基于土地利用变化情景的生态系统服务价值评估: 以钱江源国家公园体制试点区为例

土地利用变化是生物多样性与生态系统服务变化的主要原因之一。评估土地利用变化对生物多样与生态系统服务影响对于政府决策具有重要作用。钱江源国家公园体制试点区是钱塘江的源头, 也是国家的重点生态功能区。本研究以钱江源国家公园体制试点区为研究区, 首先设计自然发展情景、规划情景、生态保护情景和开发利用情景等4种2025年不同土地利用变化情景, 随后采用InVEST模型和CLUE-S模型分析不同情景下钱江源国家公园水资源供给、涵养水源、固碳释氧、土壤保持、环境净化和生境质量等生态系统服务及其价值变化。结果表明: (1)核心保护区和生态保育区的生态系统服务价值占钱江源国家公园总价值的88.30%。(2)生态保护情景下钱江源国家公园生态系统服务价值最高, 有129.17亿元; 规划情景下生态系统服务价值次之, 有126.92亿元。(3)规划情景下钱江源国家公园水资源供给服务优于生态保护情景, 其他生态系统服务则次于生态保护情景。考虑到钱江源国家公园为下游提供重要的水资源这一功能, 将规划情景作为试点区2025年最优的土地利用变化情景。     

生物多样性与生态系统服务评估指标与方法

评估、模拟和预测全球生物多样性和生态系统服务的状态、趋势及其对人类福祉的影响,是当前生物多样性和生态系统服务研究领域的重要任务。指标和数据、模型和情景是推动生物多样性与生态系统服务评估研究理论建设和方法集成的重要工具。但是,目前对生物多样性和生态系统服务评估的指标体系和技术方法的综合对比研究相对缺乏。因而,系统评述了生物多样性和生态系统服务评估的概念框架、评估指标以及各类评估模型和方法的最新进展。生物多样性—生态系统功能—生态系统服务—人类福祉的级联框架是极具逻辑性的生物多样性和生态系统服务评估框架。现有的评估指标体系和模型方法还存在很多的问题和挑战,难以充分揭示生态系统服务的形成和影响机制、服务之间的联系和作用机理,有效地指导生态系统服务管理和决策制定。然而,这些评估指标和方法可为构建生物多样性与生态系统服务综合集成模型研究的框架提供重要的切入点。基于此,提出了生物多样性与生态系统服务综合集成模型研究的核心内容:i)目的:基于自然—社会综合特征的情景分析确定所解决的科学问题,输出生态系统服务管理和决策制定方案;ii)内容:尺度、生态系统服务类型、生物多样性的层次结构、组分间相互关系、驱动要素、多源数据的综合分析;iii)方法:对现有的各类模型和模型组合进行比较和不确定性分析,建立符合区域实际需求的生物多样性与生态系统服务综合制图模型库。在此基础上,建议我国应尽快发展适合中国区域特点的标准化指标体系和综合评估模型系统,定期对生物多样性和生态系统服务进行综合评估,掌握生物多样性和生态系统服务的变化趋势,提升我国在生物多样性和生态系统服务研究领域的国际地位和话语权。     

渭河流域生态系统服务权衡优化研究

研究生态系统服务之间以及与土地利用类型之间的复杂关系,进行生态系统服务导向下的土地利用优化,对实现社会经济与生态保护协调可持续发展具有重要的意义。以渭河流域关中-天水经济区段(简称关天段)为研究对象,在子流域尺度估算了2000—2013年的生物多样性、固碳和产水3种生态系统服务量,定量化研究彼此之间的权衡和协同关系;并利用CA-Markov模型预测2050年土地利用变化情景,以此测算未来情景下的生态系统服务并引入生产可能性边界(PPF)方法,进行权衡与协同分析,探究2050年最优生态系统服务下的土地利用格局。研究得出:(1)2000—2013年研究区的总产水量呈增加趋势。秦岭与六盘山地区总固碳量较大,生物多样性质量较高;而关中平原地区人口和城市分布较多,固碳能力较差,生境退化度普遍较高。(2)固碳与生物多样性之间呈现协同关系,而产水与生物多样性和产水与固碳之间均表现为权衡关系。(3)绘制了2050年的生态系统服务下的最优帕累托效率曲线,并进一步进行权衡协同分析,得到相对应的土地利用优化图。将生态系统服务及权衡需求纳入到土地决策和优化管理过程中,将有助于研究区的生态,社会和经济达到共赢状态。     

