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洞庭湖流域碳储量的时空异质性及驱动力分析

中国环境科学 2024年第4期44卷 1851-1862页

作者：周文强韩宇王金龙杨伶阙华斐中南林业科技大学林学院湖南长沙410004 北京林业大学经济管理学院北京100083 中南林业科技大学商学院湖南长沙410004 湖南省生态文明建设研究基地湖南长沙410004

基于遥感反演和模型修正法,动态分析1980~2020年洞庭湖流域生态系统碳储量的时空分布特征,并借助碳储量贡献率和最优参数地理探测器,量化分析生态系统相互转换以及自然-社会-政策环境对碳储量时空异质性的驱动机制.结果表明:40a来洞庭... 详细信息

基于遥感反演和模型修正法,动态分析1980~2020年洞庭湖流域生态系统碳储量的时空分布特征,并借助碳储量贡献率和最优参数地理探测器,量化分析生态系统相互转换以及自然-社会-政策环境对碳储量时空异质性的驱动机制.结果表明:40a来洞庭湖流域及其子流域碳储量先降后升,整体增长262.81Tg,呈现由东-南-西三面向中部、北部逐级递减的“马蹄形”格局;生态系统相互转换推动洞庭湖流域碳储量增长了23.66Tg,其中农田、森林和城镇生态系统间的相互转换主导碳储量变化;洞庭湖流域及其子流域碳储量的时空异质性主要受社会环境和政策环境的协同影响,其中生境质量和人口密度是主导因素.由于存在增强效应和差异化特征,使得双因子交互作用的影响更强烈.为提高生态系统固碳能力,应加快完善洞庭湖流域的生态系统结构,因地制宜构建生态与社会的良性互动关系.

关键词：碳储量动态评估时空异质性驱动机制洞庭湖流域

洞庭湖流域典型生态系统服务评估及权衡/协同关系研究

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长江流域资源与环境 2024年第2期33卷 310-321页

作者：廖江博毛德华邓美容湖南师范大学地理科学学院湖南长沙410081 洞庭湖流域生态环境变化与固碳增汇湖南省重点实验室湖南长沙410081

运用InVEST模型、GIS空间分析等方法,在子流域尺度上探究洞庭湖流域2000~2020年生态系统服务的时空特征,进而利用耦合协调度模型和地理探测器模型对水产出、水质净化、碳存储等三项关键生态系统服务进行权衡/协同分析。结果表明:(1)洞... 详细信息

运用InVEST模型、GIS空间分析等方法,在子流域尺度上探究洞庭湖流域2000~2020年生态系统服务的时空特征,进而利用耦合协调度模型和地理探测器模型对水产出、水质净化、碳存储等三项关键生态系统服务进行权衡/协同分析。结果表明:(1)洞庭湖流域生态系统服务的水产出服务和水质净化服务在不断地强化,而碳存储服务在不断地弱化。各项生态系统服务功能在空间上亦表现出差异性,2000和2010年水产出东南多于西北,到了2020年,西北部水产出出现最大值;N、P输出量的分布规律大体上上游少于下游,东部多于西部;碳存储则是在洞庭湖区最少,高值集中在上游区。(2)2000~2020年,整个流域两两生态系统服务之间处于中度协同水平,并向良好协同水平发展,两两生态系统服务存在明显的时空分布格局的差异。(3)洞庭湖流域生态系统服务之间非线性动态关系的形成受到自然和人文因素的影响,主要包括地形地势与气候变化、土地利用类型与分布格局,以及人类活动的干扰等,且自然因素的影响程度要大于人文因素。研究结果可为洞庭湖流域生态保护补偿机制建设提供理论依据。

关键词：生态系统服务权衡与协同 InVEST模型洞庭湖流域

洞庭湖流域生态系统服务供需时空演变与情景预测

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长江流域资源与环境 2024年第8期33卷 1702-1714页

作者：张家其朱莉阳斌成衡阳师范学院地理与旅游学院湖南衡阳421002 肇庆高新技术产业开发区龙湖学校广东肇庆526238

为促进区域生态系统服务供需平衡,以洞庭湖流域为研究对象,基于2000、2010、2020年土地利用数据探究土地利用变化及生态系统服务演变特征,并借助GeoSOS-FLUS、GM模型评估预测2030年不同发展情景下生态系统服务供需时空演化格局。结果显... 详细信息

