城市生态智慧管理系统的生态系统服务评估功能与应用

开展生态系统服务评估已经成为国土空间功能管治、城市治理、生态产品价值实现等工作中的先行基础动作。生态系统服务的类型和模型方法多,数据需求复杂,传统基于多学科软件开展生态系统服务评估的工作模式知识和技术门槛较高、效率低。当前专业的生态系统服务评估软件多为美国从业人员开发,对我国的数据构成和本地化参数适应性有限。介绍了我国自主开发的生态系统分析软件（城市生态智慧管理系统,IUEMS）的主要功能和应用情况,并将其的生态系统服务评估功能与InVEST、ARIES等国外主流软件在操作逻辑、评估模型、数据取得、空间精度、界面交互五个方面进行了对比。     

InVEST 模型原理及其应用研究进展

生态系统服务功能的退化已引发区域乃至全球性生态环境问题, 并促使全球各国及地区越发重视经济发展与环境保护间的关系。生态系统服务功能评价作为生态系统有效管理的基础, 对人类的可持续发展同样具有重要意义。基于3S 技术的分布式算法, InVEST 模型可突破传统定量评估方法的局限性, 为生态系统服务功能的空间表达、动态分析和定量评估提供一种新的技术手段。文章详细介绍InVEST 模型的基本功能、原理方法和国内外应用现状, 探讨该模型的应用局限性及发展趋势, 以期为InVEST 模型在我国的应用与发展提供科学支持。     

生态脆弱区农村居民点布局优化对区域生态系统服务功能的影响——以四川省西昌市为例

我国是世界上生态脆弱区分布面积最大、类型最多、脆弱性表现最明显的国家之一。农村居民点作为生态脆弱区中主要人类活动区,成为导致生态脆弱区生态环境质量下降的重要干扰源。以四川省西昌市为例,分别利用InVEST模型中的生境质量评估模块、沉积物持留率分析模块、养分输出率分析模块评估了生态脆弱区农村居民点布局优化对区域生态系统服务功能的影响。研究结果表明：西昌市通过农村居民点布局优化,生境质量平均得分提高22.4%,土壤输出量下降4.6%,氮(N)、磷(P)输出量下降13.1%与8.2%,所以农村居民点布局优化有利于生态环境脆弱区生态系统服务功能的提升。农村居民点布局优化后,农村居民点数量与面积的减少,降低了森林火灾、土地开垦等植被破坏事件发生的频次,成为促使西昌市生境质量提升的主要原因;而农村居民点与农田面积下降,林地面积的增加是导致西昌市土壤输出量与N、P输出量下降的主要原因。农村居民点数量减少,可降低垃圾回收成本与污水处理成本,从而促使 N、P输出量进一步下降。     

辽宁太子河流域生态系统服务权衡/协同关系时空变化与情景预测

研究生态系统服务权衡与协同关系为制定合理的区域社会-生态系统管理方案提供依据,促进区域可持续发展。太子河是维护辽宁中部城市群生态安全和用水安全的重要保障,以重工业为主的产业布局使得该区生态安全受到威胁,严重影响社会经济的可持续发展。综合气象、土地利用等多源数据,借助InVEST模型,探究太子河流域固碳、土壤保持、生境质量的时空特征;采用Pearson相关分析法,探讨不同样点尺度、不同地类上权衡与协同关系的时空变化,并对2030年不同土地利用情景进行预测。结果表明：①三种生态系统服务在各尺度上（除100m尺度）均为协同关系,且样点尺度越大,相关系数越高。②在不同地类中,耕地、林地、草地三种地类生态系统服务功能类似,以土壤保持功能为主,碳储功能其次;生态系统服务的热点区分布在流域的东部,冷点区集中在流域西部。③不同预测情景下三种生态系统服务间仍为协同关系,在保护情景下生境质量最好、水域面积最多,生态系统服务能力最高;开发情景下建设用地面积增加最多,但生境质量最差。     

深圳市景观生态安全格局源地综合识别

城市生态安全格局是景观生态学研究的热点和重点之一,识别源地是构建生态安全格局的首要环节.在总结已有研究中重要斑块识别方法的基础上,提出了结合景观连通性分析、生物多样性服务评估和生境质量评估来提取重要斑块的方法.以深圳市为研究区,采用基于图论的景观连通性指数、生物多样性服务当量、InVEST模型生境质量评估模块和GIS技术相结合的方法识别生态用地重要斑块.结果表明:深圳市生态斑块依照连通性、生物多样性和生境质量的综合评估分为五级,其中最重要斑块主要分布在龙岗区、盐田区和罗湖区;现行基本生态控制线政策可以保护大部分重要斑块.     

