林地资源变化对森林生态系统服务功能的影响——以南水北调核心水源地淅川县为例

森林生态系统是人类生存与发展的基础,其服务功能不可替代。以南水北调中线工程渠首所在地淅川县为研究区,使用2004年TM、2009年TM、2014年GF1号影像等数据,在PIC、Arcgis10.0等软件支持下,分析其2004—2014年的林地资源变化,并利用InVEST模型对森林生态系统服务功能(水源涵养、水质净化和土壤保持)进行定量评估。结果表明:(1)2004—2014年县域林地资源以有林地为主,面积增长迅速,灌木林地和苗圃地面积增长缓慢,疏林地和未成林造林地面积均呈现先增后减趋势;(2)伴随林地资源变化,森林生态系统服务功能产生相应显著变化,10年间县域水源涵养量功能减少19%,森林水质净化功能提高29%,土壤保持功能增加6%;(3)同一森林类型,其生态服务功能在不同年际之间的差异表现为平均水源涵养功能逐年下降,平均水质净化能力不断提升,平均土壤保持能力先增后减;(4)对比5种森林类型的生态服务功能,有林地的服务功能最强,其次为灌木林地和疏林地;(5)10年间县域森林生态系统的水源涵养、水质净化和土壤保持服务功能的高低与森林覆被的高低程度呈正相关,呈现出北高南低的空间分布格局;(6)科学管理森林生态系统服务的关键在于合理配置林地与其他用地的分布格局,提高林地与其它用地镶嵌构成的复合土地利用的可持续性。同时加强服务功能重要区域的保护,避免对对服务功能较差区域的破坏。此外,未来森林经营需要从单纯的森林面积扩张,转变为提高森林质量和生产力,从而加强森林生态系统对气候变化影响的适应能力。     

密云水库上游流域生态系统服务功能空间特征及其与居民福祉的关系

生态系统管理的一个重要挑战是在区域尺度上管理生态系统服务并提高当地居民福祉。以2009年土地利用数据和社会经济数据为基础,利用InVEST模型和空间制图在乡镇尺度上对密云水库上游流域水资源供给服务、土壤保持服务、水质净化服务、产品供给服务以及居民福祉进行了定量评估和空间特征刻画,并探讨了生态系统服务与居民福祉的不同关系模式。结果表明,流域内各乡镇土壤保持服务从上游到下游呈逐渐递增的趋势,水质净化服务从上游到下游整体上也呈逐渐递增的趋势,流域内水质净化服务功能与水资源供给服务、粮食供给服务、蔬菜供给服务以及畜牧产品供给服务在空间上呈显著负相关;基于生态系统服务与居民福祉在空间上的聚集特征,可将56个乡镇划分为低服务低福祉模式、供给服务依赖模式和高服务高福祉模式,针对这3种关系模式特点,可分别提出改善生态系统服务功能和居民福祉的管理措施。案例研究可为其他区域实施分区管理、协调生态系统服务功能保护与居民福祉的关系提供借鉴。     

长江流域景观格局与生态系统水质净化服务的关系

流域景观格局通过影响生态过程,改变进入河流污染物的数量,进而对水质净化服务产生重要影响,探讨流域景观格局对水质净化服务的影响对于流域景观规划、生态系统保护和生态系统服务提升具有重要意义。以长江流域为研究区域,在分析45个子流域景观格局特征、应用In VEST模型评估流域水质净化服务基础上,探讨了两者的关系,结果表明:①景观组成上,长江流域农田和城镇面积比例分别与生态系统水质净化服务存在显著对数关系(P0.01),森林面积比例则与之呈极显著正相关关系(P0.01);②流域景观配置上,斑块密度和景观破碎度与水质净化服务呈显著负相关(P0.01),而平均斑块面积和形状规律相反(P0.01);③斑块类型水平上,森林平均斑块面积、灌丛/湿地平均斑块形状与生态系统水质净化服务呈显著正相关(P0.01),而农田平均斑块面积/边缘密度、城镇斑块密度则与之呈显著负相关(P0.01);④森林主导景观的子流域,仅有景观破碎度与生态系统水质净化服务呈显著负相关,而农田主导景观的子流域,景观蔓延度、香农多样性与其分别呈正相关(P0.01)。研究结果可以为长江流域生态系统水质净化服务的提升提供多途径的管理信息:流域景观尺度上,增加森林面积比例、控制农田与城镇面积比例,并减少景观破碎度而增加平均斑块形状复杂性;斑块类型水平上,可增加灌丛/湿地斑块形状复杂性,减小农田边缘密度和城镇斑块密度;森林主导景观的子流域应降低景观破碎度,以农田主导景观的子流域则应该增加斑块类型丰富度和团聚程度。研究也可为其他流域水质净化服务管理提供参考。     

