量的综合效益相对较高且权衡值最低,是最佳森林管理模式;③ 研究区当前采伐强度略高于最佳采伐强度,适当降低采伐强度能够使森林获取更多的综合效益。因此,在明确森林管理目标的基础上,可借助基于标准差的权衡分析方法,提出中国南方人工林生态系统服务提升与可持续经营的权衡对策。