基于最小累积阻力模型的三峡库区重庆段生态安全格局构建

三峡库区是长江上游生态环境集敏感、脆弱、复杂为一体的地区,其生态安全格局的构建对维护区域生态安全、实现区域可持续发展具有重要作用.以三峡库区重庆段为研究区,采用2018年土地利用现状数据和遥感数据,构建生态服务重要性与生态敏感性评价体系,综合确定生态源地;以坡度、起伏度、土地利用类型确定阻力值,采用最小累积阻力模型构建生态廊道,最终形成三峡库区重庆段生态安全格局.研究结果表明:三峡库区重庆段生态源地面积13660.80 km2,占研究区总面积的29.61％,主要分布于巫溪、奉节、石柱、开州等区县;生态廊道连接生态源地,共81条,总长度为3069.29 km,廊道呈树状辐射分布,呈现"东北-西南"树状分布的空间格局;生态源地与生态廊道共同形成三峡库区东北生态城镇圈、三峡库区西南都市生态圈以及连接两圈的三峡库区中部走廊的"一廊两圈"生态安全格局.研究结果对保障三峡库区生态安全具有重要意义,可为三峡库区生态环境环境保护提供科学依据.     

基于生态安全的三峡库区重庆段土地利用冲突识别

以三峡库区重庆段为研究区,基于生态安全视角,以生态敏感性与生态系统服务功能重要性评价结果提取生态源地,采用最小累积阻力模型构建生态安全格局,在生态安全格局基础上对三峡库区重庆段2015年的土地利用冲突进行识别,以期为三峡库区重庆段土地利用规划管理提供参考依据。结果表明:(1)耕地冲突分布较为分散,极严重冲突集中分布于奉节县、开县、石柱县与涪陵区,严重与较严重冲突集中分布于重庆市主城区的外围区县,一般与不冲突集中分布于长寿区和巴南区;(2)建设用地冲突分布较为集中,极严重冲突集中分布于重庆市主城区,严重和较严重冲突分布较为分散,各区县均有分布,一般和不冲突也集中分布于重庆市主城区,且大多位于极严重冲突的外围;(3)综合土地利用冲突的极严重冲突集中分布于重庆市主城区的中心区域与奉节县,严重与较严重冲突各区县均有分布,一般与不冲突集中分布于极严重冲突的外围区域。     

城镇化视角下三峡库区重庆段水生态安全评价

基于驱动力—压力—状态—影响—响应(DPSIR)框架选取25个能反映水生态安全状态的指标,通过指标权重确定、数据标准化处理和水生态安全评价模型的构建,以三峡库区重庆段为例,从城镇化视角分析三峡库区重庆段自2007年三峡库区水位达156m高程以来的水生态安全状态。为了使AHP所确定的指标更客观,运用熵权对AHP进行修正,得到综合权重值来表示指标的权重。分析结果表明:三峡库区重庆段水生态安全自2007年三峡库区水位达156m高程至2010年三峡水库蓄水达到175m最终水位水生态一直处于不安全状态,2011~2012年升至警戒状态,总体趋势在逐年升高。影响三峡库区重庆段水生态安全的劣势因子是资源环境压力,其次是资源环境影响;影响三峡库区重庆段生态安全程度的优势因子是经济社会驱动力和经济社会响应。由权重值判断生态安全影响程度,资源环境影响对三峡库区重庆段水生态影响最大,其次是资源环境压力,影响最小的是资源环境状态。从指标层来看,对三峡库区重庆段水生态安全影响最大的前3个因素依次是灾害损失、万元GDP用水量、万元工业增加值用水量;影响最小的是水土流失面积比例。     

