海南岛生态系统土壤保持功能空间特征及影响因素

土壤保持是生态系统提供的重要调节服务之一,在区域侵蚀控制以及生态安全的维持方面具有不可替代的作用.以基于生态系统服务价值化和权衡得失综合评价工具InVEST,对海南岛生态系统土壤保持功能的空间特征及其影响因素进行了分析与探讨.结果表明:(1)海南岛土壤保持总量为8.16×108 t,平均单位面积土壤保持量为247.28 t·hm-2·a-1,空间上呈现中部高四周低的分布格局,中部山区国家级生态功能保护区在土壤保持功能的保育方面发挥着重要作用;(2)不同生态系统类型的土壤保持功能从大到小依次为:灌丛＞天然林＞草地＞橡胶林＞浆纸林＞热作园＞水田＞旱地＞红树林＞防护林,自然生态系统整体优于人工生态系统;(3)除自然因素外,经济发展、人口增长以及农田扩张都是影响土壤保持功能的重要因素,其中单位面积地区生产总值、单位面积第一产业生产总值、人口密度以及农田比例与单位面积土壤保持量显著负相关(P＜0.05),橡胶林比例与土壤侵蚀强度显著正相关(P＜0.01),说明海南岛的经济发展与人口增长会削弱生态系统土壤保持功能,应权衡它们之间的关系,探索一条发展经济与保护生态系统土壤保持功能并举的可持续发展之路.     

基于中国生态系统研究网络的典型森林生态系统土壤保持功能分析

森林生态系统土壤保持功能在控制土壤侵蚀以及维持生态安全方面具有不可替代的作用。根据不同气候带降雨特征进行降雨侵蚀力参数校正,基于中国生态系统研究网络(CERN)的森林生态系统长期定位观测样地2005—2015年监测数据利用修正的通用土壤流失方程(RUSLE)定量分析了典型森林生态系统土壤保持功能的时空变化特征,并探讨了土壤保持功能的影响因素。研究结果表明:①日雨量侵蚀力模型在降雨丰富的热带模拟效果优于降雨相对较少的亚热带和温带,参数校正后模拟效果明显提升;②研究期内10个典型森林生态系统土壤保持量变化范围为4.44—891.67 t hm^-2 a^-1,呈现北低南高的空间格局(R²=0.65^***);土壤保持率均达到97%以上;③降雨、归一化植被指数、土壤质地和植被林龄是影响森林生态系统土壤保持功能的主要影响因素;降雨量与土壤保持量显著相关(R²=0.52^*),NDVI和土壤质地与实际土壤侵蚀量显著相关(R²=0.64^**     

土壤保持服务:概念、评估与展望

土壤保持服务作为一项重要的生态系统调节服务,是防止区域土地退化、降低洪涝灾害风险的重要保障。针对在全球范围内影响最大的土壤水蚀,基于土壤侵蚀、运移和输出过程,对土壤保持服务的概念、评估方法进行了梳理总结。土壤保持服务是指生态系统防止土壤流失的侵蚀调控能力及对泥沙的储积保持能力。土壤保持服务的评估往往是基于通用土壤流失方程RUSLE(Revised Universal Soil Loss Equation),以潜在土壤侵蚀量(裸地时土壤侵蚀量)与实际土壤侵蚀量之差,作为指标衡量。由于生态过程具有尺度依赖性,对土壤保持服务的有效评估,需要采用多尺度方法。土壤保持服务与人类需求紧密相关,在未来土壤保持服务研究中应强调连接土壤保持服务与人类福祉,对土壤保持服务产生、流动、使用的全过程及土壤保持服务时空动态与人类福祉变化的关系进行探究。     

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.     

