生态红线保护下的两江新区土地利用/覆盖情景模拟及生态价值评估

生态保护红线的划定对于维护国家和区域生态安全具有非常重要的作用,是我国在生态环境保护方面的重要举措.为分析生态保护红线划定后区域生态系统服务价值的变化情况,以重庆市两江新区为例,采用CLUE-S模型对未来的土地利用变化情况进行情景模拟,并在此基础上对各地类价值系数进行优化调整构建生态系统服务价值评估优化模型,对不同情景下的生态系统服务价值进行定量计算,分析生态系统服务价值的敏感度及变化度.结果表明:①采用CLUE-S模型对两江新区的未来土地利用进行空间模拟效果较好（Kappa系数达到0.82以上）,模型的普适性较好.②生态价值敏感度结果表明两江新区的生态系统服务价值对价值系数的变化缺乏弹性,结果的可信度高.③2020年生态保护情景下,林地的面积增加量大于自然增长情景,城镇和工矿用地则相反,生态保护红线对于城镇扩张起到了一定的约束作用.④2014年现状、2020年自然增长情景和2020年生态保护情景下的生态系统服务价值分别约为10.53×108、10.50×108和10.88×108元,两种未来情景下耕地的生态系统服务价值减少最为明显,林地、水域服务价值均表现出增加的趋势.⑤林地和水域的生态价值变化度表明其面积变化对生态系统服务价值的影响较大.研究显示,CLUE-S模型进行小区域的土地利用变化情景模拟效果较好,构建的生态系统服务价值评估优化模型计算结果的可信度较高.政府相关部门可以根据生态保护红线及生态系统服务价值评估结果,进一步优化生活、生产和生态空间,使其在城市规划、绩效考核和生态补偿中得到实际运用,在区域的经济可持续发展中起到支撑作用.      

不同土地利用/覆盖情景下东北沟流域植被生态需水量及其对产流影响

针对京津水源区上游生态环境建设需水与向下游多输水的矛盾现实,基于气象、土壤、土地利用/覆盖(1990年和2009年)数据,应用Penman-Monteith公式估算潜在蒸散量,再用土壤和植被信息对其进行修正,计算了水源区东北沟流域1990年、2009年及其他5种不同土地利用/覆盖情景下的最小生态需水量和适宜生态需水量。结果表明:2005-2009年4-10月潜在蒸散量是715.04 mm;2009年流域植被适宜生态需水量是399.42 mm,最小生态需水量是339.68 mm,比1990年的适宜和最小量分别多122.5 mm、144.5 mm;平水年的降雨均可满足各种情景生态需水要求,其中需水量较大的是情景Ⅲ(草地转化为林地),其适宜需水量达784.69×10⁴ m³,情景Ⅱ(林地转化为草地)的需水量最小,适宜需水量是687.27×10⁴ m³,该情景较适合向下游输水为目的的生态建设,但该情景实施的前提是建立下游向上游的生态补偿机制。     

基于生态系统服务多情景权衡的生态安全格局构建——以大连市瓦房店为例

以辽宁省瓦房店市为研究单元,在评估2000年与2014年的食物供给、NPP、产水量及土壤保持四种典型生态系统服务基础上,引入OWA模型,模拟出研究区2014年生态系统服务优先保护区作为生态源地;利用最小累积阻力模型识别生态廊道与缓冲区,构建研究区生态安全格局。研究表明:（1）2000-2014年,瓦房店市生态系统服务时空变化显著,除产水量外,其他生态系统服务均有所增强。（2）综合考虑生态系统服务保护效率（E_i>1）与权衡度（0.68）,选取情景5下的优先保护区作为瓦房店的生态源地。（3）瓦房店生态源地面积为564.92 km²;生态廊道总长度为642.62 km,一级廊道（220.76 km）纵贯南北,次级廊道（421.86 km）呈网状连通分布离散的生态源地。研究结果可为瓦房店市生态系统可持续管理和土地利用优化提供决策支持。     

基于土壤动态蓄水的森林水源涵养能力计量及其空间差异

水源涵养是森林提供的重要生态服务之一,而森林土壤对降水的拦蓄和调节起着主要作用。采用土壤动态蓄水能力法,以太湖流域安吉县森林资源二类调查和雨量站逐日降水量数据为基础,评估了森林的水源涵养能力,并将土壤水源涵养能力参数和降水数据进行空间栅格处理和相应的栅格运算,从而揭示了水源涵养的空间差异。结果表明:安吉县森林生态系统年涵养水源能力为19.66×10⁸ t,单位面积森林年涵养水源能力为14 788 t/hm²;从空间分布上看,森林水源涵养量沿西苕溪由上游向下游呈减少的趋势;从不同森林类型来看,竹林的水源涵养贡献率最大,达52.26%。     

