山西省生态安全格局空间识别研究

维护生态安全格局对于生态环境的维护和改善、支撑经济社会可持续发展具有重要作用。生态保护红线是识别区域生态安全格局的基础框架和关键组分,划定生态保护红线有助于保障生态安全。为研究山西省生态安全格局空间识别,结合山西省生态环境现状,应用水源涵养、水土流失、维护生物多样性、防风固沙生态系统服务功能与水土流失、土地沙化生态敏感性评价划定生态保护红线的方法,利用最小累积阻力算法的思想,通过确定生态保护红线为"生态源地"、进而得出缓冲区、生态廊道、辐射通道和战略节点识别生态安全格局。结果表明:研究区生态安全格局分为三级,依次分为高安全水平格局、中等安全水平格局和最低标准安全水平格局,各分区面积比例分别为24.45%,25.66%和30.24%,有效突出了山西省生态安全格局分布,为保障我省生态系统的完整性、生态系统服务功能的重要性具有重要的意义。     

市域尺度两种生态系统服务评价方法对比研究

生态保护红线的划定对于规范人类活动、控制人类活动强度、维护生态安全和保护生态系统功能的可持续性具有重要意义,生态系统服务评价是其中重要的一环。由于我国地域面积广阔、地形地貌特征多样、区域自然状况复杂多变,因此环境保护部于2015年出台的《生态保护红线划定技术指南》中有两种生态系统服务评价的方法,即NPP定量指标法和模型评价法。本研究基于MODIS遥感影像,利用NPP定量指标法对鹤壁市生态系统服务进行评价,并与模型评价法进行比较,为选取更为适合该区域的评价方法,及较小尺度的生态保护红线的划定提供理论依据。结果表明在市域尺度上,NPP定量指标法和模型评价法的评价结果之间存在显著差异。模型评价法对鹤壁市生态系统服务(水土保持功能和生物多样性保护功能)的高评价区域与生态保护现状较好的区域更为一致(面积重叠比例分别为19%和85%),而NPP定量指标法的评价结果与保护现状并不一致。相对于NPP定量指标法,模型评价法更适合对该研究区域的生态系统服务进行评价。因此在以后的研究中,应结合研究区域的实际情况,选取适当的方法进行生态系统服务评价。本研究的对比分析可为市域尺度的生态系统服务评价及生态保护红线的划定提供参考。     

基于RS和GIS的祁连山地区生态保护红线划定方法研究

划定生态保护红线是提高区域生态产品供给能力和生态系统服务功能,构建国家安全生态格局的有效手段。以祁连山地区为研究对象,采用RS和GIS技术,开展水源涵养、生物多样性维护、水土保持、防风固沙四类生态系统服务功能重要性评价和水土流失、土地沙化两类生态环境敏感性评价,定量分析祁连山地区生态系统服务功能重要性和生态环境敏感性的空间分布特征,在此基础上经过划定范围校验、边界处理后确定红线边界,结果表明:祁连山地区生态保护红线区面积4.44万km~2,占祁连山地区国土总面积的40.11%,呈东南—西北连片状,主要围绕祁连山自然保护区分布,红线类型以水源涵养为主,生态保护红线范围内的草地、林地面积之和占到研究区总面积的67.08%,远高于红线外二者所占的比例。     

基于最小累积阻力差值模型的北京市生态安全格局构建

[目的]构建适合北京市区域环境特点和社会发展水平相对完整的城市生态安全体系,为有效控制城市扩张发展生态安全底线和城市生物多样性保护提供科学参考。[方法]基于北京市生态系统水源涵养、水土保持、防风固沙和生物多样性维持服务功能及各类自然保护地提取生态源地;综合考虑全域多要素指标,运用生态源地扩张阻力面和城镇用地扩张阻力面差值划分生态安全格局(即高水平生态区、中水平生态区、低水平生态区、生态城镇临界区、低水平城建区、中水平城建区和高水平城建区)。同时识别生态廊道和生态节点区域,从而构建北京市生态安全格局。[结果]北京市生态源地总面积为3 568.95 km²,占全区土地总面积的21.7%,集中分布在北京市西北区域,呈包围中心城区态势;北京市重要生态廊道11条,生态节点153个,其中石景山区生态网络密度最大,东城区生态网络密度最小,北京市中心建城区呈“摊大饼”式蔓延,城区的生态廊道断裂程度较高。[结论]北京市生态格局破碎化明显,未来应优化生态节点空间布局,以保护生态源地,规划生态廊道,控制生态城镇临界区建设等方式获得生态效益。     

