生态文明建设视角下的高标准农田建设适宜性评价

在全面推进生态文明建设的当下,中国的耕地保护工作进入数量、质量、生态"三位一体"保护新时代,以耕地质量提升为中心的高标准农田建设对生态保护和修复的作用意义重大。本文以吉林省梅河口市为研究区,结合农用地等别更新、土地利用现状调查、土壤普查报告及实地调查采样数据,从耕地的自然禀赋、基础设施状况、空间特征和生态环境质量4个方面选取耕层质地、排水条件、田块规模、土壤综合污染指数等14个指标,运用贝叶斯概率模型对高标准农田建设进行适宜性评价,以期为梅河口市高标准农田建设项目规划布局与选址提供技术服务支撑。研究表明:①在高标准农田建设中,耕地坡度、障碍层距地表深度、有机质含量、有效土层厚度、田间道路通达度、土壤微生物生物量碳和土壤综合污染指数7个指标对高标准农田建设适宜性的影响程度较大;②根据后验概率结果,将梅河口市耕地划分为4个不同程度的建设适宜性区,今后高标准农田建设首先在优先建设区开展,同时后备建设区为其提供了可靠的保证;③耕地本底质量和基础设施条件良好状况下,应引入土壤微生物生物量碳、生物丰度系数和土壤综合污染指数等指标从生态保护的角度进一步划分建设适宜性程度。本文旨在实现生态服务功能和生产功能同步提升,从而为生态文明建设的理论思考和实践创新提供科学依据。     

基于多维超体积生态位的高标准生态农田建设分区方法

明晰高标准生态农田建设选址及提升方向是发挥高标准农田投资效益，提升高标准农田抗灾减灾能力的技术关键。该研究基于多维超体积生态位的理论方法，从土壤条件、立地条件、空间稳定性、景观格局、生态约束等5个维度构建了高标准生态农田建设适宜性评价体系，通过比较各因素的现实生态位与理想生态位，建立障碍度与生态位耦合的障碍因子诊断模型，结合适宜性-障碍度-改造难度的组合结果，按照"由优到劣，先易后难"的顺序进行高标准生态农田建设优先度分区，并对河北省保定市32.65万个耕地斑块进行了定量化评估。结果表明：1）保定市高标准生态农田建设适宜性整体中等偏低，中等适宜的耕地面积最多，勉强适宜的耕地面积最少。2）保定市耕地的土壤条件与生态约束对其建设发展的障碍度较高。土壤条件维度下的主要障碍因子为有机质含量、土壤pH值及土层厚度；地下水埋深与地下水补给量是生态约束维度的主要障碍因子。3）将保定市高标准生态农田建设划分为生产优先建设区、生产次优先建设区、"生产-生态"协同建设区、后备建设区及生态保育区。其中生产优先建设区所占比例最大，面积约为20.99万hm2，建设适宜性高，主要障碍因子改造难度小，提升潜力大，稍加改造即可达到区域最优水平。上述方法能够有效用于区域高标准生态农田建设适宜性评价，研究结果可为国家实施的高标准生态农田建设选址工作提供科学的决策依据。     

西北生态脆弱区省域国土空间生态修复分区

在生态文明建设背景下的国土空间治理时代,国土空间生态修复是优化国土空间结构、提升国土空间功能的重要举措。针对西北生态脆弱区省域国土空间生态修复分区的理论创新与实践需求,该研究以县(区)为基本研究单元,将生态系统服务供需分析与国土空间生态修复分区结合起来,探索基于生态系统服务供需匹配程度差异的西北生态脆弱区省域国土空间生态修复分区思路与方法。对甘肃省的案例研究结果表明:1)除食物供给服务外,全省县域水源涵养服务、固碳释氧服务和土壤保持服务的总供给均大于总需求,但供给与需求存在明显的空间不匹配问题。2)甘肃省存在"高供高需""高供低需""低供高需"和"低供低需"4种供需匹配类型,但各项生态服务的主导供需匹配类型主要以"高供低需"和"低供低需"为主。3)依据区域生态系统服务供需差异及供需匹配类型,将甘肃省划分为绿洲保育、固碳提升、水源涵养和土壤保持4个生态修复大区,并按照自然地理特征与区域生态环境问题将4个大区划分为10个亚区,同时提出不同区域相应的生态保护修复工程措施。     