土地利用变化对滇池流域生态系统服务价值的影响

随着社会经济的快速发展,土地利用变化日趋剧烈,对生态系统及其服务价值产生重要影响,探究土地利用变化与生态系统服务价值之间的定量响应关系,对区域生态环境建设具有重要意义。以2010年和2016年滇池流域土地利用数据为基础,基于生态系统服务价值核算体系,定量评估了滇池流域土地利用变化及其转化对生态系统服务价值的影响。结果表明：(1)2010年和2016年滇池流域生态系统服务价值分别为688.16亿元和729.31亿元,6年间增加了41.15亿元。从各地类的生态系统服务价值来看,由大到小排序为林地>水域>耕地>建设用地>草地>裸地。(2)2010—2016年,滇池流域土地利用变化的剧烈程度由强到弱为建设用地>耕地>草地>林地>裸地>水域,耕地和建设用地的土地利用动态度较高,其中耕地面积减少了52.71km²,建设用地面积增长了93.25km²。(3)2010—2016年,滇池流域土地利用相互间的转化导致生态系统服务价值增加了3.88亿元,其中耕地、草地、城镇用地和裸地面积的变化增加了生态系...     

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.     

基于FLUS-InVEST模型的京津冀多情景土地利用变化模拟及其对生态系统服务功能的影响

研究未来不同情景下土地利用变化对区域生态系统服务的影响,可以为城市可持续发展的规划和决策提供有效支持。以京津冀城市群为研究区域,首先利用未来土地利用模拟（FLUS）模型模拟2045年自然发展情景、耕地保护情景和生态保护情景下的土地利用空间分布格局,并结合InVEST模型模拟研究区不同情景下的生境质量、产水量、碳储量、土壤保持量和水质净化服务,在此基础上运用层次分析法构建综合生态系统服务指数（CES）,从空间上反映多种生态系统服务的供给总量,研究不同情景下土地利用变化对生态系统服务功能的影响。研究结果表明：①FLUS模型的模拟精度较高,适用于研究区的土地利用模拟。②在生态保护情景下,除产水量相比2015年下降2.47%外,其他几种生态系统服务均有最大幅度的上升,且这4种生态系统服务在西北山区都出现增加的现象;自然发展情景下,城镇用地和农村居民点的扩张引发了大量的碳储量和生境质量损失;耕地保护情景下,水质净化能力出现最大程度的下降。③自然发展情景下京津冀区域CES的损失最大。CES下降幅度最大的区域主要发生在林地被城镇用地侵占,其次是林地被农村居民点侵占的地区,导致生境质量、碳储量和水质净化能力同时下降;在生态保护情景下,林地的增加促进了多种生态系统服务功能同时提升,京津冀区域的CES大幅提高,表明生态保护情景是最有利于可持续发展的土地利用方案。但同时需注意大量造林可能带来的水资源短缺,要因地制宜保护生态环境。研究结果可以为京津冀城市群可持续发展政策的制定提供参考依据,为研究未来不同政策情景下土地利用变化对生态系统服务的影响提供新思路。     

济南市土地利用变化及其对生态系统服务价值的影响

基于GIS软件平台,参照中国陆地生态系统服务单位面积价值,采用转移矩阵方法和Costanza生态系统服务价值计算公式,并结合敏感度分析,探讨了济南市1989-2009年土地利用变化和生态服务价值的变化特征.结果表明:1989-2009年,济南市建设用地面积增加99.65 km2,农田和绿地面积减少103.21 km2,减少面积的90.4％被建设用地所取代;研究期间的生态服务总价值持续下降,从256.22×106元下降到214.16×106元,减少42.06×106元,农田和绿地对研究区总体服务价值变化的影响最大.济南市在未来的城市发展和规划中,需更加重视自然资源保护,合理规划土地利用结构,保持生态系统的稳定与平衡,以实现人口、资源与环境的可持续发展.     

