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。     

玛曲县土地利用/覆盖变化对区域生态系统服务价值的影响

运用GIS和遥感技术分析了玛曲县1975、1990和2005年的土地利用/覆盖特征,在此基础上使用生态价值系数(C)计算出该县生态系统服务价值.结果表明,该区域1975~2005年间生态系统服务价值从129.713亿元减少到123.961亿元,共损失5.75亿元,且损失量和损失幅度呈持续增加趋势;该区域生态系统服务价值中,废物处理价值最高,气候调节价值次之,原材料价值最低,且30年间各服务类型的价值均呈减小趋势;玛曲县1975、1990和2005年人均生态系统服务价值分别为58.96,42.80,29.51万元,表明玛曲县由于人口的增长,环境压力呈持续增大趋势.草地和湿地退化是导致该区域生态系统服务价值减少的主要原因.CS检验说明本研究所选C值较为合理.     

经济改革背景下中国城市用地扩展的时空格局及其驱动因素分析

改革开放以来,中国进入了快速城市化发展时期.本文利用高分辨率陆地卫星(Landsat TM/ETM)遥感影像数据,监测了中国城市用地扩展态势,并分析了影响中国城市用地扩展的驱动因素.研究表明1990～2000年,中国城市用地扩展表现出明显的时空分异态势,城市用地增长了近82万hm2,其中前5年的扩展占80.8%,后5年的扩展占19.2%,后5年的扩展规模明显低于前5年.研究还发现,城市用地主要以同心圆模式、飞地模式、轴向扩展模式与多极核扩展模式以及4种扩展模式的组合模式扩张.本文选取13个特大城市作为典型案例,对其城市用地扩展的驱动机制进行了研究,研究发现,人口增长、经济发展以及土地管理法规政策的变化是影响城市用地扩展的主要因素.     

长江流域2000—2015年生态系统质量及服务变化特征

分析生态系统质量与服务现状及变化特征,有助于准确了解流域生态系统状况与趋势,为流域生态保护与修复的高效管理提供参考依据.采用相对生物量密度与相对植被覆盖度指数以及生态系统服务（土壤保持、防风固沙、洪水调蓄、粮食生产）评估模型,评估2000—2015年长江流域生态系统质量及服务变化特征.结果表明:①2000—2015年,长江流域森林、灌丛以及草地生态系统质量提升显著,56.56%的森林、45.65%的灌丛以及19.26%的草地生态系统质量得到不同程度的提高.②研究期间,长江流域粮食生产、洪水调蓄、土壤保持、防风固沙均呈显著上升趋势,其中粮食生产能力增加13.7%,洪水调蓄功能提升10.1%,土壤保持服务提高19.5%,防风固沙总量增加30.0%.③长江流域生态系统质量不高,处于低与差质量等级的生态系统面积比例在25%~35%之间;受不同类型的自然和人类活动影响,长江流域生态系统质量与服务均存在局部退化现象.研究显示,在生态质量与服务评估的基础上,分区域、分类型实施不同的生态系统保护与恢复途径,是今后长江流域加强生态系统管理的重要途径.      

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。     

淮北市煤炭开采与生态系统服务耦合度研究

为研究煤炭资源型城市煤炭开采与生态系统服务的耦合协调发展态势,以我国高潜水位煤炭资源型城市——淮北市为研究对象,在分析煤炭开采与生态系统服务耦合作用机理的基础上,采用基于灰色关联分析的关联度模型和耦合度模型,揭示了1990-2016年该地区煤炭开采与生态系统服务耦合度的时序变化规律.结果表明:①淮北市煤炭开采与生态系统服务两个系统指标间的关联度均在0.447 5~0.553 4之间,其中,煤炭开采对生态系统服务的胁迫作用主要是水资源破坏,而生态系统服务对煤炭开采的约束作用主要来自调节服务.②淮北市煤炭开采与生态系统服务耦合度表现为1990-1999年逐渐降低、2000-2008年不断升高、2009年之后又呈下降趋势,反映了该地区煤炭开采与生态系统之间的矛盾趋于缓和,出现了统筹协调发展的大好形势.研究显示,1990-2016年淮北市煤炭开采与生态系统服务总体上呈中等耦合态势,耦合度时序变化总体上呈"倒N"型变化特征,今后需继续推进资源型城市转型建设,加大生态治理力度,以保持统筹协调发展态势.      

