大城市边缘区土地利用变化对生境质量的影响评价——基于生态网络视角

大城市边缘区土地利用变化迅速,从生态网络与物种角度分析土地利用变化对生境质量的影响更具有生态学意义。选取位于大城市边缘区的鄂州市为研究区,以具有经济、科学研究价值的普通翠鸟、棕背伯劳、池鹭为目标物种,依据目标物种栖息地条件划定生境斑块,以鸟类的最大迁移距离为连接阈值构建生态网络,从生境斑块景观格局与生态网络连通性变化两个层次入手,分析2004～2014年期间土地利用变化对生境质量的影响作用。结果表明:鄂州市建设用地与林地面积增加、水体面积减少,2004～2009年林地面积增长更加显著,2009～2014年水体面积下降较为明显,土地利用景观格局不断破碎化。从斑块角度分析,鄂州市生境质量呈下降趋势,林地生境质量先上升后下降,水体生境质量下降比林地更为明显;从连通性角度分析,生境质量表现为先上升后降低的倒"U"结构。斑块面积对维持网络连通性与生境质量具有重要作用,新城区开发、基础设施建设对林地与水体的分割、占用是典型斑块周边生境质量变化的主要原因。因此,鄂州市发展中应注重大型生境斑块的保护,将其设为禁止或限制开发区,同时也应保护"垫脚石"斑块以维持网络的连通性,提高大都市边缘地区的生态环境质量。     

武汉市生态系统服务功能对城市用地扩张的响应机理

针对当前生态系统服务功能对城市用地扩张过程响应机理研究的不足,以武汉市为例,定量计算区域重要生态系统服务功能价值,探究城市用地扩张过程对生态系统服务的影响机理。结果表明:(1)1990～2015年,除水文调节的价值在2000～2005年略有增长,其余生态系统服务功能价值均呈负增长,降幅最大的是食物供给;(2)人口增长带来的生态系统服务功能的需求压力远远大于城市用地扩张对生态系统服务的直接破坏;(3)城市用地扩张对食物供给的破坏程度最大,对水文调节能力的破坏程度次之,对生物多样性和土壤保持的破坏程度相对较低。武汉市在未来的城市用地扩张中,应禁止侵占水域和森林的面积,调整农田的侵占结构,提高建设用地集约利用水平。     

引入城市扩张干扰效应的生态服务价值化方法改进

城市扩张在规模上对自然环境空间造成挤压,在结构上加剧生境破碎化程度,且对其邻域的生态用地有负面影响,测算城市扩张引起的生态服务价值变化应考虑其干扰效应。以南昌市为研究区,首先测算生态服务价值变化,在此基础上,考虑不同建设用地类型的不同干扰效应,测算引入城市扩张干扰效应改进的生态服务价值,深入对比分析南昌市1995～2005年和2005～2015年间改进前后生态服务价值变化的差异。研究结果表明:(1)南昌市各城市扩张斑块的干扰强度总体较高。2005～2015年间的城市扩张干扰效应明显比1995～2005年间的城市扩张干扰效应高,城市扩张的生态成本在增加;(2)城市扩张斑块干扰效应的空间分布差异明显,周围的耕地、林地和水域面积比例较大的城市扩张斑块的干扰效应较高;(3)基于改进方法评估的城市扩张引起的生态服务价值变化大于改进前方法评估的生态服务价值变化,不同的邻域组成,不同来源类型的城市扩张斑块的生态服务价值变化差异明显。研究结果有助于科学合理度量城市扩张引起的生态系统服务价值变化,并为城市扩张生态成本的测算提供科学的支撑。     

