重庆市主城区城市扩张对生态系统服务影响的时空评估

城市建设用地扩张存在无序蔓延的现象,这种现象导致了生态系统服务功能的衰退,进而影响社会、经济和生态的协调发展。以重庆市主城区为研究对象,基于DMSP/OLS数据和Landsat数据分析了2005～2015年城市扩张的时空特征,基于MODIS NDVI数据、农作物产量数据、植被覆盖类型数据、气象数据和土壤类型数据等,利用食物供给模型、CASA模型和SCS_CN模型模拟了2005、2015年单位面积粮食供给、NPP和径流深度的空间分布与变化,最后,通过相关性分析阐述了不同发展区域生态系统服务的时空变化和权衡协同关系变化,探讨了城市扩张过程中面临的问题与挑战,并对未来城市发展提出几点建议。主要结论如下:(1)将重庆市主城区按照发展水平的高低划分为发达区、发展区和远城区;时间方面,2005～2015年建设用地共增加了373.9 km~2,发达区由于建设用地分布处于较饱和状态,建设用地的扩张量最小,发展区的扩张量最大。空间方面:建设用地沿着东北西南方向延伸扩张,东北偏东方向的渝北区和江北区受"两江新区"建设的影响,建设用地增量最大;(2)2005和2015年食物供给、固碳和土壤蓄水服务功能在发达区最低,发展区次之,远城区最高,且三种生态系统服务功能均存在显著衰退现象,衰退幅度最大的区域是发展区,与城市扩张最剧烈的区域在空间上吻合;(3)生态系统服务之间的权衡与协同关系受城市发展程度的影响;(4)发展区是生态系统服务功能下降最大的区域,食物供给是衰退最显著的生态系统服务功能。通过研究发现,重庆市建设用地扩张存在"冒进"蔓延的现象,这种现象破坏了生态系统功能,降低了环境容量,影响市民居住的舒适性,为此针对城市扩张过程中出现的问题提出了几点发展建议。研究结果引为解析重庆市主城区城市化过程中的问题成因,寻求城镇化的协调发展之路,合理规划城市发展提供了科学依据。     

基于空间格局视角的武汉市土地生态系统服务价值研究

为区域生态环境质量提升和土地合理利用提供参考,以LandsatTM影像解译数据为基础,采用当量因子修正的生态系统服务价值评估模型、空间分析等方法,分析了武汉市1990～2016年4个时期土地生态系统服务价值变化特征及空间演变规律。结果表明:(1)武汉市生态系统服务价值呈先减少后增加态势,不同时期河流湖泊的生态系统服务价值始终最高,农田和坑塘湿地次之,这三类生态系统提供了武汉市85%以上的生态系统服务价值;(2)各乡镇生态系统服务总价值的空间分布特征表现为空间集聚,且相关性程度有递增的趋势;(3)各乡镇生态系统服务价值变化率的空间相关性在不断减弱,后期扩散效应显现;(4)中心城区生态系统服务价值空间分布不均衡的趋势在向郊区蔓延,乡镇的区位条件以及河流湖泊的占比与其地均生态系统服务价值的变化有密切的关系。研究显示,城市生态系统服务价值的空间分布受城市发展方向和土地利用结构影响较大,河流湖泊在改善城市生态环境方面具有重要作用。     

湖北省生态系统服务协同权衡时空差异及归因分析

快速城镇化进程导致生态系统服务功能日益下降,如何促进城市扩张和生态保护的协调、可持续发展成为热点话题。现有研究多采用相关性指标测度单期生态系统服务间协同权衡特征,较少兼顾动态关系识别与作用强度测定。以湖北省为例,测定2010、2020年两期产水、食物供给、生境质量和土壤保持4项生态系统服务,构建动态权衡协同度(DESTI)量化2010～2020年间生态系统服务变化量的权衡/协同关系的强度及方向,引入最优参数地理探测器识别自然与社会因子对其驱动机制。结果表明：(1)2010～2020年,除生境质量外,食物供给、土壤保持和产水3项生态系统服务功能均呈递增态势;(2)4项生态系统服务间动态协同权衡的强度和方向在空间上存在显著差异;(3)动态协同权衡度受自然因素(日照时数、降雨)和土地利用类型的驱动作用明显,自然经济交互作用也增强了协同权衡的空间差异。研究全方位明晰了区域动态协同权衡的空间特征、作用强度与驱动机制,提出的管控措施有助于区域生态经济的协同发展。     

