中国南北过渡带生态系统碳储量时空变化及动态模拟

山地是全球变化的敏感地带,对生态安全与发展具有重要作用,山地生态系统服务变化和生态环境承载力是地理学与生态学的研究热点。以中国南北过渡带的主体秦巴山地为研究对象,采用CA-Markov模型与InVEST模型模拟和预测（2000—2040年）不同土地利用情景下秦巴山地生态系统碳储量变化,运用热点分析（Getis-Ord G_i^*）探讨秦巴山地生态系统碳储量的空间分布差异。结果表明：（1）2000—2040年,研究区土地利用/土地覆被变化主要是耕地、林地、草地和建设用地。（2）2000—2020年,碳储量增加1.12×10⁷ t;2020—2040年自然增长情景下,碳储量损失剧烈,减少50.24×10⁷ t;生态保护情景下,碳损失幅度明显变弱,减少29.52×10⁷ t,说明采取生态环境保护政策,能够有效控制碳储量减少。（3）土地利用/土地覆被与生态系统碳储量的变化呈现显著的一致性,土地利用数量变化决定了生态系统碳储量的质量和空间分布格局。（4）随着海拔抬升,碳储量呈现出“先增后减”的趋势;随着坡度升高,碳储量呈现出“W”型变化趋势。（5）热点分析结果显示,2000—2020年间,碳储量热点区和冷点区零散分布在研究区内;2040年自然增长情景下,碳储量冷热点分布范围有逐渐变大的趋势;2040年生态保护情景较2020年,秦巴山地生态系统碳储量的冷热点分布范围整体变化不大。     

长三角城市群水—能源—粮食系统压力的演变特征及其影响机制

城镇化的推进加剧资源消耗,水—能源—粮食（Water-Energy-Food）作为核心资源,是保障区域可持续发展的关键。以长三角城市群为例,构建WEF系统压力指数,揭示1990—2018年间长三角城市群WEF系统压力的演变特征,探讨城镇化推进对WEF系统压力的影响机制。结果显示：2010年后,随着长三角一体化进程加快,WEF系统压力明显加大,其中粮食压力猛增、水资源压力稳定、能源压力有所下降,但能源供应仍存缺口。各省市WEF系统压力及其变化特征与资源禀赋、经济发展和城镇化进程相关。城市空间扩展、人口集中、经济发展和居民消费显著影响长三角城市群WEF系统压力。因此,WEF系统管理应立足不同要素演变特征,同时加强不同部门及区域的协同管理,共同促进长三角城市群的可持续发展。     

协调视角下长三角城市群的空间结构演变与优化

以城市群为主体优化城镇化空间布局是构建国土空间规划体系的重要内容,空间优化的本质旨在促进城市群内部大中小城市协调发展。以长三角城市群为案例,在测度2001-2016年长三角城市群26个城市的城镇化协调水平基础上,运用社会网络和多维尺度分析等方法,分析和识别城镇化协调关系及其空间结构和内在演变机理。结果表明：（1）随着长三角城市群的城镇化协调水平提高,城市群内部的高协调城市逐渐显现出以上海为核心的“Z型”分布态势,低协调城市则稳定分布在长三角城市群扩容后的范围;（2）根据城镇化协调水平的关联强度划分长三角城市群的凝聚子群,凝聚子群的加权平均中心度和联系密度增大后,上海极化效应更加明显;（3）从城镇化协调关系的空间和时间两个维度识别城市群空间结构,长三角城市群从在空间距离影响下以省会城市为中心的“圈层”结构,变形为在时间距离影响下的“核心—边缘”结构;（4）人口、土地和经济城镇化三者协调水平的变化影响着长三角城市群空间结构演变,相较人口与经济城镇化,土地城镇化对城镇化协调关系的加强具有显著促进作用。从协调视角剖析长三角城市群的空间结构并提出优化政策,有助于中国现有资源环境承载能力条件下城市群一体化建设和空间资源的高效利用。     

