Ecological and environmental effects of land use change in rapid urbanization: The case of hangzhou,China

Land use changes sharply under rapid urbanization, yet its ecological and environmental effects are often neglected in land use decisions. Using the case of Hangzhou, China, we analyze the ecological and environmental effects of land use changes, including ecosystem services value (ESV) and carbon emissions, based on Landsat TM images from 1995, 2000, 2005, 2010, and 2014. We found significant ecological and environmental effects of land use changes under rapid urbanization. The value of ecosystem services in Hangzhou decreased from 546.7 million USD in 1995 to 448.97 million USD in 2014, and the ratio of ESV to GDP decreased from 5.8% to 0.6%. The net carbon emissions associated with land use changes increased from 4.26 million tons in 1995 to 15.10 million tons in 2014, mainly due to the increase of built-up land carbon emissions and the decrease of forest land carbon sink. The ESV is unevenly distributed spatially and low ESV spread from the central to the peripheral area. We use scenario analysis to illustrate that economic growth and environmental protection could be coordinated by bringing ecological and environmental effects into land use decisions.     

海口市海岸带生态系统服务及其时空变异

海岸带位于陆地、海洋交汇地带,有着重要的生态价值,但也是生态环境较为脆弱的地区。以海口市为研究区,研究海口市海岸带生态系统服务及其时空变异。基于1990、1995、2004和2012年4期Landsat TM影像得到土地利用覆盖数据;采用基于当量因子的生态系统服务价值评价方法,结合海口市实际情况,构建了海口市海岸带生态系统服务价值动态评估模型;借助GIS空间分析技术,应用局部空间自相关模型,定量研究了生态系统服务价值(ESV)的时空变异特征。研究结果表明:(1)在生态系统服务的总值方面,过去20多年的ESV整体变化不大,但近年来ESV有所降低,生态环境出现退化趋势。(2)在生态系统服务的时空变异方面,海口市海岸带ESV的空间正相关性显著,空间集聚程度较高,高值区主要集中于中心城区西部和东寨港周围,低值区主要集中于中心城区;近来,在发展城市经济和保护生态环境的双重作用下,位于中心城区的低值区和位于东寨港红树林自然保护区的高值区都有所辐射扩张。     

基于生态系统服务价值和景观生态风险的生态分区识别与优化策略——以祁连山国家公园青海片区为例

生态空间分区识别是支撑自然保护地生态资产管理的前提性和基础性工作。以祁连山国家公园青海片区(以下简称为“园区”)为例,集成遥感技术、地理信息模型方法、景观生态学方法、GIS格网法,分析了园区1998—2018年土地利用、生态系统服务价值、景观生态风险的时空演变特征,选用Z-score标准化构建了四类生态分区。结果表明：(1)草地占园区面积的55.00%以上,30年间(1998—2018年)园区土地利用之间转移总面积为102.49 km²。(2)3个时期(1998年、2008年、2018年)园区生态系统服务价值(ESV)约为274亿元/a,单位面积ESV为172.94万元/km²。不同ESV等级呈现“大分散、小集聚”的镶嵌交错分布格局,高寒河源湿地区和寒温带针叶林区为ESV的高值区。(3)3个时期园区景观生态风险指数(ERI)分别为0.2287、0.2286和0.2310,生态安全状态整体较好,景观生态风险以低生态风险等级和较低生态风险等级占主导地位,占园区面积的90.00%左右。人工牧草地、旱地、建设用地的景观生态风险等级较高。(4)结合生态...     

2000—2015年祁连山南坡生态系统服务价值时空变化

祁连山是我国西部重要的生态安全屏障和生物多样性保护优先区域,其中南坡地区是水源涵养服务核心区,但目前对该区域生态系统服务时空分布及动态变化仍缺乏深入认识。利用遥感技术和生态系统服务理论,综合多源数据产品,借鉴生态系统服务计算方法,对包括土壤保持等7个生态系统服务类型展开功能及价值核算,对祁连山南坡土壤保持等7个生态系统服务类型2000—2015年间的时空分异及动态展开监测和评估,研究表明:(1)近16年来祁连山南坡生态系统服务平均单位面积价值为76.27万元/km²,总价值为658.74亿元,且调节气候、水源涵养和调节空气质量服务构成了研究区生态系统服务的主体。(2)高寒草甸和高寒草原的生态系统服务总价值最高,而森林和灌丛的单位面积服务价值最高;天峻县和祁连县的生态系统服务总价值最高,而海晏县和刚察县的单位面积服务价值最高。(3)近16年来祁连山南坡生态系统服务价值呈增长趋势,其中调节气候和调节空气质量服务价值的增速最快,且增长区域主要集中在研究区北部祁连县和天峻县境内。(4)研究区东部山区、南部环湖区以及中部湿地区能够提供多项复合生态服务功能,应作为生态保护和管...     

