自然资本利用的分类测度是可持续发展领域的前沿议题。基于改进的区域足迹深度和区域足迹广度两项指标,分析了2008年中国自然资本利用的省际格局,并对30个省级行政区(由于数据所限,不含西藏、香港、澳门、台湾)进行了聚类划分。结果表明:①存量资本与流量资本的利用状况具有显著的地域互补性,存量资本消耗水平由西向东呈递增态势,而流量资本占用水平由西向东则呈递减态势;②30个省份的自然资本利用状况聚为4类,包括重度利用型1个,中度利用型17个,轻度利用型4个,相对滞后型8个;③自然资本利用的省际格局具有明显的地域集聚性,东部和中部地区以中度利用型为主,西北地区以相对滞后型为主,西南地区以轻度利用型为主。研究表明,自然资本利用省际格局的形成,受资源禀赋、经济水平、土地利用、产业布局等诸多因素影响。应结合各省的具体特点及所处的格局类型,因地制宜地推行自然资本分区管理。
为深入了解各省级区域能源消费碳排放的差异性和公平性,论文通过对基尼系数内涵的扩展,构建碳排放公平性评价模型,计算1996-2008年能源消费碳排放的生态基尼系数和经济基尼系数,结果表明:从生态角度,能源消费碳排放的不公平程度逐渐减小,但仍然处于"高度不平均"状态;从经济角度,能源消费碳排放的不公平程度先上升后下降,位于"相对平均"区间。同时,提出经济贡献系数和生态承载系数以评价2008年各个省级区域能源消费碳排放的公平性和差异性,利用贡献系数矩阵对各个区域进行类型划分,阐述各个类别的特点,以期为国家制定区域差别化的节能减排政策提供依据,提升应对气候变化的整体能力。
论文建立测算与分析居民消费品载能碳排放的投入产出模型,基于可比价投入产出序列表对中国居民消费品载能碳排放进行实证分析。研究表明,1992-2005年,我国居民消费品载能碳排放从33 876×104 t C增长至67 940×104 t C,增幅达1.0倍;其人均值从289.1 kg C增长至519.6 kg C,增幅为79.7%。居民消费碳排放的增幅远小于消费价值量增幅;居民消费碳排放占我国能源消费排放总量的比重波动下降。在排放结构方面,农业、 食品类消费品的排放比重大幅下降,居住、 交通、 信息等服务性消费的排放大幅上升。居民消费品载能碳排放的城乡差距不断扩大,人均排放的城乡比从2.4增至4.0;在排放结构的变动上则表现出一定的趋同特征。我国居民人均消费排放水平远低于欧美发达国家的同期水平,1990年代的人均排放水平仅为美国的1/14,在欧洲国家的1/5至1/2之间。研究认为,通过优化消费结构带动产业结构调整以及促进排放强度降低,未来我国有可能在持续提高居民消费水平的同时,有效减缓消费排放。
以黄河源地区达日县为案例,在牧户调查的基础上,结合气象资料、 遥感和地面调查,分析了气候变暖背景下的草地退化过程和藏族游牧民的响应与适应行为。结果显示,研究地区1956-2009年期间年平均温度每10 a增加0.29℃,比青藏高原和全国增温作用更加明显;在气候变暖和放牧活动的共同影响下,1970年代-2000年期间,29.39%的草地出现退化;为应对草地退化后果,牧民通过提前转场放牧、 建造围栏、 调整畜群数量与结构等生产措施加以缓解,同时生活方式和思想观念也发生了相应变化。这表明,藏族游牧本质上具有适应气候变化的内在机制和属性,可以在一定范围内主动或被动地调整生产生活方式,经过适应性改造的藏族游牧业能够成为黄河源地区重要的气候变化适应模式。
城镇规模的扩张离不开水资源的支撑,水资源承载力是影响城镇开发的重要因素。论文提出一种以水资源约束测算城镇开发度阈值及从"状态-趋势-效应"尺度进行开发度预警的方法,并以江苏省为例进行实证探索,最终划分综合预警分区。结果显示:到2020年,苏州、 无锡、 常州、 南京将成为重度预警区;徐州、 连云港为高度预警区;镇江、 扬州、 泰州、 南通为中度预警区;淮安、 宿迁、 盐城为轻度预警区。利用GM(1,1)模型和相关方程,对城镇开发度、 开发容量、 开发临界时点及开发后温度变化与碳汇损益定性定量化,进行整个开发过程的模拟,客观反映城镇开发安全变化的动态性,以期为政府制定差别化的开发政策和预警措施提供科学依据和理论支撑。