基于生态系统服务功能的汉江流域中下游生态分区演变特征及驱动能力研究

[目的] 对汉江流域中下游生态分区演变特征及驱动能力进行研究,为汉江流域中下游区域水生态环境可持续发展提供科学依据。[方法] 基于InVEST模型、聚类以及相关性分析的方法,以水环境相关生态系统服务为切入点进行了多年生态系统服务变化及分区特征的分析,并进行各生态分区转移区域内生态系统服务与环境变量关联特征的研究。[结果] ①2010,2015和2020年生态分区主导区域分别为第3,3,2类区域,面积所占比例分别为70.54%,72.92%和45.53%。与第3类区域相比,第2类区域水源涵养量以及土壤保持强度均更大。②相关性分析表明,降雨量变化与水源涵养量、土壤保持强度变化相关性均较显著;而各土地利用类型中农田与建设用地面积变化对生态系统服务变化相关性较为显著。③在生态分区发生转变区域的解释变量贡献率研究中,降雨变化量解释率较大的区域比例较高且主要位于中部及南部,土地利用变化解释率较大的区域主要位于研究区域西侧及西北侧。[结论] 降雨量变化相较于土地利用变化对生态系统服务以及生态分区变化的影响较大,通过明确生态分区变化的关键影响因子可在未来以针对性的土地利用类型布局优化或绿色、灰色基础设施的建设增强生态系统的稳定性。     

河北北戴河区农田生态系统服务功能价值测算研究

农田生态系统是支撑与维持地球生命支持系统的重要组成部分,既具有直接供给农产品功能,又具有调节、支持、文化服务等间接功能。研究选取河北省北戴河区农田生态系统为研究对象,以生态系统服务功能为切入点,运用生态经济学方法,综合测算研究区农田生态系统服务功能价值。研究表明,2014年研究区农田生态系统服务功能所产生的间接价值为直接价值的1.09倍,说明农田生态系统不仅具有高效的、直接的生产功能,而且具有极其重要的生态环境支撑功能。鉴于此在北戴河区农业结构调整过程中,要对其生态系统服务功能给予足够的重视。农田生态系统服务功能的各项指标价值量由大到小排序为农田生产供给价值休闲旅游价值固碳释氧价值废弃物处理价值涵养水源价值社会保障价值土壤形成与保护价值秸秆还田价值净化大气价值。因此,研究认为:北戴河区在加快现代农业园区建设过程中,要大力发展生态休闲农业,全力推进农作物秸秆综合利用,积极发展生态循环农业,合理调整农田利用方式,应注重提高调节、支持、文化服务功能价值,使农田生态系统服务功能价值达到最优化。通过对北戴河区农田生态系统服务功能价值测算,为北戴河区有效保护和永续利用农田生态系统提供决策基础和科学支撑。     

怀来县农田生态系统服务价值分类评估

农田生态系统可以为人类提供各种农产品及多种间接生态服务功能。以河北省怀来县为例,借助GIS工具,从微地貌形态、土壤状况和土地利用类型3个方面选取相应指标,将怀来县农田生态系统分为3个生态类及6个生态亚类,并且从生产服务、调节服务、文化服务和支持服务4个方面选取7个指标构建评估模型,分别对6种农田生态亚类进行生态系统服务价值测算和分析。结果显示,怀来县农田生态系统服务总价值为225 311.90万元,4种农田生态系统服务价值大小为生产服务文化服务调节服务支持服务;不同农田生态亚类的价值差异明显,其中Ⅱ—Ⅱ总价值最高,Ⅰ—Ⅰ最低;根据不同农田生态亚类价值功能组成比例,将6种农田生态亚类分为生产服务主导型和文化服务主导型两种类型,为怀来县未来因地制宜地发展区域农业、保护生态环境提供了参考。     

辽宁省耕地分区利用及其高标准农田建设分区研究

高标准农田建设是保障我国粮食安全的关键措施之一,剖析其建设过程中的限制因素对合理安排建设布局的影响就尤为重要。基于对辽宁省耕地地力评价基础数据的分析,本研究构建了包括自然条件、立地条件、土壤管理、耕层理化性状和耕层养分状况等5类15项因素的辽宁省耕地分区利用指标体系,并运用K-means聚类分析法对辽宁省耕地进行了分区,共得到5个Ⅰ级区,10个Ⅱ级区。此外,考虑到当前区域经济发展水平和工程建设的可行性,本研究从中选出3类11项指标作为高标准农田建设分区的限制因素,采用层次分析法确定了各限制因素的权重,利用限制因素组合法和加权求和法确定了各限制因素高、中、低的限制等级,并结合高标准农田建设分区标准将各耕地利用分区中的高标准农田划分为重点、一般、勉强和不宜建设区。研究结果表明,辽宁省高标准农田建设重点宜放在高限制因素较少的辽宁中部和沿海地区,而建设难度较大的辽宁东部和西部地区可适当控制高标准农田建设的投入,注重生态屏障的保护。     

