不同格网尺度下生态系统服务价值空间分异及其影响因素差异——以大南昌都市圈为例

在江西省持续推进生态文明建设的背景下，生态系统服务价值（ESV）空间分异及其影响因素的探析对生态环境保护与改善、促进区域性可持续发展等方面具有重要意义。以大南昌都市圈为例，利用当量因子法、空间自相关分析等方法，分析1 km×1 km、3 km×3 km、5 km×5 km及10 km×10 km各个格网尺度下地均生态系统服务价值的空间分布特征，并利用地理探测器和空间回归模型，研究不同尺度下ESV空间异质性的影响因素及其尺度差异性。研究结果表明：（1） ESV分布总体呈现西北部高，东南部低的特点，且各种格网尺度下均存在显著空间正相关性和空间集聚效应，但随着格网尺度增大其集聚效应减弱。（2） ESV空间异质性受自然、社会的协同作用，其中，人为影响指数的贡献最大，且任意双因子都比单一因子对ESV空间异质性的解释力高，但随着格网尺度增大，各因子及因子间的耦合协调作用对ESV的解释力都呈下降趋势。（3）随着格网尺度的增大，空间回归模型的拟合度下降，且不同格网尺度下影响ESV空间异质性的影响因素的作用强度不同，作用方向也有发生变化。     

退耕区域生态系统服务作用关系尺度效应及分异机制——以安塞区为例

生态系统服务的形成依赖于一定时空尺度上的生态过程。因此,探究生态系统服务在不同空间尺度的特征、关联和效应对于丰富生态系统服务的可持续管理具有重要的理论价值和实践意义。以典型退耕县域安塞区作为研究对象,基于生态模型定量评估了6项重要的生态系统服务,采用相关系数法、双变量空间自相关以及地理探测器揭示了不同空间尺度上生态系统服务作用关系的尺度效应及分异机制。研究结果显示：(1)退耕区域内,生态系统服务之间以协同关系为主,其中调节服务与支持服务的协同关系最强(|r|≥0.5),而权衡关系发生在文化服务与其他服务之间。从时间序列来看,调节服务与支持服务的作用关系较为稳定,在研究期间保持为协同关系,且协同度在退耕还林后有所提升;(2)生态系统服务作用关系的空间尺度效应主要表现在作用关系的方向变化与空间显著性的差异。在网格尺度中,生态系统服务之间的关系较为稳健,作用方向的变化主要发生在网格尺度与行政单元之间,且随研究尺度的加大,服务之间作用关系的空间显著性降低;(3)生态系统服务的权衡与协同是自然因子和社会因子共同作用的结果。退耕区人类活动干扰较小,自然因子的解释力(q均值0.1507)高于社会因子...     

2000-2019年重庆市植被覆盖时空变化特征及其驱动因素

基于MODIS-NDVI数据、气象数据、地形数据和人类活动数据,采用趋势分析等方法,应用地理探测器模型,全面分析2000-2019年重庆市植被覆盖时空变化特征,并探究各地理因子及其交互作用对重庆市植被覆盖的影响程度与作用机制。研究发现:(1)2000-2019年,重庆市植被覆盖整体呈波动上升趋势,增长率为4.4%/10a,NDVI偏差值呈先减小后增加趋势。(2)2000-2019年,重庆市植被覆盖高值区主要分布于渝东北和渝东南,低值区则主要分布于三峡库区消落带及渝西、主城地区;植被覆盖空间格局在东西方向上由"一字型"向"斜线型"演化,南北方向上由"浅U型"向"深U型"演化。(3)2000-2019年,各地理因子对重庆市植被覆盖空间分异性解释力大小依次为:年均温(0.3459)>高程(0.3281)>年均降水量(0.2305)>人类活动强度指数(0.1747)>坡度(0.1008)>总辐射(0.0552)>坡向(0.0034);年均温、坡向、人类活动强度指数解释力总体呈增加趋势,年均降水量、总辐射、高程、坡度解释力总体呈减小趋势。(4)2000-2019年,各地理因子对重庆市植被覆盖变化存在交互作用,且呈双因子增强和非线性增强两种类型,而不存在相互独立作用或对植被覆盖变化解释力减弱的交互因子。     

