土地利用/覆盖变化对生态系统服务的影响：空间尺度视角的研究综述

作为连接自然过程与社会过程的桥梁与纽带,生态系统服务与人类福祉和可持续发展息息相关。土地利用/覆盖变化(Land Use/Land Cover Change,LUCC)是生态系统服务变化的重要原因之一,对生态系统服务的影响随着空间尺度的变化而变化。尺度问题一直是LUCC和生态系统服务理论研究与实践管理的重点与难点。系统理解LUCC对生态系统服务影响的尺度特征、尺度差异及尺度关联,对深入LUCC和生态系统服务的尺度效应研究、协调多层次管理机构的制度决策、缓解生态系统服务稀缺对社会经济发展的限制等具有重要意义。本文从空间尺度切入,基于国内外不同尺度LUCC对生态系统服务影响的理论研究和实践进展,总结归纳尺度的概念与内涵,整理介绍考虑空间尺度的研究框架,系统梳理LUCC对生态系统服务影响研究中的空间尺度选择、空间尺度特征及空间尺度关联,评析单一尺度和多尺度研究方法的特点。并提出未来研究中应在构建人文因素与自然因素相结合的研究框架、阐释LUCC对生态系统服务影响的尺度效应、完善LUCC对生态系统服务影响的尺度分析方法等方面开展更深入的研究。     

中国土地利用程度与生态系统服务强度脱钩分析

科学探索土地利用程度与生态系统服务强度之间的脱钩关系,可以有效揭示土地利用变化对生态系统的干扰程度,为土地利用政策制定和生态系统保护提供科学依据。但是,以往研究缺乏对中国县域尺度土地利用程度和生态系统服务强度之间脱钩关系的具体研究。为了弥补这一不足,结合2000—2015年间中国土地利用现状遥感监测数据以及植被覆盖度指数,采用生态系统服务强度和土地利用程度测度方法,分别测度了2000—2015年间中国县域尺度生态系统服务强度和土地利用程度的时空格局特征,并且借助脱钩分析理论框架探测二者之间的脱钩关系。研究结果表明：（1）研究期间中国生态系统服务强度呈现出显著的空间异质性,东南地区生态系统服务强度显著高于西北地区;平原地区、城市群地区以及大城市周边地区生态系统服务强度显著低于山地丘陵地区。（2）研究期间中国土地利用程度持续增加,东南地区土地利用程度明显高于西北地区,东南地区土地利用程度分布“高中有低”,西北地区土地利用程度分布“低中有高”。（3）脱钩分析结果表明强脱钩和扩张负脱钩是当前中国土地利用程度和生态系统服务强度二者的主要关系类型,前者是两难的窘境,后者是双赢的模式。研究发现土地利用不同阶段对生态系统服务强度的干扰呈现显著差异,结果可以为土地利用与生态系统管理政策的制定提供科学指导。     

土地利用变化对三江平原生态系统服务价值的影响

近年来三江平原土地利用的变化很大,研究其生系统服务价值的变化情况,可以为区域生态环境的保护和恢复提供科学依据.参照中国陆地生态系统单位面积服务价值表,利用三江平原两期土地利用数据,估算了土地利用变化引起的生态系统服务价值的变化.结果表明,1980～2000年三江平原耕地、城镇用地和水域面积有所增加,其余类型面积减少.其中耕地面积增加了30.70%;湿地面积减少了53.37%,该区域人文景观的影响已超过了自然景观.1980～2000年三江平原生态系统服务价值损失了538.8710⁸元,损失幅度为28.62%.大面积湿地转化为农田是生态系统服务价值大幅度下降的主要原因.     

收缩情境下城市土地利用及其生态系统服务的研究进展

随着国际国内社会经济环境的变化,城市收缩这一新现象逐渐在我国部分城市区域空间中呈现,成为未来新型城镇化转型的挑战之一。在简要梳理城市收缩相关文献的基础上,以土地利用为主线,重点关注收缩情景下的土地利用模拟及其政策、空置土地与城市生态系统服务等方面的相关研究。研究结果表明：（1）当前对城市收缩问题的研究主要集中于人口变动和经济发展维度,对由此引发的土地利用以及生态系统变化关注较少。（2）土地利用模拟在分析和预测收缩情境下的城市土地利用变化上具有较大价值,但不同模型适用于不同研究情景,复合模型将具有更好的解释力。（3）土地利用政策的制定和实施应充分考虑经济社会各方面诉求,绿色空间存储制度是促进收缩城市可持续发展的有力措施。（4）城市收缩产生的空置土地为发展生态系统服务提供了空间,应发展适用于我国城市收缩的生态系统服务评估方法。在我国城镇化进入“存量模式”甚至“减量模式”的背景下,应加大对城市收缩情景下土地利用和生态系统维度的研究,要积极借鉴并整合资源科学、地理学、生态学、管理科学和城市规划等相关学科的研究方法,并紧密结合我国当前城市发展和空间规划所面临的现实问题,促进城市收缩研究的方法创新和收缩城市的可持续发展。     