基于生态系统服务价值重构的干旱内陆河流域生态安全格局优化——以张掖市甘州区为例

干旱区内陆河流域的生态环境极为脆弱,生态系统的微小变化也可能给流域生态安全带来巨大影响。甘州区位于干旱内陆河流域,生态问题突出,重视生态系统自身安全、构建合理的生态安全格局是保障该地区生态安全的有效措施。通过当量因子法估算2000、2005、2010年甘州区生态系统服务的静态价值,在充分考虑各项生态系统服务功能变化率及空间集聚程度对功能发挥影响的基础上,采用生态系统服务优先指数和空间丰富度指数,对甘州区2010年生态系统服务静态价值的估算结果进行动态重构。利用重构后的生态系统服务价值构建了甘州区3种不同安全水平情景下的生态安全格局。结果表明:1)甘州区生态系统服务价值总量逐步上升,各项服务多年变化率差异不大。2)重构后生态系统服务价值量为1438.21—390993元/hm~2,大部分地区为中低值。3)低、中、高安全水平生态安全格局中,生态源地面积分别为155.75 km~2,191.25 km~2和224.5 km~2。基于生态系统服务价值构建的生态安全格局是立足于生态系统服务现状提出的规划策略,可为区域生态保护规划和生态文明建设提供重要依据。     

森林生态系统服务价值非货币量核算:以京津冀城市群为例

森林生态系统具有重要的功能和服务价值,对其价值的准确核算是实现森林生态系统服务定价、保护森林生态系统和落实“绿水青山就是金山银山”等实际工作的关键前提之一.本研究首先综述了现有森林生态系统服务价值核算方法的优点和局限性,然后构建了基于能值的非货币量的森林生态系统服务价值核算方法,并选取京津冀森林生态系统进行案例研究来测试这一核算方法,又进一步基于归一化植被指数对生态系统服务价值核算结果进行修正,同时考虑到数据获取的不确定性,对核算结果进行了不确定性分析.结果表明: 京津冀不同地区森林生态系统服务价值依次为承德>北京>保定>张家口>石家庄>秦皇岛>天津>邯郸>唐山>邢台>廊坊>衡水>沧州;不同森林生态系统服务价值依次为落叶阔叶林>常绿针叶林>落叶针叶林;就不同生态系统服务子类而言,京津冀单位面积森林生态系统服务价值最大的类型为调节气候,约占单位面积总价值的60%,其次是增加净初级生产力(NPP)和固碳释氧,约占23%,其他子类占比较小;河北省森林生态系统服务价值对当地GDP贡献最大,北京次之,天津最小.本研究构建的森林生态系统服务价值非货币量核算方法,可克服现存研究中存在重复计算、未能真正从生态系统贡献者视角出发、能值转化率使用或替代不当的局限性,系统核算了森林生态系统服务价值,能为实现生态系统服务定价、建立生态补偿机制和加快生态文明体制改革等提供更有效的优化和决策依据.     