城市用地扩展与耕地保护

中国耕地资源不足,人均耕地不足世界水平的一半。由于快速城市化,城市用地扩展(占用耕地)和耕地保护间的矛盾已引起了国内外学者的广泛关注。对此矛盾存在两种看法,一种观点认为城市用地远比农村居住用地节约,城市化有助于减少耕地的流失;另一种观点认为中国城市用地扩张和耕地资源稀缺之间矛盾尖锐,城市用地的蔓延极可能造成耕地资源的紧张。论文针对国外城市发展水平较高的国家和我国城市发达地区的城市发展历程,探讨了在城市发展过程中,这些国家或地区的耕地资源总量的变化趋势。然后,利用由遥感解译的土地利用数字化图,分析了我国部分地区城镇人均用地和农村人均居住用地的差距。结果认为,中国城镇人均用地并不像人们想象的那样远低于人均农村居民点用地,而是较为接近;中国城市用地的扩展可能导致耕地资源的紧张。     

我国维生素C生产过程甲醇挥发损失的估算

通过对我国主要维生素C生产厂家的生产工艺及主要VOCs甲醇的排放节点(包括酯化反应、离心机排气、精馏塔尾气、储罐呼吸)的调研和分析,结合行业协会和国家统计局统计的数据,利用生产过程物料衡算和中国石油化工系统经验公式,估算了生产单位质量(103 t)维生素C各排放节点甲醇的挥发损失量,并且建立了2007—2011年主要维生素C生产厂家甲醇的年挥发损失清单. 结果表明:生产单位质量维生素C时,酯化反应节点甲醇的挥发损失量为4.25 t/103　t,离心机排气为3.36 t/103　t,精馏塔尾气为0.63 t/103　t,储罐呼吸为0.35 t/103　t;甲醇挥发损失主要集中在酯化反应和离心机排气2个排放节点,二者挥发损失量各占排放节点挥发损失总量的50%和39%;2007—2011年我国10家主要维生素C生产厂家甲醇的年挥发损失总量已达1 000 t以上.      

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。     

中国粮食主产区耕地撂荒程度及其对粮食产量的影响

耕地撂荒严重地影响着我国的粮食安全。以我国粮食主产区为研究区域,在识别撂荒地分布的基础上,测度了撂荒地空间分布格局,并建立耕地撂荒中介效应模型,探究了耕地撂荒对区域粮食产量的影响机制。结果表明：（1）中国粮食主产区耕地撂荒规模为405.53万hm²,撂荒率约为5.85%;空间上撂荒地规模分布呈“T”字形空间格局,黑龙江东北部、吉林西北部以及内蒙古南部地区为撂荒地主要集聚区。（2）耕地撂荒对于粮食主产区粮食产量具有显著负向影响,2017年我国粮食主产区因耕地撂荒损失的农田生产潜力达到1339.15万t,损失的粮食产量高达2265.6万t,损失比例达4.69%;内蒙古自治区成为粮食产出损失量和损失比例最大的地区。（3）粮食播种面积、农田生产潜力和农业技术投入均发挥了部分中介作用,系数分别为-0.194、-0.025和0.006。（4）应遵从城乡融合以及农业农村发展态势,强化粮食主产区农业生产现代要素投入与政策扶植,构建粮食生产—耕地休耕空间转换弹性机制,保障我国粮食安全。     