基于MCR和重力模型的县域生态安全格局构建——以福建省永春县为例

[目的] 构建具有区域特色的生态安全格局,为生态环境的保护及县域尺度下的生态安全格局构建和分区管理提供科学参考。[方法] 以福建省永春县为研究对象,参考《生态保护红线划定指南》,选取水土保持、水源涵养、生物多样性保护及对永春县生态具有重要作用的林业保护共4项指标进行定量评估,以识别源地;利用最小累计阻力模型(minimal cumulative resistance, MCR)和重力模型的方法,构建生态廊道并对廊道的重要性进行分级评价,提取生态节点,构建永春县生态安全格局。[结果] 识别出的永春县生态源地共11块,总面积为64.8 km²,占区域总面积的4.45%;构建了55条生态廊道和27个生态节点,其中重要廊道25条,次要廊道30条,集中在中部和东部地区呈网状分布。[结论] 依据生态源地识别和廊道划分结果,构建了永春县以源地为核心,廊道为网络,生态节点为重点的生态安全格局框架,生态源地间相互作用强度差异明显,中部地区源地分布密度和生态廊道稳定性大于西部地区,应作为重点保护区域。     

基于生态保护红线和生态网络的县域生态安全格局构建

随着环境形势的严峻化和生态问题的复杂化,加大对生态系统的保护已成为全民共识,而构建符合区域实际情况的生态安全格局对提升生态环境质量和维护区域可持续发展具有重要意义,已然成为国土空间规划编制和生态文明建设的重要内容。该研究以河北省青龙县为研究区,利用土地利用调查及影像数据和多年气象数据等,将生态保护红线划定方法及生态网络构建方法融合,通过空间叠加及分析将生态系统服务功能重要性评价、生态敏感性评价结果融合于研究区域的生态保护网络,旨在规避常规研究中单独使用一种方法造成保护要素缺失、安全格局不连通等问题。基于该方法构建了研究区生态安全格局。结果表明:青龙县生态保护红线总面积达443.94 km~2,占县域面积的12.7%,主要分布在东南部和西北部的国有林场区和中部的河流水系沿线地带;生态网络由11块生态源地、24条生态廊道、22个生态节点和34个生态断裂点构成;青龙县生态安全格局由生态安全保护要素、生态安全保护目标区以及生态安全保护措施共同构成。研究结果可为县域尺度的国土空间规划的制定和生态修复及保护工程的建设实施提供技术支撑和科学依据。     

退耕还林中的生态安全问题

退耕还林工程是当前中国最为宏大的生态修复与重建工程.其终极目标是为区域乃至全国的社会经济可持续发展提供优良的生态环境基础和优良的生物资源库。在工程的实施中,存在着区域生态安全格局、生物多样性保护、外来物种入侵等方面的问题。遵循区域生态安全格局的原则、生态恢复的物种原则以及遏制外来物种入侵是实现其生态目标的根本保证,必须对实施方案做详细、认真的生态安全论证。     

退耕还林中的生态安全问题

退耕还林工程是当前中国最为宏大的生态修复与重建工程。其终极目标是为区域乃至全国的社会经济可持续发展提供优良的生态环境基础和优良的生物资源库。在工程的实施中，存在着区域生态安全格局、生物多样性保护、外来物种入侵等方面的问题。遵循区域生态安全格局的原则、生态恢复的物种原则以及遏制外来物种入侵是实现其生态目标的根本保证，必须对实施方案做详细、认真的生态安全论证。     

