學(xué)研錄

 

北京師范大學(xué)博士生李少坤第一作者，中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心副總工程師涂兵以通訊作者身份在環(huán)境科學(xué)Top期刊，《Journal of Cleaner Production》(中科院1區(qū)Top, IF= 9.8)在線發(fā)表題為”Exploring new methods for assessing landscape ecological risk in key basin”研究論文，揭示了一種評估重點(diǎn)流域景觀生態(tài)風(fēng)險新方法。

文章合作單位有北京師范大學(xué)國家安全與應(yīng)急管理學(xué)院、中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心（中南地質(zhì)科技創(chuàng)新中心）、中國地質(zhì)大學(xué) 地球物理與測繪研究所、長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院。

該成果得到了中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項目資助（批準(zhǔn)號: DD20211391）。

文章信息：

Shaokun Li, Bing Tu*, Zhao Zhang, Lei Wang, Zhi Zhang, Xiaogian Che. Zhuangzhuang Wang, J. (2024). Exploring new methods for assessing landscape ecological risk in key basin. Journal of Cleaner Production, 142633.

文章下載鏈接：

 

https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.142633

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圖形摘要與創(chuàng)新點(diǎn)

圖形摘要

創(chuàng)新點(diǎn)

1.根據(jù)尺度效應(yīng)分析，確定最適合該區(qū)域的尺度，以評估LER。

2.將 PLES 的空間視角與流域LER 相結(jié)合。

3.實(shí)現(xiàn)復(fù)雜LER 空間模式的多元統(tǒng)計模擬。

4.探索重點(diǎn)流域的綜合優(yōu)化方案和概念。

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研究背景與主要結(jié)論

景觀生態(tài)風(fēng)險科學(xué)評估 （LER） 旨在優(yōu)化土地利用模式并減輕區(qū)域生態(tài)危害。但是，準(zhǔn)確的 LER 評估需要選擇可行的空間分析比例。

本文旨在探索中國關(guān)鍵流域景觀生態(tài)風(fēng)險（LER）的評估新方法。研究選取了“生產(chǎn)-生活-生態(tài)”空間（PLES）視角，利用2006年、2012年和2019年的高分辨率數(shù)據(jù)，采用六種方法來揭示LER的格局變化和時空變異。

這些方法包括馬爾可夫轉(zhuǎn)移矩陣模型、地理信息圖譜-重心模型（GIAGC）、LER指數(shù)模型、Min/Max Autocorrelation Factors、序貫高斯模擬（MAF-SGS）多元地統(tǒng)計模型和空間自相關(guān)性分析。確定10米粒度和200米幅度為LER評估最有效的參數(shù)。

觀察到從2006年到2019年，景觀格局結(jié)構(gòu)從“生態(tài)空間”向“生產(chǎn)空間”轉(zhuǎn)變，伴隨重心向西南方向的移動。

發(fā)現(xiàn)非結(jié)構(gòu)性空間因素對LER的貢獻(xiàn)逐漸增加，最大變異性穩(wěn)步上升。中等偏低風(fēng)險區(qū)域主導(dǎo)了流域，LER的空間分布呈現(xiàn)中心高、西南和西北部低的格局。低-低空間聚集模式占主導(dǎo)地位，但LER總體呈上升趨勢。

本研究提供了科學(xué)依據(jù)，用于調(diào)整流域土地利用結(jié)構(gòu)、解決生態(tài)風(fēng)險和促進(jìn)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了準(zhǔn)確選擇空間分析尺度的重要性，并揭示了景觀格局變化對生態(tài)風(fēng)險的影響，為制定有效的生態(tài)保護(hù)和風(fēng)險管理策略提供了支持。

