流域“三生空间”功能识别及时空格局分析——以甘肃白龙江流域为例

基于"三生空间"视角,构建了"生产、生活适宜性和生态重要性"三生功能空间评价体系,揭示了1990—2014年甘肃白龙江流域三生功能空间格局及其变化特征。结果表明:(1)强生产功能空间主要集中在宕昌-舟曲-武都段白龙江两岸、白水江两岸及文县中东部等人口密集区;大致以宕昌-舟曲-武都段白龙江为界,东部为半生产功能空间,西部为弱生产功能空间。强生产、半生产功能空间的面积分别退缩了2434.54和294.07 km~2,弱生产功能空间面积扩张了2728.62 km~2。1990—2002年变化格局较为破碎,无明显块状集聚区;2002—2014年强化区集中于迭部西北部,弱化区分布于流域中下游。(2)生活功能空间与生产功能空间格局相似。强生活功能空间面积增加了119.32 km~2,半生活功能空间面积在波动中减少了508.23 km~2,弱生活功能空间则在波动中增加了388.90 km~2。其格局变化主要集中在宕昌-舟曲-武都段白龙江两岸及文县大部分区域,1990—2002年以强化为主,2002—2014年相对弱化。(3)生态功能空间整体呈现出"流域西北部和东南部强、中西部次之、东部最弱"的格局。强生态功能空间面积经骤降后剧增了3118.13 km~2,半生态功能空间面积减少了508.23 km~2,弱生态功能空间则在波动中减少了1566.08 km~2。1990—2002年强化区主要位于流域西北角,弱化区集中于舟曲和迭部、武都交界区、武都南部和文县西南部;2002—2014年流域西北角功能退化,迭部和舟曲交界区、武都东南部功能得到改善。(4)毁林开荒和退耕还林还草过程导致的土地利用格局和生态系统服务功能变化是流域三生功能空间格局变化的重要原因。研究可为同类易灾型山地流域三生功能空间的识别提供参考。     

基于GeoDA的甘肃白龙江流域景观破碎化空间关联性

景观破碎化是景观生态学研究热点,其空间分布研究可为景观格局优化提供科学依据。本文综合运用景观格局指数、网格分析和空间自相关等,基于Arc GIS和GeoDA平台分析了2014年甘肃白龙江流域景观破碎化的空间关联性。结果表明:(1)2014年甘肃白龙江流域不同网格大小下景观格局指数边缘密度(ED)、蔓延度(CONTAG)、Shannon多样性(SHDI)的Moran I分别介于0.478~0.501、0.276~0.374、0.406~0.436,在空间上均呈较强的正相关关系,说明流域景观破碎化空间上呈现集聚现象,存在高高聚集区和低低聚集区。(2)以10 km×10 km为特征尺度研究流域景观破碎化的空间集聚效应,发现流域景观破碎化程度较高区域主要集中在武都中部,较低区域主要在文县南部。(3)以10 km×10 km为特征尺度,流域人类活动强度与景观格局指数ED和SHDI的Moran I分别为0.170和0.180,在空间上均呈正相关关系;而与景观格局指数CONTAG的Moran I为-0.095,呈空间负相关,表明流域人类活动强度对景观破碎化的空间分布特征起到一定作用。研究表明,GeoDA可应用于景观生态空间分析。     

基于“三生功能簇”的甘肃白龙江流域生态功能分区

山区流域土地资源紧缺,合理的土地开发适宜性评价和功能分区可综合反映空间差异,有利于区域社会经济发展和生态环境保护的协同管理。本研究基于"三生"功能视角,定量评估了甘肃白龙江流域三生功能适宜性,并以乡镇为基本单元,运用三生功能簇划分流域生态功能区。结果表明:流域生产功能极适宜和适宜区面积分别为1894.36和1789.13 km~2,共占流域可用空间的28.78%;生活功能极适宜和适宜区分别为568.10和909.10 km~2,共占11.54%;两者适宜性分布具有一定重合性,其中宕昌北部、武都东北部和舟曲-武都-文县段白龙江两岸适宜性均较高;生态功能极重要和重要区分别为1776.49和3594.21 km~2,共占41.96%,片状集聚于迭部和舟曲山区、文县南部和武都东南部;生态功能与生产、生活功能均呈权衡关系;流域可划分为7个生态功能区,并提出了相应的管控建议。本研究可为流域土地生态系统的科学管理及其可持续发展提供依据。     

