涟水流域水产出服务供需分析与服务流研究

水产出服务的供需的定量评估与空间制图是当前研究的核心与前沿议题, 但是需要进一步加强人类需求与自然过程的时空关联分析和服务流模拟之间的耦合。以涟水流域为研究区, 基于ArcGIS和InVEST模型, 利用多源数据构建了水产出服务供需平衡与空间流动模型, 从子流域尺度探究了涟水流域水产出服务的供需空间匹配特征与流动规律, 对流域供给区与受益区的之间的流动进行了明确。研究结果表明: (1)2000-2015年涟水流域水产出服务的供给量总体上呈现增加的趋势, 水需求量则逐年增多, 供需差额不断扩大, 四个年份的水资源安全指数平均值仅为-0.52。(2)涟水流域水产出服务的供给与需求在空间分布上呈现显著的不匹配特征, 尤其是湘乡市、娄星区、双峰县等区域水资源供需矛盾突出。(3)明确了流域内四个主要受益区域的空间范围及其相应的流动量。提出的评估模型和获得的研究成果, 为实现涟水流域水资源的合理配置, 确保流域用水安全, 进行流域水生态补偿和综合管理提供科学依据, 实现社会-经济-生态的可持续发展。     

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。     

基于服务流的石羊河流域水供给服务关键区域识别

生态系统服务功能关键区识别对于区域生态系统服务功能提升和可持续发展精准高效施策有重要意义。以石羊河流域为研究单元,在探究2005、2010、2015和2020年水供给服务的供给与使用时空特征的基础上,利用水供给服务流模型模拟得到水供给服务空间流动情况,利用ZONATION模型识别出2020年石羊河流域水供给服务关键区域。结果表明: 2005—2020年,石羊河流域水供给服务的供给表现出南高北低的空间格局与逐步衰退的总体趋势,水资源使用呈现出耕地和工业用地为主导的空间格局和波动下降的变化趋势,流域每年有约10.8%的区域在得到上游水资源补给后需水缺口得以回补。2020年,石羊河流域水供给服务关键区域总面积为14455 km²。我们建议应从供给-流转-消耗的角度,有针对性地修复和提升关键区域保水、促流和节水能力。     

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。     

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。     

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。     

基于地表水与地下水分割校正的漓江流域水供给服务时空格局研究

喀斯特区域水循环过程与其他地区存在显著区别,其水供给服务也具有独特的空间分布特征。然而,目前针对喀斯特地区产水量的时空变化研究较少考虑喀斯特生态系统的特殊性,导致产水量的空间模拟结果存在一定偏差。根据喀斯特地貌形态和地下水补径排泄特征提出了一种产水量分割方法,并基于水量平衡原理建立了地表水与地下水分割校正概念模型。选取喀斯特山区典型区域漓江流域为研究区,通过上述方法校正了InVEST模型产水量模拟结果,从栅格、地貌分区和子流域3个尺度分析了漓江流域2000—2020年产水量校正前与校正后时空分布格局。研究结果表明：(1)漓江流域2000—2020年InVEST模型产水量呈现先减后增再减的趋势,水供给服务空间分布格局为北高南低。产水深度在岩溶区和非岩溶区几乎没有差异,但在岩溶区内部差异明显：裸露型岩溶区产水深度高于覆盖型和埋藏型,峰林平原产水深度高于峰丛洼地。子流域分区平均产水深度排序为漓江上游区>漓江中游区>恭城河区>荔浦河区>漓江下游区。(2)利用地表与地下水分割校正后,水供给服务空间分布格局为四周高于中部,西北部高于东南部。非岩溶区产水深度明显高于岩溶区,埋...     

承灾脆弱性视角下的生态系统服务需求评估及供需空间匹配

生态系统服务供需空间分布格局及匹配关系是生态系统服务领域的热点问题。将生态系统服务聚焦于增强城市系统承受自然灾害的能力和恢复力功能上,引入承灾脆弱性表征生态系统服务需求。选择首批经济特区之一的珠海市为案例研究区,土壤保持服务为供需分析的对象,利用承灾脆弱性评价城市系统及居民的服务需求并刻画需求的空间异质性,采用基于"3S技术"的In VEST模型定量评估服务供给潜力,从流域与镇、街道两种尺度分析生态系统服务供需匹配状况,以期为市级土地利用管理、景观格局优化及城市经济建设提供建议。研究结果表明:根据供需空间匹配状况,珠海市包含高供给高需求、低供给高需求、低供给低需求与高供给低需求四种供需匹配类型。珠海市土壤保持服务供需空间错位状况较为严重,人口密集的城镇区域需求极高但供给严重缺乏,部分生态源地的高供给无法惠及周边区域人口;兼顾经济建设与生态保护的高供给高需求地区仅占全域面积的8.7%;以农业导向且经济发展缓慢的低供给低需求地区分布较广。是对生态系统服务供给与需求的空间异质性刻画及供需空间匹配的重要尝试,为城市建设和生态管理提供参考。     

