稻田甲烷排放是农业源甲烷排放的主要来源.东北黑土地区是我国最大的粮食生产基地,农业温室气体减排是实现黑土地永续利用的关键议题之一.运用稻田甲烷排放模型(CH4MOD)核算并分析了 2009-2018年东北黑土地区稻田甲烷排放的时空演变特征,结合GOSAT卫星遥感数据探究了水稻生产与区域甲烷排放的时空动态联系,进一步量化了稻田甲烷对区域甲烷排放的贡献程度及不同情景下的排放潜力.结果表明,受水稻生产面积扩张和排放强度提高的影响,东北黑土地区稻田甲烷排放总量从2009年的39.05万t增加到2018年的79.53万t.东北黑土地区区域甲烷排放在季节变化和栅格单元上表现出与稻田甲烷排放较为一致的时空动态,大规模的稻田耕作可能会增加水稻生产与区域甲烷排放直接相关的可能性.随着水稻持续扩种稳产,2018年东北黑土地区水稻生产贡献了区域甲烷排放总量的15.04％,其中黑龙江省的贡献率高达31.06％.在基准发展情景下,预计2035年东北黑土地区稻田CH4排放量较2018年增加19.5％;在粮食供给保障情景下,维持当前稻田耕作面积,水稻生产集约化程度提高,预计其稻田CH4排放量较2018年减少0.88％;在此基础上,采取促进秸秆还田、增施有机肥、实施节水间歇灌溉等稻田管理措施将使稻田CH4排放量增加17.8％-63.6％.以满足膳食需求和供给保障为导向,优化水稻种植结构、控制稻田耕作面积,推动技术进步、品种改良以提升单产水平,采取化肥和有机肥搭配施用、节水间歇灌溉等途径能够缓解稻田甲烷排放.研究综合运用自上而下的遥感数据和自下而上的模型运算,刻画了水稻生产与区域甲烷排放的时空联系,进一步评估了稻田甲烷的排放潜力及减排措施的减排效果,为促进东北黑土地区农业甲烷减排和生产布局优化提供了理论依据和决策参考.

综述回顾我国农业碳排放的主要特征及类型,并指出农田利用、畜禽养殖、农业废弃物处置和土地利用管理等 4 方面的农业碳减排潜力.合理的农艺管理和经济政策措施可以减少农田利用碳排放;源头农业碳减排、过程控制和末端处理等措施可以降低畜禽养殖碳排放;优化粪便管理模式和农业秸秆利用可以减少农业废弃物处置碳排放;优化土地资源利用结构、实现土地集约利用和建设高标准农田是土地利用管理碳减排的重要举措.综述可为提升我国农业碳减排潜力提供参考.

快速城市化导致城市及周边区域生态风险不断增加,认知城市化区域生态风险,探究其变化的驱动因素,提出行之有效的风险管控策略,对城市化区域生态环境与社会经济协调发展具有重要意义.以北京市为例,基于生态系统服务对生态风险进行了定量表征,分析了城市化因素对生态风险的驱动作用,探究了生态风险管控策略.研究结果表明:不透水地表扩张、经济增长、人口增长均对生态风险有显著的驱动作用,其中不透水地表扩张的驱动作用占主导地位.经济增长和人口增长通过影响不透水地表率间接作用于生态风险,在2005年时,人口密度对生态风险的驱动作用大于GDP强度,在2010年及之后,GDP强度对生态风险的驱动作用则变得比人口密度的驱动作用更大.北京市的生态风险管控策略为:在不透水地表率介于40％-70％的区域降低不透水地表率和实施土地利用及景观格局优化;不透水地表率大于70％的区域应防止不透水地表进一步扩张;不透水地表率低于40％的区域需通过提升生态系统质量、强化风险防范、降低风险暴露等途径来管控风险.此外,应通过提高海淀、昌平、通州、顺义等辖区的人口和经济城市化集约水平来降低生态风险.本研究阐明了城市化对区域生态风险的驱动作用,可为北京市生态风险管控提供依据.

