城市生态用地的空间结构及其生态系统服务动态演变——以常州市为例

生态用地是城市社会-经济-自然复合生态系统重要的组成部分,为城市提供多种显著的生态系统服务。应用遥感、地理信息系统技术和生态系统服务评估等方法,针对城市生态用地的空间结构与服务功能演变科学问题,通过对常州市区1991、1996、2001和2006年4个时段遥感图像的处理与比较分析,揭示了常州市区15a来城市空间景观格局的演变规律,评估了由城市生态用地改变所导致的生态系统服务的变化。研究结果表明,1991-2006年间,常州市区生态用地占市区面积的比例由89.2%降低至65.1%。1991-2001年,林地、农田和水体的面积都呈不同程度的下降趋势。2001-2006年,林地面积增加基本回到1996年水平。常州市区生态用地主要为城市提供了农林产品生产、气候调节、涵养水源、水土保持、生物多样性保护等生态系统服务。在过去15a间,由于城市化占用生态用地,常州市区生态用地生态系统服务的经济价值总体降低了19.3%。其中,农田的生态服务价值减少最大,减少了32.3%。研究结果表明,常州城市空间景观格局演变与生态系统服务变化之间存在着密切相关性,研究可为城市生态系统服务强化、城乡土地利用规划与管理、城市可持续发展等提供科学方法与决策参考。     

中国超大城市土地利用状况及其生态系统服务动态演变

随着城市的快速发展,城市用地及其生态服务功能也在不断发生变化。近十几年间,中国城市发展迅速,超大规模城市的土地利用以及生态系统服务动态演变的一般特征以及差异值得关注。研究以中国1995年非农业人口超过200万的9个超大城市为研究对象(包括上海、北京、天津、重庆、南京、西安、哈尔滨、武汉和广州),对各城市不同用地类型在1995年至2008年这一阶段的利用动态度进行分析。然后以用地结构和谢高地等^[1]提出的大陆生态系统服务价值当量表为基础估算了城市土地生态系统服务价值,并且对城市土地利用结构与生态系统服务之间的关系进行了分析。最后为证明研究结果可信,对每种用地类型对单位面积生态系统服务价值系数的依赖性进行了敏感性分析。结果表明,9个超大城市用地结构变化趋势总体一致, 主要缩减地类为农田和水体,增长地类为建设用地、林地和城市绿地。单位面积生态系统服务价值量1995年总体范围为4996-8854元/hm²,排序为广州>武汉>哈尔滨>南京>西安>天津>北京>上海>重庆,2008年范围为4746-8777元/hm²,排序为广州>哈尔滨>西安>上海>重庆>北京>武汉>南京>天津,各城市均值由1995年的7189元/hm²降到2008年的6987元/hm²。人均享有生态系统服务价值量1995年总体范围为284-7983元/人,排序为哈尔滨>西安>北京>广州>武汉>南京>天津>重庆>上海,2008年范围为305-4538元/人,排序为哈尔滨>重庆>西安>广州>武汉>北京>南京>天津>上海,各城市平均值由1995年的1677元/人降到2008年的1230元/人。超大城市土地生态系统服务动态演变的一致特征是人均享有生态系统服务价值下降,主要减弱的生态系统服务为水文调节和粮食生产,增强的服务为娱乐文化和废物处理,而单位面积生态系统服务价值与生态系统服务结构9个城市之间存在差异。敏感性分析结果显示所有土地类型的敏感度指数皆小于1,证明研究结果可信。研究结果说明城市可持续发展主要面临的问题之一是建设用地无序扩张和各类生态用地的配置不均衡,可为中国迅速城市化的新兴大型城市的生态建设提供参考和指导。     

