山西省城镇化与生态系统服务时空相关性及空间效应分析

为深入探究城镇化对生态系统服务价值的驱动因素以及生态系统服务空间溢出效应,以山西省县域为研究单元,基于2000—2018年土地利用数据、社会经济数据构建生态系统服务价值和城镇化水平综合评价体系,通过双变量空间自相关分析县域城镇化与生态系统服务价值相关性的空间特征。结果表明:研究期间山西省生态系统服务价值整体呈下降趋势,城镇化综合水平虽有显著提高,但整体偏低。研究区城镇化和生态系统服务价值之间存在显著的负相关关系,呈U形发展趋势。空间计量模型结果表明,城镇化率、建成区面积与生态系统服务呈显著负相关,人均社会消费品零售总额、城镇化水平的平方项与生态系统服务呈显著正相关。生态系统服务价值对邻近县域产生正向的溢出效应,在控制其他解释变量不变的前提下,相邻县域生态价值每提高1%将对本县域产生0.243%的促进作用。研究区生态系统服务具有整体性和不稳定性,使各县域政府丧失自身环境保护的积极性。     

武汉城市圈城镇化与土地生态系统服务价值空间相关特征

为促进新型城镇化进程下区域生态环境质量提升和土地资源可持续利用,该文基于武汉城市圈2010年土地利用数据,计算不同地域空间的生态系统服务价值;运用空间计量方法,分析研究区人口城镇化、空间城镇化、经济城镇化、生活城镇化和生态系统服务价值的空间分异特征,进而运用双变量空间自相关分析探讨不同城镇化水平对生态系统服务价值空间分异的影响。结果显示:除经济城镇化外,人口城镇化、空间城镇化和生活城镇化均与生态服务价值存在空间负相关关系,其中人口城镇化与生态服务价值的空间负相关性较强,其次分别为空间城镇化和生活城镇化。具体的,空间城镇化和生活城镇化与原材料生产价值之间的负相关性最强,人口、空间和生活城镇化与大气调节和保持土壤之间也分别存在明显的负相关性。不同城镇化水平与生态服务价值的双变量LISA图也具有相似的空间特征,高-低聚集区多分布于武汉城市圈经济水平相对发达的中部地区,而低-高聚集区主要分布在南部幕阜山区和北部的大别山一带。该研究能够为区域新型城镇化建设和生态环境管护提供决策参考。     

长株潭城市群土地利用碳排放与生态系统服务价值时空关系分析

在“双碳”目标和保护生态环境的双重约束下,研究土地利用变化引起的碳排放与生态系统服务价值之间的交互关系对促进碳中和目标实现与区域高质量发展具有重要意义。选取长株潭城市群主城区为研究对象,以2000—2020年5期土地利用、能源消耗和社会经济等数据为基础,综合运用网格分析法和双变量空间自相关模型探索土地利用碳排放与生态系统服务价值的时空演变特征及交互作用规律。结果表明：(1)2000—2020年各土地利用类型间发生不同程度的转移,其中,耕地与林地分别减少392.77,268.10 km²,建设用地增加661.80 km²。(2)2000—2020年长株潭城市群的净碳排放量为正,整体表现为碳排放,且净碳排放量显著增加,由1 099.84×10⁴ t增长到4 109.21×10⁴ t;碳排放强度呈现中心高、边缘低的空间分布特征。(3)ESV缓慢降低,由392.06×10⁸元下降到292.86×10⁸元,下降幅度为5.34%;ESV强度整体呈现湘江流域高、周边区域...     

中国城镇化进程对生态系统服务价值的影响

研究城镇化进程对生态系统服务价值的影响,为今后城市的可持续化发展提供参考。以中国各地级市为研究单元,利用1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年的中国地市级城镇化指标数据和全国土地利用数据,通过相关计算以及SPSS相关性分析,定量评价中国各地级市的城镇化水平特征、生态系统服务价值量变化以及之间的相关关系。结果表明:(1)中国主要地级市城镇化水平都呈逐渐递增趋势,城镇化进程呈阶段性特征。城镇化水平的空间格局表现为高值集聚性,形成了京津冀、长三角和珠三角等综合城镇化水平高值集聚区。(2)中国的生态系统服务价值25年间减少1 105.68亿元,年均减少44.23亿元,总体呈减少趋势。各地级市生态系统服务价值空间分布差距较大,总体空间分布呈现西高东低、北高南低的趋势。(3)人口城镇化和经济城镇化是主要导致生态系统服务价值减少的因素。土地城镇化是通过土地利用变化直接影响生态系统服务价值。社会城镇化则影响生态系统服务功能的结构。总体来说,城镇化会导致生态系统服务价值功能总值降低。综合城镇化水平和生态系统服务价值功能之间存在明显负相关关系,Pearson系数为-0.876,并通过0.05信条水平检验。     