基于GIS重庆土壤侵蚀及土壤保持分析

土壤侵蚀作为一个重大的全球环境问题,严重地威胁着区域生态环境质量和社会经济。在考虑植被覆盖度与土壤侵蚀关系的前提下,通过查表法,构建不同土地覆盖类型和不同植被覆盖度下的C值图层,并基于地理信息技术(GIS)和通用土壤侵蚀方程(USLE)估算了重庆地区土壤侵蚀量,土壤保持量和土壤保持价值。结果表明:重庆地区2010年土壤侵蚀量约为2.23亿t/a;土壤保持量约为14.69亿t/a。利用市场价值法,机会成本法和影子工程法评价了各类生态系统土壤保持的生态价值。研究区2010年土壤保持价值相对于2006年有所提升,2010年生态系统因防止土壤侵蚀而产生的土壤保持总价值约为6.18×105万元,其中保持土壤养分的价值为5.44×105万元;减少废弃地的价值为2.65×104万元;减轻泥沙淤积灾害的价值为4.78×104万元。各生态系统类型中,森林生态系统土壤保持价值量最大,单位面积价值最高。     

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。     

海南岛自然保护区对土壤保持服务功能的保护效果

自然保护区建设是保护生态系统服务的重要手段,在防治土壤侵蚀和维持生态安全方面具有不可替代的作用。以1988年、1998年和2008年3期遥感影像为基础,分析海南保护区对土壤保持功能的长期保护效果,探讨引起保护区土壤保持功能变化的影响因素。结果表明:(1)海南岛保护区内部平均单位面积土壤保持量是1951.59 t hm-2a-1,分别是区外0—5、5—10km和海南岛全省平均水平的2.4、3.2、2.9倍,保护区在土壤保持功能的保育方面发挥着重要作用;(2)在时间尺度上,1988—2008年保护区内外土壤保持功能呈现不同程度的退化趋势,其中保护区外围退化程度显著高于保护区内部(P0.05),后10年的退化程度显著高于前10年(P0.05);(3)从驱动因素上看,1988—2008年经济发展、人口增加和耕地扩张是影响保护区土壤保持功能退化的主要因素,其中在前10年,土壤保持功能与单位面积地区生产总值、单位面积第一产业生产总值、人口密度和耕地比例呈显著负相关(P0.05),而在后10年,土壤保持功能与单位面积地区生产总值、人口密度和耕地比例呈显著负相关(P0.05),由此,应权衡土壤保持功能保护与人为活动的关系,实现生态环境保护与社会经济的协调发展。     

土壤保持服务:概念、评估与展望

土壤保持服务作为一项重要的生态系统调节服务,是防止区域土地退化、降低洪涝灾害风险的重要保障。针对在全球范围内影响最大的土壤水蚀,基于土壤侵蚀、运移和输出过程,对土壤保持服务的概念、评估方法进行了梳理总结。土壤保持服务是指生态系统防止土壤流失的侵蚀调控能力及对泥沙的储积保持能力。土壤保持服务的评估往往是基于通用土壤流失方程RUSLE(Revised Universal Soil Loss Equation),以潜在土壤侵蚀量(裸地时土壤侵蚀量)与实际土壤侵蚀量之差,作为指标衡量。由于生态过程具有尺度依赖性,对土壤保持服务的有效评估,需要采用多尺度方法。土壤保持服务与人类需求紧密相关,在未来土壤保持服务研究中应强调连接土壤保持服务与人类福祉,对土壤保持服务产生、流动、使用的全过程及土壤保持服务时空动态与人类福祉变化的关系进行探究。     

云贵高原生态恢复空间分异及其影响因素

全面深入评估生态恢复效益并明晰其自然—社会经济驱动机制,对维护区域生态安全、实现可持续发展目标具有重要意义。然而,在区域尺度量化分析时间序列生态恢复程度及其影响因素的案例研究较少。以云贵高原为研究对象,基于多源遥感数据,运用模型模拟、时间序列趋势分析等方法,从生态系统宏观结构、质量和服务3个层次评估了2000—2019年云贵高原地区的生态恢复效益,使用随机森林方法探究了生态恢复的自然-社会经济影响因素。结果表明：(1)近20年云贵高原地区生态系统宏观结构变化明显,主要表现为森林、草地和聚落生态系统面积的增加,以及农田生态系统面积的减少;(2)生态系统质量和服务恢复态势总体稳定向好,部分区域转差;(3)云贵高原地区生态系统的恢复程度整体较高。其中,恢复程度中等及以上的地区占总面积的35.84%;生态恢复程度有所转差及以下的面积最少,占总面积的7.54%;(4)地形、气候和土壤等生态本底特征是云贵高原地区生态恢复最重要的影响因素;在局地尺度,造林面积、人口密度年变化率等人类活动因子对生态恢复具有关键的作用。未来生态系统管理和生态恢复工程的实施应综合考虑区域生态背景和尺度效应,因地制宜采取恢...     

