生态系统服务供给和需求研究评述及框架体系构建

生态系统服务供给和需求联系着自然生态系统与社会经济系统,对生态系统服务供给和需求的研究有助于加强生态系统管理和实现资源优化配置,从而保障区域生态安全与社会经济可持续发展。本文在系统梳理国内外相关研究的基础上,对生态系统服务供给和需求的概念内涵、评估方法和实践应用等方面进行全面综述。从理论发展的角度看,虽然目前已取得较为丰富的研究成果,但是现有研究仍较为分散,缺乏统一的生态系统服务供需研究框架体系。鉴于此,本文在对生态系统服务供给和需求的研究范畴进行拓展的基础上,按照“理论-方法-实践”相统一的研究脉络,构建了“定性-定位-定量-定策”的生态系统服务供给和需求研究框架体系,最后提出未来研究应围绕“重点关注生态系统服务供给和需求的空间转移规律、加强生态系统服务供给和需求的定量方法研究、深化生态系统服务供给和需求应用管理实践和建立生态系统服务供给和需求应用评价机制”等方面展开,以期促进生态系统服务供给和需求的理论与实践研究。     

建设用地减量化的苏锡常地区土地利用格局优化——基于白鹭生境网络优化视角

建设用地减量化管理国家战略的本质就是土地利用格局优化,具有重要理论价值和实践意义。以建设用地减量化为背景、快速城市化苏锡常地区为研究区,采用目标物种白鹭生境网络优化为减量化依据的方法,旨在回答"建设用地怎么减?减哪里?减多少?依据是什么?"的土地利用格局优化问题。结果表明:1)白鹭核心生境斑块距离人为干扰源较远,需减量化的建设用地数量较少,但多数核心生境斑块面积小于平均值,破碎化现象较严重;白鹭迁移廊道受人为干扰严重,需减量化的建设用地数量为6542.1 hm~2,占减量化总面积的99%以上;生态核心区经过耕地占补平衡后,城乡建设用地二次减量213.7 hm~2、新增水田208.7 hm~2;研究区建设用地减量化总面积6755.8 hm~2。2)通过增加核心生境斑块面积、提高迁移廊道通达安全性,白鹭生境网络优化了。同时完成了建设用地总量减量化,实现了区域土地利用格局优化的目的。     

不同鸟类生境网络复合与优化——以苏锡常地区白鹭、鸳鸯、雉鸡为例

通过复合优化不同焦点物种的生境网络表征多数物种生境网络实现物种多样性保护,具有重要理论价值和实践意义。以苏锡常地区为研究区域,以白鹭、鸳鸯和雉鸡3种鸟类为焦点物种,通过采用生境斑块约束条件模型与最小成本路径法相结合的方法识别出生境网络;从满足集合覆盖问题视角出发,通过采用网络构成要素复合的方法进行网络复合,其中廊道与廊道的复合通过采用评价生态系统服务价值的方法实现;通过采用观测数据为生境斑块和迁移廊道增补依据的方法进行复合生境网络优化。结果表明:生境网络经过复合,廊道总面积、总长度及生态系统服务价值在分别减少了16%、68%和10%的情况下,保持了斑块间的连接度、兼顾到经济效益和生态效益最大化、覆盖了占总数86%以上的75处观测点;复合生境网络经过优化,覆盖了2010年及以后所有84处观测点,廊道总面积、总长度及生态系统服务价值分别增加了19%、21%和27%;说明生境网络复合优化定量分析方法和思路具有可行性,为网络复合研究提供了借鉴。     