土地利用变化对生态系统服务价值的影响--以武汉市为例

分析了1996～2001年武汉市快速城市化区域土地利用/土地覆盖变化,并计算由此导致的生态系统服务价值变化。应用Costanza生态系统服务价值计算公式,采用谢高地等人的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表进行计算,结果发现：①在研究期内,研究区耕地、草地、水域和未利用地在减少,其中耕地减少最多,达12.32×103 hm2,林地、湿地和建设用地在增加,建设用地增加最多,为11.70×103 hm2;②ESV由1996年的457.74×107元减少到2001年的456.14×107元,5年减少1.61×107元;③生态系统单项服务功能价值中的气体调节、气候调节、原材料和娱乐文化在增加,气候调节增幅最大,达8.51%,水源涵养、土壤形成和保护、废物处理、生物多样性保护和食物生产在减少,食物生产减幅最大,达7.42%;④敏感性分析表明,ESV对生态价值系数(Value Coefficient, VC)缺乏弹性,研究结果可信。     

快速城镇化地区生态系统服务的时空动态及权衡与协同分析——以苏锡常地区为例

苏锡常是我国经济飞速发展地区之一,也是重要的粮食生产基地.在快速城镇化背景下,该地区生态环境受到人类活动的强烈冲击,国土空间配置亟待优化.本研究基于多源数据,对苏锡常地区2000～2018年碳储存、食物供给、维持生物多样性3种生态系统服务的时空格局及演变特征进行刻画,并运用双变量空间自相关方法识别了生态系统服务之间的相互关系.结果 表明:(1)整体来看,2000～2018年,苏锡常地区的碳储存服务略有上升,食物供给服务和维持生物多样性服务波动下降;(2)苏锡常地区生态系统服务空间分布严重失衡,表现为中部建成区低,四周自然用地高的分布特点,城镇扩张区各类型生态系统服务退化较为严重;(3)在权衡与协同分析中,碳储存-食物供给服务、碳储存-维持生物多样性服务呈现协同关系,食物供给-维持生物多样性服务呈现权衡关系;(4)各项生态系统服务的权衡与协同关系存在空间差异,低值协同区集中分布在城市中心,高值协同区主要分布在西侧与南侧林地范围,低-高值与高-低值权衡区在空间上呈环绕相间分布.苏锡常地区在未来的发展中需要注意低值协同区和权衡区,有针对性地制定生态保护修复措施,合理调控社会经济发展,实现生态系统服务的协同增效.     

喀纳斯自然保护区生态系统服务价值变化研究

生态系统可持续发展是随着全球范围内可持续发展研究的深入和人们对环境破坏和资源利用认识的不断加深而逐渐形成的.人类社会的可持续发展从根本上取决于生态系统及其服务的可持续性,本文应用喀纳斯自然保护区1980、2005年两期Landsat TM影像解译数据,参照谢高地等制定的中国生态系统单位面积生态服务当量因子和新疆布尔津县单位面积农田生态系统提供的食物生产服务的经济价值,确定喀纳斯自然保护区生态系统单位面积生态服务价值系数,对保护区生态系统服务价值及其变化进行了估算和比较.结果表明,林地和草地是喀纳斯自然保护区主要的土地利用类型,25年间土地利用总体上发生了明显变化,林地面积在减少,革地、水域、建设用地面积略有增加；保护区生态系统服务价值由1980年的37.289亿元减少至2005年的36.351亿元,有林地和离覆盖度草地的减少是服务价值降低的主要原因；主要由林地、草地和水域提供的维持生物多样性、水文调节、气候调节、保持土壤等单项功能服务价值均呈现不同程度地减少,说明保护区生态系统结构和功能已受到影响,保护区生态环境质量不断趋向退化.     

