粤港澳大湾区生态系统格局变化与模拟

快速城市化是导致粤港澳大湾区生态系统时空格局变化的主要驱动力之一,模拟生态系统变化趋势对于优化区域土地利用格局、防控城市化的生态风险具有重要意义。以2000、2005、2010、2015、2018年5期土地利用数据,分析该区域生态系统格局演变,并运用CA-Markov模型模拟2025年的生态系统格局。研究结果表明:(1)2018年大湾区的森林、农田和城镇为主要生态系统类型,分别占区域总面积的53.99%、22.67%和14.51%。(2)2000—2018年农田、森林、湿地面积分别下降了1983、740、278 km²,城镇和草地面积分别上升了2896、103 km²,城镇面积增长的主要途径是对周围农田、林地和湿地的侵占,草地面积增长是因为管理经营不善导致部分林地退化为草地。(3)大湾区的景观多样性和均匀度下降,景观正在向小斑块趋势发展,空间连通性下降,破碎度增加。(4)模拟2025年的生态系统格局发现,与2018年相比,城镇面积增长了609 km²,农田和森林分别减少了309 km²和316 km...     

粤港澳大湾区海岸带生态系统修复框架

粤港澳大湾区是全球四大湾区之一,也是我国重要的战略发展区,具有极强的开放性、经济性、生态性、社会性、海洋性和系统性特征,具有重要的理论和实践研究价值。海岸带生态系统是粤港澳大湾区重要的生态系统类型之一。受快速城市化的影响,粤港澳大湾区海岸带生态系统存在诸多问题,这些问题已成为影响陆海生态安全的重要因素。海岸带生态系统修复是国土空间生态修复的重要组成部分之一。为加快促进粤港澳大湾区海岸带修复,在分析粤港澳大湾区海岸带主要类型与特征基础上,通过剖析其现状海岸带生态修复存在的主要问题,依托山水林田湖草海生命共同体和陆海统筹等系统理念,提出粤港澳大湾区海岸带生态系统修复框架设计思路。基于粤港澳大湾区海岸带生态系统受植被、湿地、水文地质、人类活动、经济发展水平、产业发展特征、香港和澳门特别行政区等影响因素,构建了粤港澳大湾区海岸带生态系统分区、分类、分级修复框架,形成了由珠三角核心区、粤港澳大湾区、珠三角滨海城市群、珠江流域构成的粤港澳大湾区"一核一区一群一流域"海岸带生态系统修复新格局。在此基础上提出了粤港澳大湾区海岸带生态系统修复"十条"。以流域作为生态修复治理的基本单元,将影响海岸带生态系统平衡的多种因素进行分类整理,从生态系统整体性和流域系统性出发,坚持水陆联动、陆海统筹,实施以水为核心的山水林田湖草海一体化修复,从而实现粤港澳大湾区海岸带生态系统修复新目标。通过优化湾区海岸带生态环境,维护湾区海岸带生态平衡,提高湾区海岸带生态安全格局,进而促进粤港澳大湾区的可持续发展和生态文明建设。     

基于GIS的关中-天水经济区土地生态系统固碳释氧价值评价

气体调节服务功能是生态服务功能的重要的一部分,生态系统的固碳释氧功能,对于人类社会和整个动物界以及全球气候平衡,都具有重要意义.采用光合作用方程式,利用遥感估算模型,基于植被NPP(第一性生产力)物质量测算结果,测算关中-天水天经济区绿色植物固碳释氧物质量,以此为基础,分别采用造林成本法和工业制氧法测算其价值量,探讨关天经济区生态系统固碳释氧价值的时间变化、空间分布.结果表明:1)1998-2007年关天水经济区年固定CO2的价值量为226.35亿元/a.10a间2005年固定CO2的价值量最高,为301.73亿元/a,2002年最低,为159.06元/a.释放O2价值量取两种测评方法的平均值,年平均价值量为240.45亿元/a,比固定CO2的年均值多14.1亿元/a.2)从各土地利用类型来看,1998年和2007年平均固碳释氧价值排序为:林地＞草地＞耕地＞其他类型.耕地向林地、草地转变时,平均固碳释氧价值分别增加了1614.29、1960.67元·hm-2·a-1,林地、草地向耕地转变时平均固碳释氧价值分别减少了1081.37、1706.60元·hm-2·a-1.3)从空间分布上来看,南部各县的单位面积固定CO2和释放O2价值普遍高于北部各县,总体上分布沿南部向北部逐渐降低.     

