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.     

基于山地-绿洲-荒漠系统的生态系统服务正负价值测算——以新疆玛纳斯河流域为例

基于不同生态单元分析生态系统服务正负价值有助于全面客观地了解生态系统服务的异质性。选择典型山地-绿洲-荒漠系统(Mountain-Oasis-Desert System,MODS)下的玛纳斯河流域作为研究区,以1990年、1995年、2000年、2005年、2010年及2015年Landsat系列遥感影像为数据源,采用修正后的生态系统服务价值系数对不同生态单元下的生态系统服务正负价值进行估算。结果表明:(1)1990—2015年玛纳斯河流域土地利用/覆被变化较为显著,耕地、水域及建设用地面积呈现增加趋势,林地、草地及未利用地面积呈减少趋势,其中耕地和未利用地面积变化最为剧烈,建设用地增幅最大,林地减幅最大。(2)研究时段内,研究区正向价值远高于负向价值,且净价值小幅度增加。正向价值在经历"增加-减少-减少-增加-增加"的变化过程后呈现增加趋势,并呈现山地区绿洲区荒漠区的特征;各负向价值均表现为不同程度的增大趋势,其中温室气体排放、化肥流失及水资源消耗是流域内最为突出的负向生态系统服务,三者价值之和占比在不同时间段上均达90%以上;净价值由研究初期的8947.89×10~6元增加至末期的10409.99×10~6元,年均增加0.65%。(3)人均生态系统服务净价值呈现下降趋势,流域环境压力增大。     

基于动态当量的乐山市生态系统服务价值时空演变及驱动力研究

生态系统服务价值评估作为土地资源合理配置、生态环境保护和生态补偿标准制定的重要前提,是当前的研究热点之一。以乐山市为研究区域,基于2000年、2005年、2010年、2015年4期土地利用数据,运用生态系统服务价值动态当量法、地理探测器模型等方法,定量分析乐山市2000—2015年间生态系统服务价值时空变化规律及驱动机制。结果表明:(1)2000—2015年乐山市生态系统服务价值整体呈下降趋势,仅在2005—2010年有所回升,总量共减少了23.22亿元,主要与林地大量减少和建设用地大量增加有关;(2)空间上呈现西南高、东北低的分布态势,且各区域变化不同,西南方向山地以下降为主,东部平原丘陵以上升为主,河流两侧上升明显;(3)影响生态系统服务价值时空分布的主导因素为土地利用、NPP、降水量和坡度,除此之外气温、高程、土壤类型也有较大决定力;(4)自然因子决定力大于社会经济因子,但社会经济因子的影响越来越突出。研究揭示了乐山市生态系统服务价值的时空变化规律及驱动因子,为该地区土地利用规划与生态环境保护机制的建立提供了科学参考。     

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。     

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。     

县域土地利用变化下生态系统服务价值损益预测——以重庆市巴南区为例

土地利用/覆被变化是全球变化的研究热点,评估县域土地利用变化对生态系统服务价值损益的影响对促进生态环境保护和推动城乡区域协调发展具有重要意义。基于重庆市巴南区2000年以来连续5期遥感影像及CLUE-S模型,量化土地利用变化对生态系统服务价值的影响并预测2020-2030年服务价值损益的时空动态。结果表明2000-2020年巴南区土地利用变化主要表现为耕地持续转化为其他用地类型和林地面积的大幅增长,该趋势将在未来10年内延续。2000-2030年耕地占巴南区面积的比例下降了39.58%,而林地占比将增长28.86%并在2025年后取代耕地成为最主要的地类;建设用地、水域和未利用地面积占比分别增长8.29%、2.25%和0.18%。土地利用类型变化下巴南区生态系统服务价值在2000-2020年由11.69亿元增长到27.64亿元,并将持续增长至2030年的30.19亿元。耕地和林地转化为建设用地、耕地转化为林地（尤其是转化为针叶林和针阔混交林）分别是服务价值损失及增益的主要方式。2000-2030年巴南区生态系统服务价值总损失0.58亿元、总增益19.09亿元,净增益18.50亿元。土地利用结构变化和生态系统服务当量因子价值升高分别贡献了净增益的70.96%和29.04%。巴南区生态系统服务价值损益与地形密切相关。2000-2030年间巴南区生态系统服务价值由匀质分布逐渐形成北低南高的发展格局;价值损益在全局和局域尺度上均呈现出显著的正向空间自相关特性。巴南区现有的土地利用模式能够兼顾经济发展及生态环境保护两方面的需求。未来需要继续实行生态保护工程、合理规划城市用地边界、严守耕地红线以推动城乡区域协调发展。     