成渝城市群生态系统服务价值与人类活动强度空间关系

科学揭示生态系统服务价值与人类活动强度的空间关系,对土地管理和城市规划具有重要意义。以成渝城市群为例,基于2000年、2010年、2018年三期土地利用数据,构建土地利用转移矩阵、生态系统服务价值评估模型及流向损益模型、人类活动强度指数评估模型,综合运用双变量空间自相关和多尺度地理加权回归方法,探究了成渝城市群地区人类活动强度与生态系统服务价值的空间关系,揭示人类活动强度对生态系统服务价值的深刻影响。结果显示：(1) 2000—2018年生态系统服务价值由5 064.6亿元下降到5 061.27亿元,建设用地过度侵占耕地已经成为了生态系统服务价值降低的主要原因;(2) 2000—2018年人类活动强度呈现出“双核圈层式”的空间特征,人类活动强度高值区主要集中于成都、重庆两地,边缘地区人类活动强度较弱;(3)人类活动强度增强会导致生态系统服务价值减少,二者存在显著空间负相关,中部地区恶化明显,2000—2018年总体而言负向效应加剧。研究表明退耕还林以及植被恢复对区域生态系统恢复而言至关重要,未来应更加重视区域生态保护,制定合理规划措施,共筑城市群绿色可持续发展一体化。     

石林喀斯特岩溶区生态系统服务时空演变及权衡协同关系

喀斯特岩溶区是地球上最脆弱的自然生态系统之一,探明生态系统服务时空变化及权衡与协同关系,对区域生态治理决策和增进民生福祉具有重要意义。基于当量因子法、相关系数及空间自相关等方法,定量分析了2000—2020年石林生态系统服务的时空演变及权衡与协同关系。结果表明：(1)石林生态系统服务价值由2000年的20.47亿元持续增长至2020年的21.82亿元,增幅为6.60%,生态系统服务空间分布格局较为稳定,高等级区主要分布在水域地区以及植被覆盖较高的丘陵山区,低等级区集中分布在建设用地相对集中和岩溶石漠化严重的区域;(2)各土地利用类型生态系统服务价值敏感性指数均小于1,表明石林生态系统服务价值对修订后的生态服务价值系数缺乏弹性,研究结果可信;(3)研究期内,协同关系是石林生态系统服务的主导关系,协同率为68.60%,权衡关系主要存在于食物生产、维持养分循环与其他子系统关系中,权衡率达29.75%;(4)数量上,4种生态系统服务类型均存在显著的空间正向自相关,空间上,不同生态系统服务对权衡与协同关系异质性显著。研究结果可为石林优化国土空间格局及生态保护与修复提供参考依据。     

山西省产水服务供需时空变化

为了解生态系统服务供需匹配、供需时空变化趋势及其影响因素。以山西省产水服务为切入点,基于1990年、2000年、2010年和2020年自然地理和社会统计数据,利用地理统计分析和InVEST模型,分析其供需时空变化特征。结果表明：(1)在产水服务供需时空格局方面,山西省产水服务供给与需求总量在30年呈增加趋势。山西东南地区(晋中市、长治市、晋城市)是主要的产水服务供给区;而产水服务需求较大的地区主要为太原、大同、长治和阳泉市区。(2)在产水服务供需匹配方面,1990—2000年产水服务供给不足的区域面积由1.82%急剧增加至16.80%,而在2010—2020年由16.95%急剧减少至5.34%,供需空间匹配状况有所好转。(3)通过空间自相关分析,山西省产水服务供给和需求之间存在明显空间不匹配。研究结果为全面梳理山西省生态系统服务供需匹配特征提供理论支撑。     

