武汉城市圈生态服务价值时空演变分析及影响因素

基于2005—2015年武汉城市圈土地利用变化过程,采用专家打分法对"中国生态系统单位面积生态服务价值当量表"进行修订,定量测算生态服务价值(ESV,Ecological Service Values)并比较不同功能与服务,分析武汉城市圈ESV的时空演变特征,以生态服务估算价值为基础构造了经济、景观与ESV三者之间的双对数空间回归计量模型;挖掘ESV时空变化的驱动因素,为区域生态系统管理提供科学基础。研究结果表明:2005—2015年间,武汉城市圈ESV逐年减少,2005年为176.175亿元,2010年为169.296亿元,2015年为153.717亿元;ESV在空间上呈现较为显著的地区空间差异,呈现以武汉市区为圆心的由外向内环层递减结构;从不同功能价值和单项服务来看,区域生态功能的调节服务文化服务供给服务,其中食物生产又是最为主要的单项服务功能,且在历年价值逐渐减少的同时保持相对稳定变化;驱动力影响机理的研究结果表明,生态服务价值总量与单项服务价值均与农村居民人均可支配收入和景观AI(Agglomeration Index)聚集度指数呈显著的负相关关系,与农业总产值显著正相关。社会经济的快速发展和区域景观格局的改变影响着生态系统的格局特征与生态过程,社会经济发展与景观演变一起共同影响与作用于生态服务功能并表征于货币经济核算价值的相对正负变化,为开展区域生态功能保护与补偿、促进区域性可持续发展提供了科学参考。     

武汉城市圈生态网络时空演变及管控分析

武汉城市圈正历经城乡发展转型升级和空间格局调整,生态用地受到一定挤压和切割占用,生态系统功能和景观生态格局受到一定程度的扰动,为贯彻生态文明建设和绿色低碳环保发展的要求,构建以生态廊道、生态节点所组成的整体城市圈的生态网络空间体系。基于形态学空间格局方法和最小累积阻力模型构建4个时期（1990、2000、2010和2018年）的生态网络,利用景观连通性指数和重力模型对源地和廊道进行重要性评价,并提出武汉城市圈生态网络管控的建议。结果表明：（1）1990-2018年,武汉城市圈生态源地总体上表现为逐渐减少的趋势,从16个减少为10个;从空间上看,大型源地斑块并未发生变化,主要分布在研究区南部和北部,林地和水域是生态源地的主要组成景观,但细碎斑块大量减少对区域生态网络具有较大影响。（2）4个时期研究区的生态廊道分别为66条、120条、99条和45条,廊道数量呈现减少的趋势;重要廊道主要分布在研究区北部和东南部,对南北之间的物质和能量交换具有重要作用。（3）景观连通性南北高东西低,中部地区受人类活动干扰综合阻力大,东西部生态节点较少,物种迁移阻碍较大。（4）通过建设踏脚石、修复生态断裂点和廊道差异化保护策略以增强区域景观连通性,促进生物多样性保护,提升生态网络的稳定性。"两型社会"试验区设置后武汉城市圈生态网络水平呈现优化态势,但生态源地之间的相互作用关系还有待增强。研究结果为城市圈未来的国土空间规划和重要生态系统保护和修复工程提供科学参考。     

基于时空地理加权模型的中国沿海地区自然资本动态演变与生态补偿

海陆交错地带是经济与生态矛盾最为突出的敏感性地带,明晰沿海地区自然资本动态演变,核算和评估其生态补偿金额对区域可持续发展具有重要意义。采用扩展的三维生态足迹模型,对2009—2019年中国沿海地区自然资本占用情况进行量化,并利用时空地理加权模型进行驱动力因素分析,同时计算各地区2017年生态补偿金额。结果表明：研究期间,中国沿海地区人均生态足迹先升后降,总体增幅为42.4%,人均生态承载力变幅较小,人均生态赤字增幅达51.5%,人类活动对生态环境的胁迫越来越强;足迹深度和足迹广度持续增加,需要近9个沿海地区的自然资本流量才能满足其发展,且需要消耗自然资本存量或引入区域外存量来填补不足;经济发展和产业结构对自然资本利用影响较大且存在时空异质性;生态补偿支付区占比较大且补偿金额差异显著。通过量化沿海地区自然资本利用格局与动态演变趋势,分析其影响因素并进行生态补偿测算,可以为区域生态文明建设和管理提供决策参考。     