青藏高原作为全球最大的关键生态热点区域,具有丰富的生态系统服务,但其广阔而独特的高寒生态系统正受到如土地利用集约化等日益严重的人为干扰.本研究旨在探讨1980-2020年青藏高原土地利用规模、时空格局及其变化过程,分析其对主要生态系统服务的影响.采用生态系统服务与权衡综合评价模型模拟研究了生境质量、碳储存、产水量3种生态系统服务的时空变化趋势,分析了土地利用演变对生态系统服务的影响.结果表明:1980-2020年间,研究区土地利用格局较为稳定,以高寒草地和荒漠为主.生境质量整体提高,碳储量和产水量先升高后降低.3种服务整体呈现从西北向东南逐渐提升的空间格局,与土地利用由荒漠、草地到林地过渡的空间格局相对应.土地利用强度与生态系统服务的相关性呈现明显的空间分异特征,受土地利用强度影响较大的县域主要集中在青藏高原中西部、南部和中东部等区域.本研究结果对制定土地利用政策、调控青藏高原独特的高寒生态系统土地利用格局具有一定的指导意义.

大河岸线作为流域的重要生态空间,其内涵属性、空间格局和生态功能都具有显著的整体性.从岸线的陆域原真性、水陆生态渐变性、生境依存性及生物多样性等维度,分析了大河岸线生态完整性的科学内涵.结合国内外河流岸线生态评价研究,建立了大河岸线生态完整性的科学表征体系,提出各项指标评估和综合分级方法,并对长江岸线生态完整性进行了评估.结果表明,长江岸线生态完整性总体处于中等水平,从上游到下游沿岸各地市岸段生态完整性得分总体逐步降低;中上游地市岸段受到滨江湿地和洲岛发育程度及湿地保护状况等因素制约,下游地市岸段则受土地开发强度、自然岸线保有率、水陆连通性等制约.虽然中下游岸线有较高的开发程度且受长江大堤的约束,生态完整性受到明显影响,但在相同条件下生态完整性仍然有较大差异性,部分地区如铜陵段、安庆段和上海段仍保持了较高的完整性.大河岸线生态完整性的评估有助于形成既尊重自然规律、保护生态环境、保障防洪安全及供水安全,又能支撑社会经济发展、促进高效集约利用的长江生态岸线格局.

在提出农地利用可持续集约化理论框架的基础上,基于物质流分析方法(MFA)构建农地利用可持续集约化的评价指标体系,对2000、2005、2010、2015年山东省17地市的农地利用可持续集约化水平进行测度,分析农地要素资源输入-输出的总体变化特征,以及资源生产率和环境经济效率的空间布局,据此揭示农地利用可持续集约化水平的时空格局.结果表明:2000-2015年,山东省农用地直接物质投入逐渐减少,隐藏流、物质储存和国内生产过程排放均呈逐渐增加的趋势.全省各个地级市资源生产率呈现半岛沿海地区低于南部地区、西北地区资源生产率总体水平相对较高的变化特征.环境经济效率逐渐增强,且西部地区的环境经济效率高于半岛沿海地区.研究期间,山东省各地市的农地利用可持续集约化水平的空间格局出现较为明显的“集群化”演变,呈现西部地区逐渐增强、东部地区逐渐降低的趋势,农地利用可持续集约化水平的区域动态变化从高到低依次为:鲁西北＞鲁北＞鲁西南＞鲁南＞鲁中＞半岛沿海.

近年来,中国沿海处于快速工业化和城市化驱动下的新一轮大规模围填海阶段,环渤海围填海历史久、规模大,已成为我国围填海的重心区域.由于围填海和河口三角洲增长,1940s以来渤海面积萎缩了0.57× 104km2,萎缩速率大于82km2/a,2000年以来萎缩速率更高达141km2/a;渤海自然岸线的长度和比例也急剧下降,由1990年的1397km减少为2014年的561km,占岸线总长度的比例由54.92％下降为16.18％.围填海导致多种危害,如:海洋潮波和水动力条件变化,近岸和近海沉积环境与水下地形变化,加剧近岸水环境与底泥环境污染,潮滩湿地面积减损与生态功能下降,底栖生物栖息地减损和群落破坏,侵占和破坏渔业资源“三场一通道”,加剧海岸带自然灾害风险、诱发经济社会系统风险,对产业和经济发展带来不利影响,等.在分析我国围填海监督管理现状和问题的基础上,提出政策建议:改革和优化围填海管理体制,建立陆海协调与联动机制,完善法律法规;严格执行生态红线制度,控制围填海规模与速度,推进和优化保护区建设;开展已围填区及其周边海域环境和生态的恢复与重建;强化已围填区新增土地资源的监管和集约优化利用;加强基础观测体系建设,大力促进科学研究的发展;促进公众、利益相关方及非政府组织参与到滨海湿地的保护.