基于景观安全格局的曹妃甸新区生态基础设施构建研究

通过对影响曹妃甸新区景观生态安全的水文、地质灾害和海岸防护、生物多样性保护、文化遗产和游憩4种景观过程进行分析和模拟,运用最小累积阻力面模型和加权叠加方法,分别构建了单一因素的高中低3种水平的景观安全格局,进而采用析取运算(V)进行叠加,形成了曹妃甸新区3种安全水平的综合安全格局。结果显示,曹妃甸新区低、中、高3个不同安全水平的生态安全格局用地分别占研究区总面积的14.15%、42.19%、25.02%。其中低水平安全格局为城市发展提供最基本的生态系统服务,是城市发展底线,须严格保护。研究可为曹妃甸新区国际生态城建设提供参考,同时对促进中国东部沿海城市可持续发展也具有一定的参考意义。     

西气东输工程沿线陕西段区域生态安全格局设计研究

区域生态安全格局是一个新近提出的概念,其理论尚在发展之中。研究以西气东输工程陕西段为例,从保证管道安全和解决工程中的生态问题入手,提出了管道工程沿线区域生态安全格局的设计框架,对生态安全格局理论进行了初步的应用。制图分析得出陕西段主要生态系统有丘陵黄绵土农田生态系统、丘陵黄绵土丛生禾草草原生态系统、平原黄绵土农田生态系统、沙地生态系统等。水土流失敏感性分析显示3个标段均有超过80%区域属敏感区,水土流失很严重。生态系统中关键生态单元主要有6处,包括丘陵沟壑区梁峁穿越,腰岘穿越,中小冲沟穿越,河流凹岸(陡崖)穿越,大开挖河流,固定、半固定沙丘穿越。在生态系统功能分析的基础上进行了区域基本生态安全格局设计,并针对关键生态单元进行了关键生态安全格局设计。     

Do we protect biological originality in protected areas? A new index and an application to the Bonifacio Strait Natural Reserve

Changes in biodiversity may disrupt the ecological functions performed by species assemblages. Hence, we urgently need to examine the implications of biodiversity loss not only in terms of species conservation but also in terms of sustainability of ecosystem services. The ability of protected areas to maintain local species richness has been clearly demonstrated. However, preserving goods and services provided by ecosystems requires not only the conservation of species richness but also the conservation of the most ‘original’ species, i.e. the ones with the highest average rarity of their attributes which are likely to perform some unique functions in ecosystems. We proposed a new conservation of biological originality (CBO) index as well as associated randomization tests to quantify the ability of protected areas to maintain viable populations for the most original species. As an application, we used long-term fisheries data collected in the Bonifacio Strait Natural Reserve (BSNR) to determine the species which benefited from the protection reinforcement in 1999. We also estimated a set of 14 ecomorphological functional traits on the 37 fish species caught in the BSNR and we obtained a functional originality value for each species. As a result, we found that functional originality was significantly protected in the fish assemblage of the BSNR: species with the most original functional trait combinations became more abundant after 1999. Our finding suggests that protecting most original species is an insurance against functional diversity erosion in the BSNR. More generally, our new index can be used to test whether protected areas may protect preferentially the most original species and whether restorative management promotes the reestablishment of the most original species with particular habitat requirements.     

基于"重要性-脆弱性-服务价值"的国土空间生态保护与修复管控

国土空间生态保护修复是维护国家生态安全格局的重要保障，科学划定与管控保护修复关键区对维持区域生态系统功能与可持续发展具有重要意义。该研究以福建上杭县作为典型研究案例区，在综合生态系统完整性、系统性与生态效益的基础上，构建了"重要性-脆弱性-服务价值"（I-F-V）的多维生态系统测度框架，进而分析了区域生态系统的多维特征、测度因子间的权衡与协同关系，运用空间聚类（分组分析）划定了生态保护与修复空间，并基于各分区的空间分异性及生态系统结构特征，提出分区管控措施。结果表明：1）上杭县生态系统具有较强的空间异质性，整体上呈现重要性较高、脆弱性程度低、服务价值较高的空间分异格局；2）上杭县各生态系统测度因子间协同与权衡关系并存，综合重要性、脆弱性和服务价值之间均为协同关系，生态系统保护与修复区域可能存在高度重叠；3）上杭县可划分为III-I-V（中等重要-一般脆弱-极高价值）、III-III-V（中等重要-中等脆弱-极高价值）、III-II-V（中等重要-较为脆弱-极高价值）、III-III-IV（中等重要-中等脆弱-较高价值）、II-III-I（较为重要-中等脆弱-低价值）和IV-I-I（高度重要- 一般脆弱-低价值）6个分区，其中，III-I-V和III-II-V两个分区面积较大，是区域发展的生态系统功能基底，各分区所在的土地覆被类型构成也存在明显的空间异质性，林地、灌丛、耕地和园地属于优势土地覆被类型；4）依据生态保护与修复措施将研究区进一步划分为生态保护区（生态保育区、绿色发展区、适度开发区）和生态修复区（生态修复区、保护修复统筹发展区）。研究结果可为区域国土空间生态保护修复规划与建设、生态安全格局维护提供较为科学、全面的研究思路和实践借鉴。     