乌鲁木齐山地草地生态系统服务价值变化评估——基于遥感与GIS

草地生态系统服务功能是指草地生态系统及其生态过程所形成和维持的人类赖以生存的自然环境及其有效性,中国干旱半干旱地区的草地退化严重制约着生态系统服务功能的。以乌鲁木齐市山地草地为研究靶区,利用遥感图像(Landsat TM/OLI)划分出7种不同草地类型并计算其生态系统服务价值(Ecosystem Service Values, ESV)。使用空间统计方法、网格分析、空间自相关等方法进一步分析研究区山地草地退化程度和ESV变化。结果表明:21年中,乌鲁木齐市草地生态系统服务价值呈现波动性下降趋势,年均减少0.27×10~7元。生态损失主要是由山地荒漠草地(7.44%)、山地荒漠草原草地(10.71%)、山地草甸草原草地(18.32%)和高寒草甸草地(40.69%)退化造成。单项生态系统服务价值中,草地对调节服务(土壤形成)和供给服务的贡献率较高。草地ESVs Moran平均值为0.869(1994—2015年),并且草地ESV与相邻网格(2 km×2 km)具有更高的空间相关性。草地ESV具有明显的空间分布特征,高ESV区基本上分布在南山山区,低ESV区主要分布在平原草地区,博格达山草地亚区呈现随机分布格局。研究区气候变化对草地的影响十分显著,平均气温、平均地表温度、湿度、蒸散量、降水量和风速对草地ESV变化均有一定的影响,过度放牧、不合理垦荒、药用植物过度开发、城市化等人为活动仍然是驱动草地退化的主要因子,因此亟需采取措施保育乌鲁木齐市山地草原生态系统。     

庙岛群岛北五岛景观格局特征及其生态效应

海岛由于自然特征的空间差异、人类活动的日益增强以及生态系统的脆弱性,其景观格局空间分异性明显且生态效应趋于复杂。以庙岛群岛北五岛为研究区,基于现场调查和3S技术,从景观尺度、海岛尺度和区块尺度分析海岛景观格局空间特征,进而探讨景观格局与净初级生产力(NPP)、植物多样性和土壤性质的关系。结果显示:(1)不同尺度景观格局均表现出了空间差异。景观尺度上,针叶林、阔叶林和草地3类植被景观面积最大,斑块密度、边缘密度和平均形状指数总体较高,建筑用地也具有较大规模,其斑块密度较高,平均形状指数处于最低值,裸地也具有一定规模,其各项景观指标处于中间位置;海岛尺度上,随着海岛面积、人口和GDP的增加,斑块密度和人为干扰指数均明显增大;区块尺度上,斑块密度、边缘密度和平均形状指数与海拔呈显著正相关,人为干扰指数与海拔和坡度均呈显著负相关。海岛面积、地形和人类活动分别是北五岛景观格局的基本因子、重要限制因子和直接驱动因子。(2)海岛景观格局的生态效应与尺度密切相关。景观尺度上,各项生态效应指标在不同景观类型上均具有显著差异,海岛尺度上的生态效应指标对景观格局的响应不甚灵敏;区块尺度上,生态效应指标与景观格局指数表现出了显著的简单相关性和偏相关性,但二者结果具有差异。NPP和土壤水分主要受到景观类型和植被生长状况的影响,多样性和土壤养分同时受到景观类型和景观格局破碎度、边缘效应的影响,人为活动强度的增大地带来了各项生态效应指标的降低。控制建设规模、优化景观布局与改进开发利用方式是维系海岛生态系统稳定性的重要措施。     

西部半干旱区兰州市南北两山森林生态效益评估

城市森林对城市的生态系统起着至关重要的作用, 对城市森林生态效益评估有利于市民更直观的认识到城市森林的重要性, 为城市生态保护与利用的制定提供参考。选择兰州市南北两山作为研究区, 基于谷歌地球引擎云平台获取1994、2006 和 2017 年的土地利用数据。引入资源稀缺性系数、支付意愿性系数和空间异质性系数, 采用当量因子法评估生态系统服务价值(ESV), 并以格网为研究单元对空间分布格局进行分析。研究结果表明, 1994、2006和2017年南北两山的生态系统服务价值分别为2.80、3.33和3.36亿元。就生态系统而言, 草地贡献率最高, 达到65%左右, 建设用地贡献率为负值。就生态系统服务类别而言, 调节服务贡献率最高, 达到71%左右。生态系统服务价值的空间格局存在明显的南山高北山低的空间分异特征。从损益矩阵看, 生态用地ESV的流入是总的ESV增加的主要原因, 水域ESV流出和建设用地ESV的流入减缓了总的ESV的增长速度。     