京津冀城市群城镇化与生态建设对生态系统服务价值的影响

[目的]评估城镇化和生态恢复双过程共同作用下生态系统服务价值(ESV)的变化量,揭示京津冀城市群城镇化与生态建设对ESV的影响,进而为区域协调发展及可持续发展决策提供理论参考。[方法]以京津冀城市群为研究区,基于1995—2020年的土地利用/覆盖、社会经济统计等数据,识别区域城镇扩张与生态建设信息,并结合生态系统服务单位面积价值当量因子法、空间自相关以及冷热点分析等方法,展开了城镇化与生态建设双过程对区域ESV在时空尺度上的影响研究。[结果](1)京津冀城市群ESV在1995—2020年总体下降,呈现出先下降后上升的趋势,2015—2020年生态环境明显好转。(2)城镇扩张所导致的城镇建设用地占用其他地类是使ESV下降的主要因素,使区域ESV降低了368.2亿元;生态建设使区域ESV上升了225.67亿元。[结论]生态建设带来的ESV增量不足以抵消城镇化带来的下降。城镇化与生态建设对ESV影响较强的地区主要分布在城市群的西部和东北部,对ESV影响较弱的地区主要分布在城市群的东南部。     

重庆市城镇化与生态系统健康的时空耦合特征

[目的]研究山地城市城镇化与生态系统健康的时空交互耦合特征以及生态系统健康与城镇化之间的复杂关系,为该地区城镇的科学管理与可持续发展提供科学依据。[方法]以山地城市重庆市为例,运用熵值法和活力—组织力—弹力—服务模型(V-O-R-S)分析了城镇化与生态系统健康亚系统的时空演变特征,探讨2000—2020年重庆市城镇化与生态系统健康亚系统间交互耦合关系的机理。[结果](1)2000—2020年重庆市综合城镇化水平呈逐年上升的趋势,但仍存在空间发展不均衡的问题,核心带及低值区均受地形起伏影响显著;(2)2000—2020年生态系统健康指数一直处于适中状态,城镇化发展迅速的区域生态系统健康状况恶化显著,植被覆盖度较高的渝东南与渝东北生态系统健康状况良好。[结论]城镇化与生态系统健康亚系统间的交互耦合关系呈上升趋势,但是目前未达到高度协调阶段,仍有矛盾存在。重庆市要实现高质量且可持续的发展,仍需走绿色发展路径,解决时空不均的问题。     

河南省巩义市土地利用演化及其生态系统服务价值响应

[目的] 从格网尺度探讨河南省巩义市1990-2019年区域土地利用演化及其生态系统服务价值（ESV）响应特征,为同类地区的快速城镇化地区生态系统保护和国土空间规划提供决策依据。[方法] 以河南省巩义市1990-2019年4期土地利用解译数据为基础,在格网尺度下,基于修正后的生态系统服务价值当量,估算巩义市生态系统服务价值,并深入探讨其空间自相关特征。[结果] ①研究期间,巩义市建设用地增幅最高,与此相反,水域和灌木林则出现大幅减少,两者降幅分别为-45.17%和-10.09%。用地类型转移方面,水域和耕地转出面积最多,主要转出类型分别为耕地和建设用地。②生态系统服务价值整体呈现出波动式下跌的趋势,近30 a共减少了34.851亿元。水域、乔木林和耕地是巩义市ESV的主要组成部分。从变化特征来看,水域ESV跌幅明显,共减少了35.549亿元。以水文调节和气候调节为主的调节服务在区域ESV构成中占主导地位,同时其近30 a来的损失率也处于高位。③空间探索性分析发现,ESV近30 a出现了大幅下降,区域城镇化进程对生态系统影响的负面效应显著,北部以水域、耕地和建设用地为主的ESV高值区和低值区变化较明显,南部以林地和高覆盖度草地为主的生态资源集中区则变化相对稳定。1990年ESV较高区域集中在黄河、伊洛河沿线及南部伏羲山等地,而ESV较低区域则主要以巩义市区及东西地形较为平坦区域一带;2000年以后,高值片区快速减少且多集中在黄河沿线;2000-2010年,主城区低值ESV区域受快速城镇扩张影响逐步蔓延,在城区及巩义-芝田镇-回郭镇、巩义-竹林镇-米河镇等西向和东向两条带状片区已形成ESV低值集聚区。[结论] 巩义市建设用地扩张加剧,由此引发的区域生态系统持续下降,且空间分布与人类社会经济发展紧密相关。     

