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2000—2030年云贵高原碳储量和生境质量时空格局演变

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地质通报 2024年

作者：郭佳晖刘晓煌李洪宇邢莉圆杨朝磊雒新萍王然王超赵宏慧中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心中国地质调查局昆明自然资源综合调查中心自然资源要素耦合过程与效应重点实验室新疆大学地理与遥感科学学院金沙江高山峡谷区水土资源演化与固碳增汇效应云南省野外科学观测研究站

云贵高原喀斯特地质条件导致当地的石漠化严重、生态环境脆弱，评价该地区生态系统服务功能有助于改善生态环境问题。碳储量和生境质量是评价生态系统服务功能的两个重要指标，因此研究这两个指标的时空分布格局可为生态系统保护和管理... 详细信息

云贵高原喀斯特地质条件导致当地的石漠化严重、生态环境脆弱，评价该地区生态系统服务功能有助于改善生态环境问题。碳储量和生境质量是评价生态系统服务功能的两个重要指标，因此研究这两个指标的时空分布格局可为生态系统保护和管理提供重要科学依据。本研究基于InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs)模型和PLUS(Patch-Generating Land Use Simulation)定量评估了云贵高原2000—2030年碳储量和生境质量，结合自然资源区划分析该地区2000—2030年碳储量和生境质量时空变化特征及驱动因子。结果表明：(1)2000—2030年云贵高原碳储量均值为7.323×109t，多年呈现下降趋势，共减少0.471×109t，空间上呈西部高、东部低的特征，最高的四级区划是丽江市东部楚雄北部小区；(2)碳储量贡献率最高的地类是林地(>60%)，其次是耕地(>28%)；(3)碳储量空间分异解释力最强的因子是高程(q=0.372)，交互作用最强的因子是土地利用和坡向(q=0.889)；(4)2000—2030年云贵高原生境质量均值为0.755，多年呈下降趋势，共减少0.016，空间上呈现西部高、中部和东部低的特征，最高的四级区划是丽江市西部-怒江傈僳族自治州东南部小区；(5)林地的生境质量最高，指数为0.83。研究结果揭示了云贵高原碳储量与生境质量演变规律及分布格局，可为该区生态环境建设提供科学依据。

关键词： InVEST模型碳储量生境质量 PLUS模型地理探测器云贵高原

2000—2020年昆仑山植被覆盖度时空变化驱动力分析及生态评价

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中国地质 2024年

作者：袁江龙赵宏慧刘晓煌李洪宇江东赵传燕邢莉圆雒新萍王然王超兰州大学草地农业科技学院新疆大学地理与遥感科学学院中国科学院地理科学与资源研究所中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心自然资源部自然资源耦合过程与效应重点实验室

【研究目的】植被覆盖度是反映生态环境稳定性的重要指标，昆仑山地区生态脆弱，植被覆盖度变化的驱动因素研究较少。本研究旨在分析昆仑山地区植被覆盖度时空变化及驱动因素和区域生态评价。【研究方法】本文基于归一化植被指数(Normal... 详细信息

【研究目的】植被覆盖度是反映生态环境稳定性的重要指标，昆仑山地区生态脆弱，植被覆盖度变化的驱动因素研究较少。本研究旨在分析昆仑山地区植被覆盖度时空变化及驱动因素和区域生态评价。【研究方法】本文基于归一化植被指数(Normalized difference vegetation index， NDVI)，探究了2000—2020年昆仑山植被覆盖度的时空变化规律。使用地理探测器(GeoDetector， GD)和随机森林 (Random forest， RF)模型，识别了昆仑山地区NDVI变化的主导因子，使用RF和长短期记忆网络(Long Short-Term Memory Network， LSTM)开展了多因子NDVI的回归拟合。使用遥感生态指数(Remote Sensing Ecological Index， RSEI)评估了昆仑山环境质量变化状况。【研究结果】结果表明，2000—2020年昆仑山地区NDVI在时间上呈波动增加趋势，空间上呈“西高东低、北高南低”的分布格局。RF重要性最高的因子为数字高程模型(DEM)、降水(Pre)、到城镇距离(Town)和国内生产总值(Gross Domestic Product， GDP)，GD解释力最高的因子为蒸散发(ET)、DEM、GDP和温度(Tmp)。RF比LSTM更适用于昆仑山地区NDVI的回归拟合。RSEI有较大的提升，指数上升面积占80.52%，但整体波动较大，波动较大面积为78.86%。【结论】本研究表明DEM、GDP、Pre和ET是影响该区域植被覆盖度的主要因素，植被覆盖度整体上升，区域生态在过去二十年中有了明显的改善。保护昆仑山生态脆弱区的生态稳定对区域生态政策的实施具有重要意义。