中国北方干燥地城市扩展过程对生态系统服务的影响——以呼和浩特-包头-鄂尔多斯城市群地区为例

理解中国北方干燥地城市扩展过程对生态系统服务的影响对提高干燥地人类福祉和实现区域可持续发展具有重要的意义。为此,论文以正在经历快速城市化的呼和浩特-包头-鄂尔多斯（呼包鄂）地区为例,从区域、城市和旗县3个尺度上揭示了该地区1990—2013年城市扩展过程对生态系统服务的影响。首先,量化了呼包鄂地区1990年的生境质量、粮食生产、肉类生产和碳储量4种关键生态系统服务。然后,分析了1990—2013年呼包鄂地区的城市扩展过程。最后,在区域、城市和旗县3个尺度上评价了呼包鄂地区1990—2013年城市扩展过程对生态系统服务的影响。结果显示,1990—2013年,呼包鄂地区经历了快速的城市扩展过程,城市用地面积从314.22 km²增加到692.10 km²,增长了1.2倍。区域城市扩展过程导致4种生态系统服务均明显下降。其中,粮食生产服务损失最严重,损失量达1.36×10⁴ t,约占1990年全区粮食生产总量的1%。边缘型和飞地型城市扩展对生态系统服务的影响最明显。1990—2013年,边缘型城市扩展导致的粮食生产、肉类生产和碳储量损失量占区域城市扩展过程中各项服务损失总量的比例均超过60%,飞地型城市扩展造成的肉类生产服务损失量大于区域城市扩展过程中该服务损失总量的1/3。边缘型和飞地型城市扩展过程导致的耕地和草地大量减少是造成生态系统服务快速下降的主要原因。因此,建议在呼包鄂地区的城市化进程中应提高城市用地利用率,控制边缘型和飞地型城市扩展,以减少城市扩展过程对生态系统服务的影响。     

退耕还林还草工程对生态系统碳储存服务的影响——以黄土高原丘陵沟壑区子长县为例

陆地生态系统碳储量是表征生态系统碳储存服务的重要指标,与土地利用变化之间存在着密切的关系。退耕还林还草工程使区域土地利用格局发生巨大变化,并对生态系统碳储存服务造成了较大的影响。为了能简单快速的评估退耕还林还草工程对陆地生态系统碳储存服务所带来的影响,以位于黄土高原丘陵沟壑区的子长县为例,运用InVEST模型评估了退耕还林还草工程对陆地生态系统碳储量的影响,进一步耦合InVEST模型和FLUS模型,并设置四种不同的退耕还林还草实施情景,预测子长县2037年陆地生态系统碳储量变化和碳汇产生的经济价值。研究发现：（1）子长县退耕还林还草工程实施效果显著,17年间共有31627.98 hm²耕地退耕为林地和草地,境内的林草覆盖率由2000年的53.26%增长至2017年的64.20%;（2）退耕还林还草工程的实施显著提升了子长县陆地生态系统碳储存服务,碳储量由2000年的39.19×10⁶ t增长至2017年42.34×10⁶ t,增加量集中在工程实施主要阶段（2000—2008年）;（3）未来子长县若继续实施退耕还林还草工程,其生态系统碳储存服务会得到进一步提升,且会获得一定的碳汇经济价值。预计到2037年子长县在退耕还林还草工程实施A、B、C、D四种情景下的陆地生态系统碳储量将分别达到：43.78×10⁶ t、44.10×10⁶ t、44.32×10⁶ t和44.54×10⁶ t,并将由此获得碳汇经济价值净收益分别为1627.88万美元、1979.89万美元、2231.39万美元和2471.67万美元。耦合InVEST-FLUS模型,不但能利用InVEST模型简单快速的对陆地生态系统碳储量进行评估,而且还能基于FLUS模型对未来土地利用变化情景下的陆地生态系统碳储量和碳汇经济价值做出测算。     