生物多样性与生态系统服务情景模拟研究进展

生物多样性和生态系统服务情景模拟是指对未来生物多样性和生态系统服务变化轨迹的定量估计,二者相互关联并为长期、稳定的保护和恢复生态系统提供了重要科学依据。梳理生物多样性以及生态系统服务预测情景的核心观点,讨论基于生物多样性和生态系统服务情景模拟的保护决策支持途径,以期服务于我国生物多样性与生态系统服务预测研究的发展和深化。研究凝练结果如下：物种分布模型需要进行更规范的评价以明晰其对具体对象的适用性,生态系统预测模型亟待在关系结构的基础上嵌入更多的生态系统过程和社会经济过程,生态系统服务评估模型有必要强化对生物多样性、生态系统服务、人类福祉级联特征的刻画;全球气候变化驱动了未来区域生物多样性的大幅改变;土地利用则是陆地生态系统服务预测中的核心驱动变量。生态区划与区域尺度情景模拟、景观尺度下的生态安全格局构建、基于社会生态网络的社区适应三点重要展望方向将对基于情景模拟的我国生态系统保护决策提供重要的理论和实践支持。     

黄河三角洲高效生态经济区生态系统服务权衡协同关系

探究黄河三角洲高效生态经济区生态系统服务权衡与协同关系,对区域生态系统服务功能分区和高质量发展具有重要的现实意义。本研究利用InVEST模型、空间自相关和权衡协同度(ESTD)模型,分析黄河三角洲高效生态经济区2000—2020年生境质量、碳储存、土壤保持、水源涵养和水质净化5种生态系统服务在乡镇尺度上的时空变化特征及其权衡协同关系。结果表明：2000—2020年,研究区生境质量、碳储量和氮、磷输出量整体递减,土壤保持量和水源涵养量波动递增;生境质量呈现北高南低的分布格局,碳储存、氮、磷输出、土壤保持和水源涵养大致呈北低南高的格局。研究期间,研究区5种生态系统服务间在时间截面和时段上均以协同关系为主,但仍存在差异,在时间截面上协同关系主要存在于碳储存与其他服务之间,在时段上协同关系主要存在于生境质量与其他服务之间。研究结果可为黄河三角洲高效生态经济区生态系统服务的提升及生态系统功能分区提供理论指导与实践借鉴,并为国土空间格局优化提供基础支撑。     

生态系统综合评价的内容与方法

生态系统综合评价是系统分析生态系统的生产及服务能力,对生态系统进行健康诊断,做出综合的生态分析和经济分析,评价其当前状态,并预测生态系统今后的发展趋势,为生态系统管理提供科学依据。从总体上讲,综合评价更强调生态系统一系列产品与服务功能之间的权衡,具有很强的实践意义。许多学者对不同的生态系统服务功能进行了经济价值评估,但缺乏对生态系统的产品、服务、健康与管理之间关系的进一步探讨。对生态系统服务功能评价、健康评价的生态管理与预测进行了系统论述,目的是提出生态系统综合评价的框架,指导生态系统评价行动及生态系统管理。     

生态系统服务研究：进展、局限和基本范式

 生态系统服务是生态学研究的热点问题。该文首先从概念、分类、价值评估理论、评估案例等方面总结了目前国内外生态系统服务的研究现状。然后评述了目前生态系统服务研究存在的局限性,包括：评估结果的准确性问题、生态资产与生态系统服务的混淆、物理量评估方法的不确定性、价值量评估的不确定性以及生态系统功能与服务的复杂性。针对这些研究的局限,文章提出了生态系统服务研究的基本范式,包括：严格区分生态资产和生态系统服务、生态系统服务评估必须基于生态观测或生态模型以及区域生态系统服务评估应区分不同样元。最后,文章展望了今后生态系统服务研究的课题：生态系统服务与生态系统结构及生态过程的关联性和复杂关系的研究,人类干扰下生态系统服务的响应与反馈研究,生态系统服务变化对人类福利的影响研究,政策机制对生态系统服务的影响研究以及不同生态系统类型的各种生态服务价值研究等方面。     

