2022年, 第13卷, 第1期 刊出日期:2022-01-30 上一期   
陆地生态系统模拟研究中IBIS模型开发应用的回顾和展望
刘金勋, 卢学鹤, 朱求安, 袁文平, 苑全治, 张臻, 国庆喜, DEERING Carol
2022, 13 (1):  2-16.  doi: 10.5814/j.issn.1674-764x.2022.01.001
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全球动态植被模型(DGVM)是研究生态系统复杂过程和全球变化的强有力工具。本文基于过去20多年全球已发表的文献,对得到广泛关注和应用的DGVM之一——集成生物圈模拟器(Integrated Biosphere Simulator, IBIS)的开发、改进、发展及应用进行了总结。IBIS是一个在全球变化等多领域中有着广泛应用的模型。自1996年诞生以来,IBIS在陆地生态系统的碳、氮、水循环,植被动态、陆气耦合、水域系统耦合和气候变化影响等多个方面取得了验证和应用。本文较为系统地阐述了IBIS模型在V2.5版本后的不同发展方向,主要针对IBIS模型在水文过程(蒸散、土壤水分、地下水、径流)、植被动态(植被功能型、土地覆盖变化)、植被生理过程(植被物候、光合作用、植被生长、碳分配)、土壤生物地球化学过程(土壤碳氮循环及反馈、温室气体排放等)以及包括土地利用变化、干扰与管理等人类活动过程等方面的改进与发展进行了全面的综述;在此基础上,对模型在生态系统生产力、碳水收支、水分利用效率、温室气体排放、自然干扰(干旱、火灾、虫害)和人类活动(土地利用变化、农业经营)等方面的应用,以及模型的技术性改进方面进行了回顾;最后对模型的前景和进一步发展提出了一些见解。

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1999-2008年间中国森林土壤碳汇功能初步估算
王斌, 刘某承, 周志春
2022, 13 (1):  17-26.  doi: 10.5814/j.issn.1674-764x.2022.01.002
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基于样地资料、文献资料和森林资源清查资料,以及不同森林类型蓄积、生物量、年凋落量和土壤呼吸之间的函数关系,估算1999-2008年间中国森林生态系统的NEP(净生态系统生产力)、△Cbiomass(现存森林植被碳储量增量)和NR(非呼吸代谢消耗光合产物),再根据森林生态系统碳平衡方程,初步估算中国森林土壤碳汇(△Csoil = NEP-Cbiomass-NR)。研究结果表明:中国森林生态系统总的NEP、Cbiomass、NR和△Csoil分别为157.530、48.704、31.033和77.793 Tg C yr?1,单位面积NEP、△CbiomassNR和△Csoil分别为101.247、31.303、19.945和49.999 g C m?2 yr?1。中国森林土壤碳汇存在较大的空间差异,江西、湖南、浙江、福建、安徽、山西、陕西、广西和辽宁9省(区)森林土壤为碳源,释放的碳约为25.507 Tg C yr-1。其他22个省(区)森林土壤为碳汇,吸收的碳约为103.300 Tg C yr-1。本研究建立了基于森林资源清查资料的中国森林土壤碳汇评价方法,是对现有的基于统计资料进行森林生态系统碳循环研究的有益补充,将推动具有可比性的、按照一致性的研究方法开展的区域尺度森林土壤固碳功能研究。

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2000-2020年西南石漠化区植被生态质量时空变化及对气候变化的响应
徐玲玲, 钱拴, 赵秀兰, 延昊
2022, 13 (1):  27-33.  doi: 10.5814/j.issn.1674-764x.2022.01.003
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石漠化是我国西南地区突出的生态环境问题之一,植被恢复是喀斯特地区生态重建和石漠化治理的首要任务。选择植被生产力和覆盖度两个关键指标,基于气象、遥感等多源数据构建了石漠化区植被生态质量监测评估模型,采用差值法和线性趋势法分析了2000-2020年西南滇桂黔三省石漠化区植被生态质量时空变化趋势及对气候变化的响应。结果表明:(1) 2000-2020年滇桂黔石漠化区植被生态质量整体呈波动性上升趋势,2020年植被生态质量指数达69.7,较2000年和2000-2019年平均值分别提高19.9%和9.3%,居2000年以来第四高位。(2) 2000-2020年滇桂黔石漠化区植被生态质量呈改善趋势的面积比例分别为89.2%、99.2%和98.5%,其中云南东南部、贵州大部、广西西北部等地改善明显,植被生态质量指数平均每年增加0.5-0.75。(3)降水量是影响石漠化区植被生态质量的重要气象因子;受气候暖干化趋势影响,云南西北部和中部等地植被生态质量指数上升较慢,局地以平均每年近0.25的速率下降。