北京湿地生态系统重要服务功能及其价值评估

论文基于北京市湿地资源调查数据,重点评估了湿地调蓄洪水、供给水源、净化水质、蒸发降温和维护生境等重要生态服务功能及其价值。结果表明,2014年北京市湿地面积5.14×10⁴ hm²,其中46%为自然湿地,并集中分布在密云、房山和门头沟等远郊区。北京市湿地生态系统年均调蓄洪水20.75×10⁸ m³、供给水源9.44×10⁸ m³、净化水体污染物（COD）4.22×10⁴ t、蒸发吸热3.03×10¹² kJ,并维护着较高质量生境0.96×10⁴ hm²,其经济价值分别为158.95×10⁸、11.89×10⁸、1.69×10⁸、4.21×10⁸和10.84×10⁸元。虽然这些重要生态系统服务的78%来自于北京市远郊区的湖库与河流湿地,但是主城区湿地同样提供着重要的生态服务功能,且受益人群数量较高,因而更需重点保护。     

中国生态用地及生态系统服务价值变化研究

生态用地具有重要的生态系统服务功能,在维护生态平衡、保障国土生态安全、应对全球气候变化中具有特殊地位。论文在总结国内研究学者有关生态用地研究成果的基础上,从生态系统服务功能入手,界定了生态用地的概念,根据生态干扰度构建了生态用地分类体系,并将生态用地分类与土地利用分类进行衔接,对全国生态用地的生态系统服务价值进行了评估,分析其特征及规律。研究表明：1）广义的生态用地是指能发挥供给、调节、支持生态系统服务功能,以及对维持区域生态平衡和调节全球气候具有重要作用的土地类型;2）依据“生态干扰度”构建了生态用地分类体系,将生态用地分为3个一级地类、5个二级地类和31个三级地类;3）2012年全国生态用地的生态系统服务价值为280 483.80亿元,呈现“西高、中次、东低”空间格局。2009—2012年全国生态用地的生态系统服务价值整体呈下降趋势,变化幅度空间分布差异较大,呈现“中增、东西减”的格局特点;2009—2012年全国生态用地各项生态系统服务功能受到损失,呈下降趋势,生态系统稳定性不容乐观。     

长江经济带城市扩张与经济增长脱钩关系及其空间异质性

论文基于GIS平台及探索性空间数据分析方法（Exploratory Spatial Data Analysis, ESDA）和脱钩模型,以地级行政单元为对象,分析2000—2013年长江经济带建设用地扩张、经济增长的时空差异及脱钩关系。研究表明：1）近15 a来,长江经济带建设用地扩张与经济增长具有明显的阶段性和区域性。热点分析显示,建设用地增长热点区呈扩散效应,冷点区逐渐缩小。而经济增长的冷、热点区演变格局与建设用地并不同步。2）2000—2013年,长江经济带建设用地扩张与经济增长耦合关系经历了“增长负脱钩、弱脱钩”为主—“弱脱钩”为主—“弱脱钩、增长连结”为主的变化过程。分析表明,近15 a来长江经济带建设用地扩张与经济增长脱钩程度整体趋于优化,其中,负脱钩类型的城市数量降低17.76%,而脱钩类型数量上升11.22%。3）脱钩程度的空间异质性分析显示,长江经济带各时期的城市扩张与经济增长脱钩关系具有弱空间集聚性。总体上,长三角城市群较长江中游、成渝及滇、黔城市群的脱钩程度表现更优。脱钩程度变化机制与城市产业结构、用地效率和用地模式等密切相关。加强土地利用规划管控力度、严格用途管制规则,引导城市精明增长,走内涵式新型城镇化道路是改变经济发展对建设用地扩张依赖的重要途径。     