Relevance for decision making of spatially explicit,participatory scenarios for ecosystem services in an area of a high current demand

Participatory ecosystem services scenarios can be used to inform decision making on the sustainable or wise use of biodiversity and ecosystem services (ES). To establish the plausibility and coherency of the recently constructed Biscay participatory scenarios, and to analyze policy options for improving sustainability of land use and the supply of ecosystem services, a spatially explicit analysis of land cover change was carried out. The modelling used an innovative methodology which included feedback from key stakeholders. Our study showed that scenario mapping can be a way of testing the credibility and internal consistency of scenarios, and a methodology for making them more coherent; it was also useful for highlighting land use trade-offs. The sustainability analysis for the ES supply side showed the benefits of promoting two land use/cover trends in the Biscay region: (i) an increase of sustainable arable land in the valley zones to reinforce biocapacity and self-provisioning while preserving agroecosystems’ ES flow; and (ii) natural forest regeneration in mountainous and other zones to increase carbon storage and sequestration while enhancing biodiversity and other ES flows. We argue that even if already protected public agro-forest lands may be the best places to start promoting these changes, additional measures are needed to involve private landowners and guarantee changes at a landscape level. Finally, we reflect on the need to make complementary analyses of ES supply and demand as a way of contributing to a broad sustainability agenda.     

Exposure of European biodiversity to changes in human-induced pressures

There is increasing evidence that areas with high concentrations of species tend to have high concentrations of human activities. Would this tendency be altered with projected environmental changes? We investigate this possibility using the most extensive available dataset on species distributions in Europe, providing data for 3143 species. Observed land uses were utilised to generate three indicators of anthropogenic ‘pressure’ for 1971–2000: urbanisation, cropland and grassland use intensities. Storylines describing alternative development pathways were used to create four land-use scenarios for 2021–2050. Exposure of biodiversity to human activities was measured as changes in the degree of pressure recorded in hypothetical reserve networks selected to maximize the representation of plant, breeding bird, mammal, amphibian, and reptile species. In all socio-economic scenarios there was a tendency for increasing urbanisation and decreasing cropland intensities within selected conservation areas. Pressures arising from increasing grassland use were variable across scenarios and taxa. Our results challenge the idea that a single development strategy might provide reduced impacts in all regions and taxonomic groups. We show that impacts are likely to be complex and that tradeoffs might exist among development strategies. Nevertheless, results are contingent on the data, scale, and type of analyses conducted and further research is required to assess the impacts of alternative human-development scenarios.     

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.     

Managing forest ecosystem services for hydropower production

In many countries, hydropower development is rapidly becoming a focus of green growth policies. This represents a significant opportunity for ecosystem services-based land management that integrates environmental and development goals to benefit the hydropower sector and support economic growth. In this study, we present an approach for targeting ecosystem-provision investment in hydropower catchments coupled with hydrologic modeling to quantify the benefits of soil and water conservation activities. We demonstrate the application of this approach in five hydropower facility catchments in the state of Himachal Pradesh, India. The results show that there is a high potential for targeted soil and water conservation to increase sediment retention services that benefit hydropower facilities (up to a 44% reduction in sediment transported from uplands into streams), although this benefit is distributed non-uniformly across catchments and levels of investment. The extent to which services can be improved is strongly driven by current land use and management practices that impact how and where conservation activities can be located. Iterative use of the method described here, in a process of stakeholder engagement and capacity-building, enables policy makers to determine the optimal mix of land management strategies and budget allocation to maximize service improvements that support hydropower production.     

Towards a climate change adaptation strategy for coffee communities and ecosystems in the Sierra Madre de Chiapas, Mexico

The mountain chain of the Sierra Madre de Chiapas in southern Mexico is globally significant for its biodiversity and is one of the most important coffee production areas of Mexico. It provides water for several municipalities and its biosphere reserves are important tourist attractions. Much of the forest cover outside the core protected areas is in fact coffee grown under traditional forest shade. Unless this (agro)forest cover can be sustained, the biodiversity of the Sierra Madre and the environmental services it provides are at risk. We analyzed the threats to livelihoods and environment from climate change through crop suitability modeling based on downscaled climate scenarios for the period 2040 to 2069 (referred to as 2050s) and developed adaptation options through an expert workshop. Significant areas of forest and occasionally coffee are destroyed every year by wildfires, and this problem is bound to increase in a hotter and drier future climate. Widespread landslides and inundations, including on coffee farms, have recently been caused by hurricanes whose intensity is predicted to increase. A hotter climate with more irregular rainfall will be less favorable to the production of quality coffee and lower profitability may compel farmers to abandon shade coffee and expand other land uses of less biodiversity value, probably at the expense of forest. A comprehensive strategy to sustain the biodiversity, ecosystem services and livelihoods of the Sierra Madre in the face of climate change should include the promotion of biodiversity friendly coffee growing and processing practices including complex shade which can offer some hurricane protection and product diversification; payments for forest conservation and restoration from existing government programs complemented by private initiatives; diversification of income sources to mitigate risks associated with unstable environmental conditions and coffee markets; integrated fire management; development of markets that reward sustainable land use practices and forest conservation; crop insurance programs that are accessible to smallholders; and the strengthening of local capacity for adaptive resource management.     