区域一体化视角下长三角地区生态用地时空演变影响因素

区域一体化在推动要素流动、整合地区资源、提高区域竞争力的同时,也为生态用地带来一定风险与压力,造成生态用地规模缩减、景观格局破碎、生态功能降低等问题。探讨区域一体化背景下生态用地的时空演变特征与影响因素对于平衡区域发展与生态保护的关系、制定合理生态用地保护策略、实现区域协调可持续发展等具有重要意义。以长三角地区为例,在分析生态用地时空演变的基础上分别构建两个地理加权回归（GWR）模型,一个模型为考虑区域一体化因素的实验组,一个模型则是不考虑区域一体化因素的对照组,通过结果对比分析区域一体化对长三角地区生态用地演变的影响,结果表明：（1）2000-2020年间,长三角地区生态用地规模缩减显著,减少166.56×10⁴ hm²,生态用地急剧减少时间集中在2015-2020年间;（2）长三角地区生态用地减少面积的时空演变具有以上海、江苏南部和浙江北部为中心向周边地区扩散的趋势,扩散方向覆盖长三角全部地区,生态用地集聚性快速减少区域则以安徽中北部、江苏北部地区为主;（3） GWR回归对照试验分析结果表明区域一体化对生态用地演变具有显著促进作用,其作用强度和作用范围伴随时间增加;（4）根据生态用地演变影响机制,长三角生态用地演变类型可分为内生驱动型、外生驱动型以及发展监测型,可为平衡国土空间开发与生态用地保护提供决策支持。     

山西省生态安全时空演变特征及影响因素

基于压力-状态-响应模型（PSR）,运用综合权重法对山西省2000-2018年的生态安全水平进行综合评价并分析其时空演变特征,采用Dagum基尼系数测度生态安全水平的区域差异与来源,利用空间计量模型进行影响因素探究。研究发现：2000-2018年山西省生态安全综合指数呈逐年增长趋势,生态环境改善明显,总体生态安全水平较低,不同行政单元尺度下增幅表现为省域 > 市域 > 县域。县域生态安全在空间上呈"带状"分布,呈现由中部向南北两侧递减的非均衡化空间格局,空间上集聚程度在增强。县域生态安全水平空间上存在非均衡性特征,非均衡性程度不断下降,空间差异的主要来源是子群间差异,并呈现明显的空间溢出效应,经济规模、人口密度、城镇化率、NDVI、高程是影响县域生态安全空间演变的关键因素。生态安全水平空间特征存在尺度效应,研究尺度越大,尺度效应的作用越大,需要在更大范围内维持生态系统功能的完整与可持续性的平衡。县域生态安全水平演化存在路径依赖现象,需创新发展模式摆脱路径依赖,实现路径突破。在经济发展的基础上维持生态系统相对稳定状态与人类社会经济持续发展之间的平衡,是促进区域生态安全水平提升,维持人与自然和谐相处的关键。     

武汉城市圈生态足迹时空差异及其与经济发展的协同性

自然资源的分配公平与配置效率是社会经济与生态环境之间协调发展的基础。本研究通过生态足迹方法,结合三维生态足迹模型,评价武汉城市圈10年间生态环境演变特征和生态压力,并运用基尼系数构建生态承载系数和经济贡献系数,分析生态足迹与经济发展之间的协同性。结果表明:武汉城市圈人均生态足迹呈先增后减的变化趋势,而人均生态承载力相对稳定,武汉城市圈整体处于生态赤字状态;足迹深度和足迹广度表明自然资本流量利用水平低且无法满足人类对自然资源的需求,对资本存量的消耗成为社会经济发展的常态;生态需求与经济增长匹配水平在各城市间匹配较好。武汉属相对"高经济贡献、低生态承载贡献"城市,黄冈市和咸宁市属相对"高生态承载贡献、低经济贡献"城市。     