汉江流域生态系统服务权衡与协同关系演变

汉江流域是我国南水北调工程的水源地,也是国家重要的生态功能区,定量分析其生态系统服务关系对协调区域发展与保护环境有重要意义。综合利用RS与GIS技术对该区域2000～2015年的土壤保持、碳储量与食物供给服务进行空间制图,并基于空间采样法对3种生态系统服务间的权衡与协同关系进行研究。结果表明:(1)在2000～2015年,汉江流域土壤保持量在波动中下降,高值区位于汉江上游林地、草地交叉分布区域,低值区位于汉江中下游林地、耕地等单一聚集地类区;碳储量年际变化较小,其高低值分布与土壤保持量基本相同;食物供给量增长迅速,高值区位于中下游的平原区,低值区位于上游的山地和盆地区。(2)在权衡与协同分析中,碳储量与食物供给、土壤保持与食物供给之间以权衡关系为主,而碳储量与土壤保持以协同关系为主,各生态系统间权衡与协同关系存在空间异质性。(3)空间热点制图显示,2000～2015年0类服务热点区占比减少,主要地类为草地;1类服务热点区占比最大且呈增加趋势,主要地类为耕地,生态服务类型以食物供给为主;2类服务热点区有所减少,多分布在上游林地区域,服务类型为碳储存和土壤保持;3类服务热点区占比很少。该研究结果对揭示生态系统服务之间的区域差异有重要作用。     

旅游发展的生态系统服务价值增值效应研究

旅游发展是生态系统服务价值置换的重要方式,具有增值效应。以黄山风景区为案例地,依据实地调研与访谈,采用功能价值法,分析2005～2015年黄山风景区(包括核心区和缓冲区)生态系统服务价值的动态变化特征及其旅游发展的增值效应。研究发现:(1)生态系统服务价值具有年际增长特征,2005～2015年黄山风景区生态系统服务价值总量由23.59亿元增加至48.93亿元;(2)生态系统服务价值具有空间分异特性,2005～2015年核心区生态系统服务价值由10.45亿元增加至19.48亿元,而缓冲区则由13.14亿元增加至29.45亿元,核心区年均单位面积生态系统服务价值增量为1.12元/(hm~2·a),显著高于缓冲区的0.55元/(hm~2·a);(3)旅游发展对生态系统服务价值具有增值效应,2005～2015年景区土地利用变化微小,林地、草地、水域和未利用地面积10年间变化率皆小于1%,对景区生态系统服务价值增加影响很小。而旅游休闲服务价值在核心区和缓冲区的生态系统服务价值总量中占比均最高,2015年旅游休闲服务价值在核心区生态系统服务总价值中占比78.99%,在缓冲区中占比48.55%,旅游休闲服务价值的增加成为推动景区生态系统服务价值增值的最重要因素。该研究表明发展旅游业是践行"绿水青山就是金山银山"的重要路径,但旅游发展过程中需要强化生态环境保护,以利于旅游地生态系统服务价值的有效置换。     

基于Costanza模型的我国粮食主产区生态服务价值评估研究

生态安全是粮食主产区实现粮食安全主体功能的前提和保障。运用Costanza模型实证测算了2014年我国13个粮食主产省(区)生态系统服务价值及空间分异,重点考察了农田生态系统及其粮食作物供给的生态服务价值贡献。研究发现:我国粮食主产区农田生态系统的粮食供给服务价值与粮食产能存在错配现象;在整个生态系统中农田生态系统的生态服务价值贡献率仅为10.4%,而食物生产作物为主的生态供给服务价值仅占陆地生态系统的9.23%;生态系统服务价值空间分异突出,南北分化严重;粮食安全保障存在较大的生态隐患和生态服务价值损失。相对于耕地"红线",生态"红线"才是确保粮食安全的根本底线。     

引入城市扩张干扰效应的生态服务价值化方法改进

城市扩张在规模上对自然环境空间造成挤压,在结构上加剧生境破碎化程度,且对其邻域的生态用地有负面影响,测算城市扩张引起的生态服务价值变化应考虑其干扰效应。以南昌市为研究区,首先测算生态服务价值变化,在此基础上,考虑不同建设用地类型的不同干扰效应,测算引入城市扩张干扰效应改进的生态服务价值,深入对比分析南昌市1995～2005年和2005～2015年间改进前后生态服务价值变化的差异。研究结果表明:(1)南昌市各城市扩张斑块的干扰强度总体较高。2005～2015年间的城市扩张干扰效应明显比1995～2005年间的城市扩张干扰效应高,城市扩张的生态成本在增加;(2)城市扩张斑块干扰效应的空间分布差异明显,周围的耕地、林地和水域面积比例较大的城市扩张斑块的干扰效应较高;(3)基于改进方法评估的城市扩张引起的生态服务价值变化大于改进前方法评估的生态服务价值变化,不同的邻域组成,不同来源类型的城市扩张斑块的生态服务价值变化差异明显。研究结果有助于科学合理度量城市扩张引起的生态系统服务价值变化,并为城市扩张生态成本的测算提供科学的支撑。     