基于信息熵理论的汉江流域生态系统服务结构特征及时空演化

生态系统服务结构是影响生态系统服务协调稳定及人类福祉可持续性的重要因素。在分析汉江流域1990-2010年生态系统服务价值时空变化的基础上, 构建了生态系统服务熵模型, 探讨生态系统服务结构特征及其时空演变规律。结果表明: (1)研究区生态系统服务总价值由1990年的3059.764亿元上升到2010年的3466.84亿元, 增加了407.076亿元; 空间上表现为东南部及汉江干流周围地区生态系统服务价值较高, 而东北部及中南部地区相对较低的分布特征。(2)供给、调节、支持、文化四大生态系统服务具有显著的相关性, 且空间异质性差异较大。供给-调节、调节-文化、支持-文化之间的相关系数均超过了0.58。供给服务价值高的区域, 支持和文化服务价值相对较低; 调节服务受水域和湿地空间分布的影响较大。(3)1990-2010年生态系统服务熵平均值逐渐减小, 由1990年的1.87下降到2010年的1.78, 且空间上与生态系统服务价值呈显著负相关。虽然该区域生态系统服务总价值增大, 但生态系统服务的类型趋于单一, 其结构的复杂性及稳定性降低; 这一问题应引起人们的高度重视。生态系统服务熵模型可以为流域生态系统服务结构分析提供新思路和方法。研究结果可为区域生态系统服务维护和可持续发展提供决策依据。      

基于LUCC的江苏省生态系统服务价值时空变化特征研究

江苏省作为资源环境容量有限但经济发展迅速的典型代表,在可持续发展背景下,开展土地利用变化、生态系统服务变化及其价值时空变化的研究,以期为缩小区域经济差异进行科学土地整治提供理论依据。首先基于1995-2015年间研究区经济发展重要时间节点的土地利用/覆被变化（LUCC）数据分析土地利用变化情况,然后引入评估计分理论动态研究生态系统服务变化,最后通过修正当量因子计算生态系统服务价值并应用空间自相关与热点分析方法研究其时空变化特征。结果表明：（1）耕地、建设用地和水体为研究区主要土地利用类型,总覆盖度达到90%以上;2005-2015年土地利用变化速度显著;苏南地区土地利用较为丰富。（2）对比各景观类型,森林是具有更多功能的生态系统;2015年功能属性总得分高于1995年,但生态功能得分由5分降至2分。（3）1995-2015年江苏省生态系统服务价值从1258.19亿元减少为1208.74亿元,苏南地区生态系统服务价值变化较大。据预测至2022年,生态系统服务价值会跌到1.35亿元。     

新安江流域生态系统服务演化过程及权衡协同关系

新安江流域作为长三角一体化发展的战略水源地与水源涵养区,其生态系统服务变化与权衡协同关系研究对于推进流域生态文明体制建设,促进人地关系协调发展具有重要意义。基于生态系统服务变化指数、相关系数及空间自相关等方法,对新安江流域1999-2019年生态系统服务价值及权衡协同关系进行定量分析。结果表明：（1）新安江流域生态系统服务价值整体呈波动下降态势,改善趋势渐显,生态补偿工作的系统实施强化了河流、湖泊的生态保护效应与地位;（2）新安江流域地均生态系统服务价值空间分布较为稳定,空间相关类型以正相关为主,生态系统服务价值增益相对明显地区多分布在上游安徽省境内;（3）协同关系是新安江流域生态系统服务间相关关系的主体,生态补偿试点工作实施后,水文调节服务与其他服务之间的相关关系发生明显转化,各乡镇单元生态系统服务的相关关系以协同关系为主。     