面向多重生态保护目标的广东省生态系统服务退化风险情景模拟

稳定、协调、可持续的生态系统服务供给是维持区域自然生命系统、保障区域生态安全的基础。面临生态系统所受的人为与自然干扰,有必要准确评估生态系统服务退化风险,揭示区域生态安全和可持续性提升路径。现有研究多叠加所有生态系统服务以评估生态系统服务退化风险,未能面向区域生态问题或生态需求对不同类型生态系统服务进行整合。研究提出面向多重生态保护目标的生态系统服务退化风险情景模拟框架,考虑广东省生物多样性保育、水资源安全、自然灾害防范等生态保护目标,选取代表性生态系统服务类型(生境维持、水源涵养、水质净化、土壤保持、洪水缓解、热带气旋缓解),基于不同典型浓度路径情景评估2018—2035年生态系统服务退化风险。结果表明,2018—2035年广东省生态系统服务供给空间格局基本稳定,尽管有所退化、空间异质性强。生态系统服务退化风险的情景模拟表明,面向生物多样性保育目标的生态系统服务退化高风险区位于珠三角的深圳市、佛山市和江门市,以及粤西和粤东地区的湛江市、茂名市和揭阳市;面向水资源安全目标的生态系统服务退化高风险区位于珠三角的深圳市、中山市和江门市,以及粤西与粤东地区的茂名市、揭阳市和江门市;面向自然灾...     

IPBES框架下生物多样性和生态系统服务情景和模型方法评估及对我国的影响

随着国际社会对生物多样性保护关注度的提升, 生物多样性和生态系统服务情景和模型方法逐渐成为国际进程和条约关注的焦点问题。生物多样性和生态系统服务政府间科学-政策平台(Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services, IPBES)将“生物多样性和生态系统服务情景和模型方法评估”列入2014-2018年工作方案, 作为IPBES首批评估活动之一, 其评估报告及决策者摘要已在IPBES第四次全体会议上获得通过。本文概述了该评估报告的主要内容和结论, 探讨了报告与其他国际进程的关系及其可能对中国的影响。该报告梳理了国际上现有的生物多样性和生态系统服务相关情景和模型方法, 综合分析了它们的优缺点、适用范围和限制条件, 提出了使用过程中应对数据和知识空缺的方法, 为制定、使用及优化情景和模型提供了指导。IPBES的一系列评估报告将引领生物多样性和生态系统服务相关科学领域的发展, 为各国在生物多样性领域进行对话、权衡与博弈, 实现本国利益最大化提供一个高效的平台。中国作为一个发展中的生物多样性大国, 积极参与、发声必然是应对IPBES未来发展的最优方式。     

基于FLUS-InVEST模型的京津冀多情景土地利用变化模拟及其对生态系统服务功能的影响

研究未来不同情景下土地利用变化对区域生态系统服务的影响,可以为城市可持续发展的规划和决策提供有效支持。以京津冀城市群为研究区域,首先利用未来土地利用模拟（FLUS）模型模拟2045年自然发展情景、耕地保护情景和生态保护情景下的土地利用空间分布格局,并结合InVEST模型模拟研究区不同情景下的生境质量、产水量、碳储量、土壤保持量和水质净化服务,在此基础上运用层次分析法构建综合生态系统服务指数（CES）,从空间上反映多种生态系统服务的供给总量,研究不同情景下土地利用变化对生态系统服务功能的影响。研究结果表明：①FLUS模型的模拟精度较高,适用于研究区的土地利用模拟。②在生态保护情景下,除产水量相比2015年下降2.47%外,其他几种生态系统服务均有最大幅度的上升,且这4种生态系统服务在西北山区都出现增加的现象;自然发展情景下,城镇用地和农村居民点的扩张引发了大量的碳储量和生境质量损失;耕地保护情景下,水质净化能力出现最大程度的下降。③自然发展情景下京津冀区域CES的损失最大。CES下降幅度最大的区域主要发生在林地被城镇用地侵占,其次是林地被农村居民点侵占的地区,导致生境质量、碳储量和水质净化能力同时下降;在生态保护情景下,林地的增加促进了多种生态系统服务功能同时提升,京津冀区域的CES大幅提高,表明生态保护情景是最有利于可持续发展的土地利用方案。但同时需注意大量造林可能带来的水资源短缺,要因地制宜保护生态环境。研究结果可以为京津冀城市群可持续发展政策的制定提供参考依据,为研究未来不同政策情景下土地利用变化对生态系统服务的影响提供新思路。     