西安市城市化对景观格局及生态系统服务价值的影响

我国处于城市化高度发展阶段,截止2018年全国城市化率达到59.58%。城市的快速扩张,显著改变了区域景观格局,深刻影响城市生态系统的供给、调节、文化、支持等服务功能。近30年来,西安市城市用地扩张554.23 km²,基于西安市景观格局变化分析,利用同心缓冲区探讨城乡梯度内景观指数与生态系统服务价值的特征及其相互关系,揭示城市发展对城市生态系统的影响。结果表明,1980-2015年西安市各景观类型面积发生明显变化,耕地、草地面积逐渐减少,建设用地面积波动增加,主要来源于优势景观耕地的转化。景观破碎度最高的区域主要分布在距市中心10 km左右的城乡结合部,斑块密度、边缘密度、景观分割度最高,且随城市扩张,拐点距离逐渐增加。林地和耕地是提供生态系统服务的主要土地类型,西安地区总生态服务价值减少了9.56亿元,耕地减少最多（6.83亿元）,沿城乡梯度,总生态系统服务价值均值呈现从市中心到农村递增的趋势,土壤保持的生态服务价值增长最快;沿时间梯度上,生态服务价值均值呈现逐年减少现象;从景观格局对生态服务价值影响分析得知,多样性指数与各类型生态系统服务价值之间存在显著的相关关系,最大斑块指数与不同类型的服务价值呈高度负相关。城市建设使得区域的生态系统服务价值降低,在城市发展中需要科学规划用地、合理布设景观格局,提高生态环境质量,达到城市生态宜居的目的。     

基于土地利用的粤港澳大湾区生态系统服务价值及承载力演变分析

研究粤港澳大湾区土地利用、生态系统服务价值及承载力的时空演变特征是优化大湾区生态系统管理、提升生态质量的重要依据。当前针对大湾区的土地利用变化过程、生态系统服务价值及生态承载力相结合的系统分析仍较少。系统研究了快速城市化背景下粤港澳大湾区的土地利用变化、生态系统服务价值及生态承载力变化。基于高分辨率遥感数据分析粤港澳大湾区1990-2015年土地利用变化及特征,采用当量法评估大湾区的生态系统服务价值,基于生态足迹法评估大湾区的生态承载力变化。结果表明：1990-2015年大湾区内建设用地增加,耕地、林地、湿地及未利用地面积逐渐减少;建设用地的增加主要来源于耕地、林地、水域及未利用地等的转化。伴随着剧烈的土地利用变化,大湾区的生态系统服务价值从1990年的6385.09亿元减少到2015年6183.89亿元,减少了3.15%。大湾区的生态承载力总体稳定,但由于消耗增加,整体呈现生态赤字,人均生态赤字达3.09 hm²。未来大湾区土地利用规划中,需加强自然资源保护,合理调整土地结构,实现经济和生态的可持续发展。     

近20 年平顶山市生态用地及其生态系统服务演变

生态系统服务功能的改变以及生态系统服务价值的核算是区域生态规划、生态资产管理以及生态补偿的重要依据。基于RS、GIS 技术以及生态系统服务单位面积价值当量评估方法, 对平顶山市1995-2015 年间3 个时段遥感影像进行解译及比较分析,研究表明: 研究期内, 平顶山市生态用地发生“林地水域增加, 农田草地减少”的结构变化特点。研究期末平顶山市生态系统服务价值呈增长态势, 20 年间生态系统服务价值一共增加129.05 亿元。就生态系统服务类别而言, 平顶山市调节服务与文化服务分别增长2.53%和0.22%, 支持服务和供给服务分别下降1.35%和1.42%。从生态系统服务功能来看, 平顶山市水文调节功能价值增长最多, 20 年间一共增长70.70 亿元, 而食物生产功能价值下降了10.53 亿元。森林生态系统和水域生态系统覆被增长是平顶山市生态系统服务功能增长的主要因素, 农田生态系统的减少是食物生产、原料供给功能下降的主要原因。研究结果可以为平顶山市生态用地布局以及生态系统服务演变提供数据支撑, 也可为未来平顶山市生态资产管理、生态规划以及生态补偿提供理论依据与技术方法。     

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.     