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藏东南色季拉山林线物种方枝柏的叶寿命
张林, 杨柳, 郭莹, 沈维, 崔光帅
2022, 13 (1):  34-40.  doi: 10.5814/j.issn.1674-764x.2022.01.004
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作为叶经济学谱系中的一个关键指标,叶寿命是植物为了获得最大化光合碳收获的重要适应策略。由于很难鉴别越冬芽鳞痕以及区别不同叶龄叶片,鲜有研究关注柏科物种的叶寿命,使得我们对该类群的叶经济学谱系研究缺乏了解。基于此,我们对西藏东南部色季拉山不同海拔、不同冠层高度的方枝柏叶寿命和单位重量的叶氮含量(Nmass)开展了调查分析。结果表明,方枝柏平均叶寿命约为4.2±1.2年,总体上不同海拔间叶寿命差异不明显。随树冠高度的垂直变化,叶寿命总体上并未表现出明显的线性变化趋势。随叶寿命的增加,Nmass呈现降低趋势。进一步分析了叶寿命与对应绿色小枝长度的关系,发现二者关系不显著或解释度极低,表明小枝长度不能很好地预测叶寿命的变化。总的来说,在高山林线以及邻近的亚高山地区,海拔和冠高的变化对方枝柏叶寿命的影响较小,而叶寿命与叶氮含量的关系符合叶的经济学法则。

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中国麋鹿种群动态发展与挑战
薛达元, 张渊媛, 程志斌, 钟震宇, 曹明, 付梦娣, 白加德, 原雪姣
2022, 13 (1):  41-50.  doi: 10.5814/j.issn.1674-764x.2022.01.005
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稀有濒危物种的重引入是生态保护和生态系统恢复的最重要途径之一,但重引入的风险很高,大多数重引入项目都以失败告终,因此亟需成功经验。麋鹿(Elaphurus davidianus)可视为生态保护领域最成功的重引入案例之一,通过重引入和迁地保护,阻止了该物种的灭绝之路。清朝(1644-1912)年间,最后一群麋鹿被圈养在皇家猎苑,随着清朝的灭亡,仅存的麋鹿被劫掠至欧洲各大动物园,其中一群麋鹿被圈养在英国十四世贝福特公爵的乌邦寺庄园。1985至1987年间,乌邦寺分两批将38只麋鹿重引入到中国,饲养在北京麋鹿苑。1986年又引入39只到江苏大丰麋鹿国家级自然保护区。35年来,麋鹿种群得以重新恢复,超过700只麋鹿被从最初的2个分布地输送到另外82个分布地,截至2021年,全国麋鹿种群数量达到9136只,其中野生种群数量达到2855只。北京麋鹿苑的麋鹿数量为186只,江苏大丰麋鹿数量为5681只。然而,目前麋鹿保护仍面临严峻挑战。种群缺乏遗传多样性,近交退化现象严重,导致较高的流产率,对疾病的抵抗力下降,麋鹿寿命降低。环境因素如污染、生境破碎化等导致野生种群数量进一步降低,形成离散种群。此外,当前麋鹿保护缺乏国家层次的总体规划、协调一致的监测平台,对于圈养种群尚未制定繁殖策略。最后,麋鹿保护也缺乏有效的国际合作机制。我们建议形成国家层次的麋鹿保护总体规划,并构建国内外麋鹿种质资源共享数据库,涵盖世界范围内所有的迁地保护种群,以长效保护这一曾经野外灭绝的物种。

