中国快速城市化区域生态系统服务价值预测及权衡研究——以佛山市为例

中国快速城市化区域由于经济迅速发展需要以及人类活动不断干扰，导致土地利用变化剧烈，影响生态系统功能发挥和服务供给，给予生态环境带来巨大压力。分析和预测快速城市化区域生态服务价值（Ecosystem Service Value，ESV）时空演变特征、权衡与协同关系，对协调区域可持续发展具有重要意义。通过FLUS（Future Land Use Simulation）模型、价值当量表估算法、皮尔逊相关分析和双变量自相关等方法，分析并预测2005-2025年佛山市土地利用变化对ESV的影响，同时探究2025年多情景下生态系统服务之间的权衡与协同关系。结果表明：①2005-2025佛山市土地利用格局变化明显，生态保护情景下土地利用变化程度最缓和。②2005-2015年ESV共下降11.41亿元，经济发展情景下的ESV下降趋势最明显。③供给、调节、支持与文化4种单项ESV，分别下降1.95、5.02、4.08、0.36亿元；生态保护情景下的各项ESV均上升。④生态系统服务之间均存在明显的协同作用，经济发展情景下的协同关系最显著；西南和东北区域主要表现为协同关系，局部区域表现为权衡关系。研究结果可为快速城市化区域生态系统功能调控和生态安全格局构建提供一定的思路。     

多情景模拟下重庆市土地利用变化对生态系统健康的影响

模拟多情景下区域土地利用变化引起生态系统健康状况改变,对优化用地格局和保障区域生态安全具有重要意义。基于重庆市2000-2020年土地利用和生态系统健康动态演变特征,运用生态系统健康模型和斑块生成土地利用模拟(PLUS)模型模拟自然发展(ND)、生态保护(EP)和城镇发展(UD)三种情景下土地利用变化对生态系统健康的影响程度。结果表明:(1)2000-2020年建设用地扩张迅速,耕地面积减少最多,主要向林地和建设用地转移;生态系统健康状况整体呈现向好趋势,但区域差异显著。(2)2030年土地利用类型仍以耕地、林地为主,ND、EP和UD情景的建设用地规模较2020年分别增加63.59%、44.54%和100.13%,中心城区成为建设用地扩张集聚地。(3)2030年ND和UD情景的生态系统健康值较2020年均减小,建设用地增加和林地减少成为其健康退化的重要原因;而EP情景的健康值呈上升趋势,与反映生态系统健康对土地利用变化响应弹性结果相反,可见EP情景下的土地利用优化是实现区域生态系统健康可持续发展的有效途径。研究结果可为研究区生态系统保护管理与土地利用政策优化提供参考依据。     

“山地-绿洲-荒漠”复合系统土地利用变化的生态系统服务权衡与协同效应——以张掖市为例

开展复合生态系统土地利用变化的生态服务效应研究可为优化国土空间格局和强化生态系统管理提供重要的基础依据。以干旱区"山地-绿洲-荒漠"复合系统的典型区域张掖市为例，基于1987年、2000年和2018年3期土地利用数据，以乡级行政区为基本单元，引入相对优势度指数划分山地、绿洲、荒漠子系统，研究复合系统的土地利用变化特征及生态系统服务权衡/协同效应。结果表明：（1）张掖市复合系统呈现地域分异特征，由南部山地系统，中部绿洲系统和北部荒漠系统构成；山地系统以林地和草地为主，绿洲系统以耕地和建设用地为主，荒漠系统以未利用地为主。（2）从时间上看，2000-2018年各系统的土地利用变化更强烈，其中，绿洲系统的耕地面积增加量最大，为363.08km²，荒漠系统的建设用地面积增加幅度最大，为78.23%。各系统土地利用转移模式为：山地系统以草地转耕地为主，绿洲系统和荒漠系统以未利用地转耕地为主。（3）张掖市复合系统的生态服务价值呈增加趋势，其中，荒漠系统生态服务价值量的增幅最大，各子系统的价值量之间的关系表现为山地系统 > 绿洲系统 > 荒漠系统，耕地对各系统生态服务价值贡献量最大。（4）张掖市土地利用变化的协同效应大于权衡效应，其中荒漠系统的生态服务之间均为协同关系，山地系统中供给服务与其他服务呈现权衡关系，占比32.73%，绿洲系统中调节服务与其他服务呈现权衡关系，占比18.18%。     

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...     

