海湾型城市生态系统服务权衡的情景模拟——以福建省泉州市为例

海湾型城市拥有丰富的海陆资源和较大的环境承载力,但人口和产业环绕海湾高密度聚集也让海湾型城市成为典型的生态环境脆弱区.本研究以典型的海湾型城市泉州市为例,基于土地利用数据、气象站点数据、地形数据和统计数据等多源数据,运用Logistic-CA-Markov耦合模型,设置自然情景、规划情景和保护情景,模拟了2030年3种不同情景下泉州市的土地利用及景观格局的变化,并进一步预测和估算了保水、保土、固碳(净初级生产力)和食物供给4种关键的生态系统服务功能及权衡关系.结果表明: 3种情景之下,2030年泉州市的耕地和建设用地面积增加,林地、草地和水体面积有不同程度减少,土地利用的破碎化程度加剧.与2015年相比,除保土服务功能外,泉州市2030年的保水、固碳和食物供给服务功能都出现了不同程度的下降;自然情景下生态系统服务功能的降幅更大,保护情景下的降幅低于规划情景.在保护情景和规划情景下,2030年的保水服务与保土服务、保水服务与固碳服务、保土服务与固碳服务的协同关系均增强,权衡关系减弱.     

清江流域生态系统服务权衡时空效应及驱动因素

识别流域生态系统服务权衡协同关系的时空分异特征及其影响因素,是生态系统管理和调控的重要基础,对高效配置环境资源和合理制定生态环境政策具有重要意义。本研究运用相关性分析、均方根偏差等方法分析清江流域2000—2020年粮食供给、净初级生产力(NPP)、土壤保持和产水服务间的权衡协同关系,并采用地理探测器分析影响生态系统服务权衡的决定因素。结果表明：2000—2020年,清江流域粮食供给服务呈下降趋势,NPP、土壤保持和产水服务呈递增态势;粮食供给与土壤保持服务、NPP与产水服务间权衡强度呈下降趋势,其他服务间权衡强度均呈增加趋势。粮食供给与NPP、土壤保持、产水服务间呈现东北权衡、西南协同的格局;NPP与土壤保持、产水服务在中部为协同关系、四周为权衡关系;土壤保持与产水服务表现为高度协同。土地利用和归一化植被指数为粮食供给与其他生态系统服务间权衡强度的主导因素,降水、气温和高程为产水服务与其他生态系统服务间权衡强度的主导因素,生态系统服务间权衡强度并非受单一因素的影响,两种服务间的相互作用或共同影响因素的驱动是其决定因素。研究结果可为国土空间生态修复规划策略的制定提供参考。     

黄土高原生态系统服务权衡与协同时空变化及影响因素——以延安市为例

明确黄土高原生态系统服务权衡与协同的时空变化特征及影响因素,深刻理解能源开发和经济发展背景下黄土高原多种生态系统服务之间的相关关系,为实现经济与生态保护的协调发展提供理论依据。以黄土高原典型区延安市为例,探讨1993—2013年间生态服务价值(植被净初级生产力、土壤保持、水源涵养和食物供给)之间权衡与协同关系的时空变化特征,以及退耕还林政策和地形坡度对生态系统服务权衡与协同关系动态变化的影响。结果表明:①各类生态系统服务之间呈现不同的相关关系,食物供给与土壤保持、水源涵养以及NPP之间均为权衡关系,NPP与土壤保持、水源涵养之间为协同关系,土壤保持与水源涵养呈现协同关系;②20年来延安市生态系统服务整体表现为权衡加强协同减弱的趋势;③对比退耕还林区与非退耕还林区权衡与协同的动态变化,发现退耕还林区各类生态服务多呈协同关系且不断加强,而在非退耕还林区多表现为权衡关系;④坡度为15°—25°地区生态服务冲突最为显著,大于25°地区生态服务协同作用显著;⑤NPP与水源涵养的协同关系呈现北部高南部低的分布规律,NPP与食物供给权衡程度在延安市北部较强而东部较弱,水源涵养与食物供给的权衡关系在延安市西南部更为突出而北部最弱。     