基于动态测算模型的跨界生态补偿标准——以新安江流域为例

针对目前跨界生态补偿普遍存在的补偿标准单一、补偿内容不完善等问题,以新安江流域为例,构建基于机会成本法和生态系统服务价值法的动态测算模型,开展跨界生态补偿标准研究。根据目前新安江流域各阶段协议水质将生态补偿分为试行和修复两个测算阶段,补偿年限分别为2012-2014年和2015-2017年。试行阶段采用机会成本法,修复阶段采用生态系统服务价值法。结果表明：（1）试行阶段新安江流域生态补偿的直接成本和间接成本额度分别从2012年的18.49亿元和2.28亿元上升到2014年的32.47亿元和4.01亿元。其中,工业在间接成本中年均占比率高达55.10%,这说明黄山市从多方面逐渐加强对流域的生态管理和投入,尤其是对流域水生态环境起直接影响的污染企业采取了取缔关停等措施。（2）2015-2017年新安江流域生态补偿额度也呈现上涨态势。黄山市总供给和自身消耗的生态系统服务价值的年均增幅分别为5.08%和4.32%,生态系统服务价值总供给比自身消耗高0.76个百分点,反映出黄山市通过增加生态面积、改变土地利用类型等方式来提高流域水生态环境质量。（3）新安江流域2012-2014年试点阶段的生态补偿总额应为80.67亿元,2015-2017年修复阶段的生态补偿总额应为125.65亿元。而实际新安江流域试点以来累计投入36亿元的生态补偿额,远低于上游对环境整治的投入与损失额,因此建议为了新安江流域的生态环境保护,流域双方建立动态、长效的生态补偿机制,加大生态补偿额度。     

三江平原湿地生态风险评价及空间阈值分析

湿地生态风险评价对区域自然资源保护及规划管理具有重要意义。以三江平原湿地为研究区域,基于2000年、2005年、2010年、2015年4期土地利用数据,以城市扩张导致的土地利用变化、道路建设等人类活动为风险源,景观生态格局、生态系统服务价值为风险受体构建了三江平原湿地生态风险综合评价体系,分析三江平原湿地生态风险时空变化特征。进而,利用距离阈值确定空间距离权重,采用双变量空间自相关模型揭示了不同时间尺度下生态风险的空间集聚分布特征。结果显示：从风险源角度,人类活动风险源强度呈增加趋势,松花江、穆棱河、倭肯河地区一直处于中高风险水平;从风险受体角度,景观生态风险的中高风险地区重点集中在湿地与水体分布区,生态系统服务低价值区主要分布在中部水田、旱田、建设用地以及东北部与东南小范围的湿地区域。综合生态风险结果显示,三江平原生态风险在时间上呈增加趋势,空间上由松花江河滩型湿地区与穆棱河地区逐渐向四周蔓延。此外,生态风险的强弱受到空间距离的影响显著,选取5km为自相关分析的距离阈值,土地利用与综合生态风险的空间格局存在显著的空间正相关关系,高-高地区集中分布在研究区内的松花江流域及周围滩地地区,随着土地利用变化及转移,空间关联逐渐增强且区域分布不断扩大。研究结果可从人类活动控制、景观格局优化、生态服务价值提升等方面为三江平原生态风险防控分区管理提供理论依据。     

