地表过程与可持续发展研究进展与展望

自2007年地表过程与资源生态国家重点实验室批准建设以来,围绕地表多要素、多尺度和多过程及其资源生态效应,开展了基础性和面向国家需求的系统研究．总结实验室15年来的建设和发展,取得的主要成果如下:1）地表过程监测与研究,包括风沙过程、土壤侵蚀过程和生态水文过程等的观测系统与大型模拟设施建设,以及理论突破与应用;2）资源生态研究,包括生物多样性维持机制、植被-环境系统互馈及生态参数测量、景观生态与服务等方面的理论与应用实践;3）人-地系统动力学研究,包括环境演变与人类活动、人-地系统动力学模型与模拟2方面的探索;4）区域可持续发展范式,包括土地利用/覆盖变化（LUCC）和综合自然灾害风险2个方面取得的显著成果．面对国家重点实验改革与重组,展望未来,将围绕地表过程与可持续发展,开展更加有组织的、面向系统性解决方案的科学探究,核心目标是研究生态脆弱区和灾害高风险区人-地系统耦合理论与区域高质量发展路径．主要任务:1）通过构建天空地网一体化观测体系,系统开展从“山水林田湖草沙冰”等要素过程到生命共同体的综合研究;2）通过研发实验和模拟装置,揭示水土气生人相互作用的机制与动力学过程,构建多要素、多过程、多尺度的地表动态模型体系,揭示人地系统耦合机制与过程;3）以承接系统性国家级科研任务,解析人与自然系统互馈机制和关联效应,建立区域高质量发展监测、评估和预警体系,服务于制定区域与国家生态文明建设的长远战略．      

基于系统仿真的港口生态承载力动态评价模型

针对目前港口生态承载力研究中过程机制和时间动态性考虑不足等问题,构建港口生态系统承载力复合评价模型,实现对港口生态承载力的动态评价和演变趋势预测.首先,应用系统动力学理论,从社会经济、资源和环境三方面建立港口生态承载力的系统动力学模型;其次,引入生态承载力综合评价法,提出港口生态承载力综合评价指标体系,建立港口生态承载力复合评价模型.在此基础上,以北方某港区为例,运用复合评价模型,对该港区生态承载状况进行现状分析和参数敏感性分析,识别港区生态承载状况的主要影响因子;设置自然发展方案和综合调控方案,动态模拟和评价2015—2030年港区生态承载状况的演变趋势.仿真结果表明,综合调控方案能有效解决港区生态超载的问题,显著提高港区生态承载水平.研究结果可为生态型港口建设及港口生态修复提供理论依据.     

水资源承载力研究进展与新方法

在综述水资源承载力前人研究的基础上,总结了水资源承载力研究中存在的问题:水资源承载力的概念不明确;水资源承载力的量化方法建立在概念不一致的基础之上,导致水资源承载力量化可操作性差;当前水资源承载力的研究没有完全符合可持续发展思想等.为解决这些问题,本文提出了水资源承载力的新定义及相关的量化方法:水资源承载水平是在一定的技术和管理水平下,区域水资源系统承载的人类发展水平;水资源承载力是水资源承载水平的稳定最大值,即一定的技术和管理水平下,区域水资源系统能稳定承载的人类最大发展水平;并以生态服务功能价值为标尺,从经济、文化、生态支撑、生态同化4个方面建立水资源承载力的量化方程.     

盐渍土区生态水文过程及其盐渍化效应

盐渍土区生态、水文过程及其耦合作用机制是当前盐渍化、次生盐渍化产生的根源。目前的研究主要是从土壤水盐动态、地表水文格局及其生态效应、生态地下水位、生态需水等角度对盐渍土区生态水文过程进行研究和探讨,尚未能揭示清楚盐渍土形成和演化的生态水文学机制。未来需要就生态、水文过程及其耦合作用机制,地表水、地下水以及土壤水之间的相互转化关系及其生态效应,基于生态水文过程的生态需水,以及构建流域尺度盐渍化生态水文模型等进行深入研究,以便为盐渍土区生态环境的维护和恢复、生态与社会经济的和谐提供理论与实践指导。     