基于GIS和RUSLE模型的万州区土壤保持服务功能空间分布特征

土壤保持服务是重要的生态系统服务之一,代表生态系统对土壤侵蚀所起到的削减和改善作用。以万州为研究区,基于GIS平台和修正通用土壤流失方程(RUSLE),运用降雨、DEM等数据建模,探讨万州区土壤保持服务功能的空间分布特征并分析其影响因素。结果显示:(1)万州区土壤保持总量为1 435.84×10~5t/a,单位面积年均土壤保持量为417.91 t/(hm~2·a),具有较高的土壤保持服务功能重要性;(2)土壤保持服务空间分布受地形和人类活动等的显著影响,东南部山地区域较高,而铁峰山与方斗山之间的长江河谷较低,其空间分布特征与土壤侵蚀的分布状况大致相反;(3)坡度角度,15°~25°坡度区产沙量最大占全区的41.56%,8°~15°区域次之,这两个坡度区人地矛盾最为集中;土地利用类型中,旱地侵蚀最为强烈,而林地侵蚀微弱并表现出很高的土壤保持服务功能。研究结果对万州乃至整个三峡库区的水土保持工作有借鉴意义。     

汉江流域生态系统服务权衡与协同关系演变

汉江流域是我国南水北调工程的水源地,也是国家重要的生态功能区,定量分析其生态系统服务关系对协调区域发展与保护环境有重要意义。综合利用RS与GIS技术对该区域2000～2015年的土壤保持、碳储量与食物供给服务进行空间制图,并基于空间采样法对3种生态系统服务间的权衡与协同关系进行研究。结果表明:(1)在2000～2015年,汉江流域土壤保持量在波动中下降,高值区位于汉江上游林地、草地交叉分布区域,低值区位于汉江中下游林地、耕地等单一聚集地类区;碳储量年际变化较小,其高低值分布与土壤保持量基本相同;食物供给量增长迅速,高值区位于中下游的平原区,低值区位于上游的山地和盆地区。(2)在权衡与协同分析中,碳储量与食物供给、土壤保持与食物供给之间以权衡关系为主,而碳储量与土壤保持以协同关系为主,各生态系统间权衡与协同关系存在空间异质性。(3)空间热点制图显示,2000～2015年0类服务热点区占比减少,主要地类为草地;1类服务热点区占比最大且呈增加趋势,主要地类为耕地,生态服务类型以食物供给为主;2类服务热点区有所减少,多分布在上游林地区域,服务类型为碳储存和土壤保持;3类服务热点区占比很少。该研究结果对揭示生态系统服务之间的区域差异有重要作用。     

南方丘陵山地带土壤保持功能及其经济价值时空变化特征

土壤保持是生态系统提供的重要调节服务之一,在区域侵蚀控制以及生态安全的维持方面具有不可替代的作用。以全国主体生态功能区划中"两屏三带"的南方丘陵山地带为研究对象,在遥感和地理信息系统的支持下,以2000、2005和2010年3期生态系统类型数据为主要数据源,运用通用土壤流失方程(Universal Soil Loss Equation, USLE)分析了南方丘陵山地带生态系统土壤保持功能,并对其经济价值进行动态核算。结果表明:10 a间,南方丘陵山地带土壤保持总量呈上升趋势,土壤保持总量上升了76.79×10⁷ t,森林、灌丛和农田生态系统是研究区土壤保持功能的主要贡献者,总贡献率3个年份分别为82.29%、82.59%和80.58%,不同生态系统土壤保持总量排序为森林> 灌丛> 农田> 草地> 湿地> 人工表面> 稀疏地,土壤保持能力排序为湿地> 草地> 灌丛> 森林> 农田> 人工表面> 稀疏地;10 a间,研究区土壤保持功能总经济价值增加了270.34×10⁸元,总经济价值中以保持土壤肥力价值为主;土壤保持功能经济价值的变化以轻微增加为主,其呈现增加的区域面积和价值增幅大于经济价值减少的区域面积和价值减幅。在对该区域生态系统进行保护的基础上,因地制宜地合理增加植被盖度对防治土壤侵蚀、保持土壤养分可以起到良好效果。     

