宾县生态系统服务时空格局及权衡协同关系

东北黑土区是我国重要的生态功能区,也是主要的粮食产区,持续多年的开垦利用,加剧了该地区生态环境的恶化,因此探究黑土区生态系统服务的时空分异特征及协同权衡关系对该区域社会经济生态协调发展有重大意义。以宾县为研究区,综合利用InVEST模型、RUSLE模型、CASA模型、R语言和GeoDA软件,定量测度该县2000—2020年产水量、土壤保持和碳固定3种生态系统服务的时空格局及权衡与协同关系。结果表明:(1)从时间变化看,产水量呈上升趋势,碳固定和土壤保持呈先降低后上升的波动变化趋势;(2)从空间分布看,产水服务高值区表现为由中部向四周递减的趋势,碳固定和土壤保持服务总体呈现为南高、东低的空间分布格局。(3)权衡协同关系表明,2000—2020年,协同关系是宾县生态系统服务间的主导关系; 数值上,3种生态系统服务的协同关系持续增强,具体表现在相关系数和Moran's I指数的增加; 空间上,正、负相关集聚性明显,权衡协同关系分布空间分异性显著。综上,宾县生态系统服务变化呈上升趋势,南部区域生态系统服务较强,未来应在空间上促进生态系统服务协同发展。     

南京都市圈生态系统服务时空变化及权衡协同关系

[目的]全面理解生态系统服务的时空格局特征及其相互关系,可以丰富生态系统服务及可持续发展等相关理论,并对区域生态环境管理政策的制定具有重要指导意义。[方法]以南京都市圈为研究区,在评估2000—2020年的产水、粮食供给、土壤保持和碳固持等4种生态系统服务的基础上,分析各类型生态系统服务能力在地类和区域上的差异;通过识别生态系统服务热点区及其热点服务类型,评估不同区域服务供给能力;进而采用相关系数和差异比较等方法探究南京都市圈生态系统服务静态与动态的权衡/协同关系。[结果]2000年、2010年、2020年,南京都市圈的产水量、粮食产量、土壤保持量及碳固持量的三年平均值分别为522.12 mm, 4.20 t/hm²,42.61 t/hm²,44.57 t/hm²,除碳固持服务逐年下降,其他服务均呈逐年递增趋势。受土地利用类型和区域自然环境的作用,产水、土壤保持和碳固持服务呈南高北低的空间分布,粮食供给服务则呈南低北高的空间格局。由北向南依次形成了以粮食供给服务为主的1重服务热点区、以产水和粮食供给服务为主的2重服务热点...     

安徽省生态系统服务时空变化及权衡-协同关系

探析生态系统服务的变化特征及其权衡与协同关系,为制定生态环境保护政策和区域发展规划提供决策参考。利用1990—2018年4期土地利用数据,运用当量因子法、GIS空间分析与地理探测器模型,基于格网尺度刻画安徽省生态系统服务价值(Ecosystem Service Values, ESV)时空演变特征和权衡/协同关系,探讨了影响ESV空间分异的主要因素及其交互作用。结果表明：(1)在1990—2018年期间安徽省ESV呈不断减少趋势,从研究初期的3 647.37亿元(1990年)减少至3 567.78亿元(2018年),下降了79.59亿元。(2)空间尺度上,ESV空间分布格局变化较小,空间异质性明显,呈现明显的南高北低的空间分异特征。(3)数值关系上,4种典型生态系统服务之间呈现不同强度的协同关系。空间分布上,生态系统服务的空间权衡/协同表现出显著的分异特征,一对生态系统服务的权衡与协同关系因空间尺度不同而存在一定差异。(4)县域尺度ESV空间分异格局是多种因素综合作用的结果,其中人口密度和人为影响综合指数对区域ESV空间差异的决定力显著强于其他因素。两两驱动因子交互作用对ESV的影响力...     

哈长城市群生态系统服务时空特征及其权衡/协同关系研究

哈长城市群位列国家二级城市群之首,研究哈长城市群地区的生态系统服务变化及权衡协同关系对促进该区域可持续发展具有深远意义。基于多源遥感数据结合InVEST模型及权衡协同度模型(ESTD),分析了哈长城市群2000年、2010年、2015年土地覆被变化;评估了土壤保持、生态系统碳储量及产水量3种生态系统服务的时空分布及其权衡协同关系。结果表明:(1)2000-2015年,哈长城市群内建设用地共增加1462 km²,其中,2000-2010年增长量(958 km²)高于2010-2015年(504 km²),15年间林地共增加1527 km²,草地、耕地及裸地分别减少661 km²,1611 km²,780 km²;(2)15年间土壤保持量持续降低,生态系统碳储量先减后增,产水量先增后减;(3)6种土地覆被类型中,单位面积下林地提供的土壤保持力最高,湿地提供的生态系统碳储量和产水量最高;(4)协同作用在哈长城市群3种生态系统服务间占主导地位;南部的土壤保持-生态系统碳储量及土壤保持-产水量多为协同关系,北部相反,从全区来看生态系统碳储量-产水量间的相关关系相对较弱。研究结果可为哈长城市群地区制定更为全面具体的生态保护策略提供参考依据。     