关键词： NDVI 随机森林模型遥感生态指数驱动力分析生态评价生态地质调查工程

1990—2050年黄河中游伊洛河流域不同土地利用类型碳储量时空分异特征

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现代地质 2024年第3期38卷 559-573页

作者：袁江龙刘晓煌李洪宇邢莉圆雒新萍王然王超赵宏慧自然资源部自然资源耦合过程与效应重点实验室北京100055 新疆大学地理与遥感科学学院新疆乌鲁木齐830017 中国地质调查局乌鲁木齐自然资源综合调查中心新疆乌鲁木齐830057

土地利用类型变化是区域碳储量变化的主要影响因素,对整个陆地生态系统有着重要的影响。以黄河中段伊洛河流域为例,基于生态系统服务功能与权衡交易综合评价模型(InVEST)碳储量模块评估了1990—2020年碳储量时空分异特征及影响因素,利... 详细信息

土地利用类型变化是区域碳储量变化的主要影响因素,对整个陆地生态系统有着重要的影响。以黄河中段伊洛河流域为例,基于生态系统服务功能与权衡交易综合评价模型(InVEST)碳储量模块评估了1990—2020年碳储量时空分异特征及影响因素,利用耦合PLUS模型预测了2025—2050年土地利用类型及碳储量时空分异特征,使用地理探测器探索区域碳储量驱动力因素。结果表明:(1)伊洛河流域土地利用类型转移为耕地和草地转出,林地、水体和建设用地转入。区域碳储量在1990—2020年间增长1.0×10^(7)t,东部碳储量持续减少,中西部碳储量持续增加。(2)2025—2050年区域整体固碳能力下降。相对于历史时期,东部固碳能力仍旧持续下降,中西部固碳能力由持续上升变总体上升,生态修复情景最有利于区域固碳,耕地保护情景最不利于区域固碳。(3)使用地理探测器可以得出,单因子分析NDVI(归一化植被指数)的q值(解释力)为0.561,解释力最强,交互分析中DEM(数字高程模型)与NDVI交互q值为0.592,两个因子交互解释力最强。建议经济较好、地形平坦的IV12-1区域经济和农业发展应注重自然保护,生态较好、海拔较高的VI22-1和VI22-3区域施行生态修复政策。

关键词： InVEST模型 PLUS模型碳储量地理探测器 MK检验

基于MaxEnt模型预测未来气候变化情境下东北耕地潜在适宜区的变化

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地质通报 2024年

作者：陈武迪刘晓煌李洪宇刘玖芬赵晓峰袁江龙赵宏慧王然邢莉圆王超雒新萍自然资源要素耦合过程与效应重点实验室中国地质大学(武汉)环境学院中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心新疆大学地理与遥感科学学院

耕地是保障国家粮食安全的根本，研究耕地在未来气候变化情景下的潜在适宜区有利于优化耕地布局和利用结构，对耕地质量管理有重要意义。东北是我国重要的商品粮基地，其耕地主要分布于东北平原林耕资源大区。研究该区域耕地的未来潜在... 详细信息

耕地是保障国家粮食安全的根本，研究耕地在未来气候变化情景下的潜在适宜区有利于优化耕地布局和利用结构，对耕地质量管理有重要意义。东北是我国重要的商品粮基地，其耕地主要分布于东北平原林耕资源大区。研究该区域耕地的未来潜在适宜区，对于提升其在未来气候变化背景下的适应性具有重大意义。本研究基于2000—2020年耕地（旱地和水田）分布数据与31个气候、地形、水文和土壤等多类环境变量，通过最大熵模型（MaxEnt）和空间统计分析，构建未来近期（2021—2040年）和未来中期（2041—2060年）四种共享经济路径（SSP126、SSP245、SSP370和SSP585）情景下的耕地预测模型，揭示东北平原林耕资源大区耕地潜在适宜区空间分布规律和未来演变趋势。结果显示：（1）旱地面积为29.21×104km2，其高适生区、中适生区、低适生区和不适生区面积分别为5.39×104km2、48.71×104km2、19.82×104km2和30.18×104km2。高适生面积区占旱地面积的15.27%，主要分布在海拔较低的辽河平原和松嫩平原。影响旱地适宜性的主要环境因素是最湿季度平均温度（bio8）、坡度（slope）、最干季度降水量（bio17）和气温季节变化标准差（bio4）。旱地最优分布环境条件为：bio8为18.58～24.8℃、slope为-1.25°～8.03°、bio17为0～16.3mm、bio4为930～1400。（2）水田面积为6.07×104km2，其高适生区、中适生区、低适生区和不适生区面积分别为4.06×104km2、13.67×104km2、20.22×104km2和66.17×104km2。高适生区面积占水田面积的66.89%，主要集中在三江平原，零散分布于松嫩平原和辽河平原。影响水田适宜性的主要环境因素是海拔（dem）、年平均气温（bio1）、slope和等温性（bio3）。水田最优分布环境条件为：dem低于225.9 m、bio1为1.69～6.03℃、slope低于2.28°、bio3低于25.53。（3）在未来气候情境下，旱地和水田适宜区分布与历史气候情景相似，但适生区面积有所变化。在未来近期，旱地高适生区面积在SSP245-30模式下增量最高，为0.4×104km2；水田高适生区面积在SSP126-30模式下面积增量最高，为0.03×104km2。在未来中期，旱地和水田高适生区在四种模式下均降低，旱地在SSP126-50模式下降低最多(1.46×104km2)，水田在SSP585-50模式下降低最多(0.29×104km2)。研究结果可为东北平原林耕资源大区土地国土空间规划提供科学支撑，为耕地的开发与利用提供参考与建议。

