黄河流域作为中国人口与产业集聚区,其水资源短缺、生态退化、环境污染等问题严重,研究该区域的人地关系对于推进生态保护和高质量发展国家战略具有重要意义.然而面向国土空间规划、生态环境网格化治理等现实需求,目前黄河流域人地关系还缺乏精细栅格尺度研究.使用人类足迹(HF)和生态系统质量指数(EQI)作为人地系统的代理变量,基于Sen+MK趋势检验识别了 2000-2020年1km×1km栅格尺度下黄河流域人类活动和生态系统质量时空演化特征,运用四象限图解法量化了两者协调与冲突关系,基于多种回归模型解析了黄河流域人类活动对生态系统质量的影响程度和时空异质性.结果表明,2000-2020年黄河流域EQI和HF整体均呈上升趋势,其中显著上升区域前者占比64.2％,后者占比49.2％.黄河流域人地关系整体呈现协调演化态势,人地协调演化区主要分布在黄土高原、太行山西麓和宁夏沿黄等地区;人地冲突区域仅占7.7％,主要分布在城镇化快速推进地区和上游生态脆弱区.在控制了气温、降水、日照、海拔等自然因子后,HF对EQI仍有显著负向影响,整体看HF每增加1％,EQI将下降0.067％.但这种影响存在时空异质性,人类活动对黄河流域中下游EQI的负向影响更加显著,20年间整个流域的HF对EQI的负向影响呈现缓慢增加态势.为栅格尺度的人地关系研究提供了新的方法论,研究结果为黄河流域人与自然和谐共生的政策制定提供决策支持.

近些年黄河治理卓有成效,但因黄河生态底子薄弱,还存在生物多样性降低、生态系统不稳定和退化等问题.以区域协同视角构建黄河流域生态安全格局,主要贡献在于融合生态、经济和社会层面的集成数据为基础,从自然环境(地)、人类活动(人)和地物阻隔(人地耦合)三方面构建流域综合阻力评价体系,提出一个在黄河全流域地区构建生态安全格局的新框架.具体内容包括:①基于形态学空间格局和景观连通性进行黄河流域生态源地识别;②从自然环境、人类活动和地物阻隔三方面构建流域综合阻力评价体系,并对黄河流域生态安全进行分级;③结合最小累积阻力模型进行黄河流域生态廊道提取及战略点识别.结果表明黄河流域生态源地斑块数量为 75 个,面积为 23.13 万km2,占流域总面积的 29.09%;流域高度安全区域面积为17.83 万km2、中度安全区域面积为 27.83 万km2、较低与低安全区域面积为 33.84 万km2,占流域总面积的比例分别为 22.43%、35.00%和 42.57%;流域具有 94 条生态廊道,平均长度为 37503 m,主要用地类型为草地和森林;流域生态战略点共有 12 个,主要分布于黄河流域东部,阻力值相对较高,容易成为影响黄河流域连通性的"瓶颈".最后探讨生态安全格局构建对黄河流域整体生态保护以及现有《黄河流域生态环境保护规划》的影响,并从利用水资源评估体系优化生态源地的识别、基于电路理论结合指示性物种的迁移优化生态廊道和战略点识别,提出未来黄河流域生态安全格局优化建议,以期为构建面向流域国土空间生态修复的黄河流域资源时空配置,提供评价与优化的策略和方法;同时也为协同推动黄河流域经济高质量发展和生态环境高水平保护,提供有效保证.

水、能源和粮食是人类生存发展的必要基础物资,其供给均主要源于生态系统.随着全球气候变化和人类社会经济快速发展,基础资源需求量激增,生态系统服务供需关系趋于紧张.厘清生态系统服务供需匹配关系、优化基础资源配置对生态系统可持续、协调发展具有重要意义.当前生态系统供需关系研究已较为广泛,但基于水-能源-粮食纽带的生态系统服务研究还相对较为缺乏.因此,以东北地区为例,基于水-能源-粮食关系视角,首先,借助InVEST模型、供需指数(SDI)、Spearman相关性分析等方法分析了产水(WY)、固碳(CS)和粮食(FP)供需服务时空格局、相关性和空间匹配模式;其次,基于省级、市级、县级、流域、格网5种不同空间尺度,进一步探究了各服务的空间尺度效应,并确定资源管理的最优空间尺度;最后依据"分区控制-分类策略-分级治理"理念提出了一种水-能源-粮食集成管理方案和政策建议.研究结果表明:(1)2000-2020年,东北地区的供给服务中WY和FP为上升态势、CS为下降态势,就空间分布来看,WY和CS大致为"东高西低",FP则是"西南、东北高,西北、东南低";需求服务中WY、CS和FP均为上升态势,空间上大致呈"中间高四周低"分布.(2)WY和FP的SDI上升,CS则相反;不同尺度下的SDI具有空间异质性,县域尺度最为显著.(3)FP为主要功能分区,重点管控为主要分类,亟待全面提升生态系统服务供给能力.本研究对区域基础资源合理配置和可持续的生态系统管理具有重要科学参考价值和现实意义,同时对东北地区生态系统供需服务匹配以及水-能源-粮食纽带协同发展具有重要意义.

