基于SWAT模型的浑河中上游水源涵养服务价值评估

浑河中上游流域的森林覆盖率高达68%,是辽宁省饮用水的重要水源保护地。本研究基于SWAT模型和影子工程法,评估2000—2019年浑河中上游流域的水源涵养量及其服务价值,并分析其时空变化的原因,以期为流域内生态补偿和生态恢复提供依据。结果表明:2000—2019年浑河中上游水源涵养量及其价值量呈先增加后减少趋势;年均水源涵养总量和水源涵养服务价值分别为24.6亿m³和150.4亿元;研究区水源涵养量存在明显的空间差异,高值区主要分布在清原县和新宾县,低值区集中于沈阳市辖区;不同生态系统的水源涵养服务价值差异较大,森林的单位面积水源涵养量远高于草地、农田和城市。     

黄河流域土地利用变化下生态系统服务价值时空演变及其响应——以陕甘宁地区为例

黄河流域中上游的陕甘宁地区是西北生态脆弱区,在区域生态安全格局上具有重要作用,其生态经济问题值得重点关注。本研究基于陕甘宁地区1995—2020年土地利用和自然社会经济数据,利用空间分析和地理探测器等方法,研究陕甘宁地区土地利用及生态系统服务价值的时空变化特征以及生态系统服务价值空间分异的驱动机制。结果表明: 1995—2020年,陕甘宁地区耕地、未利用地呈减少趋势,建设用地、林地呈增长趋势。1995—2020年陕甘宁地区生态系统服务价值总量呈下降-上升的变化,1995—2000年减幅约1.2%,2000—2020年增幅约1.0%。草地提供的生态系统服务价值最大,调节功能价值贡献突出。地理探测器结果表明,归一化植被指数(NDVI)是生态系统服务价值空间分异的主导因子,气温和农民人均纯收入是次要影响因子;生态系统服务价值空间分异影响因素探测力(q值)达30%以上的交互组合有32种,其中,NDVI与土壤类型的q值近46%,自然、社会经济、政策因子的交互协同增强效应共同影响了陕甘宁地区生态系统服务价值在空间上的分异效果。     

乌江流域生物多样性与生态系统服务的空间格局及相互关系

生物多样性与生态系统服务密切相关,但二者间的复杂关系和反馈机制尚未明晰。本研究以乌江流域为研究区域,基于物种空间分布格局,使用Max Ent模型、Zonation软件评估了乌江流域的生物多样性,并应用In VEST模型核算各项生态系统服务,运用随机森林模型、部分依赖图模型(PDP模型)分析了生物多样性与生态系统服务间的相互关系。结果显示:乌江流域的生物多样性呈东北高西南低的分布特征,表现为下游>中游>上游;2020年,乌江流域的水源供给量为810.57 mm/m²,粮食供给量为735.08 kg/ha,固碳服务为134.00 Mg/ha,水源涵养量为227.98 mm/m²,土壤保持量为401.30 t/ha,生境质量为0.68;水源供给和水源涵养对生物多样性的贡献度较高,分别为66.24%和44.72%;除粮食供给这种依赖人为活动的生态系统服务外,生物多样性与各生态系统服务均呈正相关。研究说明,受气候和人类活动影响较大的生态系统服务驱使着生物多样性的改变,但对于依赖生物功能的生态系统服务,生物多样性是其重要调节因素。     

基于最小数据方法的甘南藏族自治州生态补偿标准

生态补偿标准的确定是生态补偿机制建立的难点和重点.根据1987-2007年甘南州气象站和2007年甘南藏族自治州的社会调查资料,采用最小数据方法、社会调查法、降水储水量法对草地生态系统服务的供给曲线进行模拟.结果表明：2007年,甘南藏族自治州年实施生态补偿的机会成本为503.6 yuan·hm^-2,草地生态系统提供的单位水源涵养量为1110.7 m³·hm^-2,补偿标准为788.6 yuan·hm^-2,草地生态系统提供的总水源涵养量为2.56×10.9 m³.     