关键词：耕地 MaxEnt模型适宜性评价未来分布

新疆天山1990-2050年生态系统服务功能及安全格局

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中国地质 2024年

作者：陈武迪刘晓煌李洪宇孙兴丽王玉刚刘晓洁邢莉圆王然雒新萍王超赵宏慧河北地质大学自然资源资产资本研究中心中国地质大学(武汉)环境学院中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室自然资源要素耦合过程与效应重点实验室中国科学院阜康荒漠生态系统国家野外科学观测站中国科学院地理科学与资源研究所

【研究目的】在全球气候变化和人类活动不断扩展的背景下，自然生态系统及其提供的服务功能面临着日益严重的威胁和衰退。为了应对这一挑战，确定并保护那些对生态可持续性具有重大价值的关键地点变得至关重要。生态安全格局是指一种全... 详细信息

【研究目的】在全球气候变化和人类活动不断扩展的背景下，自然生态系统及其提供的服务功能面临着日益严重的威胁和衰退。为了应对这一挑战，确定并保护那些对生态可持续性具有重大价值的关键地点变得至关重要。生态安全格局是指一种全面策略和方法，旨在保障区域生态可持续性。【研究方法】本研究基于In-VEST模型、PLUS模型和电路理论等，对西北干旱区天山地区生态系统服务与生态安全格局(ESP)的动态变化进行了评价。【研究结果】结果表明，1990-2050年土地利用类型(LUCC)空间分布上基本稳定。近30年来总转换面积为32.52×103km2，主要是荒地和草地之间的转化。与2020年相比，2050年自然增长(ND)、生态保护(EP)和城市发展(UD)情景下的土地总转换面积分别为21.43×103km2、23.09×103km2、22.87×103km2，其中林地面积净增加的最多，主要由草地转化而成。EP情景下林地、草地和水体面积增加。其他两种情景下建设用地和耕地面积大幅扩大。与ND和UD情景相比，EP情景的生态系统服务功能更大。1990-2050天山地区ESP存在明显的空间差异，较大的生态源和较小的阻力廊道主要分布在天山地区生态系统服务功能较高的中部和北部。相反，破碎的生态源和较大的抗性廊道大多分布在被沙地、裸地或山地阻隔的西部地区。而东南部为荒漠地区，没有生态源，缺乏生态廊道。近30年来，生态源区面积减少了1.84×103km2，呈现破碎化趋势，生态网络更加复杂。与2020年相比，2050年EP情景下的生态源面积和夹点面积分别增加10.53×103km2和0.11×103km2，生态障碍带点面积减少0.38×103km2。除EP场景外，其余两种情景的生态源面积也有所增加，但低于EP场景。【结论】生态保护情景在塑造LUCC的过程中起到了至关重要的作用，对维护生态安全和生态系统的完整性具有极大的意义。

关键词：土地利用类型模拟生态系统服务地质调查工程生态安全格局电路理论

基于PLUS模型和InVEST模型的新安江流域生态系统碳储量时空变化分析与预测

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现代地质 2024年第3期38卷 574-588页

作者：闵婕刘晓煌肖粤新李洪宇雒新萍王然邢莉圆王超赵宏慧新疆大学地理与遥感科学学院新疆乌鲁木齐870000 自然资源部自然资源要素耦合过程与效应重点实验室北京100055 中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心北京100055 黄山水土资源野外科学观测研究站安徽黄山245000 中国地质调查局长沙自然资源综合调查中心湖南长沙410600

