基于格网的伏牛山区土地利用变化对生态服务价值影响研究

以我国南水北调中线引水工程水源地所在的伏牛山区为例,测算、分析了1990—2015年土地利用变化和生态系统服务价值(ESV),在此基础上探究土地利用变化对ESV的影响。结果表明:(1)研究期间,伏牛山区建设用地大幅增加,耕地和草地大幅下降,耕地和建设用地相互均有较大规模转换。(2)林地是伏牛山区最主要的生态用地,调节服务和支持服务构成了伏牛山区ESV的主体;ESV高值区分布于伏牛山区中部高海拔林区,低值区分布于周围地势较平坦的耕地和建设用地区域;除林地、水域和未利用地ESV有小幅增加外,其他地类的ESV均快速减少,致使伏牛山区生态系统服务总价值减少。(3)ESV损失区域主要分布于各县的城镇边缘区以及栾川县的采矿区,可通过保护林地和水域、退耕还林、农居点整理、绿色矿山等土地调控政策提高生态服务价值。将土地利用变化图谱与ESV变化热点分析结合,可为从空间上研究土地利用变化对生态系统服务价值的影响提供新的研究框架,为伏牛山区土地利用精准调控提供政策依据。     

1980-2018年海南岛土地利用与生态系统服务价值时空变化

以海南岛为研究区,利用1980-2018年5期土地利用数据,借助ArcGIS技术,综合运用价值当量因子法、生态系统服务变化指数（Ecological Services Change Index,ESCI）、空间统计分析等方法,探究了海南岛土地利用与生态系统服务价值（Ecosystem Services Values,ESV）的时空变化特征。结果表明：（1）林地是海南岛自然生态系统的主体,占62%以上,林地面积先升高后降低;建设用地增加迅猛,特别是在2010年以后,增长率高达122.46%,其次水域增长率为20.94%。土地利用主要呈现出草地转为林地,耕地、林地转为建设用地或水域的变化特征。（2）1980-2018年海南岛ESV总体表现为先增加后降低的变化趋势,净增加51.59亿元,增长率为2.56%。其中林地ESV占比最高,达70%以上;单项ESV以水文调节、气候调节为主,两者占总ESV的50%以上。（3）在空间分布上,海南岛ESV存在着明显的中部高、四周低的空间分异特征,在时间序列上高值区进一步萎缩、低值区逐渐扩展。（4）1980-2018年海南岛5个时期的ESV及其变化在空间分布上具有显著的正向自相关性;ESV增值热点区集中分布在大广坝水库等库区、海南岛东北部水产养殖场等地,ESV损失冷点区主要出现在海口和三亚等重要城区、洋浦经济开发区以及旅游资源丰富的沿海地区。     

榆中县土地利用转型与生态系统服务价值的时空演变研究

生态系统服务价值(ESV)是区域生态安全的重要表征,识别土地利用转型引起的生态系统服务价值变化,对区域生态环境保护具有重大意义。基于2008年和2018年榆中县土地利用数据,借助ArcGIS软件,运用价值当量因子法、生态系统服务价值变化指数、空间统计分析等方法,分析了榆中县土地利用转型对生态系统服务价值变化的影响。结果表明:(1)2008—2018年,榆中县耕地、草地面积减少,建设用地面积增加,耕地—建设用地、草地—耕地、草地—建设用地是榆中县土地转型的主要模式。(2)研究期间,榆中县生态系统服务价值总体呈下降趋势,其中草地ESV占比最大,占比达54%,单项ESV以水文调节和气候调节为主,二者累计占比接近ESV总量的50%。(3)榆中县ESV空间分布具有明显的空间正相关性,ESV的热点区位于榆中县南部,冷点区位于榆中县中部,ESV空间分布呈现南部高,中部低,北部较高的特征,且ESV低值区在榆中县中部进一步扩散。研究结果可以为区域生态环境保护和土地管理提供科学参考。     