三峡重庆库区消落区基本特征与生态功能分析

三峡工程建成后,随水库运行将在库区两岸形成垂直落差30 m的消落区,面积达300多km2。消落区的形成可能会带来环境污染加重、土壤侵蚀和水土流失加大、植物多样性及生态系统被破坏、诱发地质灾害、暴发流行性疾病等生态环境问题。通过各种途径对消落区进行合理分类对于保护和改善库区生态环境有重要的意义。以三峡库区消落区的重庆段为例,结合三峡库区消落区的人文环境、气候、坡度、水深、地貌等区域基本特征,以遥感数据为基础,以GIS技术为手段,分析消落区的基本特点、人类活动对消落区的影响、消落区的生态环境问题以及生态功能定位,更好地保护消落区的生态安全。为政府和相关管理部门提供了三峡库区消落区生态环境保护、土地资源合理开发利用的理论依据。     

长江流域土壤保持能力时空特征

利用MODIS-NDVI数据、地面气象站数据等,采用通用土壤流失方程计算了长江流域2000~2010年土壤保持量,并基于GIS平台与GeoDa软件,辅以Morans I指数以及一元线性回归系数等方法分析了长江流域土壤保持能力的时空分布特征。结果表明:(1)长江源区以及中下游沿岸至长江入海口地区的土壤保持量最低(≤560t/hm2),土壤保持量高值区(≥2 400t/hm2)主要分布于上游四川盆地周围以及中下游长江以南地区;(2)长江流域土壤保持量在市域单元上存在明显的空间聚集现象,"低—低"聚集区分布在长江源区、武汉西部以及流域入海口,"高—高"聚集区主体分布在流域上游与江西南部;(3)土壤保持量年际变化呈增加趋势的区域占62%,其中呈快速增加趋势(b5)的地区分布在陕西南部、湖南西北部、江西东部以及四川东部,呈减少趋势的区域占38%,主要分布于流域上游以及中下游长江以南部分地区。     

重庆市生态保护红线区生态系统服务价值时空演变特征及其驱动

生态保护红线是保障区域生态安全的底线,生态保护意义重大。以重庆市生态保护红线区为研究对象,采用影响生态系统服务状况的生态参数修订"中国生态系统单位面积生态服务价值当量表",综合分析了该区域2000～2015年间生态系统服务价值时空演变特征及其驱动因素。结果显示:(1)重庆市生态保护红线区生态系统类型主要以森林为主,占比达到了75%以上;时段内森林、湿地和人工表面面积呈增加趋势,农田和裸土持续减少;(2)15年间,研究区ESV增加了87.09亿元,增幅为6.63%,但增速呈逐渐减弱趋势;各类ESV中森林贡献率最大,其次为湿地和草地;研究区生态系统服务类型主要是气候调节和水文调节服务,且水文调节服务ESV在时段内增加趋势最为显著;(3)ESV价值密度最高的区域主要分布在大巴山、方斗山、川河盖、四面山、金佛山等中低山区;时段内主城区"四山"、金佛山、黑山,以及中部川东平行岭谷的精华山、黄草山、雪宝山区ESV呈明显增加趋势,城口县和巫溪县交界地区、巫山县北部、奉节县中部、彭水县北部、黔江区南部、以及江津区、綦江区南部ESV呈轻微减少趋势,全市有36个区县ESV呈增加趋势,3个区县ESV有所减少;(4)湿地面积虽小,但其ESV总量仅次于森林,且单位面积ESV较其他类型更高,应更加注重对湿地的有效保护;(5)城镇化率和农村居民人均纯收入是研究区ESV变化的主要驱动因素,说明生态保护红线区生态系统服务与区域社会经济发展基本耦合。     