鄱阳湖地区生态系统服务权衡与协同关系的时空格局

鄱阳湖地区是中国最大淡水湖影响的区域,定量分析其生态系统服务权衡与协同关系对实现区域可持续发展具有重要意义.本研究首先基于遥感、土壤、气象、数字高程模型(DEM)等多源数据,定量测算2005—2015年鄱阳湖地区食物供给服务、土壤保持服务和产水服务,分析服务的时空格局及演变特征;然后运用相关分析、冷热点分析、空间制图方法探析1 km×1 km尺度上服务间权衡与协同关系的时空特征,并研究土地利用视角下生态系统服务及其相互关系的差异.结果表明: 研究期间,鄱阳湖地区食物供给服务增加,土壤保持服务减少,产水服务先增后减.空间分布上,食物供给服务在西北-东南方向上呈现“低-高-低-高”的分布格局,土壤保持服务呈现高低值集聚分布的空间格局,产水服务表现为南高北低的空间分布.鄱阳湖地区食物供给与土壤保持、食物供给与产水量是权衡关系,土壤保持与产水量是协同关系.食物供给与土壤保持呈现北部协同、南部权衡的空间格局,食物供给与产水量之间在空间上呈现出明显的权衡关系,土壤保持与产水量之间从北至南呈现协同-权衡-协同的“夹心式”分异规律.不同土地利用类型间,耕地与食物供给、园林地与土壤保持、水域与产水量之间均存在极显著协同关系,建设用地与3种服务皆是权衡关系.食物供给服务与土壤保持服务和产水服务之间在不同土地利用类型中皆以权衡为主,土壤保持与产水服务在耕地、园林地、草地及建设用地中以协同关系为主、在水域和未利用地中则以权衡关系为主.鄱阳湖地区多重生态系统服务热点区主要在东部和南部平原区,呈减少趋势.     

基于多尺度秦巴山区生态系统服务权衡协同关系的表达

秦巴山区是中国南北过渡带,具有明显的多维地带性结构和复杂的地貌特征,从大、中、小不同的空间尺度上研究生态系统服务权衡协同关系,为区域间的山水林田湖草生态保护提供基础性参考。从全域、综合分区、典型样区、样点间隔4个尺度分析秦巴山区2005—2015年植被净初级生产力(NPP)、粮食生产、土壤保持、生境质量、水资源供给5种生态系统服务之间权衡协同关系。结果表明:①从全域尺度:水资源供给分别与生境质量、土壤保持、NPP、粮食生产呈现协同关系;NPP分别与生境质量、土壤保持同呈现协同关系;生境质量与土壤保持是协同的关系;粮食生产分别与生境质量、土壤保持呈现权衡的关系。②从综合分区尺度:依据地貌和气候类型划分的综合分区,会出现特定的区域内生态系统服务关系的异同,加上影响生态系统服务的机制不同,促使生态系统服务间的关系在综合分区的体现也有所差别。③典型样区尺度:山地的南北坡在气候类型、植被类型、地貌特征等方面存在明显的差异性,随着时间的推移生态系统服务之间会发生相互转变。④样点间隔尺度:成对服务间的权衡/协同关系与样点间隔尺度存在一定的关联性,不同的间隔尺度权衡/协同关系的发展趋势存在差异性。该研究可以协助决策者在适当的空间尺度制定相应生态管理策略,促进生态-经济协同发展。     

新疆生态系统服务时空变化及权衡协同关系

基于CASA模型、RUSLE模型和InVEST模型定量测算了新疆1982-2015年的净初级生产力(NPP)、土壤保持和产水三种生态系统服务物质量。使用空间分析和热点分析方法对生态系统服务的分区差异进行了刻画,并使用Sen趋势度方法分析了生态系统服务的时空变化趋势,进一步基于逐像元偏相关分析,对三种生态系统服务之间的权衡与协同关系及时空变化进行了分析。结果表明:1982-2015年,新疆NPP年际变化较为稳定,呈现逐渐增加的趋势,土壤保持和产水量的年际变化波动较大;NPP与土壤保持、产水之间为协同关系;土壤保持与产水之间呈现明显的协同关系,且主要是强协同关系;NPP与土壤保持的协同关系在全省范围内有弱化趋势,NPP与产水之间由权衡关系过度到协同关系,土壤保持和产水协同关系先强化后弱化。     

新疆生态系统服务时空变化及权衡协同关系

基于CASA模型、RUSLE模型和InVEST模型定量测算了新疆1982—2015年的净初级生产力(NPP)、土壤保持和产水三种生态系统服务物质量。使用空间分析和热点分析方法对生态系统服务的分区差异进行了刻画,并使用Sen趋势度方法分析了生态系统服务的时空变化趋势,进一步基于逐像元偏相关分析,对三种生态系统服务之间的权衡与协同关系及时空变化进行了分析。结果表明:1982—2015年,新疆NPP年际变化较为稳定,呈现逐渐增加的趋势,土壤保持和产水量的年际变化波动较大; NPP与土壤保持、产水之间为协同关系;土壤保持与产水之间呈现明显的协同关系,且主要是强协同关系; NPP与土壤保持的协同关系在全省范围内有弱化趋势,NPP与产水之间由权衡关系过度到协同关系,土壤保持和产水协同关系先强化后弱化。     