长江经济带城市扩张的时空特征与生态响应

量化识别城市扩张在不同发展阶段的时空特征，有助于从宏观上认知城市扩张态势，理解城市化的生态响应。以Landsat TM/OLI影像为数据源，分析了近30a（1986~2016年)长江经济带3个省级城市和4个地级市的城市扩张，包括建设用地的时空变化和扩张模式，以及扩张的生态效应。结果表明：(1)建设用地扩张量在过去30a呈线性递增过程，平均扩张速率在2006~2016年降低，表明建设用地由增量扩张向存量开发转型，但地级市的转型滞后于省级城市;(2)蔓延式扩张比例下降而填充式扩张和飞地式扩张不断增加，说明城市扩张模式由粗放蔓延型向紧凑集约型转换;(3)建设用地从快速扩张到稳定扩张的过程与植被覆盖从退化到管控的过程一致，印证了建设用地扩张与植被覆盖度的时空关联性。同时，建设用地扩张导致的生态系服务价值负值不断增加，较大幅度的降低了生态系统服务总价值。面临城市扩张进程中出现的植被覆盖退化和建设用地生态系统服务负值过大的问题，合理而有力的规划政策实施在未来城市发展中尤为重要。     

生态系统服务功能视角下建设用地扩张对生境网络的影响#br# ——以苏锡常地区白鹭栖息地为例

从生态系统服务功能视角分析建设用地扩张对生境网络的影响，对目标物种及生物多样性保护具有重要现实意义。以快速城市化苏锡常地区为研究区域，对建设用地扩张变化采用地类分析和生态系统服务功能货币化的方法，探讨了建设用地扩张、生境网络及生态系统服务功能三者之间的关系。结果表明：(1）建设用地扩张对生境网络用地总生态系统服务功能价值的影响高于建设用地扩张直接导致的地类变化对区域总生态系统服务功能价值的影响；(2）就生境网络用地而言，建设用地扩张会导致迁移廊道和生境斑块总生态系统服务功能价值降低，建设用地扩张对迁移廊道生态系统服务功能价值的影响高于对生境斑块的影响,且迁移廊道的生态系统服务功能更具多元化；(3）建设用地扩张直接导致基于白鹭生存需求的生境用地生态系统服务价值的减小，且减小幅度大于研究区总生态系统服务价值变化情况；建设用地扩张导致生境用地某些生态过程缺失,间接影响了物种迁移、基因交流，进而影响到网络功能。该研究为建设用地扩张方向及利用强度，区域生物多样性保护及维护生态系统健康提供了依据。 关键词： 建设用地扩张；生态系统服务功能；生境网络；快速城市化地区     

土地利用变化对生态系统服务的影响研究综述

土地利用/覆被变化是全球环境变化的重要组成部分和主要原因之一,不仅带来了地表结构的巨大变化,而且对生态系统服务也造成重要影响。土地利用变化和生态系统服务研究已成为国际上生态学和地理学等跨学科研究的热点之一。从土地利用变化和生态系统服务的概念及其影响因素分析入手,综述了土地利用面积变化、土地利用方式变化和土地利用空间格局变化等对生态系统服务的影响,归纳了土地利用变化对生态系统服务的影响研究的主要方法和模型,分析了相关研究的不足,并提出了加强生态系统服务动态评估方法和时空动态评估模型的研究、强化土地利用变化对生态系统服务影响的生态学机制研究和注重土地利用变化下生态系统服务评估结果的集成应用研究等建议,以期对我国的土地利用变化与生态系统服务评估研究提供科学参考。     