为促进区域生态系统服务供需平衡,以洞庭湖流域为研究对象,基于2000、2010、2020年土地利用数据探究土地利用变化及生态系统服务演变特征,并借助GeoSOS-FLUS、GM模型评估预测2030年不同发展情景下生态系统服务供需时空演化格局。结果显示:(1)2000~2020年洞庭湖流域土地利用变化最明显的特征是建设用地增加,林地和耕地面积减少,生态系统服务供给整体呈下降趋势,显著减少的区域主要分布在洞庭湖、长株潭周边县市及部分地市城区;(2)自然发展和耕地保护情景下2030年生态价值较高的草地和林地持续减少,建设用地增加,生态系统服务呈现全域快速退化趋势,生态保护情景下土地利用格局相对稳定,林地和水域出现上涨趋势,长株潭城市群及其他地市市区生态系统服务价值也呈现增长趋势;(3)三类情景下长株潭城市群、洞庭湖生态经济区等流域下游区域生态系统服务需求相对较高,而这些区域生态系统服务供给却较低且呈退化趋势,供需格局具有显著空间不匹配特征。

关键词：生态系统服务土地变化情景预测洞庭湖流域

洞庭湖流域全新世孢粉记录的植被、气候变化及人类活动

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第四纪研究 2024年第3期44卷 780-792页

作者：赵琳曾瑶瑶杨祎琪夏威曹现勇郑卓李云霞刘利丹申忠伟饶志国洞庭湖流域生态环境变化与固碳增汇湖南省重点实验室湖南师范大学地理科学学院湖南长沙410081 中国科学院青藏高原研究所古生态与人类适应团队北京100101 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境全国重点实验室北京100101 中山大学地球科学与工程学院广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室广东珠海519082

本研究选择洞庭湖流域内湖南十万古田泥炭(SWGT)、贵州梵净山九龙池湿地(JLC)和湖北江陵剖面(JL)三处研究点。SWGT钻孔深度为250 cm,通过AMS 14C测年使用Bacon软件进行线性插值建立年龄-深度模型,最底部年代达到约11.6 *** B.P.;JLC钻... 详细信息

本研究选择洞庭湖流域内湖南十万古田泥炭(SWGT)、贵州梵净山九龙池湿地(JLC)和湖北江陵剖面(JL)三处研究点。SWGT钻孔深度为250 cm,通过AMS 14C测年使用Bacon软件进行线性插值建立年龄-深度模型,最底部年代达到约11.6 *** B.P.;JLC钻孔深度为400 cm,通过AMS 14C测年使用Clam软件进行线性插值建立年龄-深度模型,最底部年代达到约11.9 *** B.P.;JL剖面深度为594 cm,常规14C测年后经过树轮校正,用线性插值法内插和外推获得各对应深度的年代,最底部年代外推达到约9.4 *** B.P.。通过对SWGT进行孢粉分析,集合已发表的JLC和JL的孢粉分析结果,获得了早中全新世洞庭湖流域的植被和气候变化特征,并利用现代类比法(MAT)重建了三处研究点的人类活动指数(HII),探讨了全新世人类活动的影响。研究结果显示:1)全新世早期,花粉类型以Evergreen Quercus、Cyclobalanopsis、Castanopsis、Fagus、Carpinus等亚热带植物花粉类型为主,草本植物的花粉含量整体较低,此时植被主要是亚热带常绿阔叶林,气候温暖湿润,东亚夏季风(EASM)强度较强。2)全新世中期,约9.0~4.0 *** B.P.,乔木花粉含量最高,草本植物花粉含量最低,森林覆盖度最高。该阶段最主要特征是以Evergreen Quercus、Cyclobalanopsis为主的亚热带常绿阔叶树含量升高,气候更加暖湿,揭示了EASM强度进一步增强;尤其是6.0~4.0 *** B.P.之间,Evergreen Quercus、Cyclobalanopsis含量达到最高,气候最为暖湿,标志着全新世适宜期的出现。3)晚全新世,4.0 *** B.P.以来,HII出现最高值,反映了人类对环境影响更加剧烈;此时花粉数据显示较低的栎属、栲属、青冈栎属等植被含量,结合研究区出现较高的松属花粉百分比含量,表明人类大量砍伐阔叶森林,导致次生松树林扩张,与此同时,禾本科植物含量升高,揭示了人类活动开始在低海拔地区进行农业活动。4)太阳辐射、北半球高纬冰量和冰盖融化导致的融水通量等因素可能对早中全新世气候变化产生较大影响,而该区晚全新世记录更多受人类活动影响。本研究认为,在该区域利用孢粉进行全新世古气候定量重建时,很有必要对晚全新世人类活动信号进行识别。