基于不同网络构建方法的生境网络优化研究——以苏锡常地区白鹭为例

生境网络在支持物种长期存活中具有重要意义,由于受人类社会经济频繁活动的影响,迫切需要优化。选取城市化快速发展的苏锡常地区为研究区域,以湿地代表性鸟类白鹭为目标物种,利用2000、2010年土地利用/覆被数据,采用两种不同的网络构建方法,识别出恢复或新建生境节点或斑块,以及基于网络连接度并兼顾了集合覆盖问题遴选出重要新增生境节点,得到生境网络优化方案。结果表明:(1)恢复型生境节点对应的生境斑块面积在10—50 hm~2之间,以乔木林地为主;新建型生境节点对应的生境斑块是乔木林地和湖泊水库与河流兼而有之,均满足白鹭生境地类要求;优化的生境网络连接度较高、整体结构状况最好,兼顾了资源有限性下经济效益和生态效益最大化,与历史观测点实际情况较为吻合,可作为优化方案。(2)相同的生境斑块格局受生境格局时空变化、生态过程模拟方法及网络优化评判标准的影响,在采用不同网络构建方法时,会得到不同的网络结构及网络优化结果。采用时空格局变化与不同生态过程模拟相结合的网络优化方法,有助于分析格局-生态过程及网络结构变化情况,其思路为网络优化方法进一步深入研究提供了借鉴。     

“多目标”需求下扬州市土地利用布局优化

建模和情景分析是土地利用变化研究的核心内容，面对城市化进程中日益严峻的生态环境以及粮食安全问题，开展不同约束条件下的土地利用模拟研究对于科学规划和政策制定具有重要意义。以国家级生态示范市扬州市为例，构建耦合景观生态安全格局的CLUE-S模型，结合地类间转变速率调整，模拟预测规划目标年（2030年）不同情景下的用地结构和布局。研究发现：①研究区低、中、高安全水平下生态用地面积比例分别为20.68%、36.50%和48.81%；②现状发展情景下，城镇及工矿用地量增加明显，用地在原有基础上沿外围呈紧凑连续型扩散，耕地、园林地锐减且分布呈现更加破碎化的状态；③耕地保护情景下耕地和园林地分布趋于连片和集中，城镇及工矿用地和交通运输用地对于耕地和生态用地的侵占速率降低；④生态涵养情景下园林地面积略有增加，城镇及工矿用地在原有基础上扩张速度减缓，粮食安全和生态安全基本实现。     

基于CLUE-S模型的不同情景下区域土地利用布局优化

土地利用规划要求把土地资源最终配置在空间上,而现有文献更多是对土地利用结构的优化,很少对全局土地利用布局优化,鉴于此,为减轻土地利用规划的多目标冲突,同时为提高资源配置效率,释放空间效应,对不同情景下的土地利用布局优化进行研究。用非线性优化模型中的理想点法求取了不同情景下最优土地利用结构,用Logistic回归提取了不同用地的优化布局规则,以不同情景下的土地优化结构为数量约束,借助CLUE-S模型的全局配置能力对各情景下的用地布局作优化,并以扬州市为实例进行阐述。结果表明:(1)优先发展经济情景下,2025年扬州土地利用经济产值是10.4×10~7万元,优先保护生态情景下,目标年生态服务价值是9.7×10~5万元,保障公众福利情景下,公众福利大小是351271 hm~2;(2)经济增长目标对土地利用结构的情景变化最为敏感,而公众福利目标的敏感性最小;(3)与基期年比,发展经济与保育生态情景下的土地优化布局变化最大,前者主要是市区城镇工矿用地向东部及西北扩张,后者则是在西南丘陵及南部长江岸边配置了大量园地、林地。提出的不同情景下土地利用布局的优化方法可为土地利用规划及生态规划提供有力技术支持。     