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农业文化遗产地文化关键种的概念、内涵和意义
闵庆文, 杨晓, 丁陆彬
2022, 13 (1):  51-60.  doi: 10.5814/j.issn.1674-764x.2022.01.006
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包括联合国粮农组织(FAO)认定的全球重要农业文化遗产(GIAHS)和一些国家农业部认定的国家重要农业文化遗产(NIAHS)在内的农业文化遗产是一种新的遗产类型,通常具有丰富的生物多样性、多元的传统知识、独特的资源利用技术、杰出的文化景观,是一个典型的社会-生态系统。文化关键种作为塑造了一个地区的社会文化特征的重要物种,可以作为研究社会-生态系统保护与恢复力提升的一种独特视角和方法。本文通过系统梳理文化关键种概念的起源与内涵,分析了它们与生物文化多样性和社会-生态系统保护之间的关系,并结合农业文化遗产的基本特征和保护需求,尝试对农业文化遗产地文化关键种给出了定义,即“在农业文化遗产系统内,由生物资源和文化实践紧密结合,对当地社会文化的稳定性产生重要影响且能够促进农业文化遗产保护目标实现的生物文化复合体”。在此基础上,进一步分析了识别农业文化遗产文化关键种对农业文化遗产保护的主要意义:一是通过文化关键种的识别与保护有助于遗产地关键要素的识别和保护;二是利用文化关键种社区认同度高的优势可以调动社区参与遗产保护的积极性;三是以文化关键种的识别与保护为切入点,有助于更好地实现全球或国家重要农业文化遗产保护目标,即保障食物与生计安全、保护生物多样性、促进传统知识与技术体系传承以及维持景观特征等。

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长江大型通江湖泊中克氏原鳌虾(Procambarus clarkii)种群数量的影响因子
王玉玉, 谭文卓, 李斌, 肖雅渝, 郭敏, 陆修远, 雷光春
2022, 13 (1):  61-67.  doi: 10.5814/j.issn.1674-764x.2022.01.007
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入侵物种和栖息地退化都是导致淡水生物多样性丧失的主要原因。但是关于栖息地退化和入侵物种种群数量的研究很少。克氏原鳌虾(Procambarus clarkii)是淡水生态系统中最具破坏性的入侵物种之一。本研究采用主成分分析法(Principal Component Analysis,PCA)、广义线性模型 (Generalized Linear Model,GLM)和贝叶斯模型(Bayesian model),分析了2017-2019年西洞庭湖天然湿地和改造湿地中的克氏原螯虾的单位捕捞努力量渔获量(CPUE)与环境因子的关系。研究结果表明,克氏原鳌虾CPUE与总氮、总磷、水温、pH、水深、水透明度呈正相关,与溶解氧和氧化还原电位呈负相关。克氏原鳌虾CPUE在天然湿地和改造湿地中的差异不显著。克氏原鳌虾CPUE呈逐年下降趋势,且2018年与2019年的克氏原鳌虾CPUE均显著低于2017年。水文情势的年际变化对克氏原鳌虾种群数量的影响起重要作用。保证夏季水位和流速对控制克氏原鳌虾种群数量具有重要意义。

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生态系统服务变化的驱动机制研究进展
张彪, 史芸婷, 王爽
2022, 13 (1):  68-79.  doi: 10.5814/j.issn.1674-764x.2022.01.008
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近年来,全球及区域生态系统服务均呈现出快速变化趋势,分析研究生态系统服务变化的驱动机制有助于精准模拟未来生态系统服务情景,进而服务于生态系统管理决策的科学制定。虽然已有部分研究探讨了土地利用或气候变化对生态系统服务的影响,但生态系统服务变化的驱动机理与应对策略亟待全面揭示。为此,该文回顾总结了国内外关于生态系统服务变化驱动机制的研究成果,并分析归纳了生态系统服务变化的主要驱动因子与未来模拟技术,结果发现:(1)土地利用与气候变化是造成生态系统服务变化的主要因素,且相互作用共同驱动生态系统服务的变化;(2)生态系统服务变化的单影响因子识别取得较大进展,但多种影响因子的交互作用及其在生态服务变化中贡献亟需清晰分解;(3)基于遥感与气候模型的多情景模拟是预测未来生态系统服务变化的主要手段,但需要科学模拟多因素交互作用下的综合影响及其应对途径;(4)未来研究应加强人类活动对生态系统服务影响的分解与模拟,研发区域生态系统服务对重大生态工程的时空响应与探测技术,以科学指导区域生态保护建设与规划布局。