退耕还林(草)工程对渭河流域生态系统服务的影响

退耕还林(草)工程作为中国启动的重要生态补偿项目,对维护国家生态安全起着关键作用,系统剖析退耕还林(草)工程对生态系统服务的影响,有助于为健全生态补偿制度提供借鉴。本研究以渭河流域为例,基于土地利用数据、气象数据等资料,在分析退耕还林(草)工程实施以来渭河流域土地利用和生态系统服务时空变化的基础上,运用Invest模型、地理加权回归等方法,探究退耕还林(草)工程对渭河流域水源涵养、土壤保持、碳储量、生境质量等生态系统服务变化的影响。结果表明: 退耕还林(草)工程实施以来,渭河流域林草覆盖率呈波动上升趋势,林草面积增加2704.49 km²。2000—2018年间,渭河流域水源涵养、土壤保持、碳储量、生境质量均呈波动上升趋势,其中,水源涵养和固碳服务增幅较大,生境质量和土壤保持增幅较小。退耕还林(草)工程有效提升了渭河流域的水源涵养、土壤保持、固碳、生境质量等生态系统服务,但对不同地域单元生态系统服务影响强度不同。     

小水电代燃料工程对森林生态服务功能的影响

根据国家林业局发布的《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721—2008),从涵养水源、保育土壤、固碳释氧和积累营养物质功能4个方面进行评价,研究小水电代燃料工程的实施对贵州省麻江县项目区森林生态服务功能的物质量及其价值的影响.结果表明: 小水电代燃料工程对森林生态系统服务功能物质量的增加有显著作用.马尾松和柏木人工林在项目区内涵养水源功能的物质量达20662.04 m³·hm^-2·a^-1,比项目区外增加20.5%,保育土壤量为119.1 t·hm^-2·a^-1,比项目区外增加29.7%,固碳释氧量为220.49 t·hm^-2·a^-1,比项目区外增加40.2%,林木营养积累量达3.49 t·hm^-2·a^-1,比项目区外增加48.5%.小水电代燃料工程对项目区森林生态系统服务功能价值增加额度表现为:固碳释氧功能(7.14 万元·hm^-2·a^-1)>涵养水源功能(6.01万元·hm^-2·a^-1)>林木营养积累功能(1.38万元·hm^-2·a^-1)>保育土壤功能(0.81万元·hm^-2·a^-1).小水电代燃料工程对提高森林生态服务功能价值和实现林区的可持续发展具有重要作用.     

生态系统服务簇空间演变轨迹及其社会-生态驱动的地理探测——以大连市为例

生态系统服务簇是多种生态系统服务的组合，明晰生态系统服务簇及其自然-社会经济驱动因素，对生态系统服务内部相互依赖机制识别、实现多种生态系统服务间良性互动具有重要意义。目前生态系统服务簇的识别已得到广泛应用，但对多种生态系统服务之间交互作用的动态过程与影响机理的认识还不够深刻。针对目前多种生态系统服务间交互作用动态演化分析及其社会-生态驱动机理研究不足的现状，以我国北方沿海重要中心城市——大连市为例，选取食物供给、水源涵养、固碳释氧、土壤保持、生境质量和景观美学6种关键服务。采用Spearman相关性分析方法探究生态系统服务权衡与协同关系，借助自组织网络方法识别生态系统服务簇，进一步分析多种生态系统服务间交互作用的时空分异特征，运用地理探测器探究其空间分异影响因素。结果表明：(1)食物供给与土壤保持存在极显著的权衡关系■,土壤保持与景观美学存在极显著的协同关系■。(2)2005—2015年大连市生态保育簇空间格局较稳定，水源涵养簇、食物供给簇与服务枯竭簇之间轨迹变化明显，城市扩张与服务枯竭簇演变具有一致性。(3)高程、归一化植被指数是影响生态系统服务簇空间分布的关键自然因素，而土地利用强...     

