生态系统减轻水环境磷素非点源污染服务及价值——以雅砻江二滩水库为例

以ArcGIS9.2为平台,构建了生态系统减轻集水区出口受纳水体非点源污染服务物质量和价值量评估模型。包括模拟集水区范围,根据各种土地利用/覆被类型的污染物质输出及过滤污染能力系数,沿汇流路径,模拟集水区内每个栅格像元被植被移除而未进入水环境的污染物质量空间分布特征。价值量模型结合期望水质标准和净化污染物的边际成本进行计算。以磷素作为指示污染物,在二滩水库的集水区进行了模型的运用。结果表明:二滩水库集水区南部的河道附近是水文敏感区。其中盐源县腹地的农作区、西昌市与冕宁县,以及集水区最北端的称多县、中部的甘孜县等部分地区是是磷素关键污染源区。2000年被集水区生态系统过滤移除而未进入水环境的磷素污染物质总量达到978.90t.a-1,占关键污染源区指数总量的81.88%。林地生态系统服务价值贡献率最高。2000年集水区生态系统对于减轻其出口受纳水体磷素非点源污染服务的总价值为1370.18万元。     

不同土地覆被情景下典型饮用水源地非点源污染评估

西涧湖(原名城西水库)是安徽省滁州市唯一的地表水源,非点源污染已成为其水质恶化的重要原因。基于土地覆被格局,在GIS平台上建立分布式非点源污染运移截留过程模型。以磷素作为指示污染物,模拟了2010年及5种不同土地覆被情景下入库磷素量及截留量的响应。结果表明:2010年,流域向西涧湖的总磷输送量达到2461.20 kg,湖体西北部的市农科所、城郊居委会、水产研究所等地对水质危害最大。多数磷素在向湖体的运移过程中被各类土地覆被有效截留,总量达到5422.36 kg,占当年流域磷素总负荷的68.8%。5种情景下模拟入库磷素量总体符合农田建城区草地林地的规律。在入湖河道周边布设不同宽度植被缓冲带的情景4、5收到了很好的减污效果;而退耕还林政策单纯以坡度作为指标,指导土地覆被的转化,对减轻水环境非点源污染功效较差。     

广西西江流域植被移除磷素污染的生态系统服务价值

3S技术的应用,为快速计算生态系统服务价值提供了新的方法。以ArcGIS9.2为平台,构建广西西江流域生态系统减轻集水区出口受纳水体非点源污染服务物质量和价值量评估模型,以总磷（TP）作为指示污染物,模拟2008年流域内每个栅格像元被植被移除而未进入水环境的污染物质量空间分布特征,结合期望水质标准和净化污染物的边际成本计算出服务的价值。结果表明：西江流域的水文敏感区主要集中在地势平缓的区域;磷素关键污染源区分布与水文敏感区相近,主要位于桂林、柳州、南宁、来宾及贵港。当年被西江流域生态系统过滤移除而未进入水环境的磷素污染物质总量达2673.36t?a 1,占关键污染源区指数总量的732%,其中林地生态系统服务价值贡献率最高。流域生态系统对于减轻其出口受纳水体磷素非点源污染服务的总价值为3462.44万元。     

不同土地覆被格局情景下多种生态系统服务的响应与权衡——以雅砻江二滩水利枢纽为例

在二滩水库集水区,按照当地生态政策发展以坡度为指标构建了10种未来土地覆被格局情景,研究生态系统减轻水库泥沙淤积、减轻水库面源污染、产水发电服务及价值对未来覆被格局的响应程度,并兼顾相关产业收益的变化,权衡各种情景格局的服务效益,优选利益相关方福祉提升幅度最大的情景格局。结果表明:1)现有土地覆被格局对减轻水库泥沙淤积功效的发挥不合理,而以退耕还林政策指导区域土地覆被格局变化,对集水区减轻河道和水库泥沙淤积具有较好功效。10种情景下,保沙价值的高低关系同入库泥沙量正好相反,遵循"随地表林地和草地面积比例的增加,保沙价值增加"的规律。随产沙总量的增加,高产沙强度像元呈现从水库周边逐渐向中上游蔓延的趋势。2)退耕还林政策单纯以坡度作为指标,指导土地覆被的转化,对集水区减轻水环境磷素非点源污染功效较差。除了全为未利用地覆被的情景10,余下9类情景模拟的入库磷素量及过滤磷素经济价值的高低关系完全一致,呈农田草地林地的规律。随入库磷素总量的增加,高强度磷素输出像元从雅砻江流域源区和大河湾区,逐渐蔓延扩散至集水区整个水网。3)随着集水区地表林地覆盖面积比例的减少,集水区生态系统总发电净利润值增加,且高净利润像元呈现从冕宁和喜德县的东部逐渐向整个集水区东南部乃至整个下游蔓延的趋势。4)从减轻对环境的负效应以及提升利益相关方福祉的角度,以坡度6°上下划分林地和耕地的情景5和以坡度15°和6°为阈值划分林草农的情景3为除极端的情景外,综合指标提升最高的两种情景。     