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近20年来中国生态补偿研究热点分析——基于文献计量研究
刘某承, 白云霄, 苏伯儒
2022, 13 (1):  80-92.  doi: 10.5814/j.issn.1674-764x.2022.01.009
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近年来,生态补偿作为生态文明的重要组成部分,在学术界获得了广泛的关注。本研究运用知识图谱工具CiteSpace对CNKI数据库中学术期刊收录的生态补偿研究的相关文献进行梳理分析,以期为该领域研究提供更客观、科学的参考。结果表明:国内有关生态补偿的研究在2000年左右开始出现,并于2009年迎来第一个研究热潮;国内学者多从生态补偿的内涵、补偿主客体、补偿标准、补偿方式、补偿监管与补偿效果的评估等方面对生态补偿进行研究和探讨,特别是有关生态补偿标准的文章相对较多。同时,生态补偿研究还常常与生态系统服务价值和生态产品价值实现相联系。未来,研究者应着重关注建立和完善生态补偿标准核算体系、探索市场化的生态补偿机制、重视生态补偿资金分配机制,以及加强生态补偿效果评估的相关研究,以推动生态补偿理论朝着纵深化方向发展,为我国处理好保护与发展之间的关系提供新的研究视角。

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基于污染足迹模型的湖州市农业污染评估
李静, 焦雯珺, 闵庆文, 李文华, 赵军凯
2022, 13 (1):  93-99.  doi: 10.5814/j.issn.1674-764x.2022.01.010
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太湖流域的水环境质量呈现严重恶化趋势,农业污染物的排放是太湖流域水体环境恶化的主要原因之一。农业污染物主要来源于种植业、畜禽养殖业和水产养殖业的生产过程,不同于以往分开论述三者对水环境的影响,本文基于全国第一次污染普查数据,运用污染足迹模型定量分析了湖州市农业面源(种植业、畜禽养殖业和水产养殖业)对水环境的影响。研究结果表明:(1)农业生产产生的污染物对水环境的影响排序为:磷>氮>有机物;(2)各农业生产类型对水环境的影响排序为:水产养殖业>种植业>畜禽养殖业;(3)湖州市各区县对水环境的影响也存在着明显的空间差异。通过对湖州市农业污染足迹评估,可以明确地提出哪种污染物类型、农业生产类型和区域是湖州市农业面源污染治理的重点。研究结果可以为太湖流域农业的可持续发展和水资源的可持续利用提供一定的参考价值。

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在西藏高原高海拔地区应遵循森林植被分布规律和选择乡土树种造林
石培礼, 郑莉莉, 周天财, 侯阁, 赵广帅
2022, 13 (1):  100-106.  doi: 10.5814/j.issn.1674-764x.2022.01.011
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森林是陆地生态系统的主体,在国家生态安全屏障保护与建设中发挥着重要的作用。我国大规模造林实践都依从年降雨量400 mm的阈值,在高于该降水阈值的地区造林。但针对西藏高原高海拔地区造林,无论是实践经验和理论探讨方面都很少涉及。在高海拔地区造林的最高海拔和树种选择需要遵循什么原则?以及以往高海拔地区造林的经验教训给我们什么启示? 这些都是值得进一步思考的问题。本文从植被地带性分布规律出发,提出高海拔造林要遵从植被地带性分布原则和温度限制原则,指出植树造林要在森林分布区内、气候树线分布的海拔以下的区域才有可行性。以西藏高原东部森林分布格局和主要气候树线树种的分布海拔上限为例,论证了植树造林的潜在空间范围。从主要造林树种的生物学特性和气候生态位的角度,对可能用于造林的乡土树种及其造林立地条件进行了厘定,并指出了那曲造林存在的问题。总之,在西藏高海拔地区造林需要遵从地带性植被分布规律,重点考虑海拔上限和适宜树种选择问题,采用乡土树种,做到适地适树。