甘肃省生态安全时空演变特征及影响因素解析

生态安全是维持经济社会与生态可持续发展的重要保障。西部大开发与"一带一路"倡议实施以来,西部城镇发展迅速,经济效益大幅提高,生态环境却面临极大挑战。因此,以西北地区重要生态屏障区甘肃省为研究对象,基于"省公顷"概念改进传统生态足迹模型,评价2005—2015年甘肃省生态环境演变特征和生态安全状况,定量解析其驱动因素。结果表明:(1)2005—2015年甘肃省人均生态足迹与人均生态承载力分别由0.51 hm²/人和0.22 hm²/人增加至0.69 hm²/人和0.47 hm²/人,生态承载力增加速度较快,但自然资源依旧呈"供小于求"的状态。(2)甘肃省人均生态赤字由-0.20 hm²/人变化至-0.33 hm²/人,生态恶化程度不断加深。生态压力也由2.07升至2.74,生态安全处于很不安全状态,总体"西北高、东南低"的格局与城镇化布局相一致。(3)各影响因素对生态安全变化的决定力存在明显差异,其中人均GDP对生态安全扰动最强,其余因素影响程度依次为"人均...     

基于地理探测器的伊犁谷地生境质量时空演变及其影响因素

利用1995—2015年土地利用分类成果,运用CA-Markov模型模拟预测2025年伊犁谷地土地利用的时空变化,结合InVEST模型评估1995—2025年伊犁谷地生境质量的时空格局,采用空间统计方法和地理探测器模型分析了生境质量的变化特征,并对生境质量的空间分布和变化趋势进行驱动因子探测、交互作用探测以及生态探测分析。结果表明:1995—2025年,耕地与建设用地面积呈逐渐增加趋势,林地与未利用地面积呈波动变化态势,草地与水域则出现减少态势,减少的趋势缓慢下降;生态退化度高值区主要在河谷平原耕作与城建区域且呈现条带状分布,应加强生态修复工程;低值区为高山林草地区域,总体上表现为低值区环绕高值区,呈现嵌套分布,应着重进行生态功能保护;生境质量与生态退化度的高、低值区域呈现相反的趋势;各县生态退化总体稳定,且退化程度较小,生境质量在1995—2015年处于下降趋势,2015—2025年有所上升;利用地理探测器识别出生境质量空间变化分布受自然和人为因子的综合作用,主导影响因子是土地利用,其次为坡度,在交互作用探测与生态探测中,各因子对生境质量空间分布的差异性表现显著,并呈现出双因子增强。     

黄河流域城市生态韧性时空演变及其影响因素

城市作为最复杂的社会生态系统,在经历经济快速积累、城镇化加快推进的同时,面临着资源短缺、环境污染、生物多样性锐减等生态环境挑战,增强城市生态韧性对城市可持续发展至关重要。从韧性的内涵角度评估城市生态韧性水平,探究城市防范内外生态风险能力的时空特征,剖析城市生态韧性差异的影响机制,对实施城市生态文明建设与风险防控具有指导意义。基于"演化韧性"视角从"抵抗-响应-转型"三个能力构建城市生态韧性指标体系,以黄河流域七大城市群59个地级市2011-2020年面板数据为例,运用熵权-逼近理想解排序法(熵权-TOPSIS法)、传统和空间马尔可夫链,在对黄河流域城市生态韧性进行定量测算的基础上,分析其时空特征。最后利用面板分位数回归深入探索黄河流域城市生态韧性影响因素的分段效应,提高对城市生态韧性影响机制的认识。结果表明:(1)2011-2020年,城市生态韧性均值在(0.092,0.125)范围内,呈现缓慢增长态势;离散程度呈倒"U"型变化特征趋势;空间上,城市生态韧性表现为"下游强、上中游弱",城市群内部以省会城市为核心向外围地级市递减,"中心-外围"的分布格局明显。(2)城市生态韧性主要在相邻等级之间进行递次转移,仍未实现跨等级转移,具有"路径依赖"和"自身锁定"特征;地理空间背景在城市生态韧性动态演变过程中发挥着重要作用,表现为"强强联合、低低临近"的集聚效应。(3)影响因素方面,经济发展水平、科技创新对城市生态韧性具有显著促进作用;产业结构对城市生态韧性表现为显著抑制作用,人口密度和环境规制对城市生态韧性不同分位点的影响作用存在显著的异质性。研究结果可为黄河流域全面推进生态保护与建设"韧性城市"提供一定的科学参考和理论依据。     