重庆市主城区城市扩张对生态系统服务影响的时空评估

城市建设用地扩张存在无序蔓延的现象,这种现象导致了生态系统服务功能的衰退,进而影响社会、经济和生态的协调发展。以重庆市主城区为研究对象,基于DMSP/OLS数据和Landsat数据分析了2005～2015年城市扩张的时空特征,基于MODIS NDVI数据、农作物产量数据、植被覆盖类型数据、气象数据和土壤类型数据等,利用食物供给模型、CASA模型和SCS_CN模型模拟了2005、2015年单位面积粮食供给、NPP和径流深度的空间分布与变化,最后,通过相关性分析阐述了不同发展区域生态系统服务的时空变化和权衡协同关系变化,探讨了城市扩张过程中面临的问题与挑战,并对未来城市发展提出几点建议。主要结论如下:(1)将重庆市主城区按照发展水平的高低划分为发达区、发展区和远城区;时间方面,2005～2015年建设用地共增加了373.9 km~2,发达区由于建设用地分布处于较饱和状态,建设用地的扩张量最小,发展区的扩张量最大。空间方面:建设用地沿着东北西南方向延伸扩张,东北偏东方向的渝北区和江北区受"两江新区"建设的影响,建设用地增量最大;(2)2005和2015年食物供给、固碳和土壤蓄水服务功能在发达区最低,发展区次之,远城区最高,且三种生态系统服务功能均存在显著衰退现象,衰退幅度最大的区域是发展区,与城市扩张最剧烈的区域在空间上吻合;(3)生态系统服务之间的权衡与协同关系受城市发展程度的影响;(4)发展区是生态系统服务功能下降最大的区域,食物供给是衰退最显著的生态系统服务功能。通过研究发现,重庆市建设用地扩张存在"冒进"蔓延的现象,这种现象破坏了生态系统功能,降低了环境容量,影响市民居住的舒适性,为此针对城市扩张过程中出现的问题提出了几点发展建议。研究结果引为解析重庆市主城区城市化过程中的问题成因,寻求城镇化的协调发展之路,合理规划城市发展提供了科学依据。     

长江经济带城市扩张的时空特征与生态响应

量化识别城市扩张在不同发展阶段的时空特征，有助于从宏观上认知城市扩张态势，理解城市化的生态响应。以Landsat TM/OLI影像为数据源，分析了近30a（1986~2016年)长江经济带3个省级城市和4个地级市的城市扩张，包括建设用地的时空变化和扩张模式，以及扩张的生态效应。结果表明：(1)建设用地扩张量在过去30a呈线性递增过程，平均扩张速率在2006~2016年降低，表明建设用地由增量扩张向存量开发转型，但地级市的转型滞后于省级城市;(2)蔓延式扩张比例下降而填充式扩张和飞地式扩张不断增加，说明城市扩张模式由粗放蔓延型向紧凑集约型转换;(3)建设用地从快速扩张到稳定扩张的过程与植被覆盖从退化到管控的过程一致，印证了建设用地扩张与植被覆盖度的时空关联性。同时，建设用地扩张导致的生态系服务价值负值不断增加，较大幅度的降低了生态系统服务总价值。面临城市扩张进程中出现的植被覆盖退化和建设用地生态系统服务负值过大的问题，合理而有力的规划政策实施在未来城市发展中尤为重要。     

基于InVEST模型的鄱阳湖区生境质量时空演化及其变迁特征分析

鄱阳湖是国际重要湿地、全球重要的生态区,鄱阳湖区生态环境质量对于鄱阳湖生态功能、生物多样性保护具有极其重要的意义.基于鄱阳湖区1995、2005、2015年遥感影像数据,采用InVEST模型,分析了湖区生境质量时空演变情况;利用像元二分法,对生境退化度的概率密度函数与累积分布函数计算分析,明确了湖区生境退化的阈值;结合标准差椭圆分析法,探讨了不同生态类型生境质量优势变迁情况.结果 表明:(1)鄱阳湖区1995～2015年建设用地大幅增长,耕地、林地面积小幅下降,草地面积严重减少,水域、其他用地面积小幅增加.(2)鄱阳湖区耕地、林地、草地、水域生境的强干扰阈值,分别为各自生境适宜度的70％、85％、81％、78％.水域、林地、草地受到的干扰逐渐增强,耕地受到的干扰逐渐减弱.(3)鄱阳湖区1995～2015年生境质量略微下降,中心地带的水域以及北部地区的林地干扰较弱,区域生境质量较高;中心地带外沿环层生境质量一般;西南部耕地干扰较强,区域生境质量较低.高质量生境向低质量生境演化现象严峻.(4)耕地变迁态势反映出耕地保护政策的严格化;林草地变迁态势受到地形梯度因素的影响;水域变迁态势受围湖造田和城镇扩张共同影响,单一从土地利用层面解释湿地水域生境质量演变存在局限性.研究结果对于鄱阳湖区生态环境保护及生态系统调控具有一定的理论意义与实践价值.     