闽三角城市群生态系统服务权衡的时空动态与情景模拟

闽三角城市群由厦门、泉州和漳州3个城市组成,是我国沿海开放地区之一。21世纪以来,快速的城镇化过程严重影响了该区域的生态安全以及生态系统服务功能,制约了当地的经济社会可持续发展。因此,研究闽三角城市群的生态系统服务权衡协同关系,对该区域的生态安全协同联动管理以及社会经济可持续发展具有重要意义。估算了闽三角城市群的保水服务、保土服务、NPP和食物供给4种生态系统服务功能,使用空间分析和空间统计等方法分析其时空动态变化和相互之间的权衡协同关系,并在不同情景下模拟了2030年的生态系统服务空间分布和权衡关系。结果表明:2005—2015年来,闽三角城市群的保水服务、保土服务、NPP和食物供给四种生态系统服务功能均呈下降趋势;在2005—2015年间,闽三角城市群的保水、NPP与保土3种服务之间呈现协同关系,食物供给服务与其他三种服务均呈权衡关系,虽四种服务的权衡协同关系未变,但权衡协同程度发生了复杂的变化;在空间分布特征上,晋江流域的生态系统服务权衡协同程度均高于九龙江流域,闽三角3个城市的生态系统服务权衡协同关系统一呈现厦门市泉州市漳州市;在不同情境设置中,自然情景下4种生态系统服务出现大幅降低,协同关系主要呈降低趋势,而权衡关系加剧,与规划情景相比,保护情景下的协同关系更高,权衡关系更低。     

海湾型城市生态系统服务权衡的情景模拟——以福建省泉州市为例

海湾型城市拥有丰富的海陆资源和较大的环境承载力,但人口和产业环绕海湾高密度聚集也让海湾型城市成为典型的生态环境脆弱区.本研究以典型的海湾型城市泉州市为例,基于土地利用数据、气象站点数据、地形数据和统计数据等多源数据,运用Logistic-CA-Markov耦合模型,设置自然情景、规划情景和保护情景,模拟了2030年3种不同情景下泉州市的土地利用及景观格局的变化,并进一步预测和估算了保水、保土、固碳(净初级生产力)和食物供给4种关键的生态系统服务功能及权衡关系.结果表明: 3种情景之下,2030年泉州市的耕地和建设用地面积增加,林地、草地和水体面积有不同程度减少,土地利用的破碎化程度加剧.与2015年相比,除保土服务功能外,泉州市2030年的保水、固碳和食物供给服务功能都出现了不同程度的下降;自然情景下生态系统服务功能的降幅更大,保护情景下的降幅低于规划情景.在保护情景和规划情景下,2030年的保水服务与保土服务、保水服务与固碳服务、保土服务与固碳服务的协同关系均增强,权衡关系减弱.     

城市土地利用变化对生态系统服务价值影响的多情景模拟——以深圳市为例

深圳市作为粤港澳大湾区城市化水平最高、经济最为发达区域，其快速变化的土地利用方式对生态系统服务价值产生了深刻影响。基于1995—2015年深圳市土地利用和生态系统服务价值(ESV)变化规律，运用FLUS模型与ESV算法，设定自然发展、城市发展、耕地保护和生态保护4种情景，模拟不同情景下土地利用变化对ESV的影响。结果表明：(1) 1995—2015年转出量最高的地类是草地，草地与林地间存在密切相互转化关系，除建设用地外，其余地类均呈“入不敷出”态势；(2) 1995—2015年ESV总价值的下降趋势由迅猛变化为和缓，调节服务是深圳市最主要的生态系统服务功能，其次则是支持服务功能；(3)秉持粤港澳大湾区建设基本原则，以2035年为目标年，设定了自然发展、城市发展、耕地保护和生态保护四种情景，发现自然发展和城市发展的ESV总价值损失量较高，建筑面积的增加和草地面积的大规模减少成为两情景下生态系统服务价值减少的关键。生态保护情景下，虽然ESV总价值减少趋势并未有效遏制，但减少量明显少于其余三种情景，成为未来深圳市土地利用优化的最优情景。     