探析碳储量的时空格局演化规律,对新安江流域生态环境保护、土地利用方式优化具有积极反馈作用。基于2000—2020年土地利用数据,采用InVEST模型对2000—2020年新安江流域土地利用变化及碳储量变化情况进行分析,同时运用PLUS模型预测不... 详细信息

探析碳储量的时空格局演化规律,对新安江流域生态环境保护、土地利用方式优化具有积极反馈作用。基于2000—2020年土地利用数据,采用InVEST模型对2000—2020年新安江流域土地利用变化及碳储量变化情况进行分析,同时运用PLUS模型预测不同发展情景下2040年新安江流域碳储量分布。结果显示:(1)土地利用变化直接影响研究区的碳储量。2000—2020年,新安江流域建设用地扩张602.707 km^(2),林地、耕地、草地和灌木分别减少615.225 km^(2)、42.640 km^(2)、3.021 km^(2)和0.296 km^(2),碳储量减少4.937×10^(6)t;碳储量与土地利用空间分布一致,碳储量较高区域的建设用地少、生态用地集聚连片且分布较多。(2)2040年多情景模拟显示,整体土地利用格局一致,局部变化明显。城镇发展、自然发展和耕地保护情景碳储量分别下降7.540×10^(6)t、7.544×10^(6)t和11.302×10^(6)t,其中在生态保护情景下,碳储量下降最少(7.130×10^(6)t)。(3)碳储量空间分异受地形、生态和人为因素影响。地理探测器表明,NDVI(0.561)和NPP(0.398)的解释力显著高于其他因子,是新安江流域碳储量空间分异的主要驱动因子。不同影响因子间的交互作用强于单一因子,其中NDVI与坡度的协同影响类型最强(0.652)。研究结果表明,采取城镇发展和生态保护政策可控制碳储量减少,在未来规划中,应保护生态用地,控制建设用地扩张,以提高碳储量水平。

关键词：新安江流域土地利用变化 PLUS模型 InVEST模型碳储量地理探测器

基于InVEST模型和PLUS模型的云贵高原产水量时空变化特征分析

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现代地质 2024年第3期38卷 624-635页

作者：郭佳晖刘晓煌张文博杨朝磊王然雒新萍邢莉圆王超赵宏慧新疆大学地理与遥感科学学院新疆乌鲁木齐830017 自然资源要素耦合过程与效应重点实验室北京100055 金沙江高山峡谷区水土资源演化与固碳增汇效应云南省野外科学观测研究站云南楚雄651400 中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心北京100055 中国地质调查局昆明自然资源综合调查中心云南昆明650111

对云贵高原产水量进行定量评估与研究,有利于探究该地区水资源的动态变化、维护该地区的生态安全以及构建该地区的生态平衡,对维持城市水源涵养具有重要的现实意义。本研究利用PLUS模型预测该地区2025与2030年土地利用类型,利用InVEST... 详细信息

对云贵高原产水量进行定量评估与研究,有利于探究该地区水资源的动态变化、维护该地区的生态安全以及构建该地区的生态平衡,对维持城市水源涵养具有重要的现实意义。本研究利用PLUS模型预测该地区2025与2030年土地利用类型,利用InVEST模型定量估算2000—2030年(以5年为一期)产水量,并对其进行时空分析;剖析了不同土地利用类型及不同坡度等级下的产水量变化情况;利用地理探测器对产水量进行驱动力分析。结果表明:(1)2000—2030年该地区产水总量呈现“下降-升高-下降-升高”的趋势,其产水总量分别是:7.818×10^(7)m^(3)、5.750×10^(7)m^(3)、4.700×10^(7)m^(3)、9.162×10^(7)m^(3)、7.498×10^(7)m^(3)、7.820×10^(7)m^(3)、8.999×10^(7)m^(3);产水量空间分布呈现东南和北部高、中部低特征;(2)未利用地是该地区产水量最高的地类;(3)气象因子的变化是引起云贵高原年产水量变化的主要因素。地理探测器的分析表明降水量、蒸散发量对产水量的解释力较强,降水量和土地利用的交互作用对产水量变化的解释力最强。产水量集中在坡度为0°~5°的区域,占总产水量的43.80%。研究结果可为云贵高原水资源的动态评估、有效管理和可持续发展提供科学参考。