土地利用变化对区域水—能源—粮食系统耦合协调度的影响——以京津冀城市群为研究对象

将土地因素引入水—能源—粮食系统,运用耦合协调模型对京津冀城市群2005— 2018年水—能源—粮食—土地系统的时空变化特征进行研究。结果表明：（1）从空间尺度上来看,京津冀城市群建设用地由中心向四周扩散;从京津冀城市群土地利用格局来看,耕地和建设用地面积分别呈现较为明显的下降和增长趋势。（2）将土地纳入水—能源—粮食系统降低了京津冀城市群大多数城市水—能源—粮食系统间的耦合度和耦合协调度。（3）土地与水—能源—粮食子系统组成的两要素系统的协调水平会进行叠加或抵消进而影响水—能源—粮食—土地系统耦合协调度。本文的研究启示在于：京津冀城市群在考虑水、能源、粮食协调发展的同时,应考虑土地对水—能源—粮食系统整体及内部子系统的影响,根据城市自身资源优势合理配置资源、优化产业布局以实现可持续发展。     

基于概率模型的农地转用外部性测算——以天津市静海区为例

准确地量化农地转用外部性能够为促进外部性内化、建设用地聚集的政策提供参考。论文对农地转用外部性界定和识别进行了理论分析,利用农地转用概率模型估算天津市静海区2006—2014年农地转用的外部性,分析地块特征对农地转用概率的影响,讨论了外部性与建设用地聚集的关系。针对静海区2006—2014年数据的分析结果表明,每有1 hm²农地转用为商住用地,周边0~200、200~400、800~1 600 m范围农地受外部性影响分别为0.91×10⁴、0.91×10⁴、0.33×10⁴ 元/hm²,每有1 hm²农地转用为住宅用地,周边800~1 600 m范围内农地受外部性影响为0.18×10⁴ 元/hm²。农地转用正外部性偏小,聚集效应不足,可能是建设用地分散的重要原因,论文还对外部性测算方法以及地块特征的农地转用影响进行了讨论。     

基于生态系统服务权衡的生态安全多情景决策

聚焦于成渝城市群生态安全格局识别的主题,耦合多源数据,运用相应的模型与算法对区域粮食生产、碳固存、产水、土壤保持、生境质量5类生态系统服务进行估算,在此基础上借助空间统计与分析厘清生态系统服务功能间的权衡/协同关系,并构建不同风险情景,明确未来区域发展的生态安全格局.结果显示,2000~2015年,成渝城市群粮食生产、固碳和产水量这3类服务功能均呈下降趋势,土壤保持、生境质量服务呈上升趋势,且各类服务的空间分异性突出;固碳、产水、土壤保持与生境质量两两之间均表现为协同关系,粮食生产与这4类服务间表现为权衡关系,但这种冲突性在区域发展过程中逐渐呈减弱趋势;在空间分布上,成渝城市群生态系统服务间的权衡/协同关系表现出了一定的集聚特征;不同决策风险下生态系统服务间的权衡值也不同,随着决策风险系数的增加权衡值呈现先上升后下降的趋势;最终确定风险系数α=1.6为最适宜情景,此时权衡值最高、区域生态系统风险适中.将决策者的态度纳入生态安全格局识别过程中,使结果更全面,为城市群生态安全格局评价和管理提供科学支撑.     

干旱区城市化对生态系统碳库的影响——以乌鲁木齐市为例

城市化是影响区域生态系统碳循环的主要原因,也是评估生态系统碳循环的最大不确定因素。论文利用1990与2010年Landsat TM数据,基于V-I-S城市土地覆被模型和决策树分类法,获得乌鲁木齐土地变化时空格局;结合野外实测数据和文献检索得到研究区不同土地覆被类型的土壤与植被碳密度,估算了城市土地变化对生态系统碳库的影响。结果表明：1）1990—2010年间,乌鲁木齐城市不透水地表（impervious surface areas, ISA）以中部南部内部填充与北部扩张的形式约增加62%,主要占用农田（27%）与荒漠（62%）。2）乌鲁木齐市生态系统碳库主体（95%）分布在土壤中,城市土地覆被变化导致约25%的碳库损失,由农田、裸土/残存荒漠以及城市绿地转变为ISA解释了68%的土壤有机碳和63%的植被碳损失量,其空间分布与ISA的扩张相一致。城市植被及其土壤具有较高的碳密度,合理的城市规划可以抵消部分因土地变化而损失的生态系统碳。     

