精河流域绿洲土地利用及生态系统服务价值时空变化研究

土地利用变化直接影响着生态系统服务功能及生态安全,在县域尺度上定量分析区域土地利用类型及生态环境效应变化,可为地处干旱生态脆弱区的精河流域绿洲水、土资源合理开发利用提供科学依据。利用1990、2000和2018年3期影像,采用梯次环方法对研究区各土地利用类型生态系统服务价值进行时空分析,并基于生态环境质量指数和生态贡献率对土地利用类型转变后的生态环境效应进行辨识。结果表明:(1)1990—2018年研究区土地利用变化明显,建设用地、耕地、水域和草地面积增加,林地和未利用地面积减少;(2)近28 a来,研究区生态系统服务价值整体变化较大,呈先降后增趋势,2018年生态系统服务价值优于1990和2000年。以城市为中心的梯次环方法分析结果显示,1990和2000年研究区南部地区生态系统服务价值整体高于北部地区,生态系统服务价值高值区出现在S5～S7梯次环;2018年北部地区生态系统服务价值高于南部地区,生态系统服务价值高值区出现在N6～N8梯次环;(3)1990、2000和2018研究区生态环境质量指数分别为0.147、0.120和0.194。研究区土地荒漠化以及林地、草地转为未利用地是在土地利用层面导致生态环境退化的主要原因,未利用地转为林地、草地以及艾比湖水面的恢复是促使研究区生态环境质量改善的主要原因。     

干旱区绿洲城市生态系统服务价值空间自相关格局分析与模拟

基于1995—2015年乌鲁木齐土地利用遥感解译数据,运用CA-Markov模型模拟预测2025年土地利用变化并进行生态系统服务价值(ESV)评估,应用格网分析、空间自相关、Getis-Ord热点区分析等空间统计方法,进一步分析生态系统服务价值与土地利用空间格局的分布特征,讨论两者空间自相关关系及年际变化的冷热点空间分布变化原因。结果表明,近30 a研究区各土地利用类型的生态系统服务价值呈波动变化态势,但总体上表现为减少趋势,主要原因在于耕地、林草地提供的生态系统服务价值减少。生态系统服务价值空间分布格局差异明显,高值区域多年来主要分布在乌鲁木齐县林地面积较多的地区,低值区域集中分布于乌鲁木齐中心四区(天山区、沙依巴克区、水磨沟区、头屯河区)的周边区域。研究区生态系统服务价值具有显著的空间正自相关性与空间聚集特征,高-高、低-低聚集分布分别与生态系统服务价值高值、低值区域高度重合。生态系统服务价值热冷点区呈逐年增加趋势,热点区增加与近年来乌鲁木齐大力推行生态保护及修复等措施有极大关联,冷点区增加与城市建成区无序扩张及土地开发等一系列人类活动有密切关系。     

三江源土地利用变化特征及因素分析

根据三江源地区1980年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年7期1∶10万土地利用数据集,运用Arcgis 10.0空间统计分析与数理统计方法定量研究了该区土地利用变化特征、规律及趋势,阐明了影响土地变化的主要因素,为三江源地区土地资源的可持续利用及土地管理决策提供科学依据。结果如下,(1)2015年三江源土地利用类型以草地、林地和水域为主,分别占总面积的71.20%、4.28%、5.47%。低覆盖草地主要分布在研究区西北部,中高覆盖度草地以及林地集中分布在东南部,水域在整个源区都有分布。(2)根据土地利用变化重要性指数(C_i),得知35年间三江源土地利用类型之间的转变主要以低中高覆盖度草地、未利用土地与水域之间的转化为主。1980—2015年,低、高覆盖度草地,水域,建设用地面积波动增加,未利用土地面积有明显的减少趋势,35年间减少了17.61%,中覆盖度草地和林地基本保持不变,草地面积总体增加了13.45%。(3)从土地利用变化来看,建设用地增加最快,1980—2015年,建设用地增加了89.54%,它的开发程度也最大,为2.63%;未利用土地的耗减程度最大,耗减率为0.66%。(4)人口、经济结构变化及政策的实施是土地利用变化的主要驱动机制。     