陕西省退耕还林固碳释氧价值分析

利用基于EOS/MODIS的遥感生物地球化学模式(BIOME-BGC)NPP产品(MOD17A3),分析了2000—2010年陕西省退耕还林生态建设工程区植被固碳量时空变化,在此基础上根据林业行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721—2008),估算了退耕还林植被固碳释氧服务价值。结果表明:(1)2000—2010年陕西省退耕还林区平均植被固碳密度为299g·m-2·a-1。与2000年相比,2010年陕省退耕还林区固碳量增加了5.37×106t·a-1,合固碳价值14.01亿元·a-1,占全省固碳价值增量的50.4%,而退耕还林区面积仅占全省总面积38.5%。退耕还林区释氧量增加了1.43×107t·a-1,合释氧价值50.53亿元·a-1。(2)研究期间,陕西省退耕还林区固碳密度在波动中逐年缓慢增加,退耕还林区植被固碳密度变化增加趋势比其周边区域显著,固碳密度增加量比其周边高。陕北退耕还林区固碳密度增加的面积占其总面积的99.8%,固碳密度减少的面积仅占0.2%。退耕还林区低固碳密度所占的面积比例逐年减少,中、高固碳密度所占的面积比例逐年增加。(3)退耕还林区主要土地利用类型固碳密度均呈较明显的增长;不同坡度耕地固碳密度均具有不同程度的上升,退耕还林区>25°坡耕地固碳密度极显著(P<0.01)增加。说明随着退耕还林工程的实施,植被覆盖逐步得到改善,同时获得了显著的植被固碳释氧效益。     

1999—2003年陕西省森林生态系统固碳释氧服务功能价值评估

基于陕西省森林生态系统的长期、连续定位观测,采用陕西省第6次森林资源清查数据,根据陕西省南北部气候差异显著的情况,采用森林在陕西南、北不同气候带下的实际生产力计算了森林生态系统固碳释氧的实物量。并采用市场价值法、费用代替法、替代工程法、Volume-derived biomass等方法估算森林生态系统固碳释氧服务功能的经济价值。结果表明:19992003年间,(1)陕西省北部森林生态系统年固碳量524.6×104t,年释氧量1404.6×104t,单位面积年固碳量1.364t/(hm.2a),单位面积年释氧量3.652t/(hm.2a)。(2)南部森林生态系统年固碳量1797×104t,年释氧量5918.9×104t,单位面积年固碳量3.459t/(hm.2a);南部单位面积年释氧量9.260t/(hm.2a)。陕西省南部森林生态功能明显优于北部森林。(3)从森林类型来看,林分单位面积生态功能最强,经济价值最大,疏林地的功能和价值则最小。(4)陕西省森林生态系统年固碳经济价值是328.27×108元,年释氧经济价值为732.35×108元,总价值1060.62×108元。(5)文中对陕西省优势树种固碳释氧功能的计算由于未能按照不同林龄分别计算,存在一定误差,需要进行更为深入、细致的研究。     

粤港澳大湾区生态系统健康时空变化及其对城镇化的响应

区域生态系统健康评价是获取区域生态系统状况的重要手段，对生态保护和恢复具有现实的指导意义。研究从人类与生态系统耦合角度出发，基于生态系统完整性以及人类对生态系统服务的需求，在“活力-组织力-弹性”框架基础上引入生态系统服务供需指标构建评价框架。以粤港澳大湾区为例，分析2005—2018年生态系统健康时空变化特征及其对城镇化的响应。研究结果表明：(1)2005—2018年间，大湾区生态系统健康呈现中部低四周高的空间格局，以好，较好和一般水平为主；从时间变化上来看，大湾区四周山区生态系统健康状况有所改善，而中部地区健康状况则逐渐恶化。(2)大湾区生态系统活力在改善区域生态系统健康中发挥了重要的作用；此外，生态系统服务供需对传统生态系统健康评价结果进行适当修正，生态系统服务供需赤字加剧了中部地区生态系统健康状况的恶化。(3)大湾区生态系统健康与人口城镇化、土地城镇化间均存在显著的空间负相关性，其中，土地城镇化对生态系统健康的负面影响越来越显著，特别是大湾区中部地区。研究以期为生态系统健康评价提供新思路，同时为大湾区生态系统保护与管理提供参考。     

