耦合InVEST-HFI-PLUS模型的生态分区规划与动态评估——以博尔塔拉蒙古自治州为例

生态分区规划是平衡区域生态保护与发展建设,促进区域可持续发展的重要手段。以博尔塔拉蒙古自治州为例,通过耦合InVEST-HFI-PLUS模型,在评估研究区生境质量与人类足迹指数的基础上,进行生态分区规划。利用2005年与2020年两期土地利用数据,借助PLUS模型模拟自然发展与规划保护两种情景下研究区2035年的土地利用状况,并动态评估不同情景下的生态系统服务水平,对比分析不同情景的实际效益。结果表明：(1)研究区整体生境质量较好,有56%的区域生境质量等级为高;研究区人类足迹指数呈现四周低、中部高的分布格局。(2)综合生境质量与人类足迹指数,可以将研究区划分为重点保护区、重点修复区以及适度开发区三个生态管制分区,其中重点保护区面积占比为52.8%,重点修复区面积占比为42%,适度开发区面积占比为5.2%。(3)对2035年两种情景下的土地利用模拟与生态系统服务价值评估表明,规划保护情景下生态系统服务总价值较自然发展情景下提升4.16亿元,研究区生态条件有明显改善。     

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。     

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。     

基于土地利用模拟预测模型分析的城市绿色空间发展多情景模拟及建设时序研究——以湛江市中心城区为例

城市绿色空间是未来中国城镇战略发展的重要生态空间载体。城市中心城区的绿色空间生态系统服务价值可作为未来城市生态空间规划的重要依据。生态服务系统之间的权衡或协同关系可通过不同土地利用方式和利用强度表征显现。通过对湛江市中心城区绿色空间应用土地利用模拟预测(PLUS)模型进行自然发展情景与国土空间规划情景双情景下2035年土地利用变化模拟,采用当量因子法及热点分析对生态系统服务价值及其高低值在空间上的聚集程度进行分析,与人类活动强度空间分布进行叠置,得出国土空间规划政策下湛江市中心城区城市绿色空间发展优先级分区,优先化解建设用地与绿色空间发展矛盾,为规划政策提供空间政策的量化数据基础,为其可行性实施、时序安排及预期结果提供数据支撑与建议。结果表明：(1)规划政策情景与自然发展情景未来土地利用模拟结果相比,耕地、林地增多,整体水域得到有效保护,建设用地蔓延受到抑制。(2)生态系统服务价值在2035年规划政策情景>2020年实际情景>2035年自然发展情景,分别约为12.22亿元、11.89亿元、10.53亿元,规划政策情境下生态系统服务价值总量较自然发展情景下提升约1.69亿元,...     

多情景模拟下重庆市土地利用变化对生态系统健康的影响

模拟多情景下区域土地利用变化引起生态系统健康状况改变,对优化用地格局和保障区域生态安全具有重要意义。基于重庆市2000-2020年土地利用和生态系统健康动态演变特征,运用生态系统健康模型和斑块生成土地利用模拟(PLUS)模型模拟自然发展(ND)、生态保护(EP)和城镇发展(UD)三种情景下土地利用变化对生态系统健康的影响程度。结果表明:(1)2000-2020年建设用地扩张迅速,耕地面积减少最多,主要向林地和建设用地转移;生态系统健康状况整体呈现向好趋势,但区域差异显著。(2)2030年土地利用类型仍以耕地、林地为主,ND、EP和UD情景的建设用地规模较2020年分别增加63.59%、44.54%和100.13%,中心城区成为建设用地扩张集聚地。(3)2030年ND和UD情景的生态系统健康值较2020年均减小,建设用地增加和林地减少成为其健康退化的重要原因;而EP情景的健康值呈上升趋势,与反映生态系统健康对土地利用变化响应弹性结果相反,可见EP情景下的土地利用优化是实现区域生态系统健康可持续发展的有效途径。研究结果可为研究区生态系统保护管理与土地利用政策优化提供参考依据。     