基于土地利用／覆被变化的重庆城市生态系统服务价值研究

参考COSTANZA以及谢高地等提出的生态系统服务价值系数,制定了符合城市生态系统的服务价值系数.基于重庆市主城区1993、2000和2004年3期土地利用/覆被(LUCC)变化数据,对重庆市主城区的生态系统服务价值进行了估算.结果表明:重庆自1997年成为直辖市后,耕地、林地大量向城市建设用地转化,城市生态系统服务价值急剧降低.1993年重庆市主城区生态系统总服务价值为564.75×106元,2004年为387.71×106元,下降了31.3%.生态服务价值系数的变化对重庆城市生态系统总服务价值的影响缺乏弹性.水域和林地面积变化对重庆市主城区生态系统总服务价值影响明显.     

开都孔雀河流域近20年土地利用/覆被变化及景观破碎化研究

根据开都孔雀河流域1990、2000和2010年Landsat-TM影像数据和中巴资源卫星数据,结合GIS技术,研究其近20 a土地利用/覆被及景观格局的动态变化特征及变化原因。结果表明,1990—2010年开都孔雀河流域土地利用类型变化最明显的是耕地、建设用地和水域湿地,年均变化率分别为4.76%、-1.61%和1.45%,而未利用地年均变化率最小,为-0.29%。草地面积的8.71%和未利用地面积的1.73%均转变为耕地,草地面积的2.41%转变为水域湿地,建设用地的54.74%转变为未利用地;林地面积在2000年前减少,主要转变为耕地,而在2000年后耕地和草地转变为林地,又使其面积增加。整个研究时段耕地、水域湿地分布趋于集中,逐渐成为研究区的优势景观类型;在2000年前林地分布破碎化明显,在2000年后趋于集中;1990—2010年,草地面积减少,景观优势度下降,景观形状趋于简单。认为人口的不断增加以及经济利益的驱动使得流域内耕地面积不断扩大,从而严重危及流域的生态环境安全。     

长沙市生态系统服务价值对土地利用变化的响应研究

基于谢高地等确立的中国陆地生态系统服务价值系数,通过价值系数修正,分析长沙市24年间土地利用变化对生态系统服务价值的影响.研究表明:耕地、林地、草地、水域、未利用土地的面积逐渐减少,城镇建设用地逐渐增加.1900~2014年的生态系统服务总价值逐渐减少,价值损失量为169 329.89万元,损失率为5.44%.各生态系统服务功能对长沙市生态系统服务价值的贡献率排在前三位是土壤形成与保护,水源涵养,生物多样性保护.食物生产的生态系统服务价值的贡献率最小.生态系统服务价值敏感性指数由大到小依次为:林地、耕地、水域、城镇建设用地、草地、未利用土地,敏感性指数均小于1,研究结果合理可信.     

兰州市土地利用变化及生态服务价值

以典型河谷型大城市兰州市为例,在RS和GIS技术支持下,剖析了1997-2009年该市各县区土地利用及其变化情况。在此基础上,参考Costanza等生态系统服务价值计算方法和中国陆地生态系统单位面积服务价值表,分析r近12年来研究区土地利用变化对生态系统服务价值的影响及其变化情况。结果表明：1997-2009年兰州市林地增长面积最大,主要来源于耕地的转出及两山绿化,其次为建设用地,主要是对耕地、草地和未利用地的占用;土地利用类型面积减少最大的是耕地,主要转变为林地、草地和建设用地。土地利用变化引起生态系统服务价值及GDP变化,其分别从1997年的59．99亿元,210．27亿元上升到2009年的61．52亿元,920亿元。总体呈增长趋势,表明该区域生态环境整体向良性方向发展。     

