基于MCR模型的江西省抚州市生态安全格局构建

[目的]开展城市生态安全格局构建和主要生态廊道识别研究,为城市国土空间规划中生态格局的优化提供科学参考。[方法]以江西省抚州市为研究区,选取土地利用因子,水土保持功能重要性以及生态敏感性等多种因子构建最小累积阻力模型,依据生物多样性维护功能重要性评价、全域水文分析、生态保护红线以及自然保护地识别生态源地,依托MCR模型和ArcGIS中的空间分析工具开展研究。[结果](1)抚州市整体生态环境良好,水土保持功能极重要性区所占比例为49.97%,主要集中在抚州市中部地区,以黎川县、乐安县、宜黄县和南丰县为主;抚州市生态敏感性极重要区所占比例为1.39%;(2)生态源地面积3302.34 km~2,所占比例为17.57%,以抚州市东部和西南部为主;(3)以全域的生态要素和地形地貌等为基底,抚州市呈现出“一轴、两屏、多廊、多节点”的生态安全格局。[结论]结合生态源地、生态廊道和生态节点,形成完整、系统的生态保护格局和开敞空间网络体系,维护抚州市生态安全和生物多样性。     

工程堆积体坡面不同植被格局的控蚀效果研究

为探明不同植被格局对工程堆积体陡坡坡面土壤侵蚀的影响,采用10,20,30 L/min 3种放水流量,对黄土区不同格局（裸坡、坡顶、坡中、坡底、条带）下的高陡边坡（32°,20 m×1 m）进行模拟放水试验,选取径流率、产沙率、减流效益、减沙效益等因子对堆积体坡面植被的控蚀效果进行分析。结果表明：3种放水流量下,条带、坡顶、坡中、坡底的平均径流率较裸坡分别减小57.33%,61.17%,41.62%,24.78%,平均产沙率较裸坡分别减小74.99%,61.10%,55.01%,46.43%,且径流率与产沙率的线性关系（R²=0.57~0.80,p<0.01）整体上弱于裸坡（R²=0.71,p<0.01）。不同植被格局中,条带及坡顶格局的减流效益分别是65.97%,60.52%,减沙效益分别为71.44%,57.22%,二者的控蚀效果远高于其他格局。产沙率与径流功率的线性相关性（R²=0.61~0.83,p<0.01）高于径流剪切力（R²=0.29~0.76,p<0.01）,径流功率能更好地反映堆积体坡面土壤侵蚀机制。     

中国耕地空间格局变化及其生态系统服务价值响应

研究耕地空间格局变化对耕地生态系统服务供给能力的影响,能为我国耕地空间格局优化和耕地生态保护提供科学参考,具有重要的理论和实践意义。以往研究缺乏全国耕地生态系统服务供给能力动态变化的综合研究,因此在深入分析耕地空间格局演变的基础上,构建了图斑尺度的耕地生态系统服务价值时空异质评估模型,全面评估2000—2015年我国耕地生态系统服务价值,探究了我国耕地生态系统服务供给能力时空变化规律。结果表明:(1)2000—2015年,中国耕地重心持续向西北方向迁移,水田和旱地重心分别向西北和东北迁移。北方干旱半干旱区旱地持续增加,东北平原区水田持续增加,其他农业区耕地持续减少;(2)2000—2015年我国耕地生态系统服务总价值和单位面积价值均减少,减幅分别为1.35%和0.55%。耕地供给服务总价值和单位面积价值增加,调节服务、支持服务和文化服务总价值与单位面积价值均减少。(3)中国耕地生态系统服务价值变化空间分异明显。北方的北方干旱半干旱区、东北平原区耕地生态系统服务总价值增加,单位价值减少; 青藏高原区耕地生态系统服务总价值和单位价值均减少; 其他农业区耕地生态系统服务总价值减少,而单位价值增加。应通过优化耕地空间格局、精准实施耕地休养生息策略、建立耕地保护生态补偿机制等有效提升耕地生态系统服务供给能力。     

