湖库水源地流域生态系统服务权衡与多目标优化——以天目湖流域为例

协调各生态系统服务的权衡关系是进行生态系统有效管理、实现可持续发展的关键。采用模型评估法和价值评估法等评估了天目湖流域2019年水源涵养、水质净化、土壤保持、固碳和供给等五项重要生态系统服务,分析了各服务之间的权衡协同关系,采用多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)对水质净化服务和供给服务进行优化。结果表明：(1)天目湖流域水源涵养、水质净化、土壤保持和固碳服务呈现“南高-北低”的空间分布特征,与植被覆盖度存在明显的正相关性;而供给服务的高值主要分布在流域中部和河流沿岸,与茶园和耕地分布密切相关。(2)水源涵养、水质净化、土壤保持和固碳服务两两之间表现为协同关系,供给服务与其他服务之间均呈现为权衡关系,其中与水质净化之间的权衡关系最强,表现为流域内最为突出的矛盾关系。(3) NSGA-Ⅱ算法为研究区生态系统服务优化提供了4种方案,可以在不同程度上化解流域内水质优化和经济产出之间的矛盾关系,为天目湖流域乃至其他湖库型水源地流域面向供水安全的生态系统可持续管理提供了新的思路和方法。     

城市化背景下喀斯特流域生态服务价值时空分异特征——以贵阳市南明河流域为例

以贵阳市南明河流域1990、2000和2013年遥感影像数据为基础,通过多尺度空间单元格及空间自相关分析,结合GIS空间分析技术,定量描述了南明河流域生态系统服务功能的时空分异特征,进一步揭示了喀斯特区域城市发展引起的生态服务价值变化。结果表明:1990~2013年,南明河流域生态服务价值增加6.87亿元,林地生态服务价值增加,而耕地、建设用地的变化造成生态服务价值的损失;流域生态服务价值存在较强空间聚集性,生态服务价值"热点"区主要分布在流域中下游,"冷点"区主要集中在流域中游;随着研究尺度的增加,流域生态服务价值的空间自相关性增强;流域生态服务价值对价值系数缺乏弹性,林地敏感性最高,对流域生态服务价值贡献最大,而城市化进程加快使得建设用地对总生态服务价值的影响程度增加。     

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。     

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。     

基于生态系统服务的快速城市化地区空间冲突测度及时空演变特征

空间冲突是快速城市化过程各种生态环境问题形成与演化的直接动因,科学测度空间冲突水平,对优化区域发展模式、保障区域生态安全具有重要意义。从城市化过程空间开发利用的生态系统服务权衡视角,将社会经济驱动因素、城市化扩张路径、生态系统服务响应纳入空间冲突分析与评价过程中,通过分析空间冲突形成机理,利用GIS空间分析技术量化空间冲突形成的生态风险压力(社会经济因素)、暴露程度(城市化扩张特征)、生态风险响应(生态系统服务价值)三类因子,构建冲突测度模型,以江浙沪快速城市化地区为具体研究对象,开展空间冲突测度研究。结果表明:(1) 2000—2018年区域空间冲突水平呈上升趋势,冲突指数均值由0.514上升到0.548。(2)冲突模式主要沿"点圈式"-"轴向扩散"-"网络化扩散"的路径演变:"点圈式"阶段调节服务和供给服务受影响较大,"轴向扩散"阶段受影响程度由高到低为支持服务供给服务文化服务调节服务,"网络化扩散"阶段支持服务和文化服务受影响较大。(3)从城市尺度来看,浙江省城市空间冲突强度较低,江苏省城市和上海市较高,并呈现出了距离上海市越近,空间冲突指数越高的空间梯度特征。建议通过强化基于城市群地区空间冲突的分区规划管控,加快建立完善的空间冲突预警调控机制,以加强城市化过程的区域空间冲突治理,保障区域生态安全。     