关键词：孢粉记录植被和气候变化人类活动指数(HII) 洞庭湖流域全新世

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洞庭湖流域生态状况时空分异及影响因素

生态学报 2024年

作者：宁启蒙何自强胡然吴雨欣段宜珂湖南城市学院建筑与城市规划学院数字化城乡空间规划关键技术湖南省重点实验室城市规划信息技术湖南省普通高校重点实验室

掌握生态状况时空特征及影响因素，是国土空间的优化和生态功能的提升的关键。目前研究大多侧重于生态系统结构或功能的单一变化，尚未综合考虑人为干扰因素，导致生态修复分区以单一生境或要素的修复为主，无法较好地解决人地关系矛盾... 详细信息

掌握生态状况时空特征及影响因素，是国土空间的优化和生态功能的提升的关键。目前研究大多侧重于生态系统结构或功能的单一变化，尚未综合考虑人为干扰因素，导致生态修复分区以单一生境或要素的修复为主，无法较好地解决人地关系矛盾。本研究洞庭湖流域作为研究区域，利用景观格局指数、InVEST模型分析了2000年和2018年景观分布特征和生态系统服务，运用模糊推理算法探究2000—2018年洞庭湖流域生态状况特征，基于此揭示人类-自然因素对生态状况的影响。结果表明：（1）洞庭湖流域整体景观更加破碎化，景观形状趋于复杂，聚集程度不断下降，景观类型更加离散。（2）研究期间，食物供给服务呈现稳定上升的趋势，生境质量服务和碳储量服务总体呈下降趋势。（3）洞庭湖流域生态状况整体转好，生态指数上升区域（74%）明显大于下降区域（26%）。生态系统退化区域主要分布在人口较为密集、城市化水平较高的城镇地区，而生态恢复区域多分布在远离各城市中心的山地丘陵区域。（4）洞庭湖地区各影响因素对生态系统退化的影响显著性最高的地区主要分布在生态系统退化的高值区和人类活动强度较为集中的地区，具有显著影响的地区重心逐渐由西部转移到东部。其中，人口密度、GDP、路网密度和夜间灯光指数对洞庭湖地区的生态系统退化主要表现为负相关关系。坡度、降水量和日照时数对生态系统退化产生的正向影响呈逐渐增强的趋势。本研究利用模糊推理方法计算出洞庭湖流域的生态指数，从而识别出生态退化区域，并揭示了其影响因素，为区域生态保护修复规划提供了科学依据。

关键词：景观格局指数生态服务功能生态状况生态管理分区洞庭湖流域

40年来洞庭湖流域耕地利用变化及其水分平衡效应

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长江流域资源与环境 2024年第4期33卷 822-832页

作者：周浩覃湘王亚星陈藜藜湖南师范大学地理科学学院湖南长沙410081 河南省资源环境调查一院河南郑州450007 中南林业科技大学商学院湖南长沙410004 中山大学地理科学与规划学院广东广州510006

明确我国关键粮食产区水土资源平衡状况,有利于粮食生产结构调整及保障国家粮食安全。以南方洞庭湖流域为研究区,在多期土地利用数据、常规气象站点数据和DEM数据支持下,从耕地的新增、类型转换、存续和灭失4方面系统识别耕地利用变化特... 详细信息