中国自然资源生态服务重要性评价与空间格局分析

自然资源是保障经济社会发展的重要物质基础,同时又发挥了重要的生态服务功能。选取水源涵养、水土保持、防风固沙、生物多样性维护和产品提供五类生态服务,采用NPP定量指标法识别中国自然资源生态服务的重要区域,并进一步分析空间格局特征。结果表明：中国自然资源生态服务极重要和高度重要区约占总面积的1/4,以东北山地、江南地区、西南地区和青藏高原东部等水源涵养能力强、水土保持较好、防风固沙水平高、生物多样性较丰富的地区为主;不同类型自然资源的生态服务重要性差异显著,耕地资源的产品提供服务重要性显著,林地和草地资源的水源涵养、水土保持、防风固沙及生物多样性维护服务重要性均较显著,水域主要提供水源涵养服务;各生态服务重要性在空间上均显著集聚,自然资源综合生态服务的热点区主要分布在大兴安岭、长白山、浙闽山地、武夷山、南岭山地、秦岭山地、滇西南地区和藏东南山地等;自然资源综合生态服务重要性的空间分布与农业自然带/亚带呈现较高的一致性,热带和温带地区的重要性级别较高。研究结果可为区域自然资源管理及生态保护修复提供决策依据。     

区域尺度生态保护红线划定——以京津冀地区为例

将京津冀地区作为一个整体,采用遥感和GIS技术,选取水源涵养、水土保持、防风固沙3类生态系统服务以及土地沙化、水土流失2类典型生态问题,建立评价指标和评价模型,开展区域生态系统服务重要性和生态敏感性评价,定量揭示京津冀地区生态系统服务重要性和生态敏感性的空间分布特征;利用全国第二次土地调查数据明确的地块边界,确定生态保护红线边界.结果显示,京津冀地区生态保护红线面积6.68万km²,占研究区总面积的30.9%,主要分布在北部燕山山地、西部太行山山地和冀北坝上高原等区域;生态保护红线范围内的森林、草地二者面积比例比红线外高55.7%,红线范围内的植被NPP平均值比红线外高23.5%,划定结果符合“以较小面积获取较大服务”原则,适于作为京津冀地区最重要、最需要严格管控的生态空间.     

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.      

西部生态脆弱区矿山不同开采强度下生态系统服务时空变化——以神府矿区为例

以神府矿区为例,选取土地利用、植被覆盖、土壤、气象等生态环境与统计数据指标,利用RS和GIS技术构建生态系统服务遥感测量评估指标体系,评估研究区2005-2015年生态系统服务变化及时空分布特征,进一步探究神府矿区不同开采强度对生态系统服务的影响并进行驱动力分析。研究结果表明:(1)2005年、2010年、2015年研究区的总生态系统服务分别为1.598×1010元、1.905×1010元、2.134×1010元,呈现逐年递增的趋势;(2)生态系统服务功能中水土保持价值比例最大,草地的单位面积生态系统服务价值最高,耕地、草地生态系统为该地区贡献了最多的生态系统服务价值;(3)研究区生态系统服务分布表现为由东北向西南逐渐降低的趋势,不同开采强度下的生态系统服务增长变化较为相似,煤炭开采区域生态系统服务未显著下降,整体较为平稳。对生态系统服务变化的驱动分析表明在近年来相对改善的气候环境与人工修复共同作用下,神府矿区生态系统服务未发生明显的缩减。此类半干旱生态脆弱矿区国土空间生态修复适宜通过主动的"保护性开发"以及"人工诱导+自然修复"为主的方式,避免大范围与高强度的水土扰动型治理,通过适度...     