煤炭资源型城市生态系统服务功能的时空变化特征分析——来自2006—2015年安徽省淮南市的经验证据

考虑到生态系统的品质性和稀缺性,对价值当量因子法模型进行拓展,并基于典型煤炭资源型城市淮南市2006—2015年的经验证据,系统分析了该地区生态系统服务功能的时空变化特征,研究结果表明,从时间角度来看,该地区生态系统服务功能价值总体在降低,主要是由于水源涵养、废物循环和气候调节这3种类型生态系统服务功能价值的减弱,不过下降趋势逐步减缓.从空间角度来看,该地区生态系统服务功能强度呈现东部、南部高,中部和北部偏低的格局,说明目前采煤区域的生态系统服务功能仍较脆弱,而传统矿区的生态系统服务功能正在得到恢复提高.     

澧水流域生态系统服务价值与生态补偿策略

为了协调区域经济发展与生态保护的关系,以澧水流域为研究对象,采用修正的生态系统服务价值系数分析了2001—2013年该区域生态系统服务价值(ESV)的变化情况,并构建灰色模型对2016—2025年生态系统服务价值进行预测,同时综合考虑研究区域经济发展水平,引入生态补偿优先级(ECPS)对不同区域生态补偿的迫切程度进行了量化. 结果表明:①2001—2013年,澧水流域生态系统服务价值从2001年的313.70×108元降至2013年的313.32×108元;GM(1,1)模型预测结果显示,2025年澧水流域生态系统服务价值将降至311.22×108元. ②澧水流域8个县(市/区)的生态系统服务价值和生态补偿优先级存在较大差异,澧水上游(桑植县)和中游(永定区、武陵源区、慈利县、石门县)为整个澧水流域提供了良好的生态服务,属于“生态输出”地区,应该优先得到生态补偿;而下游(澧县、临澧县、津市市)的生态优先级较小,属于“生态消费”地区,应当率先进行生态支付. 研究结果有利于制订合理的生态补偿价格,调节生态保护利益相关者之间的利益关系,有助于当地政府研究制订比较完整的生态补偿政策决策.      

辽河口海域使用变化下的生态敏感性分析

以辽河口作为研究对象,利用1990年、2000年、2007年和2014年遥感影像作为数据源,对海域使用变化下的生态敏感性进行了系统性研究:分析了围填海、养殖用海、工业用海等主要用海活动对河口区域生态敏感性的影响机制;建立了海域使用变化下的生态敏感性指数(ESI),并分析其变化过程;最后借助ArcGIS空间分析法,获得生态敏感性空间分布状况.结果显示,1990~2014年辽河口区域海域使用面积由1990年的2977.32km~2至增加至2014年的3059.96km~2,主要增加类型为开放式养殖用海、围海养殖用海和工业用地,主要由开放海域、盐地碱蓬和泥滩转变而来.研究区人为干扰度呈上升趋势,2007~2014年间变化率较大;生态系统服务价值总体呈现减小的趋势,由1990年的4.65×10~9元减少到2014年的3.34×10~9元,人为干扰强度与生态系统服务价值呈现负相关系.海域使用变化下的生态系统敏感性指数由2001年的2.5增加到2007年的4.7,再增加至2014年的4.8.总体而言,近25a来辽河口区域生态系统敏感性对海域使用变化的响应程度不高.虽然近10a受到一定程度的人类开发利用活动的影响,但整个河口生态系统的所受的影响还不太强烈.     