基于生态系统服务流视角的生态补偿区域划分与标准核算——以石羊河流域为例

厘定补偿边界与明晰补偿标准是流域生态补偿科学实施的关键。生态系统服务流因其可清晰反映流域上下游生态系统服务联系、精准界定生态系统服务供受区范围、客观计算生态系统服务补偿标准,成为生态补偿研究的新切入点。文章以石羊河流域为例,基于流域2018年土地覆被、气象观测和统计年鉴等多源数据,利用供需平衡模型和风沙扩散模型分别模拟了流域主要生态系统服务的流动特征,并据此确定了受偿区、支付区范围以及补偿的标准。结果表明:(1)石羊河流域提供的生态系统服务主要为水供给服务和防风固沙服务,总体呈现出"上游水资源供给,下游防风固沙"的分布格局;(2)石羊河流域生态补偿的综合受偿区分布在流域上游的天祝藏族自治县和下游的民勤县,综合支付区在流域的中上游县(区)均有分布;(3)石羊河流域生态补偿总额度为9.89亿元,其中水供给服务每公顷应受偿/支付357.39元,防风固沙服务每公顷应受偿/支付943.67元。受偿额度高值区主要集中在流域下游民勤县,支付额度高值区主要集中在流域中游凉州区。     

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。     

基于极限供需的建设用地区域差别化管控研究——以扬州市为例

根据区域建设用地的极限供需状况制定区域差别化的建设用地管控政策，有利于建设用地总量控制目标实现和建设用地的精细化管理。以扬州市为实证区域，构建基于资源环境容量约束的建设用地极限供给与经济发展驱动的建设用地极限需求的测度模型，以期为区域差别化的建设用地管控提供参考。研究表明：（1）扬州市建设用地极限供给总规模为 162 686.44 hm，未来建设用地可拓展空间总体上呈现南多北少的特征；（2）扬州市建设用地极限需求规模为 158 164.63 hm，南部地区高于北方；（3）扬州市建设用地极限需求不会突破资源环境容量约束的极限供给上限，其中仪征市和高邮市的极限需求规模超出极限供给规模，市区、江都区和宝应县极限需求规模小于极限供给规模；（4）仪征市与高邮市应根据极限供给规模严格控制建设用地总量，提高建设用地利用效率，降低经济发展对土地要素的过度依赖；市区和江都区可构建区域的协同一体化发展战略，适当扩张建设用地规模，优化区域建设用地空间布局；宝应县应注重耕地保护，予以适度的建设用地指标倾斜，促进经济增长与耕地保护协调发展。 关键词： 建设用地；供需分析；区域分异；扬州市     

LUCC影响下湖南省生态系统服务价值时空演变

基于土地利用/覆被变化(LUCC)遥感解译数据,利用生态系统服务价值评估模型及GIS空间统计方法,探讨了湖南省1990~2015年间生态系统服务价值(ESV)时空格局及其动态演化。结果表明:湖南省生态系统服务价值总体呈下降趋势,其中减少最明显的是耕地、林地和草地系统价值。生态系统服务价值空间格局的等级差异明显,ESV高值区与低值区相互溶解渗透,总体上高值区与较高值区对低值区呈包围态势。高值和较高值区分布较均匀、低值与较低值区分布较集中,中等值区分布较为散乱,呈随机镶嵌结构分布格局。生态系统服务价值及其动态演化的空间自相关与高低值聚集现象明显,但其相关性与聚集程度趋于弱化。"退田还湖"、"退耕还林"、"绿色湖南"等政策的实施,促使研究区域的ESV增加并形成若干增值热点区,城镇化、城市扩张与土地开发导致生态系统服务价值损失,并形成城镇密集区、水土资源富集区分布的价值损失冷点区。     