中国土地集约利用与区域生态效率耦合协调度时空格局

土地集约利用与区域生态效率的耦合协调发展对城市可持续发展和生态文明建设意义重大。该文采用熵权法和非期望产出的超效率SBM模型分别评价了2004—2016年中国284个地级市土地集约利用程度和区域生态效率;在此基础上,分别运用耦合协调度模型和空间自相关分析方法研究了两者耦合协调度及空间关联格局的时空演变特征。研究结果表明:当前中国城市土地集约利用与区域生态效率协调性整体处于轻度失调阶段,但耦合协调度随时间呈逐步增强态势。协调度空间分布整体呈现“东部和中部高,西部低”的格局,且随时间推移发生较小改变。全局空间自相关结果表明:耦合协调度存在显著空间正相关性,且随时间推移关联程度先增强后减弱。局部空间自相关结果显示:正相关类型高高集聚(HH)与负相关类型低高集聚(LH)主要分布在东部地区,而正相关类型低低集聚(LL)和负相关类型高低集聚(HL)主要分布在西部地区,其中,HH、LH和LL型主要以“组团”形式出现,聚集性强,HL型则散乱分布。随时间推移,除HL型外,其余类型空间分布的整体格局较为稳定。应制定科学的环境经济和环境技术政策,加强对城市的差异化监控与管理,合理进行分区管控并推进市域之间的技术与创新合作等来增强土地集约利用与区域生态效率的协调性,促进城市可持续发展。     

挠力河流域水土资源平衡及耕地合理利用规模特征

水土资源平衡是耕地合理开发与利用的前提,为定量评估粮食主产区水土资源平衡关系,促进耕地可持续利用,该研究提出“以水定地”的耕地配置模式,并以三江平原腹地的挠力河流域为研究区,在多源水土信息数据支持下,依据农田土壤水分平衡原理构建水土资源平衡模型,以评估水土资源平衡态势,进而揭示该流域耕地合理利用规模特征。结果表明:1)2000年以来,挠力河流域水田持续扩张,旱地轻度萎缩,至2018年其水田化系数已达37.33%,垦殖率为62.61%。旱地和水田的水分胁迫蒸散能力处于同一水平,但水田的水分亏缺量显著高于旱地;2)当前,挠力河流域的灌溉供水量范围为21.23~211.91 mm,富锦市、友谊县和集贤县处于水资源超载状态,且水田均呈“土多水少”状态,饶河县、宝清县、七台河市和双鸭山市辖区则“土少水多”;3)依据“以水定地”耕地配置模式,该流域水田面积可增加11.02万hm2,对应的水田化系数控制在44.76%以下。富锦市、友谊县和集贤县应适度控制或减小水田利用规模,宝清县应成为未来“旱改水”的重点备选区。研究结果对挠力河流域乃至三江平原的耕地有序开发及保障农业可持续发展具有重要现实意义。     

基于MCR模型的城镇生态安全格局构建和建设用地开发模式

近年来,在中国城市土地开发的顶层设计中越发强调生态空间的重要性,充分识别城市生态安全格局并探讨建设用地空间扩展格局成为划定生态保护红线、确定城市开发边界和"三规合一"空间管制等政策实施的迫切需求。该文以唐山市为例,基于"生态过程—格局"理论和GIS的空间相关性分析、距离分析和叠加分析等方法,从综合水安全、地质灾害预警、生物生境保护、水土保持、游憩安全5个方面,整合构建了底线安全格局、缓冲安全格局和最优安全格局3种不同等级的综合生态安全格局。该文在MCR模型算法引入不同等级"源"的权重系数,以综合生态安全格局为阻力因子,并结合城镇中心的吸引力、主要道路的吸引力和政策调控(区域开发重点)等城镇用地扩展影响因素,得到在不同约束条件下的区域空间扩展阻力面,分别确定了唐山市在"生态安全约束型""经济增长主导型"和"生态与经济并重"3种模式下城镇空间可能的发展范围,经过多方案比较,"生态与经济并重"城镇建设用地空间发展模式是未来城镇健康有序发展的最优模式,这种发展模式既有利于减少大规模、高强度的城镇化和工业化过程所造成的城市发展和环境保护之间的用地冲突,也可为城市用地布局规划和生态红线划定提供科学依据。     

中国丹霞赤水世界自然遗产景观格局时空演变及驱动因素分析

为了研究中国丹霞赤水世界自然遗产的景观格局,利用GIS,ENVI和景观格局分析软件FRAGSTATS,分析了遗产地及缓冲区2001年、2010年、2016年3个关键时期的景观格局及其演变规律,揭示了中国丹霞赤水世界自然遗产不同发展阶段景观格局变化特征,进一步探讨了景观格局变化的影响因素。研究结果表明:（1）研究区自2001年以来,各类景观均处于动态变迁过程,林地景观为研究区的优势景观,一直占研究区整体面积的80%以上,16年间,林地、灌丛、建筑用地、裸地和水体的面积净增加,耕地面积净减少;（2）景观动态变化度在2001—2010年较大,林地景观面积比例增加了6.98%,耕地面积比例减少了8.4%,面积减少了近一半,有44%的耕地面积和64.35%灌丛面积转入林地景观,景观格局破碎化程度大幅下降;（3）2010—2016年景观动态变化度相对较小,林地面积比例下降了1.22%,耕地面积比例增加了1%,建筑面积持续增加;建设用地转出率最高,其次是裸地,景观类型的丰富度有所上升,景观格局破碎化程度稍有加深;（4）除了生态系统的自然演化外,退耕还林政策、城镇一体化建设、高速交通建设是研究区景观格局变化的主要驱动因素,旅游增长和开发对研究区的景观格局影响相对较小。     