基于生态服务价值的上海土地利用变化影响评价

基于Costanza的生态系统服务单价和我国国情,评估了上海中心城区1947~2006年土地利用变化对区域生态系统服务功能的影响.研究表明,60年间生态系统服务功能总体下降了87.96%,可分为缓慢减少、剧烈减少、趋缓减少和缓慢上升4个阶段,各阶段生态系统服务价值年均变化分别为-278.90×104,-2451.60×104,-88.89×104,36.66×104元/a.17类生态系统服务功能中,土壤侵蚀控制、栖息地、文化功能和扰动调节功能呈正增长,其中20年来绿地面积和绿化覆盖率持续增加是侵蚀控制功能和栖息地功能显著增加的主要原因.60年来水域面积大量减少使得水分调节和水供应功能的降幅巨大,两者对中心城区生态系统服务功能减少的贡献率为63.74%和24.33%.水域、耕地、绿地、城市住宅和公共建筑用地的生态系统服务功能变化,对中心城区生态系统服务功能减少的贡献率为99.57%,5.09%,-4.09%,-0.34%, -0.22%.除水域和耕地的生态系统服务功能显著下降外,其余均有上升,其中绿地的生态系统服务价值增幅最大,年增长率为19.45%.     

辽河三角洲土地利用变化轨迹、驱动过程及生态系统服务时空演变

辽河三角洲位于"辽宁沿海经济带",拥有重要的自然保护区和保存完好的大面积芦苇沼泽和以盐地碱蓬为主的潮间带盐沼,栖息着多种濒危物种.1980年以来,农业开发、水产养殖、油气开采活动加剧,使得该区域生态环境发生巨变.本研究分析了1980—2010年,辽河三角洲土地利用时空变化轨迹及驱动过程,并应用InVEST模型模拟了碳储存、生境质量、水质净化3种生态系统服务的时空变化,在此基础上进一步分析了土地利用变化与生态系统服务的关系.研究结果表明:辽河三角洲地区土地利用变化以围垦、修复、淤积3种驱动为主,社会经济驱动主导,自然驱动明显.碳储量和生境质量呈下降趋势,而水质净化功能波动变化.土地利用和生态系统服务相关性表明湿地可以提供较高水平的3种生态服务功能,而生态服务功能低的区域则多与建设用地重合.在规划保护区或实施保护性修复措施时,应优先考虑3种生态系统服务的高价值区域,以实现高效、经济的生态环境保护.     

Evaluating the impact of ecosystem service assessments on decision-makers

Ecosystem services support human livelihoods and economies but are declining in many places. Ecosystem service assessments estimate the benefits that nature provides to people and can be used to evaluate trade-offs in impacts and changes resulting from land use decisions. Such assessments can affect the capacity of decision-makers to make sustainable land use decisions, but the actual impact of such projects on decision-maker attitudes is almost entirely unstudied. We addressed this knowledge gap by evaluating the impact of an ecosystem service assessment on decision-makers in California. We asked how decision-makers’ understanding of and attitudes about ecosystem services changed “pre-” and “post-” assessments and between treatment groups where ecosystem services were assessed and a comparison group where ecosystem services were not assessed. Mixed methods included regression models to estimate the treatment effect of the assessment (using a difference-in-differences approach), as well as interviews and direct observations to further understand how decision-makers responded to the assessment. Regression results showed small increases relative to the comparison group in decision-maker understanding of ecosystem services and perceived relevance of ecosystem services to their work. Interviews confirmed that decision-makers learned specific ways that they could use ecosystem services in conservation and development decisions and believed that doing so would improve outcomes. These results demonstrate how ecosystem services assessments can facilitate a conceptual shift in the minds of decision-makers, which is a necessary ingredient for subsequent policy impact. Impact evaluation studies of this type − that estimate a counterfactual and explore rival explanations for observed outcomes − are needed to truly understand whether ecosystem service projects impact decision-makers and, ultimately, produce outcomes for environmental and human well-being.     

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.     