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。     

基于地形梯度的甘肃白龙江流域典型生态系统服务分布特征

白龙江流域是长江上游重要的水源涵养区和生态屏障,同时也是国家级贫困县集中连片区(秦巴山区)。基于ArcGIS软件和InVEST模型,从高程、坡度、地形起伏度、地形位指数等方面分析了甘肃白龙江流域典型生态系统服务的地形梯度特征。结果表明:(1)甘肃白龙江流域碳储量、水源涵养、生境质量、土壤保持服务功能的空间分异明显,其高值区主要分布在自然保护区、林区,低值区则在河谷、城镇、农耕地区。(2)碳储量、水源涵养和生境质量随着坡度和地形起伏度的增加而增加,土壤保持则呈先增加后降低的趋势,随地形位指数增加呈现波动变化;(3)流域综合生态系统服务供给重要区域逐渐向两极分化,多种生态系统供给服务的重要区域主要在中高梯度片区,而一般区主要分布在低梯度片。地形特征是影响流域生态系统服务梯度差异的重要因素。通过分析流域不同地形因子下分析碳储量、水源涵养、生境质量、土壤保持的空间分异特征,可为中国西部山地流域生态系统格局优化管控和生态文明建设提供科学依据。     

全球水稻梯田生态系统服务研究进展

水稻梯田生态系统具有多重服务价值,全球尺度上相关研究的系统梳理和总结可促进该领域的理解和认识。本文依据千年生态系统服务分类系统,采用系统文献分析法对全球水稻梯田生态系统服务研究进行整理并综述其进展。已发表的全球水稻梯田生态系统服务研究文献主要分布在中国、越南、菲律宾。从评价方法看,中国偏重于价值量评价,而国外偏重于物质量评价;国内4个梯田的价值量评价显示,梯田的调节和支持服务高于其他服务,但由于计算单元和方法不同难以相互相比;物质量评价方面,调节服务研究开展了较为深入的水土流失、灾害和虫害调节研究,支持服务对水稻生长有益的硅元素的循环转化进行了研究,供给服务以影响水稻生长的因素及其情景预测为主;景观尺度上,增加其他作物种植斑块可提高各类服务;基于生态系统服务矩阵与制图的分析框架具有良好应用前景。未来还应加强水稻梯田生态系统服务多尺度评估体系,从服务形成机理出发研究权衡协同关系,并加强景观尺度上的格局-过程-服务-人类福祉间的系统研究。     

基于文献计量的绿色基础设施水生态系统服务供需评价研究进展

作为国家的自然生命支持系统,区域、城市和社区尺度的绿色基础设施可提供多种水生态系统服务。然而,服务在传递过程中存在空间错位与时间滞后效应。绿色基础设施水生态系统服务供需评价能够识别供需时空异质特征,促进服务供给与需求的均衡。研究利用Citespace对国内外相关研究展开分析,阐明了绿色基础设施水生态系统服务的供需内涵,对供需评价内容、评价方法与均衡分析方法进行了综述。研究发现：(1)融合生态系统服务供需评价与绿色基础设施规划设计的研究有了初步进展,但针对绿色基础设施水生态系统服务的系统性研究并不多见。(2)供给评价研究丰富,测度指标多依赖客观的生物物理数据;需求评价热度上升,测度指标多基于消费、偏好、感知和社会经济价值;测度单元有行政单元、流域/生境等环境单元与土地利用单元等。(3)评价方法有生态模型法、公众参与法、价值评价法与经验统计模型法,生态模型法逐渐普及,提出了评价方法的选用与关键参数确定的原则。(4)供需均衡研究多聚焦数量、空间的静态均衡研究,动态均衡研究有待进一步探索。基于当前研究动态,未来应重点关注多尺度下供需评价指标体系构建,探索供需评价的集成方法,提高供需评价精度,加...     

Spatial interactions among ecosystem services and the identification of win-win areas at the regional scale

Although the quantification and evaluation of ecosystem services has been discussed on the Loess Plateau of China, few studies have specifically focused on quantifying the ecosystem services of trade-off and finding win-win areas. Based on previous studies about the evaluation of ecosystem services, we proposed a comprehensive spatial analysis method based on the InVEST and CASA models to analyse the spatial interaction between the four ecosystem services of water yield, sediment retention, NPP and habitat quality in the study area. The results showed that soil retention, NPP, and habitat quality gradually increased from 2000 to 2010 as water yield increased. Relationships among sediment retention, NPP and habitat quality were synergistic, but trade-off occurred between those three ecosystem services and water yield. Hotspots accounted for 3.27% of the basin, and these areas were mainly located in the downstream area of the basin and coincided with the forest and grassland areas. Coldspots accounted for 3.64% of the basin and were mainly in line with the upstream area and the urban road area in the basin. Win-win areas only accounted for 1.6% of the basin. The existence of win-win zones was positively correlated with soil silt content and was negatively correlated with distance to grassland, distance to forest, soil erodibility and slope. This research may be helpful for managing water resources and the sustainable development of the basin on the Loess Plateau of China.     

