区域生态系统服务供需风险时空演变特征——以陕西省产水服务为例

生态系统服务评估是地理学与生态学研究的重要议题。目前的生态系统服务评估研究主要着眼于服务供给能力的退化风险评估,缺乏将服务的供需匹配特征、供需动态变化趋势以及服务之间的权衡协同关系综合考虑的生态系统服务风险评价框架及案例研究。首先通过系统地梳理生态系统服务供需风险评估研究进展,提出了区域尺度的生态系统服务供需风险研究框架,并以陕西省产水服务为例进行案例分析,揭示其供需风险时空格局变化特征。讨论了生态系统服务供需风险评估的影响因素、研究意义和未来研究方向。结果显示:①在产水服务供需时空格局方面,2000—2010年陕西省产水服务供给与需求总量均有所增加。陕南地区是主要的产水服务供给区,而产水服务需求量较大的地区主要分布在关中地区和汉中盆地。②在产水服务供需匹配方面,2010年陕西省产水服务供给不能满足需求的区域相对于2000年减少3.93%,供需空间匹配状况整体有所改善。③在产水服务供需风险方面,2000—2010年陕西省产水服务供需高风险区域占全省的13.37%,主要分布在关中地区和榆林市;低风险区域占全省的86.63%,主要分布在陕南地区以及延安市和宝鸡市。与2000—2005年相比,2005—2010年陕西省产水服务供需风险水平明显降低,高风险区域比重减少1.63%。研究结果以期为生态系统服务风险评估研究与管理应用提供理论支撑。     

长江经济带生态系统服务供需格局变化与关联性分析

生态系统服务持续供给是人类社会可持续发展的重要基础。随着社会经济发展和人类生活品质的提高,综合考虑生态系统服务供给与人类需求,并纳入自然资源管理实践对我国生态文明建设至关重要。然而,目前的研究大多集中于生态系统服务供给研究,针对跨区域尺度的生态系统服务供需研究仍较薄弱。以我国跨区域的长江经济带为例,采用生态系统服务供给指数(ESPI)和土地开发指数(LDI),定量测度了生态系统服务的供给和需求,构建了生态系统服务供需指数(ESSDI),分析了长江经济带生态系统服务供需格局的时空变化规律及其区域特征,并利用皮尔逊相关系数和回归分析方法,定量探究了长江经济带生态系统服务供需格局的关联性及其区域差异。研究结果表明:(1)2015年长江经济带的生态系统服务供需格局区域差异明显,总体上呈现西部盈余东部超载的供需格局,其中生态系统服务供需格局状况较好和状况好的区域面积比例较高,占长江经济带总面积的69.45%。(2)长江经济带生态系统服务供需格局空间失衡现象较为突出,长江经济带55.36%的GDP和31.41%的人口均集中在7%生态系统服务供需状况差的区域。2000—2015年期间,长江经济带实施了系列生态保护与修复工程,生态系统服务供需状况趋向变好,生态系统服务供需状况好的县域增加了43个,供需状况差的县域减少了58个;长江经济带上游和中游地区生态系统服务供需状况比下游地区提升幅度大。(3)长江经济带生态系统服务供给和需求整体上呈现负相关。生态系统服务的供需关系存在区域差异。在经济快速增长和土地集约开发的下游地区,生态系统服务供需负相关关系斜率较大。随着ESPI的变化,下游LDI的变化幅度大于欠发达的上游和中游地区。研究结果可为长江经济带生态系统管理和政策制定提供参考。     

基于土地利用与土地覆被的长三角生态系统服务供需空间格局及热点区变化

快速城市化与土地利用变化导致区域生态系统服务供需失衡,进而使得生态环境恶化已成为共识。开展生态系统服务供需关系及其空间量化研究,有助于识别出区域中存在的主要生态环境问题及其关键驱动。以长江三角洲为研究区,基于土地利用与土地覆被和生态系统服务供给和需求评价矩阵的方法对1985—2015年长三角生态系统服务供需盈亏格局及热点变化进行分析,结果表明:1)长三角地区生态系统服务供给减少,需求增多,生态系统服务盈余区从1985年的40.9%下降至2015年的38.5%,生态系统服务赤字区面积占比从1985年的1.3%增长到2015年的10.6%,总体呈现供不应求的趋势; 2)沪宁杭城市发展梯度带上生态系统服务供需盈亏呈"V"型分布,且30年内城市中心及其附近的生态系统服务供需值下降更为明显; 3) 30年内长三角生态系统服务供需盈余热点区整体变化不大,30年内面积减少了0.1%;而赤字热点区则呈现出快速扩张趋势,面积占比30年内增加了14.9%。说明随着城市化进程的加快,长三角生态系统服务供需亏损状况更严重; 4)生态系统服务供需评价矩阵可以比较简便、全面的反映出生态系统服务供需盈亏状况,研究结果可对快速城市化地区生态环境与土地利用规划与管理提供有益参考。     