当前,我国城市化进程已由外延式的扩张逐步转变为内涵式发展.集约利用土地资源,构建“紧凑城市”变得越来越迫切.然而,集约利用土地意味着更少的土地资源承载更多的城市要素,人们对环境污染,特别是大气环境污染会变得越来越敏感,研究城市土地集约利用水平对大气污染的影响具有重要意义.本研究以南昌市中心城区为研究区,采用普通克里格插值法模拟6种主要大气污染物(PM2.5、PM1o、SO2、NO2、CO、O3)浓度的空间分布,基于土地利用样本区,选择综合容积率、建筑密度、人口密度等16个土地集约利用水平相关变量,采用偏最小二乘回归与通径分析方法,定量分析土地集约利用水平对大气污染物的影响.结果表明:土地集约利用水平相关变量与PM2.5和PM10的相关性最强,其次是O3和NO2,与SO2和CO的相关性最弱;不同土地利用样本区土地集约利用水平变量与6类主要大气污染物的相关性强弱依次为:居住区＞教育区＞商业区＞工业区.土地集约利用水平越高,对大气污染物的影响越大,其中PM2.5与PM10的影响最大,其次是O3,NO2的影响较小.各土地利用样本区土地集约利用水平对大气污染物的直接影响、间接影响和综合影响基本相当,但总体而言,土地集约利用水平的直接影响大于间接影响,其中,居住区土地集约利用水平的综合影响最大,其次是商业区,最小的是教育区.本研究为土地集约利用对大气环境的影响研究提供了新的思路,为解决紧凑城市大气环境问题提供了一定的参考.

自1980年代后期以来,青藏高原持续变暖趋势明显,且增温幅度高于我国其他地区.基于遥感数据和种植适宜性模型的一些研究表明,该地区足够的农业热量资源增加了适宜耕种土地的面积,为农牧民的开垦行为创造了有利的条件.然而,对农牧民是否开垦以及开垦原因的实证研究,以及农牧民如何平衡气候变化带来的开垦机遇、风险和人口压力,仍然缺少认识.以青藏高原的3个典型产粮区域(“一江两河”地区、河湟谷地、壤塘县)为研究区,利用605户农户家庭调研数据,分析了影响农牧民开垦行为的影响因素.计量结果表明,农牧民感知冬季持续时间的整体变化趋势、家庭总人口、抚养比与农牧民开垦行为呈显著正相关关系;农牧民感知降水的整体变化趋势、人均打工年收入、户主受教育水平、是否借贷、居住地距集镇距离与农牧民开垦行为呈显著负相关关系.随着城镇化的不断加快,农牧民对非农工作的认可度越来越高,加之政府的管制,使得开垦现象并不普遍.由于农牧民的开垦对青藏高原的生态环境极有可能造成不可逆的负面影响,应该提供更多的非农就业机会,促进农业集约化,加强监管,以降低开垦的可能性.

基于长春市1985年、2000年和2015年的Landsat TM遥感影像,提取3个时相的土地利用类型数据,通过构建网格尺度下的生态风险指数,借助空间分析、地统计分析等方法定量评价长春市土地利用变化下的生态风险时空演变特征,并应用地理探测器对其影响因子进行探测.结果表明:(1)1985—2015年,长春市土地利用变化明显,建设用地持续扩张,耕地波动式收缩;土地利用中耕地转为建设用地、林地与耕地间的相互转换是地类转移的主要形式;(2)长春市土地利用生态风险呈小幅下降趋势,在地域内呈现西高东低的分异特征,生态风险热、冷点区空间分布相对稳定并具有一定程度扩张趋势;(3)生态风险快速增长时期,经济、人口与发展活力的空间格局成为长春市生态风险的主导因子,而海拔与三者的协同作用进一步增强了生态风险的解释力.总体来看,建设用地扩张会加剧中心城区生态风险,但与区域整体生态风险增高并不存在必然联系;为防止高风险区持续扩张,城市应设定"增长边界"、转变空间发展方式、高效集约利用建设用地,加强城市生态系统自然保育、防止景观破碎化,实现城市可持续发展.