三峡库区森林生态系统服务权衡与协同分析

科学理解生态系统服务权衡与协同关系是维持森林生态系统结构、功能和健康的前提,有利于推动实现经济发展和生态保护的"双赢"目标.采用生态系统服务变化指数(IESC)、相关系数和空间分析等方法,综合分析了1990—2015年三峡库区森林生态系统服务时空动态、空间聚集特征及生态系统服务权衡与协同关系.结果表明,(1)涵养水源、...     

福建省森林植被NEP时空变化及影响因子分析

不断加剧的气候变化和人类活动增加了区域生态系统碳循环研究的不确定性。净生态系统生产力(NEP)能够定量描述陆地生态系统与大气之间的碳交换量,探究区域生态系统NEP的时空变化及对气象、植被等因子的响应有助于明晰区域生态系统碳收支状况和应对气候变化。基于TEC模型和生态系统呼吸模型评估了福建省森林2000-2020年NEP时空格局,并借助地理探测器和贡献率方法探究了福建省NEP时空变化的主要驱动因子。结果表明：(1)2000-2020年福建省森林多年年均NEP为528 g·m^-2,呈极显著的增强趋势。空间分布规律为“高值主要分布在福建南部的内陆地区,低值主要分布在中北部和南部沿海地区”,约48.3%的地区NEP呈显著上升趋势,主要分布在福建省的中部偏西南地区,而仅有1.00%的地区呈显著下降趋势;(2)空间分布上,影响福建省森林NEP的空间分异的主要因子为植被、地形和气象要素。归一化植被指数对森林NEP空间分布的影响最大,是影响福建省森林NEP空间分异的主要驱动因子,其次是地形和太阳辐射,高程的最适区间为891-1 491 m,而辐射的最适区间为128-130 W·m...     

长三角地区乡村发展评价及时空分异特征

以长三角地区作为典型案例地,构建乡村发展评价指标体系,运用改进熵值法测度2000—2018年长三角地区乡村发展水平;综合运用GIS空间分析、ESDA模型等方法分析2000—2018年长三角地区乡村发展分异特征,并运用多元回归模型揭示研究期间长三角乡村发展时空分异的影响因素。结果表明:长三角地区乡村发展水平呈现出持续提升的演化态势,长三角乡村发展东—西向呈递减态势,南—北向呈倒"U"型空间形态。长三角乡村发展表现出"俱乐部趋同"的空间分布趋势;乡村发展局部热点区主要集聚在苏锡常沪、杭绍甬等地区,而冷点区主要分布在皖北地区,形成稳定的低值集聚塌陷格局。经济发展水平、农业现代化、城镇化及交通可达性是影响研究期间长三角乡村发展时空分异的驱动因子,政府政策因素对研究期间长三角乡村发展时空分异表现为宏观的导向效应。     

三峡库区生态系统服务时空变化及权衡与协同关系研究

科学探讨区域生态系统服务的权衡与协同关系,对高效配置环境资源和指导生态环境管理具有重要意义.基于土地利用、气象观测、土壤和社会经济统计数据,分别计算并识别了三峡库区2000、2010和2018年水源涵养、土壤保持、碳固持和生物多样性维持4种生态系统服务及其时空变化,并从全域和基于热点区的综合分区2种尺度分析了生态系统服...     

川东地区生态系统服务价值时空演变及其驱动力分析

川东地区位于四川盆地东部,是长江上游重要生态屏障区。基于1990—2015年川东地区6期土地利用数据,采用空间统计分析法分析川东地区土地利用格局和生态系统服务价值时空演变特征,并结合社会经济因素,探究研究区生态系统服务价值时空差异驱动因素。结果表明:(1)川东地区主要土地利用类型为耕地和林地,土地利用综合活跃度低。(2)1990—2015年研究区生态系统服务价值持续增加,各土地利用类型对生态系统服务总价值的贡献率由大到小依次为林地(42%)、耕地(31%)、水域(22%)、草地(5%)和未利用地(0%);单位面积生态系统服务价值呈从东北、东南两翼向中西部地区逐级递减趋势。不同土地利用类型对生态系统服务价值具有不同程度的影响,其中林地、水域与生态系统服务价值高度相关。(3)生态系统服务价值时空差异主要驱动因素为农业人口数、人口密度、工业总产值和国内旅游收入。空间相关性分析结果表明,社会经济因素与生态系统服务价值变化率呈负相关关系,并且低-低和高-低型聚集在西部地区,低-高和高-高型聚集在南部地区。研究结果可为调控川东区域生态安全、优化土地资源和促进可持续发展提供科学依据。     