城市化流域生态系统服务价值时空分异特征及其对土地利用程度的响应

以南京市九乡河流域为研究区域,以2003与2009年2景QuickBird影像数据为基本信息源,应用空间自相关模型,结合GIS空间分析技术,定量探讨了城市化流域生态系统服务价值时空分异特征,以及土地利用程度对生态服务价值空间分异的影响.结果表明:2003-2009年,九乡河流域生态系统服务总价值减少了2.59％,而流域生态系统服务价值的空间聚集性增强;生态服务价值的高-高区域主要集中在流域上游,低-低区域主要集中在流域下游的仙林大学城一带;九乡河流域生态系统服务价值空间分异发生了明显变化,下游仙林大学城一带低-低分布区快速扩张,而高-高分布区仅在九乡河源头及下游的局部区域有所增加;流域生态服务价值空间自相关表现出明显的尺度效应,随着研究尺度增大,生态服务价值的空间自相关性逐渐增强;九乡河流域生态服务价值的空间分异及其变化主要是由土地开发利用引起,流域土地利用程度对生态服务价值存在明显的负效应.     

山西省生态安全时空演变特征及影响因素

基于压力-状态-响应模型（PSR），运用综合权重法对山西省2000-2018年的生态安全水平进行综合评价并分析其时空演变特征，采用Dagum基尼系数测度生态安全水平的区域差异与来源，利用空间计量模型进行影响因素探究。研究发现：2000-2018年山西省生态安全综合指数呈逐年增长趋势，生态环境改善明显，总体生态安全水平较低，不同行政单元尺度下增幅表现为省域 > 市域 > 县域。县域生态安全在空间上呈"带状"分布，呈现由中部向南北两侧递减的非均衡化空间格局，空间上集聚程度在增强。县域生态安全水平空间上存在非均衡性特征，非均衡性程度不断下降，空间差异的主要来源是子群间差异，并呈现明显的空间溢出效应，经济规模、人口密度、城镇化率、NDVI、高程是影响县域生态安全空间演变的关键因素。生态安全水平空间特征存在尺度效应，研究尺度越大，尺度效应的作用越大，需要在更大范围内维持生态系统功能的完整与可持续性的平衡。县域生态安全水平演化存在路径依赖现象，需创新发展模式摆脱路径依赖，实现路径突破。在经济发展的基础上维持生态系统相对稳定状态与人类社会经济持续发展之间的平衡，是促进区域生态安全水平提升，维持人与自然和谐相处的关键。     

青藏高原人类活动强度时空变化与影响因素

科学评估人类活动强度对于统筹协调青藏高原生态保护与人类活动具有重要意义。基于多期土地利用现状调查数据和陆地表层人类活动强度算法,测算和分析了青藏高原1984年、1997年、2008年和2018年的人类活动强度及其时空变化特征,使用地理探测器定量解析了影响青藏高原人类活动强度空间分异的驱动因素。结果表明：(1)1984—2018年青藏高原人类活动强度总体处于低水平阶段,大致以2008年为节点,前期缓慢下降,后期快速上升,1984年的人类活动强度为1.44%,2018年上升到1.70%;(2)西藏“一江两河”地区(雅鲁藏布江、拉萨河和年楚河)和青海河湟谷地的人类活动强度最高,沿日喀则-拉萨-那曲-玉树-果洛-西宁形成条带状的相对高值分布区,川藏高山峡谷区、藏北-青南高原区和帕米尔山区的人类活动强度最低;(3)人类活动强度空间分异的主要因素为人口密度、道路密度、经济规模、地表起伏度、城镇化水平、第一产业占比和区域发展导向,且各因子间的交互作用解释力显著高于单因子,表现为非线性增强和双因子增强。     

