基于生态系统服务供求评价的空间分异特征与生态格局划分——以长三角城市群为例

生态系统服务供给与需求能力存在显著的空间异质性与空间失衡,对区域经济发展与环境保护产生巨大影响。以长三角城市群区县为研究单元,分别核算其生态系统服务供给与需求值,引入梯度分析,分析生态系统服务供给与需求的空间特征,并基于供求分析提出长三角城市群生态格局分区方案,且针对性地提出相应片区的发展策略,为长三角城市群土地利用规划、区域协调发展提供科学依据。研究结果表明:(1)长三角城市群生态系统服务供给能力与土地利用类型密切相关,呈现从北到南逐渐升高趋势;(2)长三角城市群生态系统服务需求能力与社会经济发展联系紧密,在长江入海口附近形成生态系统服务需求高值区,然后向外围递减;(3)沪宁杭庐发展梯度带上,生态系统服务供需大致呈现负相关趋势;(4)基于生态系统服务供需关系构建,得到长三角城市群生态格局四大分区:生态保育区(高供给-高需求),生态修复区(低供给-高需求),生态重塑区(低供给-低需求),生态开发区(高供给-低需求)。     

基于供需关系的西南喀斯特区生态系统服务空间流动研究

生态系统服务的持续供给是社会和自然可持续发展的基础,人类通过对生态系统服务的消费来满足需求和提高福祉。科学理解生态系统服务从产生、传递到使用的全过程,明确区域生态系统服务供给与需求的平衡状况,对于实现区域可持续发展与提高人类福祉具有重要意义。基于RUSLE、InVEST、CASA等多种模型和方法,量化西南喀斯特区2000-2015年土壤保持服务、产水和碳固定服务的供给量和需求量,探讨供需空间盈余变化特征,确定服务流传输路径和流量。结果表明：（1）研究区土壤保持、产水和碳固定服务供给量和需求量均呈增加趋势,供给量分别增长679.52 t/hm²、2.2×10⁵ m³/km²、72.91 t/km²,需求量分别增加298.6 t/hm²、0.04×10⁵ m³/km²、168.36 t/km²。（2）整个研究区上三种生态系统服务供给尚能满足需求,土壤保持和碳固定服务供需比均呈减少趋势,而产水服务的供需比呈增加趋势。（3）土壤保持高服务流主要分布在云南的黑水河流域、四川的雅砻江流域、广东的北江和东江流域;广西的红水河流域在2000年为产水服务需求区,而到2015年转变为高服务流;碳高服务流主要分布在云南的西南部,方向由西南至东北。     

长江流域生态系统格局演变及驱动力

长江流域生态系统格局复杂,多种社会经济、政策和自然因素对土地利用变化的影响使得生态环境发生变化。分析了2000年至2015年长江流域生态系统格局和演变特征,及主要驱动力对生态系统变化的贡献。15年间,共有约6.4万km~2的生态系统类型发生变化,城镇增长67.5%,农田缩减7.5%,森林增加2.1%,剧烈的生态系统变化集中于下游,以及中上游的大城市,城镇聚集区以及退耕还林区。生态系统景观破碎化程度和景观多样性提高。上、中、下游生态系统格局、构成差异较大,15年间,上游和下游森林显著增加,下游城镇显著扩张、农田和湿地显著缩减,上游湿地增加最为显著。城镇化是生态系统格局演变的首要驱动力,对生态系统变化的贡献率达48.0%,长江下游城镇化的贡献率高达64.5%。生态保护与恢复工程是第二驱动力,对生态系统变化的贡献率为32.8%,在上游高达47.8%。水资源开发和农业开发贡献率分别为8.5%和9.9%,此外,气候变化促使高原湖泊面积增大。为保护长江流域生态系统的可持续发展,需划定生态保护红线,合理规划城市化进程中的土地利用,保护优质耕地,禁止重要湿地的开发。     

