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。     

生态修复措施对流域生态系统服务功能的提升——以潮河流域为例

流域生态环境修复工程对保护和提高流域生态系统服务功能及其价值起到了至关重要的作用。本文基于InVEST模型,选取密云水库上游,潮河流域为研究对象,依据各地区"十三五"生态环境保护规划中针对潮河流域的生态修复措施,设置化肥减量、河岸缓冲带、退耕还林和综合修复四种情景,并采用直接市场法和替代市场法研究生态系统服务价值的变化。经过研究发现:①四种情景都有效的提高了生态服务功能和价值;②单独实施化肥农药减量,不能显著降低TP(-13.14%)、TN(-10.94%)负荷;③采取综合修复的方式能使潮河流域水源涵养,TP、TN拦截,土壤保持能力分别提高了40.18%、53.89%、42.32%以及63.76%,同时生态服务价值增加7.73×10⁷元。这一发现旨在通过对不同生态修复措施在生态环境修复中的成本与效益分析,帮助决策者和规划单位准确评估生态修复的收益,从而制定提高生态环境系统服务功能的最佳修复方案。     

普达措国家公园生态安全格局构建

生态安全格局作为景观生态学的热点和重点,其构建对维护区域生态安全水平以及实现区域可持续发展具有重要意义。选取云南省普达措国家公园为研究区域,基于2000、2010、2017年3期土地利用数据,利用InVEST模型评估其生境质量时空演变,并以此为基础确定生态源地。选取坡度、土地利用类型、生境质量指数、植被覆盖度（NDVI）和距水域距离等5个相关阻力因子建立阻力面,运用阻力阈值法提取保护关键区;最后利用最小累积阻力模型建立生态廊道和生态战略节点,构建出普达措国家公园的生态安全格局。结果表明：（1）普达措国家公园生境质量空间分布差异较大,与土地利用类型有一定的关联性,生境质量总体上处于较高水平,高质量生境占比80%以上。（2）2000-2017年,研究区平均生境质量先下降后基本不变,由0.8392到0.8295再到0.8294,总体保持较高水平,生境质量均值均为0.8以上;面积占比随着生境质量的变化相应变化。（3）研究区生态源地分布整体上较为集中,占普达措国家公园总面积的2.30%,最小累积阻力值分布总体上较为分散。（4）生态廊道呈现环状形态格局,生态战略节点位于环状中心和环状上部区域,保护关键区表现出"双三角"形态。研究结果有利于刻画普达措国家公园生境质量时空演变过程,对其土地资源的合理可持续利用与发展具有积极的指导意义,并为我国国家公园的生态保护提供借鉴。     

基于自组织映射神经网络的淮河流域生态系统服务簇时空变化特征

生态系统服务簇的识别是区域生态系统服务管理与优化的关键。量化了2000、2010、2020年淮河流域产水量(WY),水源涵养(WC),土壤保持(SC),生境质量(HQ),水质净化(WP),净初级生产力(NPP)和碳储量(CS)7种生态系统服务。并基于自组织映射神经网络(SOFM)识别了生态系统服务簇,探讨了生态系统服务簇的时空变化特征。结果表明:(1)2000-2020年,WP,NPP与WC呈上升趋势,WC的增幅最大;CS与HQ呈下降趋势。淮河流域各生态系统服务具有时空异质性,生态系统服务高值区多位于西南部山区与东北部丘陵山地地区。(2)识别了5个生态系统服务簇:核心生态服务簇,WP服务簇,WY服务簇,NPP服务簇与生态过渡服务簇。核心生态服务簇与生态过渡服务簇的面积总体增加,流域西南部山区与东北部丘陵山地地区生态系统服务提升,2000-2020年,WY服务簇与NPP服务簇间的转移面积较大,WY服务簇面积减少达60.09%,NPP服务簇面积显著增加,2020年占整个流域面积的57.02%。研究结果不仅有助于清晰认识淮河流域生态系统服务簇的空间分布格局及动态变化,也为探索淮河流域可持续的生态系统管理与规划决策奠定了基础。     