长江上游生态状况变化及其服务功能权衡与协同

利用地面和遥感数据,采用GIS分析与模型模拟等方法,计算并分析了2000—2019年长江上游生态系统宏观结构、生态系统质量和生态系统服务的时空变化状况,利用相关分析法定量评估了生态系统服务的权衡与协同关系,并讨论了生态系统变化对生态系统服务的影响。结果表明：(1)长江上游聚落生态系统面积增加显著,农田和荒漠面积明显减少,陆地生态系统以草地、森林和农田之间转换为主。(2)2000—2019年,长江上游生态系统质量和服务总体稳定向好,部分区域转差。植被固碳量整体呈增加趋势,局部降低,多年递增速率为1.65 Tg/a;土壤保持服务功能呈波动中上升趋势,多年递增速率为2.20 t hm^-2 a^-1;水源涵养服务功能轻微下降,部分年际间变化较大。(3)长江上游生态系统的植被固碳与土壤保持、水源涵养与土壤保持之间以协同关系为主,植被固碳与水源涵养之间的权衡和协同关系比例相近。(4)气候是影响生态系统服务变化的主导因素,人类活动影响生态系统服务变化,最终改变生态系统服务之间的协同与权衡关系。     

都江堰市水源涵养功能空间格局

水源涵养是生态系统的重要服务功能之一.识别水源涵养重要区对于制定水源保护规划,落实陆域-水域综合保护,防治水体污染,保障区域用水安全具有重要意义.以2008年四川都江堰市为研究范围,采用生态系统服务功能综合权衡工具-Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs(InVEST)中的水源涵养模型对县域生态系统的水源涵养功能进行了空间制图,然后采用综合指数法将水源涵养功能与植被减洪能力和水源地保护区进行叠加计算水源涵养重要性指数.结果表明:尽管汶川地震导致都江堰市域部分地区水源涵养功能降低,但都江堰市水源涵养功能整体仍然较高,部分地区多年平均水源涵养量超过200mm/a.都江堰市的水源涵养极重要区面积为421km2,占全市总面积的34.9％,远大于目前县域的水源保护区面积,未来应进一步加强对这些极重要区的保护,以保证本市以及成都平原的供水安全.水域涵养功能及其重要性都存在较明显的空间分异,大致呈现由西北向东南减少的趋势,水源涵养重要性与水源功能的分布密切相关,但又不完全一致.因此,在县域尺度上采用服务功能空间化评估结果进行重要性评价能够比较精细地反映生态系统水源涵养重要性的空间差异.但该方法还需要将人类用水需求进行空间表达,与本文的方法进行结合,以更准确反映水源涵养重要性的空间分异.     

宜兴市县域尺度生态安全格局模拟研究

采用InVEST 3.8软件中Water Yield模块、水土流失方程RUSLE模型、土壤风蚀模型方程(RWEQ)等分别评估宜兴市水源涵养、土壤保持、防风固沙和固碳释氧4项生态系统服务功能。针对生态系统服务功能评价结果首先进行热点分析,提取宜兴市的生态源地。然后选取高程、坡度等10个生态源地扩张阻力因子评价宜兴的生态扩张阻力水平。最后采用基于源汇理论的最小累积阻力模型(MCR)模拟构建县域尺度的宜兴市生态安全格局。结果表明:(1)宜兴市水源涵养量分布区间为213 mm—1594 mm,土壤保持量分布区间为11562.28 t·hm^-2—268034.28 t·hm^-2,防风固沙量分布区间为0.54 kg·m^-2—11.6 kg·m^-2,固碳释氧量分布区间为502.82 t·hm^-2—1321.83 t·hm^-2。生态源地主要集中分布在宜兴市南部的天目山区域、东部的太湖水域和北部的瀛湖水域、中部的东汍、西汍和大溪河水域。(2)生态扩张阻力水平从低到高4个等级...     

