国家公园是国家生态安全屏障,面对生态系统服务退化与人类福祉提升的供需矛盾日益凸显的现实困境,明晰国家公园生态系统服务与人类福祉的耦合协调关系是国家公园科学管理的基础,也是可持续发展的内在需求.以祁连山国家公园为例,基于土地利用、统计年鉴和农牧户问卷调查数据,利用耦合协调模型,分析了国家公园试点建设过程中生态系统服务与农牧户福祉的耦合协调关系.结果表明:(1)国家公园建设的推进,提升了生态系统服务价值,主要贡献来源于冰川;空间上表现为能值聚集特征,高值区成片分布,低值区主要分布在西北区域.(2)农牧户福祉水平不断提升,主要体现在基本物质需求上,空间上呈现为"中间低东西高"的分异格局.(3)生态系统服务与农牧户福祉的耦合协调性有失衡趋势,主要表现为中度协调区面积下降,磨合区面积增加,超过三分之二的区域处于生态系统服务滞后于福祉发展水平;空间上,体现为严重失调区集中分布,磨合区逐渐成片,中度协调区逐步破碎化.

封面图片由河南大学地理与环境学院李国栋教授在2023年7月于黄河故道区实地考察时拍摄(33°02′33"-35°25′22"N,113°26′34"-120°24′50"E).图片展现了黄河改道后留下的独特景观和自然遗产,在这片广袤的土地上,往日黄河澎湃的流水已不再,取而代之的是宁静的湿地和蜿蜒的旧河道,它们像一条巨大的生命脉络,记录着黄河的变迁和土地的演变.水上散布着一些小岛或浅滩,岛上长满了树木和灌木丛,水鸟翩翩起舞,水面波光粼粼,展示了生态系统中水分与热量的自然调节机制.河岸边,茂密的芦苇丛随风摇曳,宛如绿色的波涛.古河道两侧,广袤的农田与星罗棋布的村庄点缀其间,居民们在此辛勤耕作,悠然生活.黄河故道地区不仅风光旖旎,更是我国生态安全的坚固屏障.

近几十年来,嫩江流域湿地大面积萎缩、土地盐碱化严重,干旱频发,严重威胁生态安全、水环境安全和社会经济可持续发展.为量化嫩江流域干旱对生态系统的影响,利用标准化生态缺水指数(SEWD1),结合旋转经验正交函数、累积和曲线和Pearson相关性分析法分析嫩江流域1980-2017年生态干旱的时空演变规律,并利用游程理论提取生态干旱特征.结果表明:(1)生态干旱与影响因子间的相关系数排序为相对湿度＞归一化植被指数＞径流＞降水＞气温,其中生态干旱和相对湿度相关系数最大且大于0.5,呈现显著相关性,其余因子的相关系数均小于0.5,呈现低度相关性;(2)从SEWDI变化曲线上看,1980-1999年干湿交替呈现出一定的周期性,生态干旱以轻旱和中旱为主,总体呈加剧趋势;2000-2017年极端干旱和极端湿润事件频发,生态干旱总体呈缓解趋势.从累积和曲线上看,1980-1995年为嫩江流域生态干湿状态的正常波动时期,1996-2009年为嫩江流域生态干旱期,2012-2017年为生态湿润期;(3)生态干旱的干旱历时和烈度显示流域西南部严重程度较大,长期干旱风险较高,而流域北部干旱强度较大,较易发生单次较为严重的短期干旱.

在深入实施国家粮食安全战略,协同推进经济高质量发展和生态环境高水平保护背景下,探究耕地利用绿色转型与城乡融合发展的耦合协调是解决耕地保护、生态保育与经济建设之间冲突的关键.从人地关系视角剖析了耕地利用绿色转型与城乡融合发展的耦合机理;通过解读耕地利用绿色转型与城乡融合发展的内涵构建了相关评价指标体系,并以长江经济带130个地级市为例,基于2000、2005、2010、2015和2020年数据,运用耦合协调度模型分析耕地利用绿色转型与城乡融合发展耦合协调的时空格局特征.结果表明:(1)2000-2020年长江经济带耕地利用绿色转型指数由0.208增至0.294,增幅为40.802％,呈现"东北部高西南部低"的分布特征.(2)2000-2020年长江经济带城乡融合发展指数由0.465增至0.492,增幅为5.858％,呈现"中东部高西南部低"的分布特征.(3)2000-2020年长江经济带耕地利用绿色转型与城乡融合发展的耦合协调度由0.556上升到0.612,增幅为11.065％,呈现"中东部高西部低"的分布特征;耦合协调类型从基本协调型转变为中度协调型.各子系统间的耦合协调程度差异较大,耕地利用绿色转型各子系统中,模式转型与城乡融合发展的耦合协调度较低;城乡融合发展各子系统中,人口融合、空间融合与耕地利用绿色转型的耦合协调度较低.(4)耕地利用绿色转型中的模式转型,城乡融合发展中的人口融合、空间融合是长江经济带发展需重点关注的问题.研究结果可为长江经济带耕地资源的优化利用、生态保护以及城乡融合发展提供借鉴.