关键词：产水量 InVEST模型 PLUS模型云贵高原地理探测器时空特征

基于InVEST模型的新疆1990—2018年产水服务时空变化及驱动因素分析

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现代地质 2024年第3期38卷 636-647页

作者：陈武迪刘晓煌李洪宇雒新萍王然邢莉圆白亚楠王超赵宏慧中国地质大学(武汉)环境学院湖北武汉430074 中国地质调查局乌鲁木齐自然资源综合调查中心新疆乌鲁木齐830057 自然资源要素耦合过程与效应重点实验室北京100055 中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心北京100055

产水服务是重要的生态系统服务功能之一,评估产水服务空间分异特征、明确不同自然资源分区的关键驱动因子,是维系新疆生态安全和可持续发展的关键。本研究利用InVEST模型模拟新疆1990—2018年产水服务时空变化,选择气候、土壤、地形、... 详细信息

产水服务是重要的生态系统服务功能之一,评估产水服务空间分异特征、明确不同自然资源分区的关键驱动因子,是维系新疆生态安全和可持续发展的关键。本研究利用InVEST模型模拟新疆1990—2018年产水服务时空变化,选择气候、土壤、地形、土地利用等因子,采用地理探测器开展产水服务空间异质性归因分析。结果表明:(1)1990—2018年新疆产水总量变化为524.39×10^(8)~683.42×10^(8)m^(3),高值区集中在阿尔泰山、准噶尔盆地西部山地及天山山地等地区。(2)研究区不同地类的产水能力不同,其中荒漠和林地的产水能力最高,草地和水体与湿地其次,耕地和建设用地产水能力最差。(3)在新疆全域,气候类因子的解释能力最强,尤其是年总降水量因子,解释能力达到0.9以上;不同自然资源分区,产水服务空间分异的主要驱动因子存在明显差异,但年总降水量因子仍为第一主导因子。(4)因子的交互作用对产水服务的空间分布解释能力大于单个因子的解释能力,气候因子与地形因子的交互作用解释能力最强,其次是气候因子与土地利用因子的交互。因此,新疆产水服务的维持与保护工作应充分考虑气候、地形、土地利用等因素,制定合理的水资源管理和保护措施。

关键词：产水服务 InVEST模型地理探测器归因分析新疆

2000—2040年黄河流域(河南段)生境质量时空格局演变及驱动力分析

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现代地质 2024年第3期38卷 599-611页

作者：郭富印刘晓煌张文博邢莉圆王然祖皮艳木·买买提雒新萍王超赵宏慧自然资源部自然资源耦合过程与效应重点实验室北京100055 新疆大学地理与遥感科学学院新疆乌鲁木齐830017 中国地质调查局乌鲁木齐自然资源综合调查中心新疆乌鲁木齐830057

实现经济发展与生态保护的共赢是一个世界性难题。随着经济社会的发展,人类活动强度对区域生境质量产生不同程度的影响,在欠发达地区这种影响往往是负面的,因此实现人口稠密的欠发达地区经济发展与生境保护相结合具有重要意义。以黄河流... 详细信息

实现经济发展与生态保护的共赢是一个世界性难题。随着经济社会的发展,人类活动强度对区域生境质量产生不同程度的影响,在欠发达地区这种影响往往是负面的,因此实现人口稠密的欠发达地区经济发展与生境保护相结合具有重要意义。以黄河流域(河南段)为例,基于InVEST模型生境质量模块与PLUS模型对该区域2000—2021年(历史时期)生境质量时空演变特征进行分析,并以5年为步长对2025年、2030年、2035年和2040年的生境质量进行模拟。研究结果表明:(1)历史时期研究区生境质量均值下降了0.05,呈下降趋势,生境质量高值区集中分布在研究区西南和西北部的山地,呈西高东低的分布格局。(2)历史时期研究区44.74%区域生境质量显著下降,下降区域分布在城乡建设和道路扩张用地区域,西部山区此趋势最为突出。33.81%区域生境质量显著上升,上升区域分布在东部耕地区域和西部林地。研究区生境破碎化趋势加强,海拔与植被等自然要素对区域生境质量水平影响显著,与生境质量水平正相关。(3)2025—2040年不同土地利用情景下的未来生境质量格局差异明显,生态保护情境下生境质量水平呈上升趋势,耕地保护情景下生境质量均值稳定中呈现小幅度提升,城市发展情景下生境质量均值呈现明显下降趋势,不同发展情景下人类活动对区域生境质量影响显著。本研究有助于进一步了解区域生境质量的发展趋势与对土地利用变化的响应。

关键词：黄河流域生境质量 InVEST模型 PLUS模型 Sen趋势分析 Mann-Kendall检验