基于景观格局的甘肃白龙江流域生态风险评价与管理

流域生态风险评价是流域生态保护与环境管理的重要研究内容.开展以人类活动为风险源的生态风险评价,揭示流域生态风险的空间变化规律,对于促进流域生态保护和环境管理及社会发展具有重要的指导意义.本文基于景观格局指数和生态环境脆弱度构建了流域生态风险综合指数,以甘肃白龙江流域2010年土地利用数据为基础,以ArcGIS和Fragstats软件为平台,通过空间采样和地统计空间插值得到白龙江流域生态风险的空间分布规律.结果表明：白龙江流域生态风险空间分布差异明显,总体而言,白龙江流域西北部和北部的生态风险高于流域的西部和南部山区;在白龙江流域各县区中,武都和宕昌县的生态风险较高,迭部县和文县的生态风险较低.今后应加强流域土地利用综合管理和人类活动调控,开展植被恢复和生态重建,降低不合理人为干扰的生态风险和危害,实现流域经济、社会与生态保护的“多赢”,促进区域可持续发展.     

西部山区流域生态系统服务权衡与协同关系——以甘肃白龙江流域为例

甘肃白龙江流域是长江上游重要水源涵养和生态屏障区,生态系统服务研究对该流域生态保护与经济发展的双赢具有重要意义。本研究基于InVEST模型进行4种典型生态系统服务(如土壤保持、水源涵养、食物供给、生境质量)评估,并通过相关性和均方根偏差(RMSD)开展服务间多尺度权衡及其成因分析。结果表明: 土壤保持、水源涵养和生境质量两两之间为显著协同关系,食物供给分别与生境质量、土壤保持和水源涵养间为显著权衡关系。3对协同服务和食物供给与生境质量的权衡强度高值主要集中于文县、迭部和舟曲的中高山阴陡坡林区;食物供给与土壤保持、食物供给与水源涵养间的权衡强度高值主要集中于宕昌和武都的中低山阳缓坡农牧区。人类活动驱使下的土地利用/覆被格局空间差异是影响服务权衡程度及其尺度效应的重要因素。     

基于综合指数法的白龙江流域生物多样性空间分异特征研究

大中区域尺度上生物多样性空间分布格局识别是制定和实施区域生物多样性保护计划的前提条件,也是生物多样性保护确定优先区域研究工作迫切需要解决的关键问题之一。拟以甘肃白龙江流域为例,结合InVEST模型和遥感、GIS技术,以区域生境质量、植物净初级生产力和景观状态指数为评价指标,应用归一化处理方法,构建区域生物多样性空间格局综合评估方法,在栅格像元尺度上开展白龙江流域生物多样性评价及其空间分异特征分析。结果表明:白龙江流域生物多样性较为丰富,空间分异特征明显。生物多样性较高的区域(Ⅰ和Ⅱ级以上)面积约占39.80%,且主要集中在自然保护区和林业管护区。生物多样性较低的地区主要分布在舟曲-武都-文县的白龙江两岸及其以北区域、宕昌县岷江沿岸、高寒稀疏植被区和高山积雪-裸岩区。     

基于格网的南昌市生态环境脆弱性评价

科学评价生态环境的脆弱性,对合理利用土地资源和促进区域生态安全具有重要意义。以公里格网为基本评价单元,以快速城市化区域典型代表南昌市为研究区,通过SRP概念模型构建评价指标体系并选取17个评价指标,基于空间主成分分析法、全局Moran′s I指数以及LISA聚类图,量化分析了2000—2015年南昌市生态环境脆弱性的时空分布特征及驱动力。结果表明:(1)2000—2015年南昌市生态环境脆弱性呈现由轻度脆弱向中度脆弱演变的趋势;(2)2000—2015年南昌市各县(区)生态环境脆弱性差异明显,东湖区、西湖区、青山湖区、青云谱区、湾里区脆弱性程度最高,其他县(区)脆弱性增幅较大;(3)2000和2015年南昌市生态环境脆弱性具有明显的空间自相关性,且为正相关,高高聚集区主要分布在极度脆弱区,低低聚集区与微度和轻度脆弱区相关;(4)研究时段内,南昌市生态环境脆弱性主要驱动力为人口密度、人均GDP、人均耕地、坡度、地形起伏度、年均气温、极端最高温、极端最低温、年均降水量。     

