城市生态用地的空间结构及其生态系统服务动态演变——以常州市为例

生态用地是城市社会-经济-自然复合生态系统重要的组成部分,为城市提供多种显著的生态系统服务。应用遥感、地理信息系统技术和生态系统服务评估等方法,针对城市生态用地的空间结构与服务功能演变科学问题,通过对常州市区1991、1996、2001和2006年4个时段遥感图像的处理与比较分析,揭示了常州市区15a来城市空间景观格局的演变规律,评估了由城市生态用地改变所导致的生态系统服务的变化。研究结果表明,1991-2006年间,常州市区生态用地占市区面积的比例由89.2%降低至65.1%。1991-2001年,林地、农田和水体的面积都呈不同程度的下降趋势。2001-2006年,林地面积增加基本回到1996年水平。常州市区生态用地主要为城市提供了农林产品生产、气候调节、涵养水源、水土保持、生物多样性保护等生态系统服务。在过去15a间,由于城市化占用生态用地,常州市区生态用地生态系统服务的经济价值总体降低了19.3%。其中,农田的生态服务价值减少最大,减少了32.3%。研究结果表明,常州城市空间景观格局演变与生态系统服务变化之间存在着密切相关性,研究可为城市生态系统服务强化、城乡土地利用规划与管理、城市可持续发展等提供科学方法与决策参考。     

黄河流域土地利用变化下生态系统服务价值时空演变及其响应——以陕甘宁地区为例

黄河流域中上游的陕甘宁地区是西北生态脆弱区,在区域生态安全格局上具有重要作用,其生态经济问题值得重点关注。本研究基于陕甘宁地区1995—2020年土地利用和自然社会经济数据,利用空间分析和地理探测器等方法,研究陕甘宁地区土地利用及生态系统服务价值的时空变化特征以及生态系统服务价值空间分异的驱动机制。结果表明: 1995—2020年,陕甘宁地区耕地、未利用地呈减少趋势,建设用地、林地呈增长趋势。1995—2020年陕甘宁地区生态系统服务价值总量呈下降-上升的变化,1995—2000年减幅约1.2%,2000—2020年增幅约1.0%。草地提供的生态系统服务价值最大,调节功能价值贡献突出。地理探测器结果表明,归一化植被指数(NDVI)是生态系统服务价值空间分异的主导因子,气温和农民人均纯收入是次要影响因子;生态系统服务价值空间分异影响因素探测力(q值)达30%以上的交互组合有32种,其中,NDVI与土壤类型的q值近46%,自然、社会经济、政策因子的交互协同增强效应共同影响了陕甘宁地区生态系统服务价值在空间上的分异效果。     

青藏高原生态屏障生态系统时空演变及驱动机制

青藏高原生态屏障是我国生态安全战略格局的重要组成部分,对我国乃至亚洲生态安全具有重要的屏障作用。研究青藏高原生态屏障生态格局的演变规律,探究影响生态系统变化的驱动机制,对青藏高原生态屏障建设和保障国家生态安全具有重要的意义。利用多源遥感数据,分析了2000-2015年国家屏障区生态格局演变规律,选取了自然和社会经济等驱动要素,采用冗余分析等方法解析了青藏高原生态屏障生态系统演变机制。结果表明：（1）2000-2015年间,青藏高原生态屏障生态系统格局发生明显变化,草地生态系统减少了1792 km²,主要转化为荒漠生态系统和河流生态系统,转换面积分别为1088 km²和832 km²;河流生态系统增加了1600 km²,主要由荒漠生态系统和草地生态系统转换而来,分别转换了1152 km²和832 km²。（2）2000-2015年青藏高原生态屏障生态系统格局演变驱动机制中以社会经济因子为主。冗余分析结果显示国内生产总值（83%）和人口数量（72%）贡献率最大;方差分析结果中国内生产总值和人口数量的共同贡献率达到了77%;地理加权回归结果显示生态系统演变受社会经济因子主导的区域面积比例为60.41%。（3）青藏高原生态屏障内人口数量的总贡献率达到了72%,在人口数量作用下生态系统呈正向转换的面积占比达到了86.24%,且人口数量与河流、森林生态系统的相关程度较高,综合说明了青藏高原生态屏障内生态保护政策的实施、生态工程的建设卓有成效。     