近35 a叶尔羌河中下游流域土地利用/覆被时空动态演变特征

基于叶尔羌河中下游流域1982、1990、2000、2010和2017年5期遥感影像数据,利用GIS技术,对该地区近35 a土地利用/覆被变化进行分析。结果表明:1982—2017年研究区耕地和建设用地面积占比不断增加,分别由占研究区总面积的4.92%和0.33%增加到13.06%和0.67%;林地、草地和未利用地面积则分别减少8.43×10~4、4.48×10~4和2.81×10~5 hm~2;湿地和水域面积变化波动较小,但总体上呈减少趋势,减少面积分别占流域总面积的0.08%和0.14%。各土地利用类型中耕地变化速率最大,达4.73%,建设用地次之。林地、草地、湿地和水域面积的减少主要受到年均气温上升,相对湿度下降和蒸发量增大等自然因素的影响;耕地和建设用地面积的增加以及未利用地面积的减少主要受到人口、第一产业生产总值和GDP急剧增长等人文因素的影响。除此以外,政策因素调整也对研究区土地利用/覆被变化产生显著影响。     

城市空间扩展对生态系统服务价值的影响——以南宁市区为例

以南宁市区1994～2004年土地利用统计数据为基础,参照中国陆地生态系统服务价值系数,分析了南宁市区土地利用变化特征及其对生态系统服务价值的影响。结果表明,10年来,南宁市区土地利用变化比较剧烈,建设用地增加明显,且占用耕地和林地现象较为突出,林地、草地和水田面积减少较多,园地、旱地面积增加明显;区域生态系统服务价值由1994年的8751．9×106元／a下降到2004年的8 636．5×106元／a,区域生态系统服务功能出现明显衰退。     

湘西生态系统服务时空变化分析

为提升丘陵屏障带生态系统服务技术,以典型喀斯特地貌地形特征且森林覆盖率较高的南方核心保护区域湘西为例,利用遥感(RS)、地理信息系统(GIS)获取1980—2018年各土地利用类型面积变化数据,进行区域生态系统服务价值核算及生态功能驱动力因素分析。结果表明:(1)1980—2018年湘西土地利用转移中,转出面积最大的是林地,为2 404 km~2,净转出面积最大的是耕地,为73 km~2,转入面积最大的是城建用地,为203 km~2;(2)在生态系统服务价值时空变化上,2010—2018年凤凰、古丈和永顺耕地减少较大,分别为3 886.14万元、1 470.43万元、2 835.83万元,2010—2018年花垣、龙山林地减少较大,分别为6 729.42万元、14 580.415 2万元,吉首市及周边的城镇用地明显增加;(3)2010年林地服务总价值达到最大值4 074 291.41万元,1980—2018年耕地总服务价值逐年递减,湘西生态系统服务总价值先增后减。综合以上各因素分析得出结论:湘西生态系统服务价值减少,生态系统服务能力正在下降;时空变化上,城建用地由州中心向周边扩散,水田耕地正朝着区域空心化的格局演变,有林地则正朝着边缘化的格局转变;湘西生态系统服务能力逐年下降主要是由政策性城建用地所致,其次是受暴雨引发的洪水泥石流等气象自然灾害影响。对此提出严守耕地红线、开荒造田,建立以森林为主的国家公园自然保护地建设、开发旅游景区,修建蓄水设施、加强防灾防水意识等初步建议,对于生态功能提升和农村社区可持续发展有着重要的意义。     

三峡库区(重庆段)景观格局变化及其对生态系统服务价值的影响

以具有重要生态地理位置的三峡库区(重庆段)为研究区,结合2000—2015年Landsat TM数据,运用统计和网络分析法,从时空角度研究景观格局和生态系统服务价值的变化及其两者间的相互关系。结果表明,整体而言,研究区耕地和林地所占比例较大,草地、水域、建设用地和其他用地所占比例较小,建设用地面积增加最快;从时间上看,2000—2015年斑块密度、最大斑块面积指数呈先减少后增加的趋势,聚集度最大值和香农多样性指数最小值出现在2010年;2000—2015年生态服务价值总量先增加后减少,2010年达最大;从空间上看,景观破碎度逐渐从库区东北、东南向各区县建成区及主城区转移,东北与东南地区的景观完整性逐渐提高;生态系统服务价值低值区集中于各区县建成区,主城区生态服务价值最低,长江流域西侧的生态服务价值低于东侧。合理的景观格局对提高该区域的生态系统服务价值具有重要意义。     