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。     

黄土高原典型县域生态系统服务变化特征及驱动因素

陕北黄土高原沟壑区作为全国重点水土流失区和退耕还林还草核心区,探究县域尺度生态系统服务的时空变化特征、驱动因素和权衡关系对于生态系统的可持续管理更有针对性和现实性。基于RUSLE、CASA和In VEST模型,分析了陕北志丹县2000-2018年土壤保持、碳固存和水源供给3种生态系统服务的时空变化,并运用地理探测器和偏相关分析研究了生态系统服务的驱动因子和权衡关系。结果表明：2000-2018年,志丹县土壤保持、碳固存(以C计)和水源供给都呈现增加趋势,分别增加了199 t·hm^-2·a^-1、426 g·m^-2·a^-1和122 mm。地形、气候和植被生长状况等自然因素对生态系统服务空间异质性的影响强于土地利用类型等人为因素,并且多因子的交互作用对生态系统服务的影响大于单一因子。影响土壤保持服务空间异质性最主要的因子是坡度,其次是NDVI,碳固存服务空间异质性受降雨、NDVI和土壤类型等因素的综合影响,水源供给服务空间异质性的主要驱动因素是降雨和土地利用类型。志丹县土壤保持和碳固存、土壤保持和水源供给...     

沉积记录揭示的湖泊长期生态系统服务权衡/协同机制:进展、案例剖析与展望

揭示生态系统服务的时空变化特征及权衡/协同机制,对提升生态系统服务总体效益和人类福祉至关重要,已成为当前研究热点。在概述生态系统服务权衡/协同过程与机制的研究方法、进展基础上,以湖泊生态系统为研究对象(以长江中下游太白湖为例),探讨如何利用历史记录(包括文献记载及基于湖泊沉积的定量重建)来有效重建湖泊生态系统功能、定量各功能间权衡/协同特征、揭示生态服务间权衡/协同发生机制等重要问题,重点展示基于湖泊沉积物分析的古湖沼学方法在重建历史时期生态系统服务过程方面的技术优势。最后对目前存在的问题及今后的研究方向做一展望:古湖沼学方法的不确定性及指标解释有待进一步完善,需要进行生态系统过程-服务动态过程的多情景模拟研究,加大湖泊生态系统服务在不同时空尺度上的相互作用机制研究。     

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...     

2000—2020年河西地区生态系统服务功能时空变化与影响因素分析

河西地区是我国“三区四带”和甘肃省“四屏一廊”生态安全格局的重要组成部分,在全国生态安全战略格局中具有重要地位。利用InVEST模型、USLE方程与修正风蚀方程等评价方法,结合河西地区的气象、水文、地形、土地利用类型与土壤质地等数据,对2000—2020年河西地区的生态系统服务功能进行量化,并分析各项功能的时空变化及影响因素,识别河西地区生态系统服务功能的高、中、低值区。结果表明：2000—2020年河西地区生态系统服务功能整体向好,但波动较大,稳定性有待增强。受气候条件与土地利用格局的影响,生态系统服务功能在空间上呈现“南高北低”的分布格局。通过分析生态系统服务功能的影响因素,发现林地与草地对生态系统服务功能的提升具有关键作用,海拔在2 500～3 500 m和缓坡地区的生态系统服务功能较优。2000—2020年河西地区的生态系统服务功能综合指数呈波动上升趋势,生态系统服务功能的最优年份为2020年。生态系统服务功能的低值区主要位于河西地区西北部的平原地带,占比41%。生态修复时要减少人类活动带来的负面影响,增强区域的土壤保持与防风固沙能力。生态系统服务功能的中值区主要分布在河西地区...     

