生态服务功能空间转移定量化研究——以官厅水库流域为例

文章以北京官厅水库流域作为研究对象,利用Arc GIS平台,对北京市和张家口市2000、2005和2010年的土地利用现状进行了统计分析,根据官厅水库流域农田单位面积食物生产服务的经济价值调整中国生态系统服务价值当量因子表,制定官厅水库流域单位面积生态系统服务价值表,对官厅水库流域生态系统服务功能进行价值化并分析其时空分布状况。引入断裂点模型,计算并提炼官厅水库流域生态服务功能的价值流转特征,为开展流域生态补偿提供了科学依据。     

湿地变化对双台河口自然保护区服务功能的影响

运用GIS和遥感技术分析了1988~2012年双台河口自然保护区土地利用和湿地的动态变化,并运用中国陆地生态系统服务单位面积价值的平均值分析了该保护区的生态系统服务价值变化情况,并对湿地变化与生态服务功能的关系进行了分析.结果表明,1988~2012年,双台河口国家级自然保护区所有天然湿地类型均有不同程度的减少,面积比例由93.83%减少至77.25%,芦苇湿地和典型滩涂、滩地面积减少最多;1988~2012年,双台河口国家级自然保护区生态服务功能总体上呈减少趋势,共减少了18.25%.就类型而言,耕地生态服务功能价值增加了4617元,水域生态服务功能价值减少了2012元,湿地生态服务功能价值减少了115133元;该保护区湿地对生态服务功能价值的贡献率最高,且远远超过其他地物类型的生态服务功能贡献率,但贡献率从1988年的75.07%下降至2012年的68.86%.由于该保护区开发建设活动频繁,不断侵占天然湿地,导致该自然保护区生态服务功能总体上呈下降趋势.     

河北省38°N生态样带生态系统服务功能时空变化

河北省38°N生态样带是一条由太行山区-山前平原区-低平原区-滨海平原区组成的典型生态样带。论文引进区域修正系数和环境成本系数对前人的生态系统服务功能价值评估模型进行改进,并对该生态样带土地利用变化驱动下的生态系统服务功能时空变化进行了研究。结果表明:1990-2008年,该生态样带的生态系统服务功能价值总量由334.83×10⁸元增至360.13×10⁸元,但食物生产功能价值持续减少,累计减少了4.67%。太行山区的生态系统服务功能单位面积价值为西高东低,主要由林地和草地提供;山前平原区和低平原区的生态系统服务功能单位面积价值较低且分布均匀,主要由农田提供;滨海平原区的生态系统服务功能单位面积价值东部明显高于中西部,主要由水体和湿地提供。     

基于LUCC的喀斯特山区生态系统服务价值评价

喀斯特山区具有特殊的生态环境,对其进行生态系统服务价值评价是保证喀斯特山区生态安全和生态系统恢复的重要基础。该文基于典型喀斯特山区罗甸县土地利用/覆被变化(LUCC)数据,运用土地利用动态度分析研究区土地利用变化情况。结合研究区经济水平,采用"当量因子法"计算研究区生态系统服务价值(ESV),并对罗甸县2009-2016年间ESV的时空变化和驱动力展开研究。研究结果表明:在2009-2016年期间,研究区耕地、建设用地使用面积呈增加趋势,其他的土地利用类型面积均有所减少;研究区生态系统服务价值总体呈下降趋势,除食物生产的ESV增加外,其余的生态系统单项服务价值均下降,其原因主要受控于人文因素的影响;2009和2016年研究区敏感性指数(CS)均1,说明ESV对价值系数(VC)不敏感,缺乏弹性,因此结合罗甸县县域特征修正后的生态服务价值系数是合理的,研究结果是可信的;受地质背景的影响,罗甸县北部喀斯特地区的生态系统服务价值相比于中、南部非喀斯特地区偏低。因此,在罗甸县土地利用规划中,需要合理调整土地资源结构,提高研究区生态服务价值。     