基于生态系统服务价值的陇东黄土高原生态补偿研究

生态补偿对平衡重要生态功能区社会经济发展与维护生态系统服务功能具有重要作用。陇东黄土高原位于国家重要生态功能区黄土丘陵沟壑区,是黄河上游地区水土流失重点保护和治理区。运用生态系统服务价值当量因子法,计算2000—2020年陇东黄土高原生态系统服务价值,并以此为基础计算陇东黄土高原9个县生态补偿额度和生态补偿优先级。结果表明：(1)陇东黄土高原生态系统以农田和草原为主,农田生态系统面积在2000—2010年下降显著;(2)2020年陇东黄土高原生态系统服务价值达到1 458.72亿元,相比于2000年增加了93.82亿元,其中局地气候调节、生物多样性保护、土壤保持服务价值较高,草地、农田和灌丛的生态服务价值占生态系统服务价值的90%以上;(3)陇东黄土高原9个县生态补偿额度达86.03亿元,生态补偿资金分配应优先考虑环县,其次是华池县、会宁县。     

环鄱阳湖城市群生态系统服务价值时空变化及权衡协同关系

[目的]量化和分析环鄱阳湖城市群生态系统服务价值及时空变化,探讨其生态系统服务之间的权衡协同关系,为区域生态环境保护与修复提供决策参考。[方法]以环鄱阳湖城市群2000年、2010年和2020年3期土地利用数据为依据,采用ESV当量因子法、生态贡献率以及生态系统服务权衡协同度模型等方法,探讨环鄱阳湖城市群ESV时空变化以及生态系统服务之间的权衡协同关系。[结果](1) 2000年、2010年和2020年环鄱阳湖城市群生态系统服务价值分别为4 163.50亿元、4 219.53亿元、4 202.93亿元,整体呈先增后减的变化特征。研究期间各地类中林地的ESV最大,在单项服务功能中水文调节的ESV最大。(2) ESV空间分布格局较为稳定,中高值格网分布于大型湖泊水库以及水系主干道,低值格网分布于城镇建成区和耕地开发程度高的乡村聚集区。ESV增加的区域主要为鄱阳湖外围,ESV减少的区域为南昌市区、九江市东北部、鹰潭市等区县的城镇建成区。(3)水域对ESV变化的贡献率最大,是影响环鄱阳湖城市群ESV增减变化的主要因素。(4)研究时段内协同关系为生态系统服务之间的主导关系,权衡关系集中存在于水资...     

陇东黄土高原农田土壤湿度演变对气候变化的响应

以甘肃省庆阳市西峰区为例,利用近50a气象观测资料和近20a的土壤湿度观测资料,分析全球气候变暖背景下陇东主要气象要素及土壤湿度的变化特征,研究了气候变化对土壤湿度的影响。50a来陇东气温呈波动上升趋势,降水量呈波动减少趋势。1991—2010年陇东各层土壤湿度总体上均呈现出下降趋势,春季是土壤湿度减少最明显的季节,夏季土壤湿度变化趋势与春季具有类似规律,但变化率明显低于春季。秋季浅层土壤湿度呈下降趋势,深层呈上升趋势。就表层土壤湿度而言,各季土壤湿度与该季气温均为负相关,与降水量呈正相关。而对较深层土壤而言,土壤湿度与气温、降水的相关关系因季节而异。潜在蒸散量对土壤湿度的影响月份和年际变化均呈现出反位相的特点,基本呈同步变化趋势。通过对农田土壤水分演变特征及其影响因素进行分析,为进一步理解土壤水分的演变,合理利用气候资源,调整农业生态布局,积极应对气候变化提供决策方面的参考。     