白洋淀流域土地覆被变化及其生态服务价值评价

白洋淀流域处于京津腹地, 经济、生态战略地位显要, 研究其土地覆被变化规律及它引起的生态系统服务价值变化具有重要意义。文章研究了白洋淀流域 2005—2015 年土地覆被的变化情况, 并对其引起的生态系统服务价值的变化进行分析。为此, 收集了该区域 2005 年、2015 年两个时间段 TM/OLI 遥感影像, 解译出相应的土地覆被数据, 从两个时期土地覆被变化的趋势、转换关系及土地利用程度等方面对土地覆被变化规律进行分析, 并进一步分析不同土地覆被类型变化对当地生态服务价值的影响。结果表明: 2005—2015 年间流域内土地覆被显著变化, 草地、未利用地的面积呈减少趋势, 林地、耕地、建设用地、湿地水体呈增加趋势, 土地利用程度增加; 生态服务价值随土地覆被变化有所改变, 林地、耕地、湿地水体的变化导致生态服务价值增加, 草地的变化导致生态服务价值减少。总体而言, 近 10 年来白洋淀流域生态服务总价值增加, 生态环境明显改善。     

岷江上游土地利用与生态系统服务价值的动态变化

岷江上游是中国西南典型生态脆弱区之一,研究岷江上游土地利用与生态系统服务价值（Ecosystem Services Values,ESV）的动态变化,对区域生态保护,实现可持续发展具有重要意义。基于岷江上游2000、2005、2010和2015年四期遥感解译数据,利用CA-Markov模型预测了2035年土地利用格局,并引入空间异质系数、社会经济调整系数和资源稀缺系数对生态系统服务价值进行修正,构建适用于研究区的ESV评估模型,分析了岷江上游2000-2035年土地利用及ESV的时空动态变化。结果表明：1）岷江上游土地利用类型以林地和草地为主。建设用地和耕地面积持续增加,草地、水域和未利用地呈现波动变化;2）2015-2035年和2000-2015年相比,ESV增幅下降,土地提供生态系统服务的能力有所降低。维持生物多样性、保持土壤、气体调节、水文调节和气候调节是岷江上游生态系统的主要功能;3）岷江上游中东部及河谷地带是ESV低值及损失冷点集中区,西部地区是ESV高值及增加热点集中区;4） ESV对系数缺乏弹性,林地和草地面积的变化是引起生态系统服务价值变化的主要敏感因子。研究结果对研究区土地利用格局优化以及推行生态文明建设具有重要参考意义。     

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。     

土地利用变化对生态系统服务功能的影响——以密云水库流域为例

生态系统服务功能与人类福利息息相关,土地利用变化是生态系统服务功能退化的主要驱动力之一,以人地关系紧张,生态系统服务功能变化剧烈的密云水库流域为对象,分析流域1990-2009年土地利用的变化,采用空间显式的生态系统服务功能评估软件InVEST中的“产水量”、“土壤保持”、“水质净化”模型,研究流域土地利用变化对生态系统服务功能的影响.结果表明1990-2009年密云水库流域土地利用变化剧烈,农田、草地和水体的面积分别减少了30％、48％、61％,林地、建筑用地和裸地的面积增加,增幅分别为30％、230％、282％.随着土地利用变化,生态系统服务功能相应产生着显著变化,研究期内,土壤保持功能和固碳服务分别增加46％和19％,但水资源供给服务和水质净化功能分别减少了3％和25％.农田面积的减少和森林的扩张改善了土壤保持服务,森林面积的增加同时也改善了固碳服务,但会削弱水资源供给服务,建筑用地的扩张会大幅度削弱水质净化功能,为维持和改善流域整体的生态系统服务功能,应加强对森林和建筑用地的控制.其研究为密云水库流域土地利用科学管理决策提供参考.     