长江经济带生态系统服务供需格局变化与关联性分析

生态系统服务持续供给是人类社会可持续发展的重要基础。随着社会经济发展和人类生活品质的提高,综合考虑生态系统服务供给与人类需求,并纳入自然资源管理实践对我国生态文明建设至关重要。然而,目前的研究大多集中于生态系统服务供给研究,针对跨区域尺度的生态系统服务供需研究仍较薄弱。以我国跨区域的长江经济带为例,采用生态系统服务供给指数(ESPI)和土地开发指数(LDI),定量测度了生态系统服务的供给和需求,构建了生态系统服务供需指数(ESSDI),分析了长江经济带生态系统服务供需格局的时空变化规律及其区域特征,并利用皮尔逊相关系数和回归分析方法,定量探究了长江经济带生态系统服务供需格局的关联性及其区域差异。研究结果表明:(1)2015年长江经济带的生态系统服务供需格局区域差异明显,总体上呈现西部盈余东部超载的供需格局,其中生态系统服务供需格局状况较好和状况好的区域面积比例较高,占长江经济带总面积的69.45%。(2)长江经济带生态系统服务供需格局空间失衡现象较为突出,长江经济带55.36%的GDP和31.41%的人口均集中在7%生态系统服务供需状况差的区域。2000—2015年期间,长江经济带实施了系列生态保护与修复工程,生态系统服务供需状况趋向变好,生态系统服务供需状况好的县域增加了43个,供需状况差的县域减少了58个;长江经济带上游和中游地区生态系统服务供需状况比下游地区提升幅度大。(3)长江经济带生态系统服务供给和需求整体上呈现负相关。生态系统服务的供需关系存在区域差异。在经济快速增长和土地集约开发的下游地区,生态系统服务供需负相关关系斜率较大。随着ESPI的变化,下游LDI的变化幅度大于欠发达的上游和中游地区。研究结果可为长江经济带生态系统管理和政策制定提供参考。     

湟水流域生态系统服务供需匹配关系

生态系统服务供需可以反映出区域生态经济发展协调水平,在空间上量化生态系统服务的供给和需求,识别生态系统服务的供需匹配关系,对区域生态系统可持续管理具有重要意义。湟水流域是西北生态屏障建设的重要组成部分,其生态系统服务供需平衡直接关系到青海东部地区的生态安全,为了识别流域生态系统服务供需匹配状况,综合集成多源数据,运用多种生物物理模型定量评估湟水流域食物生产、产水、土壤保持和碳固定服务,刻画流域内生态系统服务供需格局的空间特征,揭示各项生态系统服务供需的空间聚集模式,生成具有高度连通性的区域,为生态优先保护区划分提供参考。研究表明：（1）湟水流域生态系统服务供给和需求在空间分布上具有高度异质性,除去产水服务,其他三项生态系统服务整体上能够满足流域内部需求,但局部区域仍然呈现明显的赤字特征;（2）不同生态系统服务的供需比差异明显,由高到低依次为是碳固存（0.188）、食物生产（0.114）、土壤保持（0.026）和产水服务（-0.021）,各项服务的供需比都具有显著的空间差异;（3）流域内生态系统服务供需的空间错配现象突出,除产水服务外,各项生态系统服务都有"高供给低需求"地区和"低供给高需求"地区,"高供给低需求"区主要分布在流域上游生态基底条件好的区域,"低供给高需求"区集中在流域中下游的河湟谷地;（4）土地利用类型影响生态系统服务供需平衡,流域实现供需平衡需要适度增加林草地比例,控制耕地和城市用地的扩张。研究系统分析了湟水流域生态系统服务供需盈亏状况,可为流域生态系统可持续管理与土地资源配置决策提供科学支撑。     

长江流域生态系统服务价值时空演变与预测

长江流域是我国的经济重心和生态保育区,揭示其生态系统服务价值(ESV)的历史演变和发展趋势对支撑长江流域的生态经济系统持续发展具有重要意义。采用长江流域1992—2018年逐年土地利用数据,构建了基于修正系数的ESV评估模型和FLUS-Markov土地利用预测模型,解析了全流域ESV的历史演变特征和未来2030年变化趋势。结果表明：(1)2018年长江流域的ESV总量11.68×10¹²元,1992—2018年ESV呈上升趋势,年均提高297.00×10⁸元;(2)供给服务价值是流域ESV的最大贡献源,占总量的48.3%—51.8%,文化服务价值是增长最快的贡献源,1992—2018年增长了52.5%;(3)上游地区是长江流域ESV最集中的区域,上游ESV占全流域的45.15—46.8%,从1992年到2018年,长江流域ESV重心有向下游流动的趋势;(4)2030年长江流域的建设用地将进一步扩展,同时耕地、草地面积有下降的风险,2030年长江流域的ESV新增量达到0.36×10¹²元,主要来自娱乐和气候调节服务价值的提...     