基于PSR模型的耕地生态安全评价及时空格局演变

耕地的生态安全关系到区域的可持续发展, 针对耕地生态安全现状, 以宁波市南郊小尺度区域为研究对象, 基于人与耕地的相互作用机理, 通过改进的PSR模型从而构建出适用于研究区域的评价体系, 采用熵权法和综合评价法, 对2005—2014年间宁波市南郊的耕地生态安全状况进行评价分析, 结果表明: (1)从时间尺度上看, 2005—2014年宁波市南郊耕地生态安全经历了“较安全—临界安全—较不安全—安全”的变化阶段。(2)从空间尺度上看, 各乡镇街道耕地生态安全状况存在着明显的区域性差异。西部地区整体水平较高, 东部地区次之, 其中东部以北最低; 2005—2014年宁波市南郊生态安全指数变化较小; 宁波市南郊生态安全指数呈现显著的空间集聚性, 高—高聚类显著性较弱, 低—低聚类显著性较强。     

基于地理加权回归的茶叶种植专业化空间格局及影响因素——以福建省安溪县为例

以专业化茶叶种植大县安溪县为例,通过评估各乡镇茶叶种植专业化水平,结合Pearson相关分析、普通最小二乘法模型(OLS)和地理加权回归模型(GWR),筛选出平均高程、农民人均纯收入、农业从业人口比重、距交通道路距离4个主要影响安溪县茶叶种植专业化程度的因素,并探讨其对茶叶种植专业化影响程度的空间分异规律.结果表明: 安溪县各乡镇茶叶种植专业化程度呈现显著的空间自相关,以县城为中心,茶叶种植专业化程度由近及远呈现出“低-中-高”的形似杜能农业区位模型的圈层结构;GWR的拟合度(0.624)高于OLS(0.595),且前者对空间数据的解释力更高;与杜能农业区位模型的市场距离决定机制相悖,茶叶种植专业化程度受山地自然环境因素的影响明显较社会经济因素更大;茶叶种植专业化程度与平均高程、农民人均纯收入、农业从业人口比重呈正相关,而与距交通道路距离总体呈负相关;茶叶种植专业化程度与平均高程、农民人均纯收入的回归系数主要呈现出“南高北低”的空间分布特征,农业从业人口比重则呈相反的规律,而距交通道路距离则主要呈现“西南低、东北高”的空间特征.     

基于复合生态功能的城市土地共轭生态管理

随着改革开放,我国城市化、工业化进程加速,土地使用量急骤增长,大规模的土地开发在拉动经济、加速城市现代化和农村城镇化方面无疑起到了积极作用,但无序低效的土地扩张给生态安全、粮食安全、社会安定带来的负面影响已经成为国家可持续发展的瓶颈,影响社会的长治久安。传统的土地管理聚焦于土地的数量管理而忽略了土地的生态功能,行政干预过多而市场机制引入不足,土地管理与经济、生态严重脱节。据此,提出基于复合生态功能的城市土地共轭生态管理模式,将土地生态功能聚焦于以下几种:生物质生产功能、建设用地功能、农民生存保障功能以及其它生态服务功能(如涵养水源、土壤保持、调节气候等)。通过从土地的单属性、单目标管理朝土地的多属性、多目标管理转型,从传统的行政管理为主朝以市场机制为主的管理模式转变,从土地的控制性管理朝基于生态功能的调控管理转变,总结出土地共轭管理模式应从以下5个方面着手:1)从土地平面结构的资源管理到土地立体空间的生态管理;2)从土地利用的异地面积占补平衡到就地功能占补平衡;3)从饼状集结用地到轴向糖葫芦串型结构集约和功能优化用地;4)从最严格的土地数量管理到最合理的土地功能管理,实施土地生态经济功能监测与生态资产审计。最后通过对典型生态工程分析,发现其社会、经济、自然复合生态效益远远大于传统土地利用模式。     