粤港澳大湾区城市群生态系统智能化管理

开展生态系统数字化、信息化、智能化管理,全面提升粤港澳大湾区生态环境质量,是建设国际一流湾区的必然趋势。以城市群生态系统智能化管理为目标,系统整合各类生态环境相关数据资源,形成生态系统管理数据和决策支撑体系,并以此为基础构建生态智能管理平台。研究以生态系统要素和功能管理逻辑为核心,构建了生态系统管理业务流程：（1）精准剖析生态环境问题,确定问题发生的尺度、范围并对其进行分类和定性;（2）确立生态管理目标,制定适宜的管理策略;（3）根据现状与基线进行生态系统服务权衡,通过生态管理恢复工程提升生态系统质量;（4）通过环境物联网监测生态系统变化,及时调整和改进生态系统管理计划。针对城市群生态系统多尺度、多层次、复杂化等特点,在制定管理决策时应充分权衡管理目标和生态服务,兼顾各类生态系统服务效益;需通过示范性生态工程印证管理方案的可行性、适用性和协同性;以趋善化理念为指导思想,不断优化调整生态管理目标;同时在管理活动实施的过程中不断积累、凝练、总结所获得的反馈信息和经验。面向生态管理体制和管理能力的现代化提升需求,融合大数据、地理信息系统（GIS）、全球广域网络（Web）等信息化技术,构建粤港澳大湾区生态管理智能平台,实现多主体信息共享,打破管理决策的"黑箱",为推进生态环境管理现代化提供可靠可行的方案。构建的生态系统管理业务流程和管理策略,将知识充分融入管理决策的制定流程,能服务于粤港澳大湾区的生态文明建设,推动可持续和高质量发展。     

基于土地利用的粤港澳大湾区生态系统服务价值及承载力演变分析

研究粤港澳大湾区土地利用、生态系统服务价值及承载力的时空演变特征是优化大湾区生态系统管理、提升生态质量的重要依据。当前针对大湾区的土地利用变化过程、生态系统服务价值及生态承载力相结合的系统分析仍较少。系统研究了快速城市化背景下粤港澳大湾区的土地利用变化、生态系统服务价值及生态承载力变化。基于高分辨率遥感数据分析粤港澳大湾区1990-2015年土地利用变化及特征,采用当量法评估大湾区的生态系统服务价值,基于生态足迹法评估大湾区的生态承载力变化。结果表明：1990-2015年大湾区内建设用地增加,耕地、林地、湿地及未利用地面积逐渐减少;建设用地的增加主要来源于耕地、林地、水域及未利用地等的转化。伴随着剧烈的土地利用变化,大湾区的生态系统服务价值从1990年的6385.09亿元减少到2015年6183.89亿元,减少了3.15%。大湾区的生态承载力总体稳定,但由于消耗增加,整体呈现生态赤字,人均生态赤字达3.09 hm²。未来大湾区土地利用规划中,需加强自然资源保护,合理调整土地结构,实现经济和生态的可持续发展。     

粤港澳大湾区生态系统服务时空演化及其权衡与协同特征

打造国际一流湾区和世界级城市群的粤港澳大湾区,生态保护、环境优化与城市发展、经济开放具有同等重要地位,掌握其城镇化过程中生态系统及其服务变化状况有助于科学合理、有针对性的制定生态保护修复相关政策。基于2000—2015年粤港澳大湾区生态系统宏观格局变化,分析了大湾区生态系统生产力、水源涵养、土壤保持服务的时空演化特征,进而探讨了供给与调节服务之间的权衡与协同关系。结果表明:(1)森林与农田是大湾区的主体生态系统,面积占大湾区国土面积的54.1%和22.8%,近15年由于城镇面积快速增长(增幅达68.6%),导致森林、农田、湿地面积不断减少。(2)基于净初级生产力的供给服务量和土壤保持量整体上均呈现轻度增加趋势,特别是江门、肇庆等生态服务主要提供区域;东南部最高、北部次之、中部偏低的水源涵养量,除西北部呈现增加趋势以外,其它区域皆呈现减少趋势;城镇扩张是生态系统供给、调节服务明显减少的主要影响因素。(3)大湾区生态系统供给服务与水源涵养、土壤保持调节服务之间的相关关系均以协同为主,然而,在大湾区东北部和南部的广州、惠州、江门等区域呈现明显的权衡关系,提示大湾区发展过程中,需要在这些呈现权...     