基于“三线一单”指标体系的生态承载力与产业布局一致性评价

结合我国正在开展的“三线一单”编制工作, 构建基于“三线一单”的生态承载力与产业布局一致性评价指标体系, 并选取上海市青浦区为案例研究区, 利用单因素和综合生态承载率法进行区域生态承载力与产业布局一致性评价。结果表明: 1) 单因素生态承载率法能反映关键限制性因素, 综合指数能直观地说明区域产业对生态承载力的累积影响; 2) 青浦区产业布局与生态空间和土壤环境生态承载力的冲突较小, 但是对水环境和大气环境造成的生态压力较大, 生态环境整体上呈超载状态, 生态承载力与产业布局一致性较弱; 3) 评价一致性问题突出的区域与环境管控单元的重点管控单元基本上一致, 表明该指标体系客观可行, 具备全国推广的普遍性, 因此建议加强对重点管控单元的污染物排放管控。     

新疆水土资源综合承载力评价与水土耦合

针对现有水土资源承载力评价中由于指标过多,导致评价过程弱化了水、土资源系统之间协调与制约关系的问题,将区域水土资源综合承载力评价与水土资源系统耦合程度结合讨论。以新疆维吾尔自治区为研究区,构建基于DPSIR模型的评价指标体系,对全疆各地、州、市的水土资源综合承载力进行评价;以不同土地利用模式下的需水量为基础,建立水土资源耦合指数模型,计算各区域水土耦合指数;最后将两项结果叠加分析。结果表明,区域水土资源综合承载力水平与水土资源耦合指数趋势大体一致,但存在一定的差异性。在明确水土综合承载能力的基础上,进一步分析水土资源耦合的合理性,可使研究结果更具有实用性。     

基于三生空间耦合的生态安全格局构建与优化——以扬州市为例

【目的】 充分考量生态、生产和生活空间(三生空间)的相互影响,为生态安全格局优化提供新的思路,并为扬州市在保护生态安全前提下优化空间开发格局提供决策参考。【方法】 以扬州市为例,基于1:5 000土地利用变更调查数据,综合考虑未来城镇扩张和生产空间缓冲作用对生态安全格局的影响,借助多情景基础方案冲突协调评价和环形梯度分析的方法,从三生耦合角度对区域生态安全格局进行构建并优化。【结果】 构建了“三生主体功能量化-多情景基础方案冲突协调评价-基于三生规律分析分区协调情景评价”三生耦合优化框架,扬州市生态安全格局网络优化后,生态源地与廊道面积共计2 444.63 km²,占全域面积的36.85%;研究区生态安全格局网络由底线功能用地、缓冲功能用地、连通功能用地组成,占全域的面积比例分别为23.16%、12.01%和1.68%。【结论】 本研究形成的三生耦合优化框架,可以为区域生态安全格局优化提供新思路,进而有效指导相关规划。     

基于三生空间耦合的生态安全格局构建与优化——以扬州市为例

【目的】充分考量生态、生产和生活空间(三生空间)的相互影响,为生态安全格局优化提供新的思路,并为扬州市在保护生态安全前提下优化空间开发格局提供决策参考。【方法】以扬州市为例,基于1∶5 000土地利用变更调查数据,综合考虑未来城镇扩张和生产空间缓冲作用对生态安全格局的影响,借助多情景基础方案冲突协调评价和环形梯度分析的方法,从三生耦合角度对区域生态安全格局进行构建并优化。【结果】构建了"三生主体功能量化-多情景基础方案冲突协调评价-基于三生规律分析分区协调情景评价"三生耦合优化框架,扬州市生态安全格局网络优化后,生态源地与廊道面积共计2 444.63 km~2,占全域面积的36.85%;研究区生态安全格局网络由底线功能用地、缓冲功能用地、连通功能用地组成,占全域的面积比例分别为23.16%、12.01%和1.68%。【结论】本研究形成的三生耦合优化框架,可以为区域生态安全格局优化提供新思路,进而有效指导相关规划。     