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SWAT模型的浑河中上游水源涵养服务价值评估

浑河中上游流域的森林覆盖率高达68%,是辽宁省饮用水的重要水源保护地。本研究基于SWAT模型和影子工程法,评估2000—2019年浑河中上游流域的水源涵养量及其服务价值,并分析其时空变化的原因,以期为流域内生态补偿和生态恢复提供依据。结果表明:2000—2019年浑河中上游水源涵养量及其价值量呈先增加后减少趋势;年均水源涵养总量和水源涵养服务价值分别为24.6亿m³和150.4亿元;研究区水源涵养量存在明显的空间差异,高值区主要分布在清原县和新宾县,低值区集中于沈阳市辖区;不同生态系统的水源涵养服务价值差异较大,森林的单位面积水源涵养量远高于草地、农田和城市。     

基于RS与GIS的赣江上游流域生态系统服务价值变化

研究土地利用背景下的生态系统服务价值变化对促进区域生态建设和可持续发展具有重要意义。以赣江上游流域为例,依据1990年、1995年、2000年和2005年4期的遥感数据,利用RS和GIS手段对土地利用数据进行了处理,并分析了土地利用变化引起的生态系统服务价值变化。结果表明,1990-1995年赣江上游流域生态系统服务价值变化不大,1995—2005年生态系统服务价值总量不断增加,且各类生态服务功能价值波动较大;各土地利用类型生态系统服务价值敏感性指数都小于1,表明生态系统服务价值对服务价值指数缺乏弹性。     

基于RS和GIS的干旱区内陆河流域生态系统质量综合评价——以石羊河流域为例

石羊河流域是河西走廊东段重要生态区,也是用水矛盾最突出、生态环境问题最严重的地区之一,对其进行生态系统质量的评价,可为干旱区内陆河流域的生态保护工作提供借鉴.依据生态系统质量概念,以统计数据、遥感数据和土地覆被数据为基础,从生态系统的3方面(生产力、稳定性和承载力)构建评价指数,基于非参数Kruskal-Wallis卡方(χ²)检验和熵值法确定指标权重,结合RS、GIS和SPSS软件对2000、2005、2010和2015年石羊河流域不同生态系统类型的质量及各指数进行综合评价及变化分析.结果表明: 2000—2015年,石羊河流域生态系统质量均值为57.76,呈现显著下降趋势,年降幅为0.72,空间分布呈上游优于中游、中游优于下游的状态;生态系统生产能力、稳定性和承载力均值分别为67.52、45.37、58.53,生产能力和稳定性小幅上升,承载力逐渐下降.就各生态系统类型来看,森林生态系统质量最高,年均值为78.12,年降幅最小,为0.28;其次是草地、农田和城镇生态系统,年均值分别为62.45、58.76、50.29;湿地生态系统质量最低,年降幅最大,达0.98.     

岷江上游小流域景观格局对土壤侵蚀过程的影响

以GIS为平台,利用泥沙输移分布模型模拟了岷江上游黑水流域和镇江关流域的流域侵蚀量、产沙量的空间分布,将模拟结果与土地利用图相结合,分析了各土地利用/覆被类型方式对侵蚀、产沙过程的影响,并利用景观空间负荷对比指数分析了土地利用/覆被类型随空间要素的配置、贡献权重和组成比例对土壤侵蚀的影响.结果表明:不同土地利用方式的土壤侵蚀模数不同,依次为裸岩>居民点>草地>农田>灌木林>林地;不同土地利用/覆被类型的产沙模数没有明显差异.2个流域土地利用/覆被类型随坡度的空间配置较优,随相对高度、相对距离和运移距离的空间配置较差;2个流域土地利用/覆被类型随着空间元素的配置各有优势,考虑土地利用/覆被类型的贡献权重后,镇江关流域的格局优势增加,当进一步考虑土地利用/覆被类型的组成比例时,镇江关流域的格局则优于黑水流域;只有综合考虑空间配置、贡献权重和组成比例,才能全面度量流域景观格局对土壤侵蚀的影响.坡度的景观空间负荷对比指数的构造不能准确地表现土地利用/覆被类型的贡献权重、组成比例对土壤侵蚀的影响,还需进一步改进.     

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RS和转移矩阵的泾河流域生态承载力时空动态评价

利用泾河流域1986、1995、2000、2008年4期遥感数据和转移矩阵分析方法,在GIS平台上,对该流域近23a的生态承载力时空变化进行了定量评价和空间化表达,结果表明,泾河流域生态承载力空间分布极不均匀,整体呈南高北低,并由东南向西北递减,由上游向下游递增的空间变化趋势,表现出与流域地貌特征,土地利用/覆被和环境禀赋相关联的地理特性和空间异质性;随着时间的推移,全流域生态承载力呈逐年降低趋势,尤其以2000年以后下降趋势明显,但流域内部不同区域的生态承载力及其各类土地生态承载力的变化幅度与趋势各有不同;3个时段内(1986-1995年、1995-2000年、2000-2008年)流域各类土地生态承载力转换频繁,转向趋势明显,且以2000年为拐点,前两时段以林地和草地生态承载力向耕地和建筑用地生态承载力转移为主,后一时段以耕地和建筑用地生态承载力向林地和草地生态承载力转移为主,导致近23a来泾河流域生态承载力及其内部组成变化均较大,说明土地利用/覆被的变化是流域生态承载力变化的主导因素,而1999年以后国家实施的退耕还林还草生态工程则是2000-2008年该流域生态承载力变化的主要驱动力。     