基于保护生态服务价值的县域城市扩展情景分析——以浙江省安吉县为例

县域城市的可持续发展是推动生态文明建设、实现特色新型城镇化战略目标的重要基础，以保护生态服务价值为目标的县域城市扩展研究具有重要理论和现实意义。运用SLEUTH模型，以两山理论发源地安吉县为例，并与毗邻的广德市进行对比，预置了两县市现有发展模式和生态保护模式两种不同的发展情景，并基于生态服务价值进一步将生态保护情景分为保护调节服务、供给服务、支持服务和娱乐服务4种情景。对不同情景下的2030年建设用地扩展进行模拟和对比分析，以探究生态保护情景下的建设用地扩展对县域经济的影响。结果显示：（1）现有发展模式下，两县市仍围绕当前建设用地向周围蔓延，在明显的外延式增长下还伴随着内部填充，集中扩张区均围绕县城及各镇政府所在地并呈现集中连片趋势，这种模式势必对生态环境产生负面影响；（2）生态保护情景下，两县市均在一定程度上抑制了建设用地的扩张，安吉县扩张面积最低减少1.43%，广德市扩张面积最低减少7.57%。（3）相比于现有发展模式，两县市对林地的占用量显著降低，安吉县对林地的占用减少了1.79km²，广德市减少了2.44km²；（4）安吉县相较广德市的建设用地扩展更多依赖耕地转换，因安吉县最先走生态保护道路，故生态保护情景对建设用地扩展的影响已明显小于广德市。     

西安市景观格局演变对生态系统服务价值的影响

研究快速城市化地区景观格局演变对生态系统服务价值的影响,对城市空间格局调控、健康稳定城市生态系统的构建、区域土地资源优化利用和生态环境的保护及区域可持续发展具有重要意义.本文基于西安市3期(1999、2006和2015年)TM遥感影像的解译结果和社会经济统计数据,利用景观生态学和生态系统服务相关理论,分析了城市化影响下西安市景观格局特征和生态系统服务价值的时空变化特征,并定量分析了景观格局演变对生态系统服务价值的影响.结果表明: 随着城市化进程的加快,西安市景观格局发生了很大变化,其中,建设用地和园地景观不断增加,耕地、林地、水域景观减少;研究区景观呈现出愈加破碎化、多样化和不规则化的趋势.1999—2015年,西安市生态系统服务总价值减少19.03亿元.耕地、林地和水域景观生态服务价值下降,园地景观生态服务价值增加;气候调节对生态系统服务的价值贡献率最大,气体调节的价值减少量最大,水源涵养的价值减少率最大.西安市生态系统服务价值中心城区低、南部山区高;1999—2015年,生态服务价值在空间上呈下降趋势,低值区的范围由中心城区逐渐向周边区县扩展.景观格局变化会对区域生态系统结构、功能及过程产生重要影响.城市建筑景观的扩张与蔓延、交通道路网的延伸与交织使各景观类型被严重分割,破碎化增强;对区域生态服务价值贡献率较大的林地、耕地、水域等生态型景观类型减少,最终导致区域生态系统服务价值减少.     

2003-2018年土地利用变化对丹江口市景观格局与生态服务价值的影响

丹江口市是南水北调中线工程核心水源区，通过开展土地利用动态变化、景观格局变化与生态系统服务价值等研究，为丹江口库区生态安全提供科学支撑。以丹江口市2003-2018年4期遥感影像数据为基础，运用ENVI 5.3、ArcGIS 10.5以及Fragstats 4.2等软件，统计了丹江口市土地利用动态变化，分析了景观格局变化指数，计量了生态系统服务价值。结果表明：丹江口市土地利用类型变化显著，水域和林地面积、建设用地面积分别增加了38.07%、19.73%、11.63%，耕地和园地面积分别减少了42.83%、52.40%，除2003年土地利用程度高达25.02%，其余年份均保持在23%左右；景观空间格局变化明显，市域范围内各斑块类型趋于规则，呈均衡趋势分布，斑块类型间形成了良好的连接性，景观聚集程度逐渐提升，空间分布趋向集中；丹江口市生态系统服务价值不断增长，由2003年105.31×10⁸元增长至2018年116.99×10⁸元，其中水源涵养和土壤形成与保护生态价值最高，原材料生产、美学景观和食物生产占比较低。在未来城市建设中，应加大水域和林地的保护力度，优化调整土地利用结构，合理规划建设用地，发展无污染农业生产，适时增设自然景观，稳步提升区域生态系统服务价值。     