农牧交错带禁牧草地生态系统服务空间权衡与协同关系

为明确农牧交错带禁牧草地生态系统主要服务间的相互作用关系,以宁夏盐池县草地为研究对象,借助本地化的InVEST模型,对禁牧以来（2000－2015年）草地碳储存、水源涵养、土壤保持3项关键服务进行精准测度,明确其时空变化特征,以此为基础,通过逐像元相关系数法对3种服务间的权衡作用进行定量可视化表达,分析乡镇尺度各服务间的空间权衡与协同关系。结果表明：1）禁牧以来,草地生态系统碳储存、水源涵养和土壤保持功能显著增加,但增加过程存在一个显著的“N”型波动,碳储存总量及单位面积均值由217.46万t、5.78 t/hm2增加到263.12万t、6.19 t/hm2;水源涵养总量及单位面积均值由2 884万t、76.69 t/hm2增加到6 118万t、143.92 t/hm2;土壤保持总量及单位面积均值由1 383万t、36.78 t/hm2增加到3 474万t、81.71 t/hm2。碳储存功能与草地覆被关系密切,年际波动小、增长稳定,水源涵养和土壤保持功能受降水和地形显著影响,年际波动大、空间差异显著。2）草地土壤保持与水源涵养功能呈显著的空间协同关系（面积占86.34%）,碳储存与水源涵养功能关系复杂,空间权衡与协同关系不显著（面积分别占47.66%和52.34%）,碳储存与土壤保持功能呈空间协同关系（面积占69.55%）。通过定量可视化评估草地生态系统各服务间的空间权衡与协同关系,可为草地生态系统优化提供科学依据,为草地资源管理提供参考。     

基于气候带与农业区划的农田生态系统服务权衡及驱动机制

农田生态系统作为重要的陆地生态系统之一,不同气候带与农业区的农田生态系统服务权衡关系与机理尚不明确。该研究定量分析了1990—2019年典型区域淮河流域农田生态系统关键服务食物供给与土壤保持的权衡强度,运用地理探测器方法揭示了不同气候带与农业区划下农田生态系统服务权衡关系的驱动机制,完善与细化了农田生态系统服务权衡机理,为推进淮河流域不同气候区和农业区的粮食安全和生态安全协同和精准施策提供科学依据。结果表明：1）淮河流域食物供给服务总体呈现增长趋势,黄淮海平原食物供给增长幅度显著高于长江中下游。土壤保持服务分区差异较大,在气候带上表现为亚热带增长趋势快于暖温带,在农业区划上表现为长江中下游增长趋势快于黄淮海平原,但黄淮海平原土壤保持平均值高于长江中下游。2）淮河流域农田食物供给与土壤保持两种服务间的权衡关系存在时空分异性,总体呈现加剧态势,权衡强度表现为暖温带长江中下游农业区>亚热带农业区>暖温带黄淮海平原农业区。3）淮河流域农田生态系统食物供给与土壤保持间的权衡关系受自然因素和人为因素共同作用,人为因素尤其是化肥施用量显著增强了食物供给与土壤保持间的权衡;在不同气候带与农...     

泾河流域生态系统服务权衡/协同关系的尺度异质性研究

[目的]探究泾河流域生态系统服务权衡/协同关系的尺度异质性,阐明权衡/协同关系在子流域尺度发生变化的主要原因,为黄土高原地区的生态保护和高质量发展提供科学参考。[方法]利用SWAT模型、CASA模型、InVEST模型等量化粮食供给、土壤保持、产水、固碳、生境质量5种生态系统服务,并采用空间相关性统计方法从全流域和子流域两个尺度上进行生态系统服务及两两之间权衡/协同关系的尺度异质性研究。[结果](1)泾河流域粮食供给服务在流域东南部较强;土壤保持服务在流域北部、中部较弱,在西南部、东南部较强;产水服务在流域西部、南部以及东南部较强,在北部、东北部及东部地区较弱;固碳服务流域南部强于北部,东部强于西部;生境质量以中值区和高值区为主,其高值区主要分布在流域东部、东南部及西部,低值区主要分布在建设用地。(2)从全流域尺度来看,粮食产量和土壤保持、产水量、NPP和生境质量以权衡关系为主;土壤保持和产水量、NPP和生境质量以协同关系为主;产水量和NPP是协同关系为主,和生境质量是权衡关系为主;NPP和生境质量是以协同关系为主。(3)泾河流域生态系统服务之间的权衡/协同关系在部分子流域发生改变,土地...     