黄土高原农户生计转型及其生态效应——以陕西省佳县为例

在乡村地域系统人地关系日趋复杂的情况下,农户生计活动与生态环境之间的关系已成为生态效应研究的核心。本文以陕西省佳县为研究区,结合遥感影像、GIS技术和实地调研获取的微观数据,对1990年以来典型生态脆弱区农户生计对生态环境的影响进行长时序动态监测和分析,从农户种植结构、收入结构和劳动力要素投入结构对农户生计类型和乡村发展类型进行界定,分析农户生计转型过程和特征,基于土地利用分析生境质量时空变化,以生境质量为媒介分析农户生计转型的生态效应。主要结论如下：(1)佳县农户类型和乡村类型演化特征显著。从农户尺度上看,农户生计类型从以粮食主导型为主,逐渐演化为非农主导型为主粮食主导型为辅的组合模式。从乡村类型上看,传统农业型和新型农业型均逐渐演化为非农业型。(2)农户生计转型路径由多元化逐渐转向单一非农化发展,不同农户生计转型过程存在差异,按照转型路径特征可分为4类：持续稳定型、渐进型、调整型和倒退型。(3)生境退化度呈下降态势,从退化等级上看,无退化、轻度退化和中度退化等级面积增加,高度退化等级面积减少,严重退化等级面积降低为0。生境质量呈波动上升态势,从等级上看,占主导的为优等和较差等级,且...     

黄河流域陆地生态系统碳储量测算及其影响因素

准确估算陆地生态系统碳储量,科学制定生态环境保护和土地利用政策,对促进区域低碳可持续发展,实现"碳中和"目标具有重要意义。基于大量碳密度样点数据,将其与生态地理分区和土地利用类型图空间叠置,采用克里金插值法得到黄河流域碳密度空间分布数据集。应用InVEST模型对2000年、2010年和2020年黄河流域陆地生态系统碳储量的时空演变测度,提高了碳储量估算结果的准确性。利用Pearson相关性分析和多尺度地理加权回归模型(MGWR)对自然、社会经济和景观格局指数等因素对县级行政单元尺度单位面积碳储量的影响进行分析。主要结论如下:(1)黄河流域碳密度空间分布呈西部大于东部、东部地区自东南向西北递减的格局;(2)2000-2020年黄河流域陆地生态系统碳储量增加0.02%(7.011×10⁹-7.012×10⁹t),空间分布与碳密度相同,空间集聚特征显著,"高高集聚区"主要分布在黄河上游西南部的青藏高原地区, "低低集聚区"主要分布在黄河上游北部和黄河下游大部分地区;(3)Pearson相关性分析得出与碳储量呈正相关的影响因素为Pr(降水)、NDVI(归一化植被指数)和Slope(坡度);呈负相关的影响因素为TEM(温度)、HAI(人类影响指数)、SHDI(香农多样性指数)、DN(夜间灯光数据像素值)和PPOD(人口密度)。(4)MGWR模型得出TEM、Pr、NDVI和SHDI空间异质性强,HAI在2010年后异质性强;Slope空间异质性中等;DN和PPOD为全局尺度变量,空间影响平稳;(5)MGWR模型得出NDVI对黄河流域县级单位面积碳储量作用强度最大。NDVI、Slope对县级单位面积碳储量的影响呈正效应,TEM、HAI、DN和PPOD呈负效应,Pr、SHDI呈正、负双向效应。     