近20 年平顶山市生态用地及其生态系统服务演变

生态系统服务功能的改变以及生态系统服务价值的核算是区域生态规划、生态资产管理以及生态补偿的重要依据。基于RS、GIS 技术以及生态系统服务单位面积价值当量评估方法, 对平顶山市1995-2015 年间3 个时段遥感影像进行解译及比较分析,研究表明: 研究期内, 平顶山市生态用地发生“林地水域增加, 农田草地减少”的结构变化特点。研究期末平顶山市生态系统服务价值呈增长态势, 20 年间生态系统服务价值一共增加129.05 亿元。就生态系统服务类别而言, 平顶山市调节服务与文化服务分别增长2.53%和0.22%, 支持服务和供给服务分别下降1.35%和1.42%。从生态系统服务功能来看, 平顶山市水文调节功能价值增长最多, 20 年间一共增长70.70 亿元, 而食物生产功能价值下降了10.53 亿元。森林生态系统和水域生态系统覆被增长是平顶山市生态系统服务功能增长的主要因素, 农田生态系统的减少是食物生产、原料供给功能下降的主要原因。研究结果可以为平顶山市生态用地布局以及生态系统服务演变提供数据支撑, 也可为未来平顶山市生态资产管理、生态规划以及生态补偿提供理论依据与技术方法。     

基于生态系统服务簇的深圳市生态系统服务时空演变轨迹研究

明晰生态系统服务的演变特征,有助于针对性的提出区域生态系统服务提升决策,对于维持和改善人类福祉、促进城市可持续发展具有重要意义。以深圳市为例,选取11种生态系统服务,以街道为基本空间单元,对生态系统服务结构特征进行分类,进而探究生态系统服务的长时序演变轨迹。结果表明,深圳市生态系统服务簇有6种类型,分别为水文调节主导型、文化支持潜力型、服务枯竭型、水文调节控制型、水源消耗型、生态保育型;1980—2015年深圳市大部分地区的生态系统服务簇结构稳定,变化明显的地区大多毗邻香港;生态系统服务簇的时空演变轨迹类型有8种,以持续型轨迹为主;生态系统服务簇的时空演变轨迹与城市扩张具有一定的一致性,表明城市扩张对生态系统结构和功能影响的主导性。     

国土生态空间中现存建设用地与耕地退出的生态系统服务响应——以昆山市为例

如何管控包括生态保护红线等国土重要生态空间中的存量建设用地和耕地,是目前业界争论的焦点问题,而是否该退出、怎么退出、有何影响,则是值得学界重点探讨的科学问题。以昆山市为例,基于"生态系统服务重要性-生态敏感性-景观连通性"框架识别其国土重要生态空间,在分析重要生态空间与其现存建设用地、耕地的冲突特征及影响因素基础上,多情景模拟并评估重要生态空间中耕地和建设用地不同退出方式下的区域生态系统服务响应特征。研究表明：（1）占全域不足1/4的重要生态空间中,现存耕地和建设用地主要分布在水域周边,且以耕地占用冲突为主。（2）重要生态空间中耕地和建设用地退出方式不同会导致不同的生态系统服务响应特征,整体上生态保护情景能够有效地缓解服务间的权衡关系,但过度生态保护并不是最合适的;需权衡好不同国家既有政策之间关系,在保护中要避免"一刀切"问题。此外,研究尝试探讨了重要生态空间中现存用地斑块退出的生态系统服务响应研究的方法和思路,未来还可就围绕退出斑块的面积阈值、空间配置特征及其生态系统服务响应规律展开深化研究。     

京津冀地区生态系统服务供需测度及时空演变

生态系统服务供需状况深刻影响地区生态安全与经济社会的可持续发展。以京津冀为研究区,选取产水、碳固持以及粮食生产3项生态系统服务,应用InVEST模型、ArcGIS空间分析模块,定量测度2005年与2015年京津冀地区生态系统服务供需水平,探索京津冀地区生态系统服务供需时空格局及类型演变特征。结果表明：（1）在2005年与2015年,京津冀地区产水服务处于供需赤字状态,碳固持服务和粮食生产服务处于供需盈余状态,且各项生态系统服务供需状态呈显著的空间异质性;（2）2005年与2015年京津冀地区生态系统服务综合供需状况呈赤字状态,主要赤字范围以京津为中心呈环状分布,并在此期间范围有所扩大。（3）基于生态系统服务供需状况,将京津冀各县区划分为生态涵养区、生态保育区、生态改良区、生态恢复区以及生态控制区,并针对各类型区生态系统供需状况及其时空演变规律,提出了相应的政策建议。     

