石羊河流域生态承载力时空变化及其驱动力研究

作为人-地耦合关系研究的重要内容,生态承载力研究已成为生态学及资源环境领域多学科交叉研究的热点和区域可持续发展的战略性研究工作。针对当前以自然地理单元为对象的区域生态承载力评价方法、时空格局及其驱动力研究的不足，利用遥感、GIS技术，结合实地观测、室内试验和数量分析等手段，构建基于净初级生产力（NPP）全面核算的高分辨率、动态的流域生态承载力评价方法，并以我国西北干旱区石羊河流域为例，开展近40年来该流域多空间尺度生态承载力的时空变化特征及其耦合模式研究；遴选驱动其变化的主要自然与人文因素，分辨各因素的相对贡献，探讨各驱动因素与生态承载力的互馈机制，以揭示流域多空间尺度生态承载力时空变化的动因；并以全球气候变化为背景，预测该流域未来不同情景下生态承载力的发展趋势，以丰富流域生态承载力研究的理论体系，完善其评价方法，并为石羊河流域生态环境综合治理和前瞻性可持续发展规划的制定提供科学依据。

作为人-地耦合关系研究的重要内容,生态承载力研究已成为生态学及资源环境领域多学科交叉研究的热点。针对当前区域生态承载力评价方法、时空格局及其驱动力研究的不足，本项目利用遥感数据、GIS技术、Matlab、SPSS软件和CASA模型，结合实地观测和多元回归、偏最小二乘法、趋势分析等多种统计方法，以及空间自相关、热点分析、元胞自动机等多种空间分析技术，在生态足迹方法的基础上构建了基于净初级生产力的高分辨率生态承载力空间评价方法。以石羊河流域为例，采用1977-2014年间多期遥感、NDVI和自然人文数据，基于流域、县区、乡镇3级尺度对近40年石羊河流域生态承载力供需状况、动态趋势和时空格局进行了定量分析；开展了基于环境条件约束下不同情景的流域生态承载力优化模式模拟研究；深入分析了影响生态承载力变化的主要自然与人文因素，探讨了各驱动因素对生态承载力变化的驱动机制及贡献。主要研究结论如下：（1）提出基于高分辨率的流域净初级生产力遥感数据计算转换因子（均衡因子和产量因子）的新方法，基于此构建了生态承载力空间评价方法，并进行了实证研究，首次获得了该流域2种栅格尺度和图斑尺度的转换因子空间数据库，以及流域尺度的耕地、林地、水域、草地、未利用地、建设用地的产量因子（0.57、0.51、1.17、0.49、0.42、0.57）和均衡因子（1.35、1.78、1.28、0.42、0.29、1.35），较传统方法极大地提高了转换因子的分辨率和准确度，为开展流域生态承载力动态、多尺度的核算和空间分析提供了新方法；进一步研究指出流域生态承载力计算存在明显的尺度效应。（2）近40年石羊河流域人均生态承载力供、需呈现相反的变化趋势，且存在明显的时空异质性，表现出人均生态承载力供需矛盾日益突出；至2009年，该流域进入生态赤字状态。（3）石羊河流域的生态承载力供、需的时空变化受多种自然与人文因素的影响，无论在流域尺度或者县区尺度上，生态承载力变化受自然因素影响较大，而生态足迹变化受人文因素影响较大。（4）3种不同情景的流域生态承载力空间优化结果对改善生态承载力空间格局和控制生态赤字具有积极作用。本项目的研究成果弥补了生态承载力评价方法的不足，全面揭示了石羊河流域及其内部不同尺度区域生态承载力时空变化及其驱动力，并提出生态承载力的优化模式和管理政策模型，可作为该流域生态环境可持续发展的重要科学依据。