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。     

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。     

中国未来土地利用变化对地上植被生物量的影响

土地利用变化通过改变生态系统结构对植被生物量产生很大影响.采用土地利用动态模型模拟了沿历史趋势情景(未来土地利用面积变化由1988-2005年的历史趋势推衍而来)和规划情景下(未来土地利用面积变化基于国家尺度上的土地利用规划来制定)中国至2030年土地利用变化的时空分布格局,基于此格局并结合密度法估算了植被生物量空间分布.模拟结果表明:沿历史趋势情景下,森林面积将减少,但随着林龄的增长,森林生物量密度增加,至2030年中国植被生物量为14619 Tg,比2005年增加了251.19 Tg;规划情景下,森林面积将增加,至2030年中国植被生物量为15468Tg,比2005年增加了1100Tg.在规划情景下,由于人工林面积较大,林龄普遍较低,导致至2030年植被生物量密度低于沿历史趋势情景,因此规划情景下中国植被作为碳汇的潜力更大.     

不同SSP-RCP情景下中国生态系统服务价值评估

定量评估生态系统服务价值是人类合理利用和管理生态系统的重要依据,未来气候情景下土地利用变化模拟及其对生态系统服务价值的影响评估对于区域生态系统服务管理、开展生态功能区划及减缓和适应气候变化等方面具有重要意义。基于最新IPCC共享社会经济路径(SSPs)和典型浓度路径(RCPs)的科学组合情景模拟得到的土地利用情景数据,对2020—2050年我国生态系统服务价值进行估算,并对2050年生态系统服务间的权衡与协同关系进行讨论,主要得到以下结论：生态系统服务价值(ESV)在2020—2050年表现为SSP1-RCP2.6>SSP2-RCP4.5>SSP3-RCP6.0,SSP1-RCP2.6情景下2020年ESV为12.39×10⁴亿元,2050年ESV为12.34×10⁴亿元;SSP2-RCP4.5情景下2020年ESV为12.17×10⁴亿元,2050年ESV为12.11×10⁴亿元;SSP3-RCP6.0情景下2020年ESV为12.02×10⁴亿元,2050年ES...     

三江平原北部生态系统服务价值的时空演变

以三江平原北部地区2市5县为研究区,采用生态系统服务价值评估方法对1954—2009年间三江平原北部地区生态系统服务价值进行估算,以期全面分析土地生态系统服务价值随时空变化的特点。结果表明:(1)1954—2009年间三江平原北部地区的不同土地利用类型面积变化显著,农田变化速度最快,其次为湿地,人口数量的增加及保证粮食增产是土地利用变化的主要驱动力。(2)1954—2009年三江平原北部地区生态系统服务价值总量逐渐减少,共减少779.51亿元。长期的土地垦殖是三江平原北部地区生态系统服务价值减少的主要驱动因素。(3)就各土地利用类型生态系统服务价值而言,55年间除农田生态系统和水域生态系统生态服务价值是增加外,其余各生态系统服务价值均在减少。湿地生态系统服务价值减少值最大,其次为林地生态系统服务价值。各项生态系统服务功能除与农田相关的食物生产在增加,其余也均呈减少趋势。(4)不同地区单位面积生态系统服务价值损失量也不相同,湿地、林地面积比重下降幅度大、且农田面积比重上升幅度大的区域,其单位面积生态系统服务价值损失量也较大。     