内陆河流域生态系统服务价值的动态估算方法与应用——以甘肃河西走廊石羊河流域为例

Costanza等提出的单位面积生态系统服务价值没有考虑生态系统服务的空间异质性,是与生态系统结构和功能有关的生态系统本身的价值,这里称为静态价值。在实际应用于指导以社会、经济、生态综合效益最大为目标的流域水土资源优化配置决策时,不能反映资源的稀缺程度和随社会经济发展水平变化的对生态价值的支付意愿,使得静态生态价值的研究成果难以得到应用。提出了动态生态价值的概念,某一特定区域生态系统服务的动态价值是指其相应的生态服务功能在特定人群一定支付意愿下的现实价值。在Costanza等人提出的单位面积生态价值的基础上,考虑生态类型的覆盖度等特点结合专家咨询法提出了林地、草地单位面积生态价值的修正系数,估算流域生态系统服务的静态生态价值;建立了基于发展阶段系数和资源紧缺度的生态价值动态估算方法。以甘肃河西走廊石羊河流域为例,估算出2000年流域生态系统服务的静态价值为4．17亿美元,相当于当年流域GDP的0．3657倍,且在空间上呈现从上游山区向下游荒漠区递减的规律;动态生态价值为2．35亿美元,下游和上游大,中游较小。动态生态价值的研究为生态价值研究成果进一步在资源合理配置中的应用提供了途径。     

岷江上游土地利用与生态系统服务价值的动态变化

岷江上游是中国西南典型生态脆弱区之一,研究岷江上游土地利用与生态系统服务价值（Ecosystem Services Values,ESV）的动态变化,对区域生态保护,实现可持续发展具有重要意义。基于岷江上游2000、2005、2010和2015年四期遥感解译数据,利用CA-Markov模型预测了2035年土地利用格局,并引入空间异质系数、社会经济调整系数和资源稀缺系数对生态系统服务价值进行修正,构建适用于研究区的ESV评估模型,分析了岷江上游2000-2035年土地利用及ESV的时空动态变化。结果表明：1）岷江上游土地利用类型以林地和草地为主。建设用地和耕地面积持续增加,草地、水域和未利用地呈现波动变化;2）2015-2035年和2000-2015年相比,ESV增幅下降,土地提供生态系统服务的能力有所降低。维持生物多样性、保持土壤、气体调节、水文调节和气候调节是岷江上游生态系统的主要功能;3）岷江上游中东部及河谷地带是ESV低值及损失冷点集中区,西部地区是ESV高值及增加热点集中区;4） ESV对系数缺乏弹性,林地和草地面积的变化是引起生态系统服务价值变化的主要敏感因子。研究结果对研究区土地利用格局优化以及推行生态文明建设具有重要参考意义。     

黑河流域生态系统服务价值预测及权衡分析--以张掖市为例

土地利用变化将改变区域生态系统服务的稳定供给能力,进而对区域生态稳定和可持续发展构成威胁。中国西部地区快速城镇化背景下,扩张的经济发展需求对土地利用变化产生了重大影响。以丝绸之路经济带规划的重要节点城市张掖市为例,基于土地利用变化均衡分析(CGELUC)模型及土地利用动态模拟(DLS)模型,模拟了多情景下张掖市2010-2030年的土地利用变化时空分异特征,并通过生态系统服务价值(ESV)估算、空间自相关分析等方法分析并预测了ESV及其时空演变特征,集中分析了多情景下2030年张掖市ESV各项服务间的权衡与协同关系。结果表明:(1)2010-2030年张掖市土地利用格局变化显著,建设开发情景下城镇建设用地扩张最为剧烈,建设用地增长7.41%,耕地面积减少11.05%;生态保护情景下城镇扩张最为和缓,同时未利用地减少明显,面积降低1088km²,主要向林地、草地、水域等生态用地发生转化。(2)2010-2030年张掖市ESV在基准情景和生态保护情景下分别增长6.43、13.16亿元,建设开发情景则整体仅增加1.53亿元。(3)供给、调节、支持与文化4种单项ESV,基准和生态保护情景下均呈现显著上升趋势;建设开发情景下有3项呈现缓慢的增长趋势,且该情景下供给服务则始终呈现下降趋势。(4)各单项生态系统服务协同关系明显,东南-西北轴线南北两侧区域表现为协同关系,仅有少数区域表现为权衡关系,且供给-文化服务的权衡关系较为明显。本研究可为西部城镇化快速发展地区统筹经济发展与生态保护提供科学方案。     