三峡库区坡地果园间植草篱的水土保持效应

坡地果园水土流失对三峡库区生态环境和农业可持续性发展构成双重压力。以皇竹草篱为纽带间植于坡地果园营建复合生态模式,对草篱拦蓄泥沙、径流的效应进行了长期观测。结果表明：草篱间植的应用能有效减少坡地果园的水土流失,尤以侵蚀量减少更为显著,与传统果园经营模式相比,径流量减少了5871%~6574%,侵蚀量减少了7070%~7792%。同时,草篱间植的应用对减少养分的流失总量效果也相当显著,对减少库区面源污染,保持和提高坡地果园的土地生产力具有重要作用,为三峡库区坡地果园的利用与保护提供了技术与模式支撑。     

云南省高原典型森林植被涵养水源功能研究

利用水量平衡原理对云南省高原3种典型森林植被的林冠截留、枯落物持水和土壤蓄水能力进行比较研究。结果表明:土壤蓄水是森林发挥涵养水源功能的最主要途径;从林冠截留量和截留率两个指标来看,林冠截水能力排序为高山松林(209.87 t/hm²、28.87%)>白桦林(194.17 t/hm²、19.82%)>川滇高山栎灌丛(111.78 t/hm²、16.32%);对于枯落物持水能力:最大持水量排序为高山松林(35.79 t/hm²)>白桦林(24.52 t/hm²)>川滇高山栎灌丛(18.49 t/hm²);最大持水率排序为川滇高山栎灌丛(177.42%)>白桦林(152.08%)>高山松林(138.48%);土壤蓄水能力排序为川滇高山栎灌丛(673.19 t/(hm²·a))>高山松林(610 t/(hm²·a))>白桦林(549.84 t/(hm²·a));在同一森林单位面积上,涵养水源能力排序为高山松林(855.66 t/hm²)>川滇高山栎灌丛(803.46 t/hm²)>白桦林(768.53 t/hm²)。研究可为森林生态效益核算和管理奠定基础,且对制定适应气候变化的策略有着科学指导意义。     

三峡库区水源涵养重要区生态系统格局动态演变特征

利用三期遥感分类数据为基础数据源,结合野外地面核查和生态空间分析方法,对三峡库区水源涵养重要区2000~2010年生态系统格局时空动态变化进行了分析。结果表明:研究区内各类生态系统空间分布差异较大,以森林和农田为主体生态系统;10a间,由于三峡水库蓄水淹没了大量农田和林地,导致森林生态系统和农田生态系统分别向湿地生态系统转化了179.99km2和191.27km2;其他生态系统(主要是人工表面)面积在时段内增加了506.63km2,主要是城镇建设占用部分森林和农田转换而来;时段内森林生态系统总的面积未发生较大减少主要是由于近年退耕还林、森林工程等生态工程的实施获得了大量补充;研究区后期的生态系统转化强度在逐渐增强,生态系统动态类型相互转化强度也显示出研究区生态系统类型的转化总体变差。     

长江上游流域降雨侵蚀力变化对河流输沙量的影响

利用长江上游主要水文站1956~2010年输沙量数据和雨量站日降雨量时间序列资料,采用线性回归研究流域降雨侵蚀力与河流输沙量的关系,并估算长江上游各子流域降雨侵蚀力变化对河流输沙量的总体贡献。结果表明:长江上游降雨侵蚀力为2 362 MJ·mm/(hm²·h·a)到3 814 MJ·mm/(hm²·h·a),多年平均值为3 006 MJ·mm/(hm²·h·a);各子流域的年均降雨侵蚀力差异较大,其中乌江子流域最大,为5 055 MJ·mm/(hm²·h·a),金沙江子流域最小(1 560 MJ·mm/(hm²·h·a)),不足乌江子流域的1/3。各子流域降雨侵蚀力的极值比大小嘉陵江 > 岷江 > 乌江 > 金沙江。长江上游流域以及子流域输沙量在1956~2010年间均呈总体下降趋势,各子流域年均输沙量大小金沙江 > 嘉陵江 > 岷江 > 乌江。降雨侵蚀力变化对长江上游输沙量变化贡献率为7%,对岷江、嘉陵江、乌江子流域输沙量变化的贡献率分别为36%、20%、9%。总体来说,降雨对长江上游输沙量变化的影响不如人类活动的影响大。     