城市化水文效应研究进展

受人类活动特别是城市化的影响,天然水文过程发生了显著变化。目前城市化的水文效应研究已经成为国际上的热点问题和前沿领域。文章回顾了国内外城市化过程所引起的水文效应研究现状,述评了现有研究方法和主要研究内容:①城市化对降水的影响具有地区差异和季节差异,其影响程度还存在争议,城市化降水效应机理有待研究;②城市化地区河网结构趋于简单,目前平原河网地区水系分级方法不明确;③不透水面变化改变长期径流量、水质以及暴雨洪水洪峰流量、洪峰过程,其定量关系的阈值需要确立;④变化下垫面条件下流域生态系统结构和功能,水文过程与生态过程耦合需要进一步研究。最后提出了存在问题和进一步研究的思路,以便作为城市水文学研究的参考。     

城市化进程中战略环境评价的生态学理论基础

城市是一个自然-经济-社会复合生态系统，本文阐述了开展城市化进程中SEA的必然性及二者之间的关系；以可持续发展为核心的城市生态学理念为开展城市化进程的SEA提供了理论基础，同时城市化进程的SEA又是保证城市复合生态系统中生态与经济协调发展的有效工具之一。     

基于GIS的城市最小生态用地空间分析模型研究——以深圳市为例

21世纪,全球范围内城市化已经成为人类社会发展的必然趋势,城市扩张不可避免地将大量的森林、农田、草地、湿地和水域等发挥着重要生态服务功能的生态用地转化为城市建设用地,对城市、区域乃至全球的生态系统造成较大的影响。在未来快速城市化过程中,保护必需的生态用地对于维持城市自身生态系统健康、改善城市居民生活质量和城市可持续发展有着重要意义。研究以中国经济特区深圳市为例,将景观生态概念模型与生态系统服务功能价值评估方法结合起来,在GIS技术的支持下,构建了城市最小生态用地空间分析模型,并分别按照保留城市面积30%、40%、50%和60%生态用地的4种情景,分析最小生态用地空间分布的合理性,结果表明论文所构建的最小生态用地模型能够很好地将城市当中具有重要生态系统服务功能的土地提取出来。     

Occurrence, spatial distribution and ecological risks of antibiotics in soil in urban agglomeration

Antibiotics in soil environment are regarded as emerging pollutants and have introduced increasing risks to soil ecosystem and human health in rapid urbanization areas. Identifying the occurrence and spatial variability of antibiotics in soils is an urgent issue in sustaining soil security. In this study, antibiotics in soils were investigated and analyzed in Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration. The occurrence, spatial distribution, and related affecting factors of antibiotics in soils were identified and ecological risks of antibiotics in soil environment were assessed. Results showed that (1) The mean concentration of soil antibiotics in Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration was 21.79 µg/kg. Land use substantially affected the occurrence and concentration of antibiotics in soils. Concentrations of antibiotics in cropland and orchard soils were 2-3 times higher than the other land use types. (2) The concentrations of antibiotics in soils in Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration presented a spatial pattern of high values in southeast, and low values in northwest. Spatial variability of antibiotics in soils was closely related to the application of organic fertilizer and wastewater irrigation as well as topographical features. Furthermore, soil properties and land management policy had substantial influences on soil antibiotics, and soil heavy metals may aggravate the accumulation of antibiotics in soils. (3) Ecological risks assessment of antibiotics in soils demonstrated that erythromycin (ERY), sulfamethoxazole (SMX), and doxycycline (DOX) may introduce high risks to soil ecosystem health, and more attention should be paid to the areas with intensive human activities that had potential high risk to soil ecosystem health. This study suggests that scientific land and soil management should be considered to prevent soil antibiotic pollution and sustain soil security in urban agglomeration.     