石羊河流域土地覆被空间演化及驱动机制

基于石羊河流域1998年、2002年、2006年、2010年NDVI、夜间灯光数据和TM影像提取的土壤信息,以城市地表人工覆被系统为基础,计算流域土地覆被指数(Land-Cover Index,LCI),利用小波分析、空间变差函数和间隙度指数等方法构建测度模型,分析了石羊河流域地区十多年来的土地人工覆被空间演化过程和格局,然后利用回归拟合方程找出影响地区土地覆被变化的驱动机制。结果表明:LCI大范围分布受地形限制,高值区(城镇用地区域)值越来越高,而低值区(植被覆盖区域)值在2002年形成了峰值后下降,即地区城镇化水平显著提高的同时,林草覆盖率缓慢变好,并且逐渐形成区域簇群,同时地区城镇化水平受人为因素的影响较大,植被覆盖度受自然因素的影响较大。     

海河流域农田生态系统环境损益分析

根据生态系统服务的内涵,建立了海河流域农田生态系统服务功能评价指标体系,并利用市场价值法、影子工程法和机会成本法等,定量评价了海河流域农田生态系统服务的经济价值和农田环境成本.结果表明：2005年,海河流域农田生态系统环境效益总价值为1802.64亿元;其中,调节功能的价值（794.16亿元）占44.06%,支持功能的价值（1008.48亿元）占55.94%,提供产品和文化功能未进行核算.从不同的功能类型来看,其价值量大小依次为释氧>涵养水源>营养元素循环>土壤保持>废弃物净化>环境净化>固碳>秸秆还田.2005年,海河流域化肥流失和温室气体排放的环境成本较大,为422.93亿元.其中,化肥流失量为427.42×10⁴ t,成本为151.91亿元;产生的温室气体折算为CO₂的量为3599.65×10⁴ t,成本为271.02亿元.     

基于GIS和RS的赣江上游流域土地利用动态趋势分析

利用赣江上游流域1990、1995、2000、2005和2010年5期的TM影像以及2010年的SPOT影像资料,通过目视解译方法及GIS软件的空间叠加分析功能,获取了研究区土地利用覆被变化数据。在此基础上,结合1990—2010年赣江上游流域的统计资料利用灰色关联分析和主成分分析法进行分析,找出引起土地利用变化的主导因素。结果表明:研究区20年来林地和建设用地总量增加,耕地、草地、水域和未利用地总量减少。相同时期不同类型的土地利用变化的驱动因子不相同,不同时期同一类型土地利用变化的驱动因子也不相同。再利用GM(1,1)灰色预测模型预测了2015—2030年间研究区驱动因素和土地利用情况,研究表明主导因素对土地利用变化的影响与1990—2010年间变化趋势一致。     

基于土地利用变化的京津冀生境质量时空演变

土地利用变化是全球变化的核心内容,评估土地利用变化引起的生境质量时空分异性是区域生态规划的基础,能为土地利用规划和土地管理政策制定提供科学依据.本文在分析京津冀2000—2010年土地利用变化的基础上,以InVEST模型对生境质量进行总体评估,并基于流域划分,借助剖面线和空间自相关深入分析了生境质量格局时空分异性.结果表明：2000—2010年,研究区主要土地利用变化类型为：耕地转为建设用地、林地和草地间的相互转换及水体转为耕地,这导致景观结构异质性的减弱和破碎度的提升.两时期生境质量格局整体表现为东南部和南部较低、北部和西部较高.其中,东南部和南部2010年生境质量明显下降,发生了一定生境退化乃至丧失现象.各流域生境质量具有明显分段特征,较多样点在2010年出现不同程度退化,但也有部分有所改善.该区生境质量格局空间分布集聚性有所增强.2000年“高高”型生境质量流域空间聚集区为滦河流域和白河流域上游地区,“低低”型聚集区集中在永定河中下游和潮白河流域部分地区.2010年“高高”型和“低低”型空间聚集区在原有基础上各自向西南方向有所扩展.