城市滨水空间生态系统服务供需匹配的空间智慧

当前生态系统服务空间性研究大多在区域或城市尺度上开展,风景园林生态实践的指导性较为有限,研究聚焦场地尺度,旨在从生态系统服务供需视角看待城市滨水空间的发展与规划设计实践。在已有生态系统服务供需方面文献爬梳的基础上,提出影响需求的三大因素及其需求类型的划分方法,甄别影响城市滨水空间生态系统服务供给能力的核心指标,选取上海苏州河市区段进行实证研究,采取田野调查法、文献研究法,并基于GIS进行需求目标与供给能力的空间制图。通过拟合分析比对创新性地提出指导城市滨水空间生态实践的三大空间智慧：1）基于需求目标研判制定发展策略的空间智慧;2）分段分类型供给满足存量更新需求的空间智慧;3）生态系统服务供需平衡转向匹配的空间智慧,为城市滨水空间的生态实践提出理论依据、评价标准及技术支撑。     

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。     

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...     

Evaluating regional water security through a freshwater ecosystem service flow model: A case study in Beijing-Tianjian-Hebei region,China

Freshwater ecosystem service is essential to human’s survival and development. Many studies have documented the spatial differences in the supply and demand of ecosystem services and proposed the concept of ecosystem services flows. However, few studies characterize freshwater ecosystem service flow quantitatively. Therefore, our paper aims to quantify the effects of freshwater ecosystem service flow on downstream areas. We developed a freshwater ecosystem service flow model and applied it in the Beijing–Tianjin–Hebei (BTH) region, China, for the year of 2000, 2005, and 2010. We assessed the regional water security with an improved freshwater security index by integrating freshwater service provision, consumption and flow; and found that most areas of the BTH region (69.2%) were affected by upstream freshwater flows. The areas achieving water security in the region also expanded to 66.9%, 66.1%, and 71.3%, which were 6.4%, 6.8% and 5.7% increments compared to no-flow situation, in 2000, 2005 and 2010, respectively. Setting quota for human water consumption is suggested to further improve water security. These results highlight the need to fully understand the connections between distant freshwater ecosystem service provision and local freshwater ecosystem service consumption. This approach may also help managers to choose more sustainable strategies for critical freshwater resource management across different regions.     

黄土高原土壤保持服务供需平衡及其驱动因素

土壤保持服务是黄土高原重要的生态系统调节服务，明确土壤保持服务供需空间格局及驱动因素，对于实现黄土高原生态系统管理和资源有效配置具有重要意义。采用修正通用土壤流失方程(RUSLE)量化了2000—2018年黄土高原土壤保持服务供给量和需求量，并分析其时空演变及供需匹配特征，基于地理加权回归(GWR)模型探究不同因子对土壤保持供需平衡影响的空间异质性。结果表明：(1)2000—2018年，黄土高原土壤保持服务供给量、需求量以及供需比均呈现波动增加的趋势，增幅分别为57.13%、11.9%、150%。供给量和需求量均呈现“东南高、西北低”的空间分布格局，供需比高值位于黄土高原东北部和西南部，低值位于西北部。(2)黄土高原土壤保持服务供需以低低型空间匹配为主，主要分布在黄土高原的西北部和东南部地区。(3)黄土高原土壤保持供需主要受到坡度、NDVI、降水、DEM以及人口密度的影响。其中，坡度、NDVI、降水和DEM表现出明显的正向促进作用；人口密度既有正向促进作用又有负面抑制作用，但促进作用强于抑制作用。该研究对优化调控黄土高原生态建设以及促进区域可持续发展具有一定的借鉴意义。     

结合生态系统服务供需和人类福祉的区域规划

生态系统服务与人类福祉的和谐关系是区域规划的基石。现有的区域规划较少同时考虑生态系统服务的供需和流域居民的福祉差异。以城市化流域——官厅水库流域为例,应用改进后的CASA模型、IPCC清单法、SolVES模型和问卷调查量化食物供给、碳固持和文化服务以及人类福祉,再结合服务的供需关系及人类福祉水平开展聚类分区,并针对各区情况提出规划建议。结果显示,官厅水库流域内食物供给和文化服务供大于求,而碳固持服务供不应求。流域福祉位于中等水平,分值为3.44(满分5分)。其中,居民的基本物质需求分值最高(3.64),收入分值(3.00)明显低于流域整体水平。除此之外,居民认为供水、医疗条件和收入这些福祉要素仍有待改善。流域可分为城市发展区、城郊休闲区、生态涵养区和文化建设区。在各区需采用因地制宜的方式,通过增大植被覆盖面、开展文旅产业和推动冰雪项目等形式,提高居民生活质量和维持区域可持续性。