近30年鄱阳湖滨岸缓冲带土地利用变化及生态系统服务价值

滨岸缓冲带作为湖泊生态系统的重要组成部分,研究其土地利用变化及生态系统服务价值（ESV）对维持湖泊水安全和生物多样性具有重要意义。基于1988-2018年间7期Landsat遥感卫星影像数据,采用土地利用相关分析、ESV当量因子估算等方法,深入分析了鄱阳湖滨岸缓冲带近30年土地利用时空演变特征及ESV变化。结果表明：（1）近30年鄱阳湖滨岸缓冲带土地利用类型逐渐形成了以耕地为主导,林地、草地、水域、建设用地等主要地类占比相对均衡的格局。耕地面积明显增加,增幅为21.48%;建设用地和林地面积增幅分别为542.90%和326.23%,耕地、水域、草地是二者面积增加的主要来源;草地面积出现明显减少,幅度达66.79%,主要转变为林地、耕地和水域;水域和未利用地面积出现小幅减少。研究区内,南昌县综合土地利用动态度以1.81%高于其他11个区（县）,土地利用较其他区（县）出现更大的变化。（2）近30年鄱阳湖滨岸缓冲带生态系统服务价值总体呈现先上升后下降的趋势,总损失25.54亿元,降幅为24.18%;各类ESV的变化趋势与各土地利用类型面积变化的趋势相似,其中水文调节为研究区内最主要的生态服务功能,占总ESV的66.03%。（3）水域和草地对ESV变化的贡献率最大,是鄱阳湖滨岸缓冲带ESV变化的主要影响因素;水域面积减少是导致滨岸缓冲带ESV下降的主要原因。总体而言,修复和保护滨岸缓冲带内的水域和草地对维持鄱阳湖生态系统生物多样性和服务功能具有重要作用,对周边乃至长江中下游地区的生态环境保护亦具有重要意义。     

基于土地利用变化的生态系统服务价值及其改善效果研究——以内蒙古自治区为例

以内蒙古自治区为例,基于土地利用与生态系统服务价值(ESV)的关系,提出将生态改善效果纳入生态服务功能综合评价的分级方法,并分析生态服务功能的空间分布格局,揭示生态改善与生态系统服务价值的对应关系。结果表明:(1)2015年研究区ESV为1.87万亿元,区域整体生态环境质量水平提升;(2)研究区的生态改善具有空间分异特征,高ESV改善区仅集中于大兴安岭等高生态价值区,其余地区生态改善不明显,甚至呈恶化趋势,造成地区间差距不断扩大;(3)生态系统服务的提供程度与生态改善效果具有高关联性,依据各功能和生态改善水平可将研究区划分为北部大兴安岭核心区、中部高覆盖草原区两类高值区,以及西部沙地区、南部沿黄河地区和东部科尔沁地区三类低值区。生态管控措施应综合生态服务功能与生态改善效果的匹配程度,以达到减小区域ESV差距、促进生态环境协调发展的目的。     

张掖黑河湿地自然保护区生态服务功能价值评估

张掖黑河湿地国家级自然保护区地处内陆干旱区,是西北典型的内陆河流湿地生态系统,具有多种重要的生态服务功能。通过野外调查和实验室分析,借助市场价值法、碳税法、影子工程法、生态价值法、旅行费用法等生态服务功能评估方法,对研究区湿地的各项生态功能进行了价值估算。结果表明,黑河湿地自然保护区生态服务功能总价值约为32.89×108元,其中各生态服务功能的价值量依次为:调蓄洪水功能湿地固碳释氧功能旅游休闲功能提供水源功能气候调节功能物质生产功能生物栖息地功能科研教育价值功能降解污染物功能。直观的货币价值突显了保护区湿地对区域经济发展的重要性,同时也为我国湿地生态系统的保护和管理提供科学的理论依据。     

晋北典型矿农城复合区生态系统服务价值权衡与协同

受到人类剧烈活动的影响,矿农城复合区的土地利用类型在短时间内转换频繁,进而对生态系统服务价值的变化产生显著影响,严重威胁区域生态系统的稳定性和可持续发展。分析和预测矿农城复合区生态系统服务价值(Ecosystem Service Value, ESV)时空演变特征、权衡与协同关系,对协调区域生态功能和人类需求具有重要意义。以晋北典型矿农城复合区为例,基于未来土地利用模拟(Future Land Use Simulation, FLUS)和价值当量表估算法,分析并预测了1990—2026年土地利用类型及ESV变化,同时结合相关性指数分析2026年不同情景下生态系统服务间的权衡与协同关系。结果表明：(1)2018—2026年研究区土地利用格局变化显著,主要表现在农用地、损毁地以及其他地类的相互转换上。在不同的发展情景下,2026年研究区的ESV存在较大的差异。自然、经济及生态发展情景的ESV总量依次为1.87亿元,1.69亿元和2.01亿元。(2)1990—2018年间,矿区土地复垦为研究区带来ESV增量1.95亿元。其中,第一阶段和第二阶段带来的ESV增量分别为1.86亿元和0.09亿元...     