基于生态系统服务供需的城市群生态安全格局构建框架

近年来,生态系统服务供需失调引发了一系列问题,诸如城市热岛、生态用地流失、环境污染、生物多样性减少等生态风险问题,已成为威胁生态安全、制约社会经济可持续发展的重要因素,因此维持生态系统服务供需平衡是生态安全健康发展的保障和关键。梳理了生态系统服务评价、生态安全格局构建的研究现状,指出了存在的不足,同时构建了基于生态系统服务的城市群生态安全格局基本框架,并提出了生态安全格局未来的研究重点:城市群区域和城市内部生态系统服务的多尺度综合评价、城市功能区的划分及对生态安全的胁迫作用、生态过程与生态系统服务与生态安全的耦合、基于生态系统服务流的生态安全格局构建、模拟和优化。通过耦合社会经济数据、卫星遥感数据、城市地图大数据,评价城市内部和外部不同尺度的生态系统服务,保障城市群生态系统服务流畅通传输,实现城市群生态安全格局评价和优化。     

三峡库区典型流域生境质量时空演变特征与情景模拟

经济社会快速发展推动区域土地利用格局发生了深刻转变,对生境质量和生物多样性产生了巨大影响。准确评估和预测土地利用变化背景下生境质量的时空演变特征和未来发展趋势,对区域生物多样性保护和可持续发展具有重要意义。以三峡库区典型流域大宁河流域为研究区,基于2000年、2010年和2018年3期土地利用数据,分析了土地利用及生境质量的时空演变特征,并结合土地利用预测模型模拟了2034年自然发展、经济优先、生态保护3种情景下土地利用和生境质量的格局特征。结果表明：2000—2018年水田、旱地、草地面积呈总体下降的趋势,而林地、城镇用地、农村居民点、其他城镇用地呈整体增加趋势,揭示了城镇化建设和生态保护修复并存的土地利用变化格局;2000—2018年大宁河流域生境质量呈先降低后增加的趋势,整体格局相对稳定,但局部地区生境质量仍逐渐恶化,且两极化趋势明显;在未来情境中,2034年大宁河流域生境质量表现为生态保护情景>自然发展情景>经济优先情景,生态保护情境下流域局部和整体生境质量均得到显著提升,未来大宁河流域生物多样性保护和区域可持续发展规划中应更加注重统筹经济发展和生态保护之间的关系。     

黑河流域生态系统服务价值预测及权衡分析--以张掖市为例

土地利用变化将改变区域生态系统服务的稳定供给能力,进而对区域生态稳定和可持续发展构成威胁。中国西部地区快速城镇化背景下,扩张的经济发展需求对土地利用变化产生了重大影响。以丝绸之路经济带规划的重要节点城市张掖市为例,基于土地利用变化均衡分析(CGELUC)模型及土地利用动态模拟(DLS)模型,模拟了多情景下张掖市2010-2030年的土地利用变化时空分异特征,并通过生态系统服务价值(ESV)估算、空间自相关分析等方法分析并预测了ESV及其时空演变特征,集中分析了多情景下2030年张掖市ESV各项服务间的权衡与协同关系。结果表明:(1)2010-2030年张掖市土地利用格局变化显著,建设开发情景下城镇建设用地扩张最为剧烈,建设用地增长7.41%,耕地面积减少11.05%;生态保护情景下城镇扩张最为和缓,同时未利用地减少明显,面积降低1088km²,主要向林地、草地、水域等生态用地发生转化。(2)2010-2030年张掖市ESV在基准情景和生态保护情景下分别增长6.43、13.16亿元,建设开发情景则整体仅增加1.53亿元。(3)供给、调节、支持与文化4种单项ESV,基准和生态保护情景下均呈现显著上升趋势;建设开发情景下有3项呈现缓慢的增长趋势,且该情景下供给服务则始终呈现下降趋势。(4)各单项生态系统服务协同关系明显,东南-西北轴线南北两侧区域表现为协同关系,仅有少数区域表现为权衡关系,且供给-文化服务的权衡关系较为明显。本研究可为西部城镇化快速发展地区统筹经济发展与生态保护提供科学方案。     