环太湖城市群土地利用转型及其生态环境效应

探讨土地利用转型所引发的生态环境效应对于推动区域经济可持续发展,改善生态环境具有重要意义。以环太湖城市群为例,利用GIS空间分析方法,综合生态环境质量指数和生态系统服务功能测度结果,揭示土地利用转型所带来的生态环境效应并识别其显著区域。结果显示：(1)2000～2018年,农业生产用地转为生活用地是研究区土地利用转型的主要特征,共计转出3 054.3 km²。生态用地总体变化缓慢,但水域生态用地面积波动较大。苏南城市郊区土地系统有序程度快速提高,研究区东北部和南部土地利用无序程度增强;(2)区域生态环境质量从0.407持续下降至0.392。区域生境质量由0.328降至0.303;固碳服务高值区主要分布在湖州西南部,低值区主要集中在苏州东北部;水资源供给总量由157.33亿m³升至165.41亿m³;游憩服务高值区主要分布在湖州西南部和太湖周边,低值区主要分布在太湖中心以及嘉兴东南部;(3)区域生态综合指数均值下降0.026,苏州中部下降最为严重,形成大面积块状冷点,张家港市东部、溧阳市西部生态环境状况有所改善,形成多个局...     

1985年以来太湖流域耕地变化与粮食生产研究

太湖流域经济与城市化过程持续加速而耕地流失及粮食供需形势日趋严峻。基于最小人均耕地面积(Smin)和耕地压力指数(K)模型及其分析与预测,定量研究流域耕地变化和粮食生产特征及趋势。结果表明:1985年以来,流域人口不断增长,耕地面积随人均GDP增长呈显著的对数型减少,粮食总产波动降低;Smin和K值经过1985~1997年的平缓波动后持续上升,2003年之后又有所降低。区域分析结果揭示了整个流域耕地压力凸显的现实;未来10a耕地生产力提高促使Smin逐年减小,但Sa递减速度较快,K值上升明显;两种预测情景表明降低粮食自给率一定程度上缓解了区域耕地压力,但口粮供给还有缺口,由此提出转变经济发展方式、创新耕地利用和粮食生产的调控机制等相关建议。     

长三角快速城市化地区土地利用变化对生态系统服务价值的影响——以嘉兴市为例

基于浙江省嘉兴市1979~2012年的土地利用数据,评估了各种土地利用类型的生态系统服务价值,分析了30多年来嘉兴市土地生态系统服务价值的动态变化及其对土地利用变化和景观格局变化的响应。结果表明:(1)1979~2012年,嘉兴市建设用地面积变化最大,增加了136.6%,相应的耕地面积减少了15.5%。(2)1979~2012年,嘉兴市景观破碎度指数从0.6531上升到0.8762,随着城市化进程的加剧,耕地景观破碎度指数不断增加、聚集度指数减小。(3)1979~2012年,嘉兴市的总生态系统服务价值减少了14.7%,2000~2012年嘉兴市总的生态系统服务价值减少尤为显著,生态系统各单项服务价值整体也呈现下降趋势,耕地为嘉兴市提供的生态系统服务占嘉兴市总生态系统服务的70%以上。(4)运用相关分析方法对嘉兴市土地利用类型和景观格局对土地生态系统服务价值的影响分析表明,耕地和水域与生态服务价值呈正相关,而建设用地和未利用地与生态服务价值呈负相关;景观多样性指数(SHDI)和耕地破碎度指数与生态系统服务总价值呈显著负相关关系。     

