基于生态系统服务供需的城市群生态安全格局构建框架

近年来,生态系统服务供需失调引发了一系列问题,诸如城市热岛、生态用地流失、环境污染、生物多样性减少等生态风险问题,已成为威胁生态安全、制约社会经济可持续发展的重要因素,因此维持生态系统服务供需平衡是生态安全健康发展的保障和关键。梳理了生态系统服务评价、生态安全格局构建的研究现状,指出了存在的不足,同时构建了基于生态系统服务的城市群生态安全格局基本框架,并提出了生态安全格局未来的研究重点:城市群区域和城市内部生态系统服务的多尺度综合评价、城市功能区的划分及对生态安全的胁迫作用、生态过程与生态系统服务与生态安全的耦合、基于生态系统服务流的生态安全格局构建、模拟和优化。通过耦合社会经济数据、卫星遥感数据、城市地图大数据,评价城市内部和外部不同尺度的生态系统服务,保障城市群生态系统服务流畅通传输,实现城市群生态安全格局评价和优化。     

基于生态系统服务的生态安全格局构建与生态韧性评估——以长株潭城市群为例

构建生态安全格局对于保障区域生态安全、优化国土生态空间具有重要意义,科学评估生态韧性是城市高质量发展的重要议题之一。以长株潭城市群为研究对象,基于"源地识别-阻力面构建-廊道提取"的生态安全格局构建模式,定量评估固碳释氧、土壤保持和水源涵养三项生态系统服务功能以识别源地,结合自然和人为因素构建阻力面,使用Linkage Mapper工具基于最小成本路径理论识别生态廊道,提出了一套基于生态安全格局构建过程的生态韧性评估框架,并结合Fragstats和Conefor Sensinode软件对其进行综合评价。研究结果显示:(1)长株潭城市群共55块生态源地,面积为7747.75km²,占城市群总面积的27.58%,东部和南部源地较为集中,西部较分散,林地是生态源地的主要组成部分;生态廊道共113条,廊道总长度为1458.97km,平均长度为12.91km,主要分布于研究区西部和北部。(2)结合生态源地和生态廊道构建了长株潭城市群"一心一环"生态安全格局,可有效缓解长株潭城市群中部生态用地 "空心化"的格局。(3)研究区55块生态源地的韧性指数介于0.1265-0.4682之间,空间上呈现出东高西低,南高北低的特征;113条生态廊道的韧性指数介于0.0027-0.8002之间,韧性指数较高的廊道主要分布在研究区东部和南部,韧性指数较低的廊道分布在西部、中部和北部。西部和中部或将成为影响长株潭城市群生态安全的关键区域,在城市规划过程中应重点关注。研究结果对优化城市空间布局、维护区域生态安全和促进区域一体化发展具有重要意义,并为区域生态韧性的评估提供了新的思路。     

耦合生态系统服务供求关系的生态安全格局动态分析——以闽三角城市群为例

实现分区管理是缓解城市群生态安全空间差异的有利途径。基于供求理论构建了生态系统服务供求关系动态模型框架,并利用供给与需求的象限区划表征闽三角城市群生态安全格局;在不同的尺度变换上,运用价值单量修正模型、INVEST生境质量模型、景观指数模型、生态韧性模型、熵权法等方法综合测度城市群生态系统服务供求水平,实现生态安全格局的分区化;引入环境库兹涅茨曲线理论解析区域生态安全格局现状和成因;数据分析借助Arc GIS可视化表示。研究发现:(1)闽三角城市群存在50%区域属于生态安全高供给失衡区,其中70%属漳州市境内;32.14%属于高需求失衡区,集中于市辖区与沿海地区;17.86%属于双维度失衡区;未存在单元位于双维度共赢区上。(2)区域生态系统服务供给颇佳而需求滞后,城市群东南沿海区域与周边区域格局差异明显,供给(需求)呈现由沿海向内陆梯次增(减)的空间分异规律。(3)城市群尚处于生态安全库兹涅茨曲线的"两难阶段",同时导致了城市群生态安全格局空间异质性的产生。     