甘肃白龙江流域生态系统粮食生产服务价值时空分异

粮食生产服务是区域生态系统主要的服务功能之一,也是人类福祉和社会发展的基础,受自然环境和社会经济发展而不断变化。然而,目前国内外尚缺乏统一的生态系统服务价值的时空动态评估方法,尤其是在脆弱的山区过渡带区域。以灾害频发的脆弱生态过渡带——甘肃白龙江流域为例,尝试引入自然环境和人文社会要素对区域生态系统生产服务经济价值进行系数调整与修正,构建生态系统服务价值的计量评估模型,测算流域内生态系统生产服务价值并分析其时空差异性。结果表明:(1)1990—2010年间白龙江流域耕地面积波动起伏较大,但流域内生态系统生产服务价值却表现出持续上升的趋势,至2010年平均生产服务价值达186.74万元。生态系统生产服务价值空间格局变化不大,其高产区约占42.4%以上,主要分布在宕昌县西北部的岷江两岸和舟曲城关镇—武都汉王镇的白龙江两岸及其以北区域。(2)方法改进后,白龙江流域生产经济价值相对减小(172.74万元),间接反映了研究区内滑坡、泥石流等自然灾害和区位人文社会要素对生产经济价值的影响,更符合流域的实际情况。     

三峡库区生态脆弱性评价

基于遥感和地理信息系统技术,采用"压力-状态-响应"评价模型,选取18个指标,利用空间主成分分析对2001—2010年三峡库区(重庆段)生态脆弱性进行综合定量评价,对生态脆弱性时空分布及动态变化进行分析。根据计算得到的生态脆弱性指数,将生态脆弱性划分为5个等级:微度脆弱、轻度脆弱、中度脆弱、重度脆弱和极度脆弱。通过统计不同脆弱性等级面积,求算得到生态脆弱性综合指数。结果表明:三峡库区(重庆段)2001—2010年生态脆弱性指数标准化平均值为4.23±1.29,整体处于中度脆弱。生态脆弱性空间分布呈现西高东低的格局特征,高度脆弱地区主要分布在中西部,低度脆弱地区主要分布在东北部和东南部。近10年生态脆弱性综合指数最小值为2002年的2.37,最大值为2008年的2.99,三峡水库蓄水后生态脆弱性综合指数逐年递增,2008年到达峰值后有所降低。三峡库区生态脆弱性是人类活动与自然环境相互作用的结果,城市生活污染、水土流失、植被状况等为主要的驱动因子。研究时段内三峡库区(重庆段)生态脆弱性呈现两极化趋势,高度脆弱地区的脆弱性显著增加,低度脆弱地区脆弱性明显降低。     

基于景观格局的云南省富源县生态脆弱性空间特征分析

分析生态脆弱性的空间分布特征、形成原因以及对其进行定量研究对于合理利用土地资源、保护生态环境以及可持续发展都具有一定的指导意义。以云南省富源县为例, 在生态脆弱性评价指标体系研究的基础上, 结合研究区域实际情况, 运用熵权法构建生态脆弱性评价模型。以“压力-状态-响应”为评估框架, 从生态压力度、生态敏感性、生态恢复力三个方面选取评价指标(景观分维数、矿区扰动指数、居民点临近指数、景观破碎度、地形指数、植被覆盖度、景观适应度指数、优势度)。在格网尺度对生态脆弱性展开评估并使用点格局方法对不同空间尺度下各生态脆弱等级动态特征和变化规律进行分析。结果表明: (1)水域的生态脆弱性最高, 草地和灌木林地次之, 乔木林地最低; (2)全县生态脆弱性空间分布差异较大, 呈现 “中部高两端低”的分布特征; (3)中安镇生态脆弱性最高, 墨红镇最低; (4)不同脆弱度等级空间分布格局表现出一定相似性, 在中小尺度下高度集群分布, 随着空间尺度的增大, 聚集性逐渐减弱, 且尺度范围有所变化。     

