研究都市圈生态系统服务权衡协同关系对城镇空间扩张的响应,对区域城镇空间格局优化和高质量发展具有重要意义.本研究以广佛都市圈为研究区域,基于2000-2020年土地利用数据及自然生态环境等相关数据,选取景观格局指数测度城镇空间的规模、分布、形态维度的扩张特征,利用InVEST模型计算降温服务、生境质量、自然游憩和水源涵养4项主要生态系统服务,采用耦合协调度模型量化多元生态系统服务间的权衡协同关系,并通过多尺度地理加权回归模型探究其对城镇空间多维扩张的响应.结果表明:2000-2020年,广佛都市圈城镇用地规模持续增加,且2010-2020年间的增速加快,中心区城镇用地平均斑块面积增加和东北部小斑块的城镇用地增加,都市圈由"双中心"向"单中心"演化.广佛都市圈城镇用地斑块间距离较小,分布较为紧凑,新增城镇用地间距离较小,但近年来逐渐增大.城镇用地斑块形态整体较规整,复杂度较小,新增城镇用地的形态复杂度逐渐增加.广佛都市圈生态系统服务权衡协同关系变动较为剧烈,协同关系减少,权衡关系增加,且极度权衡关系逐渐占主导地位.广佛都市圈生态系统服务协同对城镇用地规模变化的响应最剧烈且具有空间异质性,对城镇用地分布和形态变化的响应存在阶段性差异.

准确估算陆地生态系统碳储量,科学制定生态环境保护和土地利用政策,对促进区域低碳可持续发展,实现"碳中和"目标具有重要意义.基于大量碳密度样点数据,将其与生态地理分区和土地利用类型图空间叠置,采用克里金插值法得到黄河流域碳密度空间分布数据集.应用InVEST模型对2000年、2010年和2020年黄河流域陆地生态系统碳储量的时空演变测度,提高了碳储量估算结果的准确性.利用Pearson相关性分析和多尺度地理加权回归模型(MGWR)对自然、社会经济和景观格局指数等因素对县级行政单元尺度单位面积碳储量的影响进行分析.主要结论如下:(1)黄河流域碳密度空间分布呈西部大于东部、东部地区自东南向西北递减的格局;(2)2000-2020年黄河流域陆地生态系统碳储量增加0.02％(7.011×109-7.012× 109t),空间分布与碳密度相同,空间集聚特征显著,"高高集聚区"主要分布在黄河上游西南部的青藏高原地区,"低低集聚区"主要分布在黄河上游北部和黄河下游大部分地区;(3)Pearson相关性分析得出与碳储量呈正相关的影响因素为Pr(降水)、NDVI(归一化植被指数)和Slope(坡度);呈负相关的影响因素为TEM(温度)、HAI(人类影响指数)、SHDI(香农多样性指数)、DN(夜间灯光数据像素值)和PPOD(人口密度).(4)MGWR模型得出TEM、Pr、NDVI和SHDI空间异质性强,HAI在2010年后异质性强;Slope空间异质性中等;DN和PPOD为全局尺度变量,空间影响平稳;(5)MGWR模型得出NDVI对黄河流域县级单位面积碳储量作用强度最大.NDVI、Slope对县级单位面积碳储量的影响呈正效应,TEM、HAI、DN和PPOD呈负效应,Pr、SHDI呈正、负双向效应.