Land use change in farming-pastoral ecotone and its effects on ecosystem services value: A case study in West Jilin,China

This study analyzed the effects of land use change in West Jilin on ecosystem services value (ESV) in a long time scales (1976–2013) based on Pay Index. The results showed that the main characteristic of land use change in study area was area reduction in grassland and marsh, and area increase in arable land and alkali-land. However, land use change in Period 1 (1976–2000) got a faster rate than in Period 2 (2000–2013). The ESV in West Jilin mostly contributed by marsh, farmland, water, and grassland. The total value of ecosystem services increased from 21.65 billion yuan to 64.28 billion yuan during 1976–2013. Based on the Pay Index in 2013, ESV had an average annual reduction of 170.4 million yuan in Period 1, mainly caused by the conversion of marsh and woodland to other land use types. ESV in West Jilin lost about 115.02 million yuan per year in Period 2; the most important reason was that marsh converted to other types of land use. From the point of view of ecological service type, value of supporting service, regulating service, and cultural service was sustained or reduced both in Period 1 and in Period 2. However, the change of provisioning service value showed a slight upward trend during 1976–2013. Overall, land use change in West Jilin in recent 37 years lead to a continuous reduction in regional ESV, especially in Period 1.     

典型山区生态系统服务对居民福祉影响的空间差异及动态特征——以川西山区为例

明确山区生态系统服务对居民福祉的局域空间影响是开展生态系统可持续管理决策的重要基础,对助推山区人地协调发展具有积极促进作用。基于2000、2005、2010和2015年4期土地利用数据和社会经济数据,以西部典型山区川西为案例,采用生态系统服务价值当量评估法和人类福祉框架构建指数评估模型,通过地理加权回归（GWR）探析生态系统服务对县域居民福祉的空间驱动特征与动态变化,识别影响福祉的主导生态系统服务因子。结果表明：（1）川西山区居民福祉呈同质集聚,空间依赖关系逐步减弱,"高-高"与"低-低"集聚在南北分异明显。（2）全域上生态系统服务因子对居民福祉具有显著负向影响,阻滞效应趋于减缓。（3）局域空间上影响系数具有方向和程度异性,西部减量效应明显,阿坝州和凉山州东北部增量效应显著,敏感程度从东南向西北梯次递减,负向敏感性强于正向敏感性,空间差异随时间变化趋于缩小。（4）供给与文化服务是影响川西山区居民福祉的关键生态系统服务,主控区域随时间变化在川西东北部和西部交替。山区生态资源红利释放应以新发展理念为导向,通过生态文明建设、生态经济提质、资源有偿使用和生态补偿制度设计助推生态资源价值创造与转换,实现山区可持续发展。     

雄安新区上游白洋淀流域水质净化提升目标下的生态恢复格局优化

白洋淀流域是雄安新区重要的淡水来源之一,流域内退耕政策在改善水质同时大幅降低了农田面积。如何通过退耕空间规则的优化权衡水质净化效率与农田面积是亟待解决的问题。通过设置基于不同退耕规则的情景,并与实际情景对比,提出了退耕规则的优化方案。结果表明：相同面积下,河岸带退耕的水质净化效率高于坡耕地退耕;相同退耕规则下,退耕还林驱动的水质净化效率高于还灌,还草;单位面积河岸带退耕的水质净化效率随缓冲区距离增加而降低;300m河岸带退耕还林情景下的水质净化率提升高于其他所有模拟情景,也比实际退耕情景（2015）高,同时农田面积降幅也低于实际情景。研究表明通过对退耕规则进行空间优化不仅能够满足区域水质净化提升的目标,还有利于保障区域农田面积,减少生态系统服务间的权衡。     