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研究數(shù)據(jù)與方法

本研究采用了景觀生態(tài)風(fēng)險（LER）評估框架，結(jié)合多種方法來分析和量化關(guān)鍵流域的生態(tài)風(fēng)險。

研究首先通過適當(dāng)尺度分析，利用高分辨率遙感數(shù)據(jù)，確定了最佳的分析粒度和幅度。

接著，采用以下方法進(jìn)行深入分析：

1）景觀格局變化分析： 使用馬爾可夫轉(zhuǎn)移矩陣模型來識別不同時間段內(nèi)景觀類型之間的轉(zhuǎn)換模式。

2）地理信息圖譜-重心模型（GIAGC）：構(gòu)建并分析了景觀格局的重心變化，以了解景觀動態(tài)對生態(tài)風(fēng)險的影響。

3）景觀生態(tài)風(fēng)險指數(shù)模型： 結(jié)合景觀脆弱性指數(shù)和干擾指數(shù)，構(gòu)建了LER評估指數(shù)模型，以量化不同景觀單元的生態(tài)風(fēng)險。

4）多元地統(tǒng)計模擬（MAF-SGS）：應(yīng)用這一方法來模擬和分析LER的空間分布和變化。

5）空間自相關(guān)性分析：通過Moran’s I指數(shù)和局部空間自相關(guān)分析，評估LER的空間聚類特征。

研究所需的數(shù)據(jù)主要來源于:土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型（DEM）、土地利用分類等相關(guān)的數(shù)據(jù)。

圖1. 研究流程框架圖

圖2. 景觀風(fēng)險指數(shù)的計算方法

圖3. 基于 MAF 和 SGS 的多元地質(zhì)統(tǒng)計模擬過程

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研究結(jié)果

1）景觀生態(tài)風(fēng)險（LER）的時空變化：

空間尺度的確定：研究發(fā)現(xiàn)，10米的空間粒度和200米的空間幅度是進(jìn)行LER評估的最佳參數(shù)，這為準(zhǔn)確評估LER提供了重要的空間尺度依據(jù)。

景觀格局變化：從2006年到2019年，研究區(qū)域的景觀格局經(jīng)歷了從“生態(tài)空間”向“生產(chǎn)空間”的轉(zhuǎn)變，同時，景觀格局的重心向西南方向移動，表明了區(qū)域發(fā)展的空間不均衡性。

2）生態(tài)風(fēng)險的動態(tài)評估：

風(fēng)險等級變化：中等偏低風(fēng)險區(qū)域在流域中占主導(dǎo)地位，但整體上LER呈現(xiàn)上升趨勢，尤其是在中心區(qū)域。

空間聚集模式：低-低（low-low）空間聚集模式占主導(dǎo)地位，表明風(fēng)險區(qū)域傾向于在空間上聚集。

3）土地利用與生態(tài)風(fēng)險的關(guān)系：

土地利用變化：研究期間，工業(yè)和礦業(yè)生產(chǎn)空間顯著增加，而林地生態(tài)空間有所減少，這反映了人類活動對景觀格局的顯著影響。

生態(tài)風(fēng)險與土地利用的關(guān)聯(lián)：工業(yè)和礦業(yè)生產(chǎn)空間的擴(kuò)張導(dǎo)致了林地的破壞，增加了生態(tài)風(fēng)險，同時，農(nóng)業(yè)和農(nóng)村生活空間的擴(kuò)張也對生態(tài)空間造成了壓力。

4）空間自相關(guān)的分析：

全局空間自相關(guān)：通過Moran’s I指數(shù)分析，研究發(fā)現(xiàn)LER存在顯著的正空間自相關(guān)，表明生態(tài)風(fēng)險在空間上呈現(xiàn)聚集分布。

局部空間自相關(guān)：局部空間自相關(guān)分析揭示了不同區(qū)域之間生態(tài)風(fēng)險的空間差異，以及生態(tài)風(fēng)險在局部區(qū)域的分布特征。

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研究主要圖表

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研究結(jié)論

1) 研究發(fā)現(xiàn)六個不同粒度指數(shù)的面積信息損失曲線特征各不相同。10米的最佳粒度與較小的損失指數(shù)相關(guān)，并且隨著粒度的減小，景觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增加。指數(shù)模型被證明是四級半變異函數(shù)模型的最佳選擇，其塊金值呈下降趨勢，且最佳幅度為200米。