基于土地利用/覆被变化的伊河流域生态系统服务供需风险时空演变

生态系统服务的供需矛盾造成土地利用方式不合理,引发各种生态环境问题,制约和影响流域可持续发展和居民福祉提升,加强生态系统服务供需关系的研究具有重大意义。以具有“山地—丘陵—平原”景观的河南省伊河流域为研究区,首先利用基于土地利用的生态系统服务矩阵对生态系统服务的供给与需求进行制图,分析生态系统服务供需的时空变化;其次,结合供给动态趋势、需求动态趋势、供需比及供需比趋势比4个指标对伊河流域生态系统服务供需风险时空演变特征分析。结果表明：(1)1980—2018年伊河流域生态系统服务需求水平持续增加,供给水平持续降低,上游调节服务供给水平较强,中下游的供给服务提供水平较高,下游生态系统服务需求远大于上游。(2)栅格尺度下,1980—2018年流域生态系统服务供需高、低风险区占比分别为3.57%、96.43%,2000—2018年高风险等级面积较1980—2000年有所增加。(3)1980—2018年伊河流域7.69%的子流域高风险等级面积大于10%,7号和26号子流域风险等级相对本流域而言处于较高风险程度,2000—2018年的子流域这一比例达15.38%,且都分布于下游,整体上看,近20...     

基于土地利用与土地覆被的长三角生态系统服务供需空间格局及热点区变化

快速城市化与土地利用变化导致区域生态系统服务供需失衡,进而使得生态环境恶化已成为共识。开展生态系统服务供需关系及其空间量化研究,有助于识别出区域中存在的主要生态环境问题及其关键驱动。以长江三角洲为研究区,基于土地利用与土地覆被和生态系统服务供给和需求评价矩阵的方法对1985—2015年长三角生态系统服务供需盈亏格局及热点变化进行分析,结果表明:1)长三角地区生态系统服务供给减少,需求增多,生态系统服务盈余区从1985年的40.9%下降至2015年的38.5%,生态系统服务赤字区面积占比从1985年的1.3%增长到2015年的10.6%,总体呈现供不应求的趋势; 2)沪宁杭城市发展梯度带上生态系统服务供需盈亏呈"V"型分布,且30年内城市中心及其附近的生态系统服务供需值下降更为明显; 3) 30年内长三角生态系统服务供需盈余热点区整体变化不大,30年内面积减少了0.1%;而赤字热点区则呈现出快速扩张趋势,面积占比30年内增加了14.9%。说明随着城市化进程的加快,长三角生态系统服务供需亏损状况更严重; 4)生态系统服务供需评价矩阵可以比较简便、全面的反映出生态系统服务供需盈亏状况,研究结果可对快速城市化地区生态环境与土地利用规划与管理提供有益参考。     

流域生态空间与生态保护红线规划方法——以长江流域为例

生态空间是指以提供生态系统服务为主要目标的地域范围,确定生态空间范围是协调保护与发展、保障生态服务持续供给的基础。长江流域是中华民族的摇篮与中国文化发祥地之一,是中国经济发展的重要增长极,以及具有全球意义的生物多样性热点区。以长江流域为对象,探讨面向流域生态空间规划的方法与管理对策。研究中,选择生态系统服务指标(水源涵养、洪水调蓄、水质净化、水土保持和生物多样性维护)和生态敏感性指标(水土流失、石漠化和土地沙化),基于流域水文路径分析和与其关联的生态系统服务的受益人口,提出一种流域尺度的生态空间规划方法。研究结果显示,长江流域生态空间面积为102.25万km^2,占长江流域总面积的57.42%,森林占52.87%,灌丛占19.51%,草地占18.96%,湿地占4.26%,保护了79.47%的水源涵养功能,86.99%的洪水调蓄功能,78.09%的水质净化功能,80.60%的水土保持功能,以及86.49%的自然栖息地。在生态空间规划的基础上,进一步探讨了长江流域生态保护红线的格局,现阶段生态保护红线面积为59.25万km^2,占长江流域总面积的33.27%,其中上游占比59.24%,中游和下游分别占比38.05%和2.71%。本文提出的规划方法与研究结果,不仅可以为长江流域生态空间规划、保障流域生态安全和促进流域经济社会可持续发展提供依据,还可以为其他流域的生态空间的规划提供参考。     