沉水植物在维持浅水湖泊生态系统健康和稳定等方面起着重要作用,掌握其长期动态及驱动因子对湖泊生态系统恢复和富营养化治理具有重要的理论和现实意义.本研究以长江中下游17个湖泊为研究对象,分析了近70年(1954-2021)来沉水植物的α和β多样性格局及其变化情况,并基于S?rensen相异性指数将β多样性分解为周转(turnover)和嵌套(nestedness)两个组分,探讨了湖泊环境异质性变化与沉水植物群落多样性格局的联系.结果表明:(1)在湖泊尺度上,11个湖泊沉水植物的α多样性呈减小趋势;而大多数湖泊βtemporal多样性(同一湖泊不同年份之间的群落结构相异性)无显著变化,且其变异主要由不同物种间的嵌套成分驱动.(2)在流域尺度上,长江中下游湖泊沉水植物的α多样性在演化过程中呈先增大后减小的趋势,βspatial多样性(同一时期不同湖泊之间的群落结构相异性)在演化过程中呈逐渐减小的趋势,而湖泊环境异质性呈逐渐增大的趋势.(3)环境异质性越高的湖泊,其α多样性越小,β多样性越大.这些变化可能是多种因素综合作用的结果,包括人类活动、水质污染、水文变化和气候变化等.本研究对于长江中下游湖泊生态系统管理和保护具有一定理论价值,为制定有效的保护策略和措施提供了科学依据.

在黄河流域生态保护与高质量发展的战略背景下,开展汾河流域生态质量评价与时序动态特征分析对流域的生态保护与可持续发展政策的制定至关重要.基于Google Earth Engine平台,在绿度(NDVI)、湿度(Wet)、热度(LST)、干度(NDBSI)的基础上增加土壤盐度(BCSI)、PM2.5浓度指标,通过主成分分析法构建标准化遥感生态指数(SRSEI)来评价汾河流域的生态质量;通过Theil-Sen median趋势分析、Mann-Kendall检验和Hurst指数,对汾河流域的生态质量进行时序动态特征分析.结果表明:2000-2020年SRSEI与各指标的多年平均相关度为0.8191;2000-2020年汾河流域SRSEI均值由0.4133增长到0.5176;流域内,山地的生态质量最好,盆地的生态质量最差;流域内,生态改善与恶化区域面积比例分别为83.32％和15.96％,生态持续改善与持续恶化面积比例分别为19.3％和5.98％;山地与盆地生态出现恶化的区域分别占流域生态恶化面积的26.21％和52.87％;SRSEI对汾河流域生态评价的结果是可靠的;2000-2020年汾河流域生态质量总体呈现改善趋势;生态恶化主要发生在盆地.应加强盆地生态治理、建设生态设施、营造生态防护林,避免人对自然的过度破坏.

溶解氧是衡量地表水环境质量的重要指标之一.近年来,溶解氧异常已经成为地表水水质异常的主要因素之一,并导致生物多样性减少、水环境质量下降、富营养化加重、温室效应加剧等系列生态环境问题.因此,解析溶解氧异常机理并提出针对性的策略修复对科学实施水污染治理和水生态系统修复具有重要意义.本文总结和阐述了氧的溶解度、复氧速率、水体耗氧对地表水体溶解氧浓度变化影响及其异常机理,总结了污染源控制、人工增氧、水生态系统重构等溶解氧异常的修复调控方法,提出地表水溶解氧预警和调控是未来的研究热点,应将研究重心放在制定时空差异化的地表水环境质量标准、搭建流域溶解氧实时空间立体监测体系、建立生态系统标准流程和技术规范3个方面.

为了解黄河上游龙羊峡至积石峡段生态环境质量的动态变化,本研究基于GEE(Google Earth Engine)遥感大数据平台,以Landsat TM/OLI遥感影像作为数据源,构建遥感生态指数(remote sensing ecolog-ical index,RSEI),评价黄河上游龙羊峡至积石峡段流域2000-2020年期间生态环境质量变化特征并探讨其影响因子.结果表明:2000-2020年龙羊峡至积石峡段流域生态环境质量呈现先恶化后改善的变化趋势;2000-2010年区内生态环境质量处于轻微退化和中等退化状态,而2010-2020年区内生态环境质量处于轻微改善和中等改善状态;地理探测器显示,区内2000-2020年单因子解释力由大至小依次为干度、绿度、湿度、热度,其中绿度和湿度之间的双因子相互作用在2000-2020年期间对区内生态环境质量的影响程度相对最大.本研究结果可为黄河上游开展生态环境治理、植被恢复和生态监测,以及实现有效保护黄河上游生态环境等,提供理论支撑和实际指导.