四川盆地多重生态系统服务景观指数评价与服务簇识别

明确多重生态系统服务与生态系统服务簇的空间格局对于维持区域生态安全格局与可持续发展至关重要。在评估四川盆地2015年6种生态系统服务的基础上,计算了表征综合水平的多重生态系统服务景观指数;进而分析了生态系统服务间权衡与协同关系;并基于K-均值聚类法识别了研究区内生态系统服务簇的空间格局。研究结果表明：（1）研究区的多重生态系统服务景观指数平均值达到3.12,同时具有明显的空间分异性,整体上呈现出东南高西北低的空间分布格局,高值区主要分布于川东平行岭谷区,以林、草地为主的区域最高,城市建成区及其邻近地区最低。（2）6种生态系统服务空间异质性显著,且不同服务间协同与权衡关系并存,其中碳汇、生境质量和水土保持服务三者间的协同关系显著,碳汇、生境质量和水土保持服务与娱乐和粮食供给服务间的权衡关系均较强;产水服务与其他各项服务间的权衡与协同关系均较弱。（3）四川盆地可划分为文化旅游、食物供给、生态保育和多功能复合均衡型4种服务簇,其空间布局与内部结构分异明显。文化旅游型服务簇面积最小,面积占比为3.11%,主要分布于成都和重庆城镇及其周边地区,其提供多重生态系统服务功能的能力最弱;食物供给型服务簇主要位于成都平原、浅丘及部分河谷区域,面积约占36.23%;生态保育型服务簇主要分布于盆周山地,以林地为主导,其提供多重生态系统服务功能的能力最强,面积占比达22.61%;多功能复合均衡型服务簇分布最广,面积占比为38.04%,集中于川中、川东丘陵及平行岭谷槽谷区域。采取差异化优化措施有利于整体提升四川盆地生态系统服务能力,维护区域生态安全格局。     

基于生态系统服务的流域生态安全格局构建——以辽宁省辽河流域为例

人口和社会经济的高速发展导致土地利用格局的变化和生态系统服务的退化。构建生态安全格局是保障区域生态安全的重要途经。识别和保护关键生态区域对维持生态系统的稳定性和可持续性具有重要意义。本文以辽宁省辽河流域为例，基于生态系统服务重要性评价，根据区域自然特征和生态环境状况选取并定量评估固碳释氧、土壤保持、粮食供给和产水4项关键生态系统服务，以生态系统服务的高价值区为生态源地，综合各项生态系统服务功能构建阻力面，运用电路理论的方法识别生态廊道和关键节点，从而构建辽河流域生态安全格局。研究结果表明：辽河流域内共有129个生态源斑块，243条生态廊道和38个“夹点”。其中，生态源斑块主要分布在研究区东部，主要由林地组成，斑块连续、跨度范围较大；生态廊道总长度为1606.07 km，呈梭形沿着平原与山区交错带延伸；“夹点”沿着河流分布在研究区的中部，主要由林地、耕地组成。本文通过构建辽宁省辽河流域生态安全格局，为缓解日益尖锐的辽河流域经济发展与生态保护之间的矛盾提出了新的思路。     

乌兰布和沙漠生态系统服务价值时空动态

以乌兰布和沙漠为研究区,基于1990—2018年4期土地利用类型数据,以"当量因子法"为基础,运用网格分析、热点分析、权衡协同分析等方法,探究乌兰布和沙漠近30年生态系统服务价值的时空动态特征。结果表明:(1)生态系统服务价值总量以2000年为拐点先下降后逐期上升,由1990年17.03亿元上升至2018年25.94亿元,其中调节服务价值贡献量最大,4期平均占71.34%,供给服务增幅最大,近30年间增加85.04%;(2)生态系统服务价值呈东部和东北部高、中部和西南部低的空间分布特征,1990—2010年空间格局基本不变,但2018年高值区有所扩展;(3)1990—2018年间生态系统服务冷点区面积占比由2.85%增至4.23%,热点区面积占比由0.22%增至10.45%,热点区分布在黄河沿岸及部分生态恢复区,但东南部冷点区逐渐增大,生态治理时应着重关注;(4)1990—2018年生态系统服务间以协同关系为主,权衡关系存在于初期供给服务与其他类型服务之间。     