三峡库区不同退耕还林模式水土流失特征及其影响因子

三峡库区为国家水土保持重点防治区，土地利用/覆盖变化（LUCC）与水土流失的关系已成为水土流失治理研究的关注重点之一，退耕还林工程的水土保持效益对于库区生态环境的建设具有重要意义。通过对库区典型退耕还林模式的水土流失的监测，分析其不同降雨条件下水土流失特征及影响因子，结果标明：（1）退耕还林后库区的水土流失问题得到了有效控制，退耕还林后各土地利用类型的年地表径流量下降了70%~95%，泥沙流失量则比农田降低了97%以上，其中乔木林和竹林对水土保持的效果最为理想；（2）退耕还林后各土地利用类型年地表径流量与降雨量呈较好的指数关系，随着降雨量的增加而增加。除农田和板栗林外，各土地利用类型年地表径流量与雨强关系不显著；（3）泥沙流失量与降雨量和降雨强度的关系均不显著；（4）各土地利用类型地表径流的80%以上，泥沙流失量的95%以上都是发生在暴雨条件下，暴雨事件成为库区水土流失的主要气候影响因素；（5）凋落物层盖度是控制退耕还林各模式地表径流的主要因素，各土地利用类型的年地表径流量均随着凋落物层盖度的增加而显著降低     

生态服务价值视角下湖北省长江流域防洪能力研究

以我国洪涝灾害最为严重的地区之一——湖北省长江流域为研究对象,从生态服务价值的视角,利用流域1996年和2009年两期土地利用数据,测算与流域防洪功能相关的水土保持和滞洪蓄洪生态服务价值的变化情况,并结合土地利用/覆盖变化(LUCC),分区域对其变化的原因及所带来的影响进行分析。研究结果表明:(1)流域的整体防洪调蓄能力在1996~2009年有所增强,滞洪蓄洪和水土保持两项生态服务价值都有所增加;(2)局部地区存在较大问题,主要是:防洪重点地区江汉平原荆江段和鄂东沿江平原地区的滞洪蓄洪能力显著降低,其主要原因是湿地被大量侵占;水土保持重点区域鄂东沿江平原的北岸黄冈地区的水土保持生态服务价值则由于林地的减少而显著降低;(3)应借鉴生态服务功能保持较好地区的经验,坚持执行退耕还林和退田还湖政策,并建立湿地及森林自然保护区,以行政和法律的手段保护地区生态环境,提高流域防洪能力。     

三峡库区森林植被恢复与可持续经营研究

系统的野外调查数据和历史资料分析结果表明,三峡库区森林植被在空间上发展不均匀,无明显垂直分带,且分布分散,人为干扰严重。目前,在70多个植被类型中,森林类型占25个,江岸两侧海拔800 m以下地区森林已经很少。森林类型中,马尾松、柏木林的分布面积最大,并在许多疏林中成为主要树种,主要是飞播或人工种植。库区大于25°的坡耕地占耕地面积的17.5％。库区薪炭林仅能满足农村用能总需求量的10.78％。不合理的土地利用方式和对森林的不合理砍伐导致脆弱的土壤系统和森林生态系统的严重退化、生产力下降和严重的水土流失。库区土壤年侵蚀量达到2.9亿t。三峡工程建设和移民安置对库区森林生态系统的压力和影响将是长期的。调查结果同时表明,库区植物生物多样性丰富,植物种类在5 032种以上,而且乡土树种多。分析认为,只要抓住三峡工程建设的契机,紧密结合国家天然林保护和退耕还林工程建设,充分利用良好的生物学基础,科学地封山育林,分带逐步恢复,同时,因地制宜,退耕还林,发展森林能源,建设多目标复合和多种模式并存的林业经营体系,发展经济,就能从根本上改善森林经营环境,实现森林恢复,形成合理布局的水库森林防护系统,促进三峡库区生态环境建设和可持续发展。     