基于生态系统服务供需平衡的粤港澳大湾区生态安全格局构建

构建生态安全格局是控制城市蔓延、实现区域生态安全和促进社会可持续发展的重要途经。维持生态系统服务供需平衡是生态安全健康发展的保障和关键。现有相关研究在生态源地的识别过程中缺乏对生态系统服务供需平衡,以及生态系统服务的人类活动效应的考量。因此,如何顾及生态系统服务供需平衡和人类活动识别生态源地,是构建区域生态安全格局需要解决的重要问题。以粤港澳大湾区为研究对象,基于生态系统服务供需平衡识别初始生态源地,并根据生态系统服务随土地开发程度的梯度效应进一步确定最终生态源地,而后结合生态廊道、生态战略点的识别,最终确定粤港澳大湾区生态安全格局。结果表明：(1)研究区生态系统服务供需空间匹配程度较弱,表现为四周高供给-低需求,中部高需求-低供给的空间分布特征;(2)研究区生态系统服务综合供给具有随土地开发程度增加而呈显著下降的特征,且存在显著的突变点(阈值)。即在土地开发程度超过28.27%时的生态系统服务综合供给迅速下降;(3)研究区共有100块生态源地,总面积为7344.24km²,整体呈“东西部多-中部空”的外围环绕式分布结构;(4)研究区共有175条生态廊道,总长度为...     

Net primary and ecosystem production and carbon stocks of terrestrial ecosystems and their responses to climate change

Evaluating the role of terrestrial ecosystems in the global carbon cycle requires a detailed understanding of carbon exchange between vegetation, soil, and the atmosphere. Global climatic change may modify the net carbon balance of terrestrial ecosystems, causing feedbacks on atmospheric CO₂ and climate. We describe a model for investigating terrestrial carbon exchange and its response to climatic variation based on the processes of plant photosynthesis, carbon allocation, litter production, and soil organic carbon decomposition. The model is used to produce geographical patterns of net primary production (NPP), carbon stocks in vegetation and soils, and the seasonal variations in net ecosystem production (NEP) under both contemporary and future climates. For contemporary climate, the estimated global NPP is 57.0 Gt C y^–1, carbon stocks in vegetation and soils are 640 Gt C and 1358 Gt C, respectively, and NEP varies from –0.5 Gt C in October to 1.6 Gt C in July. For a doubled atmospheric CO₂ concentration and the corresponding climate, we predict that global NPP will rise to 69.6 Gt C y^–1, carbon stocks in vegetation and soils will increase by, respectively, 133 Gt C and 160 Gt C, and the seasonal amplitude of NEP will increase by 76%. A doubling of atmospheric CO₂ without climate change may enhance NPP by 25% and result in a substantial increase in carbon stocks in vegetation and soils. Climate change without CO₂ elevation will reduce the global NPP and soil carbon stocks, but leads to an increase in vegetation carbon because of a forest extension and NPP enhancement in the north. By combining the effects of CO₂ doubling, climate change, and the consequent redistribution of vegetation, we predict a strong enhancement in NPP and carbon stocks of terrestrial ecosystems. This study simulates the possible variation in the carbon exchange at equilibrium state. We anticipate to investigate the dynamic responses in the carbon exchange to atmospheric CO₂ elevation and climate change in the past and future.     