中国退耕还林还草对生态系统服务权衡与协同的影响

基于生态系统服务之间相关关系的时空动态变化,实现区域可持续发展与生态系统利益最大化,是兼顾生态保护、粮食安全、改善民生等多目标的重要途径。通过分析退耕还林还草工程县域粮食供给与地块水源涵养、土壤保持、防风固沙功能变化,评估退耕还林还草工程对生态系统关键服务之间权衡与协同关系的影响。结果表明：（1）2000-2015年,约76%工程县域的粮食供给增加,约46%和49%工程县域退耕还林还草地块的土壤保持与水源涵养功能呈提升态势,而风蚀区仅约2%工程县域的地块防风固沙功能明显提升。（2）1897个工程县域中,约24%县域粮食供给与地块水源涵养、约18%县域粮食供给与地块土壤保持之间呈显著地空间协同关系,风蚀区约38%县域粮食供给与地块防风固沙之间呈显著地空间权衡关系。（3）31%工程县域表现为多重生态系统服务供给区,其中双重服务供给县域占43%,三重服务供给县域占53%,四重服务供给县域占4%。（4）近16年,不同区域退耕还林还草工程导致粮食供给与调节服务之间呈现权衡与协同相互转换、权衡或协同程度变化等差异的空间相关关系,反映了多重生态系统服务联合权衡与协同在未来工程生态效应评估中的重要性。     

基于贝叶斯网络的生态系统服务权衡协同关系及其驱动因子分析——以陕北黄土高原为例

了解生态系统服务的权衡协同关系及其驱动因子效应是实现生态系统有效管理和改善人类福祉的基础。以陕北黄土高原为例，定量评估其2018年土壤保持、产水服务、粮食供给和固碳服务，在构建贝叶斯网络生态系统服务模型的基础上，通过节点的重要性分析识别影响生态系统服务的关键节点，利用联合概率分布、概率推理和情景模拟探讨生态系统服务权衡协同关系及其驱动因子效应。结果表明：（1）陕北黄土高原各类生态系统服务空间异质性较强。其中，土壤保持、产水服务和固碳服务的空间分布情况较为一致，高值区集中在东南部，低值区在西北部，呈"南高北低"的分布特征；粮食供给呈"中部高、南北低"的分布特征。（2）土壤保持、产水服务和固碳服务之间互为协同关系，粮食供给分别与土壤保持、产水服务、固碳服务为权衡关系。其中，产水服务与固碳服务的协同关系、产水服务与粮食供给的权衡关系较强。（3）土地利用、降水和NPP （Net primary production）是影响生态系统服务权衡协同关系的主要驱动因子，其中土地利用主要影响生态系统服务的协同关系，而降水和NPP在影响协同关系的同时对权衡关系也有一定的制约作用。研究发现：不同驱动因子在不同状态下产生相同的协同（或权衡）方式，相同驱动因子在不同状态则会造成协同（或权衡）方式的差异。研究对于认识多种生态系统服务间的复杂关系及其驱动因子差异，为后续提出改善生态系统管理和提高人类福祉的对策与措施，具有重要的理论和实践价值。     

重点脆弱生态区生态系统服务权衡与协同关系时空特征

目前,有关生态系统服务权衡与协同关系的研究多集中在局地尺度,在宏观尺度上的研究较少。重点脆弱生态区是我国改善生态环境的主要目标区域,在定量评估我国重点脆弱生态区1990—2015年土壤保持、植被净初级生产力(NPP)和产水服务的基础上,利用相关系数法并结合植被分布场数据对生态系统服务权衡与协同关系进行研究。结果表明:(1)26年间,重点脆弱生态区的土壤保持服务、NPP、产水服务呈现出南多北少的分布格局,且3种服务的年际变化较小,但均有上升的趋势;(2)重点脆弱生态区的3种生态系统服务之间是整体上协同,局部权衡的关系,并且协同关系呈减弱的趋势;(3)生态恢复区的生态系统服务的协同程度大于非生态恢复区,权衡关系减弱的动态变化趋势高于非生态恢复区。定量评估生态系统服务权衡与协同关系的时空特征,有利于研究生态系统服务之间相互关系在时间上的非线性和空间上的异质性,对重点脆弱生态区生态系统的可持续发展具有重要意义。     