北京市平谷区生态系统服务价值动态

以北京市平谷区1995年和2004年土地利用/覆被数据为基础,利用中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值表对平谷区生态系统服务价值进行了动态分析.结果表明：平谷区生态系统服务价值由1995年的3.291×10⁹元减少到2004年的3.044×10⁹元,变化幅度为-7.50%;耕地和水域面积的减少是该区生态系统服务功能丧失的最主要原因;研究区水域生态系统单位面积生态服务价值量最大,森林生态系统对平谷区生态系统服务价值的贡献最大;该区生态系统服务价值动态变化凸显出研究区土地利用结构的不合理性,应加大研究区森林、农田和水域面积的比重,严格控制耕地向建设用地的转化.作为北京市的应急水源地和生态涵养区,今后须加强对平谷区生态和环境保护力度,促进其经济社会可持续发展,以保障首都水资源和生态的安全.     

澜沧江流域生态系统土壤保持功能及其空间分布

基于改进的通用土壤流失方程对澜沧江流域生态系统的土壤保持功能及其空间分布特征进行分析.结果表明:澜沧江流域是我国生态系统土壤保持能力最高的区域之一,其年均土壤保持量为2.36×1010 t·a-1,单位面积土壤保持量为1453.72 t·hm-2;土壤N、P、K元素保持量分别为5.74×107、3.07×107和3.75×108 t·a-1,从上游至下游呈递增趋势.各类生态系统中,森林生态系统土壤保持能力最高,草地和农田其次,荒漠生态系统最差.不同生态系统的土壤保持能力均随植被盖度的增加呈线性增长.澜沧江流域生态系统的植被盖度每增加10％,其土壤保持能力平均增加35.3％.在对该区域生态系统进行保护的基础上,因地制宜地合理增加植被盖度对防治土壤侵蚀、保持土壤养分可以起到良好效果.     

太湖流域水质状况与土地利用格局的相关性

为探索异质景观内不同土地利用格局与水质之间的相关关系,以太湖流域为对象,根据地形条件、土地利用状况及主要水系的流向,将太湖流域分为13个水文生态单元,并对各水文生态单元内主要土地利用/覆盖类型的相对面积占比与水质等级之间的相关性进行了研究.结果表明:各水文生态单元水质等级2006年的变异系数与其林地面积占比呈正相关,与农田和聚落用地的面积占比呈负相关,其中与聚落用地占比在非汛期时具有显著性,体现了不同土地利用方式对水质改善能力不同,林地对水质改善能力较强,而农田和聚落用地相对较弱;各水文生态单元水质等级与农田、聚落用地的相对面积占比呈正相关,并分别在汛期和非汛期表现出显著性;与林地面积占比呈负相关,与各单元湿地面积占比在非汛期时呈弱负相关,汛期和全年为弱正相关;4类主要土地利用方式对水质等级改善的效应在汛期为林地>湿地>聚落用地>农田,非汛期为林地>农田>湿地>聚落用地.林地对水质的正贡献最大;农田和聚落用地分别对汛期和非汛期水质负贡献最大.     

长三角地区土地利用时空变化对生态系统服务价值的影响

基于1980—2010年的土地利用数据,估算了各种土地利用类型的生态系统服务价值,分析了长三角30年来生态系统服务价值的时空动态及其对土地利用变化的响应。结果表明,1980—2010年,长三角建设用地面积变化最大,为446.1%,未利用地、耕地、草原、林地、水域的变化分别为285.9%、-31.5%、-76.2%、-5.4%、42.9%;1980—2010年,长三角地区的总生态系统服务价值减少了4.40%,水源涵养、休闲娱乐、废物处理生态系统服务功能价值上升;生态系统服务价值极低区域的面积增加且分布于城市扩张区域,生态系统服务价值中等区域逐年下降且被生态系统服务价值低区域所替代,高生态系统服务价值区域处于增加的趋势而极高区域基本维持不变;常州、湖州、嘉兴、南京、泰州的生态系统服务价值逐年增加,而其他城市的则处于下降趋势。     