淮南市煤炭开发强度与生态系统服务耦合关系及驱动因素研究

高强度煤炭开发在促进资源型城市经济快速发展的同时,又对区域生态系统服务造成严重的破坏,在此背景下探究煤炭开发强度与生态系统服务的耦合关系及其驱动机制,对我国煤炭资源型城市经济与生态环境协调发展具有重要意义。以典型煤炭资源城市——淮南市为例,在构建煤炭开发强度与生态系统服务指标体系基础上,采用容量耦合模型和灰色关联模型揭示了2005—2018年淮南市煤炭开发强度与生态系统服务耦合度的时序变化规律及主要驱动因素。结果表明：淮南市煤炭开发强度由中强度开发水平逐步过渡到低强度开发水平,生态系统服务呈“L”型下降趋势,两者耦合度于2005—2010年间不断升高,但于2011年之后呈下降趋势。采煤土地塌陷面积占比、食物生产服务是淮南市煤炭开发强度与生态系统服务耦合关系的主要内部驱动因素,其与耦合度的关联度分别为0.728 4、0.583 1。环境治理水平、煤炭产业依赖是耦合关系的主要外部驱动因素,其与耦合度的关联度分别为0.949 2、0.848 3,其余驱动因素按影响程度从强到弱排序依次为生态环境质量>煤炭产业经济效益>煤炭产业效率>环境治理投入。该研究可为资源型城市煤炭开发强...     

基于生态系统服务供需关系的安徽省空间分异研究

生态系统服务供需存在的空间异质性可以造成地区发展的不平衡。以安徽省各区县为研究单元,基于土地利用和夜间灯光数据,揭示安徽省生态系统服务供需关系空间分异特征,并划分各区县的管控类型,提出各类型的国土空间发展策略。结果表明:(1)安徽省各地区土地利用类型存在明显差异,生态系统服务价值呈南高北低的状态;(2)安徽省各区县生态系统服务需求差异明显,沿江、皖中和皖北区域生态系统服务需求较高,而皖西和皖南区域需求较低;(3)安徽省生态系统服务供需关系区域性差异明显;(4)基于生态系统服务供需关系分析,安徽省各区县可划分为生态协调型、生态控制型、生态重建型和生态保育型4种管控类型。研究结果可为安徽省生态用地配置和区域土地资源规划提供科学依据。     

岷江上游山地生态系统服务地域分异过程与补偿阈值

生态系统服务供给侧与需求侧是当前地理科学研究的热点和前沿领域,也是人地关系具象化的表征物。针对岷江上游低阈值生态安全、高风险生态退化、多民族交融共生的区域特征,初步探索岷江上游山地生态系统服务地域过程与补偿阈值的研究方法,为该区域的生态文明研究提供理论依据。结果表明,1995—2010年间岷江上游生态系统服务的地域分异特征显著,生态补偿额度的区域差异也比较明显。2010年草地和农田生态系统服务价值比1995年分别增加了3.70×10~9和0.62×10~9元,而2010年林地生态系统服务价值比1995年减少13.17×10~9元,造成研究区域整体生态系统服务价值降低。林地和草地对岷江上游生态系统服务价值的贡献较大,空间上呈现东多西少的分布格局。人口修正的生态补偿额度为正值的区域集中在岷江上游的西北地区和正东部,负值区域集中在黑水、松潘和理县附近;乡镇面积修正的生态补偿额度为正值的区域集中在松潘和黑水县,而负值区域集中在茂县和汶川县附近;综合修正生态补偿额度为负值的区域集中在研究区域的西北地区,而正值区域集中在黑水、松潘和理县。研究结果可为深入认识流域内生态系统服务与人类社会福祉的耦合关系以及藏羌民族生态补偿的科学分配提供数据支撑。     

黄河流域典型县域生境质量的时空分异特征及影响因素研究

通过探索黄河流域山东段县域生境质量时空分异特征与影响因素,以便从县域尺度为地方生态环境保护与社会经济高质量发展提供政策建议。基于2000、2010和2020年3期土地利用数据,采用InVEST模型解析生境质量的时空分布格局与演变特征,结合空间自相关模型对其空间分异特征进行探测,并采用地理加权回归(GWR)模型分析社会、经济与自然影响因素在空间维度上对生境质量的影响。结果表明：(1)2000—2020年,黄河流域山东段平均生境质量指数为0.448,空间上表现出中段、上段低和下段高的分布格局,生境质量整体呈先快速下降后缓慢下降趋势,中段生境质量下降趋势最为显著;(2)生境质量变化在空间分布上呈显著集聚性特征,会受到邻近区域的影响,且总体集聚态势不断增强,高-高型集聚区面积明显大于低-低型集聚区,在流域下段范围连片分布;(3)土地开发强度是影响生境质量时空分布的首要因素,城市化水平、人口密度和NDVI对生境质量有重要影响,社会、经济和自然因素共同影响生境质量时空变化,GWR回归分析结果表明生境质量具有空间差异性。识别这些时空差异对推动该区域生态高质量发展具有重要意义。     