青藏高原东缘典型流域生态系统服务的地形梯度效应——以岷江上游为例

山地生态系统受地形因素影响在垂向上呈现出明显的空间分异特征,厘清山地生态系统服务的空间分异特征是区域土地利用和生态系统管理的基础。以青藏高原东缘典型流域岷江上游为研究区,将2000、2005、2010年土地利用数据及DEM数据作为数据源,运用地形位指数、相对变化率和敏感性系数,研究土地利用变化下的生态系统服务价值的地形梯度效应。结果表明:(1)岷江上游土地利用类型以林地和草地为主,约占总面积的60%和30%;2000~2010年,1~4级地形位上除未利用地外的其他土地利用类型分布指数变化较为明显,林地和耕地不断降低,草地、水域和建设用地不断升高。(2)研究期内岷江上游生态系统服务价值总量和各类型生态系统服务的价值随地形位的升高均呈倒V形变化;2000~2010年,研究区1~12级地形位上生态系统服务价值呈增加趋势,13~20级地形位上呈减小趋势。(3)2000~2010年,各地形位上生态系统服务价值变化趋势与研究区一致;除1级地形位上生态系统服务价值变化幅度略高于研究区外,2~20级地形位上的变化幅度与研究区基本一致。(4)研究区各土地利用类型的单位面积生态系统服务价值敏感性系数均小于1,单位面积生态系统服务价值的变化缺乏弹性,研究结果可信;2000~2010年各地形位上水域、草地和荒漠敏感性系数不断上升,林地和耕地敏感性系数不断下降。通过对土地利用变化驱动下的生态系统服务价值的地形梯度效应进行定量测度,明晰了生态系统服务价值随地形梯度变化所呈现的空间分异规律及其变化特征,为保护区域生态系统,合理利用土地资源提供理论依据。     

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     

巢湖流域土地景观格局变化及生态风险驱动力研究

健康的流域生态系统是区域经济社会可持续发展的重要基础。探讨流域土地景观格局变化及生态风险驱动机制有助于生态系统状况诊断与风险来源认识,为有效制定生态风险管控措施提供决策依据。应用空间信息技术平台及计量分析方法,探讨了基于县域行政单元的快速城市化阶段巢湖流域土地景观格局变化及生态风险驱动力。研究表明:(1)2000~2013年,巢湖流域土地景观类型变化表现出农地、林地、水体景观面积下降,建设用地景观面积显著增加的趋势;流域景观水平上多样性和均匀度呈下降、优势度呈上升趋势,景观空间异质性下降;(2)近15 a来,巢湖流域9个行政单元内生态风险均呈上升趋势,生态风险整体恶化,需加强对流域生态风险上升的管控;(3)生态风险驱动力分析表明,快速城市化阶段巢湖流域生态风险的主要驱动因子为第二产业值、城市化率、人口密度和固定资产投资,而人均GDP的增加在一定程度上会降低生态风险水平。     

四湖流域水环境污染现状空间分布和污染源分析

四湖流域水环境恶化已影响到当地生产和群众生活,亟待对四湖流域的水环境污染现状进行调查与评估。于2010年春季在四湖流域的主要湖泊以及四湖总干渠进行了水质现场监测和水样采集,共采集了84个样点,每个样点测定了12项水质指标,并对测定结果中四湖流域总氮、总磷、高锰酸钾指数等水质指标的空间分布进行了分析。分析结果表明:四湖流域的两个主要湖泊,长湖和洪湖均受到不同程度的污染,长湖为重度污染,洪湖为轻度污染,从长湖流入总干渠中的水质多为中性或略偏碱性,总磷、总氮含量超标几倍到几十倍,在靠近长湖的总干渠上游段为重度污染,靠近洪湖的总干渠下游段为轻度污染。各水质指标浓度总体趋势上,长湖的要大于总干渠,总干渠的大于西干渠,西干渠的大于洪湖。     

2000~2010年长江流域土地利用变化与生态系统服务功能变化

基于2000/2005/2010年三期土地利用现状遥感监测数据，利用GIS空间分析技术，分析长江流域土地利用变化方式、过程、区域特征和生态系统服务功能变化。研究表明：2000~2010年长江流域城乡建设用地、林地和水域面积增长显著，而耕地、草地面积持续减少；耕地减少和城乡建设用地增加相关，草地减少和林地增加相关，水域增加与三峡蓄水及退田还湖相关；四川盆地、中游城市群和长三角城市群等人类活动热点区域的土地利用程度显著提高；受土地利用变化影响，2000~2010年长江流域生态系统服务总价值逐年提高，水源涵养、废物处理和娱乐文化服务功能增强，而土壤形成与保护、食物生产服务功能明显减弱；生态服务价值高值区主要分布在沿江湖泊和湿地，其次是林草地覆盖区，青海高原荒漠区生态服务价值最低。     