陕北黄土丘陵区退耕地植物群落演替特征

为了解黄土丘陵区侵蚀地貌退耕地植物群落演替模式及其基本特征,以陕北安塞纸坊沟流域的20块不同年限退耕地和荒坡为研究对象,采用空间代替时间序列的方法进行植物群落的调查和演替特征的分析。结果表明:退耕地植物群落大致经历了茵陈蒿群落—杂类草—狗尾草群落—长芒草群落—铁杆蒿群落—茭蒿群落的演替过程。植物群落的Shannon-Wiener指数、Simpson多样性指数、Margalef丰富度指数和Pielou均匀度指数均表现出随演替进行而上升的变化规律,但上升的速率各异;演替前期和中期的群落基本上属于对数级数分布,说明该阶段的物种组成主要是生态位预占模式起作用,演替后期的群落属于对数正态分布,可能是生态位预占、周围繁殖体的侵入压力、种间竞争和其他因素共同作用的结果;群落盖度变化与演替时间符合二次函数变化规律。     

陇东黄土高原地区石油污染土壤微生物群落及其与环境因子的关系

为了认识和评价石油开采对陇东地区土壤环境的影响,采用平板培养和多元分析法研究了不同石油污染程度下的土壤微生物群落特征及其与土壤环境因子的关系。结果显示:(1)微生物3大类群的数量以距污染源30m的样地S1-3最高,200m的S7-9次之,100m的S4-6最低;放线菌数量变化对Shannon—Wiener指数影响较大。(2)土壤有机质、含油量、含盐量、速效磷均为S1-3最高,S4-6次之,S7-9最低;土壤pH值、碱解氮及速效钾含量均以S7-9最高,S4-6次之,S1-3最低。(3)PCA结果显示TPHs含量在8种环境因子中作用最大,其含量的上升导致了土壤含盐率、有机质和速效磷的增加,进而影响到了土壤含水量、pH值、土壤细菌、放线菌、微生物总数及其他环境因子。研究表明,陇东黄土高原地区开展生物修复石油污染时,应充分开发利用土壤细菌及放线菌资源,并外源投加N,K等营养元素,从而刺激土著石油降解菌的生长,进而提高石油烃的降解效率。     

黄土高原坡改梯综合效益分析——以燕沟流域为例

 退耕坡地是近年来黄土高原整治生态环境和控制水土流失的关键措施,但对于如何退耕,学术界存在多种不同观点,实践方面存在多种不同模式。以延安燕沟流域坡改梯为例,利用2005年延安站的逐日气象数据和燕沟流域地貌、土壤及土地利用等资料,借助WIN-YIELD软件,对不同地形坡度条件下坡改梯在作物增产、保水减沙效益以及燕沟流域坡改梯实践效果进行模拟、对比和实证分析。结果表明:地形坡度越大,坡改梯作物增产、保水和减沙效益越显著;坡度小于5°的坡耕地可以不进行梯田改造,坡度大于15°的坡耕地应及早实施坡改梯或退耕还林(草)。     

黄土高原生态系统服务功能的重要性与恢复对策探讨

黄土高原在环境脆弱与经济发展低下的双重胁迫下，如何探索既适合环境保护又适应当地经济发展需求的战略对策至关重要。以黄土高原生态系统服务价值分析为基础，提出了该地区以农户单元、流域单元和区域尺度的生态系统服务恢复与重建对策。研究表明，尽管长期以来被人们所忽视，在生态环境脆弱区的生态系统服务价值依然是客观存在的，但是这些服务功能远不足以维持系统的自我循环，导致生态环境恶化趋势日趋严重。为此，必须科学分析该地区生态系统服务的现状与不足，并采取科学合理可行的生态系统恢复对策，为生态一经济系统的协调可持续发展提供生态保障。     

黄土高原地区粮食生产潜力与粮食生产发展战略探讨

在运用DSSAT3模型模拟研究黄土坑原地区28个代表点小麦、玉米、谷子、大豆和马铃薯（或水稻）生产潜力的基础上，统计计算了14个生态类型区粮食作物单产潜力及其开发率结果表明，黄土高原地区可望在2020年前实现区域粮食自给，但其前提是需要投入巨大的物质和技术，加之该区广大山塬旱区粮食生产效益低，故该区粮食生产目标应定位于保证农业人口的粮食自给，不宜过分强调区域粮食自给和商品粮生产，粮食短缺部分应从国内外粮食市场寻求解决，以免造成生态环境恶化及经济的巨大浪费。     