城市扩展过程对湿地影响的情景模拟研究——以河北怀来为例

在复杂多变的环境下,情景模拟法因其能考虑突发干扰的影响并能聚焦长期规划而表现出突出的优势。怀来是北京重要的水源地和环境保护屏障,2022年北京-张家口冬奥会的筹办将可能加快怀来的经济发展和城市扩展,进而对湿地的空间压力产生重要影响。因此,论文利用情景模拟法,结合城市扩展模型(land use scenario dynamics-urban,LUSD-urban)和湿地空间压力模型,模拟了趋势外推、城市规划和冬奥会3种情景下怀来未来城市扩展对湿地的空间压力。结果显示城市扩展导致怀来湿地空间压力增大,湿地平均压力从2000年的0.399增加到2013年的0.439,增长了10.03%。同时,湿地空间压力高于0.5的像元比例从6.73%增加到17.42%。3种情景下,2013—2030年怀来的湿地空间压力将增长0.002~0.005。冬奥会的举办将为怀来湿地带来更大的空间压力,冬奥会情景下湿地压力的热点区面积最大,为83.74 km~2,是3种情景下共有热点区面积的1.44倍,新保安镇、土木镇和沙城镇的非城市用地面临的空间压力较大。因此,怀来县在未来制定城市规划时应充分考虑县内湿地生态系统,在保护湿地资源的基础上有效促进经济的发展。     

上海城市用地扩展强度、模式及其空间分异特征

基于多时段TM遥感影像资料,通过有关城市扩展度量指标和网格样方法等空间分析手段的综合应用,论文对上海地区城市扩展规模、强度和空间分异特征进行了研究,结果表明:①上海市区各时期城市用地扩展相对集中于宝山-闵行、嘉定-浦东等方向,并分别构成城市扩展的南北轴向和东西轴向,不同时期各轴向城市用地扩展性质和强度有明显差异,从而使各时期城市扩展表现为以城镇用地为主(1987～1990)到城镇用地与工业开发区并存(1990～1995)以及以工业开发区扩展为主(1995～2000)的形式;②整个上海地区城市化扩展模式在不同时期也发生了很大变化,由较简单的以中心市区及周边区域为主的“单核扩展”为主的模式,逐渐转变为较复杂的包括中心城区、卫星城、郊区城镇以及交通干道等周边区域的“多核扩展”和“点-轴扩展”模式,整个区域城市网络体系发育得更为完善,城市土地利用的功能也由简单趋于复杂和多元化;③从城市土地利用扩展的两种类型看,城镇用地与新开发区的扩展规模和速度及对城市土地利用扩展的贡献率等数量特征各时期存在着极为显著的差异。     

旱区城市扩展过程区位因素研究——以中国呼包鄂榆城市群为例

认识城市扩展过程的区位因素特征对旱区城市可持续发展具有重要意义。为此,以中国呼包鄂榆城市群为例,利用随机森林方法量化区位因素对城市扩展过程的影响。研究发现：随机森林方法能够有效地量化旱区城市扩展过程区位因素的基本特征,模型的AUC（area under curve）值达到0.97。同时,到城市中心距离对区域1980—2017年城市扩展过程影响最大,重要性达到42.62%。国道、高速公路和铁路等交通因素也有重要的影响,重要性均大于10%。此外,所有区位因素对区域城市扩展过程的影响均存在尺度效应,其中地形、气候和河流对城市扩展过程影响的尺度效应相对比较明显。地形、气候和河流对大城市影响的重要性分别为27.17%、20.23%和8.12%,分别是其对小城市影响的4.02倍、3.91倍和2.36倍。因此,建议在旱区城市建设中,应该高度重视地形、气候和河流等自然要素的约束作用,因地制宜地进行城市规划和建设。     

城市用地扩展对长沙市水系变化的影响

为了探讨水系变化与城市用地扩展之间的联系,为未来水生态修复及城市与生态环境协调发展提供依据及经验借鉴,基于长沙市1950s、1970s、1990s、2010s和2016年五期地形图及同期城市建设用地数据,对长沙市中心城区近60年来的五期水系及城市用地扩张情况进行统计,选取河网密度、水面率、干流河流曲度、河网发育系数指标定量描述水系变化特征。同时,运用城市用地扩张特征分析方法分析同期城市扩张的强弱与快慢,并叠加各流域范围内同期水系变化指标与城市拓展强度指标,分析长沙各阶段水系变迁与城市用地扩张强度之间的关系。研究表明：（1）城市建设用地扩展对城市水系数量及形态变化有直接影响;（2）各时期城市拓展强度均与水系特征指标值衰减速度呈正相关关系;（3）在城市扩展过程中破坏水系特征将加大水系生态、自然灾害风险,而有效的水生态保护政策和保护措施不仅可以使片区水系缩减趋势放缓,还可以加快周边用地扩展速度。     