变化环境影响下张承地区水源涵养和土壤保持服务及其权衡与协同关系研究

张家口-承德地区是京津冀环境优化的战略要地,开展水源涵养和土壤保持服务的定量评估对维护生态系统的安全运行意义重大。综合运用InVEST模型、空间偏相关统计制图及情景模拟等手段,分析了张承地区近20年水源涵养和土壤保持服务的时空变化特征及其复杂空间关系,定量评估二者对气候和土地利用变化的响应。结果表明:2000-2019年张承地区水源涵养量、土壤保持强度分别以0.97mm/a的速率增加和-0.50t hm^-2 a^-1的速率减少,空间上二者均呈西低(坝上高原)东高(冀北及燕山山地)的分布格局。冀北及燕山山地落叶阔叶林生态区水源涵养和土壤保持能力强,二者空间关系以协同为主;坝上高原草原与农业生态区则权衡关系更占优势。水源涵养和土壤保持服务关系复杂,空间上与区域土地利用类型、植被覆盖度和坡度关系密切。情景模拟结果表明,降水(r=0.90,P<0.01)对水源涵养服务的影响远大于潜在蒸散(r=-0.37,P>0.1),且降水变幅越大对水源涵养量的作用越强;而降水变化与土壤保持服务呈线性正相关关系,降水每增加(减少)10%引起土壤保持强度增加(减少)74.7t/hm²。预计2030年张承地区水源涵养能力将明显提升,土壤保持能力变化不大,届时人为干扰(如生态保护、规划控制)将对提升水源涵养服务产生重要影响。为改善张承地区水源涵养和土壤保持服务,需同时考虑多种因素的综合影响,以制定更合理的政策措施。建议继续加大国家重点生态工程建设,尽可能限制建设用地扩张,提高植被覆盖度,尤其加强保护关键坡度带是今后生态管理工作应关注的重点。     

土地利用演变对国家公园生态系统服务价值的影响——以三江源国家公园为例

研判土地利用演变对国家公园生态系统服务价值的影响，是推进国家公园生态文明体制建设的重要依据。为厘清土地利用演变对生态系统服务价值的影响效应，基于2000-2020年三江源国家公园土地利用数据，首先采用生态系统服务价值修正模型测算生态系统服务价值，继而运用价值变率模型、GIS空间分析方法刻画三江源国家公园生态系统服务价值演变的空间差异特征，最后引入交叉敏感性系数揭示三江源国家公园土地利用演变对生态系统服务价值的影响趋势。结果表明：(1)20年间三江源国家公园的土地利用演变表现为荒漠、草地、水体三地类间的互相转换，变化速率最大的时间段在2015-2020年，集中发生于长江源园区西北部和北部；(2)从时间序列来看，三江源国家公园的生态系统服务价值呈现"趋好"态势，其中，2015-2020年的变化量高达82.42亿元，草地和水体对园区生态环境贡献较大，土地利用类型的演变与生态系统服务价值存在一定的关联；(3)从空间演变来看，三江源国家公园三园区(长江源、黄河源和澜沧江源)的生态系统服务价值从高值到低值依次为：长江源>黄河源>澜沧江源，呈现出从西北向东南递增的分布特征；(4)土地利用类型演变对生态系统服务价值的影响程度从大到小排序为：荒漠与水体>草地与水体>荒漠与草地，土地利用转型跨度愈大，对生态系统服务价值的影响就愈强。研究时段内土地利用演变对生态系统服务价值影响的交叉敏感性系数呈现先升高后降低的特征，表明生态系统服务价值的变化也会反作用于土地利用对生态系统服务价值影响的敏感性。     

城市土地利用变化对生态系统服务的影响——以淮北市为例

城市是一类以人类活动为中心的社会-经济-自然复合生态系统.城市的快速蔓延及强烈的人类活动显著地改变了城市的土地利用结构,进而严重影响了城市生态系统服务及人居环境.通过遥感、GIS技术及生态系统服务价值评估等方法,对淮北市1987年、2000年和2007年3个时期20a间的土地利用结构及生态系统服务价值的演变进行定量评价.研究结果表明:1987-2007年间淮北市生态用地空间结构和面积发生剧烈变化,生态用地占城市面积的比例由91.45％降低至71.86％.1987-2000年,农田面积大幅度下降,而林地和水体都呈不同程度的增加趋势,建设用地面积增长迅速.2000-2007年,农田面积有所增加,林地和水体面积却明显下降,建设用地总面积虽然没有明显变化,但其聚集度显著增加.20年间,城市生态服务功能的价值呈现先增加后减少的趋势,在2000年达31.32亿元.2000-2007年,以废物处理和水源涵养功能退化最为严重.可见,城市土地利用结构的变化与生态服务功能密切相关,此结果可为淮北市景观格局优化及土地合理调控和管理提供一定的科学依据.     