黄土高原植被建设与土壤干燥化:问题与展望

黄土高原大规模植被建设有效减少了水土流失、改善了区域生态环境,大规模人工植被种植也造成了土壤水分的过度消耗,导致了土壤干燥化,成为当前黄土高原生态恢复的重要制约因素,威胁区域生态系统健康与稳定。系统综述了黄土高原地区人工植被恢复对土壤干燥化的作用机制,植被群落特征与土壤干燥化的耦合关系,多尺度土壤干燥化时空分异规律及其影响因素,明确了当前大规模人工植被恢复过程中土壤水分持续利用面临的问题与挑战。建议今后加强植被动态对水文过程影响的研究,明确多尺度植被格局与土壤干燥化时空分异的耦合关系,系统开展变化环境下不同尺度植被与土壤水分相互作用的模拟研究,探讨基于植被格局优化的土壤水分调控机制,维护黄土高原地区土壤安全,提升区域生态系统服务功能。     

福建省生态保护重要性评价

生态保护重要性是表征区域生态系统结构和功能重要性程度的综合指标,确定生态保护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。在明确福建省生态本底和关键生态问题的基础上,综合分析生态服务功能重要性和生态敏感性,构建福建省生态保护重要性评价指标体系,识别具有重要保护意义的生态极重要地区,能够为优化生态保护策略、划定生态红线和主体功能区划提供技术支持。研究结果表明,福建省生态保护极重要区占福建省陆地总面积的38.94%,生态重要性空间格局基本沿福建省闽西大山带、闽中大山带与海岸带分布,其中生态服务功能极重要区面积为3.96万km~2,以生物多样性维护功能和水源涵养功能为主;生态极敏感性区面积占福建省陆地总面积的9.71%,水土流失是主要的生态问题,占福建省陆地总面积的8.93%,土地沙化极敏感区集中在海岸带附近,与海岸侵蚀极敏感区空间范围基本一致。研究建议,生态保护极重要区作为划定生态红线和重点生态功能区的依据,支撑福建省开展有针对性的生态保护,保障和维护生态安全。     

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。     

基于生态重要性和敏感性的西南山地生态安全格局构建——以云南省大理白族自治州为例

生态安全格局构建是快速城市扩张背景下缓解生态保护和土地开发矛盾、保证区域生态安全的有效途径。源地和阻力面是生态安全格局构建的重要基础,当前阻力面构建多关注生态要素而忽视与区域典型生态问题相对应的生态过程表征。以西南山地地区--云南省大理白族自治州为研究区,选取生物资源保护、水资源安全和营养物质保持等生态系统服务评估生态重要性从而识别源地,基于地质灾害、土壤侵蚀、石漠化等生态敏感性构建生态阻力面,并运用最小累积阻力模型识别组团廊道和景观廊道,从而构建山地生态安全格局。研究表明,大理州生态安全源地总面积14416.64 km~2,占全州土地总面积的50.93%;关键生态廊道分为组团廊道和景观廊道两类,分别长404.7 km和208.4 km,以"一轴三带"形式呈树状辐射分布。生态安全格局中的生态源地和廊道应成为低丘缓坡土地资源开发中的禁止开发区。生态重要性源地识别和生态敏感性阻力面分析方法可为生态安全格局构建提供新思路,研究结果对于大理州山地城镇建设的用地选择和空间扩张提供定量指引。     

半干旱区县域生态安全格局构建——以临洮县为例

生态安全格局的识别与构建是保障半干旱区生态安全及可持续发展的重要途径。以西北内陆半干旱区黄土高原县级行政单位为研究对象,结合RS和GIS技术,在定量评估生态系统服务功能(生物多样性保护、水源涵养、土壤保持)和水土流失敏感性的基础上,识别生态源地,并利用最小累积阻力模型计算阻力面,构建临洮县生态安全格局。结果表明：(1)临洮县生态源地面积为243.79 km~2,占全县总面积的8.55%,生态源地集中分布在南屏山林区、马衔山兰州军马场、太石镇的水源保护区以及沿洮河的河谷农业区。(2)临洮县生态安全缓冲区划分为高、较高、中、低水平生态安全区四个类别,分别占总面积的12.71%、47.81%、32.51%和6.97%,不同生态安全区应采取不同措施以保障区域生态安全。(3)识别的234条总长为493.56 km的生态廊道,185条总长为551.26 km的辐射通道,以及74个生态战略节点共同组成临洮县生态安全格局。研究结果以期为半干旱区县域尺度生态安全格局构建研究提供相关参考,也将为临洮县国土空间总体规划和城市用地合理布局提供重要指导。     