Quantification and valuation of ecosystem services in diverse production systems for informed decision-making

The empirical evidence of decline in ecosystem services (ES) over the last century has reinforced the call for ES quantification, monitoring and valuation. Usually, only provisioning ES are marketable and accounted for, whereas regulating, supporting and cultural ES are typically non-marketable and overlooked in connection with land-use or management decisions. The objective of this study was to quantify and value total ES (marketable and non-marketable) of diverse production systems and management intensities in Denmark to provide a basis for decisions based on economic values. The production systems were conventional wheat (Cwheat), a combined food and energy (CFE) production system and beech forest. Marketable (provisioning ES) and non-marketable ES (supporting, regulating and cultural) ES were quantified by dedicated on-site field measurements supplemented by literature data. The value of total ES was highest in CFE (US$ 3142 ha⁻¹ yr⁻¹) followed by Cwheat (US$ 2767 ha⁻¹ yr⁻¹) and beech forest (US$ 2328 ha⁻¹ yr⁻¹). As the production system shifted from Cwheat - CFE–beech, the marketable ES share decreased from 88% to 75% in CFE and 55% in beech whereas the non-marketable ES share increased to 12%, 25% and 45% of total ES in Cwheat, CFE and beech respectively, demonstrating production system and management effects on ES values. Total ES valuation, disintegrated into marketable and non-marketable share is a potential way forward to value ES and ‘tune’ our production systems for enhanced ES provision. Such monetary valuation can be used by policy makers and land managers as a tool to assess ES value and monitor the sustained flow of ES. The application of ES-based valuation for land management can enhance ES provision for maintaining the productive capacity of the land without depending on the external fossil-based fertilizer and chemical input.     

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.     

基于生态系统服务供需关系的广西县域国土生态修复空间分区

国土生态修复是我国土地整治战略发展的需求,其空间分区与管控是实施国土整治与生态修复差别化建设的前提条件。以广西各县市为研究单元,在测算和分析生态系统服务供给量和需求量基础上,利用象限匹配法、双变量局部空间自相关和供需协调度来定量分析生态系统服务供需匹配关系、空间聚集程度和协调关联性,进而探讨和划分广西国土生态修复的空间分区及其管控措施与建议。研究表明:(1)广西各县市生态系统服务供给和需求差异明显。环绕广西的四周山林地和重点生态功能区县生态系统服务供给量较高,大中城市区则较低。生态系统服务需求量自东南向西北逐渐减少。(2)广西生态系统服务供需空间匹配呈现高供高需型、低供高需型、低供低需型、高供低需型四种类型,供需局部空间自相关以高—低或低—高的空间聚集为主,且生态系统服务供需协调度平均值为0.531,处于一般均衡。(3)结合生态系统服务供需匹配四类特征和广西地理环境条件,将广西各县域划分为10个分区,并针对各分区提出差异化整治措施和建议。总体上,生态系统服务高供高需型的区域应以保育为主、培育为辅,防止过度开发;高供低需型的区域以保护为主,提高管理水平;低供高需型的区域应以综合改良为主,...     

黄淮海平原农区不同类型农户的土地利用方式选择及其环境影响——以河北省曲周县为例

以农户调查为基础,采用农户分类和方差分析等方法,对农户土地利用方式选择行为及其环境影响进行对比分析。受其兼业性、收入水平、文化素质和生产规模影响,不同类型的农户在地块尺度的土地利用方式选择存在差异:纯农业户、低收入农户的土地利用方式选择具有多元化的特征,兼业户、高收入农户、文化水平高的农户往往选择经济效益高、耗时少的土地利用方式。不同类型农户由于其土地利用方式及其肥料投入、水资源利用和秸秆处理等的不同,对土地质量和环境变化产生不同的影响。     

基于熵权灰靶生态系统服务价值模型的土地利用规划环境影响评价——以晋城市为例

生态系统服务功能价值法是土地利用规划环境影响评价中应用较为广泛的方法之一,然而其存在不同研究区域之间可比性较弱的问题,为增强可比性,本次研究引入灰靶理论及熵权理论,构建了熵权灰靶生态系统服务价值模型,并将其应用于山西省晋城市之中.结果表明,在规划目标年,晋城市下辖各区县中,城区、高平市、阳城县、泽州县、陵川县及沁水县的靶心度分别为0.3354、0.3913、0.4962、0.5020、0.5521及1.0000,进而基于上述结果,对晋城市下辖各区县提出了差异化的土地利用意见建议.本次研究成果从理论研究与实际工作方面都对晋城市及其它地区土地利用规划环境影响评价提供了一定的参考.     