基于生态系统服务簇的福州市生态系统服务格局

基于InVEST模型、游憩机会谱、因子分析、冷热点分析、SOFM神经网络和地形起伏度等方法,评估福州市6项生态系统服务,分析不同生态系统服务之间的权衡与协同,并阐明区域的主导服务类型和不同地形起伏度下服务簇的空间格局。结果表明: 福州市各项生态系统服务的空间异质性显著,产水、碳固持、生境质量和游憩机会供给总体较高,农产品供给和水土保持相对较弱且高低值差异明显;产水服务与文化服务存在协同关系,调节服务、支持服务与农产品供给服务之间存在权衡关系,权衡与协同高低值呈明显的空间聚集;生态系统服务簇分为郊区游憩簇、水源涵养簇、农产品供给簇、城镇生活簇和森林生态保育簇,不同地形起伏度下的服务簇组成各不相同,具有明显的空间异质性。     

黄土高原典型退耕区生态系统服务权衡与协同关系研究——以延安市为例

在退耕还林的背景下,从多尺度分析黄土高原生态系统服务的时空变化及权衡协同关系对促进该区经济发展和生态效益多赢具有重要意义。以黄土高原退耕还林典型区延安市为例,运用InVEST模型评估1988-2018年农作物生产、碳储量、生境质量、土壤保持、产水量5种关键生态系统服务物质量,采用偏相关分析法探讨生态系统服务间的权衡与协同关系及其时空变化特征。研究结果表明：（1）受土地利用变化影响,延安市农作物生产水平、土壤保持年际变化趋势波动较大,农作物生产水平呈波动增加的趋势,土壤保持退耕还林前呈减少,退耕还林后呈波动增加的趋势,碳储量和生境质量呈逐渐增加的趋势,产水量呈逐渐减弱的趋势。（2）生态系统服务与土地利用格局联系紧密。碳储量、生境质量的高值区域以及产水量的低值区域随林地分布格局变化而变化。（3）协同关系是延安市生态系统服务间相关关系的主体,主要发生在碳储量、生境质量、土壤保持、农作物生产之间,权衡关系主要存在于产水量和其他生态系统服务之间。（4）市、县域生态系统服务间关系的差异主要发生在生境质量和土壤保持之间。     

长江中游城市群生态系统健康时空演变特征分析

城市群地区生态系统健康状况关乎城市群的可持续发展,科学测度城市群地区生态系统健康水平对城市群地区生态系统健康宏观调控政策制定具有重要的实践意义,然而当前生态系统健康评价仍存在不足之处。生态系统服务是反映生态系统健康状况的重要组成部分,如何把生态系统服务纳入生态系统健康评估框架中,成为了当前研究讨论的热点话题。拟把基于InVEST模型评估的生态系统服务纳入生态系统健康评估框架中,构建了基于"生态系统活力-生态系统组织力-生态系统弹性-生态系统服务"的评估框架,结合多源数据对1995—2015年长江中游城市群生态系统健康水平时空特征进行测度。结果显示:(1)研究期间长江中游城市群地区生态系统健康状况总体有所恶化,恶化区域主要分布在城市群的核心地区;(2)研究期间长江中游城市群地区生态系统健康存在显著的空间依赖性,生态系统健康高值区主要分布在周边山区以及中部的罗霄山脉,生态系统健康低值区主要分布在平原地区、大城市周边地区以及主要的交通线路沿线地区。本研究结果可以为其他地区生态系统健康评估以及长江中游城市群地区生态系统健康保护政策制定提供科学借鉴。     

白洋淀流域生态系统服务评估及其调控

政策制定者在制定土地利用相关政策时需要权衡各方面的利益关系,协调资源保护和经济发展之间的关系.由于缺乏有效的评价与权衡办法,目前对这方面研究还较少.采用InVEST模型,评价了白洋淀流域7种服务功能指标,分析了其空间分布特征.通过情景(政策情景与保护情景)分析,较好的反映了农业直接经济收入与服务功能之间的关系.结果表明:生物多样性、水源涵养、土壤保持和固碳重要区域主要分布在流域西部、北部和流域中部山区;水质保护和授粉重要区域主要分布于流域东部、南部和中部平原区.政策情景下,产水量第二,农业产出有所下降,固碳能力较保护模式差,N/P输出最少.保护情景下产水量最大,农田产出价值不变,氮磷保持与政策情景差不多,但固碳效果最好.通过权衡不同情景下服务功能得失,筛选既不损害流域居民实际经济收入,又能使得水文服务功能得到提高的管理模式.研究表明InVEST模型可以很好的用于对自然资本评估和空间化特征分析,通过建立不同情景,评价结果可以用于权衡不同管理策略下服务功能得失,是一种评价和预测自然资本变化的有效方法,对政策制定和策略筛选具有重要的指导意义.