1990-2018年中国生态系统水源涵养功能时空格局与演变

探明生态系统水源涵养服务格局演变对中国生态系统水源涵养保护和管理具有重要意义。采用水量平衡模型,探明1990-2018年中国生态系统水源涵养分布特征,从全国、分区和栅格3个尺度揭示中国水源涵养演变规律。结果表明：（1）中国生态系统水源涵养时空异质性显著,整体南高北低、东高西低。不同植被水源涵养服务差异显著,以常绿阔叶林最高,草地最低。（2）中国水源涵养服务随高程升高呈阶梯式下降,随坡度变化因坡度梯度而不同,平坡区随坡度升高而升高,缓坡-陡坡区随坡度升高而降低。（3）中国多年平均水源涵养量为1.54×10¹² m³/a,以热带-亚热带季风区为主导,约占总量的77.9%。水源涵养服务演变全国尺度显著下降,分区尺度仅温带大陆气候区显著下降。（4）栅格尺度仅16.0%栅格变化显著,主要为极显著降低和显著降低,约占栅格总数的7.61%和5.30%,主要分布于藏东南、云贵高原西部、冀东北、浑善达克沙地、天山东麓和台湾省等地,它们是中国水源涵养保护与建设的重点区域。     

国土空间生态修复与保护空间识别——以北京市为例

构建国土空间修复与保护识别体系可以有效实现区域生态系统修复与保护,然而,当前国土空间生态修复与保护研究和规划缺乏从系统性和完整性的角度识别关键生态修复与保护区。因此构建了系统的生态修复与保护空间识别方法,以实现区域协调发展、保障区域生态安全。基于该方法,以北京市为例,通过评估生态系统服务、生态系统质量和生态问题,构建生态修复与保护空间格局。研究结果表明：(1) 2000—2015年生态系统服务和质量退化区主要集中在平原区和密云水库北部,面积为760.4 km~2;生态系统质量低下区主要分布在西南部山区和东北部山区,面积为4925 km~2;水土流失问题区零星分布在山区,面积为130.1 km~2;基于以上三者的北京生态修复建议区总面积5606 km~2。(2)建议北京生态保护区6391 km~2,主要分布在北部山区和西南部山区,保护了79.63%的水源涵养功能,74.97%的土壤保持功能,58.79%的洪水调蓄功能和60.3%的自然栖息地。本研究构建的生态修复与保护空间识别方法体系,为北京生态修复和保护规划与生态安全格局构建提供科学依据,还可以为其他地区的生态修复与保护规划提供参考。     

京津冀地区生态系统服务时空变化及驱动因素

京津冀地区地处蒙古高原向华北平原过渡地带,是华北平原关键的生态屏障,在区域生态安全格局上具有重要的地位。结合地面观测、遥感监测、模型模拟和GIS空间分析技术,构建了一套京津冀地区生态系统关键服务的生态本底图谱,分析和评估了京津冀地区生态系统结构与防风固沙、水源涵养、土壤保持等关键服务的时空变化特征,并对气候变化和生态工程等驱动因素进行了讨论。结果表明:(1)京津冀地区生态系统类型以农田为主,占全区面积的49.7%。2000—2015年,聚落面积明显增加,农田面积大量减少,森林、草地、水体与湿地面积微弱减小。(2)多年平均生态系统防风固沙量、水源涵养量和土壤保持量分别为5.61×10~8 t、74.58×10~8 m~3、7.98×10~8 t,燕山-太行山森林生态区的生态系统关键服务量最高,西北草原生态区其次,京津唐和华北农业生态区较低。(3)2000—2015年,防风固沙量、水源涵养量均呈不显著上升趋势,增幅分别0.11 t hm~(-2) a~(-1)、0.03×10~4 m~3 km~(-2) a~(-1);土壤保持量呈显著上升趋势,增幅为1.08 t hm~(-2) a~(-1)。森林生态区各生态系统服务量均呈上升趋势(部分地区P0.05);草原生态区的防风固沙量呈不显著下降趋势,其他服务量整体变化幅度较小;京津唐农业生态区和华北农业生态区东部的防风固沙量呈极显著下降趋势,土壤保持量整呈不显著上升趋势。(4)研究区生长季气候趋于暖湿,叠加实施了多项重点生态修复工程,显著提高了区域植被覆盖度,进而提升了生态系统服务量。而在城市化发展过程中,建设用地不断扩张,导致部分农业生态区植被覆盖度下降,生态系统服务量有所降低。     