近20年渔子溪流域土地利用变化的环境影响

采用渔子溪流域1986、1994及2002年的遥感影像资料,对流域土地利用变化导致的生态系统服务价值及景观格局指数的变化进行了定量分析.结果表明,在1986～2002年间,流域土地利用变化导致其总体生态系统服务功能增加了0.42%,其中产品供给功能、生态调节功能、生命系统支持功能、文化娱乐功能的相对变化率分别为1.15%、0.36%、0.16%和-0.94%,它们对总体生态系统服务功能变化的贡献率分别为62.95%、46.82%、6.33%和-16.1%.从景观格局变化来看,渔子溪流域的斑块密度指数在1986-2002年间从0.0016减小到0.0013,而景观破碎度指数从0.00307增大到0.00474,表明渔子溪流域的景观粒度减小而景观破碎化的程度提高.研究结果还表明,流域不同土地利用类型景观破碎度的变化趋势并不一致,其中耕地、疏林地、高覆盖度草地、低覆盖度草地和居民建设用地的破碎度指数有所增加,而有林地、灌木林、中覆盖度草地和永久性冰雪覆盖的破碎度指数有所下降,这主要是由于一些零散分布的灌木林被开垦为耕地或转变为居民建设用地及气候变暖使得部分永久性冰雪覆盖转变为中覆盖度草地等原因造成的.     

Towards the development of differential land taxation and its implications for sustainable land management

Despite the concerted efforts by the researchers, government and NGOs to arrest land degradation problems, most agricultural lands of developing countries are still suffering from massive degradation. This study introduces a new strategy, called differential land taxation (DLT), where rural lands are subject to different taxation rates. DLT is determined by rating the magnitude of accord or discord between the recommended and the implemented land management practices. To appraise DLT, opinion of stakeholders, drawn from sample localities of central Ethiopia, were assessed. Most respondents proved that DLT could bring about sustainable land management practices through encouraging conservation-minded peasants while systematically discouraging land abusers.     

遥感地学智能图解模型支持下的土地覆盖/土地利用分类

土地覆盖/土地利用(LC/LU)调查已经成为开展土地利用动态变化预测、自然灾害防治及土地利用规划、土地管理和环境保护的一项关键的基础性工作,受到广泛注意和重视。随着遥感技术和各种地学分析模型的发展和深入,利用遥感技术获得的影像数据对区域的LC/LU情况及其动态变化进行定期或不定期的监测,成为一种最为迅速可靠和理想有效的手段。常规的LC/LU遥感分类方法主要包括基于常规数理统计分类方法、基于人工神经网络分类方法、基于知识逻辑推理的分类方法等。论文综合这些方法的特性,提出了遥感地学智能图解模型支持下的LC/LU分类体系,并以香港地区为试验对象,采用多平台遥感数据和辅助地理信息,进行了土地覆盖/土地利用遥感应用研究。     

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%。     

基于土地利用变化的广西近20年生态系统服务价值研究

为探究广西土地利用变化对生态系统服务价值（ecosystem service value,ESV）的影响,采用随机森林算法对2000—2020年5期Landsat系列遥感影像进行土地利用分类,运用土地利用动态度、土地利用转移矩阵方法揭示土地利用变化规律,运用当量因子法计算ESV,探究其时空变化特征,并分析各土地利用类型与ESV变化之间的内在联系。结果表明：林地和耕地是广西主体土地利用类型;建设用地面积逐年增加,主要是侵占耕地;单一土地利用类型动态度表现为未利用地>草地>建设用地>耕地>水域>林地。广西生态系统服务价值总体呈波动下降趋势;单向生态系统服务价值以水文调节和气候调节为主;在空间分布上,ESV呈中部低、四周高的特征;广西近20年的ESV变化,草地、林地和耕地是主要贡献因子和敏感因子。

     

中国土地可持续利用指标体系的理论与方法

制定土地资源可持续性指标体系是《21世纪议程》中对各国提出的科学技术优先研究领域 ,国土资源部已开始了该研究项目。论文就此对中国土地资源可持续利用指标体系的理论与方法从整体上进行了探讨。首先回顾了国内外土地可持续利用研究的进展 ,分析归纳了国外可持续发展指标体系研究状况及可借鉴之处 ;指出在土地可持续利用指标与评价的研究中 ,必须从3个方面开展深入探讨。第一是土地利用分区及制定区域性土地可持续利用指标体系 ;第二是研究制定主要土地利用系统可持续利用指标体系及其阈值 ;第三是研究制定典型区域(以县域为单位)土地可持续利用指标体系及其阈值。只有把3个方面的研究有机融合起来 ,互相反馈 ,互为依存 ,才能保证土地可持续利用指标体系的科学性、系统性和实用性。     

中国县域土地利用结构类型研究

论文简要阐述了土地利用结构和土地利用结构类型研究的意义,进而提出了土地利用结构类型划分的原则、依据。在此基础上,基于土地利用分县的详查数据,以全国2475个县域为基本单元,运用最小方差法对其进行了土地利用结构类型的划分。对初次分类结果进行分析,制定原则并对其进行处理,将定性分析与定量研究相结合,最终确立了一个由6个土地利用结构系列和44个土地利用结构类型构成的中国县域土地利用结构类型分类系统。最后,对中国县域土地利用主要结构类型的地域分异规律及开发利用方向进行了探讨。