基于地理加权回归拓展模型的天然次生林碳储量空间分布

为精准获取区域尺度天然次生林的碳储量及其空间分布格局,以吉林省汪清林业局浪溪林场的天然次生林为研究对象,基于165块局级固定样地,以林分因子、地形因子和土壤因子为影响因子,将普通地理加权回归模型(GWR)作为基础,从空间维度、参数异质性特征和残差空间自相关性3个方面进行改进,构建7类拓展模型,即地理海拔加权回归模型(G...     

基于带宽优选地理加权回归模型的深圳市植被碳储量反演

植被碳储量估测是自然资源监测的重要内容,遥感技术结合地面样地进行反演可以获得区域范围内植被碳储量的空间连续分布,弥补了传统人工抽样调查估测的不足。然而,现有的参数和非参数遥感估测模型大多忽略了样地数据的变异与空间自相关关系。研究以Landsat 8 OLI影像为数据源提取遥感变量,结合植被碳储量实测调查数据,利用最小信息准则(AICc)、最大空间自相关距离(MSAD)和交叉验证(CV)分别确定最优带宽,组合Gaussian、Bi-square和Exponential核函数构建地理加权回归(GWR)模型估算深圳市植被碳储量,并与多元线性回归(MLR)进行比较,选择最优模型绘制深圳市植被碳储量空间分布图。研究结果表明,GWR模型整体精度优于MLR模型,GWR模型的决定系数(R~2)均高于MLR模型,且均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)显著降低。带宽和核函数的选择对GWR模型估测结果产生了显著影响。以CV确定带宽、Exponential为核函数组合构建的GWR模型效果最佳,其R~2为0.697,RMSE为10.437 Mg C/hm~2,相比其它模型精度上升了13.87%—32....     

基于地理加权回归克里格模型的帽儿山地区森林碳储量空间分布

森林碳储量对于全球气候变化具有重要影响,以往的模型估算未考虑到模型残差的空间相关性和碳储量数据的非平稳性,影响模型的预测精度.本研究基于东北林业大学帽儿山实验林场的ETM+遥感影像数据和193块固定样地,利用地理加权克里格回归(GWRK)建立森林碳储量与遥感和地形因子的回归模型,同时对比最小二乘模型(OLS)、地理加权回归模型(GWR)的预测精度.结果表明: 对于帽儿山地区的森林碳储量估算,GWRK的平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)低于OLS模型和GWR模型,GWRK模型的平均误差(ME)低于GWR模型,与OLS模型相近.GWRK模型的预测精度为83.2%,较OLS模型(73.7%)和GWR模型(77.3%)分别提高6%和10%,拟合精度明显提高,说明GWRK模型是森林碳储量估算的有效方法.利用GWRK模型预测的研究区森林碳储量平均值为70.31 t·hm^-2,在海拔较高的地区,森林碳储量值相对较高,说明海拔对其有较大影响.     