不同斑块类型的景观指数粒度效应响应——以无锡市为例

斑块类型与景观格局粒度效应响应关系密切。以无锡市为研究区域,针对地区社会经济活动频繁、人为干扰强烈和生态脆弱等特性,以土地利用类型、热力等级和生态贡献为斑块类型划分依据,构建出对应的3种不同景观格局。在相同粒度变化情况下,选用了19个景观水平指数和Moran's I指数,分析了不同景观格局粒度效应的响应情况。结果表明,随粒度变粗:1)土地利用类型、热力等级和生态贡献斑块的部分景观指数响应曲线变化剧烈程度依次减弱;2)3类斑块的Moran's I指数均存在尺度效应。其中,土地利用类型和生态贡献斑块的Moran's I指数存在负相关,热力等级斑块没有。生态贡献斑块响应曲线在正相关区域内变化相对平缓,土地利用类型与热力等级斑块响应曲线变化趋势相反;3)指数反映的第一临界粒度基本一致,但景观指数响应曲线的临界现象更为明显。总体上,不同类型斑块在同一研究区构成的景观格局、指数响应曲线变化趋势和第一临界粒度都较为相似;斑块类型对景观指数粒度效应响应存在影响,但还有待深入探讨。     

基于成本收益分析的生境网络优化——以苏锡常地区白鹭为例

引入经济学成本收益分析方法对于生境网络优化保护具有重要现实意义。以苏锡常地区白鹭生境网络优化为例,通过分别构建研究区生境网络保护成本与提升收益测算体系、模拟多种情景和优化方案、成本收益分析的方法,实现了满足不同约束条件的优化方案。结果表明:(1)最大收益累积情景下的方案在总收益最高的基础上,实现了保护总成本较低的目的;最佳效益累积情景下的方案在研究区土地资源有限和保护总成本最低的基础上,实现了优化成效最佳的目的;(2)最佳效益累积情景下的方案在实现成本最低的基础上,兼顾到了优化成效的最大化,适宜于土地资源稀缺且城市化快速发展地区;(3)有限效益累积情景作为最佳效益累积情景的基本模式,其优化方案在一定范围内可以兼顾到成本较低和成效较高。将经济学与生态学相结合的网络优化方法,综合考虑了研究区的生态、经济和社会等现实因素,极大的提高了网络优化方案操作的可行性,其思路和方法拓展了网络优化研究视角。但诸多实现因素也决定了成本与收益体系的构建还处于不断完善之中。     

基于景观安全格局的建设用地管制分区

旨在探索如何构建一种生态与经济发展兼顾的建设用地管制分区工作体系.以扬州市为例,选择防洪、水土保持、生物保护、乡土文化保护和游憩安全5个要素构建区域多层次综合生态安全格局,利用神经网络CA模型模拟无生态约束下的区域城镇建设用地扩展格局,将二者耦合得到优先建设区、有条件建设区、调整建设区、限制建设区和禁止建设区,并为每类管制区编制相应的管制规则.结果表明:①利用景观安全格局与城镇建设用地扩展格局耦合来进行建设用地管制区划分,优先考虑生态环境保护,再进行建设用地的安排,实现了生态与经济的双赢;②通过调整建设区的划定,为地方政府提供了新增建设用地适宜调整的区域,在建设用地管制的基础上,给予地方政府充分的自主权.     

基于景观功能性连接度的生境网络优化研究——以苏锡常地区白鹭为例

景观功能性连接在生境网络优化方面具有重要意义。以快速城市化苏锡常地区为研究区、白鹭为目标物种,采用2种景观功能性连接度测度方法相结合的方法,通过构建遴选阈值和恢复阈值、筛选功能性显著迁移廊道,识别新增生境节点及对应迁移廊道,构建出优化生境网络和优化生境干网。结果表明:1)优化生境网络的片区聚集程度及觅食地对筑巢地的依附性得到增强,优化生境干网与白鹭长距离迁移生境网络具有较高拟合度;2)优化生境网络和优化生境干网的α、β、γ3个网络结构指数值都有较大幅度增加。优化生境干网与优化生境网络相比,在生境节点和迁移廊道总数较少的情况下,具有网络结构指数值变化不明显的特性,为推荐方案。优化生境干网的提出,尤其为快速城市化地区物种多样性保护提供了一种新思路,即优化生境网络的保护底线方案,同时拓展了网络优化研究方法、强化了物种多样性保护在土地资源管理工作中的可操作性。