东江湖流域水供给服务时空格局分析

与水相关的生态系统服务是生态学研究的热点问题。水供给服务对区域水循环和水量平衡具有至关重要的作用。东江湖流域是国家重点流域和水资源生态补偿试点,水供给服务是该流域生态系统服务保护的重中之重。基于In VEST模型,从流域、子流域两个尺度分析1995—2010年东江湖流域的水供给服务时空格局,并比较了不同土地覆被类型的水供给服务能力。结果表明:(1)1995—2010年,东江湖流域水供给量整体呈现先增加后减少的趋势,年均水供给量在1100—1600 mm之间,2000年的平均水供给量最多。(2)各年水供给量的空间分布格局相似,由湖区向四周递增。(3)平均水供给量较高的土地覆被类型为城镇建设用地、典型草地、灌丛、灌丛草地,在1600 mm左右。平均水供给量较低的土地覆被类型为河湖滩地、内陆水体、水田,在800 mm以下。(4)各个子流域平均水供给量大致在750—1700 mm之间。东北部子流域为水供给服务的高值地区。从水量平衡的角度而言,降水和实际蒸散发是决定生态系统水供给量的两个关键环节。东江湖流域水供给量的时空格局差异是气候和土地覆被共同作用的结果。研究能够为东江湖流域的水资源管理提供科学的参考依据,对东江湖流域生态系统服务功能的提升、生态环境质量的改善、社会经济的可持续发展具有重要的现实意义。     

青藏高原生态系统服务供需变化及其驱动因素

准确识别生态系统服务供给与需求的空间特征和空间匹配,确定影响供需关系的因素,对指导区域生态系统管理和恢复具有重要意义。采用修正通用土壤流失方程（RUSLE）、生态系统服务和权衡综合评估模型（InVEST）和卡内基-艾姆斯-斯坦福模型（CASA）等多种模型方法探讨青藏高原土壤保持、产水和碳固定服务的供给与需求的时空特征,并结合冗余分析,进一步识别青藏高原生态系统服务供给、需求与供需比的影响因素。结果表明：（1）2000-2018年青藏高原土壤保持、产水和碳固定服务的供给量,以及产水和碳固定服务的需求量均呈现增加趋势,供给量分别增加30.57t、63.61×10⁴m³、33.81t,需求量分别增加153.42m³和5.09t,而土壤保持服务需求量呈减少趋势,减少16.39t。（2）青藏高原各项生态系统服务供需匹配状况不同,碳固定服务供需比呈下降趋势,产水服务供需比呈上升趋势,土壤保持服务供需比波动变化,总体呈上升趋势,局部呈下降趋势。（3）各项生态系统服务供需关系均以低低型空间匹配为主。（4）降水和坡度是影响生态系统服务供给的主要因素,生态系统服务需求主要受人口密度和国内生产总值的影响,降水和温度是影响生态系统服务供需比的关键因素。研究评估青藏高原生态系统服务供给与需求之间的关系,以及明确供需关系的空间显性驱动力,为区域的生态系统综合管理提供依据。     

地表水资源供给服务供需关系对节水政策的响应——以大清河流域为例

水资源是基础性自然资源和战略资源,科学量化水资源供给服务的供需关系、识别供需矛盾的突出区域是进行流域水资源管理的重要前提。以大清河流域为例,利用InVEST模型,建立了水资源供给服务空间流动量化方法,预测了用水效率提升、节水灌溉两种节水政策情景对水资源供给服务供需关系的影响。结果表明：(1)流域水资源供给服务和水资源需求量均呈现出上游低、下游高的空间分布格局,农业用水为流域主要用水类型,2010—2015年,流域水资源供给服务增长0.97%,水资源需求量出现了9.6%的下降;(2)2010—2015年,流域整体水资源供给服务的供需比由0.78提升至0.88,服务的空间流动使得上游盈余的水量缓解了中下游的用水压力,但中下游水资源需求大于供给的问题仍普遍存在;(3)提升用水效率、推行节水灌溉这两种节水政策均能够有效改善大清河流域的水资源供需关系,分别可将流域水资源供需比提升至0.97和0.96,基本达到供需平衡。研究可为北方资源型缺水流域水资源供需匹配度的提高、节水政策潜力的评估提供借鉴。     