Dynamic assessment of the value of vegetation carbon fixation and oxygen release services in Qinghai Lake basin

Studies on ecosystem service function have an important significance for analyzing and understanding global warming. With the introduction of geographic information system (GIS) and remote sensing (RS) technologies for the evaluation of ecosystem service function, the scope for analysis has been widening. Increasing number of researchers use these technologies to quantify the value of ecosystem service functions and reveal their spatial-temporal variability. By using the data for the interpretation of five RS images and net primary productivity (NPP) in Qinghai Lake basin, we assessed the value of vegetation carbon fixation and oxygen release services and revealed their dynamic variation in this basin. The result suggested that the average values of vegetation carbon fixation and oxygen release services in Qinghai Lake basin between 1987 and 2010 were spatially distributed in a ring shape around the Qinghai Lake and decreased from southeastern to the north and northwestern regions; the northwestern areas had the lowest value. The vegetation carbon fixation value between 1987 and 2010 was on an average 28.87 × 10⁸ yuan/a in Qinghai Lake basin, whereas the oxygen release value was 64.41 × 10⁸ yuan/a. Alpine meadow ecosystem showed the highest value of vegetation carbon fixation and oxygen release services function in Qinghai Lake basin, with average values of 18.28 × 10⁸ yuan/a and 40.79 × 10⁸ yuan/a, respectively, followed by those of temperate steppe and sparse vegetation. The vegetation carbon fixation and oxygen release values in Qinghai Lake basin gradually increased from 1987 to 2010, with the maximum value in 2010. By the end of 2010, the values increased by 7.19 × 10⁸ yuan and 16.04 × 10⁸ yuan, respectively. The values slightly decreased in barren land, lakeside marsh, river valley swamp, and sandy areas, but increased to different degrees in other ecosystems. Among them, the largest increase was noted in alpine meadow (4.38 × 10⁸ yuan and 9.78 × 10⁸ yuan, respectively), followed by those in temperate steppe with increased values of 1.12 × 10⁸ yuan and 2.49 × 10⁸ yuan, respectively.     

粤港澳大湾区小型公园绿地生态系统文化服务的供需匹配特征

小型公园绿地是城市生态系统文化服务的重要载体,自新冠疫情爆发以来,这类型公园绿地更是成为提供重要文化服务的场所。以粤港澳大湾区为研究区域,从潜在供给和潜在需求两个方面量化小型公园绿地文化服务,利用空间自相关与耦合协调度模型,探讨粤港澳大湾区文化服务供需的空间分布及匹配特征。结果如下：(1)生态系统文化服务供给具有明显的梯度分布,大致呈现中间低、四周高的特点;文化服务需求在城市中心区域呈连片分布。(2)文化服务供给在城市之间连片、以高-高聚集区域为主,需求则以低-低聚集为主、连片集中于城市中心,供需双变量则以高供给-低需求的聚集态为主、集中于研究区四周。(3)52.2%的区域属于文化服务需求不足,5.2%的区域供给不足。从小型公园绿地文化服务来看,粤港澳大湾区存在一定比例的生态系统文化服务供需错配现象,为提升人类在抵御重大突发事件过程中的生活质量,可分区管理自然生态系统。     

粤港澳大湾区城镇化对海岸线与海岸带的影响

海岸带以丰富的自然资源与优越的地理位置成为城镇化的关键地带。基于Google Earth平台2001、2010、2018年高分影像识别分析了粤港澳大湾区快速城镇化过程中海岸线长度的变化,并分析了大湾区海岸带土地利用/土地覆被(land use/land cover, LULC)变化,以及定量解析了大湾区滨海城市城镇化与海岸带城镇用地的关联关系。结果表明:(1)2001—2018年,粤港澳大湾区海岸线总长度净增加32.24 km,但自然岸线人工化问题突出,自然岸线共减少187.67 km,人工岸线共增加219.91 km;(2)海岸带(海岸线向陆侧5 km缓冲区) LULC组成以耕地为主,但城镇用地对耕地的侵占问题突出,2001—2018年,耕地面积减少347.58 km~2,城镇用地面积增加588.33 km~2;(3)2001—2018年,滨海城市土地城镇化与海岸带城镇用地增长呈显著相关,并且滨海城市土地城镇化对海岸带城镇用地增加的影响在加强(2001—2010年和2010—2018年贡献率分别为43.7%和68.51%)。研究结果可对粤港澳大湾区海岸带保护、修复以及土地利用规划管理...