青海湖流域生态系统服务空间分异规律及驱动力研究

在青海湖流域拟建国家公园的背景下,生态系统服务空间分异及其驱动因素的探析,可以极大的促进生态环境保护与修复政策制定及区域可持续发展。以青海湖流域为研究对象,基于2010-2020年的土地利用变化,分析生态系统服务的动态变化,探讨了生态系统服务的空间异质性,并引入地理探测器模型探究了生态系统服务空间分异的自然和社会经济驱动因素。结果表明,1)2010-2020年草地作为主要地类变化幅度小;水域面积增幅最大,其主要源于未利用地和草地的转入。2010-2020年ESV表现为弱递增趋势,总生态系统服务价值(ESV)由1.35×10³亿元增加到1.37×10³亿元,增加了1.48%;其中,水域贡献率最大(1.04×10³亿元以上),其次是草地(274亿元以上)。生态服务功能以调节服务为主,贡献量达到1.12×10³亿元以上。2)青海湖流域ESV呈现出从湖体向周围递减的空间格局,并表现出显著的高程依赖性;流域ESV存在显著的空间正相关(Moran’s I均为正数)和聚集分布;高高值和低低值聚集区为空间上的主要聚...     

基于CA-Markov多情景模拟的海南岛土地利用变化及其生态环境效应

以海南岛为研究区域,基于2010年和2020年两期土地利用数据,利用CA-Markov模型预测了3种模拟情景下2030年和2040年土地利用空间分布格局,定量分析了海南岛2010—2040年土地利用变化及其生态环境效应。结果表明,(1)2010—2020年间,海南岛土地利用类型以林地为主,面积占比达62%以上,其次耕地。该时期土地利用类型转移的主要特征是林地、耕地、水域转为建设用地,建设用地面积增加483.55 km2,增长率高达53.27%。(2)利用CA-Markov模型模拟3种情景下海南岛2030年和2040年的建设用地均呈现较大幅度的增长,其中耕地保护情景模拟下的耕地面积最多,生态保护情景模拟下的林地和水域面积有所增加。(3)海南岛生态环境质量呈现出中部高、四周低的阶梯式空间分布格局,2010—2040年间海南岛生态环境质量逐期降低,由2010年的0.606 4下降至2040年的0.587 8。在3种模拟情景中,生态保护情景下的海南岛生态环境质量最高,其次是耕地保护情景,基准情景最差。(4)2010—2040年间,林地转为建设用地是导致海南岛生态环境质量恶化的主要类型和主导因素,耕地转为林地则是致使未来生态环境质量改善的主要土地利用变化类型,生态贡献率超过70%。总体而言,海南岛生态环境质量恶化的趋势大于生态环境质量改善的趋势。     

草海湿地区域景观生态脆弱性时空变化特征

生态脆弱性作为生态学研究的热点和重要方向,对区域环境保护、土地利用规划及可持续发展具有重要指导意义。利用3S技术,基于景观生态学理论和方法构建景观脆弱度指数,从整体上对贵州草海湿地区域的景观类型及景观脆弱度变化特征进行分析。以研究区53个行政村作为评价单元,从较小尺度和可控单元出发,研究草海区域景观生态脆弱性变化及其时空分异特征。结果表明:(1)1995—2015年间草海湿地区域林地、草地面积减少较多,建设用地和水域面积持续增加;研究区景观脆弱度指数范围逐渐变大,但各景观类型脆弱度指数排序不变,由大到小依次为草地、林地、耕地、建设用地和水域。(2)1995—2015年间处于重度脆弱区、中度脆弱区的行政村主要集中在研究区四周,且数量有所减少;处于一般脆弱区和潜在脆弱区的行政村集中在研究区中部区域,数量有所增加。(3)各行政村的景观生态脆弱性水平呈现显著自相关,但景观生态脆弱性接近的行政村在空间上表现出的聚集性有所降低。(4)研究区行政村的景观生态脆弱性空间分布由低-低聚集类型转为高-高聚集类型,大部分行政村的空间自相关属于"不显著"类型,并没有出现低-高聚集区。     