兰州城市生态系统服务价值评估方法与结果比较

随着城市化的推进,加之生态环境脆弱,兰州市的生态系统服务功能出现衰退,正确地评价各生态系统的服务价值对兰州市的可持续发展有重要意义。本文在Costanza等评估方法的基础上,结合生态系统的自身价值与人的主观价值评估,加入支付意愿与生态系统服务稀缺性对其进行了探索性修正。并分别运用修正前后的方法计算了兰州市2005-2009年的生态系统服务价值,对比分析了两种方法得出的动态变化情况与成因。运用Costanza等的方法得出的结果显示:兰州市生态系统总服务价值5年内上升了0.24亿元,除林地外,其余各生态系统的服务价值均呈降低趋势。运用修正后的方法得出的结果是总服务价值5年内上升了28.73亿元,林地、耕地、草地的服务价值均呈现上升趋势,林地面积的增加导致其服务价值的上升,而耕地和草地服务价值的增加是由稀缺性引起的。耕地、林地、草地是构成区域生态系统服务的主要类型。研究表明:生态系统总服务价值的升降不能反映区域土地利用是否合理以及生态系统的发展方向。两种主要生态系统稀缺性的增加是导致兰州市生态系统总服务价值上升的主要原因,这反映了兰州市土地利用的不合理性以及生态系统的退化性转变。重点保护耕地和草地资源,在城市化进程中控制城镇用地的扩张,优化土地利用结构,保障后备土地资源的数量是兰州市可持续发展的前提。     

土地利用变化对生态系统服务价值的影响--以武汉市为例

分析了1996～2001年武汉市快速城市化区域土地利用/土地覆盖变化,并计算由此导致的生态系统服务价值变化。应用Costanza生态系统服务价值计算公式,采用谢高地等人的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表进行计算,结果发现：①在研究期内,研究区耕地、草地、水域和未利用地在减少,其中耕地减少最多,达12.32×103 hm2,林地、湿地和建设用地在增加,建设用地增加最多,为11.70×103 hm2;②ESV由1996年的457.74×107元减少到2001年的456.14×107元,5年减少1.61×107元;③生态系统单项服务功能价值中的气体调节、气候调节、原材料和娱乐文化在增加,气候调节增幅最大,达8.51%,水源涵养、土壤形成和保护、废物处理、生物多样性保护和食物生产在减少,食物生产减幅最大,达7.42%;④敏感性分析表明,ESV对生态价值系数(Value Coefficient, VC)缺乏弹性,研究结果可信。     

长三角快速城市化地区土地利用变化对生态系统服务价值的影响——以嘉兴市为例

基于浙江省嘉兴市1979~2012年的土地利用数据,评估了各种土地利用类型的生态系统服务价值,分析了30多年来嘉兴市土地生态系统服务价值的动态变化及其对土地利用变化和景观格局变化的响应。结果表明:(1)1979~2012年,嘉兴市建设用地面积变化最大,增加了136.6%,相应的耕地面积减少了15.5%。(2)1979~2012年,嘉兴市景观破碎度指数从0.6531上升到0.8762,随着城市化进程的加剧,耕地景观破碎度指数不断增加、聚集度指数减小。(3)1979~2012年,嘉兴市的总生态系统服务价值减少了14.7%,2000~2012年嘉兴市总的生态系统服务价值减少尤为显著,生态系统各单项服务价值整体也呈现下降趋势,耕地为嘉兴市提供的生态系统服务占嘉兴市总生态系统服务的70%以上。(4)运用相关分析方法对嘉兴市土地利用类型和景观格局对土地生态系统服务价值的影响分析表明,耕地和水域与生态服务价值呈正相关,而建设用地和未利用地与生态服务价值呈负相关;景观多样性指数(SHDI)和耕地破碎度指数与生态系统服务总价值呈显著负相关关系。     