目的 在 5 km×5 km的空间网格尺度上探讨西安市手足口病发病与环境、社会经济因素等的关系,为区域防控措施的制定提供依据.方法 收集 2019 年西安市手足口病报告发病率数据,应用空间自相关分析手足口病空间分布特征;基于多尺度地理加权回归(multiscale geographically weighted regression,MGWR)模型分析环境与社会经济因素对手足口病发病的影响,并与普通最小二乘(ordinary least squares,OLS)回归模型以及地理加权回归(geographically weighted regression,GWR)模型结果进行对比.结果 2019 年西安市手足口病年报告发病率为157.99/10 万,在空间分布上存在正相关性(全局Moran's I=0.349,P<0.001).MGWR模型拟合度优于GWR模型和OLS模型(MGWR:R2=0.530;GWR:R2=0.473;OLS:R2=0.327).各影响因素的作用尺度存在一定差异,GDP、土地城镇化水平、平均气温等作用尺度较大,归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)作用尺度较小.GDP与手足口病报告发病率呈显著负相关,土地城镇化水平、平均气温与报告发病率呈显著正相关,NDVI在西安部分地区对手足口发病有显著负向影响.结论 环境与社会经济因素对手足口病发病有显著影响,且各影响因素的作用存在空间差异,研究结果可为不同地区制定针对性的预防措施提供依据.

生物多样性格局是生物群落构建过程的反映,有助于理解生态系统的物种共存机制.半湿润常绿阔叶林是亚热带西部半湿润气候下的地带性植被类型,对其群落内物种多样性的空间异质格局及影响因子的认识还比较缺乏,基于大样地的研究还未见报道.本文基于鸡足山20.16 ha森林动态监测样地504个样方的木本植物调查数据和TWINSPAN群落分类结果,分析了样方尺度上α多样性和β多样性的空间分布格局及其环境影响因子.结果表明:(1)样地内云南松(Pinus yunnanensis)群落及其乔木和灌木的物种丰富度均高于高山栲(Castanopsis delavayi)群落和元江栲(C.orthacantha)群落;高山栲群落及其灌木物种丰富度低于元江栲群落,乔木物种丰富度则高于元江栲群落.相反,元江栲群落的Shannon-Wiener多样性指数最高,其次为高山栲群落,云南松群落的最低.基于净种间亲缘关系指数,元江栲群落、高山栲群落、云南松群落的谱系结构分别为聚集、随机、发散.(2)对物种丰富度存在普遍性影响的因子有土壤总氮、pH值、相对海拔高度、木本植物的胸高断面积之和;导致乔木种丰富度变化的主要因子有土壤总氮、pH值、胸高断面积之和;导致灌木种丰富度变化的主要因子是相对海拔高度、土壤总氮、坡度和地形湿度指数.(3)物种β多样性格局显示,随着空间距离和环境距离的增大,物种差异性和物种周转率增大,即环境越相似,群落越相似.上述结果表明,鸡足山样地中先锋性的云南松群落与稳定的元江栲群落和高山栲群落在物种多样性和构成上存在显著差异,指示了半湿润常绿阔叶林异质斑块所对应的物种共存和物种多样性维持特征,为进一步的机理性研究提供了有效证据.

亚热带半湿润常绿阔叶林是中国西南地区独特的森林类型,研究群落优势种更新的时空格局和策略对理解其动态特征和驱动机制具有重要意义.基于云南鸡足山半湿润常绿阔叶林动态监测样地第一次群落调查数据,我们对5个优势树种的幼苗、幼树数量特征进行统计,比较其种群结构,用概率密度函数g(r)分析了更新种群与成树种群的多尺度空间格局,运用普通最小二乘回归模型和多尺度地理加权回归模型评估了优势树种更新密度的影响因素.结果表明:(1)阔叶树种元江栲(Castanopsis orthacantha)、高山栲(C.delavayi)、银木荷(Schima argentea)以及白穗石栎(Lithocarpus craibianus)具有增长型种群的径级结构;而针叶树种云南松(Pinus yunnanensis)种群具有衰退型种群结构.(2)5个优势树种的更新种群与成树种群格局在小尺度(0-50 m)上均呈聚集分布,随着尺度增大聚集强度下降,转为随机分布或均匀分布.其中4个阔叶树种更新种群和成树种群的分布在小尺度上显著正关联,而云南松的更新种群与成树种群分布呈显著负关联.(3)对于种群更新密度变化,多尺度地理加权回归模型对幼苗和幼树的解释量(R2)比普通最小二乘回归模型分别提升了58.7％和26.9％,显示了空间自相关的影响.模型结果表明,幼苗密度格局受生境因子的限制较弱,而受种子扩散等随机过程的影响更大;相对地,幼树密度格局受生境因子的限制更强.研究结果为理解这一植物群落类型的动态和构建机制提供了科学证据.