基于CA-Markov和InVEST模型的城市景观格局与生境质量时空演变及预测

由人类活动引起的城市景观格局变化是影响陆地生态系统的重要因素之一,城市景观格局分布对区域生物多样性服务功能的影响极大.为研究城市景观格局和生境质量演化及其变化原因,以武汉市作为典型区,基于武汉市2005、2010和2015年3期景观类型信息,使用马尔柯夫模型分析其景观格局时空变化特征;采用CA-Markov模型模拟预测武汉市2020年自然增长情景下的景观格局发展方向;使用Logistic回归模型分析景观变化的驱动力;结合InVEST模型评价3期景观格局分布下的生境质量分布和变化,以及2020年模拟情景下的生境质量分布特征,探究景观格局变化与人类活动之间的关系.结果表明: 2005—2015年间,研究区景观类型变化以耕地和人工表面为主.耕地面积呈现逐年减少的趋势,主要转变为人工表面.人工表面面积不断增多,主要由水田和旱地转变而来.研究区整体景观生境质量级别下降,大量高生境质量级别的景观向低生境质量级别转化.整体景观生境质量指数减少,生物多样性服务功能降低,生境质量发生退化.2015—2020年间,武汉市景观格局和生境质量继续保持2005—2015年的变化趋势,表现为人工表面增加、景观生境质量指数减少、生物多样性服务功能降低、生境质量退化.研究区景观格局变化的主要驱动因子是国内生产总值变化和地区财政收入变化.人类社会经济活动是影响研究区景观格局变化和生境质量下降的重要驱动力,城镇化扩张和填湖造地是武汉市生态景观变化的主要原因.     

基于空间统计特征的城市热环境时空演化

利用遥感反演和GIS空间分析等工具,提出了一种基于空间统计特征的城市热岛范围界定方法,并应用该方法分析了1984-2010年杭州市城市热环境的时空演化规律.结果表明:1984-2010年间,杭州市的城市热岛面积增加了8.66倍;杭州城市热岛的空间形态日趋复杂,空间分布由单中心的聚集状态逐渐向多中心的扩散状态发展;杭州城市热环境呈现出由区域低温均衡向区域高温均衡发展的态势.城市热岛的动态变化检测表明,城市扩张是杭州城市热岛发育的主要原因.本文所提方法考虑了城市地表温度的空间相关关系,反映了城市地表温度的全局统计特征,提供的信息更多,也更为客观和准确.通过该方法的推广,有助于解决当前城市热岛研究中研究样本之间缺乏通用性和可比性的问题.     

基于回归和地理加权回归Kriging的土壤有机质空间插值

基于地形因子与土壤有机质的相关分析,选取相对高程和汇流动力指数作为辅助变量.以普通克里格(OK)作对照,比较地理加权回归克里格(GWRK)与回归克里格(RK)在土壤有机质空间插值及制图上的精度与效果.结果表明:土壤有机质含量与相对高程呈显著正相关,与汇流动力指数呈显著负相关;经半方差分析,土壤有机质及其插值残差具有强烈的空间自相关;对验证集中98个样点的精度加以分析,RK法插值结果的平均误差(ME)、平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)较OK法分别降低39.2％、17.7％和20.6％,相对提高度(RI)为20.63,GWRK法插值结果的ME、MAE、RMSE较OK法分别降低60.6％、23.7％、27.6％,RI为59.79.与OK相比,考虑了辅助变量的RK和GWRK明显提高了插值精度;GWRK考虑了样点位置,成图效果更加精细,对土壤有机质的局部模拟效果优于RK.     

近40年来洞庭湖流域土地利用及生态风险时空演变分析

以洞庭湖流域为研究对象,利用1980年、1990年、2000年、2010年和2018年5个时期的土地利用数据,在定量分析近40年流域土地利用动态特征的基础上,从景观生态学视角构建生态风险评价模型,对1980-2018年洞庭湖流域生态风险进行评价,并进一步揭示其时空格局演变特征。结果表明：（1）1980年以来,洞庭湖流域土地利用类型以林地和耕地为主。洞庭湖流域土地利用格局发生较大变化,其显著特征为建设用地不断扩张、林地基本稳定、耕地日益萎缩和水域呈扩大趋势。（2）近40年来,洞庭湖流域生态环境较为良好,以较低和中等生态风险区为主导类型。在1980-1990年、1990-2010年和2010-2018年3个时段内,生态风险呈现增长、缓和、加剧的变化过程,高风险区以洞庭湖湖盆向环洞庭湖平原扩张,洞庭湖区、湘江流域和资水流域生态风险等级明显高于其他地区,而沅水流域、澧水流域和湘江流域的东南部生态风险相对较小。