基于全球陆地生态系统的水源涵养服务价值时空变化分析

开展全球尺度的水源涵养评估工作,可量化各国家和地区生态环境保护和高质量发展水平.以水量平衡法和替代成本法评估全球183个国家和地区的生态系统水源涵养服务的实物量和价值量,结果表明:①2015年全球陆地生态系统水源涵养服务价值接近25×1012美元,中国、澳大利亚、美国、加拿大、俄罗斯排名前5位,全球单位面积水源涵养服务价值为17.98×104美元/km2.②2000-2015年水源涵养实物量呈现先减后增的趋势,年均增长率为1.05%,喜马拉雅山脉附近增幅最大,水源涵养实物量的时空变化特征与生态系统类型转移趋势基本一致.③全球发达国家人均水源涵养服务价值为0.99×104美元,单位面积价值量为23.6×104美元/km2,具有良好的生态环境禀赋,而部分非洲国家或最不发达国家的生态产品价值转化能力不足,需实现生态产品价值转化.中国迫于人口基数巨大,需提升生态系统服务价值来进一步提升人均水平.④聚类分析结果显示,澳大利亚、中国、印度、印度尼西亚具有"高"水平生态系统水源涵养服务价值,整体处于第一梯队.研究显示,全球陆地生态系统水源涵养服务价值时空异质性显著,分国家和地区、分生态系统类型评估水源涵养服务价值可为全球生态系统服务价值评估提供重要参考.      

基于土地类型的水库污染源解析及生态价值研究

水库周围土地利用类型的变化对非点源污染负荷及生态价值有重要影响,基于遥感影像和GIS技术,分析1990-2012年南湾湖水库流域的土地类型,研究结果表明:(1)在近30 a间,南湾湖水库周边的土地类型有了明显的变化,其中茶树和耕地面积在逐渐增加;而林地、水域、居民用地和裸露地的面积在减少;(2)茶树面积、城乡用地、耕地面积和水质呈正相关,林地和水质呈负相关;其中对水库水质影响最大的因子是茶树面积,而林地可以去除部分氮、磷、有机物和改善水库水质;(3)南湾湖水库流域生态服务价值评价结果表明,流域内总的生态系统服务价值在1990-2005年呈上升趋势,而在2005-2012年呈下降趋势,水域是生态系统服务价值构成中贡献最大的土地类型,占到全部生态系统服务价值的34.23%和67.31%;(4)维持生物多样性、保持土壤、气候调节和气体调节4个单项总和约占到全部生态系统服务价值的60%,维持生物多样性、气候调节和气体调节3个单项的变化趋势与生态系统服务功能总价值变化趋势相一致。     

吉林省生态系统服务价值变化研究

研究土地利用变化对区域生态系统服务价值的影响具有重要意义。论文以吉林省土地利用动态数据为基础,应用Costanza等提出的生态系统服务价值系数,分析了土地利用变化及其所引起的生态系统服务价值的变化。结果表明,从1980年到2000年,吉林省草地、水域和湿地面积大量减少,其它类型土地面积在增加;由于耕地的生态价值系数相对较小,湿地和水域的生态价值系数较高,耕地面积的增加不能弥补由于湿地、水域减少造成的区域生态系统服务价值的整体下降,使得区域生态系统服务价值显著减少。吉林省生态系统服务价值从1980年的12365.14×106＄减少到2000年的10700.38×106＄,减少率为13.46%,净减少值为1664.76×106＄,总生态系统服务价值每年变化率为0.72%。     

基于生态服务价值的全国土地利用变化环境影响评价

针对中国的实际情况,对不同土地利用类型单位面积生态服务价值进行了校正,并以此为基础,计算了自上一轮土地利用规划实施以来(1996～2004年)我国不同省市土地利用变化引起的生态服务功能的变化.结果表明,该时期内全国土地利用变化导致生态服务功能整体增加了0.91%.其中正向变化最大的省份是天津市,其生态服务功能增加了5.69%;负向变化最大的省份是上海市,其生态服务功能下降了9.79%.对不同生态服务类型的变化分析表明,生态服务中气候调节功能增加最快,1996～2004年间全国增加了3.43%;生物资源控制功能下降最快,期间下降了2.26%.研究还认为,引起我国土地生态服务价值变化的主要原因是该时期内全国水域面积和林地面积的增加导致了生态系统服务功能的增加,而城市建设用地和交通用地的增加导致了全国生态服务功能的下降.     

1980—2015年北运河流域土地利用时空变异及其对生态服务价值的影响

北运河纵贯京津冀地区,是京津冀大都市圈重要的生态环境保护屏障.本研究基于1980—2015年北运河流域Landsat-MSS/TM/ETM遥感影像解译数据研究了流域土地利用变化特征,估算了这些变化对流域生态服务价值的影响.结果表明,1980—2015年北运河流域耕地面积下降了22.64%,主要转向城镇用地,其次为林地和水体;城镇用地面积增加了25.59%,耕地、林地和水体是其面积增加来源;以2000年为拐点,林地和水体面积先增加后逐渐减少,综合土地利用变化速度显示2000—2015年明显高于1980—2000年.1980—2015年北运河流域土地利用总生态服务价值经历先增加后减少、总体减少的过程,损失82.84×10⁸元;各类生态服务价值变化趋势与土地利用类型变化趋势一致,城镇和水体的贡献率最大,并且是北运河流域生态服务价值变化的主要贡献因子和敏感因子.     