基于五元联系数的水资源承载力评价

为探求水资源、社会、经济、生态环境等与区域水资源承载力间的关系,文中建立了基于五元联系数的水资源承载力综合评价模型,将评价体系的静态与动态同时进行考虑,拓展对水资源承载力指标评价的研究,深入分析水资源承载力的发展趋势,评价水资源承载力。以黑龙江省为例,探究了水资源承载力的现状及发展趋势,研究表明,黑龙江省现阶段水资源承载压力相对较小,水资源处于反势区,社会、经济和生态均处于同势区,产水模数、降水量、人口密度、第一和第三产业比重表现出偏向"匮乏"的状态,水资源承载力在客观变化上呈现波浪型发展的趋势。研究结果为评估水资源承载力提供了理论依据。     

生态安全约束下城市群空间网络结构动态演变及关联特征分析——以环鄱阳湖城市群为例

基于景观生态安全理论和引力模型,探讨生态安全约束下的城市群空间网络结构动态演变及关联特征,不仅能为城市群空间网络结构优化提供新视角,而且可为促进城市群可持续发展提供科学依据.以环鄱阳湖城市群为研究区,将景观结构安全指数与生态系统服务价值相结合来构建生态安全指数,并引入到改进的引力模型中,对研究区空间网络结构动态演变及关联特征进行定量测度与分析.结果表明：1) 2005年-2015年环鄱阳湖城市群整体生态安全度有所降低,部分区域经历了由高生态安全度向低生态安全度的转化,生态风险提升;2) 在不考虑生态安全约束情形下,整个研究期间南昌市区始终处于核心地位,“核心-边缘”结构明显,城市空间网络结构变化呈松散趋势.在生态安全约束下,研究区多中心网络结构特征逐渐凸显,城市群空间网络结构发育程度逐步走向成熟,向协同方向优化;3) 在不考虑生态安全约束情形下,多数城市关联强度低且处于稳定的均质状态,形成以南昌市区为首位关联城市的单核心特征.在生态安全约束下,城市群空间网络关联整体呈现异速非均衡特征,并形成以南昌市区、九江市区、抚州市区和景德镇市区为首位关联城市的多中心发展模式.可见,结合生态安全指数的引力模型能有效测度生态安全约束下的城市群空间网络结构动态演变及关联特征,可为环鄱阳湖城市群可持续发展提供参考.     

城市生态承载力理论与提升逻辑:历史性、关联性与非线性

城市可持续发展如何与城市生态承载力相协调,关系到城市自身的命运,也关系到其周边地区能否顺利实现高质量、可持续发展的目标．本研究重新梳理了生态承载力的概念与发展迷思,从系统组成、承载对象、承载供给与需求的特点、环境影响及支撑的理论基础等方面整理了生态承载力的内核,以及与资源、环境承载力和其他复合承载力的差异性．基于现有的生态承载力评价方法,提出了生态承载力提升的非线性特征及与资源、环境承载力之间的关联关系框架．研究发现,在通过政府决策提升生态承载力时,需要充分考虑其在横向（部门）和纵向（跨尺度）方面的协调性问题．      

济南市城市生态承载力综合评价

根据城市生态系统承载力理论,以山东省济南市为研究对象,从维持城市生态系统健康、稳定、持续发展的角度,提出济南市城市生态承载力定量指标,构建了城市生态承载力评价模型,包括城市生态支撑力模型、城市生态压力模型、城市生态承载力模型,利用构建的评价指标体系和模型评价了济南市2004-2008年城市生态系统承载力状况,并分析其变化规律,可为区域可持续发展和环境保护提供科学依据和理论支持。     

区域综合承载力的多子系统非线性集对耦合评价

区域综合承载力评价是不确定性系统的分析问题,包含高度的非线性关系.作者建立了多子系统非线性隶属函数的集对耦合分析综合评价方法与系统的评价步骤,提出了针对不同评价指标的非线性隶属函数构建形式,并首次将水环境指标纳入到区域综合承载力评价体系之中.通过天津滨海新区区域综合承载力评价验证方法体系有效性,结果表明其不仅具有简洁、易操作和高精度等优点,同时可以为区域科学管理及时提供综合承载力的制约因子.     