面向多重生态保护目标的广东省生态系统服务退化风险情景模拟

稳定、协调、可持续的生态系统服务供给是维持区域自然生命系统、保障区域生态安全的基础。面临生态系统所受的人为与自然干扰,有必要准确评估生态系统服务退化风险,揭示区域生态安全和可持续性提升路径。现有研究多叠加所有生态系统服务以评估生态系统服务退化风险,未能面向区域生态问题或生态需求对不同类型生态系统服务进行整合。研究提出面向多重生态保护目标的生态系统服务退化风险情景模拟框架,考虑广东省生物多样性保育、水资源安全、自然灾害防范等生态保护目标,选取代表性生态系统服务类型(生境维持、水源涵养、水质净化、土壤保持、洪水缓解、热带气旋缓解),基于不同典型浓度路径情景评估2018—2035年生态系统服务退化风险。结果表明,2018—2035年广东省生态系统服务供给空间格局基本稳定,尽管有所退化、空间异质性强。生态系统服务退化风险的情景模拟表明,面向生物多样性保育目标的生态系统服务退化高风险区位于珠三角的深圳市、佛山市和江门市,以及粤西和粤东地区的湛江市、茂名市和揭阳市;面向水资源安全目标的生态系统服务退化高风险区位于珠三角的深圳市、中山市和江门市,以及粤西与粤东地区的茂名市、揭阳市和江门市;面向自然灾...     

四川盆地多重生态系统服务景观指数评价与服务簇识别

明确多重生态系统服务与生态系统服务簇的空间格局对于维持区域生态安全格局与可持续发展至关重要。在评估四川盆地2015年6种生态系统服务的基础上,计算了表征综合水平的多重生态系统服务景观指数;进而分析了生态系统服务间权衡与协同关系;并基于K-均值聚类法识别了研究区内生态系统服务簇的空间格局。研究结果表明：（1）研究区的多重生态系统服务景观指数平均值达到3.12,同时具有明显的空间分异性,整体上呈现出东南高西北低的空间分布格局,高值区主要分布于川东平行岭谷区,以林、草地为主的区域最高,城市建成区及其邻近地区最低。（2）6种生态系统服务空间异质性显著,且不同服务间协同与权衡关系并存,其中碳汇、生境质量和水土保持服务三者间的协同关系显著,碳汇、生境质量和水土保持服务与娱乐和粮食供给服务间的权衡关系均较强;产水服务与其他各项服务间的权衡与协同关系均较弱。（3）四川盆地可划分为文化旅游、食物供给、生态保育和多功能复合均衡型4种服务簇,其空间布局与内部结构分异明显。文化旅游型服务簇面积最小,面积占比为3.11%,主要分布于成都和重庆城镇及其周边地区,其提供多重生态系统服务功能的能力最弱;食物供给型服务簇主要位于成都平原、浅丘及部分河谷区域,面积约占36.23%;生态保育型服务簇主要分布于盆周山地,以林地为主导,其提供多重生态系统服务功能的能力最强,面积占比达22.61%;多功能复合均衡型服务簇分布最广,面积占比为38.04%,集中于川中、川东丘陵及平行岭谷槽谷区域。采取差异化优化措施有利于整体提升四川盆地生态系统服务能力,维护区域生态安全格局。     

西南地区生态重要性格局研究

生态保护重要性是表征区域生态系统结构和功能重要性程度的综合指标。在明确西南地区自然环境特征和关键生态问题的基础上,综合分析生态敏感性和生态服务功能重要性,构建西南生态重要性评估指标体系,并运用GIS技术识别具有重要保护意义的地区,为优化生态保护策略、划定生态红线和主体功能区划提供技术支持。研究表明:西南地区生态保护极重要区为75.7万km2,主要分布于雅鲁藏布江流域、横断山区、川西高原等地区。该区占西南地区总面积的32.5%,提供了59.4%的土壤保持总量和54.5%的水源涵养总量,保护了69.7%的重要物种。研究建议,划定极重要区为生态红线进行强制性严格保护,以保障和维护生态安全,促进西南地区可持续发展。     