1987—2016年武汉城市湖泊时空演变及其生态服务价值响应

城市湖泊面积萎缩、水体污染及流域生态系统功能退化已成为影响城市生存与发展的重要环境问题,明确城市湖泊时空演变特征及其生态系统服务价值响应能强化人类对城市湖泊的保护认知,对维护湖泊及流域生态系统稳定、确保城市湖泊资源可持续利用有着重要意义。选取武汉市现主城区1987、1996、2007和2016年遥感影像,提取湖泊及流域水面信息,探讨武汉城市湖泊时空演变特征及其驱动力;并结合不同时期社会经济、自然环境等实际,进行湖泊水域生态功能服务价值定量估算,探讨其对人类活动及湖泊时空演变的响应规律。主要结果如下:(1)29年间,武汉主城区湖泊水域面积共缩减82 km²,减少了56.9%;越靠近城市建成区,湖泊面积缩减越明显;湖泊面积越小,填占现象越严重;湖泊水系由1987年纵横交错的网络格局发展为2016年相互分散的独立斑块。(2)农业生产和城市建设是造成湖泊面积减少的主要原因,相关保护政策及条例的实施是湖泊面积增加的驱动因素,城市不同发展时期主要的驱动因素各异。(3)1987—2016年,武汉主城区湖泊水域生态系统服务价值由20.95亿元减少到6.78亿元,共减少了67.64...     

基于生态系统服务功能和生态敏感性的生态空间划定研究——以南宁市为例

生态空间管制是我国国土空间管制的重要内容。针对目前国内对生态空间认知有差异,对其划定技术方法还处于探索阶段的情况下,以生态系统服务功能和生态敏感性技术评价方法为手段,以广西壮族自治区南宁市为研究对象,开展了基于生态系统服务功能重要性和生态敏感性的生态空间划定方法的探索研究。结果表明:(1)研究区域内主导的生态系统服务功能主要为生物多样性维护功能和水土保持功能,其次为水源涵养功能。生态系统综合服务功能重要性类型以一般重要为主,约占研究区总面积的42.32%。(2)研究区生态敏感性以水土流失敏感性为主,其次为石漠化敏感类型。生态环境综合敏感类型以敏感为主,约占总面积的85.44%。(3)研究区内初步划定生态空间总面积约9325.27 km~2,占研究区总面积的42.19%,占研究区内生态用地面积的76.59%。土地利用类型以林地为主,约占生态空间面积的83.65%。划定的生态空间范围涵盖了绝大部分生态用地。本研究在一定程度上丰富了生态空间的内涵,可为进一步理解和划定生态空间提供参考与借鉴。     

滨州市生态系统服务价值与生态风险时空演变及其关联性

以山东省滨州市为研究对象,利用2000、2005、2010年和2015年4期遥感影像数据划分土地利用类型,基于3km×3km评价小区格网化重采样,核算生态系统服务价值和生态风险指数,分析二者动态变化特征及时、空关联性。结果表明：（1）2000-2015年滨州市生态系统服务价值总量由168.06×10⁸元持续增长到205.30×10⁸元,生态风险指数呈现缓慢降低趋势,总体下降5.86%,区域生态安全问题有所改善;（2）单位面积生态系统服务价值和生态风险指数具有较强的正向等级相关性,并存在一定的正向空间关联性;（3）生态系统服务价值变化相对于生态风险指数具有一定的滞后性,高等级生态风险区域的生态系统服务价值存在极大的减小变化的可能性。研究有助于为区域生态安全格局建设和环境保护政策的制定提供参考。     

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.     

中国超大城市土地利用状况及其生态系统服务动态演变

随着城市的快速发展,城市用地及其生态服务功能也在不断发生变化。近十几年间,中国城市发展迅速,超大规模城市的土地利用以及生态系统服务动态演变的一般特征以及差异值得关注。研究以中国1995年非农业人口超过200万的9个超大城市为研究对象(包括上海、北京、天津、重庆、南京、西安、哈尔滨、武汉和广州),对各城市不同用地类型在1995年至2008年这一阶段的利用动态度进行分析。然后以用地结构和谢高地等^[1]提出的大陆生态系统服务价值当量表为基础估算了城市土地生态系统服务价值,并且对城市土地利用结构与生态系统服务之间的关系进行了分析。最后为证明研究结果可信,对每种用地类型对单位面积生态系统服务价值系数的依赖性进行了敏感性分析。结果表明,9个超大城市用地结构变化趋势总体一致, 主要缩减地类为农田和水体,增长地类为建设用地、林地和城市绿地。单位面积生态系统服务价值量1995年总体范围为4996-8854元/hm²,排序为广州>武汉>哈尔滨>南京>西安>天津>北京>上海>重庆,2008年范围为4746-8777元/hm²,排序为广州>哈尔滨>西安>上海>重庆>北京>武汉>南京>天津,各城市均值由1995年的7189元/hm²降到2008年的6987元/hm²。人均享有生态系统服务价值量1995年总体范围为284-7983元/人,排序为哈尔滨>西安>北京>广州>武汉>南京>天津>重庆>上海,2008年范围为305-4538元/人,排序为哈尔滨>重庆>西安>广州>武汉>北京>南京>天津>上海,各城市平均值由1995年的1677元/人降到2008年的1230元/人。超大城市土地生态系统服务动态演变的一致特征是人均享有生态系统服务价值下降,主要减弱的生态系统服务为水文调节和粮食生产,增强的服务为娱乐文化和废物处理,而单位面积生态系统服务价值与生态系统服务结构9个城市之间存在差异。敏感性分析结果显示所有土地类型的敏感度指数皆小于1,证明研究结果可信。研究结果说明城市可持续发展主要面临的问题之一是建设用地无序扩张和各类生态用地的配置不均衡,可为中国迅速城市化的新兴大型城市的生态建设提供参考和指导。     

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.     