模拟多情景下白洋淀流域土地利用变化及生态系统服务价值的空间响应

模拟多情景下白洋淀流域土地利用变化引起的生态系统服务价值改变,对保障流域生态安全和提升区域生态系统服务价值能力具有重要意义。选取白洋淀流域上下游所涉及的河北省相关县级行政区为研究区,以1990、2000、2010、2020年4期遥感影像及统计年鉴为基础数据,分析和测算30年间白洋淀流域的土地利用与生态系统服务价值变化,在此基础上利用CA-Markov模型模拟2035年趋势延续、均衡发展和统筹发展等3种情景下研究区土地利用变化情况,估算各情景下生态系统服务价值,利用网格工具可视化表达3种情景下生态系统服务价值的空间分布状况以及集聚程度。研究结果表明：①1990-2020年白洋淀流域土地利用变化最明显的特征是耕地面积锐减,建设用地迅速扩张,30年间耕地面积减少了122776.99hm²,建设用地增加了167369.74hm²。②1990-2020年研究区生态系统服务价值分别为852.59亿元、788.26亿元、796.95亿元和784.68亿元,总体呈波动下降的趋势。③在趋势延续、均衡发展和统筹发展等3种模拟情景下,生态系统服务价值依次为785.36亿元、807.26亿元、812.46亿元。研究区生态系统服务价值整体呈现西北高东南低的空间分布特征。④ESV值的热点和冷点分布范围较大且集聚性较强,热点区域主要集中在西北部山地区域,冷点区域主要分布在研究区东南部平原地区以及研究区西北部的部分区域。模拟白洋淀流域未来土地利用变化趋势,探寻不同情境下生态系统服务价值的响应有利于构建流域国土空间开发保护新格局,为今后全面推进白洋淀流域的可持续发展提供科学基础和决策参考。     

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.     

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。     

基于遥感与GIS的渭库绿洲生态系统服务价值时空变化研究

生态系统服务价值(ESV)研究是改善土地利用方式,对促进地区生态系统保护和修复具有重要指导意义。选择生态环境较为脆弱的渭库绿洲为研究区域,以1994和2016年遥感影像为基础数据进行生态服务价值评估,应用格网、敏感性分析、空间自相关等空间统计学方法来进一步揭示研究区域生态系统服务价值(ESV)动态变化特征。结果表明:(1)1994—2016年间渭库绿洲土地利用变化/土地覆被变化较为显著,耕地,建设用地面积呈增长趋势,水域、草地和未利用地面积呈递减趋势,耕地和草地面积变化最为剧烈。(2)1994—2016年,渭库绿洲的生态系统服务总价值呈减少趋势,由4895.67×10~6元减少到3864.78×10~6元,减少了1030.89×10~6元,年均减少0.96%;空间上表现为生态服务价值增值区及减值区呈包围态势,生态系统服务高值区域在不断缩小;同时生态系统单项服务价值呈现有增有减的趋势,废物处理、水源涵养、生物多样性保护、娱乐文化等四项单项服务价值呈现下降趋势,而食物生产、气候调节、气体调节和原材料、土壤形成与保护等其他五项单项服务价值出现上升趋势。(3)敏感性分析表明,所有土地利用类型生态系统服务价值系数的敏感性指数(CS)均小于1,说明生态价值系数(VC)对生态系统服务价值的变化影响较小,模型能够合理评估该区域生态服务价值波动。(4)研究区生态系统服务价值表现出明显的空间自相关与空间聚集现象,生态服务价值高值聚集区主要分布在渭干河上游"克孜尔水库"周围和塔里木河北岸,并呈减少趋势,注意保护高值区的空间稳定性;低值聚集区主要集中在绿洲南部靠近塔克拉玛干沙漠边缘和北部靠近天山中部的山区以及库车河下游荒漠区域,这类区域在空间范围上呈连片连绵趋势,空间分布格局上基本保持稳定。(5)受气候变化和人类活动的双重影响下,草地和水域面积的大幅度下降,耕地和建设用地面积的增加,导致生态服务价值系数较高的土地越来越少,使得研究区的生态服务价值趋于减弱。     