黄土高原植被恢复与生态系统土壤保持服务价值增益研究——以延河流域为例

为探究黄土高原地区退耕还林（草）工程（1999）实施后植被恢复的生态效益,选择黄土高原延河流域为研究区,利用趋势线分析法、SWAT（Soil and Water Assessment Tool）水文模型和生态系统服务价值评价方法（市场价值法、机会成本法、恢复费用法和影子工程法等）,重点分析2000-2015年该区域植被恢复状况及其对土壤保持的作用,并评估生态系统服务价值的提升效应。研究结果表明：（1）退耕还林（草）工程实施后,延河流域植被覆盖均呈增加趋势,植被恢复显著;（2）植被恢复对土壤侵蚀的抑制作用明显。在没有植被覆盖的条件下,土壤极易发生侵蚀,且侵蚀模数大;从该工程实施以来,2001-2014年土壤保持量具有不同程度的增幅,表明多年来流域治理取得一定的成效;（3）流域植被覆盖以中覆盖为主,土壤保持量以低保持为主。不同植被覆盖下土壤保持量存在差异。其中,中低、中、中高覆盖能有效保持土壤;（4）生态系统土壤保持服务价值时空分布特征明显。流域年均（2000-2015）土壤保持服务价值为3.64×10⁸元,生长季月均土壤保持服务价值为6.06×10⁷元,生态系统土壤保持服务价值显著提升。时间尺度上,生态系统土壤保持服务价值受降水因素影响;空间尺度上,流域生态系统土壤保持服务价值空间差异大,具体表现为下游残塬平梁沟壑区最高,上游山地区次之,中游梁峁丘陵沟壑区最低。通过研究延河流域植被恢复状况以及定量评估土壤保持服务价值,不仅阐明了退耕还林（草）工程带来的巨大生态效益,同时也为流域乃至黄土高原的水土流失治理工作提供一定的参考作用。     

基于生态系统服务的山西黄河流域保护优先区识别

山西黄河流域当前面临生态环境快速退化问题,从生态系统服务视角进行保护优先区识别是自然保护和可持续发展的关键步骤。为给研究区生态平衡的维护及生态保护规划和决策提供信息来源和理论依据,基于2010—2020年多源数据,通过GIS空间分析和InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade offs)模型等方法模拟主要生态系统服务(生境质量、土壤保持、防风固沙、产水、碳固定、粮食供给)时空格局并采用热点分析和OWA(Ordered Weighted Averaged)多属性决策方法构建保护情景,评估保护效率筛选出最佳保护优先区。结果表明：(1)2010—2020年,土壤保持、防风固沙、产水、碳固定和粮食供给服务整体呈现出上升趋势,仅生境质量小幅度下降。空间上,研究区西部和东南部生境质量、土壤保持、产水和碳固定服务突出,防风固沙服务分布较破碎,中部及西南部平原地区粮食供给服务显著。(2)保护情景中,单项生态系统服务保护优先区主要位于三川河流域、昕水河流域和沁河流域,由单一服务主导呈现空间异质性。综合生态系统服务构建了11种保护...     

面向居民生态福祉的国土空间生态网络构建——以临沂市为例

构建面向居民福祉的生态安全体系,统筹考虑生态安全格局中的生态系统要素连通关系和生态系统服务供需关系,是强化国土空间生态修复规划成果,提升居民生态福祉的重要途径。研究基于"源-汇"理论,构建景观生态安全维育网络与生态系统服务亲近网络。结果显示：（1）45%的生态系统服务保护目标是实现高生态系统服务供给和低机会成本的合理阈值,基于此识别的生态供给源地面积为1230.89km²,中心城区及部分主要街道的生态系统服务供需关系呈现高需求-低供给现象;（2）共识别景观生态安全维育廊道75条,其中重要廊道1054km,次重要廊道1154km,一般廊道1366km;（3）生态系统服务亲近廊道分为10个组团,网络化程度低,西北部主要由森林构成,中东部主要由沿河湿地提供服务;（4）构建临沂市"三区两带五廊多组团"的国土空间生态安全格局,在保障景观生态安全的同时有效协调区域生态系统服务供求关系,促进生态-社会协同可持续发展。