基于水-陆耦合生态系统服务的生态安全格局构建研究——以长三角生态绿色一体化发展示范区为例

快速城市化和国土空间规划大背景下,评估区域生态系统服务、构建生态安全格局是实现城市精细化发展的有效手段。本研究立足生态系统服务供给效能,以长三角生态绿色一体化发展示范区为例,从陆域、水域两个层面进行量化计算,构建水-陆耦合生态系统服务综合评价体系,将高供给区域识别为生态源地,并基于MCR模型和电路理论分别提取廊道和节点,构建区域生态安全格局。研究结果表明：1）分别识别陆域和水域生境斑块面积34.31km²、272.50km²,为江南水乡空间存续和城市绿地空间选址提供了理论依据;2）水-陆耦合度评价得到源地41个,总面积206.79km²,占研究区总面积8.57%,呈现"西北多东南少"的格局;3）提取89条生态廊道和91个生态节点,生态廊道总长度586.35km,呈均匀网状分布,节点包括44个夹点及47个障碍点,主要位于吴江区。通过区域生态安全格局的构建与优先级评价,分级提出国土空间生态保护与修复建议,为我国其他快速城市化地区及都市圈周边区域的国土空间合理布局、土地利用的转化与管理提供参考。     

基于生态系统服务和生态系统健康的生态风险评价——以长株潭城市群为例

基于生态系统服务和生态系统健康的生态风险评估框架为城市群生态风险管理和国土生态修复提供新的视角。以生态风险评估框架为基础,综合运用生态系统服务、生态系统健康评估模型以及相关分析法对长株潭城市群展开生态风险评价,并对风险程度进行分类。结果表明:(1)城市群的城市化水平提升,区域生态风险也随之增加。生态系统服务价值、生态系统组织、生态系统活力、生态系统弹性等生态指数呈现下降趋势。(2)人工表面比率和生态指数之间的Pearson相关系数表明,人工表面比率与生态指数之间存在负相关关系,人工表面比率是生态风险提升的关键因素。(3)城市群人工表面比率要控制在36%以下,以进行生态风险管理和国土生态修复。总的来说,评价框架可以作为区域生态风险的评价终点。     

基于生态系统服务的流域生态安全格局构建——以辽宁省辽河流域为例

人口和社会经济的高速发展导致土地利用格局的变化和生态系统服务的退化。构建生态安全格局是保障区域生态安全的重要途经。识别和保护关键生态区域对维持生态系统的稳定性和可持续性具有重要意义。本文以辽宁省辽河流域为例,基于生态系统服务重要性评价,根据区域自然特征和生态环境状况选取并定量评估固碳释氧、土壤保持、粮食供给和产水4项关键生态系统服务,以生态系统服务的高价值区为生态源地,综合各项生态系统服务功能构建阻力面,运用电路理论的方法识别生态廊道和关键节点,从而构建辽河流域生态安全格局。研究结果表明：辽河流域内共有129个生态源斑块,243条生态廊道和38个“夹点”。其中,生态源斑块主要分布在研究区东部,主要由林地组成,斑块连续、跨度范围较大;生态廊道总长度为1606.07 km,呈梭形沿着平原与山区交错带延伸;“夹点”沿着河流分布在研究区的中部,主要由林地、耕地组成。本文通过构建辽宁省辽河流域生态安全格局,为缓解日益尖锐的辽河流域经济发展与生态保护之间的矛盾提出了新的思路。     

城市群生态安全保障关键技术研究与集成示范——以长三角城市群为例

根据国家科技部"典型脆弱生态修复与保护研究"重点专项(2016年)指南任务要求,本项目将重点开展"长三角城市群生态安全保障关键技术研究与集成示范"的研究。基于对"长三角城市群重大生态安全问题的DPSIR多元共轭机理"及"长三角城市群生态安全协同联动机制与保障路径"重大科学问题的辨识,强化"1、5、1"的整体研究思路和技术路线,即:构建1个基础理论框架、研发5大技术体系、创新1个协同联动决策支持系统和平台。项目成果将有助于长三角地区提高生态系统监管能力,促进区域健康发展,并为国家城市群可持续发展提供科学依据,具有极其重要的社会、经济和生态效益。     

耦合生态系统服务供需的生态安全格局构建——以苏南地区为例

生态系统服务供需平衡是保障生态安全的基础,将生态系统服务供需作用流动机制融入生态安全格局构建对保障区域生态安全和提升人类生态福祉具有重要意义。基于景观生态学原理,提出耦合生态系统服务供需的生态安全格局构建逻辑方法,以苏南地区为研究区构建了景观生态安全格局和社会生态安全格局。研究结果表明:(1)耦合生态系统服务供需的生态安全格局应以维系区域生态安全和保障区域人类生态福祉为构建目标。其中,生态安全以生态系统服务与生态风险为核心关注对象,人类生态福祉的实现依赖于人类主动获取与生态系统服务流;(2)苏南地区生态系统服务供需间存在错配格局,在此基础上分别识别生态源地与需求源地4247.46km²、1882.16km²,生态廊道与供需廊道1614.02km、1915.82km,生态夹点29处、生态障碍点23处、生态供需节点20处;(3)形成"三区四带两组团"的社会-景观生态安全格局优化布局方案,并在此基础上提出针对性保护修复策略,推动经济-生态空间协同发展。研究可为丰富区域生态安全格局构建理论和方法、推动国土空间优化与管控提供参考借鉴。     