祁连山是我国西北地区重要的生态安全屏障.为揭示祁连山植被覆盖变化及其驱动机制,本文通过融合GIMMS NDVI和MODIS NDVI获得1982-2022年1 km NDVI数据,并结合多时相土地利用、植被、地貌和气象数据,利用Theil-Sen趋势分析、Mann-Kendall显著性检验、最优参数地理探测器模型等方法,分析了祁连山NDVI时空变化特征与空间异质性及其驱动因素.结果表明:祁连山西北地区植被覆盖度较低,东南地区植被覆盖度较高,1982-2022年祁连山植被覆盖度明显提高,但近十年以来植被有退化的趋势;年均降水量和湿润指数是影响祁连山植被覆盖度的最主要驱动因素,解释力分别为69.6％和61.9％,年降水量和高程的交互作用对NDVI的分布有明显的影响.研究揭示了促进植被生长的驱动因子的类型或范围,为更好理解祁连山植被NDVI变化的驱动因素提供科学依据.

三江源区是青藏高原生态屏障的重要组成部分,科学构建生态安全格局对筑牢三江源区生态安全屏障、维护可持续发展具有重要意义.耦合层次分析法(AHP)与熵权法,基于生态系统服务、形态学空间格局分析(MSPA)、景观连通性等方法识别不同等级生态源地,利用土地利用类型并综合生态敏感性与地形位指数构建生态阻力面,基于Linkage Mapper工具识别不同类别生态廊道,构建三江源区生态安全格局.结果表明:(1)三江源区生态源地约 52371.30km2,占研究区总面积 13.70%,多为大尺度不规则斑块,呈现东多西少的空间分布格局;其中一级生态源地面积约为 48290.06km2,占生态源地总面积的 92.21%,集中分布在生态系统服务重要性较高的中部与东南部地区.(2)识别生态廊道共 328 条,廊道分布呈现中东部密集,西部稀疏的蜘蛛网状空间格局,整体呈东西向波状延伸态势.(3)识别生态夹点 1796km2、生态障碍点 2490km2,主要分布于研究区中南部的杂多县;提取生态断裂点 61 处,集中分布于治多县东南部.(4)构建"三区三带多点"生态安全格局,以生态维育发展区、中部修复关键区、西部生态保护区为"三区",以绿水青山维护带、生物保护关键带、河源安全建设带为"三带",识别核心修复点为"多点",考虑不同小区域内的生态状况,因地制宜进行生态建设.研究结果可以为三江源区生态保护地优化提供科学建议.

明晰耕地利用生态效率的驱动机理是深化土地科学前沿探索、优化粮食安全发展格局的关键基础.建构"边境-粮食-生态"安全框架,采用非期望产出的超效率SBM模型测算 2000-2020 年中越边境地区耕地利用生态效率,通过泰尔指数研究其演变特征和区域差异,并运用动态面板系统GMM模型揭示耕地利用生态效率的驱动机制.结果表明:(1)中越边境地区耕地利用生态效率指数总体呈现"先升-后降-再升"的变化趋势,整体处在中等效率水平,空间表现为"北高-南低"分布格局,省际差异是造成区域差异的主要原因.(2)化肥使用过量、劳动力过剩和碳排放增加是造成中越边境地区耕地投入产出要素松弛、耕地利用生态效率损失的重要因素.(3)中越边境地区耕地利用生态效率由多因子交互作用驱动,地形坡度、城镇化、边境贸易水平、财政支农水平是提高耕地利用生态效率的积极因素,水土流失率、工业化和劳均耕地规模对耕地利用生态效率具有抑制效应.中越边境地区亟需优化耕地经营投入结构,向"投入优-产出高-排放低"方向转型,构建边境粮农稳态格局,促进边境地区长足稳定高质量发展.