湖南省城市群生态网络构建与优化

大型生境斑块为区域生物多样性保护提供了重要的空间保障。然而,快速城市化使得大型生境斑块变得日益破碎化、岛屿化,连接性不断下降,且日益受到周边土地利用变化的强烈影响,已严重威胁着区域生物多样性的保护。通过生态廊道建立或修复破碎生境斑块之间的连接,将非常有利于生态网络生态服务功能的有效发挥。基于景观生态学和保护生物学的相关原理,以湖南省城市群为例,在RS和GIS技术的支撑下,采用最小费用路径和情景分析方法,定量模拟了研究区的潜在生态廊道,基于重力模型对重要生态廊道进行了识别与提取,并就消费面模型对潜在生态网络结果产生的影响进行了分析,在此基础上有针对性地提出了生态网络优化的对策。研究结果表明,林地和耕地是组成研究区生态网络的优势景观要素类型;不同生境斑块间的相互作用强度差异显著,总体上西高东低,南高北低;消费面模型能够在较大程度上影响到生态网络的分析结果,因而进行情景分析十分重要和必要。研究结果可为研究区生态网络的构建和优化提供科学依据,同时可为其他城市群区域生态网络的构建提供参考和借鉴。     

西南地区生态系统服务供需历史变化与SSP-RCP情景预测

生态系统服务的供需平衡对实现可持续发展至关重要。为了更好地了解过去气候变化和社会经济发展对生态系统服务的影响,并对未来不同气候和社会经济发展情景做出正确响应,有必要对生态系统服务的供需变化进行系统的评估和预测。研究对我国西南地区2000、2010、2015年的水源涵养、食物生产和固碳3项生态系统服务的供给和需求进行了定量的空间评估,然后基于IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)提出的社会经济发展和气候变化联合情景框架,即SSP-RCP情景(Shared Socio-economic Pathways-Representative Concentration Pathways),对此3项生态系统服务在未来2035年和2050年的供给和需求进行了SSP1-RCP2.6、SSP2-RCP4.5、SSP4-RCP6.0和SSP5-RCP8.5 4个情景下的预测。结果显示,西南地区水源涵养和固碳服务的供给和需求具有显著的空间不匹配特征,且其需求从2000—2015年分别增长了11.49%和252.41%。根据SSP-RCP情景预测结果,水源...     

中国快速城市化区域生态系统服务价值预测及权衡研究——以佛山市为例

中国快速城市化区域由于经济迅速发展需要以及人类活动不断干扰，导致土地利用变化剧烈，影响生态系统功能发挥和服务供给，给予生态环境带来巨大压力。分析和预测快速城市化区域生态服务价值（Ecosystem Service Value，ESV）时空演变特征、权衡与协同关系，对协调区域可持续发展具有重要意义。通过FLUS（Future Land Use Simulation）模型、价值当量表估算法、皮尔逊相关分析和双变量自相关等方法，分析并预测2005-2025年佛山市土地利用变化对ESV的影响，同时探究2025年多情景下生态系统服务之间的权衡与协同关系。结果表明：①2005-2025佛山市土地利用格局变化明显，生态保护情景下土地利用变化程度最缓和。②2005-2015年ESV共下降11.41亿元，经济发展情景下的ESV下降趋势最明显。③供给、调节、支持与文化4种单项ESV，分别下降1.95、5.02、4.08、0.36亿元；生态保护情景下的各项ESV均上升。④生态系统服务之间均存在明显的协同作用，经济发展情景下的协同关系最显著；西南和东北区域主要表现为协同关系，局部区域表现为权衡关系。研究结果可为快速城市化区域生态系统功能调控和生态安全格局构建提供一定的思路。     