陇东黄土高原不同林龄刺槐林土壤碳通量及其组分特征

基于红外气体分析技术,对陇东黄土高原田家沟水土保持科技示范园不同林龄(12,14,15,18a)刺槐林土壤碳通量进行定位监测,同时以荒草地为对照,分析土壤碳通量日、季变化及组分特征。结果表明:不同林龄刺槐林土壤碳通量日变化差异显著(P0.01),日变化趋势表现为昼高夜低的单峰曲线,13:00—15:00达到最大值,最小值出现在2:00—5:00;不同季节间土壤碳通量差异显著(P0.01),具体表现为夏季春季秋季冬季,夏季土壤碳通量为冬季的8.78~20.32倍;刺槐林春季土壤碳通量以自养呼吸为主,夏、秋两季以异养呼吸为主,冬季自、异养呼吸贡献率基本一样,荒草地春、夏、秋3季以异养呼吸为主,冬季与林地表现一致;刺槐林年土壤CO_2排放量随林龄增加而增加,年排放量2 069.63~4 590.35g/m~2,荒草地土壤CO_2年排放量2 806.27g/m~2,低于18a刺槐林,高于其余各林龄。研究结果为陇东黄土高原刺槐人工林土壤的固碳效应及经营措施提供依据。     

陇东黄土高原耕地变化趋势及驱动因子分析

利用1986—2002年陇东地区耕地统计资料,对该区耕地资源利用与变化的基本特征、耕地数量变化的基本过程、空间差异、耕地流向以及耕地数量变化的主要驱动机制进行了分析。结果表明:(1)16 a来陇东地区耕地数量呈明显的波动减少趋势,经历了缓慢减少—急剧减少—缓慢减少的变化过程。(2)耕地的主要流向是工矿用地、居民点和各类交通用地以及果园;耕地的增加主要是未利用土地的开垦。(3)经济发展、人口增长和政策是耕地面积减少的主要宏观驱动因子,耕地变化过程中的明显突变与国家宏观政策背景相关联,耕地快速减少在发生时间上与经济的快速增长基本同步,在空间分布上与地区经济发展速度水平的差异相一致。     

黄土丘陵区影响生物结皮退化因素的初步研究

通过植被-枯落物-生物结皮的样方调查,分析植被、枯落物及结皮自身生长状况与结皮退化的关系。结果表明：1）植被盖度和基盖度的变化对生物结皮退化影响较大,而对枯落物下结皮退化度和枯落物下结皮盖度的影响不明显,说明高等植物对植物间空地生物结皮退化的影响不明显;2）生物结皮的自身生长状况与其退化过程的关系不明显,其退化主要是受到其他因素的作用影响;3）枯落物的厚度和盖度是枯落物下结皮退化的重要影响因素,也是影响结皮退化盖度的重要因素。     

黄土旱塬麦田生态系统物质平衡及评价

根据长武试区 1986～ 1995年的统计资料并结合田间试验 ,对黄土旱塬麦田生态系统的主要物质 (氮、磷、钾 )循环及平衡特征进行了较为系统的分析。结果表明 ,农田中养分的流动量大 ,流通途径少 ,养分循环的开放性大 ,外循环规模大 ,内循环率小 ;系统养分平衡中 N基本保持收支平衡 ,K2 O入不敷出 ,P2 O5 输入大于输出 ;养分输入中 ,人工投入的化肥与有机肥是养分的主要来源 ,输出中 N主要集中于籽粒 ,K2 O主要集中于秸秆 ,P2 O5 主要残留于土壤中。指出在农业生产中 ,应采用秸秆还田以增加钾的投入 ,同时要增加氮肥投入尤其是有机肥的投入 ,而磷应以提高其有效性为主。     

黄土丘陵沟壑区退耕地植被自然恢复过程——以吴起县双树沟流域为例

采用TWINSPAN分类法对黄土丘陵沟壑区吴起县双树沟流域30个自然恢复草地植被进行分类,并对分类后各植被群落特征和地上生物量进行统计分析。结果表明：在自然恢复条件下,随着退耕年限的不断增加,退耕地植被自然恢复依次经历了猪毛蒿群落-赖草＋长芒草群落-赖草＋铁杆蒿群落-铁杆蒿群落-铁杆蒿＋茭蒿群落5个发展阶段,地带性植被类型铁杆蒿＋茭蒿群落在研究区内开始出现,并且已经占有一定优势;随着退耕地植被自然恢复的不断进行,Margalef等丰富度指数以及Shannon-wiener等多样性指数、Pielou等物种均匀度指数和地上生物量都呈现出先减小后增大的发展趋势;在植被自然恢复的稳定阶段,虽然物种丰富度指数和物种多样性指数有一定的增加,但是相对恢复初期来讲还是有所下降,并且有达到与初期相当水平的趋势;物种丰富度指数均在第1恢复阶段最大,而均匀度指数Jsw以及Shannon-wiener指数在第5恢复阶段最高。随着退耕地植被自然恢复的不断进行,植被群落总盖度随着退耕年限的延长而不断增大。