网络首发
new
基于自组织映射神经网络的黄河流域干旱聚类分析
于磊;李雅静;朱大炯;刘元锐;【目的】在聚类分析不同时间尺度干旱指数的基础上，研究黄河流域历史气象干旱特征的时空变化规律。【方法】通过计算不同时间尺度下的标准化降水指数(SPI)、标准化降水蒸散指数(SPEI)和自校准帕尔默干旱指数(sc-PDSI)综合评估1950—2020年黄河流域气象干旱的时空变化特征，并提出一种基于自组织映射神经网络(SOM)的干旱聚类方法，分析不同干旱指数间的关联性和差异性。【结果】1950—2020年，黄河流域源头和上游地区的SPI、SPEI和sc-PDSI均呈上升趋势，中、下游地区的均呈现下降趋势，表明黄河流域上游地区气象干旱有所缓解，中、下游地区气象干旱加剧；黄河流域气象干旱特征具有明显的空间异质性，源头、上游地区的气象干旱具有低频率、长历时、高强度特征，中、下游地区的具有高频率、短历时、低强度特征；干旱指数的选择影响黄河流域气象干旱评估结果，随累积月份的增加，SPEI和SPI趋近于识别低频率、长历时、低强度的干旱事件。【结论】西北地区暖湿化背景下，1950—2020年黄河流域气象干旱呈现上游减缓、中下游加剧的变化规律，其变化程度与干旱指数的选择紧密关联。
基于土地利用变化的黄河流域河南段景观生态风险评估
邢译丹;花玉凤;唐磊;王富强;张红璐;杜宇湉;石家豪;【目的】黄河流域河南段作为重要的生态屏障和农业基地，其生态安全与土地资源可持续利用对区域发展至关重要。本研究旨在分析1990—2020年土地利用变化特征，评估景观生态风险时空演变规律，揭示其与土地利用变化的关联，为黄河流域河南段生态保护、景观格局优化及土地资源管理提供科学依据。【方法】基于1990年、2000年、2010年与2020年4期遥感影像数据，解译土地利用类型并分析其转化特征；构建流域尺度的景观生态风险评价模型，结合空间自相关分析，探讨景观生态风险的时空分异规律及集聚特征，并揭示人类活动干扰对高风险区形成的影响机制。【结果】(1)土地利用变化显著，1990—2020年耕地向建设用地、林地、草地和水域大面积转化，建设用地转入趋势最突出，面积增长1倍；(2)景观生态风险整体下降，较低风险区和低风险区面积逐年增加，高风险区、较高风险区和中风险区面积显著减少；(3)景观生态风险空间分布呈正相关性，表现为“大聚集、小分散”格局，高风险区集聚主要受人类活动导致的景观破碎化驱动。【结论】黄河流域河南段景观生态风险总体改善，但建设用地扩张与景观破碎化仍是生态安全的潜在威胁。建议进一步优化景观格局，协调人类活动与生态保护的平衡。
基于生态系统服务的黄河下游影响区“三生”功能权衡/协同效应
李梦凡;王乾旭;刘振岳;周志民;张鹏岩;【目的】为制定针对性的土地利用政策和实施有效的空间分区计划提供重要参考。【方法】以黄河下游影响区作为研究区，基于“生产-生活-生态”(“三生”)功能视角，采用多源数据，运用InVEST模型、Pearson双变量相关性分析等方法，系统评估了2000—2020年该区域“三生”功能时空演变特征。【结果】明确了“三生”功能时空演变规律；揭示了“三生”功能之间的权衡/协同关系。2000—2020年研究区生产功能(PF)和生活功能(LF)呈上升趋势，而生态功能(EF)呈下降趋势；EF高值区呈先扩张后缩减的动态变化规律；PF高值区梯度差异明显，呈条带状集中分布；LF高值区以多核心向外显著扩散，在各城市建成区进行空间聚合。【结论】PF-EF、LF-EF和PF-LF之间都具有权衡关系，PF-LF、PF-EF的高权衡主要集中在南、北部平原，而LF-EF的权衡主要出现在东部海拔较高的地区和西部山区。
流速对梅尼小环藻细胞生长的影响机理
张建伟;马洪东;宋刚福;周子俊;郭思彤;张传普;【目的】流速是影响藻细胞生长的关键因素，也是基于水动力原理抑制藻类生长的最佳环境控制因子。揭示不同流速生长环境下梅尼小环藻细胞的生长规律及影响机理，对于防控水体藻华、探究水动力胁迫下浮游藻类的生长机理等具有重要意义。【方法】选取南水北调中线工程河南段硅藻优势种梅尼小环藻作为研究对象，通过自制相关试验装置，模拟0.0～1.0 m/s流速梯度环境，测定不同流速条件下梅尼小环藻的藻细胞密度、细胞比增长率、光合色素含量和碱性磷酸酶活性等指标，解析其生长规律及影响机理。【结果】梅尼小环藻的临界流速阈值为0.4 m/s,在不同流速环境下呈现“低促高抑”的生长规律。低流速(0.0～0.4 m/s)通过提高藻细胞与营养物质的接触频率，进而促进藻细胞吸收营养物质；高流速(0.6～1.0 m/s)引发的流体切应力可造成细胞结构出现不同程度的机械性损伤，进而抑制藻细胞生长。【结论】流速对梅尼小环藻细胞的生长具有双重影响；临界流速与细胞的承载力密切相关。