城市土地利用变化对生态系统服务价值影响的多情景模拟——以深圳市为例

深圳市作为粤港澳大湾区城市化水平最高、经济最为发达区域，其快速变化的土地利用方式对生态系统服务价值产生了深刻影响。基于1995—2015年深圳市土地利用和生态系统服务价值(ESV)变化规律，运用FLUS模型与ESV算法，设定自然发展、城市发展、耕地保护和生态保护4种情景，模拟不同情景下土地利用变化对ESV的影响。结果表明：(1) 1995—2015年转出量最高的地类是草地，草地与林地间存在密切相互转化关系，除建设用地外，其余地类均呈“入不敷出”态势；(2) 1995—2015年ESV总价值的下降趋势由迅猛变化为和缓，调节服务是深圳市最主要的生态系统服务功能，其次则是支持服务功能；(3)秉持粤港澳大湾区建设基本原则，以2035年为目标年，设定了自然发展、城市发展、耕地保护和生态保护四种情景，发现自然发展和城市发展的ESV总价值损失量较高，建筑面积的增加和草地面积的大规模减少成为两情景下生态系统服务价值减少的关键。生态保护情景下，虽然ESV总价值减少趋势并未有效遏制，但减少量明显少于其余三种情景，成为未来深圳市土地利用优化的最优情景。     

区域尺度城镇扩张的情景模拟与生态效应——以广西西江经济带为例

以快速城镇化的广西西江经济带为案例区,以生态重要性和开发建设适宜性为情景、利用最小累积阻力模型对城镇扩张进行模拟,进而从区域生态系统服务功能变化角度定量分析两种情景的生态效应差异。结果表明,经济带东西两翼地区生态重要性较高,中部地区开发建设适宜性较高。中小城镇在生态重要性情景中获得了较大的发展机遇,而大城市在开发建设适宜性情景下扩张更快。相同扩张强度下,生态重要性情景的区域生态系统服务功能总量下降较少,除食物生产功能外的其他各项服务功能呈现类似格局。随着扩张强度增加,两种情景下生态系统服务功能下降量之间的差异逐渐增大,从0.5%强度下的1.09亿元增大到10.0%强度下的4.05亿元。基于生态重要性的扩张情景对于保护生态环境、维持开发与保护之间的平衡更加有利,是一种相对合理的扩张方式。为开展区域层面城镇扩张情景模拟分析提供了参考,也为未来调控城镇扩展格局提供了优化情景和科学依据。     

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。     

雄安新区多尺度生态基础设施规划

生态基础设施是保持、改善和增加生态系统服务的条件和过程，对于提升区域生态系统服务能力具有重要意义。已有的生态基础设施规划方法主要针对单一尺度进行，不能体现生态系统服务在不同尺度间的相互影响。基于ArcGIS、最小累积阻力（MCR）模型和层次分析法（AHP）构建了一种"宏观-中观-微观"多尺度生态基础设施核心区识别和生态廊道辨识的方法体系框架。以雄安新区为例，提出生态基础设施规划方案：宏观尺度需维持气候调节、固碳释氧、保护生物多样性、防风固沙等功能的稳定，生态核心区斑块面积建议大于10 km²，生态廊道宽度设置为100-200 m；中观尺度生态核心区斑块面积不小于5 km²，宽度设置为50-100 m，可改善区域水源涵养、文化休闲、净化环境、减弱噪声等生态系统服务功能；微观尺度生态核心区斑块需大于1 km²，宽度为10-30 m，可有效控制径流、净水调蓄。得出以下结论：（1）不同尺度生态基础设施规划目标不同，规模有所差别，其中宏观尺度规模最大，微观最小；（2）多尺度规划方法，可以科学有效的指导生态基础设施建设，提高区域生态系统服务能力；（3）多尺度生态基础设施规划建设需要向多学科理论和方法的交叉融合方向发展。研究结论可为今后全面推进雄安新区的可持续发展提供科学基础和决策参考。