生态环境补偿是自然资源和生态管理领域亟待解决的问题。以"资源稀缺-生态地租-生态环境补偿"为逻辑主线,通过阐述生态地租Ⅰ和生态地租Ⅱ的形成过程,并以生态地租分配为依据,相应地将生态环境补偿分为反映生态资源消耗的生态环境补偿Ⅰ和反映生产效率改善的生态环境补偿Ⅱ两部分,从而构建基于生态地租的生态环境补偿理论框架,提出生态环境补偿的新思路。结合生态足迹数据及投入产出表,测算得到中国1997-2007年每年经济生产中应支付的生态环境补偿Ⅰ的总额由2 781×108元增加到9 900×108元,生态环境补偿Ⅱ的总额由26 318×108元增加到68 262×108元。今后,我国只有支付足额的生态环境补偿费用用于生态环境治理和激励生态环境保护贡献者,才能确保生态资源可持续利用。在此基础上,分析了实现生态环境补偿Ⅰ和生态环境补偿Ⅱ的相关途径。
全球气候变化导致的降水格局改变影响陆地生态系统碳收支状况。陆地生态系统所固定的碳主要通过呼吸作用返回到大气中,而温度和水分是调节生态系统呼吸的重要因素。ChinaFLUX千烟洲中亚热带人工林通量站夏季雨热不同季而造成的季节性干旱为探讨温度和水分对生态系统呼吸的调控作用提供了天然的试验条件。研究利用该生态系统2003-2010年涡度相关和常规气象数据,阐述了生态系统呼吸对温度和土壤含水量的响应特征,对比分析了只考虑温度与同时考虑温度和土壤含水量对生态系统呼吸的季节模式和年呼吸量的影响。研究表明,生态系统呼吸的季节变异主要受土壤温度的控制,呈现指数响应特征。但是,在干旱胁迫条件下,土壤含水量对生态系统呼吸的季节变异起到明显的调控作用。参考温度下的生态系统呼吸(Rref)明显受土壤含水量的影响。生态系统年呼吸量为1 289.4±73.9 gC·m-2·a-1,两类模型的估算结果没有显著差异。但是在生态系统的季节变异上,两类模型估算存在显著差异,同时考虑温度与土壤含水量的模型更适合模拟遭受干旱胁迫的生态系统呼吸。
试验采用盆栽控水的方法,分析、比较了巨桉、竹柳和桤木3个速生用材树种幼树在3种水分条件下(土壤含水量分别保持在田间持水量的85%~80%、55%~50%、35%~30%)的耗水特性。结果表明:①相同天气和水分条件下,蒸腾速率、各时段耗水量、日耗水量和总耗水量绝大多数均表现为巨桉>竹柳>桤木;②相同处理下,巨桉与竹柳的日耗水速率并无显著差异(P>0.05),但都明显高于桤木;③巨桉明显较大的整株叶面积及其在水分亏缺时采取的不同避旱策略是其耗水量高于其它2个树种的重要原因;④树木的耗水能力是与其同化能力、生长速率密切相关的,随土壤含水量下降,各树种的净光合速率、叶面积、株高和地径生长量下降,蒸腾耗水也随之降低,但巨桉同化与耗水能力更不易受到干旱的影响;⑤巨桉和竹柳更适宜于在雨量充沛且季节分布均匀的地区发展,而在水分不足或季节性干旱频繁的地区则适合发展耗水量最小的桤木。
通过对喀斯特山区5种土地利用方式(林地、 花椒林、 火龙果林、 退耕草丛和旱地)土壤养分和活性组分含量的比较研究,探讨了土壤质量对土地利用变化的响应。结果表明,林地土壤养分和活性组分含量最高,其中土壤有机碳、 微生物生物量碳、 氮、 磷、 易氧化有机碳和可溶性有机碳含量分别为44.80 g·kg-1、 477.86 mg·kg-1、 102.87 mg·kg-1、 17.54 mg·kg-1、 7.72 g·kg-1和166.43 mg·kg-1,土壤养分和活性组分含量总体按花椒林、 火龙果林、 退耕草丛和旱地依次下降。除旱地与经自然恢复15 a的退耕草丛土壤养分和活性组分含量较为接近,大多未达显著差异水平外,其他土地利用方式间土壤养分和活性组分均存在显著差异。冗余分析表明,土壤有机碳是影响活性组分变化的主要影响因子;花椒林对土壤养分和活性组分的累积效应仅次于林地,且明显高于火龙果林和旱地。研究阐明了喀斯特土壤的自然修复是一个非常缓慢的过程,需辅以必要的造林措施加速其恢复,花椒林可以作为喀斯特山区农业生产或生态恢复过程中优先考虑的植被类型。