典型旅游城市生态系统服务时空演变及其影响因素——以黄山市为例

明晰社会-生态因素对旅游目的地生态系统服务时空格局影响,对实现区域旅游高质量发展和生态环境保护具有重要的现实意义。以典型旅游城市黄山市为案例地,剖析了黄山市2000-2020年的产水量、土壤保持、碳固存、生境质量、旅游休闲5类生态系统服务时空演变特征及其社会-生态因子的作用强度,旨在揭示生态系统服务的时空分异与旅游目的地经济发展之间的联系。结果表明:① 时间序列上,2000-2020年黄山市的产水量均值先增长后下降,土壤保持服务呈上升趋势,碳固存、生境质量和旅游休闲3项生态系统服务呈下降趋势;② 空间分布上,产水和土壤保持服务的高值区分布在黄山山脉和南部低山丘陵处,低值区广泛分布在中部和北部;碳固存、生境质量和旅游休闲服务除黄山风景区、黔县和新安江河谷盆地的数值较低外,其余区域高值区集聚明显。5类生态系统服务冷热点空间分布差异明显,但整体有重叠性。③ 影响因子方面,自然因子影响力最强,经济因子和旅游因子次之。然而,经济因子和旅游因子的影响力在不断提升,自然因子虽仍占主导地位,但解释作用在不断减弱。两两因子交互作用主要表现为非线性增强或者双因子增强的关系,即产生"1+1 ＞ 2"的效果。④驱动机制方面,旅游城镇化系统-土地系统-自然环境系统之间相互博弈又协同发展,共同影响黄山市生态系统服务。本研究为旅游导向型城市生态系统服务与旅游经济发展之间的积极互动提供理论支撑。     

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...     

福建省安溪县土地利用时空演变规律及其关键驱动因素

以福建省安溪县为研究边界,选取了1999—2019年该县及所属乡镇的耕地、林地、草地、园地、水域、建设用地和未利用地等7个土地利用类型作为物种变量,与其相关性较大的社会经济指标为环境变量,采用典范对应分析和空间自相关等方法进行分析,以明确安溪县和所属乡镇的土地利用时空演变特征及其关键驱动因素。研究结果表明:安溪县1999—2019年间土地利用类型变化总体上呈"三减四增"态势,并在全局空间分布格局上呈明显的聚焦状态。全县耕地、草地和水域面积分别减少36.82%、22.91%和8.18%,而林地、园地(主要是茶园)、建设用地和未利用地面积则分别增加了10.37%、56.39%、206.08%和90.14%。就林地面积而言,近10年来安溪县24个乡镇中有1/3的乡镇林地呈下降趋势。其中,祥华、大坪、虎邱、参内、福田和城厢6个乡镇林地面积减少明显。研究表明:在县域水平上,主要土地利用类型变化,除了受地理因素的制约外,主要受社会经济指标和宏观政策的驱动因素调控。排位最大的前3个因素分别是社会消费品零售总额、地区生产总值和茶叶产量。在镇域水平上,不同乡镇由于地理条件,特别是城镇化水平和经济发展状况...     

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。     

城市土地利用变化对生态系统服务的影响——以淮北市为例

城市是一类以人类活动为中心的社会-经济-自然复合生态系统.城市的快速蔓延及强烈的人类活动显著地改变了城市的土地利用结构,进而严重影响了城市生态系统服务及人居环境.通过遥感、GIS技术及生态系统服务价值评估等方法,对淮北市1987年、2000年和2007年3个时期20a间的土地利用结构及生态系统服务价值的演变进行定量评价.研究结果表明:1987-2007年间淮北市生态用地空间结构和面积发生剧烈变化,生态用地占城市面积的比例由91.45％降低至71.86％.1987-2000年,农田面积大幅度下降,而林地和水体都呈不同程度的增加趋势,建设用地面积增长迅速.2000-2007年,农田面积有所增加,林地和水体面积却明显下降,建设用地总面积虽然没有明显变化,但其聚集度显著增加.20年间,城市生态服务功能的价值呈现先增加后减少的趋势,在2000年达31.32亿元.2000-2007年,以废物处理和水源涵养功能退化最为严重.可见,城市土地利用结构的变化与生态服务功能密切相关,此结果可为淮北市景观格局优化及土地合理调控和管理提供一定的科学依据.