青藏高原生态系统服务供需变化及其驱动因素

准确识别生态系统服务供给与需求的空间特征和空间匹配,确定影响供需关系的因素,对指导区域生态系统管理和恢复具有重要意义。采用修正通用土壤流失方程（RUSLE）、生态系统服务和权衡综合评估模型（InVEST）和卡内基-艾姆斯-斯坦福模型（CASA）等多种模型方法探讨青藏高原土壤保持、产水和碳固定服务的供给与需求的时空特征,并结合冗余分析,进一步识别青藏高原生态系统服务供给、需求与供需比的影响因素。结果表明：（1）2000-2018年青藏高原土壤保持、产水和碳固定服务的供给量,以及产水和碳固定服务的需求量均呈现增加趋势,供给量分别增加30.57t、63.61×10⁴m³、33.81t,需求量分别增加153.42m³和5.09t,而土壤保持服务需求量呈减少趋势,减少16.39t。（2）青藏高原各项生态系统服务供需匹配状况不同,碳固定服务供需比呈下降趋势,产水服务供需比呈上升趋势,土壤保持服务供需比波动变化,总体呈上升趋势,局部呈下降趋势。（3）各项生态系统服务供需关系均以低低型空间匹配为主。（4）降水和坡度是影响生态系统服务供给的主要因素,生态系统服务需求主要受人口密度和国内生产总值的影响,降水和温度是影响生态系统服务供需比的关键因素。研究评估青藏高原生态系统服务供给与需求之间的关系,以及明确供需关系的空间显性驱动力,为区域的生态系统综合管理提供依据。     

基于“水-能源-粮食”纽带的生态系统服务供需关系时空分布研究——以长三角生态绿色一体化发展示范区为例

生态系统服务供需平衡是区域可持续发展的重要环节,也是有效反映区域社会经济与自然是否能够协调发展的重要表征。以长三角生态绿色一体化发展示范区为例,以"水-能源-粮食"纽带为切入点,基于InVEST模型、CASA模型和Thornthwaite Memoriai模型,测度了示范区2000、2005、2010、2015及2020年产水、固碳、粮食生产服务的供需量,引入基尼系数、供需指数和相关系数,刻画区域生态系统服务供给和需求的空间特征,结果表明：（1）2000-2020年,除粮食生产服务供给量波动下降以外,产水和固碳的供给量均呈波动上升趋势。在需求量方面,三种生态系统服务均呈上升趋势;（2）空间上,产水和粮食服务供给量主要呈"东南、西南高"的特征,固碳供给量高值则集中于吴江区桃源镇,各项生态系统服务需求高值区主要以人口密度较大乡镇为中心呈环状分布;（3）示范区内各生态系统服务空间上呈均衡分布状态,各类生态系统服务供需指数均呈下降趋势;（4）在供给方面,产水-粮食生产呈现显著的协同关系,产水-固碳、固碳-粮食生产的权衡/协同关系不显著;在需求方面,三种生态系统服务呈现出两两协同关系。本研究探索示范区生态系统服务供需关系的时空分布,有利于构建区域生态安全格局,可为长三角地区生态系统服务供需研究提供借鉴。     

长江上游生态状况变化及其服务功能权衡与协同

利用地面和遥感数据,采用GIS分析与模型模拟等方法,计算并分析了2000—2019年长江上游生态系统宏观结构、生态系统质量和生态系统服务的时空变化状况,利用相关分析法定量评估了生态系统服务的权衡与协同关系,并讨论了生态系统变化对生态系统服务的影响。结果表明：(1)长江上游聚落生态系统面积增加显著,农田和荒漠面积明显减少,陆地生态系统以草地、森林和农田之间转换为主。(2)2000—2019年,长江上游生态系统质量和服务总体稳定向好,部分区域转差。植被固碳量整体呈增加趋势,局部降低,多年递增速率为1.65 Tg/a;土壤保持服务功能呈波动中上升趋势,多年递增速率为2.20 t hm^-2 a^-1;水源涵养服务功能轻微下降,部分年际间变化较大。(3)长江上游生态系统的植被固碳与土壤保持、水源涵养与土壤保持之间以协同关系为主,植被固碳与水源涵养之间的权衡和协同关系比例相近。(4)气候是影响生态系统服务变化的主导因素,人类活动影响生态系统服务变化,最终改变生态系统服务之间的协同与权衡关系。     