鄱阳湖生态经济区生态系统服务价值预测与驱动力

鄱阳湖生态经济区是我国第一个上升到国家战略的生态经济区。利用鄱阳湖生态经济区2004、2008、2012、2016年的MODIS数据,获得4个对应期的土地利用/覆盖数据,参照修订的单位面积生态系统服务价值当量表与灰色GM(1,1)模型,预测了2016-2024年(间隔2 a)的生态系统服务价值数据,并对引起生态服系统务价值变化的驱动力进行了分析。结果表明,鄱阳湖生态经济区在2004-2016年间,草地、建设用地和未利用地面积增加,耕地、林地、水域面积减少,但2016-2024年的预测值变化率仅为-0.17%,表明该研究区生态系统服务价值即将进入一个相对稳定的状态;驱动力分析表明,人为综合干扰在空间分布上以中等影响强度干扰为主,城镇化率是区域总生态系统服务价值降低的首要驱动力,其次分别为非农业人口、人口密度、第一产业GDP、第二产业GDP、固定资产投资额、总GDP及第三产业GDP。建议加强土地利用规划与调控,控制城镇化建设用地扩展,调整产业结构、降低污染,促进鄱阳湖生态经济区总生态系统服务价值的提升。     

赣南地区土地利用格局及生态系统服务价值的时空演变

江西省的赣南地区是典型的南方山地丘陵区,属于赣江流域重要的生态屏障区,生态保护的意义重大。以赣南为研究区域,基于1990—2015年间的6期遥感影像,利用遥感、地理信息技术和空间统计的方法,计算了该区域土地利用动态度,对不同生态用地所提供的生态系统服务价值进行评估,分析了生态系统服务价值时空差异的驱动因素,并将人均GDP、人口密度和城市化率3个因素与生态系统服务价值进行空间相关性分析。结果表明:(1)1990—2015年间,赣南地区综合土地利用动态度持续上升,各用地类型的综合土地利用动态度从0.06上升到0.13。(2)1990—2015年间赣南地区共减少生态系统服务价值20.42×10~8元,处于下降趋势,其中森林的生态系统服务价值损失最大。研究区调节服务价值最高,其供给服务较低,该地区森林覆盖率高,耕地分散是造成该结果的主要原因。(3)人均GDP、人口密度和城市化率3个因素是生态系统服务价值变化的主要驱动因素且与生态系统服务价值的局部空间相关性高度一致。城市化率越高,生态系统服务价值越低,并形成局部低-高型和高-高型集聚分布。本研究为合理布局和保护我国南方丘陵地区的生态用地,发挥赣南地区的生态屏障作用提供了理论依据和决策支持。     

广西北部湾沿岸地区生态系统服务价值变化及其驱动力

掌握生态系统结构及其功能的时空变化规律是开展科学生态系统管理的重要前提,如何衡量人类在满足自我需求的同时对自然资源和生态系统的改变程度是当前研究值得关注的一个问题。伴随北部湾经济区的崛起,区域经济发展与生态保护的矛盾日益凸显,海水倒灌、植被退化和土地沙化等现象加剧,生态系统服务可持续供给受到严重威胁。以时序遥感数据为基础,分析北部湾沿岸地区生态系统时空演变,评估生态系统服务价值时空变化规律及其驱动因素,为区域生态系统管理提供科学基础。研究显示:1999—2014年,城市点状、离散扩张使城市生态系统面积显著增加,破碎化程度加剧;环境恶化给湿地生态系统带来毁灭性的破坏,红树林不断消失,破碎度增加;林地和果园构成的森林生态系统面积有所增加,而耕地面积急剧缩减。生态系统构成中,森林生态系统服务价值最高,约占研究区总价值的50%,且呈增长趋势;生态系统服务构成中,除食物生产、气体调节和维持养分循环价值有所减少外,其他类型生态系统服务价值均呈增长趋势。驱动力分析表明,综合城镇化率是影响北部湾沿岸地区生态系统服务价值变化的重要驱动因素,说明区域生态系统服务与社会经济发展极为相关,合理调控经济结构可有效提升区域生态系统服务价值。