论文利用2008年自然保护区数据,分析全国自然保护区的空间分布特征,并结合自然保护区所在地的社会经济信息,进行空间统计分析,重点从机会成本和保护资金的角度探求影响自然保护区空间分布的经济因素。论文发现,当前自然保护区的空间分布是既有政策下地方政府符合经济理性的选择,机会成本对自然保护区决策有着重要的潜在影响,在自然保护决策中不容忽视。目前的空间分布也揭示了自然保护区管理资金的困境,特别是对于国家级自然保护区,现有资金机制可能成为推动地方政府在自然保护中管理失效的制度根源。国家应该将自然保护区工作与地方社会经济紧密结合,并对不同压力状态下的自然保护区在资金机制上进行分类管理,以便获得更好的保护成效。
选用8种概率分布函数,系统分析北江上游犁市和下游石角2站的水文极值流量。以极大似然法估计函数参数,采用K-S、A-D、ABS和AIC拟合优度方法选出变化环境前后最优分布函数。并对水文极值流量变化规律及其影响作了有益探讨。结果表明:1991年后流域下垫面植被减少是造成年最大流量显著上升的主要原因。犁市站极值流量厚尾分布拟合最好,石角站薄尾分布拟合最优,变化环境前后洪水频率最优分布线型基本一致,但流量增大造成分布参数改变已导致分布线型高水尾部特性变陡,相应设计流量偏大。用水文情势发生变化前估计的洪水重现期往往不能很好地描述变化后洪水频率特征。北江上游及时修建防洪水利工程对减轻中下游的防洪压力尤为重要。
东北黑土区是中国重要的商品粮基地,但是严重的水土流失给其粮食产量带来了严峻考验。论文在遥感和GIS支持下,选择黑龙江省乌裕尔河和讷谟尔河两流域包含的东北典型黑土区作为研究区,以USLE模型和SPOT 5影像为基础,分别获取了2005年研究区的坡面侵蚀量和侵蚀沟分布数据,据此分析了典型黑土区坡面侵蚀和沟蚀之间在不同等级、 坡度、 坡向等方面的耦合关系。研究发现微度侵蚀和轻度侵蚀是坡面侵蚀主要区域,沟蚀发展程度比较剧烈;坡度小于5°时,坡度是沟蚀产生的制约因素,当大于5°时,坡度已经不是侵蚀沟形成过程中的主要控制因素;阳坡坡面侵蚀量高于阴坡的坡面侵蚀量,坡向在东北典型黑土区不是影响沟蚀发育的首要因子;侵蚀强度在2 500 t/(km2·a)以下的地区,随着坡面侵蚀量的增大侵蚀沟密度增大,而当大于2 500 t/(km2·a)以后,侵蚀沟密度比较稳定。
用88个气象站1957-2009年的月平均风速和最大风速日值资料,采用距平累积法、 5 a趋势滑动法、 Mann-Kendall趋势检验法等分析了黄土高原地区风速的变化趋势及其空间分异等特征。结果表明:①黄土高原地区1957-2009年多年平均风速为2.36 m/s,水蚀区、 水蚀风蚀交错区和风蚀区年均风速分别为2.36、 2.17、 2.60 m/s,年际变化倾向率分别为-0.008 4、 -0.009 4和-0.018 8 m·s-1·a-1,并均通过了0.001的极显著性检验。3个区域均是冬、 春季的平均风速对全年趋势演变贡献率较大,年均风速也均在1981年发生偏强转为偏弱的跃变,20世纪70年代以后平均风速逐渐减小。②黄土高原平均风速减少的主要原因是最大风速为5级或5级以上的发生日数减少。大风频率从1970年代至2000年代呈显著减少趋势,风蚀区减少幅度最大,减少了10%以上,水蚀风蚀交错区减少1%~5%,到2000年代,大多数站点的大风频率均降低为<2%。③水蚀风蚀交错区和风蚀区年均大风日数较多,而水蚀区和黄土高原西部地区年均大风日数较少。根据大风年均发生日数,将大风天气划分为大风天气较少区(年均大风日数<10 d)、 较多区(10~50 d)、 多发区(50~100 d)和频发区(>100 d)。大风较多区在黄土高原地区分布最广,其次是较少区,无频发区。70年代至90年代,风蚀区和水蚀风蚀交错区的站点大多为大风较多区,其中70年代中宁和包头为大风多发区;2000年代以后,大部分地区转为大风较少区。