湟水流域生态系统服务供需匹配关系

生态系统服务供需可以反映出区域生态经济发展协调水平，在空间上量化生态系统服务的供给和需求，识别生态系统服务的供需匹配关系，对区域生态系统可持续管理具有重要意义。湟水流域是西北生态屏障建设的重要组成部分，其生态系统服务供需平衡直接关系到青海东部地区的生态安全，为了识别流域生态系统服务供需匹配状况，综合集成多源数据，运用多种生物物理模型定量评估湟水流域食物生产、产水、土壤保持和碳固定服务，刻画流域内生态系统服务供需格局的空间特征，揭示各项生态系统服务供需的空间聚集模式，生成具有高度连通性的区域，为生态优先保护区划分提供参考。研究表明：（1）湟水流域生态系统服务供给和需求在空间分布上具有高度异质性，除去产水服务，其他三项生态系统服务整体上能够满足流域内部需求，但局部区域仍然呈现明显的赤字特征；（2）不同生态系统服务的供需比差异明显，由高到低依次为是碳固存（0.188）、食物生产（0.114）、土壤保持（0.026）和产水服务（-0.021），各项服务的供需比都具有显著的空间差异；（3）流域内生态系统服务供需的空间错配现象突出，除产水服务外，各项生态系统服务都有"高供给低需求"地区和"低供给高需求"地区，"高供给低需求"区主要分布在流域上游生态基底条件好的区域，"低供给高需求"区集中在流域中下游的河湟谷地；（4）土地利用类型影响生态系统服务供需平衡，流域实现供需平衡需要适度增加林草地比例，控制耕地和城市用地的扩张。研究系统分析了湟水流域生态系统服务供需盈亏状况，可为流域生态系统可持续管理与土地资源配置决策提供科学支撑。     

基于承灾脆弱性与生态系统服务供需匹配的城市空间治理分区

城市空间普遍面临抵御灾害能力不足的问题。构建承灾脆弱性视角下的城市生态系统服务供需分析框架对提升国土空间抵御灾害的能力具有重要意义。以珠海市为例,选择与提升区域抵御自然灾害能力高度相关的生态系统服务类型,运用InVEST模型及遥感信息模型评估生态系统服务供给,构建承灾脆弱性评价模型评估需求,利用供需匹配分析识别亟需治理的风险区。研究结果表明：（1）珠海市生态系统服务有高供给高需求、高供给低需求、低供给高需求和低供给低需求4种供需匹配类型,各项服务供需失衡程度为土壤保持服务>水源涵养服务>台风灾害防护服务;（2）基于供需匹配类型和主导风险类型划分了四大类风险区,高危、中危、低危风险区和安全区面积占比为29.23%、21.70%、33.06%、16.01%,风险区等级与建设用地面积占比之间存在较好的对应关系;（3）根据风险区类别提出了多项风险综合治理区、双项风险复合治理区、主导风险专项治理区3种治理策略分区。生态系统服务供需匹配分析通过识别承灾脆弱性与承灾能力不匹配的热点区域,为区域/城市国土空间治理和增强国土空间抵御灾害的能力提供参考。     

大连金普新区碳固持生态服务供需格局时空差异

碳固持服务供需匹配状况对于优化区域生态系统管理、提升生态系统碳汇能力具有重要意义。以大连金普新区为研究区,利用InVEST模型、ArcGIS模型,研究固碳项生态系统服务供需匹配及其变化特征。结果表明：(1)研究期内,2010年至2018年,碳固持服务供给总量呈现出U字型变化趋势;需求总量呈现出持续增长的变化趋势,表现为低等级需求量地区向高等级需求量地区不断转化;碳固持服务供需求不匹配,供需错配现象突出,总体上呈现出供不应求。(2)碳固持服务供需赤字缺口正持续扩大。赤字类型总面积有持续增加的趋势;盈余类型总面积表现为先增后减;供需相对平衡类型总面积不断缩减,朝着低供给高需求方向转变。(3)金普新区碳汇地面积持续缩减,2018年仅为564km²;碳源地面积大量增加,2018年达到1340km²。(4)提出了控制城镇碳需求增长,增加绿地,提高碳供给能力,消减赤字,维持供需能力基本平衡的对策。     