大坝截流前后金沙江观音岩水电站鱼类群落功能多样性的变化

人类活动通过对非生物因素和生物多样性的作用从而对生态系统功能产生了巨大的影响。大量的理论和实验研究表明,物种功能性状在连接群落组成改变和生态系统进程转变中起着重要作用。由于物种功能性状的差异,栖息环境改变后,群落中容易适应新环境的物种占据优势,难以适应的物种数量减少甚至消失,从而导致整个群落结构发生改变,进而使整个生态系统进程发生转变。通过评价金沙江观音岩水电站大坝截流前后鱼类群落组成情况,结合不同种类功能性状的差异,采用生物多样性评估方法和功能多样性指数分析方法两种不同手段,对比分析截流前后大坝下游鱼类群落结构和功能多样性的变化,从而分析大坝建设的生态效应。结果表明:Bray-Curtis相异指数前后差异较大,辛普森指数无明显变化;功能多样性指数的变化表明大坝截流对水体中体型较大,口下位,食谱宽度较窄的鱼类生存和活动造成了一定的破坏,导致拥有这些特征的鱼类数量减少甚至消失,降低了下游鱼类群落的功能多样性,进而对该区域整个生态系统功能产生影响。     

城市化背景下喀斯特流域生态服务价值时空分异特征——以贵阳市南明河流域为例

以贵阳市南明河流域1990、2000和2013年遥感影像数据为基础,通过多尺度空间单元格及空间自相关分析,结合GIS空间分析技术,定量描述了南明河流域生态系统服务功能的时空分异特征,进一步揭示了喀斯特区域城市发展引起的生态服务价值变化。结果表明:1990~2013年,南明河流域生态服务价值增加6.87亿元,林地生态服务价值增加,而耕地、建设用地的变化造成生态服务价值的损失;流域生态服务价值存在较强空间聚集性,生态服务价值"热点"区主要分布在流域中下游,"冷点"区主要集中在流域中游;随着研究尺度的增加,流域生态服务价值的空间自相关性增强;流域生态服务价值对价值系数缺乏弹性,林地敏感性最高,对流域生态服务价值贡献最大,而城市化进程加快使得建设用地对总生态服务价值的影响程度增加。     

土地利用变化对生态系统服务的影响研究综述

土地利用/覆被变化是全球环境变化的重要组成部分和主要原因之一,不仅带来了地表结构的巨大变化,而且对生态系统服务也造成重要影响。土地利用变化和生态系统服务研究已成为国际上生态学和地理学等跨学科研究的热点之一。从土地利用变化和生态系统服务的概念及其影响因素分析入手,综述了土地利用面积变化、土地利用方式变化和土地利用空间格局变化等对生态系统服务的影响,归纳了土地利用变化对生态系统服务的影响研究的主要方法和模型,分析了相关研究的不足,并提出了加强生态系统服务动态评估方法和时空动态评估模型的研究、强化土地利用变化对生态系统服务影响的生态学机制研究和注重土地利用变化下生态系统服务评估结果的集成应用研究等建议,以期对我国的土地利用变化与生态系统服务评估研究提供科学参考。     