论文基于陇东地区15个气象站点1971-2010年的月降水资料,采用不同尺度的标准化降水指数(SPI)反映不同时间尺度的旱涝状况,并结合GIS空间分析技术和数理统计理论,对其旱涝特征进行定量化分析,阐述其时空演变规律。结果表明:近40 a陇东地区呈干旱化演变趋势;1971-2000年旱涝频繁,30 a间共出现7次干旱事件和5次雨涝事件,而2001-2010年旱涝频率较小。春、 夏、 冬季干旱呈弱增加趋势,秋季旱涝基本持平。该区降水存在三种空间分布型,并依此划分为三个旱涝区域,即东南部(雨涝区)、 北部(干旱区)和中西部(降水适宜区)。季节旱涝存在较大的空间分布差异,其中北部的环县、 华池在夏秋冬三季普遍干旱,西部的静宁在冬春夏三季易旱;而中部的西峰、 镇原和南部的泾川、 崇信、 华亭等地四季降水偏多,易形成雨涝。
寒潮是我区主要灾害性天气之一,南疆植被稀少,温差大,强冷空气南下,容易形成寒潮。论文利用南疆5地(州)1949-2008年间的寒潮发生频次、 持续时间及其造成的受灾农田面积、 死亡牲畜、 经济损失数据资料,对南疆寒潮空间分布、 年际变化、 季节变化、 形成原因及其对农业生产影响进行深入分析。分析得出:①近60 a来,南疆寒潮发生频次山区多于平原、 北部多于南部,而寒潮过程降温幅度天山南麓绿洲带大于北部山区;对地(州)而言,巴州发生频次最多,受灾最严重,阿克苏次于巴州,克州与和田寒潮频次与受灾最少,喀什居中。②近60 a来,寒潮发生频次年际变化幅度较大,总体上呈现略有减少趋势,特别是1999年来频次明显减少;每年9月至翌年5月是寒潮活动期,以5月和4月发生频次最高,极端最大降温以4-5月和9-10月居多。③在气候变暖背景下,虽寒潮频次总体上呈略有减少趋势,但由于4-5月寒潮较多,而且小麦返青拔节,棉花出苗蕾铃,果树生芽开花,其抗寒能力下降,遇到明显降温,就会发生冻害,加上绿洲种植面积扩大,社会经济发展,承载体单位面积的受灾成本提高,使南疆寒潮低温冻害灾害呈显著增多趋势。
由于土地覆盖通常存在年际变化和季节变化,区分人为活动引起的变化与这种自然变化需要两期数据时间一致。论文利用黑龙江省1975、1990、2000、和2005代表年Landsat数据,分析了数据时间差在16 d MODIS-NDVI时间序列的误差。研究发现,Landsat数据4个代表年的年际差分别为1975±4 a,1990±4.5 a,2000±1.5 a,2005±1.5 a,季节差为47 d。Landsat季节差对MODIS-NDVI的影响是:当季节差为16~48 d时,东北地区耕地与草地以生长高峰期为参照的MODIS-NDVI变化最高可达0.4以上,林地MODIS-NDVI变化0.1~0.2;当时间差<16 d时,如果仍以生长高峰期为绝对参照,东北大部分地区误差<0.1,只有少数耕地误差0.1~0.2。如果以两个时间为相对参照,则<16 d的误差也可能导致较大的MODIS-NDVI误差,其大小有明显的季节性。在生长高峰期7月12日至8月28日,8 d±8 d的时间差导致的NDVI差大于0.1的像元仅2.93%,是变化检测最佳时期;但在除此之外的6月10日至9月29日间,8 d±8 d时间差导致NDVI差大于0.1的像元比例超过11.42%,选择Landsat必须避开这一敏感期。结论:利用高时间分辨率MODIS-NDVI可在3个方面提高Landsat变化检测效果:①辅助选择最佳时间;②当无法选择最佳时间时,评估时间差可能引起的误差和方向;③直接使用生物物理参数作为变化检测的指标之一。