生态经济区划研究——以西北6省为例

汇集西北6省区近300个气象站点的多年气象数据,400多个县市的土地利用和社会经济统计数据,提取降水、气温、湿度、土地利用类型、人口、GDP、矿产资源、产业结构(三次产业)等要素,设计了水热状况、人类活动强度、工业化程度、城镇化程度等指标,借助GIS工具,通过要素指标的空间分异特征研究,构筑指标体系,进行了以县域尺度为最小空间单元的生态经济区划研究。根据西北地区县域尺度上的生态环境状况和人类活动状况,将西北划分为3级27个生态经济区。     

河流景观生态服务供给与需求/消费的互馈机制

河流景观系统孕育了人类文明,为人类社会提供类型多样的生态系统服务。其本身是一个自然景观过程和社会经济过程高度耦合的社会-生态系统,具有极高的空间异质性、时间动态和鲜明的组织尺度等级结构。当前,对河流景观系统这种特点所决定的生态系统服务供给与需求/消费互馈的机制研究不够深入,普遍缺乏从过程角度刻画生态服务供给与需求/消费互馈关系及其时空异质性和尺度特征。生态服务供给、需求和消费产生于社会-生态系统,是社会-生态耦合的纽带。阐述了河流景观生态服务供给和需求/消费的时空异质性,阐释了它们时空耦合机制和尺度特征,梳理了当前对生态服务供给、需求/消费互馈机理研究的不足。认为未来需要在社会-生态系统的框架下,从景观结构和生态过程出发,融合景观生态过程和社会过程来深入认识河流景观系统的生态服务供给与区内人类对生态服务的需求/消费之间的互馈机制。未来应重点关注：（1）河流景观结构和过程决定的生态服务供给和消费的空间分异及驱动机制;（2）河流生态服务传输的自然和人文载体及其耦合格局;（3）将生态服务需求/消费通过景观结构和生态过程对生态服务供给的反馈融入生态服务评估的方法框架,研发基于生态服务供给和需求/消费的社会-生态互馈过程模型。     

陇中黄土丘陵区土地利用强度-生态系统服务-人类福祉时空关系研究——以安定区为例

基于土地利用和社会统计数据,构建了"土地利用强度-生态系统服务-人类福祉"多尺度分析框架,从县区和乡镇尺度探讨了定西市安定区1990—2015年土地利用强度-生态系统服务-人类福祉的时空权衡/协同关系。结果表明:1990—2015年安定区土地利用强度-生态系统服务-人类福祉关系变化存在区域整体相似性和乡镇局部差异性;土地利用强度的增加,提高了供给服务和生产资料供给福祉,但弱化了调节和支持服务;供给与支持服务权衡主要集中于安定区北部和西南部。该区生态系统服务间的权衡程度较高,不利于生态系统服务保育和居民福祉的持续提升。区域的脱贫致富因立足于提高居民福祉,退耕还林还草、发展特色高效产业、劳务输出等是实现该区社会生态系统的经济收益与生态效益共赢的有效途径。     

北方农牧交错带多伦县生态系统服务权衡与协同关系研究

科学理解生态系统服务的权衡/协同关系,对于正确指导生态系统可持续管理实践具有重要意义。以位于北方农牧交错带的多伦县为研究区,基于土地利用/覆被、气象、土壤类型、归一化植被指数(NDVI)以及社会经济统计资料等多种数据,分析了2000年、2015年食物供给、碳固持、土壤保持、防风固沙及产水量5种生态系统服务的时空变化,识别了5种服务的供给热点区,并基于相关分析法从县域、乡镇及不同地类3种尺度上对生态系统服务间的权衡/协同关系进行分析。结果表明:(1)2000—2015年,食物供给与土壤保持量增幅较大,产水量与碳固持的供给量增幅较小,防风固沙量大幅下降,5种服务的空间格局基本保持不变;(2)多伦县1类热点区面积明显增加,3类热点区面积明显减少;面积占比超过50%的草地提供5种服务的能力强于耕地;(3)多伦县生态系统服务的权衡关系主要存在于产水量与土壤保持、产水量与碳固持、产水量与食物供给三对服务中;由于研究区生态系统环境的空间异质性较强,各乡镇和两种地类(草地和耕地)上分别只有4对和3对生态系统服务的权衡/协同关系与县域保持一致;(4)不同土地利用类型、海拔、土壤类型等因素的组合使多伦县乡镇之间及乡镇与县域之间的权衡/协同关系存在明显差异。因此,在生态环境更为复杂的整个北方农牧交错带,更需选取合适的空间尺度进行生态系统服务的权衡/协同关系分析,以指导决策者制定合理的生态系统管理措施。     