“水-能-粮”视角下杭嘉湖区域生态系统服务供需测度及政策研究

生态系统保护与城镇化间的冲突已威胁人类福祉。基于"水-能-粮"纽带视角,研究从供需双侧对太湖流域杭嘉湖区域2000、2005及2010年的产水、固碳以及粮食生产服务进行了测度,并利用空间基尼系数模型、供需指数模型及相关系数模型对其空间异质性进行了评价。结果表明:(1)产水总量先减后增,固碳及粮食生产总量小幅递减,水资源及粮食的需求总量小幅递增,固碳需求则急剧增加;(2)西南部山林地带产水及固碳服务供给显著,粮食生产聚集在东部平原,3种服务的需求均集中于高人口密度区域;(3)3种服务的空间分布基本均衡,但供需匹配度偏低,绝大部分区域的产水服务处于赤字状态,城镇区域固碳压力显著;(4)产水服务与固碳服务呈权衡关系,与粮食生产服务呈协同关系,固碳服务与粮食生产服务之间具有权衡关系,3种服务的需求间呈两两协同关系。可见,"水-能-粮"纽带关系在杭嘉湖区域表现为相互支撑、相互影响的共同体。最后,本研究提出适应性管理政策以改善区域生态系统。     

岷江流域土地利用结构对地表水水质的影响

当点源污染得到有效控制时,非点源污染,尤其是农业非点源污染将成为影响地表水水质的主要因素。利用遥感和地理信息系统技术获取岷江流域土地利用类型,并在分析该流域内地表水水质监测数据的基础上,研究了不同土地利用结构与地表水水质的相关关系。结果表明,在以单一土地利用类型为主控制的区域中,林地和草地控制的小流域的地表水水质明显优于耕地;在不同土地利用类型的组合结构中,地表水水质的优劣状况介于林地、草地和耕地为主控制的小流域之间;在其他条件相似时,随着小流域内林地和草地比例的增加,非点源污染降低,而随着耕地比例的增加,非点源污染有增大的趋势。此外,土地利用结构对地表水水质的影响不仅表现在数量结构上,同时表现在空间分布上.     

兰州城市生态系统服务价值评估方法与结果比较

随着城市化的推进,加之生态环境脆弱,兰州市的生态系统服务功能出现衰退,正确地评价各生态系统的服务价值对兰州市的可持续发展有重要意义。本文在Costanza等评估方法的基础上,结合生态系统的自身价值与人的主观价值评估,加入支付意愿与生态系统服务稀缺性对其进行了探索性修正。并分别运用修正前后的方法计算了兰州市2005-2009年的生态系统服务价值,对比分析了两种方法得出的动态变化情况与成因。运用Costanza等的方法得出的结果显示:兰州市生态系统总服务价值5年内上升了0.24亿元,除林地外,其余各生态系统的服务价值均呈降低趋势。运用修正后的方法得出的结果是总服务价值5年内上升了28.73亿元,林地、耕地、草地的服务价值均呈现上升趋势,林地面积的增加导致其服务价值的上升,而耕地和草地服务价值的增加是由稀缺性引起的。耕地、林地、草地是构成区域生态系统服务的主要类型。研究表明:生态系统总服务价值的升降不能反映区域土地利用是否合理以及生态系统的发展方向。两种主要生态系统稀缺性的增加是导致兰州市生态系统总服务价值上升的主要原因,这反映了兰州市土地利用的不合理性以及生态系统的退化性转变。重点保护耕地和草地资源,在城市化进程中控制城镇用地的扩张,优化土地利用结构,保障后备土地资源的数量是兰州市可持续发展的前提。