伊洛河流域植被NPP时空格局及驱动因素分析
王悦钰;吕俊锋;李曾奕;穆文彬;万芳;【目的】探究伊洛河流域植被净初级生产力(NPP)对气候变化与人类活动的响应机制，揭示其时空演变规律及驱动要素，为制定流域生态保护策略提供科学支撑。【方法】选取伊洛河流域为研究区，基于研究区2000—2020年的气象数据、MODIS NDVI数据及土地利用数据，采用改进的CASA模型估算了流域植被NPP总量，并结合趋势分析、相关性分析、地理探测器等方法进一步分析了研究区植被NPP的时空演变特征，识别了其主要驱动要素。【结果】(1)伊洛河流域不同类型植被NPP的估算结果较为合理，植被NPP总量多年平均值为10.77 TgC。(2)时间尺度上，2000—2020年伊洛河流域植被NPP总量呈增加趋势，未来大部分区域的植被NPP总量呈微弱下降趋势；空间尺度上，流域植被NPP的差异较明显，呈现出西南部高、东北部低的空间变化格局。流域大部分区域植被NPP呈增加趋势，整体处于相对稳定状态。(3)流域植被NPP增加的主要原因是耕地、草地和灌木转化为林地所引起的土地利用改变，其造成植被NPP的增加量约为264.39×10-3 TgC。(4)土地利用是影响流域植被NPP空间格局的主导因素，不同驱动因素间的交互作用对植被NPP空间变化的影响逐渐增强。【结论】伊洛河流域植被NPP整体呈缓慢增加趋势，其主要驱动因素为耕地向林地的转化。
河南省生态系统服务质量时空分布特征
李智喻;穆小玲;任苏明;王富强;张红璐;【目的】本研究旨在协调经济发展与生态保护间的平衡，并探究河南省土地利用的变化趋势。【方法】基于土地利用数据、遥感数据和河南省行政边界数据等，运用InVEST与IUEMS两大模型对1991—2021年河南省的生态系统服务进行了分析，并从市域、地类和高程角度分析了城市化背景下河南省碳储存、生境质量和洪涝削减的时空分布特征，及其两两之间的空间相关性。【结果】(1)1991—2021年，河南省建设用地占用耕地的速度变慢，林地、耕地面积逐渐增加；(2)碳储量与生境质量的时空分布呈现出一致性特征，其中，碳储量低值区及生境退化严重区域主要是建设用地，其范围逐年向外扩大；(3)相较于植被，河南省的建设用地和水域在洪涝削减方面展现出较强的能力，然而，在面对大规模及特大洪水时，其作用并不显著。【结论】研究结果明晰了生态系统服务的时空演变趋势，凸显了城市化进程中土地利用规划的重要性，为统筹协调社会发展、生态供给和人类需求提供理论依据。
基于“山水林田湖草”生命共同体理念的北京市水安全评价
门宝辉;庞金凤;伍兴涛;吕行;周娜;杨默远;【目的】深入探究“山水林田湖草”生命共同体多要素协同作用对水安全的影响，全面分析北京市水安全演变特征，对于制定合理的北京市水资源发展战略具有重要意义。【方法】基于“山水林田湖草”生命共同体理念构建了水安全综合评价指标体系，耦合CRITIC客观赋权法与集对分析法，综合评价了2010—2022年北京市水安全演变特征，并结合集对指数势识别其影响因子。【结果】(1)2010—2022年北京市水安全状况处于“基本安全”和“较不安全”之间，且波动较为明显，水安全情势虽呈改善趋势，但情势较为严峻；(2)子系统层面，除“山”子系统的变化呈现平稳并有微小变差趋势外，其余子系统的变化均呈现改善趋势；(3)影响因子识别方面，北京市水安全状况的关键影响因子有湖库富营养化比例和节水灌溉率，重要影响因子有水土流失率、土壤含水量、污水回用率、地下水开采程度。【结论】降低湖泊和水库的富营养化比例、调整节水灌溉政策、加大对水土流失治理力度等是改善北京市水安全现状的重要措施。
生态补水的补偿激励机制研究——以宁波市清水环通工程为例
张改兰;季树勋;杨俊男;吴华广;张豫川;代小平;【目的】生态补水是补充河湖水量、改善河湖水质的重要措施。构建促进节水和水质保护的生态补水补偿激励机制，对促进生态补水高效、长效运行具有重要意义。【方法】区分生态补水补偿激励机制和流域生态补偿机制，从水源区、过水区和受水区3方面分析了生态补水补偿中的补偿主体、补偿客体；提出了生态补水补偿和流域生态补偿的耦合模式，以及独立的生态补水补偿模式。综合水质和水量构建了生态补水补偿标准和补偿条件计算方法，建立了生态补水补偿的条件，并以宁波市清水环通工程为例进行了分析。【结果】生态补水补偿的实施条件受到生态补水、过水区和受水区的水质关系以及水质改善收益的影响。过水区和受水区根据过水区对生态补水的污染程度分摊补水工程运行成本。在引入水质补偿机制后，宁波市清水环通工程受水区的生态补水价格下降了32%～49%。【结论】生态补水补偿激励机制适用于无流域生态补偿的区域。生态补水可降低受水区的生态补水价格，促进过水区保护生态补水水质，减少生态补水浪费，保障生态补水的长效运行。