甘肃省大熊猫数量及栖息地现状

20 0 0～ 2 0 0 3年的调查表明 ,甘肃省野生大熊猫 (Ailuropodmelanoleuca)现有 1 1 7只 ,分布在文县 1 0 3只、迭部县 1 1只、舟曲县 1只和武都县 2只。栖息地呈互不相连的 5块 ,总面积 1 82 7 .3 5km2 ,其中白水江保护区 1 1 65 .1 6km2 、迭部县 5 1 8. 91km2 ,为 2块面积较大的稳定栖息地 ,其余 3块为面积很小、不稳定的栖息地。     

闽三角城市群生态环境脆弱性及其驱动力

生态安全是地区社会经济可持续发展的基本前提之一,而生态环境脆弱性会威胁地区的生态安全,进行生态环境脆弱性评价具有重要意义。以闽三角城市群为例,分别选取2000年和2015年的高程、坡度、岩性、土壤类型、NDVI、年均降水量、年均温、人口密度、人均GDP、路网密度、景观多样性、土地利用程度和工业固体废弃物排放量等13个指标,基于空间主成分分析法,并结合全局Moran'I和LISA聚类图,从整体特征、空间差异、空间集聚、地类脆弱性分异以及驱动力5个方面,探讨闽三角城市群的生态环境脆弱性及其驱动力。结果表明:2000—2015年间,闽三角城市群的生态环境脆弱性整体处于中度脆弱,但呈现出由中度脆弱向重度脆弱过渡的趋势;2000—2015年间,生态环境脆弱性呈现出由东南沿海向西北内陆逐渐增强的整体趋势,并存在明显的地带性特征,东南沿海增长不明显,部分地区有所下降,而西北内陆增长明显;生态环境脆弱性存在显著的空间自相关性,且为显著正相关,在西北部山区地带为显著的高高聚集,在东南沿海平原地带为显著的低低聚集,16年间集聚性特征在空间上有所迁移和扩张;2000—2015年间,生态环境脆弱性在各地类存在着一定的异质性,其生态环境脆弱性指数大小顺序始终为:林地未利用地草地耕地水域建设用地,整体由中度脆弱向重度脆弱过渡;2000—2015年间,生态环境脆弱性的驱动力有所变化,但人口密度、景观多样性、岩性和土壤类型一直是闽三角城市群生态环境脆弱性主要的驱动力。     

基于地形梯度的甘肃白龙江流域典型生态系统服务分布特征

白龙江流域是长江上游重要的水源涵养区和生态屏障,同时也是国家级贫困县集中连片区(秦巴山区)。基于ArcGIS软件和InVEST模型,从高程、坡度、地形起伏度、地形位指数等方面分析了甘肃白龙江流域典型生态系统服务的地形梯度特征。结果表明:(1)甘肃白龙江流域碳储量、水源涵养、生境质量、土壤保持服务功能的空间分异明显,其高值区主要分布在自然保护区、林区,低值区则在河谷、城镇、农耕地区。(2)碳储量、水源涵养和生境质量随着坡度和地形起伏度的增加而增加,土壤保持则呈先增加后降低的趋势,随地形位指数增加呈现波动变化;(3)流域综合生态系统服务供给重要区域逐渐向两极分化,多种生态系统供给服务的重要区域主要在中高梯度片区,而一般区主要分布在低梯度片。地形特征是影响流域生态系统服务梯度差异的重要因素。通过分析流域不同地形因子下分析碳储量、水源涵养、生境质量、土壤保持的空间分异特征,可为中国西部山地流域生态系统格局优化管控和生态文明建设提供科学依据。     

基于乡镇尺度的土地生态安全时空格局评价研究——以博尔塔拉蒙古自治州为例

近年来,国内外学者已做了大量区域土地生态安全评价的研究,但大多针对流域或县级以上行政单元,乡镇尺度的土地生态安全评价研究甚少。因此,选择地处我国西北干旱生态脆弱区的博尔塔拉蒙古自治州为研究区,以"3S"技术和数学统计方法为支撑,结合研究区自然地理特征和社会经济状况,构建博尔塔拉蒙古自治州乡镇级压力-状态-响应(Pressure-StateResponses,P-S-R)土地生态安全评价模型,并对其土地生态安全空间格局特征及成因进行诊断性分析。结果表明:(1)2014年博州土地生态安全较2011年有所恶化,Ⅲ级向Ⅳ级转化的面积最大,高达2555.33 km~2,主要在温泉县境内,其次是Ⅴ级区域向Ⅳ级转化1356.53 km~2,主要发生在精河县的茫丁乡和托托乡;(2)博州大部分乡镇的土地生态安全状况处于Ⅲ级水平,区域生态结构不稳定,亟待调整;(3)博州土地生态安全状况具有明显地域性分布的特征,低值区多集中于博州东部荒漠地区,高值区多集中在博州中部绿洲区域和湖区。研究结果可为乡镇级土地生态安全评价提供参考,为区域生态保护协调推进与乡镇可持续发展提供理论指导。     