丝绸之路经济带旅游业发展与生态文明建设的耦合协调度研究

通过构建旅游业发展与生态文明建设评价指标体系,采用熵权法和综合评价法测算2009年、2012年、2015年和2018年丝绸之路经济带各省区旅游业发展与生态文明建设的综合评价指数,并运用耦合协调度模型及相对发展模型研究了丝绸之路经济带旅游业发展与生态文明建设的耦合协调关系.研究表明：1)研究期内丝绸之路经济带旅游业发展与生态文明建设的耦合协调发展区域差异明显,空间格局上呈现出东部、南部高于其他地区的差异特征,不平衡问题突出;2)旅游业发展与生态文明建设的耦合协调水平整体偏低,总体水平还处于濒临失调阶段,旅游业发展还需要更长时间与生态文明建设进行磨合;3)旅游业发展与生态文明建设的耦合协调发展过程具有一定稳定性,但处于边缘省区的协调发展水平易出现极化的现象,未来应重视旅游业与生态文明建设耦合协调质量的提高,促进旅游业与生态文明建设优质协调发展.     

松花江佳木斯江段水环境容量分析

从水环境容量利用与管理的角度出发,在科学评价水环境质量现状的基础上,根据水环境功能区的水质目标,通过建立污染源一水环境质量的输入响应关系和模型模拟计算,得到了松花江佳木斯全江段符合不同水域区划要求的水环境容量,为管理提供了科学基础和技术平台,为制定水环境保护专业规划提供了依据.同时,也为协调佳木斯市经济发展和环境变化的关系,制定区域环境规划提供了科学依据.     

基于空间网格的区域生态承载力与产业布局一致性评价

以千米尺度的空间网格为基本测算单元, 通过构建合适的评价指标体系, 开展区域生态承载力与产业布局一致性评价。以上海市青浦区为案例的研究结果表明: 1) 该方法可以有效地识别区域生态承载力与产业压力空间分布状况, 能够对区域生态承载力与产业布局一致性展开评价; 2) 青浦区平均产业压力指数为0.51, 生态承载力指数为0.25, 全区生态承载力与产业布局一致性较高, 平均一致性指数为3.12。     

试论山地系统科学

根据山地研究现状和相关学科发展,提出山地系统科学概念、科学问题、研究方法,建立山地系统科学的框架．山地系统科学,以地球系统科学理论作为理论指导,以“3S”集成等新方法和技术体系为支撑,从时间序列、空间结构、动态过程和耦合关系等多维度入手,对山地系统的动态过程、演变规律、形成机制、耦合关系等展开全方位的研究．从时间序列上,重点研究不同时期自然及人为作用下山地系统的环境演变与山地资源灾害的时空响应机理,辨识环境演变与资源灾害过程的驱动力,揭示山地环境演变过程和山地灾害的成因机理;从空间结构上,开展山地系统结构、功能及成山过程研究,深入探讨不同类型山地环境、资源与灾害的空间分异规律;在时空耦合界面上,探讨重大山地环境和灾害问题,建立评价和区划指标体系,研究山地系统的调控与管理,以及生态经济环境质量综合评估,地质——生态环境演变趋势预测,人——山系统的调控与管理体系,提出合理地开发自然资源和有效地减轻自然灾害的理论和技术措施,推进山地可持续发展．鉴于研究对象复杂性和多学科交叉性,山地系统科学必须把许多相关理论熔合出自身理论体系,形成统一观点和普适方法,同时为西部大开发和贫困山区跨越式发展提供科学基础．     

基于生态足迹模型的重庆市生态承载力现状研究

以相关统计数据为基础,应用生态足迹理论分析了重庆市目前生态承载力现状,结果表明:人均生态足迹为2.452 82 hm2,生态承载力仅为0.270 527 hm2,生态赤字达2.177 824 hm2;提出了控制人口数量,改善消费结构,发展老工业基地,减少环境污染等可行性措施,目的在于减缓生态压力,提高生态承载力。     

短跑运动员竞技能力诊断与评价综述

竞技能力是运动训练的关键概念之一,运动成绩的提高来源于竞技能力的提高,当前我国学者对短跑运动员在竞技能力诊断评价、模型的构建存在着不规范、不科学的地方,研究通过对目前短跑运动员竞技能力的诊断评价、模型的构建相关理论进行梳理,为短跑竞技能力诊断与评价的研究提供一定的理论依据。