城市形态引起城市生态空间格局与生态系统服务功能的变化,深刻影响着城市生境质量.以广州市为对象,基于2020年土地覆盖数据和城市基础开放数据,运用InVEST模型评估广州市生境质量,构建多尺度地理加权回归模型,探究城市形态对生境质量的影响.结果表明:(1)广州市的生境质量具有明显的空间差异,高生境质量占市域面积的34.56％,低生境质量占25.48％,外围城区的生境质量较高,主城区的生境质量较低.(2)城市形态对生境质量影响有空间非稳性,建筑覆盖度、夜间灯光强度、建筑斑块紧凑度等在局部尺度上影响广州市的生境质量;而建筑斑块形状指数等指标在全局尺度上影响广州市的生境质量.(3)城市形态对生境质量影响具有空间异质性,生境质量较好的外围城区受城市形态的负影响最强烈,更容易遭受城市扩张的影响;而主城区城市形态稳定,受城市扩张影响较小,与建筑斑块紧凑度呈正相关.(4)城市形态对生境质量影响程度不同,影响程度按大小依次为建筑覆盖度、建筑斑块紧凑度、建筑高度标准差、建筑斑块形状指数、夜间灯光强度、道路密度、人口数量.(5)协调城市发展与生态优先的关系,需要因地制宜完善城市空间形态,在高密度的城市中心区完善绿色基础设施建设,提高城市土地利用率;在外围城区建立生态保护区,降低人口活动强度和城市化扩张的影响.

生境质量是评价区域生态安全的重要指标,掌握其对城镇化发展的时空响应,有利于新型城镇化的深入推行.本研究基于土地利用数据,在综合利用空间分析及生态模型分析基础上,从网格尺度对长春市景观格局、生境质量及其样带进行时空特征分析,并进一步探讨生境质量在城镇化发展过程中的响应状况.结果 表明:长春市景观斑块密度、边缘密度及Shannon多样性指数低值多分布在西部平原地带,聚合度指数高值区则在市域东部及南部呈现片状格局.2000-2015年,长春市生境质量呈退化趋势且空间异质性显著,大致呈现出“东高西低”分布态势,建设用地扩张及交通基础设施建设对区域生境质量退化起到主导作用;不同样带内生境质量变化存在显著差异性,水域整体变化相对较小,而山脉、城市扩张及交通的变化频度及幅度处于较高水平.坡度及高程等自然因素基本塑造了长春市生境质量整体分布格局,而人口密度、国内生产总值、夜间灯光指数等城镇化要素与生境质量总体呈负相关关系.为缓解城镇化带来的生态压力、促进生境质量的回升,本研究提出防止大黑山脉林区滥砍乱伐、以生态手段修复生境退化地区,提升城镇建成区土地利用效率、促进城镇“精明增长”,设定丘陵地带耕地红线、加强生态基础设施建设等差异化发展策略.