南四湖湿地景观格局脆弱度的时空分异特征

选取南四湖湿地1985、2000年Landsat 5 TM及2015年Landsat 8 OLI遥感影像为数据源,利用敏感度指数和适应度指数构建景观脆弱度指数,结合半变异函数和空间自相关等空间统计学方法,探究南四湖湿地景观格局脆弱度的适宜研究尺度及该尺度下脆弱度的时空分异特征.结果表明:1 km"1 km等间距网格能消除随机因素对各景观指数值的影响,为适宜研究尺度.1985—2015年,南四湖湿地整体景观格局脆弱度呈恶化趋势,较高、高脆弱度范围随时间显著扩张.脆弱度空间异质性上升,受非结构性因素的影响增强,由空间自相关引起的空间变异略有减弱.脆弱度全局空间正相关性较强,呈空间集聚模式,且集聚现象日趋明显;局域自相关以空间局部聚集为主,高-高区的显著性水平最强,低-低区的显著性随时间增强.气温、降水等自然因素影响湖区景观格局脆弱度的空间分布,社会经济活动、政策体制等人为因素是脆弱度恶化的主要原因.     

甘肃白龙江流域净生态系统生产力时空变化

净生态系统生产力(NEP)是估算区域植被碳源、碳汇的重要指标。以甘肃白龙江流域为研究区,结合MODIS与气象数据对2000—2013年的流域净生态系统生产力时空变化进行了研究,并探讨了典型地形因子对NEP的影响。结果表明:(1)2000—2013年甘肃白龙江流域单位面积NEP平均为226.65 g C m~(-2)a~(-1),碳汇区主要分布在白龙江上游两岸、岷江西岸、白水江南岸、大团鱼河两岸的山地林区,碳源区主要分布在武都区、迭部县北缘的高寒草甸区等。(2)从不同植被类型上看,常绿阔叶林、常绿/落叶阔叶混交林单位面积NEP最高,高寒草地单位面积NEP最小,且耕地单位面积NEP增加最明显,常绿/落叶阔叶混交林单位面积NEP降低最明显。(3)2000—2013年研究区单位面积NEP总体上呈增加的趋势,增加明显的地区分布在流域的中部和西北部,4—9月为流域碳汇季节。(4)地形因子对甘肃白龙江流域NEP有明显影响,海拔4200 m以下多为碳汇区;陡坡区的碳汇能力的增长趋势低于缓坡区;阴坡的碳汇能力高于阳坡区。     

南方水土流失严重区的生态脆弱性时空演变

生态环境脆弱性评价研究,对生态环境保护与修复具有重要意义.以福建省长汀县为研究区,选择坡度、土壤类型、多年平均降雨量、地形起伏度、归一化植被指数、人口密度、土地利用类型7个指标,通过多重共线性诊断分析,构建生态脆弱性评价指标体系,采用熵权法及综合指数法对1999、2006和2014年长汀县生态脆弱性进行定量评价,分析生态脆弱性时空分布及变化.结果表明: 1999—2014年,研究区生态脆弱性等级指数总体减小,局部增大.研究区1999、2006和2014年生态脆弱性指数平均值分别为0.4533±0.1216、0.4160±0.1110和0.3916±0.1139,整体处于中等脆弱水平;生态脆弱性等级指数从1999年的2.92下降到2006年的2.38,再下降到2014年的2.13.生态脆弱性的空间格局呈内高外低的分布特征,高脆弱等级区主要分布在坡度<15°、海拔<500 m的河田镇及汀州镇一带.研究期间,生态脆弱性等级指数降幅最大的是三洲乡,最小的是汀州镇.