基于地形梯度的南方丘陵山地带生态系统服务价值对城市化的空间响应——以粤北地区为例

南方丘陵山地带是我国华南和西南地区重要的生态安全屏障带,具有重大的生态保护意义,而在当今快速城市化的进程下,保障该地区的生态资源与生态稳定对于我国实现可持续发展具有十分重要的战略意义。以丘陵山地带的典型区域粤北为例,依据地形位指数将研究区划分为5个地形梯度,并基于1990—2015年6期的土地利用遥感数据和社会经济的统计数据,利用地理信息技术和空间统计的方法,评估了粤北地区不同时期随地形梯度变化的各区域生态系统服务价值（Ecosystem service value,ESV）与城市化水平（Urbanization level,UL）,之后探究了生态系统服务价值与城市化的空间相关性。研究结果表明：（1）1990—2015年期间,粤北地区城市化水平上升,且地形位指数为0.003—0.368的梯度1区域城市化水平最高。（2）研究期间粤北地区的生态系统服务价值呈轻微下降趋势,随着时间推移,ESV在低坡度、低海拔的地形梯度1区域下降率最高,而各个年份的ESV均随着地形梯度的升高而增加。（3）研究区自2000年后的土地利用类型转移的活跃程度加剧,其中主要是地形梯度1区域及周围的耕地、林地与建筑用地间发生转移。（4）空间相关性分析表明,粤北地区生态系统服务价值与城市化水平具有较强的负相关关系,且在研究期间负相关性明显增强;同时两者具有较显著的空间聚集效应,其中低ESV-高UL型集中分布于地形梯度1的韶关市与清远市区以及南雄市,高ESV-低UL型则分布在梯度相对较高、人口相对分散的少数民族自治县。研究探讨了粤北地区生态系统服务与城市化的时空关系并了解了各区域的发展模式,有助于进一步认识生态系统对于社会经济发展的支持作用,保持生态保护建设与经济发展的协调与平衡,从而保障和维护南方丘陵山地带的生态价值。     

黄河流域资源型城市土地利用转型及其对生态系统服务价值的影响

分析快速城镇化背景下黄河流域资源型城市土地利用转型趋势,探讨该区域土地利用转型对生态系统服务价值的影响,为资源型城市实现绿色转型发展提供科学依据。运用ArcGIS空间分析方法探索研究区土地利用结构与时空转型格局,构建黄河流域资源型城市生态系统服务价值评估方法,分析不同类型和不同区域资源型城市生态系统服务价值变化情况,并进一步探究不同土地利用转型类型对生态系统服务价值的影响程度。研究结果表明：（1）20年来,伴随着快速的城镇化过程,黄河流域资源型城市发生了明显的土地利用转型,草地、耕地和林地相互转换规模较大,建设用地不断扩张,耕地则持续减少;（2）2020年,研究区生态系统服务价值总量为1.222万亿元,呈增长趋势,且形成"中部高-东西低"的空间格局;（3）各资源型城市生态系统服务价值量表现出北高南低、中高东低的空间格局,成熟型和再生型资源型城市以及中游地区资源型城市的单位面积生态系统服务价值较大;（4）草地、耕地和林地之间的相互转换是导致生态系统服务价值变化的主要转型类型。为提升黄河流域资源型城市生态系统服务价值,有效发挥生态系统功能,构建区域生态安全体系,首先,应严格落实国土空间用途管制制度,保持林地、草地和耕地的稳定性;其次,从严控制建设用地扩张趋势,减缓因建设占用耕地或生态用地导致生态系统服务价值损失;再次,稳步提高对未利用地的生态化利用效率;最后,积极探索提升资源型城市生态系统服务价值的差异化管理方案。     