社会-生态耦合分析视角下普达措国家公园生物多样性价值评估

基于社会-生态耦合分析视角,评估生态系统服务并量化服务间的权衡与协同作用对生态系统服务研究和国家公园规划管理具有理论与实践意义。以中国普达措国家公园为研究对象,采用SolVES模型和InVEST模型,构建感知生物多样性价值与生境质量的耦合度/耦合协调度模型,并结合热点分析工具得出社会-生态热点图,综合评估研究区生物多样性价值。结果表明：(1)感知生物多样性价值高值区呈现“多核心、多条状”的空间格局,与距道路远近以及距水体远近呈显著负相关关系,与海拔高低呈显著正相关关系,且在有林地的价值指数达到最大。(2)研究区生境质量的空间格局呈现“中部、中南部和东北部高而西部和东部低”的分布特征;其中,山区林地草地多为生境质量高值区,河谷平坝地区多为生境质量低值区。(3)感知生物多样性与生境质量的耦合度属于高水平耦合,两者处于良好协调的中级水平阶段,且耦合协调类型为社会滞后型。(4)社会-生态热点区域主要位于公园西南部,形成“单条状”分布特点,部分零星分布于东北部。相比之下,社会-生态冷点区域比较集中,主要位于公园东部,属于尼汝河下游流域。该研究可为重构生物多样性研究的理论框架以及生物多样性保护、调...     

京津冀区域生态系统服务供需格局时空演变研究

研究区域生态系统服务供给、需求和消费均衡关系及空间关联格局,可为生态系统管理和资源合理有效配置提供决策辅助。基于京津冀区域1990和2015年2期土地覆被数据,采用生态系统服务评分矩阵方法,对京津冀区域生态系统服务供需格局时空演变进行分析,发现1990—2015年研究区生态系统服务供应处于高位供应状态,且供应压力未能得到有效缓解,研究区整体生态系统服务供需处于盈余状态,但供需情况趋于恶化。研究期间北京生态系统服务供需处于赤字状态,河北、天津处于盈余状态,与1990年相比,2015年京、津、冀3地生态系统服务供需状况均趋于恶化。从空间上看,研究区西北部坝上高原、燕山-太行山丘陵区生态系统服务供需呈盈余状态,东南部除北京、天津、石家庄等城市及周边呈赤字状态外,其他地区呈平衡状态。与1990年相比,2015年研究区西北部地区生态系统服务供需状况变化幅度很小,东南部地区随北京、天津、石家庄等城市边界急剧扩张,生态系统服务供需赤字范围在急剧增大。     

京津冀城市群生态系统服务价值的时空动态演变

以京津冀城市群为研究区,基于土地利用现状数据及谢高地2008年修正的"中国生态系统单位面积生态服务价值当量",利用县域尺度的粮食单产对单位面积农田食物生产服务价值进行修正,随后基于格网分析方法改进了生态系统服务价值系数的3种时空调节因子,并利用等量分类与热点分析方法探讨了生态系统服务价值的空间异质性,在此基础上,将斑块密度与聚合度指数、动态度、变化轨迹分析等方法相结合,从全局与局部揭示生态系统服务价值从2005—2015年的空间动态演变特征。结果表明,(1)修正后的方法能够反映生态系统服务价值在格网尺度上的空间异质性。京津冀城市群北部、太行山及燕山等山林地区、环渤海湿地、白洋淀及衡水湖等内陆湖泊地区的生态服务价值等级以Ⅳ、Ⅴ类为主,是生态服务价值的热点区域;平原地区及张家口市等高原地区的生态服务价值等级以Ⅰ、Ⅱ类为主,是生态服务价值的冷点区域。(2)从2005—2010年,第Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ类的PD动态度均为正值(0.020、0042、0.029),AI动态度均为负值(-0.007、-0.046、-0.025),第Ⅲ、Ⅳ类的PD动态度为负值(-0.015、-0.014),AI动态度均为正值(0.027、0.022);从2010—2015年,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ类的PD、AI动态度(-0.002、-0.003、0.002、-0.002,0.001、0.002、-0.003、0.002)的正负性与前5年相反,且绝对值较小;Ⅳ类的两种指数动态度均为0。(3)生态服务价值的第Ⅰ、Ⅱ类的变化区域集中分布在平原与张家口市,第Ⅲ类的变化区域集中分布在平原与山地丘陵的交界处以及邯郸市;第Ⅲ、Ⅲ类的变化区域分别分布于山地丘陵的西部与承德市东部。     