生态系统服务供给与需求的理论与管理方法

生态系统服务是当前可持续科学研究的热点之一。随着环境保护与管理需求的不断增加,政策制定者希望将生态系统服务信息更多地融入管理实践中。由于理论的不确定性和研究方法的局限性,如何准确地评价生态系统服务、如何考虑不同利益相关者的需求,提取重要的生态系统服务信息给决策者参考,仍然是当前该领域研究的难点。基于生态系统服务的产生、传递和消耗过程,区分生态系统服务的潜在供给、实际供给和人类需求;引入生态系统服务供需比和供给率两个指标,为区域间自然资源资产的比较提供一种方法;以白洋淀流域为案例,采用生态系统服务矩阵法,结合GIS空间模拟技术,揭示生态系统服务供给与需求的空间特征。白洋淀流域2010年生态系统服务的供给率和供需比分别是:0.4966和0.1131,说明流域生态系统服务供给状态较好,且处于盈余状态。对流域内供给率较高且供给处于盈余的区域,应作为生态保护与补偿的主要区域;对生态系统服务需求较大的区域应进行必要的生态建设与修复。研究结果为区域生态环境管理和政策制定提供了实际的科学依据。     

京津冀地区城市化对典型生态系统服务供需关系的影响

京津冀地区是中国经济最发达、人口最密集的地区之一,快速的城市化进程严重影响了生态系统服务的供需关系。为了使京津冀地区在未来的城市化进程中实现社会经济发展与生态环境保护中的可持续协调发展,需要正确理解城市化对生态系统服务供需的影响,为京津冀地区生态环境管理提供参考依据。因此,基于Pearson相关性、随机森林、双变量局部空间自相关等方法探究京津冀地区不同城市化强度区域内生态系统服务供需的匹配关系以及对城市化对生态系统服务供需的影响特征。研究发现：2000-2020年间,京津冀地区城市化综合水平涨幅达到148.15%;碳储存和生境质量服务赤字区域扩增明显,食物生产与PM_2.5去除服务盈余区域有所增加,但各项生态系统服务供需空间错配性较强;城市化对生态系统服务供需比具有显著的负相关关系;既有城市化区域生态系统服务对空间城市化和人口城市化敏感性较强,城市化扩张区域和农村区域对空间城市化敏感性较强,空间城市化是影响生态系统服务供需关系的主要因素;不同城市化水平区域内城市化与生态系统服务供需比的错配特征具有显著差异。因此,本文探究了不同城市化强度区域内城市化指标对生态系统服务供需影响的差异性,为实现京津冀地区的城市化与生态系统服务的协同发展提供科学依据。     

长江流域实际蒸散发演变趋势及影响因素

长江流域是我国重要的水资源供给区域,流域生态系统的水资源供给不仅服务于流域内部,同时也通过南水北调服务于北方部分地区。实际蒸散发作为地表水文循环重要环节会直接影响到生态系统的水资源供给服务能力。在全球气候变暖与地表环境变化的背景下,分析长江流域实际蒸散发的演变趋势与成因,对于我国水资源供给和生态安全的保障有着重要的意义。在对比GLEAM_v3.2a、MOD16、GLDAS_Noah2、ERA_Interim四种常用蒸散发数据集精度的基础上,选择精度最优的GLEAM_v3.2a数据集,通过分段线性拟合、逐步回归和相关性分析了1981-2017年间长江流域地表实际蒸散发演变趋势和影响因素。结果表明：（1）长江流域实际蒸散发的演变具有明显的阶段性,1981-1997年为不显著下降阶段,下降速率为-0.02 mm/a,下降区域主要分布在长江流域西北和东部部分子流域,1998-2017年为全流域显著上升阶段,上升速率为1.94 mm/a;（2）日照时数下降速率减缓、植被指数增加速率升高是长江流域实际蒸散发阶段性变化的主要原因,气温突增、风速回升在长江流域实际蒸散发的长期增加趋势中也起到了重要的正向作用;（3）1998-2017年间,长江流域生态系统水资源供给服务量在实际蒸散发显著增加的影响下有所下降,流域西部地区下降趋势明显,旱情加剧;（4）建议在长江流域西部干旱地区优先加强对本地原生林的保护,同时在生态修复工程中选择针叶乔木等蒸腾能力弱的树种,以缓解旱情加剧的趋势。     