丹东沿海地区土地利用变化对生境质量的影响研究

土地利用变化与生态效应影响研究是全球环境变化的热点。以丹东沿海地区2000—2018年土地利用景观格局为基础,运用GIS技术和In VEST模型对丹东沿海地区生境质量进行定量评估,并结合土地利用变化规律分析了土地利用变化对生境质量的影响。丹东沿海地区作为连接海陆的重要过渡带,研究其土地利用变化对生境质量的影响,对于权衡生态保护与利用土地资源海陆统筹发展具有重要意义。结果表明,(1)耕地、草地及未利用地面积减少,林地、水域和建设用地面积增加,研究末期林地仍占研究区的62.895%,耕地比重由30.565%降至25.735%,是研究区第二大土地利用类型,其次是建筑用地、水域用地,草地与未利用地占比较小。(2)研究期间,生境质量低值区扩大,较低值区缩小,中等级、较高、高值区面积增加。生境质量呈现自东北向西南递减,自沿海向内陆递减的分布特征。(3)研究区生境质量受土地利用变化影响较大,2015—2018土地利用变化与生境质量变化都较为显著,以林地、河渠为主的土地利用类型受人类活动干扰较小,生境质量较好;沿海地区的建设用地对生态环境造成破坏,生境质量较差。(4)通过空间自相关以及热点分析发现,研究区生境质量分布状况存在空间聚集性,聚集效应近年来有分散的趋势,区域间的生境质量差异扩大。     

基于景观格局分析的青岛市海岸带生态脆弱性评价

为研究城市海岸带景观类型脆弱度变化特征,揭示海岸带生态脆弱性的时空分布规律,以青岛市2009和2018年遥感影像数据为基础,选取聚集度、分维数倒数、斑块密度、植被覆盖指数和生态适宜度等指标,计算景观类型脆弱度并构建生态脆弱性指数模型,进而对青岛市海岸带生态脆弱性进行评价。结果表明:(1)2009—2018年青岛市海岸带景观类型中,林地、水域和城乡工矿用地景观类型面积呈增加趋势,耕地、草地和未利用地景观类型面积趋于减少,其中,未利用地减少幅度最大(55.18%),城乡工矿用地大幅度增加(58.99%);(2)未利用地和草地的景观类型脆弱度较大,极易受到人为因素和外界环境的干扰,林地景观类型脆弱度次之,水域最小;(3)青岛市海岸带生态良好区和重度脆弱区面积减少,每年比上一年的年平均减少率分别为16.24%和16.83%,而轻度脆弱区、一般脆弱区、脆弱区都呈增加趋势,每年比上一年的年平均增长率分别为0.95%、10.74%和11.24%。生态脆弱性整体呈东部和西南部高、中部低的格局,轻度脆弱是青岛市海岸带的主要脆弱性等级。     

长株潭城市群土地利用/覆被变化对碳效应的影响

基于1990、1995、2000、2005、2010年长株潭城市群土地利用数据及植被类型图、土壤类型图,借助Arc GIS10.0软件,从土地利用类型的结构、转变方向、转变带来的碳排放强度及碳汇空间分布的区域差异性等方面,分析20 a间研究区土地利用/覆被变化引起的碳效应。结果表明:(1)1990—2010年间,长株潭城市群土地利用类型变化的显著特征为耕地与林地间的相互转变以及耕地、林地向建设用地的转变;(2)长株潭城市群碳效应变化呈倒"U"形趋势,整体碳汇能力减弱,碳效应空间分异明显。与其他区县相比,长沙、株洲、湘潭3市市区及望城县、长沙县这5个区县的土地利用转变碳效应及碳汇能力变化更明显,差异性大,这与区域人口密度及经济发展的不均衡直接相关;(3)可考虑通过限制林地及草地转出、优化土地利用结构及经济布局、防止生境破碎化及生态系统退化等措施来控制土地利用碳排放。     