淮北市煤炭开采对生态系统服务胁迫阈值研究

为揭示煤炭资源型城市煤炭开采对生态系统服务胁迫作用的阈值效应,在构建煤炭开采对生态系统服务胁迫阈值模型的基础上,从土地破坏、地下水资源破坏、大气污染3个维度分析估算了淮北市煤炭开采对生态系统服务的胁迫阈值,并探究了1990~2016年该地区煤炭开采对生态系统服务胁迫作用时序变化规律.结果表明：淮北市煤炭开采对生态系统服务的胁迫作用存在显著的阈值效应,其中,土地破坏、地下水资源破坏、大气污染3大胁迫因子的胁迫阈值分别为1803.19hm²、33253.23×10⁴t和888.81×10⁸m³.1990~2016年淮北市煤炭开采对生态系统服务胁迫作用呈现显著的阶段性特征,其中,1990~2009年该地区煤炭开采所造成的土地破坏、地下水资源破坏、大气污染均未超过阈值范围,生态系统服务运行状况良好;但是在2010年之后,由于该地区煤炭开采造成的地下水资源破坏超出阈值范围,从而导致该地区生态系统服务出现恶化趋势,不过2015年以来恶化趋势有所减缓.因此,该地区必须加快绿色矿区建设,加大生态环境治理力度,着力防范煤炭开采对生态系统服务的胁迫作用超出阈值范围,以保障经济增长与生态环境统筹协调可持续发展.     

长株潭地区人为源氨排放清单及分布特征

根据收集到的长株潭地区各类人为源氨排放的活动水平数据和排放系数,建立了长株潭地区2013年人为源氨排放清单,并根据空间特征数据进行了3 km×3km的空间网格分配.结果表明,长株潭地区2013年人为源氨排放总量为7.27×10~4t,排放强度为2.59 t·km~(-2);其中,畜禽养殖业和农田生态系统为最主要的氨排放源,氨排放分担率分别达58.60%和29.73%;畜禽养殖业中,肉牛、蛋鸡和肉猪是主要贡献源,分别占畜禽养殖业氨排放总量的26.26%、21.40%和18.43%;宁乡县、湘潭县和浏阳市为氨排放量较大的县市,分别占长株潭地区氨排放总量的17.49%、12.82%和12.02%;石峰区和岳塘区的氨排放强度最大,分别达到了9.14 t·km~(-2)和5.01 t·km~(-2).空间分布特征显示排放量较大的网格主要是大型点源.     

生态系统服务价值与人类活动的时空关联分析——以长江中游华阳河湖群地区为例

以1990、2002和2010年华阳河湖群地区LandSat TM影像为数据源,构建生态系统服务价值评估模型、生态系统服务价值流向损益模型和人类活动强度评估模型,应用双变量空间自相关分析生态系统服务价值和人类活动强度的时空关联特征.结果表明：1990~2010年生态系统服务价值持续减少,水域、湿地转为耕地和建设用地是价值损失的主要原因.生态系统服务价值高值区在中部和东北部水域,湖滨价值量减少最严重,北部地区价值量增加,南部减少.人类活动强度低影响区位于水域,中高影响区和中影响区交错分布于北部地区,高影响区集中在南部和西南部地区.3个时期生态系统服务价值和人类活动强度均呈空间负相关,高-低聚集分布于南部和西南部,低-高聚集主要分布于水域.