黄土高原是退耕还林还草工程背景下地表格局及植被变化最为显著的地区之一,评估黄土高原的植被恢复成效及影响因素是促进区域植被恢复政策优化的关键环节.基于不同时间尺度植被覆盖度和植被净初级生产力趋势变化,提出了量化区域植被恢复成效的新方法,采用结构方程模型研究社会经济因素对植被恢复成效的影响及其随时间产生的变化,通过地理加权回归探索气候和关键社会经济因子对植被恢复成效的空间非平稳影响.研究结果刻画了2000-2015年黄土高原植被恢复的持续改善过程:截止2015年,黄土高原88.20％的面积植被恢复成效明显,高值区集中于陕北地区及山西省各县区.农村劳动力的下降使得植被恢复所受人口压力减缓,负影响由-0.95变为-0.86;农业生产力的提升是黄土高原植被恢复成效改善的重要社会经济因素.气候及社会经济因子对黄土高原植被恢复成效的影响呈现显著的空间差异:多年平均降水对黄土高原东部29.30％的地区影响最大,且为促进作用,平均温度是北部和西部风沙草地植被恢复成效的主导影响因子(占总面积20.93％);黄土高原中西部47.02％的地区则受社会经济因素的影响更加明显.当前研究揭示了黄土高原的植被恢复效果及关键影响因子,可为区域植被恢复政策的优化提供科学支撑.

物种通过功能性状响应环境变化,探究群落功能性状多样性的海拔格局是揭示生物多样性空间分布格局和形成机制的重要研究内容.气候变化和土地利用是影响溪流生物多样性变化及其群落构建的重要因素,然而气候和土地利用沿海拔梯度如何影响水生昆虫功能性状垂直分布格局的系统研究仍旧比较缺乏.本文基于2016年和2018年在云南澜沧江中游1,000-3,000 m海拔共56个溪流样点的水生昆虫群落调查数据,利用线性和二次回归模型探索并比较了生活史性状(化性、生活史快慢、成虫寿命)和生态学性状(营养习性、生活习性、温度偏好)的群落加权平均性状多样性指数沿海拔梯度的分布特征,并通过随机森林模型解析流域尺度气候和土地利用变量对生活史和生态学性状多样性垂直分布格局的影响.结果表明:生活史性状中,少于1世代、无季节性、慢季节性、成虫寿命长等性状多样性沿海拔梯度呈显著的"U"型分布格局,而快季节性和成虫寿命极短多样性呈显著的单峰型海拔格局,成虫寿命短多样性呈显著递增的海拔格局.生态学性状中,温度偏好多样性与海拔梯度无关,附着者和爬行者的多样性沿海拔梯度分别呈显著的递增和"U"型格局,滤食者、植食者和捕食者的多样性分别呈显著递增、递减和"U"型海拔格局.随机森林模型分析结果表明,气候和土地利用对生活史性状多样性的解释量高于对生态学性状多样性的解释量,年平均温度和农业面积百分比是共同的关键因素.综上,水生昆虫群落功能性状多样性海拔格局存在差异,主要受不同自然环境梯度和人类干扰因素驱动.研究结果可为制定澜沧江流域生物多样性保护对策提供理论基础.

土地利用变化研究经历了近30年的快速发展,学者基于不同建模目标构建出多种土地利用变化模型,实现了从数量模拟到时空格局模拟,从单一模型向多种模型耦合的跨越.当前研究主要在元胞自动机(Cellular Automata,CA)模型和CLUE-S(Conversion of Land Use and its Effects at Small region extent)模型的基础上进行改进,马尔科夫模型、系统动力学(System Dynamics,SD)模型、Logistic回归和随机森林等均可计算CA模型和CLUE-S模型中所需的土地利用需求,多标准评价、地理加权回归、多主体模型以及人工神经网络等方法也多被用于CA模型的扩展,而CLUE-S的改进则存在模型本身系列的升级.这些模型广泛应用于各种区域和尺度土地利用变化预测实例研究并研发软件系统和数据集.驱动力分析主要从自然因素与人文因素两方面进行,人文因素是引发土地利用变化的主要因素.在目前的研究中,由于技术手段的限制,仍然存在时空尺度、数据误差、数据整合的不确定性等问题.未来土地利用变化模拟研究应进一步发挥大数据技术优势,推动土地利用变化模拟研究朝向精细化、多元化方向发展.结合生态环境领域实际问题,深挖土地利用变化与其生态环境效应之间的互馈机制,将研究视角从探究人类活动对土地利用变化的影响逐渐转向二者相互作用,最终促进人地关系协调发展.