基于格网的伏牛山区土地利用变化对生态服务价值影响研究

以我国南水北调中线引水工程水源地所在的伏牛山区为例,测算、分析了1990—2015年土地利用变化和生态系统服务价值(ESV),在此基础上探究土地利用变化对ESV的影响。结果表明:(1)研究期间,伏牛山区建设用地大幅增加,耕地和草地大幅下降,耕地和建设用地相互均有较大规模转换。(2)林地是伏牛山区最主要的生态用地,调节服务和支持服务构成了伏牛山区ESV的主体;ESV高值区分布于伏牛山区中部高海拔林区,低值区分布于周围地势较平坦的耕地和建设用地区域;除林地、水域和未利用地ESV有小幅增加外,其他地类的ESV均快速减少,致使伏牛山区生态系统服务总价值减少。(3)ESV损失区域主要分布于各县的城镇边缘区以及栾川县的采矿区,可通过保护林地和水域、退耕还林、农居点整理、绿色矿山等土地调控政策提高生态服务价值。将土地利用变化图谱与ESV变化热点分析结合,可为从空间上研究土地利用变化对生态系统服务价值的影响提供新的研究框架,为伏牛山区土地利用精准调控提供政策依据。     

渭河流域生态系统服务权衡优化研究

研究生态系统服务之间以及与土地利用类型之间的复杂关系,进行生态系统服务导向下的土地利用优化,对实现社会经济与生态保护协调可持续发展具有重要的意义。以渭河流域关中-天水经济区段(简称关天段)为研究对象,在子流域尺度估算了2000—2013年的生物多样性、固碳和产水3种生态系统服务量,定量化研究彼此之间的权衡和协同关系;并利用CA-Markov模型预测2050年土地利用变化情景,以此测算未来情景下的生态系统服务并引入生产可能性边界(PPF)方法,进行权衡与协同分析,探究2050年最优生态系统服务下的土地利用格局。研究得出:(1)2000—2013年研究区的总产水量呈增加趋势。秦岭与六盘山地区总固碳量较大,生物多样性质量较高;而关中平原地区人口和城市分布较多,固碳能力较差,生境退化度普遍较高。(2)固碳与生物多样性之间呈现协同关系,而产水与生物多样性和产水与固碳之间均表现为权衡关系。(3)绘制了2050年的生态系统服务下的最优帕累托效率曲线,并进一步进行权衡协同分析,得到相对应的土地利用优化图。将生态系统服务及权衡需求纳入到土地决策和优化管理过程中,将有助于研究区的生态,社会和经济达到共赢状态。     

榆中县土地利用转型与生态系统服务价值的时空演变研究

生态系统服务价值(ESV)是区域生态安全的重要表征, 识别土地利用转型引起的生态系统服务价值变化, 对区域生态环境保护具有重大意义。基于2008年和2018年榆中县土地利用数据, 借助ArcGIS 软件, 运用价值当量因子法、生态系统服务价值变化指数、空间统计分析等方法, 分析了榆中县土地利用转型对生态系统服务价值变化的影响。结果表明: (1)2008—2018年, 榆中县耕地、草地面积减少, 建设用地面积增加, 耕地—建设用地、草地—耕地、草地—建设用地是榆中县土地转型的主要模式。(2)研究期间, 榆中县生态系统服务价值总体呈下降趋势, 其中草地ESV占比最大, 占比达54%, 单项ESV以水文调节和气候调节为主, 二者累计占比接近ESV总量的50%。(3)榆中县ESV空间分布具有明显的空间正相关性, ESV的热点区位于榆中县南部, 冷点区位于榆中县中部, ESV空间分布呈现南部高, 中部低, 北部较高的特征, 且ESV低值区在榆中县中部进一步扩散。研究结果可以为区域生态环境保护和土地管理提供科学参考。     

低碳发展背景下北京市土地利用与生态系统服务多情景模拟研究

在全球气候变化的背景下,合理协调低碳减排与经济效益之间的关系,进而指导土地利用优化配置,对于推动经济社会低碳转型与生态系统服务价值的提升具有重要意义。通过耦合多目标规划(MOP)与斑块生成土地利用模拟模型(PLUS),针对北京市构建了自然演变、经济优先与低碳发展这3种未来发展情景,并对不同情景下2030年土地利用与生态系统服务价值进行模拟评估。在此基础上,进一步对北京市未来生态系统服务提升区域进行识别,将传统的多情景土地利用模拟研究进行了延伸与扩展。结果表明：(1)3种情景下的土地利用结构与空间布局存在差异,低碳发展情景下东南部平原区建设用地的扩张与耕地面积的减少趋势得到了有效控制,西北部山区的林地面积有较大幅度的增长。(2)低碳发展情景下的生态系统服务价值总量约为590亿元,高于另外两种情景,且从空间分布上来看,该情景下服务价值提升区域的面积也显著高于其他情景。(3)低碳发展情景下,北京市生态系统服务提升潜力较大的区域面积占比约7.98%、潜力中等区域的面积占比约26.57%,潜力较低区域的面积占比约65.45%。     