2) 從2006年至2019年，景觀格局的結(jié)構(gòu)顯示，生產(chǎn)-生活-生態(tài)空間（PLES）中的森林生態(tài)空間減少最多，減少了11.69平方公里，主要轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、農(nóng)村生活空間以及工業(yè)和礦業(yè)生產(chǎn)空間。就景觀格局的重心而言，PLES內(nèi)所有七類景觀的重心都呈現(xiàn)出向西南方向遷移的總體趨勢。

3)從2006年至2019年，土地生態(tài)風(fēng)險（LER）主要為低風(fēng)險，覆蓋總面積的80%以上，但LER的波動性增加。塊金值分別增加17.18%、16.59%和19.84%，表明非結(jié)構(gòu)性因素也逐漸增加。在空間上，中高風(fēng)險區(qū)域主要集中在流域的西北部和東北部，風(fēng)險逐漸蔓延至流域中部。

4)從2006年至2019年，莫蘭指數(shù)（Moran’s I）增加，表明空間自相關(guān)性和集聚特征更加明顯。低-低（L-L）集聚模式占主導(dǎo)地位，其他集聚模式所占比例不顯著。從2012年至2019年，風(fēng)險加速，高-低（H-L）集聚區(qū)域整體加強(qiáng)，流域西部出現(xiàn)了新的H-L模式。該區(qū)域需要加強(qiáng)監(jiān)測，以防止生態(tài)風(fēng)險進(jìn)一步蔓延。

政策和管理建議：

土地利用優(yōu)化：研究建議優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，減少對生態(tài)空間的破壞，以降低生態(tài)風(fēng)險。

生態(tài)保護(hù)措施：對于高風(fēng)險區(qū)域，需要加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)措施，以提高生態(tài)系統(tǒng)的韌性。

風(fēng)險管理策略：研究提出了基于不同風(fēng)險等級的風(fēng)險管理策略，包括生態(tài)保護(hù)、土地利用優(yōu)化和生態(tài)恢復(fù)等。

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作者簡介

來源:

http://www.wuhan.cgs.gov.cn/dwjs/xswyh/xswyh_tb/

一、簡介

涂兵，男，1979年1月生，碩士，正高級工程師，現(xiàn)任中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心副總工程師。

主要從事基礎(chǔ)地質(zhì)、自然資源調(diào)查研究工作。主持完成地調(diào)項目3項，目前為地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評價專項二級項目“三亞重點(diǎn)地區(qū)自然資源綜合地質(zhì)調(diào)查（2020-2022）”負(fù)責(zé)人；獲國土資源科學(xué)技術(shù)二等獎一項（2017年）、全國區(qū)域地質(zhì)調(diào)查優(yōu)秀圖幅一項（2018年）；合作出版專著3部，發(fā)表核心期刊論文6篇（第一作者或通訊作者）。

二、代表論著

1.Tu Bing, Peng Kang, Xie, Xianjun et al., Spatial-temporal dynamics of Dongzhaigang mangroveforests on Hainan Island, China: Evidence from Landsatobservations(1988-2019) [J], Journal of Earth Science.

2.Shaokun Li, Bing Tu, Zhao Zhang et al., 2024.Exploring new methods for assessing landscape ecological risk in key basin. Journal of Cleaner Production[J], 461,142633.

3.Li Xiang, Tu Bing, Wang Lingzhan et al., 2018. New discovery and zircon Hf isotopic composition of the early Yanshannian monzogragnite in the Yingyangguan group of eastern Guangxi, China. Acta Geologica Sinica (English Edition) [J], 92 (4): 1653-1655.

4.涂兵，田洋， 王令占，等. 湖北利川地區(qū)三疊紀(jì)地層[M], 武漢: 中國地質(zhì)大學(xué)出版社.

5.楊博，涂兵，王令占，等. 三亞總部經(jīng)濟(jì)及中央商務(wù)啟動區(qū)地下空間開發(fā)利用潛力評價[M], 武漢: 中國地質(zhì)大學(xué)出版社.