土地利用变化对生态系统服务的影响——以张家口-承德地区为例

生态系统服务与人类福祉密切相关,人类活动引起的土地利用变化是生态系统服务变化的主要驱动力之一。运用InVEST模型估算张家口-承德地区产水量和土壤保持量,并分析不同海拔和坡度条件下,2011—2015年土地利用以及产水和土壤保持服务的变化,研究结果表明:建设用地和乔木林地分别为面积增加量和减少量最多的用地类型,陡坡地段建设用地增加的同时水体减少;灌木林地是产水和土壤保持能力均最高的生态用地类型;5年间产水量和土壤保持量分别增加了32.16×10~6 m~3和17.69×10~6 t;产水量在海拔900 m地段,海拔越高增加量越少,土壤保持量在较低海拔有所增加;坡度越陡产水增加量越少,土壤保持量在各坡度均有增加。基于此研究结果,有助于选择优先建设的用地类型,使当地在保护源头水系和维持生态功能的同时发展冰雪运动。     

内蒙古土地利用变化对生态系统防风固沙功能的影响

土壤风蚀是内蒙古的严重环境问题之一。在对内蒙古2000年到2010年的土地利用变化特征进行分析的基础上,分析了内蒙古土地利用变化的主要特征,以RWEQ模型估算了内蒙古2000年和2010年的固沙物质量,采用空间统计分析评估了固沙功能对土地利用变化的响应,结果表明:(1)2000—2010年土地利用变化以城镇高速发展、草地和湿地面积锐减、林地灌丛有所恢复以及荒漠环境改善为主要特征。(2)2000—2010的十年间内蒙古固沙物质总量增长了17.75%,草地总面积虽有所降低,但是部分区域草地覆盖度的上升增强了草地固沙能力,而林地的固沙物质量则由于农田、草地改为林地的短期内地表保护力的下降而有所降低。(3)十年间农田退耕还草、荒漠环境的改善、草地质量提高等土地利用变化方式有益于生态环境质量的提高,使生态防风固沙功能得以增强,造成固沙物质量提高了约0.25亿t。(4)农田开垦、城镇发展、荒漠化发展、湿地萎缩以及草地的退化等土地利用变化会使生态环境质量降低,生态系统防风固沙功能下降,累计造成的固沙物质量的减少总量约为0.19亿t。从十年间综合来看,内蒙古的土地利用变化对区域固沙功能有一定的增强作用,但是尚存在城镇发展过快、草地湿地转化压力过大、草地退化、荒漠化对固沙功能的弱化问题,需要在今后的土地利用规划和管理工作中予以改进以进一步增强区域固沙功能,构建北方地区生态安全屏障。     

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.     

不同土地覆被格局情景下多种生态系统服务的响应与权衡——以雅砻江二滩水利枢纽为例

在二滩水库集水区,按照当地生态政策发展以坡度为指标构建了10种未来土地覆被格局情景,研究生态系统减轻水库泥沙淤积、减轻水库面源污染、产水发电服务及价值对未来覆被格局的响应程度,并兼顾相关产业收益的变化,权衡各种情景格局的服务效益,优选利益相关方福祉提升幅度最大的情景格局。结果表明:1)现有土地覆被格局对减轻水库泥沙淤积功效的发挥不合理,而以退耕还林政策指导区域土地覆被格局变化,对集水区减轻河道和水库泥沙淤积具有较好功效。10种情景下,保沙价值的高低关系同入库泥沙量正好相反,遵循"随地表林地和草地面积比例的增加,保沙价值增加"的规律。随产沙总量的增加,高产沙强度像元呈现从水库周边逐渐向中上游蔓延的趋势。2)退耕还林政策单纯以坡度作为指标,指导土地覆被的转化,对集水区减轻水环境磷素非点源污染功效较差。除了全为未利用地覆被的情景10,余下9类情景模拟的入库磷素量及过滤磷素经济价值的高低关系完全一致,呈农田草地林地的规律。随入库磷素总量的增加,高强度磷素输出像元从雅砻江流域源区和大河湾区,逐渐蔓延扩散至集水区整个水网。3)随着集水区地表林地覆盖面积比例的减少,集水区生态系统总发电净利润值增加,且高净利润像元呈现从冕宁和喜德县的东部逐渐向整个集水区东南部乃至整个下游蔓延的趋势。4)从减轻对环境的负效应以及提升利益相关方福祉的角度,以坡度6°上下划分林地和耕地的情景5和以坡度15°和6°为阈值划分林草农的情景3为除极端的情景外,综合指标提升最高的两种情景。     