目的 了解黄河宁夏段水体中多环芳烃(PAHs)污染特征和来源并对其进行生态风险评价.方法 于2020年3月份沿宁夏黄河流域采集13个水样,通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析16种优先控制PAHs的含量,了解其分布特征,通过特征比值法和主成分分析法对PAHs的来源进行分析,并采用风险熵值法进行生态风险评价.结果 ∑PAHs的浓度范围是1 099.82～1 721.67 ng/L,平均浓度为1 353.68 ng/L,以3环、4环PAHs为主.两种来源解析方法表明,水中PAHs主要来源于煤炭等化石燃料的燃烧、生物质燃烧以及交通污染.生态风险评价结果表明,大部分PAHs单体低风险浓度风险熵值(RQNCs)范围在1.06～52.75,可能对水体造成了中等污染;其中Flu、BaA、Chr的高风险浓度风险熵值(RQMPCs)分别为40.47、4.68、1.32,说明PAHs可能对水体造成了一定的污染,应采取积极的措施治理污染.结论 黄河宁夏段水体中多环芳烃存在一定生态风险,应该积极采取有效措施保护黄河流域生态安全.

降雨和景观格局是影响流域径流过程的两大主要因素,开展二者的径流效应研究对流域水资源管理、生态建设等具有重要意义.本研究以赣南红壤丘陵区的濂水流域为对象,基于1958-2020 年的降雨、径流和土地利用数据,分析降雨、景观格局和径流的变化特征,以及降雨、景观格局与年径流、洪枯径流的关系.结果表明:研究期间,流域年降雨量、年径流量、年最大1d径流量均呈非显著下降趋势,年最小 1d径流量呈非显著上升趋势且年际变化幅度最大;有林地为流域内占比最高的景观类型,其他林地的变化最剧烈;景观水平上,流域的Shannon 多样性指数、Shannon 均匀度指数、斑块密度、景观形状指数分别由 1980 年的1.125、0.541、0.667、16.925 上升至2020 年的1.348、0.614、0.731、18.172,景观蔓延度指数由1980 年的68.237下降至2020 年的64.293,流域整体景观多样性、破碎化程度、形状复杂程度提高,空间分布趋于均匀,连通性降低.降雨量与年径流、洪水径流、枯水径流的相关系数分别为0.907、0.594、0.558;类型水平上,耕地减少对年径流、洪枯径流的影响均较大,而景观水平上的整体变化促进了年径流和洪水径流减少、枯水径流增加.降雨变化和景观格局演变对年径流、洪水径流和枯水径流变化的贡献率分别为 17.8%、82.2%,1.5%、98.5%和-8.8%、108.8%.研究成果可为流域景观格局配置、水土流失综合治理等提供理论参考.

生态系统中生境斑块并非孤立存在,而是嵌于周边景观基质中.生境内种群赖以生存的资源和环境条件不仅取决于生境本身,更与景观基质组成与结构紧密关联.黑颈鹤是青藏高原的旗舰物种,雅鲁藏布江中游河谷高寒湿地是全球最大的黑颈鹤越冬地,为其提供了良好的觅食生境.厘清该区域黑颈鹤觅食生境选择如何受景观基质组成结构的影响,对于青藏高原旗舰物种保护以及流域生态系统综合治理具有重要意义.运用景观生态学原理,以遥感影像和实地黑颈鹤种群调查数据为基础,结合景观基质多尺度缓冲区构建、相关分析以及Maxent模型,分析2000-2020年雅江中游河谷黑颈鹤国家级自然保护区(日喀则片区)景观格局时空变化和觅食地生境特征及其与黑颈鹤种群的关系,探究景观基质对黑颈鹤觅食地选择的影响,并利用关键生境因子模拟黑颈鹤生境适宜性分布.通过分析发现:(1)时间尺度上,雅江中游河谷耕地面积先增加后下降,滩地持续减少;空间尺度上,觅食黑颈鹤种群呈东多西少的集群分布特征,其分布范围与河谷内耕地分布基本吻合;(2)景观基质对黑颈鹤觅食地选择影响显著.景观结构上,黑颈鹤偏好连通性好、优势度高的景观基质;景观组成上,偏好基质中耕地和水域类型,这与黑颈鹤的觅食习性及对环境安全的生态位需求有关;(3)景观基质结构组成对黑颈鹤觅食地选择的影响具有显著的尺度效应.景观基质结构影响最显著的空间尺度为1500-2000m.但基质中耕地、草地和水域等景观组成要素对黑颈鹤的影响具有不同空间尺度效应,分别为1500m、3000m和4000m;(4)通过模型模拟,揭示出黑颈鹤适宜生境面积先增后减,但总体较2000年呈上升趋势,且基质中觅食地与耕地的距离、水域斑块密度和偏好景观组成的优势度始终是生境适宜性解释率最高的景观因子.本研究揭示出,该区域乡村规划应该统筹优化黑颈鹤栖息生境及其景观基质中的作物生产以及居民生活,形成以黑颈鹤旗舰物种保护为核心的高寒湿地生态系统综合管理模式,从而增强青藏高原高寒生态系统的稳定性和可持续性,同时也为深入研究物种生境选择机制提供了思路.