Identifying areas of high-value vertebrate diversity for strengthening conservation

Identifying areas with relevant features of biodiversity is useful to rank priorities for strengthening the design of well-sited natural protected areas and to optimize resource investment in conservation. This study provides decision makers critical tools for highlighting pieces of land worthy of conservation in Spain. We studied four taxa—amphibians, reptiles, nesting birds and mammals—in a 50 × 50 km grid (n=259 cells). We used five criteria for identifying areas of high-value diversity: species richness, rarity, vulnerability, a combined index of biodiversity, and a Standardized Biodiversity Index that measured all four taxa together. As far as we know, the combined index of biodiversity and the Standardized Biodiversity Index are original. Areas of high-value diversity were defined as those cells within the 15% top segment of ranked values for the different criteria. Congruence of areas of high-value diversity for taxa pairs was moderate to low, and averaged 38.5% for areas of high-value diversity based on the combined index of biodiversity. The performance based on the average proportion of threatened species excluded from areas of high-value diversity followed the rank combined index of biodiversity=rarity (0.3%) > vulnerability (9.9%) > species richness (13.8%). The areas of high-value diversity identified according to the Standardized Biodiversity Index included all amphibian and mammal species, all but one reptile species (categorized as rare) and all but six bird species (three of which were categorized as threatened). About 70% of the areas of high-value diversity identified based on the Standardized Biodiversity Index included natural protected areas. However, they average only 274.6 km², thus occupying a small fraction of the areas of high-value diversity, and there is no guarantee that the species found in an area of high-value diversity site will be present in its protected fraction. Consequently, we urge managers of natural protected areas to conduct diversity surveys. We also urge that additional natural protected areas be established to include the gap of 30% of areas of high-value diversity not currently protected. We took an step for biodiversity conservation planning in the studied region, and discuss the usefulness of maps of areas of high-value diversity for conservation, ecological restoration, and environmental impact assessment and mitigation.     

基于不同种类生态安全的土地利用情景模拟

为解决中国城市化进程中日益严峻的生态和环境问题,合理确定未来土地利用结构和布局是关键,开展不同约束条件下的土地利用情景模拟研究对于科学规划和辅助决策具有重要意义。该文首先采用景观安全格局理论构建了曹妃甸新区综合生态安全格局,然后基于GIS和CA-Markov模型,提出了一种基于生态安全格局的土地利用情景模拟方法,并借助于2005年和2013年2期土地利用遥感解译图对曹妃甸新区生态安全格局保护与无生态保护2种土地利用情景下2021年的土地利用结构和布局进行了预测和模拟,结果显示,曹妃甸新区生态安全格局总面积为1 058.80km2,占区域总面积的53.53%,其中底线生态安全格局面积为312.67km2,占区域总面积的15.81%。生态安全格局保护情景下,底线生态安全格局范围内新增建设用地为0,且总生态安全格局范围内新增建设用地比无生态保护情景减少17.47km2。生态安全格局保护情景下,景观更趋于破碎化,景观的形状更趋复杂,建设用地与生态用地的分布更趋合理。该研究方法和结果可为区域城市规划和生态保护提供技术支撑和决策参考。     