基于CA-Markov模型的惠州市生态与经济协调度时空演变特征及模拟预测

研究生态环境与经济效益的协调发展关系以实现城市可持续发展是土地科学的焦点。基于2000—2015年惠州市遥感影像,通过CA-Markov模型预测研究区2025年土地利用状况,以1 km×1 km惠州市土地利用数据为基础,以生态系统服务价值表征生态,以GDP表征经济,运用经济协调度模型对惠州市生态与经济协调度进行耦合,开展时空演变分析及预测,同时采用Getis-Ord Gi~*分析其空间异质性,以此揭示快速城市化区域的生态环境与经济发展耦合协调关系和空间分异特征。结果表明,模拟预测2025年的惠州市土地利用格局与其他时期相比,土地利用效率较高,景观破碎化现象相对于前期得到有效缓解。经济环境协调变化指数在近20 a变化较大,生态经济失调区域面积大于生态经济协调区域面积,空间分布上失衡,生态环境质量低和经济发展过快的两极化现象较为严重,生态与经济协调水平总体不高,发达地区周边的局部区域从不协调向协调转变,并有逐渐扩大趋势。经济协调度空间分布模式从2000年的冷点单一聚集发展为2025年的冷热点2种集聚模式共同分布,同时热点向冷点逐渐迁移。目前快速城市化区域的经济与生态协调发展水平较低,形势较为严峻,但已有转好的趋向,并且空间差异不均衡和两极化发展问题较为突出,发达地区在发展经济的同时需要加大生态修复和保护力度,实现生态与经济协同可持续发展。     

基于生态系统服务价值的城市增长边界划定研究:以衡阳市中心城区为例

科学评估土地生态价值,并将其纳入城市规划实践,是落实国家生态文明战略要求的重要手段。城市增长边界是统筹城市开发建设与区域生态保护的重要政策工具,针对以往划定方法对生态系统服务功能考虑不足的问题,提出一种新的城市增长边界划定方法。以衡阳市中心城区为例,基于反规划理念,以2005—2015年区域生态系统服务价值评估为基础构建生态安全格局,通过耦合城市生态安全格局与基于未来土地利用模拟(future land use simulation,FLUS)模型的城市扩张模拟结果划定城市增长边界。结果表明:(1)2005—2015年衡阳市中心城区生态系统服务价值总量从25.71亿元下降到24.75亿元,水文调节和水资源供给服务功能价值量呈上升趋势,其余各项生态系统服务价值呈下降趋势。(2)研究区城市刚性增长边界面积为17 325.72 hm~2,主要沿湘江及其支流蒸水和耒水分布,形成"三廊、三片"的空间结构。(3)2030年城市弹性增长边界面积为20 238.57 hm~2,空间形态呈"一个中心区、多个组团"分布。考虑生态系统服务功能的限制开发条件后,研究区生态用地得到更多保护,区域生态系统服务总价值比基准情景高0.61亿元,更利于区域生态系统服务功能的维持和区域生态安全的发展。该研究方法和结果可用于科学评估城市扩张的生态成本,有效解决城市发展与生态保护之间的矛盾,同时也可为城市总体规划、生态保护专项规划以及国土空间规划提供重要依据。     

秦巴山生态功能区生态系统服务供需关系时空演变研究

生态功能区在确保国家生态安全方面具有重要作用,但在过度人类活动的影响下,其生态系统正面临着严峻考验。为实现生态功能区的可持续发展需要探究生态系统服务的供需关系。以往研究多关注生态系统服务供需的权衡/协调作用,在生态功能区供需的耦合协调方面还存在空白。以秦巴山生态功能区为例,采用In VEST模型、生态系统服务供需比、四象限模型、相关性分析和耦合协调度模型等方法分析了2000、2010和2020年产水、粮食供给、碳固存和土壤保持4种生态系统服务的供需匹配状况、权衡/协同作用和耦合协调关系。结果表明,1)2000-2020年产水和碳固存服务供需比分别由0.613、0.958降至0.482、0.892;粮食供给和土壤保持服务供需比分别由-0.243、0.948增至0.224、0.971。空间上,产水、碳固存和土壤保持服务均以供应盈余状态为主,耕地较少的中西部地区存在粮食供给不足。2）粮食供给和土壤保持服务供需在低-低空间匹配,产水服务供需表现出高-低空间错配和低-低空间匹配的特点,碳固存服务供需以过剩的高-低错配为主。3）研究期间生态系统服务供给的权衡/协同关系略有变化,除土壤保持与其他服务...