生态退耕对安塞县土地利用及其生态服务功能的影响

以生态系统服务价值作为衡量区域生态服务功能的指标,对安塞县1998-2006年间生态服务功能的变化进行了分析。根据黄土丘陵沟壑区耕地坡度与水土流失相关关系以及农户调查数据,对安塞县耕地扰动调节、水分调节、水供应、侵蚀控制以及不同坡耕地食物供应能力的生态服务价值指数进行了修正。在此基础上,分析了安塞县退耕还林还草政策对区域生态服务功能变化的影响。结果表明:生态建设措施使得安塞县生态恶化的趋势得到扭转,其生态服务功能在1998-2006年间增加了12%,其中缓坡耕地、中坡耕地和陡坡耕地的退出,对安塞县生态服务功能增强的贡献率分别为25%,48%,27%。文章还对生态建设的监督与投资进行了讨论,认为基于实验的生态系统功能监测与评估技术才是生态系统服务价值评估的基础;生态建设所带来的生态效益的主要获益者是更大空间范围的利益相关者甚至全社会,因此作为社会代表的政府应成为生态建设的主要投资主体。     

湖北省关键生态系统服务供需状况的时空变化研究

生态系统服务是改善自然生态和维持土地可持续利用的关键。该文基于生态系统服务的供需视角，从时空两个维度量化了城市化过程中生态系统服务的赤字和盈余，据此提出土地优化利用建议。以湖北省为例，选取水源涵养、PM10去除、固碳和休闲娱乐4种生态系统服务，评估了2010~2015年湖北省生态系统服务供需的盈缺情况及演变过程，并测算其平衡阈值。结果表明：（1）除了水源涵养服务供给充足外，PM10去除、固碳和休闲娱乐服务均处于赤字状态；（2）水源涵养服务的供需趋向平衡，而PM10去除、固碳和休闲娱乐服务的供需差异逐步扩大；（3）各类生态系统服务的供需空间异质性较大；（4）生态系统服务供需达到平衡所要求的绿地比阈值普遍上升，建设用地比阈值普遍下降。上述研究对生态系统服务供需的直观量化，为优化土地管理提供了科学依据；建议湖北省应重点关注城市化过程中PM10去除和碳排放控制的问题，适度增加城市绿地，合理控制建设用地扩张。     

池塘养殖生态系统空气调节服务价值的实证研究

生态服务价值的评估对于研究人员、政策制定者和公众都有重大意义，而农业生态系统价值往往集中于食物的供给价值，而生态系统的调控服务价值、支持服务价值和文化服务价值往往被忽略。空气调控服务属于生态系统调控服务中的一种，通过按季度检测池塘养殖水体的叶绿素a含量，计算养殖池塘的初级生产力，再以工业制氧法、碳税法和造林成本法估算了常规鱼类池塘养殖生态系统空气调节服务价值。结果表明：常规鱼类池塘养殖生态系统空气调节服务总价值为63 42248 yuan/a〖DK1〗·hm2。考虑到系统内部耗氧和向系统外释放含碳气体导致的价值损失，常规鱼类池塘养殖生态系统空气调节服务总净价值为28 88674 yuan/a〖DK1〗·hm2，其中固碳净价值为 25 46328 yuan/a〖DK1〗·hm2，释放氧气的净价值为3 42346 yuan/a〖DK1〗·hm2。相较44 0221 yuan/a〖DK1〗·hm2的池塘养殖水产品的市场价值，空气调节服务价值超过养殖水产品市场价值的一半以上，表明池塘养殖的生态服务价值对人类社会的贡献不可忽视。研究认为，由于池塘藻类的高增长率，常规水产池塘养殖系统空气调节服务价值高于一些种植业生态系统的空气调节服务价值。     

基于水生态功能区的巢湖环湖带生态服务功能评价

水生态功能区被认为是流域生态环境保护、治理与修复的基本单元,以其为基础进行生态服务功能评估对于流域内的土地利用结构优化配置、生态环境保护、治理与修复等都有重要的意义。选取巢湖环湖带,采用物质量的方法,对其12种生态服务功能进行评价,其中陆域生态系统4种,水域生态系统8种。研究结果表明:(1)研究区生态系统服务功能空间差异明显,南部和东北部较高,西北部和东南部较低;而研究区单位面积生态服务功能西部较高,东部较低;(2)生态服务功能总量较高的区域,其单位面积生态服务功能并不一定高;(3)环湖带生态系统服务功能的管理和恢复既要考虑生态服务功能总量的大小,也要考虑单位面积生态服务功能的大小,依据实际情况区别对待,生态服务功能较强的地区,应积极发挥其生态功能的优势,在保护与治理并重的情况下充分发挥其生态服务功能;生态服务功能较弱的地区,应采取一定的措施,在保护的基础上对其生态服务功能进行恢复。