明确我国关键粮食产区水土资源平衡状况,有利于粮食生产结构调整及保障国家粮食安全。以南方洞庭湖流域为研究区,在多期土地利用数据、常规气象站点数据和DEM数据支持下,从耕地的新增、类型转换、存续和灭失4方面系统识别耕地利用变化特征,并运用Penman-Monteith公式、有效降水量模型等揭示其气候水分平衡特征及耕地利用下水土资源平衡效应。结果表明:(1)40年间,洞庭湖流域的水田处于较为稳定的空间分布状态,而旱地重心向西北方向移动了17.36 km~2。耕地存续的相对面积比例达到70.63%,灭失类型多分布于怀化、湘西州等地,新增的耕地来源主要是林地,内部转换集中于衡邵娄等地;(2)流域南端以及洞庭湖区的蒸散能力较强,而西部至西北端偏弱,有效降水量呈西北至东南逐渐增大的特点;(3)1980年水分亏缺区面积比例仅为1.79%,至2020年该比例已增至32.84%,洞庭湖区以及永州市等地水分亏缺风险较高;(4)耕地的气候水分平衡历经了以水分盈余为主到水分亏缺与盈余并存阶段,亏缺区主要分布于洞庭湖区、湘江流域西北部以及永州等地,且亏缺区扩张更多围绕以水田为核心的耕地利用变化类型进行。研究结论可为该流域的耕地合理开发与利用提供决策支持。

关键词：耕地利用变化气候水分平衡空间格局效应洞庭湖流域

洞庭湖流域农业生态系统服务权衡与协同关系研究

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洞庭湖流域农业生态系统服务权衡与协同关系研究

作者：吴雯娟中南林业科技大学

学位级别：硕士

随着工业化和城市化的加速推进,人类对生态系统结构与功能的干预与影响愈发显著,引发了一系列社会与生态问题。在生态文明建设目标的时代背景下,研究生态系统的服务功能显得至关重要,它不仅关乎人类福祉的不断提升,更关系到自然环境的... 详细信息

随着工业化和城市化的加速推进,人类对生态系统结构与功能的干预与影响愈发显著,引发了一系列社会与生态问题。在生态文明建设目标的时代背景下,研究生态系统的服务功能显得至关重要,它不仅关乎人类福祉的不断提升,更关系到自然环境的健康与稳定。农业生态系统兼具自然和社会的双重属性,其提供的产品与服务与人类社会紧密相连,同时农业生态系统服务之间具有空间相关性,常表现为权衡和协同两种形式。洞庭湖流域作为长江流域的重要生态功能区和粮食主产区,其农业生态系统服务对生态文明建设目标的达成具有重要意义。本文以洞庭湖流域为研究区域对农业生态系统服务价值进行定量评估,并在此基础上利用相关性分析法分析其服务之间的权衡与协同关系,以期为洞庭湖流域农业生态系统管理实践提供科学对策和建议,促进该区域的农业高质量发展。主要结论如下:(1)1980—2020年,洞庭湖流域农业土地利用面积整体共减少2920km2,洞庭湖流域农业生态系统服务总价值量由766.47亿元减少到736.99亿元;从农业生态系统服务价值的构成来看,除水资源供给为负向外,各单项生态服务价值均为正向,其中水文调节价值占比最高,观赏价值占比最低;农业生态系统服务价值具有显著的空间聚集性且空间格局等级差异明显。(2)洞庭湖流域农业生态系统服务间除了土壤保持与水资源、水文调节之间相关性不显著外,其他服务间均存在显著的权衡/协同关系。其中,净化环境与生物多样性、气体调节、维持养分、气候调节、观赏功能之间以及水资源供给与其他功能之间存在权衡关系,其余功能之间均为协同关系。1980—2020年,洞庭湖流域食物生产与原材料之间关系从极强协同转变为强协同,水资源供给与食物生产间关系由极强权衡转变为中度权衡,文化服务与其他功能之间协同程度均有所增加。在子流域尺度上,五大子流域区的农业生态系统服务功能权衡协同的程度均呈现不同结果。(3)基于农业生态系统服务价值及其权衡协同关系提出构建农业多功能评价体系、树立农业多功能价值观、加强农业土地利用管理和根据子流域的权衡与协同特点实行分区管理四条对策,为洞庭湖流域农业高质量发展提出合理建议。