青弋江流域生态系统服务评估与权衡研究

研究生态系统服务价值变化特征及多种服务之间的权衡协同关系,对平衡经济发展与环境保护具有重要意义。基于修订的当量因子表,结合2000、2009、2018年3个时期遥感解译获取的土地利用数据,运用生态系统服务权衡协同度模型、敏感性分析、空间自相关、土地利用程度综合指数模型等分析了青弋江流域生态系统服务价值（Ecosystem Services Value,ESV）的时空演变特征及9种生态服务之间的权衡协同关系。结果表明：（1）2000、2009及2018年的生态系统服务价值分别为285.19、351.26和294.68亿元,价值总量呈先增后减的变化趋势,其中2009-2018年间总ESV下降了16.1%,生态服务趋于退化。整个研究时段内,林地对ESV的贡献量最大,其次是耕地和水域。（2）2000-2009年,单项生态系统服务间以协同关系为主导,协同率为77.8%,食物生产服务与本研究中的其他服务之间均为权衡关系;2009-2018年间生态系统服务间的关系与前9年基本一致,但食物生产服务与其他服务功能之间的权衡度呈增强的趋势。（3）敏感性分析表明,各时期的敏感性指数（CS）值均小于1,表明基于修订的当量因子表计算获得的生态系统服务价值系数符合青弋江流域的实际情况,计算结果可靠。（4）生态系统服务价值存在较强的正向空间自相关,但集聚程度有下降的趋势。双变量空间自相关分析表明当土地利用程度增强时,生态系统提供的总服务价值或单项服务价值均会降低。研究结果可为青弋江流域土地利用结构的优化调整及生态环境保护提供参考信息。     

不同SSP-RCP情景下中国生态系统服务价值评估

定量评估生态系统服务价值是人类合理利用和管理生态系统的重要依据,未来气候情景下土地利用变化模拟及其对生态系统服务价值的影响评估对于区域生态系统服务管理、开展生态功能区划及减缓和适应气候变化等方面具有重要意义。基于最新IPCC共享社会经济路径(SSPs)和典型浓度路径(RCPs)的科学组合情景模拟得到的土地利用情景数据,对2020—2050年我国生态系统服务价值进行估算,并对2050年生态系统服务间的权衡与协同关系进行讨论,主要得到以下结论：生态系统服务价值(ESV)在2020—2050年表现为SSP1-RCP2.6>SSP2-RCP4.5>SSP3-RCP6.0,SSP1-RCP2.6情景下2020年ESV为12.39×10⁴亿元,2050年ESV为12.34×10⁴亿元;SSP2-RCP4.5情景下2020年ESV为12.17×10⁴亿元,2050年ESV为12.11×10⁴亿元;SSP3-RCP6.0情景下2020年ESV为12.02×10⁴亿元,2050年ES...     

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...     

人类活动对资源型城市生态系统服务价值的影响——以鄂尔多斯为例

资源型城市通过资源开采驱动城市快速发展,同时通过生态恢复维持生态系统稳定。探究典型人类活动对资源型城市生态系统服务的消极和积极影响对于可持续城市建设具有重要意义。以鄂尔多斯市为例,基于1990-2018年土地利用/覆盖、NDVI等数据,修订了生态系统服务价值计算方法,量化了区域生态系统服务价值的时空格局,进而评估了人类活动过程对生态系统服务的影响。研究结果表明,研究时段内鄂尔多斯市城镇建设用地、林地和草地面积总体增加,耕地及未利用土地面积减少。区域生态系统服务总价值总体呈上升趋势,从1990年的2312.24亿元上升至2018年的2421.38亿元,增加了4.72%。2000年以后鄂尔多斯市退耕还林、未利用地植被恢复等措施使得生态系统服务价值增加了113.53亿元,同期城镇建设用地扩展占用生态生产用地导致生态系统服务价值减少了91.36亿元,生态建设的积极影响大于城镇建设用地扩展的消极影响。     

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.