基于GIS 的怒江流域中段生态保护重要性评价

生态保护重要性标志着某个地区对维持区域生态安全的重要程度, 反映了某个地区在土壤侵蚀、生境、石漠化、地质灾害和水环境等多因子综合影响下对维持和保护区域生态环境的重要程度。本文基于地理信息系统技术, 提出多因子逻辑规则组合法, 即采用单因素叠置法与逻辑规则组合法相结合的方法, 并将生态敏感性概念延伸为生态保护重要性概念, 对怒江流域中段进行了生态保护重要性概念及其评价方法的探讨。本研究中生态保护重要性评价主要包括土壤侵蚀敏感性和生物多样性。评价结果表明: 研究区生态极度重要地区主要分布在海拔1 300 m 以上的河谷地区, 占研究区总面积的11.43%; 生态高度重要地区占研究区的比例最大, 达48.02%, 主要分布在海拔1 800~3 100 m 的地区; 生态保护中度重要地区面积占研究区总面积的35.22%, 主要分布在海拔3 100 m的地区; 生态轻度重要地区呈斑块状散布在整个研究区内, 占研究区总面积的5.29%; 生态不重要地区的面积最小, 占研究区总面积的0.04%, 主要分布在人类聚居区。生态保护重要性高的地区是整个区域生态系统保护的关键地区, 应该重点关注其生态保护、恢复和建设。     

基于生态系统服务价值和生态安全格局的土地利用格局模拟

河北省沿海经济的快速发展导致滨海土地利用格局快速转变,威胁土地生态安全。针对性核算区域生态系统服务价值,探寻生态安全格局进而优化土地利用格局可为土地利用规划与整治提供决策支持,是保障区域生态安全的必然选择。该文以河北省黄骅市为研究区,利用遥感、气象数据和外业调查数据,采用植被净第一生产力核算生态系统服务价值,借助该价值构建生态安全格局,以生态安全格局为影响因素利用元胞自动机和马尔科夫模型进行不同情境土地利用格局模拟。结果表明:2011年单位面积生态系统服务价值湿地最大,为14.95元/(m2·a),建设用地最小,为2.44元/(m2·a);养分循环功能贡献率最大,为26.89%,净化环境功能贡献率最小,为0.22%;研究区分为生态核心保护区、生态缓冲区、生态恢复区和人类活动核心区,生态核心保护区面积最小,为168.58 km2,生态缓冲区面积最大,为1 400.33 km2;无生态保护情景与生态安全格局保护情景相比较,生态系统服务价值由94.11亿元上升到95.70亿元,生态核心保护区在生态安全格局保护情景下得到完全保护,新增建设用地为0。该研究方法和结果可为区域土地利用总体规划、城市规划和生态环境保护提供技术支撑和决策参考。     

Challenges and a checklist for biodiversity conservation in fire-prone forests: Perspectives from the Pacific Northwest of USA and Southeastern Australia

Conserving biodiversity in fire-prone forest ecosystems is challenging for several reasons including differing and incomplete conceptual models of fire-related ecological processes, major gaps in ecological and management knowledge, high variability in fire behavior and ecological responses to fires, altered fire regimes as a result of land-use history and climate change, and the increasing encroachment into forest landscapes by humans. We briefly compare two ecologically distinct fire-prone forest regions, the Pacific Northwest, USA and southeastern Australia with the goal of finding ecological conservation generalities that transcend regional differences as well as differences in scientific concepts and management. We identify the major conceptual scientific and conservation challenges and then present a checklist of questions that need to be answered to implement place-based approaches to conserving biodiversity in fire-prone forest ecosystems. The two regions exhibit both similarities and differences in how biodiversity conservation is conceptualized and applied. Important research and management challenges include: understanding fire-prone systems as coupled natural-human systems, using the disturbance regime concept in multiple ways, dealing with large fire events, using language about the effects of fire with more precision, and researching and monitoring fire and biodiversity at multiple spatial scales. Despite the weaknesses of present conceptual models, it is possible to develop a checklist of principles or questions that can be used to guide management and conservation at local scales across systems. Our list includes: establishing the socio-economic context of fire management, identifying disturbance regimes that will meet conservation goals, moving beyond fuel treatments as a goal, basing management goals on vital attributes of species, and planning for large events including post-fire responses.