沿海城市的经济快速发展和土地利用与海洋生态环境之间关系密切.陆海统筹的背景下,科学了解陆海生态环境质量演变和空间分布特征,探究两者的耦合协调关系对提升陆海生态安全统筹具有重要的实践意义.以中国沿海53个城市为例,采用"活力-组织-恢复力(VOR,Vitality-Organization-Resilience)"模型评价陆地生态系统健康状况,采用TOPSIS法通过构建指标体系评价海洋生态环境质量,采用耦合协调度模型分析陆海生态环境质量耦合协调水平,并提出相关建议.结果表明:1)2010-2020年沿海城市陆地生态系统健康呈现"北低南高"的分布格局,以杭州湾为主要分界线;2)2010-2020年沿海城市海洋生态环境质量呈现趋好的态势,海洋生态环境质量:沿东海经济区＜环渤海经济区＜沿黄海经济区＜沿南海经济区;3)2010-2020年沿海城市陆海生态环境质量耦合程度进一步加强,且南部城市协调度高于北部.研究为中国沿海地区陆海生态环境管理、因地制宜地开展生态修复工作提供科学依据,对陆海生态系统的健康协同发展具有重要意义.

祁连山生态环境保护是建设我国西部生态安全屏障的关键环节,而核算祁连山生态系统服务价值是制定合理有效的生态环境保护措施的有力依据.然而受气候变化和人类活动的共同影响,祁连山地区生态环境问题依旧突出,亟需对该地区生态系统服务价值开展研究以服务后期生态环境建设.基于此目的,使用1990-2020年祁连山地区土地利用数据,运用土地利用动态度、土地利用转移矩阵揭示该地区土地利用变化规律.并使用生态系统服务价值评估模型测算了祁连山地区生态系统服务价值,探究了其动态变化过程,并明确了各土地利用类型与生态系统服务价值变化之间的内在联系.结果表明:(1)1990-2020年,草地和荒漠是祁连山地区最主要的土地利用类型,单一土地利用动态度分别为水域＞湿地＞耕地＞荒漠＞草地＞林地.草地和耕地以及草地和荒漠相互转化成为该地区最主要的土地利用变化特征;(2)祁连山地区生态系统服务价值呈持续增加趋势,由1990年的7231.36亿元增加至2020年的7836.07亿元,在空间上呈现出东高西低的变化趋势.生态系统服务价值构成主体主要为水域、草地和林地,单项生态系统服务价值以水文调节和气候调节为主,反映了调节服务是祁连山地区生态系统的主要功能;(3)水域、草地和湿地这3种土地利用类型是近30年祁连山地区生态系统服务价值变化的主要贡献因子.1990-2020年,祁连山地区生态系统服务价值对土地利用的敏感性总体呈增加态势(1.48％-7.91％),土地利用变化对该地区生态系统服务价值的影响逐步增强.系统揭示了过去30年祁连山地区生态系统服务价值的演变及其与土地利用变化的内在联系,重点阐释了水域、草地、林地和湿地对该地区生态系统服务价值和生态环境保护的重要性,可为祁连山地区生态产品价值实现及生态保护管理等提供基础科技支撑.

黄河三角洲作为我国暖温带最年轻、保存最完整的滨海湿地生态系统,在全球气候变化以及区域人类活动加剧的背景下,海平面上升和地面沉降加剧使得地区生态安全受到严重威胁.基于1991-2020年8期土地利用/覆被数据,使用生态系统服务和权衡的综合评估模型(InVEST)碳储量模块系统评估黄河三角洲过去30年的土地利用/覆被和碳储量时空变化特征,并进一步耦合海水淹没模型和斑块生成土地利用变化模拟软件(PLUS)预测生态保护、自然发展和经济发展三种情景下黄河三角洲2035和2050年土地利用/覆被和碳储量格局.结果表明:1991-2020年间,碳储量累计减少107.94万t,降幅为8.12％,自然湿地和非湿地碳储量分别减少386.66和18.56万t,人工湿地碳储量增加297.27万t.2035和2050年,黄河三角洲分别约有4.47％—11.58％和6.20％—17.42％的陆地会被海水淹没,导致未来黄河三角洲多情景模拟中碳储量均减少,到2035年生态保护、自然发展和经济发展情景下碳储量分别减少了 42.38万t、76.68万t和119.50万t,到2050年三种情景碳储量分别减少了59.30万t、1 19.02万t和187.01万t,同时期生态保护情景下碳储量减少速率最小.黄河三角洲应坚持可持续发展,加强高碳储量土地利用/覆被类型的生态保护,通过回填开采区等方式减少地面沉降速率,并在可能被淹没的区域建设沿海堤坝以预防海水淹没,从而减少黄河三角洲的碳储量损失.研究指出了海水淹没会导致巨大的碳储量损失,可为黄河三角洲未来提高固碳增汇作用提供数据支撑和理论基础.