海南岛东北部土地利用与生态系统服务价值空间自相关格局分析

土地利用/覆被变化是全球环境变化的重要原因,对生态系统服务价值空间分布格局有直接影响。以海南岛东北部为研究对象,基于遥感影像数据,应用空间自相关理论定量探讨了土地利用与生态系统服务价值的空间自相关格局和分布特征,并运用双变量空间自相关分析两者之间的空间响应规律。结果表明:2016年海南岛东北部生态系统服务功能总价值为132.09亿元,其中林地构成生态系统服务功能价值的主体,而湿地的单位生态系统服务价值最高。土地利用类型具有显著的空间自相关性(P0.05),不同土地利用类型所表现的空间聚集或异常的区域及范围明显不同,以建设用地和林地的空间聚集性最强。研究区生态系统服务价值在空间上呈显著的正相关性(P0.05),高值区明显聚集于海岸带、东寨港和清澜港红树林一带,低值区集中在海口城区、文昌北部农耕区域;土地利用程度与生态系统服务价值呈空间负相关关系(P0.05),且具有明显的空间溢出效应。根据研究结论建议继续实施生态修复与保护政策,优化土地利用结构,提升生态核心的服务价值,实现区域可持续发展和维护生态安全。     

青弋江流域生态系统服务评估与权衡研究

研究生态系统服务价值变化特征及多种服务之间的权衡协同关系,对平衡经济发展与环境保护具有重要意义。基于修订的当量因子表,结合2000、2009、2018年3个时期遥感解译获取的土地利用数据,运用生态系统服务权衡协同度模型、敏感性分析、空间自相关、土地利用程度综合指数模型等分析了青弋江流域生态系统服务价值（Ecosystem Services Value,ESV）的时空演变特征及9种生态服务之间的权衡协同关系。结果表明：（1）2000、2009及2018年的生态系统服务价值分别为285.19、351.26和294.68亿元,价值总量呈先增后减的变化趋势,其中2009-2018年间总ESV下降了16.1%,生态服务趋于退化。整个研究时段内,林地对ESV的贡献量最大,其次是耕地和水域。（2）2000-2009年,单项生态系统服务间以协同关系为主导,协同率为77.8%,食物生产服务与本研究中的其他服务之间均为权衡关系;2009-2018年间生态系统服务间的关系与前9年基本一致,但食物生产服务与其他服务功能之间的权衡度呈增强的趋势。（3）敏感性分析表明,各时期的敏感性指数（CS）值均小于1,表明基于修订的当量因子表计算获得的生态系统服务价值系数符合青弋江流域的实际情况,计算结果可靠。（4）生态系统服务价值存在较强的正向空间自相关,但集聚程度有下降的趋势。双变量空间自相关分析表明当土地利用程度增强时,生态系统提供的总服务价值或单项服务价值均会降低。研究结果可为青弋江流域土地利用结构的优化调整及生态环境保护提供参考信息。     

基于土地利用的博斯腾湖流域生态系统服务价值时空变化

探讨土地利用变化及其对生态服务功能价值影响,是促进流域生态环境保护和资源合理配置的重要理论依据和决策支持。采用改进的生态系统服务价值评估、热点分析等方法探究了博斯腾湖流域1995-2018年土地利用变化与生态系统服务价值时空（ESV）演变。结果表明：（1）流域旱地、建设用地面积持续增加;荒漠、草甸、湿地、水域、灌木面积呈现波动增长趋势;裸地、草原、冰川积雪、阔叶、针叶面积呈现波动下降趋势。（2）流域23年间ESV呈减小-增大-减小-增大的波动增大趋势,调节服务和支持服务构成流域ESV主体。水域、草甸和草原是流域ESV变化主要的贡献因子和敏感因子,其中水域和草甸为正向贡献因子;草原为负向贡献因子。（3）流域ESV总体空间分布呈"北偏高,南偏低",唯一高值集聚区（博斯腾湖）点缀在低值区的格局,ESV南北空间差异明显;研究区年平均湿地和水域面积之和仅占总面积的3.61%,主导着整个流域生态系统服务价值的变化,是流域环境保护和生态建设的重心。（4）流域生态系统服务价值热点区域变化不大,冷点区域面积大且呈缩减趋势。流域北部的ESV空间演变较为显著,其原因是荒漠和裸地、草原和草甸等自然生态系统转换频繁。研究区南部的绿洲区的扩张使得局部冷点区转为次冷点区。     