基于土地利用变化的祁连山地区生态系统服务价值演化分析

祁连山生态环境保护是建设我国西部生态安全屏障的关键环节,而核算祁连山生态系统服务价值是制定合理有效的生态环境保护措施的有力依据。然而受气候变化和人类活动的共同影响,祁连山地区生态环境问题依旧突出,亟需对该地区生态系统服务价值开展研究以服务后期生态环境建设。基于此目的,使用1990-2020年祁连山地区土地利用数据,运用土地利用动态度、土地利用转移矩阵揭示该地区土地利用变化规律。并使用生态系统服务价值评估模型测算了祁连山地区生态系统服务价值,探究了其动态变化过程,并明确了各土地利用类型与生态系统服务价值变化之间的内在联系。结果表明:(1)1990-2020年,草地和荒漠是祁连山地区最主要的土地利用类型,单一土地利用动态度分别为水域 > 湿地 > 耕地 > 荒漠 > 草地 > 林地。草地和耕地以及草地和荒漠相互转化成为该地区最主要的土地利用变化特征;(2)祁连山地区生态系统服务价值呈持续增加趋势,由1990年的7231.36亿元增加至2020年的7836.07亿元,在空间上呈现出东高西低的变化趋势。生态系统服务价值构成主体主要为水域、草地和林地,单项生态系统服务价值以水文调节和气候调节为主,反映了调节服务是祁连山地区生态系统的主要功能;(3)水域、草地和湿地这3种土地利用类型是近30年祁连山地区生态系统服务价值变化的主要贡献因子。1990-2020年,祁连山地区生态系统服务价值对土地利用的敏感性总体呈增加态势(1.48%-7.91%),土地利用变化对该地区生态系统服务价值的影响逐步增强。系统揭示了过去30年祁连山地区生态系统服务价值的演变及其与土地利用变化的内在联系,重点阐释了水域、草地、林地和湿地对该地区生态系统服务价值和生态环境保护的重要性,可为祁连山地区生态产品价值实现及生态保护管理等提供基础科技支撑。     

国土空间生态修复与保护空间识别——以北京市为例

构建国土空间修复与保护识别体系可以有效实现区域生态系统修复与保护,然而,当前国土空间生态修复与保护研究和规划缺乏从系统性和完整性的角度识别关键生态修复与保护区。因此构建了系统的生态修复与保护空间识别方法,以实现区域协调发展、保障区域生态安全。基于该方法,以北京市为例,通过评估生态系统服务、生态系统质量和生态问题,构建生态修复与保护空间格局。研究结果表明：(1) 2000—2015年生态系统服务和质量退化区主要集中在平原区和密云水库北部,面积为760.4 km~2;生态系统质量低下区主要分布在西南部山区和东北部山区,面积为4925 km~2;水土流失问题区零星分布在山区,面积为130.1 km~2;基于以上三者的北京生态修复建议区总面积5606 km~2。(2)建议北京生态保护区6391 km~2,主要分布在北部山区和西南部山区,保护了79.63%的水源涵养功能,74.97%的土壤保持功能,58.79%的洪水调蓄功能和60.3%的自然栖息地。本研究构建的生态修复与保护空间识别方法体系,为北京生态修复和保护规划与生态安全格局构建提供科学依据,还可以为其他地区的生态修复与保护规划提供参考。