Desiccation and cracking behaviour of clay layer from slurry state under wetting-drying cycles

Laboratory tests were conducted to investigate the effect of wetting-drying (W-D) cycles on the initiation and evolution of cracks in clay layer. Four identical slurry specimens were prepared and subjected to five subsequent W-D cycles. The water evaporation, surface cracks evolution and structure evolution during the W-D cycles were monitored. The effect of W-D cycles on the geometric characteristics of crack patterns was analyzed by image processing. The results show that the desiccation and cracking behaviour was significantly affected by the applied W-D cycles: the measured cracking water content θ_c, surface crack ratio R_sc and final thickness h_f of the specimen increased significantly in the first three W-D cycles and then tended to reach equilibrium; the formed crack patterns after the second W-D cycle were more irregular than that after the first W-D cycle; the increase of surface cracks was accompanied by the decrease of pore volume shrinkage during drying. In addition, it was found that the applied W-D cycles resulted in significant rearrangement of specimen structure: the initially homogeneous and non-aggregated structure was converted to a clear aggregated-structure with obvious inter-aggregate pores after the second W-D cycle; the specimen volume generally increased with increasing cycles due to the aggregation and increased porosity. The image analysis results show that the geometric characteristics of crack pattern were significantly influenced by the W-D cycles, but this influence was reduced after the third cycle. This is consistent with the observations over the experiment, and indicates that the image processing can be used for quantitatively analyzing the W-D cycle dependence of clay desiccation cracking behaviour.     

上海城郊不同农业用地类型土壤硝化和反硝化作用

采用气压过程分离(BaPS)技术对上海城郊不同农业用地类型土壤总硝化速率和反硝化速率进行了测定.结果表明:不同农业用地类型土壤总硝化速率和反硝化速率差异显著(p<0.05).其中大棚蔬菜总硝化速率和反硝化速率最高;在土壤含水量15%～30%范围内.土壤总硝化作用和反硝化作用对氮损失的贡献率分别为46.8%,53.2%.土壤含水量和土壤通气孔隙度的适度增加均有利于土壤硝化作用和反硝化作用的进行;总硝化速率与土壤含水量、土壤通气孔隙度、全氮含量呈显著性相关(p<0.05),与土壤N_3~--N呈极显著性相关(p<0.01);反硝化速率与土壤含水量、N_3~--N、全氮呈显著性相关(p<0.05),与土壤通气孔隙度呈极显著性相关(p<0.01);中等土壤含水量范围内,影响土壤硝化作用、反硝化作用的环境因子趋于多样和复杂化,各种土壤环境因子共同影响和决定土壤硝化和反硝化过程.     

清镇市土壤侵蚀强度景观空间格局分析

以清镇市1∶10 000土壤侵蚀实地调查图件为数据基础,在ArcGIS软件和Patch Analysis for ArcGIS景观分析模块的支持下,从景观总体特征、斑块比例、斑块平均大小、斑块面积标准差、分维数、斑块密度、分离度以及Shannon均匀度指数角度进行了土壤侵蚀强度景观空间格局分析。结果表明:清镇市总体上表现出土壤侵蚀面积大、以微度侵蚀和中度侵蚀为主、土壤侵蚀程度不严重的特征;在土壤侵蚀空间分布上,以南部地区的乡镇土壤侵蚀程度最轻,其次为中部地区的乡镇,而土壤侵蚀最严重的则分布在东西部及北部地区的乡镇。清镇市的景观基质为微度侵蚀景观,该景观类型的斑块较为集中,但各斑块间差异大,斑块形状最为复杂,异质性特征明显。剧烈侵蚀与极强烈侵蚀景观均是典型的人为干扰后的景观。整体而言,各土壤侵蚀景观的斑块在面积上的分布较为均匀,且各景观类型的平均斑块面积普遍较小,斑块内土壤流动较易发生。