土地利用变化影响下洞庭湖地区生态系统服务价值的时空演变

对洞庭湖地区多年遥感影像进行解译,结合其经济发展统计数据,在地理信息系统技术支持下,估算各土地利用类型的生态价值系数,并运用空间自相关、高地聚类及热点分析等空间地统计分析方法,探究洞庭湖地区生态系统服务价值(ESV)的时空变化特征.结果表明: 2000—2013年间,洞庭湖地区的ESV小幅上升,由3868.39亿元上升至3886.62亿元,湿地面积的增加是ESV上升的主要原因;洞庭湖地区的ESV高值区与低值区相互溶解渗透,次高值区对高值及低值区呈包围态势;洞庭湖地区的ESV及其动态演化表现出明显的空间自相关与高低值聚集现象,但其自相关与聚集程度趋于减弱;研究期间洞庭湖地区的ESV热点区重心主要向西稍偏北方向移动,其轨迹大体上呈 “S”型态势,迁移速度缓慢但具有明显的阶段性,经历了 “剧烈—缓慢—剧烈”的变化阶段.     

基于遥感与GIS的渭库绿洲生态系统服务价值时空变化研究

生态系统服务价值(ESV)研究是改善土地利用方式,对促进地区生态系统保护和修复具有重要指导意义。选择生态环境较为脆弱的渭库绿洲为研究区域,以1994和2016年遥感影像为基础数据进行生态服务价值评估,应用格网、敏感性分析、空间自相关等空间统计学方法来进一步揭示研究区域生态系统服务价值(ESV)动态变化特征。结果表明:(1)1994—2016年间渭库绿洲土地利用变化/土地覆被变化较为显著,耕地,建设用地面积呈增长趋势,水域、草地和未利用地面积呈递减趋势,耕地和草地面积变化最为剧烈。(2)1994—2016年,渭库绿洲的生态系统服务总价值呈减少趋势,由4895.67×10~6元减少到3864.78×10~6元,减少了1030.89×10~6元,年均减少0.96%;空间上表现为生态服务价值增值区及减值区呈包围态势,生态系统服务高值区域在不断缩小;同时生态系统单项服务价值呈现有增有减的趋势,废物处理、水源涵养、生物多样性保护、娱乐文化等四项单项服务价值呈现下降趋势,而食物生产、气候调节、气体调节和原材料、土壤形成与保护等其他五项单项服务价值出现上升趋势。(3)敏感性分析表明,所有土地利用类型生态系统服务价值系数的敏感性指数(CS)均小于1,说明生态价值系数(VC)对生态系统服务价值的变化影响较小,模型能够合理评估该区域生态服务价值波动。(4)研究区生态系统服务价值表现出明显的空间自相关与空间聚集现象,生态服务价值高值聚集区主要分布在渭干河上游"克孜尔水库"周围和塔里木河北岸,并呈减少趋势,注意保护高值区的空间稳定性;低值聚集区主要集中在绿洲南部靠近塔克拉玛干沙漠边缘和北部靠近天山中部的山区以及库车河下游荒漠区域,这类区域在空间范围上呈连片连绵趋势,空间分布格局上基本保持稳定。(5)受气候变化和人类活动的双重影响下,草地和水域面积的大幅度下降,耕地和建设用地面积的增加,导致生态服务价值系数较高的土地越来越少,使得研究区的生态服务价值趋于减弱。     

武汉城市圈生态系统服务价值时空变化特征

基于武汉城市圈1990、2000和2009年3期土地利用矢量数据,参照“中国生态系统单位面积生态服务价值当量”,采用Costanza等提出的生态系统服务价值计算公式,估算武汉城市圈不同地域的生态系统服务价值,分析期间的时序变化和空间分异特征;并采用相关分析方法,探讨了武汉城市圈生态系统服务价值与不同土地利用类型变化之间的关联特征.结果表明: 得益于水域面积的大幅增长,1990—2009年武汉城市圈生态系统服务价值总体呈不断上涨的时序变化趋势,增幅达9.5%,其中,水文调节、废物处理等服务价值的增幅明显;各地区变化存在明显的差异,仙桃市、新洲区、云梦县等地的增长最显著.生态系统服务价值在空间上总体呈东南高、西北低的分布格局,且随时间推移,在东、西、北方向逐步形成以武汉市区为中心的“低-高-低”层级分布特征,北部山地丘陵地区的生态优势逐步消减,而南部的高价值组团到2009年发生了结构性扩张.研究区生态系统服务价值的时序变化与林地、水域、草地、耕地的面积变化呈正相关,而其空间分布的均衡性与耕地和未利用地的空间离散程度呈负相关.     