基于DPSIR模型的长三角城市群生态安全评价研究

长三角城市群作为中国经济发展最具活力的区域之一,城镇化水平高,同时面临巨大的环境压力。以长三角城市群41个城市为研究对象建立DPSIR生态安全指标评价模型,利用熵权法与均方差决策法确定DPSIR权重,采用主成分分析法和综合指数法得到长三角城市群生态安全综合指数YDESI与生态安全等级。结果表明,长三角城市群41个城市依据生态安全水平可划分为4类。总体水平属于临界安全偏较不安全水平,上海市与江苏省生态安全情况较好,浙江省生态安全水平一般,安徽省生态安全情况稍差。DPSIR模型显示,驱动力与响应指标对长三角城市群生态安全建设有很大贡献。长三角城市群生态安全主要影响因素为农业发展、环境空气质量、环保投资、城市绿化建设。最终提出相应的策略:即提高区域人口素质、强调新型城镇化、加强城市群基础设施建建设,为长三角城市群生态安全建设提供思路与依据。     

长三角城市群城市洪涝韧性与生态系统服务的耦合协调关系

厘清城市洪涝韧性与生态系统服务之间耦合协调关系,可为城市防洪减灾和生态文明建设提供重要决策参考。综合运用基于麻雀算法的投影寻踪模型、InVEST模型和耦合协调度模型,在分析2000-2020年长三角城市群的城市洪涝韧性与水源涵养、水质净化、土壤保持和气候调节四种生态系统服务时空格局基础上,尝试探索两者耦合协调关系及其时空演变特征。研究发现:(1)长三角城市群的城市洪涝韧性水平呈现"N"型增加趋势,并呈现"上海>江苏>浙江>安徽"的空间格局,表明经济水平越高的城市展现出更强的洪涝韧性,经济是影响城市洪涝韧性波动的主要因素,而自然韧性成为城市洪涝韧性提升的关键短板;(2)生态系统服务存在显著的空间异质性,高植被覆盖的南部地区提供了更高的生态系统服务,从时间维度看其空间分布是稳定的,水源涵养和水质净化服务总体呈向好趋势,土壤保持服务整体呈现倒"N"型增加,气候调节服务呈现微弱的下降趋势;(3)城市洪涝韧性与生态系统服务的耦合协调度在研究期内较为稳定,且与生态系统服务的时空变化趋于一致,呈现"南高北低、由西南向东北逐渐减弱"的趋势,生态系统服务较高的城市,表现出更好的耦合协调性,且随着生态系统服务的增加而改善。因此,长三角城市群有必要从提高生态系统服务功能的角度出发,因地制宜、分类施策,促进城市洪涝韧性与生态系统服务的协调发展。     

珠三角城市群区域生态系统服务供需均衡关系

生态系统服务供需均衡关系分析为生态系统管理提供了详实的科学基础信息。基于土地利用、气象和社会经济等多源数据,采用遥感反演、水量平衡方程、修正的通用土壤流失方程和植被净生产力模型(CASA)等方法,分别评估了1990—2015年珠三角城市群粮食供给、产水服务、固碳释氧和土壤保持服务;采用相关社会经济指标核算了生态系统服务的需求量;进而揭示了栅格、县域和市域多尺度的生态系统服务供需均衡关系及其时空演变特征。研究发现：(1)除粮食供给外,产水服务、固碳释氧和土壤保持服务呈波动性增加的趋势,增幅分别为52.2%、21.8%和73.4%;在空间上表现为中部平原地区服务水平低,低山丘陵地带高的分布特征。(2)除土壤保持服务外,粮食供给、产水服务和固碳释氧服务需求量不断增加,增幅分别为10.1%、17.5%和769.4%;中部平原地区生态系统服务需求量大,低山丘陵地带小。(3)除土壤保持和产水服务外,粮食供给、固碳释氧及综合服务供需指数不断下降,其中,2015年粮食供给和固碳释氧供需指数分别为-0.47和-0.71。研究结果可为决策者了解区域的生态系统服务供需均衡匹配状况提供科学基础信息,直接服务并...     