洞庭湖土地利用和生态服务功能时空变化及其耦合效应分析

生态系统服务价值及空间分布变化与土地利用方式的改变有密切关系,不同生态服务空间上也存在权衡和协同的复杂关系.基于1980年、1990年、2000年和2010年4期土地利用数据,利用InVEST模拟了洞庭湖区域历史5种生态服务功能的变化(碳储量、生境质量、产水量功能、水质净化功能和土壤保持功能),并采用生态系统服务权衡度模型(ESTD)对生态系统服务权衡关系进行评估.研究结果表明1980—2010年洞庭湖各土地类型相互转换面积比例不大,但转换频繁,5种生态服务功能价值除了产水量下降,均有小幅度上升.通过时空变化关系发现洞庭湖区域生境质量、碳储量和水质净化3种生态服务功能之间存在"协同"关系,且碳储量和生境质量以及水质净化呈显著相关性.但整体上看洞庭湖区域生态服务功能之间以"权衡"关系为主.林地面积的提升可以增加生境质量功能,同时增加洞庭湖区域碳储存量.土壤保持和产水量两种生态服务功能和土地利用类型的占比的相关性不大.农田的面积占比对洞庭湖区域5种生态服务功能的均有不同程度的影响.     

深圳市土地利用变化对生态服务功能的影响

选择深圳市为研究区域,基于1996、2000和2004年的土地利用类型图估算了深圳市生态服务价值,探讨了土地利用对生态服务功能的影响。结果表明:1996年深圳市生态系统服务总价值为277597×10⁴元,2000年为291141×10⁴元,2004年为254466×10⁴元。从1996到2004年生态系统服务价值共减少了23131×10⁴元,其中湿地和林地面积的减少是其主要原因。在各种土地利用类型中,林地、水体、湿地、园地产生的价值之和超过了总价值的90%。在各项服务功能中,水源涵养产生的价值最大,其次是废物处理,两者之和约占总价值的40%。从空间上来看,服务价值较高的地区主要分布在深圳市的东南和西南部,而服务价值较低的区域主要以中部为中心向周围扩散。     

重庆市生态系统服务功能价值时空变化研究

基于重庆市2000年、2005年、2010年的3期遥感解译的土地利用矢量数据,通过分析区域生态系统服务价值理论和方法,参考并修正国外学者Costanza和国内谢高地的生态系统服务价值系数,对重庆市2000—2010年的土地利用二级分类指标进行了4大类17种小类的生态系统服务价值的估算,采用基于GIS的生态系统价值密度、ESV保持率等方法指标反映研究区10年来的生态系统服务价值时空变化特征,研究结果表明:1重庆市2000年、2005年和2010年各类生态系统年提供总服务价值量分别为4285.39、4490.29和4621.18亿元,就生态系统而言,林地生态系统提供的总服务价值最高,2010年占总价值的69.03%;其次是水域和草地,分别占总价值的14.35%和9.12%;就生态系统服务类别排序为调节服务(71.31%)支持服务(19.01%)供给服务(5.87%)文化服务(3.81%);22000—2010年重庆市生态系统服务价值量总体呈不断上涨的时序变化趋势,增幅达到7.27%;生态系统服务价值保持率为1.078,虽然城市建设占用了大量的农田生态系统,但单位面积生态系统服务价值较高的水域和林地面积的ESV价值增幅明显;3生态系统服务价值密度最高的空间分布上呈"西低东高,一轴两翼"的格局,中部的垫江县生态价值密度最低,主要受较为单一的农田生态系统影响;4研究区的ESV与GDP在空间分布和时序上的差异明显,2010年重庆的地均ESV为5.60万元·hm~(-2),高于全国的平均值;人均ESV为1.60万元,低于全国的平均值;人口密度大是造成人均ESV低的主要原因;2010年人均ESV与人均GDP的比值为1∶1.72,低于全国的平均接近1∶1的比值,表明重庆市的生态系统服务价值相对国民生产总值的相对不足.     