南通地区城镇用地扩展时空特征分析

以多时相LandsatTM/ETM卫星遥感影像为数据源,引入扩展速度、扩展强度、分维数、空间自相关指数等测度指标,分析了南通地区各类城镇的用地扩展过程、形态变化、结构分异及空间格局等时空特征。结果表明:①各类城镇用地扩展速度逐渐提高,扩展强度逐渐加大;②区域城镇用地扩展在1980年代以中心城市扩展为主,1990年代以后则以县(市)城和建制镇用地扩展为主;③因区域城市化进程加速和自然条件的影响,城镇用地分维数呈现逐渐增大的趋势,表明城镇用地的形态越来越不稳定;④城镇用地扩展主要以中、低速扩展类型为主;⑤城镇用地扩展速度、扩展强度的空间自相关性偏弱,但个别类型也呈现出集聚分布的趋势,如扩展速度的高值区域呈现出一定的临江和沿交通干线分布的特征,扩展强度的高值区围绕中心城市分布。     

长江中游地区生态系统服务价值空间分异及敏感性分析

生态系统功能的不断退化是人类当前面临的一个共同挑战,是全球可持续发展研究的焦点问题。长江中游地区生态环境保护对于构建中国生态安全格局具有重要作用,为了深入分析长江中游地区土地利用活动对生态系统功能的干扰程度,基于长江中游地区生态系统服务价值评价结果,采用土地利用变化生态贡献度和生态系统服务价值敏感性方法进行测度。研究结果表明：（1）研究期间长江中游地区地均生态系统服务价值经历了“先增加后降低”的变化过程,山区地均生态系统服务价值高于平原地区、城市群地区、大城市周边县区以及主要交通道路沿线地区,长江中游地区生态系统服务价值总体变化呈现“两纵三横”的空间分布格局;（2）1995-2015年间退耕还林、还水、还湿是长江中游地区生态系统改善的主要原因,毁林开荒、围湖造田以及建设用地对林地和耕地的占用是长江中游地区生态系统恶化的主要原因;（3）食物生产、原材料生产、气体调节、土壤保持和维持生物多样性等五种类型生态系统功能敏感性有所增加,其他类型生态系统功能敏感性逐渐减弱。研究结果可为长江中游地区生态环境保护,保障生态系统服务各项子功能的持续供给提供科学指导。     

长三角地区生态城镇化空间格局及影响因素

生态城镇化作为新型城镇化的重要组成部分,是生态文明理念的具体实践。以长三角地区41个城市为研究区域,构建区域生态城镇化指标体系,测度2000—2018年生态城镇化的发展水平,探究生态城镇化指数的时空演化特征及影响因素的作用机制。结果表明：（1）长三角地区生态城镇化水平整体呈上升趋势,高值区逐渐在浙江集聚,低值区在江苏北部和安徽北部集中,各城市生态城镇化指数差距逐渐缩小,区域生态一体化程度不断提高。（2）长三角地区生态城镇化水平的空间自相关性逐渐增强,其空间演化具有较强的变动性、依赖性和整合性,变动性自西至东逐渐减弱,依赖性自西北至东南逐渐增强。（3）财政投入水平、城乡收入差距、工业发展水平、土地投资强度、人口密集程度和科技发展水平对长三角地区生态城镇化水平的影响依次降低,在众多因素的综合作用下,各城市生态城镇化水平逐渐趋同。加强区域生态一体化建设,提高区域生态城镇化水平,是建设美丽中国的有效途径,也是实现区域高质量发展的必然选择。