基于土地利用变化与生态系统服务供需的中国野生亚洲象时空迁移特征分析

2021年4月,我国15头野生亚洲象(Elephas maximus)从西双版纳一路北迁至昆明市受到了全世界的关注,分析我国野生亚洲象分布区土地利用变化、生态系统服务供需关系如何影响野生亚洲象分布,对保护亚洲象与提高当地人类福祉具有重要的意义。利用生态系统服务价值当量因子法和生态系统服务需求模型计算中国野生亚洲象分布区1990、2005、2015年生态系统服务供给价值与需求指数,通过空间标准化匹配出四种生态系统服务供需模式,探究我国野生亚洲象偏好分布的供需模式。结果表明,林地、草地和耕地是最主要的土地利用类型,1990—2015年,林地、草地和耕地的面积变化率分别为1.09%、-4.82%、-4.86%。1990、2005、2015年生态系统供给总价值分别为6108.55亿元、7434.41亿元、13973.37亿元;生态系统服务需求不断提高,整体呈现中间高,四周低的分布格局。在研究的25年内,亚洲象分布于高供给-高需求与高供给-低需求区域,且有向高供给-高需求区域迁徙的趋势。     

基于供需关系的西南喀斯特区生态系统服务空间流动研究

生态系统服务的持续供给是社会和自然可持续发展的基础,人类通过对生态系统服务的消费来满足需求和提高福祉。科学理解生态系统服务从产生、传递到使用的全过程,明确区域生态系统服务供给与需求的平衡状况,对于实现区域可持续发展与提高人类福祉具有重要意义。基于RUSLE、InVEST、CASA等多种模型和方法,量化西南喀斯特区2000-2015年土壤保持服务、产水和碳固定服务的供给量和需求量,探讨供需空间盈余变化特征,确定服务流传输路径和流量。结果表明：（1）研究区土壤保持、产水和碳固定服务供给量和需求量均呈增加趋势,供给量分别增长679.52 t/hm²、2.2×10⁵ m³/km²、72.91 t/km²,需求量分别增加298.6 t/hm²、0.04×10⁵ m³/km²、168.36 t/km²。（2）整个研究区上三种生态系统服务供给尚能满足需求,土壤保持和碳固定服务供需比均呈减少趋势,而产水服务的供需比呈增加趋势。（3）土壤保持高服务流主要分布在云南的黑水河流域、四川的雅砻江流域、广东的北江和东江流域;广西的红水河流域在2000年为产水服务需求区,而到2015年转变为高服务流;碳高服务流主要分布在云南的西南部,方向由西南至东北。     

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。     

生态系统服务供给与需求的理论与管理方法

生态系统服务是当前可持续科学研究的热点之一。随着环境保护与管理需求的不断增加,政策制定者希望将生态系统服务信息更多地融入管理实践中。由于理论的不确定性和研究方法的局限性,如何准确地评价生态系统服务、如何考虑不同利益相关者的需求,提取重要的生态系统服务信息给决策者参考,仍然是当前该领域研究的难点。基于生态系统服务的产生、传递和消耗过程,区分生态系统服务的潜在供给、实际供给和人类需求;引入生态系统服务供需比和供给率两个指标,为区域间自然资源资产的比较提供一种方法;以白洋淀流域为案例,采用生态系统服务矩阵法,结合GIS空间模拟技术,揭示生态系统服务供给与需求的空间特征。白洋淀流域2010年生态系统服务的供给率和供需比分别是:0.4966和0.1131,说明流域生态系统服务供给状态较好,且处于盈余状态。对流域内供给率较高且供给处于盈余的区域,应作为生态保护与补偿的主要区域;对生态系统服务需求较大的区域应进行必要的生态建设与修复。研究结果为区域生态环境管理和政策制定提供了实际的科学依据。     

长江流域生态系统服务价值时空演变与预测

长江流域是我国的经济重心和生态保育区,揭示其生态系统服务价值(ESV)的历史演变和发展趋势对支撑长江流域的生态经济系统持续发展具有重要意义。采用长江流域1992—2018年逐年土地利用数据,构建了基于修正系数的ESV评估模型和FLUS-Markov土地利用预测模型,解析了全流域ESV的历史演变特征和未来2030年变化趋势。结果表明：(1)2018年长江流域的ESV总量11.68×10¹²元,1992—2018年ESV呈上升趋势,年均提高297.00×10⁸元;(2)供给服务价值是流域ESV的最大贡献源,占总量的48.3%—51.8%,文化服务价值是增长最快的贡献源,1992—2018年增长了52.5%;(3)上游地区是长江流域ESV最集中的区域,上游ESV占全流域的45.15—46.8%,从1992年到2018年,长江流域ESV重心有向下游流动的趋势;(4)2030年长江流域的建设用地将进一步扩展,同时耕地、草地面积有下降的风险,2030年长江流域的ESV新增量达到0.36×10¹²元,主要来自娱乐和气候调节服务价值的提...