1954-2015年三江平原沼泽湿地变化的区域分异及影响因素

以湿地变化较为剧烈的三江平原为研究区域,结合GIS和RS技术,利用动态度、景观指数和地理探测器模型,在流域尺度上对1954-2015年三江平原沼泽湿地变化的区域分异及影响因素进行定量分析。结果表明：1954-2015年,三江平原各流域沼泽湿地面积呈现减少趋势,其中挠力河流域和同抚流域沼泽湿地面积丧失最多,安邦河流域、萝北流域和倭肯河流域沼泽湿地丧失速率较快;三江平原各流域沼泽湿地格局变化特征具有一定的差异性,倭肯河流域沼泽湿地斑块的集中化程度逐渐增强且破碎化程度逐渐减少,其他流域沼泽湿地的集中化程度逐渐减弱且破碎化程度增加,各子流域沼泽湿地斑块之间的连接性和稳定性均呈下降趋势,其中安邦河流域下降幅度最大,最能表现三江平原各子流域沼泽湿地景观格局变化的指数是斑块密度;人为干扰是影响三江平原各子流域沼泽湿地变化的主要因素,自然因素中对沼泽湿地变化影响最大的是地形地貌,其次是气温和降水量。     

新疆生产建设兵团生态系统服务价值时空分异特征

依据2000年和2010年新疆生产建设兵团(以下简称新疆兵团)土地利用数据,利用中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表,分析了新疆兵团生态服务价值的时空分异特征。结果表明:2000—2010年全兵团单位面积生态服务价值增加了204.61元hm-2a-1,年增长率为0.41%,耕地和林地生态服务价值呈增长趋势,草地、水域、湿地、未利用地生态系统服务价值呈减少趋势;2010年各师单位面积的生态系统服务价值差别很大,其基本规律为一师六师十师四师九师八师五师十四师七师二师十二师三师十三师,这与不同土地利用类型生态服务价值指数的差别和各师的土地利用程度存在密切关系;一师、二师、四师、六师、七师、八师、十师、十二师单位面积生态服务价值呈增加趋势,三师、五师、九师、十三师、十四师单位面积生态服务价值呈减少趋势;人为开垦是该区域生态系统服务价值时空动态变化的主要驱动因素。     

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。     

Spatio-temporal variations of ecosystem health in the Liuxi River Basin,Guangzhou, China

Ecosystem health is an important research topic. Several studies have mainly focused on ecosystem health assessment (EHA) on a large or medium scale, with only a few studies using small grids as research units. Based on the Vigor–Organization–Resilience–Services (VORS) model, which can adequately compute multiple ecosystem values for each land use type, this study used a scale with a 250 m × 250 m grid as the spatial research unit to quantitatively and dynamically assess the ecosystem health and analyze its spatial implications in the Liuxi River Basin, Guangzhou, China. The results showed that the ecosystem health level of each land use type is ranked as follows: water areas > shrublands > grasslands > wetlands > broadleaf forests > drylands > construction land. The amount of construction land area rapidly increased from 2005 to 2018 at the cost of a substantial loss of broadleaf forests, shrublands, and wetlands, which led to a decline in ecosystem health values. Thus, anthropogenic activities such as urbanization and deforestation were the main driving factors affecting land use changes and spatial distribution of ecosystem health. Furthermore, the correlation between ecosystem services (ES) and ecosystem health was the strongest, indicating that ES was a key indicator contributing to ecosystem health in the Liuxi River Basin. The ecosystem health of the Liuxi River Basin had a significant positive spatial aggregation effect which gradually increased from 2005 to 2018. The high–high aggregation areas were mainly clustered in water areas and grasslands, and the low–low aggregation areas were mainly clustered in construction zones and paddy fields. This study provides an important reference for evaluating ecosystem health based on the VORS model, ecological conservation, and the management of small basins in the context of rapid urbanization.