长江上游地区主要森林植被类型蓄水能力的初步研究

论文在收集长江上游各类森林林冠层、枯落物层和土壤层等3个水文生态功能作用层资料的基础上,根据山地气候带和群落生活型将长江上游森林归并为14个植被类型,对其降水截留规律和蓄水能力进行了综合评价。在森林综合蓄水能力中,土壤层和枯落物层持水量占了绝大部分比例,土壤非毛管孔隙度对森林蓄水能力具有决定作用,可以利用凋落物现存量和土壤非毛管孔隙度来评价和估算枯落物和土壤蓄水的综合能力。在长江上游各类森林植被中,常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、铁杉、槭、桦林、云杉林、冷杉林和硬叶常绿阔叶林具有较强的持水能力,这些植被在长江上游高山峡谷区山地垂直带中广泛分布,对整个流域水源涵养和水土保持具有重要作用。因此,在长江上游实施天然林保护和退耕还林工程等生态建设具有重要意义。     

土地利用及生态服务价值变化的图形信息特征分析——以松花江流域哈尔滨段为例

以遥感影像资料为依据,运用地学信息图谱方法和Costanza的生态服务价值计算方法,在RS和GIS的支持下分析1996~2005年松花江流域哈尔滨段土地利用及其生态服务价值的时空变化特征。结果表明:土地利用转化过程以耕地-林地、草地-林地和未利用地-林地为主,其中耕地-林地相互转换最为剧烈,林地、水域和建设用地具有较高的保留率,草地、未利用地和耕地具有较高的转换率;1996~2005年研究区的生态系统服务价值总量增加314.543×107元,大面积的耕地、草地转化为生态价值系数较高的林地和水域是其主要原因;生态环境增值区域,耕地转化为水域的贡献率最大,为27.61%,生态环境减值区域,林地转化为耕地的贡献率最大,为3.761%。     

西藏高原生态系统服务时空格局及其变化特征

西藏高原是我国国家生态安全格局中至关重要的区域,维护提升其生态屏障功能是该区生态保护的核心目标。论文分析了1990—2010年西藏高原生态系统类型及其服务能力的时空变化格局,开展近20 a生态屏障功能的综合评估。结果表明：1）近20 a,西藏高原生态系统宏观格局稳定少动,森林、水体与湿地面积略有增加,草地、荒漠面积减少;2）森林、草地、湿地生态系统水源涵养量为895.19×10⁸ m³,平均单位面积水源涵养量为744.48 m³/hm²,近20 a水源涵养服务在波动中有所提升;3）水蚀区土壤水蚀模数为3 876 t/km²,土壤水蚀量为10.31×10⁸ t,生态系统土壤保持服务保有率为66.3%,近20 a土壤侵蚀量下降,而土壤保持服务保有率呈持续上升趋势;4）土壤风蚀模数为1 581.2 t/km²,土壤风蚀量为18.99×10⁸ t,防风固沙服务保有率为66.5%,近20 a由于风场强度减弱与植被覆盖度增加,土壤风蚀量下降,而生态系统防风固沙服务保有率持续提升;5）森林、草地、湿地碳固定服务量为1.95 Pg C,从前10 a略有下降态势转变为后10 a轻微上升趋势。     

喀斯特山区土地利用变化对生态系统服务价值的影响

研究土地利用变化与生态系统服务价值（ESV）的演变对优化喀斯特脆弱山区的土地资源配置和推进生态恢复具有重要意义。以贵州省瓮安县为例,利用2001年、2011年、2019年3期遥感影像数据,通过CA-Markov模型预测2027年土地利用格局,定量分析研究区2001—2027年土地利用和ESV的时空演变趋势。结果表明：瓮安县土地利用类型以林地和耕地为主,耕地向林地的转移较为剧烈,林地和建设用地面积持续增加,建设用地和水域的动态度最大;ESV总体呈上升趋势,耕地向林地转移是ESV增加的主要贡献项,ESV增加区域主要发生在瓮安县西部和东北部地区,未来ESV低值区仍分布在中部城镇地区;服务类型产生的ESV主要以土壤形成与保护服务为主,其次为水源涵养服务和生物多样性保护;林地和耕地是引起研究区ESV变化的敏感因子,研究区ESV对改进的价值系数缺乏弹性。研究期内瓮安县土地利用结构变化显著,生态系统服务价值明显提升。

     

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。     

基于生态系统服务的市场化生态补偿机制研究——以五马河流域为例

五马河作为赤水河的支流,为下游酒企提供水源,该流域具备实现市场化生态补偿的条件.通过CLUE-S模拟该流域现有及未来到2030年经济发展、生态保护两种情景下的土地利用/覆被情况,进而依据InVEST模型对该地区的产水量、氮磷元素消减量和泥沙持留量三种生态系统服务进行评估,最终求得该地区当前生态系统服务价值总量为4.1825亿元,在未来两种情景下的价值总量分别为4.1759亿元和4.1622亿元.同时,通过对当地居民及酒企进行生态补偿意愿的调查,得到符合各利益相关方意愿的生态补偿额度最高为2.74亿元/a,而使用发展机会成本法求得该流域发展权损失为1.78亿元/a.结合上述结果,确定了五马河流域市场化生态补偿标准的合理区间,并以该区间以及SWOT分析为基础,设计了五马河市场化流域生态补偿机制.     

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。