近30年鄱阳湖滨岸缓冲带土地利用变化及生态系统服务价值

滨岸缓冲带作为湖泊生态系统的重要组成部分,研究其土地利用变化及生态系统服务价值（ESV）对维持湖泊水安全和生物多样性具有重要意义。基于1988-2018年间7期Landsat遥感卫星影像数据,采用土地利用相关分析、ESV当量因子估算等方法,深入分析了鄱阳湖滨岸缓冲带近30年土地利用时空演变特征及ESV变化。结果表明：（1）近30年鄱阳湖滨岸缓冲带土地利用类型逐渐形成了以耕地为主导,林地、草地、水域、建设用地等主要地类占比相对均衡的格局。耕地面积明显增加,增幅为21.48%;建设用地和林地面积增幅分别为542.90%和326.23%,耕地、水域、草地是二者面积增加的主要来源;草地面积出现明显减少,幅度达66.79%,主要转变为林地、耕地和水域;水域和未利用地面积出现小幅减少。研究区内,南昌县综合土地利用动态度以1.81%高于其他11个区（县）,土地利用较其他区（县）出现更大的变化。（2）近30年鄱阳湖滨岸缓冲带生态系统服务价值总体呈现先上升后下降的趋势,总损失25.54亿元,降幅为24.18%;各类ESV的变化趋势与各土地利用类型面积变化的趋势相似,其中水文调节为研究区内最主要的生态服务功能,占总ESV的66.03%。（3）水域和草地对ESV变化的贡献率最大,是鄱阳湖滨岸缓冲带ESV变化的主要影响因素;水域面积减少是导致滨岸缓冲带ESV下降的主要原因。总体而言,修复和保护滨岸缓冲带内的水域和草地对维持鄱阳湖生态系统生物多样性和服务功能具有重要作用,对周边乃至长江中下游地区的生态环境保护亦具有重要意义。     

基于格网的南四湖流域土地利用碳排放与其生态系统服务价值时空关系分析

社会发展引起的土地利用变化对生态系统服务和碳排放有显著影响,探讨碳排放与生态系统服务价值（ESV）的时空关联规律,对促进区域低碳绿色发展提供重要的理论和实践借鉴。为揭示土地利用变化下碳排放与ESV的时空关系,以南四湖流域为研究对象,利用2000-2018年5期土地利用数据,采用土地转移矩阵和空间自相关等方法,并引入了碳源、碳汇、净碳排放量、碳排放强度和ESV强度作为研究变量,探索了ESV和碳排放的时空演变特征及其空间关联规律。研究结果表明：19年内流域内各地类间发生了程度不同的转移,其中耕地和建设用地是变化最大的类型;ESV随土地间的相互转化而波动变化,但整体上是增加的,水体面积的增加是导致其增加的决定性原因。ESV强度呈现"东高、西低,湖区不变"的分布特点,这与土地利用方式有关,受自然和社会等多因素影响;流域的碳汇量要远低于碳源量,净碳排放量呈稳定增长态势,其中建设用地的碳排放起着主导作用,因此建设用地在碳减排方面具有较大潜力。碳排放强度在研究期间发生了明显的时空变化,最大值从21.61 t/hm²增长到101.42 t/hm²,增长了4.69倍,工业化和城镇化是其增长的驱动因素;碳排放强度和ESV强度具有空间负相关性,局部聚集现象明显,以高低聚集区为主转变为以低低聚集区为主,与地类面积和建设用地的碳排放系数有关;低高聚集区的范围和分布变化不大。总之,该流域在整体上面临着ESV和碳排放增加的趋势,根据它们之间的空间关联性,流域应采取有效措施来防止碳排放快速增长对周围区域生态环境带来负面影响,并构建生态良好的循环系统,以实现流域低碳经济。     