洞庭湖生态经济区生态系统服务价值的时空演绎及其驱动因素

伴随城镇化的快速推进,生态系统服务价值(ESV)的时空评估及驱动因子探测对区域社会-经济-生态协调可持续发展具有重要意义.借助洞庭湖生态经济区2005、2010、2015、2018年的遥感解译数据,从3 km×3 km的格网尺度出发,在ArcGIS和GeoDa的技术支撑下,结合当量因子法、空间自相关分析、热点分析等方法...     

雄安新区多尺度生态安全格局构建框架

维持城市所处的生态系统格局与过程,使得城市生存和发展所依赖的关键生态系统服务实现供需平衡是保障城市生态安全的根本要求和基本前提。因此,城市生态安全不仅是城市本身的问题,还涉及到城市所处的流域、区域、国家等多个不同的空间尺度,具体由支撑城市及其发展的关键生态系统服务所涉及的生态过程所决定。对生态安全概念及研究进展进行了梳理和分析,在此基础上,提出了一个城市生态安全保障的生态系统服务研究框架,将维持城市生态安全的关键生态系统服务需求分为3个层次：一是水资源供给、食物生产、水质净化等城市生存所依赖的基础资源与基本环境维持相关的服务,二是土壤保持、水源涵养、防风固沙、固碳释氧、生物多样性等生态系统稳定和可持续性维持相关的生态系统稳定和调节类服务,三是生态休闲、微气候调节、降尘减噪、文化审美等人居环境与文化类服务。进而利用该框架,从不同需求层次分别对雄安新区生态安全保障的生态系统服务需求进行了分析,结合其自然地理特征和新区建设的社会经济发展情景,从新区城市、大清河流域和京津冀区域三个尺度提出了雄安新区生态安全格局构建框架,以及相应的保障对策和建议,包括从多尺度进行生态环境调控和管理,打破行政和地域边界限制;关注各尺度各关键生态系统服务的过程,加强生态环境要素的监测和预警;重视新区在人居环境改善层次的生态系统服务需求等。     

密云水库上游流域生态系统服务功能空间特征及其与居民福祉的关系

生态系统管理的一个重要挑战是在区域尺度上管理生态系统服务并提高当地居民福祉。以2009年土地利用数据和社会经济数据为基础,利用InVEST模型和空间制图在乡镇尺度上对密云水库上游流域水资源供给服务、土壤保持服务、水质净化服务、产品供给服务以及居民福祉进行了定量评估和空间特征刻画,并探讨了生态系统服务与居民福祉的不同关系模式。结果表明,流域内各乡镇土壤保持服务从上游到下游呈逐渐递增的趋势,水质净化服务从上游到下游整体上也呈逐渐递增的趋势,流域内水质净化服务功能与水资源供给服务、粮食供给服务、蔬菜供给服务以及畜牧产品供给服务在空间上呈显著负相关;基于生态系统服务与居民福祉在空间上的聚集特征,可将56个乡镇划分为低服务低福祉模式、供给服务依赖模式和高服务高福祉模式,针对这3种关系模式特点,可分别提出改善生态系统服务功能和居民福祉的管理措施。案例研究可为其他区域实施分区管理、协调生态系统服务功能保护与居民福祉的关系提供借鉴。     

Latitudinal patterns of forest ecosystem stability across spatial scales as affected by biodiversity and environmental heterogeneity