西辽河上游生境质量时空演变特征与影响机制

西辽河上游是我国辽河流域的重要水源地,其生境质量的好坏关系到下游流域生态安全和人类福祉。然而针对西辽河上游生境质量及其影响机制的研究还有待深入。基于ArcGIS软件、InVEST模型,定量分析了西辽河上游1980—2018年土地利用和生境质量的时空演变特征;并进一步探究了西辽河上游生境质量变化的主要驱动因子。结果表明：(1)1980—2018年,西辽河上游草地面积较1980年下降了21.93%,其中大部分转化为林地(7719.09 km²)、耕地(6014.90 km²)和裸地等(3025.71 km²)等,各斑块的空间分布异质性增加;尽管研究期内,林地面积较基期大幅度提升了48.67%,但全区域平均生境质量指数由0.74下降到0.72。(2)该地区无论在区域本底环境和区域社会经济发展水平上,均对于西辽河上游的生境质量改善产生了积极作用,年均气温(0.218)、降水(0.229)、地区生产总值(0.850)和受教育程度(0.132)与生境质量指数呈现较为明显的正相关关系;然而,本地区城镇化速率(-1.137)、景观分离度...     

基于CLUE-S和InVEST模型的南四湖流域生态系统产水功能对土地利用变化的响应

土地利用/覆被变化对水文过程与水资源利用具有重要影响,是流域生态系统产水功能的驱动力之一.以山东省南四湖流域为研究对象,分析1990—2013年土地利用变化,运用CLUE-S模型预测未来土地利用变化趋势,并基于土地利用变化格局,采用InVEST模型的产水模块和空间制图探讨了近25年、未来城市化增长情景以及流域生态保护管理情景下土地利用变化对产水功能的影响.结果表明: 近25年来,随着南四湖流域城市化进程的加快,城市建设用地增加3.5%,耕地面积减少2.4%,城市用地的增加主要来源于耕地转换;InVEST模型模拟显示,城市建设用地的增加会促进产水,由此引起产水功能在过去25年中先降低后升高,2013年最高达到232.1 mm;CLUE-S模型模拟预测现状增长情景下土地利用变化,按照城市化快速发展的速度,城市建设用地将增加6.7%,由此导致2030年产水量显著增长,流域洪水风险亦会相应升高;湖区周围300 m缓冲区实施退耕还林情景模拟表明,这一生态措施会明显降低流域产水量,较2013年减少1.2%.     

基于FLUS-InVEST模型的京津冀多情景土地利用变化模拟及其对生态系统服务功能的影响

研究未来不同情景下土地利用变化对区域生态系统服务的影响,可以为城市可持续发展的规划和决策提供有效支持。以京津冀城市群为研究区域,首先利用未来土地利用模拟（FLUS）模型模拟2045年自然发展情景、耕地保护情景和生态保护情景下的土地利用空间分布格局,并结合InVEST模型模拟研究区不同情景下的生境质量、产水量、碳储量、土壤保持量和水质净化服务,在此基础上运用层次分析法构建综合生态系统服务指数（CES）,从空间上反映多种生态系统服务的供给总量,研究不同情景下土地利用变化对生态系统服务功能的影响。研究结果表明：①FLUS模型的模拟精度较高,适用于研究区的土地利用模拟。②在生态保护情景下,除产水量相比2015年下降2.47%外,其他几种生态系统服务均有最大幅度的上升,且这4种生态系统服务在西北山区都出现增加的现象;自然发展情景下,城镇用地和农村居民点的扩张引发了大量的碳储量和生境质量损失;耕地保护情景下,水质净化能力出现最大程度的下降。③自然发展情景下京津冀区域CES的损失最大。CES下降幅度最大的区域主要发生在林地被城镇用地侵占,其次是林地被农村居民点侵占的地区,导致生境质量、碳储量和水质净化能力同时下降;在生态保护情景下,林地的增加促进了多种生态系统服务功能同时提升,京津冀区域的CES大幅提高,表明生态保护情景是最有利于可持续发展的土地利用方案。但同时需注意大量造林可能带来的水资源短缺,要因地制宜保护生态环境。研究结果可以为京津冀城市群可持续发展政策的制定提供参考依据,为研究未来不同政策情景下土地利用变化对生态系统服务的影响提供新思路。