1998-2014年艾比湖湿地自然保护区生态系统服务价值及其时空变异

湿地的生态系统服务价值是生态学研究的热点之一。以艾比湖湿地自然保护区为研究区,以1998年的TM影像、2006年的Landsat ETM+影像及2014年的Landsat OLI影像为数据源,采用Costanza生态系统服务价值公式进行生态系统服务价值评估,结合空间自相关模型,定量探讨了艾比湖湿地自然保护区生态系统服务价值时空分异特征。结果表明：（1）近20年来,研究区的土地利用/覆被变化显著,除了水体和裸地面积减少,其它土地覆被类型面积都有不同比例的增加。（2）在生态系统服务价值方面,近20年来ESV（Ecosystem Services Values）整体变化不大,但近年ESV有所降低,生态环境出现恶化趋势。（3）在生态系统服务的时空变异方面,研究区ESV空间正相关显著,空间集聚程度高值区主要集中在艾比湖水域和湿地,并且高值区有增加向减少转变的趋势,低值聚集区在湖区四周,且逐年增加。（4）近20年来,影响研究区生态系统服务价值时空变化的驱动力因素主要包括自然因素和人为因素,人为因素是研究区生态系统服务价值时空变化的主要驱动因素。     

福建安溪县乡镇土地生态系统服务价值的演变机制

为了厘清土地利用变化与生态系统服务之间的互作关系,本研究采用生物量因子和社会经济因子调整系数修正传统生态系统服务价值评估模型,对1999—2019年安溪县所属24个乡镇生态系统服务价值(ESV)进行评估,探究其对土地利用变化的生态响应。结果表明: 研究期间,安溪县24个乡镇ESV呈整建制递减,减幅为0.004～0.295亿元;林地和耕地对ESV的贡献率最大,其次为草地和水域,其余地类对ESV的贡献为负值;将其他地类转变为林地可提高ESV,而转变为园地面积(主要是茶园面积)则导致ESV降低。采用化肥单一化宿根栽培管理茶园导致ESV降低,而茶园生态栽培能有效提高茶园土壤微生物多样性,改善土壤肥力,提高ESV。     

格网尺度下青海玛多县土地利用及生态系统服务价值空间自相关分析

开展黄河源区土地利用和生态系统服务价值空间量化评估,对于保障黄河流域生态安全具有重要意义。以黄河源区玛多县为例,基于3 km×3 km网格单元,应用空间自相关方法构建生态系统服务价值评价模型,定量评价了2015年玛多县土地利用/覆被空间自相关格局特征,可视化表达了玛多县生态系统服务价值空间信息。结果表明: 在3 km×3 km格网尺度下,不同覆盖度草地覆盖范围广阔;水域网格占总网格数的42.9%,在玛多县西北部分布密集;建设用地呈东北-西南走向的“线条式”分布;未利用土地体现为西南多、东北少的分布格局。在空间上,玛多县土地利用类型网格之间相互影响,表现为正相关性和聚集分布。水域的全局Moran I和局部Moran I值均最大,空间聚集性最强,局部连片度较高。建设用地的全局Moran I和局部Moran I值分别为0.293和0.127,空间自相关性最弱,在小范围内呈聚集特点。2015年,玛多县生态系统服务价值(ESV)为938.87亿元,网格的ESV平均值为3.20×10⁷元,最大值为19.96×10⁷元,水域分布网格是ESV的高值区。玛多县ESV分布格局整体上呈显著的空间正向自相关,ESV在网格之间为聚集分布。不同土地利用类型ESV网格总体呈高高、低低聚集,在局部零星为高低、低高聚集。可采取的国土空间规划与用途管制策略包括:水域、未利用土地采用强调生态溢出价值的“集中连片式”保护模式,高、中、低覆盖度草地采取主次分明、划区管理的“组团式”生态治理模式,建设用地在“廊道式”分布格局中采取小范围集约化开发利用模式。