经济差异化增长下生态系统服务价值的时空演变特征——以珠江—西江经济带为例

为了应对经济增长与生态保护双重压力,使用生物量与植被覆盖度修正后的当量因子法测度珠江—西江经济带的生态系统服务价值（ESV）;基于STIRPAT模型构建地理加权回归模型,实证研究人文因素对ESV影响的空间异质性,并着重将经济增长因子的回归系数以表格形式展示。结论认为：（1）珠江—西江经济带的ESV在研究年份截面中呈现先下降、后上升、再下降的变动趋势;（2）人均GDP对地均ESV在研究区域东部表现为持续负向影响、中部和北部地区表现为由负转正的影响态势、西北部和西南部的回归结果不显著。基于上述结论,针对避免东部地区ESV进一步下降、鼓励中部和北部经济追赶,以及提高西北和西南部对经济与生态环境协调发展问题的重视方面提出政策建议。     

生态系统服务价值与人类活动强度关联性分析及权衡——以淇河流域为例

以淇河流域为研究对象，利用2000~2015年土地利用/覆被数据，结合当量因子法修正中国陆地不同生态系统服务价值当量表，采用双变量相关分析法和生态系统服务权衡模型分析生态系统服务权衡协同关系，引入人类活动强度指数评估模型分析人类活动影响空间特征，运用空间自相关探讨人类活动影响与生态系统服务价值的空间关联性及LISA聚类分析.结果表明：（1）2000~2015年淇河流域生态系统服务价值呈下降趋势，2010年生态系统服务最低（19.29亿元），废物处理平均价值最大（3.68亿元），娱乐文化平均价值最小（0.81亿元）；（2）从生态系统权衡协同关系来看，两种相关性分析均表明研究区生态系统服务以协同关系为主，由线性关系发现供给服务、调节服务与支持服务呈现为互为增益的协同关系，文化服务与支持服务、供给服务、调节服务分别表现为此消彼长的权衡关系，生态系统服务权衡协同度表明土壤保持和原材料及土壤保持和生物多样性协同度最高（4.4），权衡度最高（-5.2）为水源涵养和原材料、水源涵养和生物多样性；（3）淇河流域人类活动强度空间分异显著，流域下游人类活动影响强度明显高于上游地区，人类活动强度与生态系统服务价值空间相关性由正相关转向负相关.     

Assessing the high impacts of land use change: spatial characteristics of land uses and ecological compensation based on payment for ecosystem services model in a mountainous area,China

Most impacts on ecosystem services (ESs) are related to land use changes that may cause ecosystem fragmentation and loss of ecosystem functions. Spatial planning focused on sustainable landscape development should consider the local potential for providing ESs as well as ecological conservation due to land use changes. To better address the issues that are related to ecological and the ecological and environmental conservation, ecological compensation could coordinate the development of the energy, the economy, and the environment by internalizing environmental externalities and adjusting for the relationships with stakeholders’ benefits. In this study, we developed a framework for analyzing the spatial characteristics of land uses and calculating ecological compensation based on pay for ecosystem services (PESs) from 1995 to 2010 in the upstream of Min River, China. In terms of lacunarity analysis, we firstly explored the spatial patterns of land uses in these two periods that occurred at different spatial characteristic scales. We also observed a strong relationship between lacunarity values and the different distribution patterns of land uses. We then investigated changes in ESs in response to land use change through the assignment of per unit area ecological service value (ESV) method. The total value of ESs dropped from 449.97 billion yuan in 1995 to 441.35 billion yuan in 2010, exhibiting decreasing rate, mainly due to the degradation of woodlands. Soil formation and retention, gas regulation, and biodiversity protection were the three largest ESs, contributing about 50% of the total ESV. Considering the changed relation between social and economic indicators and ESV based on spatial visualization and analysis, we finally constructed a quantitative estimate model for ecological compensation taking a village as study unit and determined standard value so as to evaluate ecological compensation from 1995 to 2010. Spatial differences of the ecological compensation were significant among all the villages and towns. The maximum ecological compensation account (ranged from 1.68 to 8.54 billion yuan) appeared in the villages approximated to Li County, Heishui County, and Songpan County, Sichuan, People’s Republic of China. This proposed framework provides a better understanding of spatial characteristic scales of land uses and enables evaluation of the ecological integrity of landscapes. It also fills up the gap in the field of quantitative evaluation of regional ecological compensation and provides a feasible way to reconcile the conflicts among benefits in the economic, social, and ecological sectors.