黄河下游城市群生态系统健康时空演变特征

[目的] 研究城市土地扩张对黄河下游城市群生态系统健康的影响，并构建科学的生态系统健康评价模型以识别生态系统健康状态时空演变特征，为制定有效生态保护策略提供前提条件。 [方法] 以黄河下游城市群为研究区，构建VORS评价模型，以格网为研究单元对2000，2010和2020年黄河下游城市群生态系统健康水平进行动态评价。 [结果] ①2000-2020年，生态系统健康指数平均值从2000年的0.325下降到2020年的0.320，标准差从2000年的0.106上升到2020年的0.112。这表明研究区生态系统健康水平总体上呈现略微降低的趋势，生态系统健康等级高的地区更加健康，而等级低的地区生态系统不断恶化。 ②研究区生态系统健康水平空间异质性显著，各等级空间分布集中，从研究区中部延伸到东北部的大部分区域，生态系统健康程度表现为较差，占比高达约74%，整体生态系统健康水平脆弱。 ③2000，2010和2020年全局莫兰指数分别为0.512，0.522和0.543。这表明研究区生态系统健康分布在整体上具有正向的空间集聚效应，空间依赖性显著。 [结论] 黄河下游城市群生态系统健康水平整体上有所降低，生态系统健康状况不容乐观，生态环境保护与建设亟待加强，未来应着重于提高生态系统服务水平。     

黄河流域极端气候事件时空变化规律

为分析黄河流域极端气温和极端降水的变化规律特征,利用黄河流域284个气象站点1969—2018年逐日最高气温、最低气温和降水量观测数据,采用国际通用的极端气候事件指数,以水系为空间单元分析了极端气候指数的时空变化特征。结果表明:空间尺度上,最高气温、最低气温、夏天日数和生长期长度呈东南高西北低的特征,日平均温差、霜冻、结冰日数呈相反特征;除连续无雨日数外,其余极端降水指数均呈东南高、西北低的格局。时间尺度上,表征极端高温事件的最高气温、最低气温、夏天日数、生长期长度、暖夜、暖昼日数呈上升趋势,极端低温事件指数如霜冻、结冰、冷夜、冷昼日数呈下降趋势,研究区内7个水系的极端气温指数变化趋势相一致,甘宁、内蒙和黄河上游水系趋势较显著;极端降水指数除连续无雨日数外均呈上升趋势,显著上升的站点主要集中于陕北和黄河上游水系。黄河流域气温整体均呈上升趋势,极端降水指数变化特征空间差异性较大。     

太湖流域水生态系统服务及其空间差异

以太湖流域土地利用资料、水文水质资料和统计资料为基础,对流域尺度上水生态系统服务功能及其空间差异性进行了评价与分析。结果表明,太湖流域水生态系统的水供给功能为3.70×1010 m3/a,水产品功能为6 681.180t/a,水路旅客周转量为4.604×108人/(km.a),水路货运周转量为2.90×1011t/(km.a),蓄水总量为4.53×109 m3/a,调节水量为7.69×109 m3/a,固碳量为4.28×106 t/a,释放O2量为1.14×107 t/a,净化污水量为6.30×109 t/a,年输沙量为1.22×106 t/a,造陆面积为189.851hm2/a;水生态系统服务功能总价值为9.10×1010元/a,不同服务功能价值量排序为:旅游>航运>调蓄>水质净化>固碳释氧>水供给>水产品>输沙造陆;太湖流域单位面积水生态系统服务功能价值为19.22元/(m2.a),且存在较大空间差异,其顺序为:浦西区>武澄区>浙西区>杭嘉湖区>湖西区>阳澄区>太湖区。     

基于Kriging插值的黄河流域降水时空分布格局

采用国家气象局整编的1960-2000年黄河流域97个气象站点的系列资料和Kriging插值方法,对黄河流域降水时空结构及其变化特征进行了分析.结果表明：黄河流域多年平均降水量的地区分布既受天气系统的制约,又受地形等地理环境的影响,造成明显的地区性差异;就年际变化而言,20世纪60年代和80年代降水偏多,尤其是80年代黄河流域年平均降水与正常值相比要偏高许多,而70年代和90年代降水偏少,目前正处于降水偏少时期.黄河流域上游的降水增加趋势相当明显,而中游和下游降水则明显减少;就降水年内分配而言,降水高度集中在汛期（6-9月）,且上、中、下游降水均以7、8月最多,但下游7、8月降水较中、上游更为集中.研究结果和分析结论对了解黄河流域水资源演变具有十分重要的意义.     