Quantifying and Mapping the Supply of and Demand for Carbon Storage and Sequestration Service from Urban Trees

Studies that assess the distribution of benefits provided by ecosystem services across urban areas are increasingly common. Nevertheless, current knowledge of both the supply and demand sides of ecosystem services remains limited, leaving a gap in our understanding of balance between ecosystem service supply and demand that restricts our ability to assess and manage these services. The present study seeks to fill this gap by developing and applying an integrated approach to quantifying the supply and demand of a key ecosystem service, carbon storage and sequestration, at the local level. This approach follows three basic steps: (1) quantifying and mapping service supply based upon Light Detection and Ranging (LiDAR) processing and allometric models, (2) quantifying and mapping demand for carbon sequestration using an indicator based on local anthropogenic CO₂ emissions, and (3) mapping a supply-to-demand ratio. We illustrate this approach using a portion of the Twin Cities Metropolitan Area of Minnesota, USA. Our results indicate that 1735.69 million kg carbon are stored by urban trees in our study area. Annually, 33.43 million kg carbon are sequestered by trees, whereas 3087.60 million kg carbon are emitted by human sources. Thus, carbon sequestration service provided by urban trees in the study location play a minor role in combating climate change, offsetting approximately 1% of local anthropogenic carbon emissions per year, although avoided emissions via storage in trees are substantial. Our supply-to-demand ratio map provides insight into the balance between carbon sequestration supply in urban trees and demand for such sequestration at the local level, pinpointing critical locations where higher levels of supply and demand exist. Such a ratio map could help planners and policy makers to assess and manage the supply of and demand for carbon sequestration.     

长江流域生态系统水文调节服务空间特征及影响因素:基于子流域尺度分析

水文调节服务是流域生态系统所提供的重要服务之一,认识流域生态系统水文调节服务空间变异规律及其驱动力,对于流域生态系统保护与恢复、合理开发利用水资源具有重要意义。以洪涝灾害频发的长江流域为对象,运用变异系数法和多元统计方法,在子流域尺度上研究了长江流域生态系统水文调节服务空间特征及影响因素。结果表明,长江流域子流域生态系统水文调节服务呈现出明显的空间异质性,水利工程密集、自然植被覆盖率高达71%的金沙江和汉江水系各子流域水文调节服务最强,降雨与径流变异系数差为0.477;农田和人口密集的嘉陵江水系各子流域水文调节服务最弱,降雨与径流变异系数差为-0.474,其他子流域水文调节服务作用不明显。影响水文调节服务的主要因素是:水库库容、自然植被面积比例、农田面积比例、单位面积人口数,其中:水库库容和自然植被面积比例对水文调节服务具有正向促进作用,农田面积比例和单位面积人口对水文调节服务的作用正好相反。水库库容对子流域生态系统水文调节服务空间异质性的贡献最大(58.85%)。上述结果有助于科学认识长江流域生态系统水文调节服务空间分异规律,可为制定不同子流域生态保护与恢复措施、提升子流域生态系统水文调节服务提供科学依据。     

基于服务流的石羊河流域水供给服务关键区域识别

生态系统服务功能关键区识别对于区域生态系统服务功能提升和可持续发展精准高效施策有重要意义。以石羊河流域为研究单元,在探究2005、2010、2015和2020年水供给服务的供给与使用时空特征的基础上,利用水供给服务流模型模拟得到水供给服务空间流动情况,利用ZONATION模型识别出2020年石羊河流域水供给服务关键区域。结果表明: 2005—2020年,石羊河流域水供给服务的供给表现出南高北低的空间格局与逐步衰退的总体趋势,水资源使用呈现出耕地和工业用地为主导的空间格局和波动下降的变化趋势,流域每年有约10.8%的区域在得到上游水资源补给后需水缺口得以回补。2020年,石羊河流域水供给服务关键区域总面积为14455 km²。我们建议应从供给-流转-消耗的角度,有针对性地修复和提升关键区域保水、促流和节水能力。     