三峡库区（重庆段）石漠化敏感性评价及空间分异特征

以石漠化敏感性机理为基础，运用GIS与RS技术分别分析了喀斯特岩性因子、地形因子、植被覆盖因子、土壤类型因子的空间格局特征及其对研究区石漠化敏感性的影响程度。在此基础上，基于ArcGIS的空间叠加分析，完成单要素的叠加运算，实现研究区石漠化敏感性的综合评价。探讨了三峡库区（重庆段）这一特殊生态地理区域石漠化敏感性的高低分布规律及其在不同主导因子作用下的石漠化的空间分异特征。结果表明：（1）研究区石漠化敏感区面积为17 376.5 km2（3765%），以高度和极敏感类型为主。（2）空间分布具有明显水平地域差异特征，整体上呈现弧状 条带性分布。东北部和南部最为敏感，中西部基本为不敏感地区。（3）研究区石漠化现状与石漠化敏感性之间有着很好的对应关系，局部地区受人类不合理的干扰活动影响，石漠化现状与石漠化敏感性存在一定的差异     

基于ISODATA法的三峡库区生态区划

在可持续发展思想的指导下,以生态学理论为基本依据,探讨了生态区划的原则、指标和方法。采用ISODATA法结合SPSS100中的层次聚类分析软件包,选择生态环境指标、社会发展指标和经济发展指标等20个定性、定量指标,利用数量化评分标准将三峡库区划分为4个生态类型区,并对各生态类型区的主要特征进行分析,应用ArcGIS绘制出三峡库区生态区划图,结果表明第I区生态类型较好。研究指出三峡地区生活在生态安全质量较高的人口约有28万多人,只占库区总人口的17%;此外通过对各区生态经济特征的综合评价结果,可以看出各区主要以山地、丘陵地为主,而且水土流失面积占60%左右,三峡库区生态安全形势十分严峻。旨在为生态分区评价以及三峡库区生态安全建设提供参考,提出加强山地丘陵的综合治理、控制水土流失及降低污染是优化三峡库区生态状况的关键。     

土地利用变化下沿海地区吸附态磷负荷动态变化研究

吸附态磷是主要的面源污染物之一,它会导致水域环境质量恶化,是水体富营养化的重要污染源。科学估算吸附态磷污染负荷能够为治理沿海地区非点源污染,保护海洋生态安全提供理论依据。以遥感影像、降雨监测资料等多源数据为基础,综合考虑土壤侵蚀、泥沙输移率、磷富集系数等影响因子,构建吸附态磷负荷估算模型,估算了江苏沿海地区2000~2010年吸附态磷负荷量,分析了不同土地利用背景下吸附态磷负荷的动态变化特征,结果显示:(1)2000~2010年,江苏沿海地区吸附态磷负荷明显增加,平均吸附态磷负荷模数由105.89 kg/km2·a增长至201.67 kg/km2·a,吸附态磷负荷总量由3 284t增长至6 255t。(2)10 a间,研究区的吸附态磷负荷热点面积减小,呈现出收敛聚集的态势,但热点区的吸附态磷负荷总量却明显增加,说明研究区内吸附态磷负荷的空间极化现象更为显著。(3)10 a间,各土地利用类型的平均吸附态磷负荷模数都显著增长,不同土地利用背景下吸附态磷负荷总量排序为水田旱地林地草地未利用地园地。研究结果表明,不同土地利用背景下吸附态磷负荷存在显著差异,且不同土地利用类型相互转化时,吸附态磷负荷也随之发生变化,可通过调整土地利用结构,优化景观格局,减少和控制磷污染的发生。