Our planet is facing a variety of serious threats from climate change that are unfolding unevenly across the globe. Uncovering the spatial patterns of ecosystem stability is important for predicting the responses of ecological processes and biodiversity patterns to climate change. However, the understanding of the latitudinal pattern of ecosystem stability across scales and of the underlying ecological drivers is still very limited. Accordingly, this study examines the latitudinal patterns of ecosystem stability at the local and regional spatial scale using a natural assembly of forest metacommunities that are distributed over a large temperate forest region, considering a range of potential environmental drivers. We found that the stability of regional communities (regional stability) and asynchronous dynamics among local communities (spatial asynchrony) both decreased with increasing latitude, whereas the stability of local communities (local stability) did not. We tested a series of hypotheses that potentially drive the spatial patterns of ecosystem stability, and found that although the ecological drivers of biodiversity, climatic history, resource conditions, climatic stability, and environmental heterogeneity varied with latitude, latitudinal patterns of ecosystem stability at multiple scales were affected by biodiversity and environmental heterogeneity. In particular, α diversity is positively associated with local stability, while β diversity is positively associated with spatial asynchrony, although both relationships are weak. Our study provides the first evidence that latitudinal patterns of the temporal stability of naturally assembled forest metacommunities across scales are driven by biodiversity and environmental heterogeneity. Our findings suggest that the preservation of plant biodiversity within and between forest communities and the maintenance of heterogeneous landscapes can be crucial to buffer forest ecosystems at higher latitudes from the faster and more intense negative impacts of climate change in the future.     

多尺度流域生态脆弱性评价及其空间关联性——以甘肃白龙江流域为例

生态脆弱性研究对区域生态环境保护及可持续发展具有重要意义.甘肃白龙江流域是长江上游重要的水源涵养和水土保持区,开展流域生态脆弱性研究十分必要.本研究以流域内各乡镇为研究单元,基于生态敏感性-生态恢复力-生态压力度模型,并结合景观格局指数和流域典型生态系统类型构建生态脆弱性评价指标体系,综合运用辅助回归法、熵权法、综合指数法及空间自相关等方法,从乡镇、县区、流域3个尺度深入分析2002、2014年甘肃白龙江流域生态脆弱性的时空格局,并探讨了流域生态脆弱性的空间关联关系.结果表明: 乡镇尺度上,2002和2014年处于重度、极度脆弱的乡镇均集中分布在武都大部及宕昌西北,且12年来流域乡镇的生态脆弱性从以中度脆弱为主向轻度脆弱转变;2002-2014年,县区尺度上,仅舟曲县生态脆弱性的变化程度较平稳,武都、文县、宕昌、迭部相对剧烈,且武都、文县、迭部的生态脆弱性在一定程度上发生好转,而宕昌县在逐渐恶化;流域尺度上,2002和2014年流域生态脆弱性指数的平均值分别为0.2976和0.2904,呈小幅下降趋势,表征12年来流域的生态脆弱性有所降低;变异系数分别为0.3905和0.4358,呈增加趋势,说明流域生态脆弱性的空间格局向不均衡方向发展;2002年流域生态脆弱性指数的Moran I值为0.5460,表明2002年流域生态脆弱性在空间上呈集聚现象,高高聚集区主要分布在武都北部及中部,零散分布在宕昌西北;2014年流域生态脆弱性指数的Moran I值增加至0.5635,空间集聚更为显著,高高聚集区集中分布在武都中部及宕昌西北.     

多尺度生态系统服务的权衡关系及其对景观配置的响应——以湖北省为例

多种生态系统服务相互关系及其对景观配置响应的多尺度分析一直是生态系统服务研究的热点问题,对于厘清生态系统服务尺度效应和实现区域分级管理具有重要的意义。以湖北省为研究区域,采用遥感、土地利用类型、水文、气象、土壤等多元数据,从5 km×5 km、10 km×10 km、15 km×15 km、20 km×20 km、25 km×25 km、县域和市域等7个递增尺度分析4种生态系统服务(水源供给、碳固持、粮食生产、水质净化)对景观配置的响应关系。结果表明：(1)4种生态系统服务的空间分布具有较强的异质性,粮食生产服务的高值区与水质净化服务的低值区主要分布于湖北省中部和东部的耕地集中区域,碳固持与水源供给呈现相反的空间特征。(2)生态系统服务权衡关系的作用强度随尺度增加而减弱,而协同关系呈增加趋势;同时服务间相互作用强度的变化大于作用方向的变化。(3)景观配置对生态系统服务的影响程度在县域和市域尺度上大于格网尺度。结果反映了受尺度变化中“削峰填谷”过程的影响,景观配置对生态系统服务影响的大小和正负效应具有尺度差异性。研究结果可为区域生态系统服务分级管理和景观格局调控提供科学参考。