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高寒退化草地中垫状点地梅的生态系统工程师作用
何永涛, 王芳, 牛犇, 王志鹏, 李猛, 石培礼, 张宪洲
2022, 13 (1):  107-112.  doi: 10.5814/j.issn.1674-764x.2022.01.012
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垫状植物是高寒地区广泛分布的一类具有特殊形态的植物,被称为高寒生态系统工程师,其在高寒退化草地中的作用如何?本研究以位于西藏当雄念青唐古拉山脉南坡4500 m的一处高寒退化草地为例,调查了垫状点地梅覆盖区域内外的物种多样性、土壤养分以及水分的差异。结果表明:垫状点地梅可以显著改善土壤养分,提高幅度大约为16%-48%,其中有机质和总氮(N)分别增加了16.2%和18.9%;局部土壤含水量提高约12%;样方内的物种丰富度(S)、Shannon-Wiener指数(H)和Simpson指数(D)都随着垫状点地梅盖度的增加而呈增加的趋势。垫状点地梅在退化草地中具有显著的改善土壤微环境和提高群落物种多样性的作用,应加强保育以促进高寒退化草地的恢复。

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冀西北坝上地区不同植被类型的生态需水量
许中旗, 张乃暄, 王冉, 杨鑫, 孙守家, 闫腾飞
2022, 13 (1):  113-119.  doi: 10.5814/j.issn.1674-764x.2022.01.013
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为了了解冀西北坝上地区不同植被的生态需水量,为该地区的植被建设提供科学依据,采用实际观测数据及Irmak-Allen公式对张北坝上地区乔木林、灌丛和草地的生态需水量、生态缺水量进行了研究。研究结果表明,冀西北坝上地区3种植被生长季的实际蒸散量由高到低为乔木林、灌丛和草地,分别为401.81 mm、358.78 mm和346.02 mm。生长季乔木林、灌丛和草地的最小生态需水量分别为243.96 mm、218.35 mm和211.36 mm,适宜生态需水量分别为472.99 mm、423.34 mm和409.77 mm,适宜生态缺水量分别为198.56 mm、148.91 mm和135.34 mm。植被生态缺水量具有明显的季节性,5、6月份缺水量最大,7-10月份较低,甚至还有盈余,5、6月份进行人为补水将有助于缓解植被的干旱胁迫。冀西北坝上地区的降雨量能够满足乔木林最小生态需水量的要求,但与适宜生态需水量差距较大,不足以使乔木林维持良好的生长状态,这是导致坝上地区杨树防护林退化的主要原因。

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中国退耕还林还草发展历程、建设现状与前景展望
李世东, 刘某承
2022, 13 (1):  120-128.  doi: 10.5814/j.issn.1674-764x.2022.01.014
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退耕还林还草工程是构建人与自然生命共同体最具标志性的世界重点生态工程,经过新中国成立以来的号召动员阶段、20世纪末开始实施的第一轮退耕还林还草、2014年启动实施的第二轮退耕还林还草,截至2020年,中央财政已累计投入5353亿元,在25个省(区、市)和新疆生产建设兵团的2435个县实施退耕还林还草3483万ha,其中退耕地还林还草1423万ha、荒山荒地造林1753万ha、封山育林307万ha,占同期全国重点工程造林总面积的40%,有4100万农户、1.58亿农民直接受益,工程建设取得了巨大成效,每年产生的生态效益总价值量达1.42万亿元,经济效益0.26万亿元,社会效益0.73万亿元,合计2.41万亿元,为建设生态文明和美丽中国做出了突出贡献。展望未来,退耕还林还草将走向高质量发展新阶段,就是要努力实现建设高质量、成果高效益、管理高水平,我国在2021-2035年间将继续推动第三轮退耕还林还草,预计可以退耕还林还草667万ha。