     

秦岭山地丹江流域土地利用变化的土壤侵蚀效应评价

论文采用Arc GIS 10.0及In VEST土壤保持模型,分析2000—2010年秦岭山地丹江流域土地利用类型变化特征,模拟流域不同时期不同土地利用类型土壤侵蚀及土壤保持量的变化规律,并着重探讨土地利用类型方式转变对流域土壤侵蚀的影响。结果表明:1)2000—2010年间,流域裸地大比例减少90.18%(831.06 hm~2),主要转移至水域,耕地大面积减少5 197.24 hm~2(4.11%),主要流向灌丛和城镇;坡耕地还林还草初见成效,湿地的保护与恢复成效显著。2)2000—2010年间,流域土壤侵蚀状况较为严重,整体处于中度侵蚀至强度侵蚀级别,但10 a间侵蚀状况有减缓趋势;在该研究时段内,耕地大面积转为灌丛是该流域由土地利用类型变化引起的土壤侵蚀减缓的主要原因;另外,耕地转为林地以及裸地面积的减少也起到了减轻土壤侵蚀的作用;以自然生态系统为主的林地、灌丛及草地转为耕地时,土壤侵蚀强度则会明显增加。3)生态系统土壤保持功能受多方因素共同影响;2000、2010年研究区实际土壤保持量分别为5.35×10~8、5.47×10~8t;占全区面积一半以上的林地和灌丛单位面积土壤保持量较为稳定,全区土壤保持功能有所提高。保证一定面积的林地、在人工干预下合理安排坡耕地还林还草区域的空间分布是秦岭山地丹江流域减少土壤侵蚀的必要措施,同时应注重对可利用耕地的保护。     

大清河阜平流域生态系统结构变化的服务价值响应研究

生态系统通过物质循环、能量流动和信息传递为人类提供必要的生态服务功能,其结构变化可引起生态系统过程和服务功能的改变。研究区域的生态服务功能对生态系统结构变化的响应规律对高效配置环境资源和合理制定环境政策具有重要意义。论文以大清河阜平流域为研究对象,利用1985—2015年每隔5 a的遥感影像,采用监督分类法及价值量法,研究了该区域生态系统结构、服务功能近30 a的变化规律趋势,分析了研究区服务功能对生态系统结构变化的响应规律。结果表明：1）1985—2015年研究区生态系统结构发生明显变化,建设用地、林地、耕地、水域生态系统呈正变化,变化幅度分别为139.57%、90.66%、68.79%、6.55%;未利用地、草地生态系统呈负变化,变化幅度分别为-83.48%、-54.92%;其中林地面积的增加主要是由草地和未利用地转变而来,耕地面积增加主要由未利用地构成,建设用地的扩张主要占用耕地和未利用地。2）研究区服务价值变化趋势以2000年为界,前15 a呈增加趋势,后15 a呈减少趋势。2000年总服务价值最高,为58.08亿元;不同时期林地服务价值对研究区总服务价值贡献率最大,其次是耕地和草地;单项服务价值中,保持土壤服务价值贡献率最大,其次是维持生物多样性、气体调节和气候调节服务价值。3）研究区服务价值的增加得益于草地→林地的服务价值流向和未利用地→林地的价值流向,服务价值的损失来自于耕地转变为建设用地的服务价值损失和林地转变为耕地的服务价值损失。     

基于土地利用/覆被变化的南通市生态系统服务价值研究

研究土地利用变化对区域生态系统服务价值的影响具有重要意义。论文以南通市土地利用动态数据为基础,应用Costanza等提出的生态系统服务价值系数,分析了土地利用变化及其所引起的生态系统服务价值的变化。结果表明,2006年-2009年,南通市耕地面积大量减少,其它类型土地面积在增加;土地利用的变化导致了南通市生态服务价值从2006年的7.42×109元增加到2009年的8.76×109元,增加了1.34×109元,主要由于水域面积的扩大导致生态服务功能价值的增加。     

近50 a塔里木河流域“四源”农业用水与干流生态系统结构变化关系研究

塔里木河源流区农业用水量直接影响下放至干流的水量,从而间接影响干流区生态系统结构的稳定性。为此,研究基于农业水足迹反映农业用水变化情况,进而分析塔里木河流域“四源”农业用水与干流生态系统结构变化的关系,为后续维护干流生态系统结构稳定性决策提供科学参考依据。结果表明：1960年代—1990年塔里木河“四源”农用地总量变化不大,阿克苏河流域新开垦量与叶尔羌河流域减少量相当,农业水足迹同时呈缓慢小幅增长,干流生态系统结构变化以自然绿洲生态系统缩小和荒漠生态系统扩张为主;以2000年为分界点,2000年之前“四源”农用地和农业水足迹显著增加,导致干流生态系统中自然水域生态系统、自然绿洲生态系统和荒漠生态系统皆有不同程度的萎缩,“四源”农业用水消耗是干流生态系统恶化的直接原因;2000年之后在生态治理工程的影响下,虽然“四源”农用地和总农业水足迹在持续增加,但是节水工程年均节约近27.22×10⁸ m³,保证了下游生态系统的需水量,使其得到一定恢复。