2000~2010年长江流域土地利用变化与生态系统服务功能变化

基于2000/2005/2010年三期土地利用现状遥感监测数据,利用GIS空间分析技术,分析长江流域土地利用变化方式、过程、区域特征和生态系统服务功能变化。研究表明：2000~2010年长江流域城乡建设用地、林地和水域面积增长显著,而耕地、草地面积持续减少;耕地减少和城乡建设用地增加相关,草地减少和林地增加相关,水域增加与三峡蓄水及退田还湖相关;四川盆地、中游城市群和长三角城市群等人类活动热点区域的土地利用程度显著提高;受土地利用变化影响,2000~2010年长江流域生态系统服务总价值逐年提高,水源涵养、废物处理和娱乐文化服务功能增强,而土壤形成与保护、食物生产服务功能明显减弱;生态服务价值高值区主要分布在沿江湖泊和湿地,其次是林草地覆盖区,青海高原荒漠区生态服务价值最低。     

生态服务价值视角下湖北省长江流域防洪能力研究

以我国洪涝灾害最为严重的地区之一——湖北省长江流域为研究对象,从生态服务价值的视角,利用流域1996年和2009年两期土地利用数据,测算与流域防洪功能相关的水土保持和滞洪蓄洪生态服务价值的变化情况,并结合土地利用/覆盖变化(LUCC),分区域对其变化的原因及所带来的影响进行分析。研究结果表明:(1)流域的整体防洪调蓄能力在1996~2009年有所增强,滞洪蓄洪和水土保持两项生态服务价值都有所增加;(2)局部地区存在较大问题,主要是:防洪重点地区江汉平原荆江段和鄂东沿江平原地区的滞洪蓄洪能力显著降低,其主要原因是湿地被大量侵占;水土保持重点区域鄂东沿江平原的北岸黄冈地区的水土保持生态服务价值则由于林地的减少而显著降低;(3)应借鉴生态服务功能保持较好地区的经验,坚持执行退耕还林和退田还湖政策,并建立湿地及森林自然保护区,以行政和法律的手段保护地区生态环境,提高流域防洪能力。     

江淮生态经济区土地利用格局及生态系统服务价值变化

基于2005~2015年土地利用变更调查数据，结合土地利用变化模型和生态系统服务价值理论，分析了江苏省江淮生态经济区县域单元土地利用结构演化规律及生态系统服务价值变化。结果表明：研究期间建设用地、水域面积增加的最多；土地利用程度指数呈现北高南低的空间格局；生态系统服务价值略有上升，空间上总体为南高北低的格局，呈现市区较低，周边县（市）较高的现象；研究期内水域对于江淮生态经济区生态系统服务价值的贡献和生态环境的调控作用十分显著；结合区域建设开发现状，利用生态系统服务价值敏感性指数，在县域尺度上将研究区划分为以下五种类型：优先保护区、优先开发区、保护均衡区、开发权衡区、开发调整区，并提出建设开发策略，以期为江淮生态经济区开发建设、环境保护提供科学指引。     

Benefits and costs of oil palm expansion in Central Kalimantan,Indonesia, under different policy scenarios

Deforestation and oil palm expansion in Central Kalimantan province are among the highest in Indonesia. This study examines the physical and monetary impacts of oil palm expansion in Central Kalimantan up to 2025 under three policy scenarios. Our modelling approach combines a spatial logistic regression model with a set of rules governing land use change as a function of the policy scenario. Our physical and monetary analyses include palm oil expansion and five other ecosystem services: timber, rattan, paddy rice, carbon sequestration, and orangutan habitat (the last service is analysed in physical units only). In monetary terms, our analysis comprises the contribution of land and ecosystems to economic production, as measured according to the valuation approach of the System of National Accounts. We focus our analysis on government-owned land which covers around 97 % of the province, where the main policy issues are. We show that, in the business-as-usual scenario, the societal costs of carbon emissions and the loss of other ecosystem services far exceed the benefits from increased oil palm production. This is, in particular, related to the conversion of peatlands. We also show that, for Central Kalimantan, the moratorium scenario, which is modelled based on the moratorium currently in place in Indonesia, generates important economic benefits compared to the business-as-usual scenario. In the moratorium scenario, however, there is still conversion of forest to plantation and associated loss of ecosystem services. We developed an alternative, sustainable production scenario based on an ecosystem services approach and show that this policy scenario leads to higher net social benefits including some more space for oil palm expansion.