近30年淀山湖地区生态系统服务价值对土地利用变化的响应

水源是区域和城市发展的重要保障,研究其生态系统服务的变化及其影响因素对水源跨区域联防联治有重要意义。利用淀山湖地区1984、1993、2006和2014年的遥感影像,通过修正生态系统服务价值当量因子,基于GIS空间分析技术对淀山湖地区1984—1993年、1993—2006年、2006—2014年土地利用变化及生态系统服务价值(Ecosystem Service Value, ESV)进行了分析。结果表明,淀山湖地区林地面积和建筑用地面总体呈增加趋势,而耕地面积和水体面积呈下降趋势。ESV结果显示,1984—2014期间水体ESV减少了2.15亿元,耕地的ESV减少了2.41亿元,林地的ESV增加了2.50亿元。各土地利用类型ESV敏感性指数均小于1,说明研究区生态系统服务价值是缺乏弹性的。在乡镇尺度,仅朱家角镇和锦溪镇ESV呈现净增长;在省市级尺度,江苏省境内的总土地单位面积ESV减少,而上海市境内的总土地单位面积ESV增加。驱动力分析表明,自然因素和社会经济因素均对ESV有影响,人口密度、区域总产值与ESV存在显著相关性。可见,土地利用方式的改变显著影响生态系统服务价值,合理的土地利用将有利于提高总土地单位面积生态系统服务价值。     

区域湿地生态系统结构与功能变化对生态系统服务价值的影响——以海口市为例

利用海口市1959年地形图和1976、1985、1995、2005、2018年5个年份影像数据的精确配准与解译,基于当量因子的生态系统服务价值(Ecosystem services value,ESV)评估方法,构建了湿地生态系统结构与功能变化对其ESV影响的评估模型,分析了湿地ESV的动态变化。结果显示：(1)基于面积效应的ESV计算结果表明,1959 - 2018年全市ESV损失10.73亿元。1959 - 2018年各项ESV中仅供给服务ESV增加0.58亿元,调节服务、支持服务、文化服务ESV分别减少5.09、1.87、0.47亿元;(2)ESV动态模型修订后的生态系统服务价值当量显示,仅浅海水域、淤泥质海滩和海水养殖场的ESV当量有所增加;沙石海滩、红树林、三角洲/沙洲/沙岛、洪泛湿地/内陆滩涂、淡水湖、河流、水库的ESV当量损失严重;淡水养殖场、农用池塘/坑塘水面、水田、其他用地的ESV当量损失较轻;建设用地ESV当量持续减少;(3)不同空间尺度的湿地ESV损失结果存在差异。湿地ESV评估中,湿地的自我调节和恢复能力不容忽视,外界干扰下湿地生态服务功能变化的阈值有待于进一步研究。     

广州市土地利用变化对生态系统服务价值的影响研究

土地是各种陆地生态系统的载体,土地利用是人类生存与发展不可缺少的活动,是人与自然交叉最为密切的环节,土地利用/覆盖的变化必然影响生态系统的结构和功能。在Constanza生态系统服务价值理论基础上,结合谢高地等对中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表,计算了1996~2005年间广州市生态系统服务价值的变化。由于建设用地和养殖水面对耕地及其他农用地面积的占用,以及水域生态价值系数较高,使得广州市10年间的生态系统服务价值(ESV)变化不大,增加了1.08亿元,但人均占有量(Ave(ESV)却下降了30.11%。各种土地利用方式的生态系统服务价值的敏感性指数(CS)均小于1,表明其对生态系统的价值变化是缺乏弹性的。耕地面积的变化主要影响广州市的粮食安全问题,而水域的变化则对生态系统服务价值变化起放大作用。     

福建安溪县乡镇土地生态系统服务价值的演变机制

为了厘清土地利用变化与生态系统服务之间的互作关系,本研究采用生物量因子和社会经济因子调整系数修正传统生态系统服务价值评估模型,对1999—2019年安溪县所属24个乡镇生态系统服务价值(ESV)进行评估,探究其对土地利用变化的生态响应。结果表明: 研究期间,安溪县24个乡镇ESV呈整建制递减,减幅为0.004～0.295亿元;林地和耕地对ESV的贡献率最大,其次为草地和水域,其余地类对ESV的贡献为负值;将其他地类转变为林地可提高ESV,而转变为园地面积(主要是茶园面积)则导致ESV降低。采用化肥单一化宿根栽培管理茶园导致ESV降低,而茶园生态栽培能有效提高茶园土壤微生物多样性,改善土壤肥力,提高ESV。