基于生态足迹法的闽三角城市群生态安全评价

生态安全已经成为时下研究的热点问题,而生态足迹法(Ecological Footprint)是评价区域生态安全的重要方法之一。然而,目前鲜有应用改良后的生态足迹方法探讨海湾型城市群生态足迹以及生态安全状态的成果。鉴于此,论文以闽三角城市群为研究区,以NPP数据反映现实生物量,采用"国家公顷"实现产量因子区域化,测算2010—2015年的区域生态足迹、生态承载力、生态赤字以及生态压力指数,评价区域生态安全状态。结果表明:2010—2015年间,闽三角城市群的生态足迹快速增长,其中泉州与漳州增长迅速,而厦门则略有下降;区域总体生态承载力缓慢下降;城市群大部分区域呈现生态赤字且越发严重,其中厦门最为严重,泉州次之,漳州相对较轻;城市群生态压力指数持续增长,生态安全等级升高,与生态赤字情况总体相符,生态安全问题亟需解决。有助于拓展与丰富生态足迹与生态安全研究的视角与案例,并为城市群可持续发展提供科学依据和决策支撑。     

基于生态系统服务供求评价的空间分异特征与生态格局划分——以长三角城市群为例

生态系统服务供给与需求能力存在显著的空间异质性与空间失衡,对区域经济发展与环境保护产生巨大影响。以长三角城市群区县为研究单元,分别核算其生态系统服务供给与需求值,引入梯度分析,分析生态系统服务供给与需求的空间特征,并基于供求分析提出长三角城市群生态格局分区方案,且针对性地提出相应片区的发展策略,为长三角城市群土地利用规划、区域协调发展提供科学依据。研究结果表明:(1)长三角城市群生态系统服务供给能力与土地利用类型密切相关,呈现从北到南逐渐升高趋势;(2)长三角城市群生态系统服务需求能力与社会经济发展联系紧密,在长江入海口附近形成生态系统服务需求高值区,然后向外围递减;(3)沪宁杭庐发展梯度带上,生态系统服务供需大致呈现负相关趋势;(4)基于生态系统服务供需关系构建,得到长三角城市群生态格局四大分区:生态保育区(高供给-高需求),生态修复区(低供给-高需求),生态重塑区(低供给-低需求),生态开发区(高供给-低需求)。     

基于生态系统服务簇的福州市生态系统服务格局

基于InVEST模型、游憩机会谱、因子分析、冷热点分析、SOFM神经网络和地形起伏度等方法,评估福州市6项生态系统服务,分析不同生态系统服务之间的权衡与协同,并阐明区域的主导服务类型和不同地形起伏度下服务簇的空间格局。结果表明: 福州市各项生态系统服务的空间异质性显著,产水、碳固持、生境质量和游憩机会供给总体较高,农产品供给和水土保持相对较弱且高低值差异明显;产水服务与文化服务存在协同关系,调节服务、支持服务与农产品供给服务之间存在权衡关系,权衡与协同高低值呈明显的空间聚集;生态系统服务簇分为郊区游憩簇、水源涵养簇、农产品供给簇、城镇生活簇和森林生态保育簇,不同地形起伏度下的服务簇组成各不相同,具有明显的空间异质性。     

闽三角区域生态系统服务重要性评价及其空间分布

基于GIS及RS技术,选取研究区内最重要的水源涵养服务、水土保持服务、生物多样性保护服务、生态系统综合服务为研究对象,采用NPP定量指标评价方法,对4种生态系统服务的重要性进行评价,试图揭示闽三角区域各类生态系统服务重要性分级情况及其空间分布规律。同时,从土地利用以及主控因子识别两方面对形成闽三角区域生态系统服务各重要性级别区域的深层次原因做出科学分析。以最终闽三角生态系统综合服务为例,研究结果表明:(1)极为重要和高度重要的区域面积共占研究区总面积的30.39%,总体分布在闽三角中部偏西南地区的南靖县、平和县以及长泰县境内,其在海拔300—600 m以及坡度10°—20°的环境中面积占比较高。(2)一般重要和较为重要区域总体分布在闽三角东北部沿海地区的泉州市及厦门市范围内,其在海拔900—1800 m以及坡度40°的环境中面积占比较高。(3)随着重要性级别从一般重要到极为重要的提升,其相应重要性级别区域的地理中心由南安市境内出发,逐渐向西方向移动,后经由华安县境内转向西南方向,最终落在南靖县境内。(4)从一般重要区域到极为重要区域,林地和草地的面积占比显著增加,而城乡、工矿、居民用地、耕地以及水域的面积占比则出现明显降低。(5)一般重要区域划分的主要控制因子依次为多年平均净初级生产力、降水因子、土壤渗流能力因子,极为重要区域划分的主要控制因子依次为多年平均净初级生产力、海拔因子、降水因子。     