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青藏高原草地地上生物量和理论载畜量
张宪洲, 李猛, 武建双, 何永涛, 牛犇
2022, 13 (1):  129-141.  doi: 10.5814/j.issn.1674-764x.2022.01.015
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准确模拟和预测草地地上生物量 (Aboveground biomass, AGB)和理论载畜量对于维持草地生态系统平衡、优化放牧管理至关重要。当前很多研究以围栏外草地AGB为基础,估算了青藏高原草地AGB的现存量。但是,牛羊啃食后的草地AGB现存量无法准确评估草地理论载畜量。围栏内草地不受家畜采食影响,其年际变率由环境因子驱动,可视为草地潜在AGB (potential AGB, AGBp),更适用于草地理论载畜量的评估。本研究以青藏高原345个围栏内AGB观测数据为基础,结合气候、土壤和地形数据,利用随机森林算法构建草地潜在地上生物量估算模型,并对当前气候条件(2000-2018年)和未来20年(2021-2040年)4种气候变化情景(SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5)下的草地AGBp和高寒草地理论载畜量进行模拟与预测。结果表明:(1)随机森林算法可准确模拟当前气候条件下的青藏高寒草地AGBp (R2 = 0.76, P < 0.001);2000-2018年青藏高寒草地AGBp平均值为102.4 g m?2,时间上增加趋势不明显 (P > 0.05);AGBp年际波动和生长季降水显著正相关(R2 = 0.57, P < 0.001),和生长季温度日较差显著负相关(R2 = 0.51, P < 0.001)。(2)当前气候条件下,青藏高寒草地平均理论载畜量为0.94 SSU ha?1(standardized sheep unit ha?1);在过去20年约有54.1%草地理论载畜量呈提升状态。(3)和当前相比,未来20年青藏高原中部和北部草地AGBp和理论载畜量呈下降态势。因此,建议未来在厘清气候变化影响下草畜关系的基础上进行有针对性的草牧业规划和管理,以缓解区域气候变化引起的草畜矛盾。

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新时期旅游研究中生态学理论与实践
孙业红, 姚灿灿, 陈跃鑫, 宋雨新, 王英
2022, 13 (1):  142-160.  doi: 10.5814/j.issn.1674-764x.2022.01.016
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旅游是人们应对过快生活节奏、舒缓压力、放松身心的休闲行为之一。随着旅游的发展,旅游者增多、旅游活动范围扩大,旅游对生态环境的影响逐渐显露出来。生态环境是旅游可持续发展的基础,部分旅游目的地由于缺乏对旅游资源进行系统科学的评估与规划,旅游开发模式相对单一、粗放,导致地方一时难以应对大量人口的涌入,自身内部系统受到一系列的干扰,对当地生态环境带来了恶劣的影响。在危及旅游业自身发展的同时,当地居民的生存质量也受到了威胁。旅游-环境问题成为旅游领域的研究热点。生态学理论为旅游研究提供新的理论视角,学者们开始致力于研究旅游活动对植被、动物、水、土壤等具体要素及整体环境的影响。通过收集1990-2020年国内外生态学理论相关的旅游文献,梳理生命周期、景观生态学、承载力、生物多样性、生态位、生态足迹等生态学理论在旅游领域中的应用现状。研究发现,这些理论在旅游领域的应用主要集中在实证研究上,对相关基础理论的研究较少。在实证研究方面,研究方法缺乏创新。因此,未来的研究应重视生态理论在旅游领域的理论研究,并结合现代科学技术在实际应用中加强研究方法的创新,并对生态理论在未来旅游研究中的应用前景进行了探讨。

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北京市2006-2016绿色发展水平时空演变特征研究
伦飞, 李红, 胡起源, 高翔, 查思含, 霍伟, 张丹, 肖潇
2022, 13 (1):  161-172.  doi: 10.5814/j.issn.1674-764x.2022.01.017
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绿色发展是实现全球可持续发展目标的重要途径。如何平衡经济发展与环境保护,已成为中国首都北京面临的巨大挑战,其研究成果与实践经验可以为其他城市的生态文明建设和绿色发展提供参考建议。本文以北京市2006-2016年的统计数据为基础,构建了北京市绿色发展评价体系,并运用投影寻踪模型和空间分析方法,分析了北京市绿色发展水平的时空演化特征,并进一步探讨了研究期间北京市绿色发展的主导因素。研究结果表明:(1)北京市绿色发展的总体水平和平均水平均呈现明显的上升趋势;(2)北京市各功能区绿色发展存在明显的空间差异,城市外区绿色水平明显高于内区;(3)生态环境以及消费水平是影响北京绿色发展的两个重要因素。

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