基于LUCC的密云水库上游流域人为干扰动态变化

人类活动对地球表层的干扰所造成的影响和变化正日益增强,正确估计人为干扰对现在和未来环境变化影响的程度以及叠加在自然变化上的幅度具有重大意义。选择生态系统服务功能突出、人地关系矛盾剧烈的北京市密云水库上游流域为研究区,基于2005和2013年2期SPOT 5遥感影像数据,借助人为干扰度指数和GIS空间分析方法,从结构变化、类型变化、空间变化和人为干扰度4个角度,探讨密云水库上游流域人为干扰时空动态分异及变化特征。结果表明:(1)2005—2013年间,密云水库上游流域景观以林地-耕地-园地格局为主导,土地利用变化速度加快,人类活动对土地资源的集约利用强度增加。(2)农业结构调整、土地开发整理、经济发展、建设占用以及生态恢复工程是流域内土地利用与土地覆被变化的主要因素;旱地、园地、有林地、灌木林地面积减少,菜地、草地、疏林地、建设用地和滩地增加,森林生态系统质量呈退化趋势;工矿用地和未利用土地主要转为园地、林地和草地,生态恢复工程略显成效。(3)半干扰是流域内主导的干扰景观类型,全干扰和半干扰型景观面积增加,无干扰型景观面积减少,流域内景观的人为干扰强度呈现由深山区向浅山区逐渐增强的空间分异特征,交通道路沿线及人类活动活跃地区是人为干扰强度增加最显著的地区。     

成渝城市群黑碳气溶胶的时空分异特征及其对土地利用/土地覆被变化(LUCC)的响应

基于2000—2015年MERRA-2的黑碳气溶胶(BC)空间分布数据和土地利用/土地覆被数据,利用GIS空间分析手段和地理加权回归模型,识别成渝城市群BC浓度的时空分异和土地利用/土地覆被变化(LUCC)特征,探讨BC浓度对LUCC的响应关系。结果表明:(1)成渝城市群BC浓度在整体上呈现出中部高、四周低的同心圆格局,且这一态势在15 a中没有发生明显改变;2000、2005、2010和2015年的年均浓度分别为3.86、4.97、4.91和4.51μg·m~(-3),以2005年为拐点呈先上升后下降的趋势,且2005年高值区的空间范围最大,经历了扩张-收缩的变化过程;在季度水平上表现出冬季秋季春季夏季的趋势,秋冬季BC污染形势严峻;(2)2000—2015年成渝城市群土地利用/土地覆被的主要类型为耕地、林地和草地,该时期3种地类面积总和的占比均在94.61%以上,土地利用结构未发生明显改变;以耕地与草地连续减少和建设用地持续增加为LUCC的主要特征,水域、林地和未利用地略有增加;(3)不同土地利用/土地覆被类型下的BC浓度总体上呈现出建设用地耕地水域林地未利用地草地的特征;在不同的土地利用/土地覆被转换方式下,当人工用地转为自然用地时BC浓度降低,当自然用地转为人工用地时BC浓度增加;(4)地理加权回归模型计算结果表明,局域拟合系数较高区域的LUCC对BC浓度的影响较为显著,且呈现出明显的空间分异现象。     

三峡库区(重庆段)地表起伏度及其对生态系统服务价值的影响

地表起伏度与生态系统服务价值密切相关。地表起伏度决定或直接影响土地利用类型,造成不同地表起伏度地区生态系统服务价值不同。利用ASTER GDEM V2全球数字高程模型数据,通过窗口分析法获得三峡库区(重庆段)地表起伏度。利用土地利用数据,参照中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表,计算三峡库区(重庆段)生态系统服务价值,定量分析地表起伏度与生态系统服务价值的相关性。结果表明:(1)研究区地貌复杂,地表起伏较大,整体来说东部高于西部,其中地表起伏度最大的是巫溪(1.360 3),最小的是渝中(0.289 0)。(2)研究区人均生态系统服务价值空间分布不均,东部为天然林保护区和水源涵养区,人均生态系统服务价值高。西部为都市重点开发区和城市发展新区,人均生态系统服务价值低。(3)地表起伏度与人均生态系统服务价值呈正相关,对其影响程度由大到小依次为原材料生产、食物生产、气体调节、气候调节、价值总量、水文调节、保持土壤、提供美学景观、维持生物多样性和废物处理。研究表明,加强对位于高地表起伏度区的天然林保护区和水源涵养区的保护是维护和提高库区生态系统服务价值的有效途径。