耦合生态系统服务供求关系的生态安全格局动态分析——以闽三角城市群为例

实现分区管理是缓解城市群生态安全空间差异的有利途径。基于供求理论构建了生态系统服务供求关系动态模型框架,并利用供给与需求的象限区划表征闽三角城市群生态安全格局;在不同的尺度变换上,运用价值单量修正模型、INVEST生境质量模型、景观指数模型、生态韧性模型、熵权法等方法综合测度城市群生态系统服务供求水平,实现生态安全格局的分区化;引入环境库兹涅茨曲线理论解析区域生态安全格局现状和成因;数据分析借助Arc GIS可视化表示。研究发现:(1)闽三角城市群存在50%区域属于生态安全高供给失衡区,其中70%属漳州市境内;32.14%属于高需求失衡区,集中于市辖区与沿海地区;17.86%属于双维度失衡区;未存在单元位于双维度共赢区上。(2)区域生态系统服务供给颇佳而需求滞后,城市群东南沿海区域与周边区域格局差异明显,供给(需求)呈现由沿海向内陆梯次增(减)的空间分异规律。(3)城市群尚处于生态安全库兹涅茨曲线的"两难阶段",同时导致了城市群生态安全格局空间异质性的产生。     

青弋江流域生态系统服务评估与权衡研究

研究生态系统服务价值变化特征及多种服务之间的权衡协同关系,对平衡经济发展与环境保护具有重要意义。基于修订的当量因子表,结合2000、2009、2018年3个时期遥感解译获取的土地利用数据,运用生态系统服务权衡协同度模型、敏感性分析、空间自相关、土地利用程度综合指数模型等分析了青弋江流域生态系统服务价值（Ecosystem Services Value,ESV）的时空演变特征及9种生态服务之间的权衡协同关系。结果表明：（1）2000、2009及2018年的生态系统服务价值分别为285.19、351.26和294.68亿元,价值总量呈先增后减的变化趋势,其中2009-2018年间总ESV下降了16.1%,生态服务趋于退化。整个研究时段内,林地对ESV的贡献量最大,其次是耕地和水域。（2）2000-2009年,单项生态系统服务间以协同关系为主导,协同率为77.8%,食物生产服务与本研究中的其他服务之间均为权衡关系;2009-2018年间生态系统服务间的关系与前9年基本一致,但食物生产服务与其他服务功能之间的权衡度呈增强的趋势。（3）敏感性分析表明,各时期的敏感性指数（CS）值均小于1,表明基于修订的当量因子表计算获得的生态系统服务价值系数符合青弋江流域的实际情况,计算结果可靠。（4）生态系统服务价值存在较强的正向空间自相关,但集聚程度有下降的趋势。双变量空间自相关分析表明当土地利用程度增强时,生态系统提供的总服务价值或单项服务价值均会降低。研究结果可为青弋江流域土地利用结构的优化调整及生态环境保护提供参考信息。     

生态系统服务竞争与协同研究进展

生态系统服务作为生态系统评估的核心领域,是生态学的研究热点。生态系统提供服务的形式与能力受人类活动强烈影响,反之,生态系统服务的变化又影响着人类相关决策的制定。不同生态系统服务之间很难甚至不可能同时达到利益最大化,即存在着不同程度此消彼长的竞争关系。此外,不同生态系统服务之间也可能形成相互促进或抑制的协同作用。探讨不同生态系统服务的相互关系(竞争与协同作用),有利于揭示不同尺度利益相关方与生态系统服务之间的作用与反馈机制,避免生态系统服务的重复估算;同时可为制定与实施生态补偿、提高人类福祉提供科学依据,优化生态系统服务管理。综合研究了近期国外生态系统服务竞争关系与协同作用的相关文献,在简述当前生态系统服务研究若干问题的基础上,以生态系统服务竞争与协同为视角,厘清了生态系统服务竞争与协同的基本内涵,总结了生态系统服务竞争与协同的主要类型,探讨了生态系统服务竞争与协同的空间与时间尺度效应;介绍并总结了生态系统服务竞争与协同两种主要研究方法(生态-经济综合模型方法、基于土地利用的情景分析法)的特点与适应范围。