关键词：洞庭湖流域农业生态系统服务权衡与协同时空特征

基于源汇景观格局的洞庭湖流域洪涝风险评估及雨洪径流过程响应

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生态学报 2024年

作者：张凌暄焦胜卢洁牛彦合湖南大学建筑与规划学院丘陵地区城乡人居环境科学湖南省重点实验室

源汇景观格局是影响流域雨洪径流过程与洪涝风险的重要因素，探索一种基于源汇景观格局的流域洪涝风险评估方法对流域洪涝风险防治具有重要科学意义。以洞庭湖流域为研究对象，创新性地修正并运用源汇景观模型评估各年份流域洪涝风险，... 详细信息

源汇景观格局是影响流域雨洪径流过程与洪涝风险的重要因素，探索一种基于源汇景观格局的流域洪涝风险评估方法对流域洪涝风险防治具有重要科学意义。以洞庭湖流域为研究对象，创新性地修正并运用源汇景观模型评估各年份流域洪涝风险，揭示洪涝风险时空演变规律及成因；而后利用SCS-CN模型与局部等体积法模拟分析各年份雨洪径流过程特征，并基于斯皮尔曼相关系数探究雨洪径流过程与源汇景观空间负荷对比指数的相关关系，以此验证新模型运用于洪涝风险评估的合理性。结果表明：（1）40年间源景观建设用地的扩张最为显著，汇景观持续减少，以耕地向建设用地转移为主，源景观空间上集中于环洞庭湖与湘江流域。（2）40年间源汇景观空间负荷对比指数均呈上升趋势，流域洪涝风险逐渐提高，呈现东高西低的分布格局，其中湘江与环洞庭湖流域洪涝风险较高，资水流域洪涝风险次之，澧水与沅水流域洪涝风险较低。（3）40年间平均径流量、淹没深度及各风险区占比整体呈缓慢波动上升趋势，雨洪径流过程加剧使得洪涝风险不断上升，传统模型模拟结果与源汇景观模型评估结果相吻合。（4）源汇景观空间负荷对比指数与雨洪径流过程各特征指标呈显著正相关关系，说明源汇景观在高程、坡度及距离上的空间格局对于雨洪径流过程具有重要影响，运用源汇景观模型评估流域洪涝风险具有可行性。本研究可为流域洪涝风险定量评估提供耦合格局与过程的新方法，为合理配置流域景观格局、保障雨洪安全提供新视角和理论依据。

关键词：源汇景观模型洪涝风险评估源汇景观格局雨洪径流过程洞庭湖流域

2010—2019年间洞庭湖流域生态环境状况时空动态特征及影响因素

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自然资源遥感 2024年第1期36卷 179-188页

作者：李世杰冯徽徽王珍杨卓琳王姝中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083

洞庭湖流域是长江中下游重要生态区,开展其生态环境状况定量监测与评价是进行区域生态保护、修复及治理的先决条件。该文采用2010—2019年MODIS遥感数据产品,基于绿度、湿度、干度和热度4个生态指标构建了洞庭湖流域遥感生态环境指数(re... 详细信息

洞庭湖流域是长江中下游重要生态区,开展其生态环境状况定量监测与评价是进行区域生态保护、修复及治理的先决条件。该文采用2010—2019年MODIS遥感数据产品,基于绿度、湿度、干度和热度4个生态指标构建了洞庭湖流域遥感生态环境指数(remote sensing ecological index,RSEI),并在此基础上研究了流域生态环境状况时空动态特征及其影响因素。结果表明:①2010—2019年洞庭湖流域绿度指标呈增长趋势,湿度指标呈下降趋势,而干度和热度指标变化较为平稳;②洞庭湖流域整体生态环境状况较好,RSEI多年均值为0.58,并呈波动增长,空间上则表现为西部优于东部、四周优于中部的分布格局;③降水、气温、高程以及土地覆盖与RSEI均具有较强相关性。其中,林地RSEI(0.65)最高,建筑用地RSEI(0.31)最低;在流域2种主要土地转化类型中(草地→林地、耕地→草地),“草地→林地”转化有助于促进区域生态环境(ΔRSEI=0.0025,贡献率为46.3%),而后者则有可能导致生态环境恶化(ΔRSEI=-0.0004,贡献率为44.44%)。研究结果有助于深刻把握流域生态环境时空特征及其内在驱动机制,辅助开展科学的土地规划与生态环境治理,因而具有较强的理论与实践意义。

关键词：遥感生态环境指数 MODIS数据土地利用/覆盖变化洞庭湖流域