基于生态供需视角的生态安全格局构建与优化——以长三角地区为例

生态安全格局构建是保障区域生态安全与提升人类福祉的基本途径之一。以长三角地区为案例区,通过生境质量评估、生态系统服务重要性评价和景观连通性分析识别区域生态源地,在利用生态系统服务价值化方法辨别高生态需求区的基础上,运用最小累积阻力模型提取源地与高需求地之间的生态廊道,以构建并优化区域生态安全格局。研究结果表明:长三角地区生态源地总面积64911km~2,占全区的32.51%,主要分布于皖南和浙中;区域中高与较高生态需求斑块总面积占全区46.60%,主要位于上海市和江苏省;区域生态廊道总长度11188.85km,源间廊道主要分布于长江沿岸和区域南部,需求廊道主要位于区域东中北部。研究首次将生态需求评价纳入生态廊道建设框架,为生态安全格局构建提供新思路,结果可为生态空间保护规划提供参考。     

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。     

长三角城市群生态系统服务权衡强度时空演变及影响因素

人类活动扰动加剧了长三角城市群生态系统结构演变,从而导致不同生态系统服务之间冲突加剧。明晰城市生态系统服务权衡强度及其影响因素对经济社会发展与生态保护的双赢具有重要意义。基于InVEST模型分析长三角城市群2005年、2019年碳储存、粮食生产、生境质量、产水量和氮输出量生态系统服务时空格局演变,并利用相关性分析、均方根误差指数和冗余分析方法,测度权衡强度并揭示权衡强度演变的关键影响因素。结果表明：粮食生产分别与碳储存、生境质量和产水量之间,以及氮输出量与生境质量和碳储存之间,碳储存与产水量之间呈现出显著的权衡关系;权衡强度空间异质性显著的粮食生产与碳储存,粮食生产与产水量的权衡强度高值主要集中在北部粮食主产区和南部山区。氮输出与碳储存、碳储存与产水量之间的高强度权衡关系主要位于南部地区。粮食生产与生境质量以及氮输出与生境质量的高强度权衡区域多集中在社会经济快速发展地区。长三角城市群生态系统服务权衡强度受多个因素共同作用,其主要影响因素包括坡度、林地覆盖率、农田覆盖率、降雨、气温、建设用地率等。     

长三角地区休闲游憩服务供需关系研究

依托生态空间的休闲游憩服务是提升人类福祉至关重要的贡献者。但由于经济发展、城市扩张、人口增长等因素,区域休闲游憩服务供需矛盾突出,且供给与需求在空间上错位、不匹配等问题严重。研究休闲游憩服务供需关系对合理规划、管理区域生态用地,促进生态文明建设等方面具有重要的理论和现实价值。以长三角为例,基于土地利用与人口数据,提出不同可达半径下区域休闲游憩服务供需关系的评价方法,研究41个地级市不同可达半径下供需关系的空间分异规律。研究结果表明：（1）2015年长三角地区休闲游憩服务的供需比为1028%,供给远大于需求,但供需关系空间异质性明显,高供给区与高需求区明显错位,空间不匹配问题严重。（2）随着可达半径由0 km扩大至50 km,区域赤字区面积占比由43.14%减少至7.83%,休闲游憩服务需求未得到满足的人口占比由65.47%下降至10.64%。（3）根据41个地级市不同可达半径下休闲游憩服务供需关系的演变规律,将其划分为5种类型区,提出相应的发展建议。研究表明,快速城市化和城市扩张过程中,应强化城区内绿色空间的分散化配置;同时,在长三角经济一体化发展过程中,休闲游憩服务供需的盈余区、赤字区可以建立生态补偿和经济合作关系,促进长三角绿色发展的一体化。     

基于适应性循环理论的区域生态风险时空演变评估——以长江三角洲城市群为例

在城市扩张和气候变化背景下,三角洲社会与生态系统正遭受多方面风险威胁,适应性视角下的区域生态风险评估有助于理解复杂系统与风险影响之间的相互作用,为长江三角洲城市群适应性规划策略提供空间定量参考。以长江三角洲城市群社会-生态系统为研究对象,耦合适应性循环与区域生态风险评估理论,构建"潜力-连通度-韧性"适应性生态风险评估框架,从整体和动态的角度评估区域在当前与未来适应性生态风险的时空分布与各城市所处的适应性循环阶段。结果表明,适应性生态风险由沿海区-城市群-生态区域呈现由较高到高再到低的趋势,大城市外围现已出现较高风险。至2030年,风险整体呈上升趋势,高风险向中小城市和生态区域蔓延。从适应性循环阶段来看,杭州、宁波等14个城市处于生态风险较低的重组阶段。常州、南通等8个城市处于风险升高的开发阶段。上海、南京、无锡和苏州处于城市发展成熟风险开始降低的保护阶段。本研究通过评估长三角城市群适应性生态风险,得到高风险区分布与各个城市的适应性风险趋势,为长三角城市群动态变化下的适应性规划策略制定提供了科学的指导,以实现区域的可持续发展。