乌江流域经济与人口空间格局演变及耦合特征

为探究乌江流域经济人口空间格局演变及耦合关系,以乌江流域为研究区,选取该流域69个区县2000—2019年的GDP和常住人口数据,运用地理集中度、ESDA-GIS和耦合指数,对流域内经济人口空间格局及其相互关系进行了定量分析。结果表明:(1)近20 a,流域常住人口从3 626.46万人减少至3 564.12万人,人均GDP年平均增长率约为15.13%;(2)县域人口和经济发展差异增大,经济发达、人口密集的县域空间分布重叠,均集中分布在流域中部—南部;(3)经济重心、人口重心远离流域几何重心向流域西南方向移动;(4)经济人口耦合指数表明,流域人口和经济发展协调性有所提高。综上,乌江流域区域发展不协调依然严峻,推动流域东北部区县发展,缩小流域东北部和中部—南部的发展差距,进一步提高人口和经济发展的协调性仍是今后需要解决的问题之一。     

北京城市化进程对生态系统服务的影响

基于熵值法对1993—2013年北京城市化水平进行了综合测度,以1993年、2003年、2013年3期遥感数据为基本信息源,采用GIS技术和InVEST（integrated valuation of ecosystem services and tradeoffs,生态系统服务与权衡综合评价）模型,分析了北京市土地利用和生态系统服务时空变化特征,并研究了北京城市化进程对生态系统服务的影响。结果表明:北京城市化综合水平不断提高,主要表现为社会和空间城市化,其次是人口城市化,而经济城市化的影响相对较弱;全市土地利用变化剧烈,建设用地和草地大幅增长,林地稍有增长,耕地和水体缩减严重;城市生态系统固碳服务呈现先增加后减少的趋势,总体上碳储量减少了5%,水源供给和土壤保持服务分别增加216%和76%。林地、草地面积的增加和耕地面积的减少改善了土壤保持服务,森林的扩张同时也改善了固碳服务,但温度和降水条件的限制导致后10 a固碳服务出现明显减少,人口聚集和城市硬化地表的增加则是导致城市生态系统水源供给服务大幅增长的主要原因。由于城市生态系统水源供给服务这块短板,建议放缓或停止北京城市化发展进程,重点加强其社会、经济城市化发展质量。     

黄河流域甘肃段植被覆盖度时空变化及对气候因子的响应

[目的]分析黄河流域甘肃段2000—2018年植被覆盖度变化的时空演变规律,探讨该区域植被覆盖度的变化对气候的响应机制,为该区域生态环境与社会经济的协调可持续发展和进一步落实生态环境保护、建设及恢复提供科学依据。[方法]基于2000—2018年的MODIS NDVI数据、气象数据,采用线性趋势分析和相关性分析等方法,对黄河流域甘肃段植被覆盖度的时空变化特征及与气候因子之间的关系进行分析。[结果]①空间上,近19 a研究区植被覆盖度自西南向东北在不断降低,以甘南州的植被覆盖状况最好;植被覆盖度改善面积占36.64%,主要分布于兰州市北部、临夏州、定西市、庆阳市、平凉市大范围区域、天水市南部等,而退化面积占4.2%,主要集中于甘南州等地区。②时间上,研究区植被覆盖度以2013年为界呈现"先持续增加后波动减少"的变化趋势,但整体在不断增加;以平凉市的增加速度最快,平均每年增长0.96%。③研究区植被覆盖度对降水量变化的响应敏感,与降水量呈现显著的正相关关系。[结论]研究区植被覆盖度空间差异明显,2000—2018年植被以改善为主,降水是影响这些区域植被改善的有利因素,降水状况的改善对研究区生态环境建设与修复至关重要。     

黄河流域水土保持综合治理空间均衡性分析

黄河流域具有多类别的泥沙来源区,水沙异源特性突出,研究水土保持综合治理空间均衡性,对于优化水土保持空间布局和有效持续减少入黄泥沙极为必要。基于黄河泥沙来源区特征和水土保持综合治理现状分析,利用统计学理论与方法,研究水土保持综合治理空间均衡性的概念、评价原理和评价方法,并对治理现状的均衡性进行评价。结果表明：(1)与流域水土流失强度空间分异性相对应、且在一定程度上能够有效控制侵蚀产沙强度的治理是空间治理均衡性的基本体现,其治理程度可以利用治理效应定量反映;(2)不同治理程度的减沙作用不同的,通过分析全流域系统内不同分区治理措施减沙作用度的差异,可以判识治理的空间均衡性;(3)治理空间均衡性的评价内容主要包括划分评价流域分区、计算水土保持措施减沙作用度和空间治理均衡系数判识弱治理区;(4)目前黄河流域空间治理是不均衡的,兰州—头道拐片区、头道拐—龙门区间陕西北片的水土保持措施减沙作用度、空间治理均衡系数都很低,属于典型的弱治理区。提出的水土保持综合治理空间均衡性评价方法可定量识别弱治理区,为优化水土保持发展格局提供新的技术方法。