Modeling the spatial–temporal dynamics of water use efficiency in Yangtze River Basin using IBIS model

Climate change alters regional water and carbon cycling, which has been a hot study point in the filed of climatology and ecology. As a traditionally “water-rich” region of China, Yangtze River Basin plays an important role in regional economic development and ecosystem productivity. However, the mechanism of the influence of climate change on water and carbon cycling has been received little attention. As a coupling indicator for carbon and water, the water use efficiency (WUE) is widely used, which indicates the water consumption for carbon sequestration in watershed and regional scale. A lot of studies showed that climate change has significantly affected the water resource and production of the ecosystems in Yangtze River Basin during the period of 1956–2006, when great climate variations were occurred. To better understand the alternation pattern for the relationship between water and carbon cycling under climate change at regional scale, the WUE and the spatiotemporal variations patterns were simulated in the study area from 1956 to 2006 by using the Integrated Biosphere Simulator (IBIS). The results showed that the WUE spatial pattern had the annual and seasonal variations. In general, the average annual WUE value per square meter was about 0.58 g C/kg H₂O in Yangtze River Basin. The high WUE levels were mainly distributed in the eastern area of Sichuan, western area of Jiangxi and Hunan, and the highest value reached 0.88 g C/kg H₂O. The lowest WUE’s were mainly located in the western area of Sichuan and Qinghai with the lowest values reaching to 0.36 g C/kg H₂O. The WUE in other regions mostly ranged from 0.5 to 0.6 g C/kg H₂O. For the whole study area, the annual WUE slowly increased from 1956 to 2006. The WUE in the upper reaches of Yangtze River increased based on the simulated temporal trends, which mainly located in the western area of the Sichuan Basin; the WUE of the middle reaches of Yangtze River had increased slightly from 1987 to 1996, and then decreased from 1996 to 2006; the lower reaches of Yangtze River always had smaller WUE’s than the average from 1956 to 2006. The spatiotemporal variability of the WUE in the vegetation types was obvious in the Yangtze River Basin, and it was depended on the climate and soil conditions, and as well the disturbance in its distribution areas. The temporal variations of WUE among different vegetation types had similar trends but different in values. The forest type had higher WUE than any other vegetation types ranging from 0.65 to 0.8 g C/kg H₂O. The WUE of shrubland ranged from 0.45 to 0.6 g C/kg H₂O. The WUE of tundra was the lowest, indicating the differences in plant physiology. The consistence of the spatial pattern of WUE with the NPP indicated that the regional production of Yangtze River Basin increased based on the water resources prompted and vegetation restoration. We found the drought climate was one of critical factor that impacts the alteration of WUE in Yangtze River Basin in the simulation.     

长江中游地区生态系统服务平衡与城镇化的空间关系

生态系统服务与城镇化的相互作用关系研究是目前国际人地系统研究的热点和前沿领域。以长江中游地区325个县为研究单元,通过生态系统服务供需平衡评估矩阵法与城镇化相关指标分别测算了1995年、2005年、2015年生态系统服务平衡状况和城镇化水平,同时运用双变量空间自相关模型、空间计量模型探索了生态系统服务平衡与城镇化的空间关系。研究结果表明：（1）研究期间长江中游地区生态系统服务平衡状况不断恶化,而城镇化水平则持续上升;（2）生态系统服务平衡与城镇化之间存在显著负相关关系,不同区域的空间聚类模式表现出异质性;（3）添加控制变量的空间计量模型被证明能更好解释生态系统服务平衡与城镇化的空间关系,结果显示城镇化对态系统服务平衡的影响具有负外部效应,这种负外部效应在城镇化发展到一定阶段时逐渐减弱。建议,在城镇化进程中应统筹管理生态空间,尝试跨区域合作,实现生态与经济资源的共享与互补。