低碳导向下土地覆被演变模拟——以深圳市为例

全球碳排放水平的不断增加引起的全球变暖越发严重,导致了严重的自然灾害和经济损失,这种失衡发展的态势促使着各个国家开始探索低碳环保的发展模式。为了探究何种土地利用组成可以更好的为低碳城市服务,以深圳市为研究区,结合2020年土地利用现状结构和2020年土地利用规划结构分别估算出碳汇最大化情景和碳排放量最小化情景下2020年各土地利用类型的数量结构,并运用FLUS模型模拟出深圳市土地利用类型在这两种情景下的空间分布特征。最后,从碳密度和碳排放视角对比这两种情景的低碳效益。研究结果如下：①碳汇最大化和碳排放最小化情景下土地利用总碳盈余均比2020年少,且碳汇最大化情景下土地利用总碳盈余最小。碳汇最大化情景下耕地、园地和林地面积增加而水域和建设用地减少,碳排放最小化情景下园地和林地面积增加来源于草地、水域和建设用地的减少,这两种低碳情景的碳汇能力增强而碳排放量减少;②碳汇最大化和碳排放最小化情景下林地明显增加故而土地利用总碳盈余均比实际情景小,而园地和草地的缩减和扩张是引起两种低碳情景碳密度和碳排放量有差异的主要原因。碳汇最大化和碳排放最小化情景下,西部和东南部主要是碳密度增加和碳排放减少的区域,而中部是碳密度减少和碳排放增加的区域。因此对中部区域进行重点调控,有利于深圳市碳中和和碳达峰的实现。研究可以为深圳的低碳发展提供规划建议,同时给其他区域的低碳规划提供参考意见。     

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。     

面向可持续城市生态系统管理的国土空间开发适宜性评价——以烟台市为例

国土空间开发适宜性评价是国土空间规划编制的基础和前提。面向可持续城市生态系统管理目标,基于生态保护红线和永久基本农田的"底线"思维,以资源环境禀赋为基础,构建了本底约束—综合限制—承载力评价-多空间适宜评价的资源环境承载力和国土空间开发适宜性评价的逻辑框架和指标体系,并以烟台为例,设置城市生态系统保护的不同情景,综合运用特尔斐法及多要素空间叠置等方法,开展了城市资源环境承载力与国土空间开发适宜性评价的实践应用。研究结果表明:①资源环境对烟台经济社会发展的阻碍与限制总体较小,高限制区面积仅占烟台国土面积的6.09%。②烟台市不同区县之间的资源环境承载力差异较大。从西北部向东南,烟台市资源环境承载力呈现出逐渐提高的变化趋势。③面向可持续城市生态系统管理情景,烟台市各县市国土空间开发建设适宜性差异显著,适宜建设区范围为2380 km~2。面向城市生态系统一般保护情景,烟台市适宜建设区面积达2610 km~2,不适宜建设开发区与适宜建设开发区数量结构为1.12∶1,未来国土空间开发利用潜力较大。两种情景下烟台市国土空间开发适宜性适宜建设区面积均大于现状建设用地面积,为城市未来发展提供了用地保障,同时确保了烟台市水资源安全和生态安全。研究结果可为烟台市国土空间优化以及相关地区政府部门重大决策、战略部署等提供决策信息支持和技术服务。     

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。     

基于生态系统服务的区域土地利用管理调控——以浙江省万全镇为例

通过评价不同管理方式下区域生态系统关键功能的得失,分析了万全镇各种生态系统功能及其空间分布特征,根据不同的发展需求建立情景并对其进行权衡.结果表明: 2009年,万全镇各种生态系统提供的支持功能价值为0.58亿元,以释氧功能（0.37亿元）为主;调节功能价值为12.38亿元,以气候调节（11.27亿元）为主;总功能价值达12.97亿元,是同期万全镇GDP（8.88亿元）的1.46倍.与2002年相比,2009年研究区各项生态系统功能价值均下降,其中气候调节功能和涵养水源功能的降幅最多;政策情景和保护情景下,各项生态系统功能价值的增减趋势基本一致,除释氧功能和营养元素循环功能价值表现为下降外,其他功能价值均明显增加,但保护情景下研究区生态系统功能总价值的增量高于政策情景,尤其是涵养水源功能和固碳功能.保护情景是研究区社会经济可持续发展的最优管理模式.