秦岭生态系统服务协同与权衡的时空异质性

秦岭是我国重要的生态功能区,探究秦岭生态系统服务权衡与协同关系对区域的生态保护和高质量发展意义重大。本研究基于遥感、气象、土壤质地等数据,在分析2000、2010和2020年土地利用时空变化的基础上,采用CASA、InVEST和RUSLE模型计算秦岭地区植被固碳量、产水量、生境质量和土壤保持量,并探讨空间异质性特征及生态系统服务关系。结果表明: 2000—2020年,研究区耕地、草地面积持续减少,林地和建设用地面积增长,水域和未利用地变化不明显。研究区固碳量东高西低,呈增长趋势;产水量持续减少,呈现南坡高、北坡低的格局;生境质量稳定增长;土壤保持量先增后减。不同地类的生态系统服务各有差异,同一地类的各个生态系统服务也各不相同。全域尺度下固碳与土壤保持、生境质量与土壤保持、固碳与生境质量皆呈协同关系,固碳与产水、土壤保持与产水、生境质量与产水为权衡关系,但不同条件下服务量间的关系存在明显差异。研究结果有助于降低权衡风险,使总体效益最大化,可为促进生态高质量发展、实现自然资源管理与人类福祉的双赢提供参考依据。     

基于二元水循环的黄淮海平原耕地水源涵养功能研究

水源涵养功能是陆地生态系统的重要功能类型之一。黄淮海平原耕地数量巨大,耕地利用模式典型,研究其水源涵养功能,对于调控区域水资源,推动耕地可持续利用有重要作用。从耕地利用角度出发,基于整个系统二元水循环过程,构建了黄淮海平原耕地水源涵养功能研究基本框架,并应用SCS-CN模型,结合研究区耕地覆盖数据、气候数据、土壤数据对黄淮海平原耕地水源涵养功能进行了评价。研究结果表明:耕地利用过程中的耕地水源涵养功能认识,应从理想水源涵养能力、有效水源涵养能力和净水源涵养能力3个层次展开;黄淮海平原耕地水源涵养功能效应在上述各层级上均表现出正向性,耕地水源涵养能力分别为1890.74、1127.76、464.62亿m~3;空间上,黄淮海平原耕地水源涵养功能具有明显的空间分异性,北部和东南部地区耕地水源涵养能力较强,中部和西南部地区耕地水源涵养能力较弱。研究结果不仅为耕地生态功能理论研究提供新思考点,同时也为耕地水资源有效调控以及耕地生态补偿制定提供参考和支撑。     

北京市生态用地规划与管理对策

不合理土地开发加速了对自然生态系统的干扰和侵占,导致生态系统服务功能下降,危机区域生态安全,开展生态用地规划是构建区域生态安全格局的基础。合理规划和管理不同土地利用类型的数量和空间分布对区域可持续发展具有重要意义。目前我国广泛应用的土地利用分类体系主要以土地的社会经济属性为基础,忽视其生态属性,导致以提供生态系统服务为主、保障生态安全的土地缺乏保护机制,具有重要生态功能的土地得不到有效保护。以北京市为例,建立了北京市生态用地分类与规划的思路与程序,在明确北京市生态安全与生态系统服务功能的关系基础上分析了北京市生态系统服务功能重要性及其空间格局,并进行了北京市生态用地规划。研究规划了保障北京市生态安全的7类生态用地:地表水涵养与保护用地、地下水保护用地、生物多样性保护用地、水土保持用地、河流防护用地、公路防护用地和城市绿地,总面积5137.37km2,占北京市域面积的31.31%。最后从生态用地识别和划分、将生态用地融入土地利用分类体系、生态用地管理措施和对策3个方面探讨了生态用地规划和管理的方法与措施。研究结果为北京市土地利用规划和有效管理提供依据,也为其它地区的生态用地规划提供参考。