农田生态系统服务及其价值的研究进展

农田生态系统在人类控制下已逐渐演变成了提供农产品的集约化生产系统。尽管与自然生态系统相比, 农田生态系统服务功能有所下降, 但其在提供农产品的同时还在向人类提供大量的生态服务。近年来, 生态系统服务稀缺性变得越来越突出, 农田生态系统的多功能性受到了空前的重视。本文首先明确了农田生物多样性是农田提供多种生态系统服务的基础, 然后回顾了2000年以来国内外农田生态系统服务及其价值化领域取得的主要研究进展, 包括对农田产品供给、碳汇、土壤保持和养分循环、水调节等功能的评价以及对农田生态系统服务及其价值化的综合研究。与此同时, 我们也应该注意到农业生产还对人类社会和自然环境产生了各种消极影响, 认识到权衡农田生态系统在农业生产中的各项利弊的重要性。通过对比不同农业生产模式对农田生态系统服务供给的影响, 提出未来发展多功能农业将是实现农田对人类福祉最大化的重要方向。最后, 文章指出我国发展多功能农业的主要措施是: (1)确保18亿亩耕地在空间上的存在; (2)与森林、草地、湿地、水域等其他自然生态系统在空间上合理配置; (3)在农业区域充分发展以观光休闲功能为主的休闲农业, 实现农田生态系统社会文化价值; (4)逐步实施农业生态补偿。     

重点生态功能区生态系统服务价值变化及预测

[目的]对重点生态功能区(都江堰市)生态系统服务价值功能特征和变化趋势进行分析和预测,为该区域环境保护与合理城市开发目标的制定提供科学依据。[方法]以都江堰市1995,2007,2014年3期Landsat遥感影像解译的土地覆被数据为基础,使用Costanza的生态系统服务价值计算方法,谢高地2002版价值当量,经当量修正,敏感度指数检验后,评估都江堰市19a间生态系统服务价值及其变化。运用灰色GM(1,1)模型预测其变化趋势。[结果](1)研究区土地覆被类型以森林、农田为主(共80%以上)。1995—2014年研究区土地覆被变化较大,生态用地减少。(2)1995—2014年研究区生态系统服务价值下降629.46万元。森林是研究区生态服务价值最大的系统(占83%以上),其次为农田、水体、草甸、未利用地。水源涵养、废气处理是都江堰市最突出的两项生态服务(共56%以上)。(3)利用灰色GM(1,1)模型预测了研究区2021—2035年土地覆被面积,结合精度检验预测此阶段生态系统服务价值将增加136.6万元,年均增长0.17%。[结论]区域生态系统服务价值减少的主要原因是以交通为代表的建设用地增加,导致生态服务价值系数较高的生态用地减少,而增加森林、水体等有较高生态价值的土地覆被类型是维持与提高区域生态功能的有效措施。     

农业生态服务功能评估的研究进展和实施原则

通过文献综述和对比分析,总结了农业生态系统生态服务功能的概念和分类,提出了实施农业生态服务功能评估的基本原则.相对于自然生态系统的生态服务功能,农业生态服务功能可大致分为农业生态系统"继承自然"的服务功能和农业生产活动"人为调控"的服务功能.由于农业生态服务类型较多和服务功能的区域差异,其服务功能评估比较复杂,应全面考虑生态系统服务功能的实物与非实物形态、静态与动态、数量与结构、过程与结果特征,同时核算正面和负面的价值.为准确评估农业生态服务功能,应该采取严格定义、核定范围、统一指标、直接测定等实施原则和步骤方法.     

基于多元国土空间整治情景模拟的生态系统服务功能分区

生态系统服务功能分区是科学管理生态系统的重要手段。国土空间整治能够通过综合治理闲置、低效和生态退化国土资源，改变国土空间结构与布局，从而对生态系统功能产生影响。现有研究较少关注土地整治措施对未来生态系统服务空间集聚模式的潜在影响作用，整治措施的生态导向性有待提升。因此，该研究以山东招远市为例，设计了基准情景、废弃矿区修复情景以及城乡建设用地整治情景，定量化预测生态系统服务变化特征，并运用模糊C均值聚类算法开展生态系统功能区划定。结果表明，整治情景下土地利用数量结构变化显著，各生态系统服务能力均有所提升。全域可以划分为生态综合区、生境保育区、固碳释氧区、固碳产粮区、生态维护区5个生态功能区。与基准情景相比，废弃矿区修复情景下各生态功能区60%生态系统服务水平持平，28%处于劣势，仅12%显著提升。城乡建设用地整治则能够显著提升全域自然娱乐能力，总体增长了1.89%。生境保育区的水源涵养和粮食生产能力平均值分别增加了0.25和0.10，固碳释氧区的生境质量、水源涵养能力分别增长了20.69%和100%。研究表明全面提升生态系统多功能性需要综合开展多元的国土空间整治措施。     

黄土丘陵沟壑区沟道农业生产功能空间演变特征及其启示

基于5期遥感影像和实地调研数据,定量分析黄土高原延安碾庄流域1985－2018 年乡村转型发展进程中农业生产功能时空演变规律。结果表明：1）沟道农业生产功能定量诊断体系和监测模型可有效识别沟道农业生产功能空间格局以及经济社会与资源生态多重导向的多元演化路径。2）研究区沟道农业功能空间由传统向现代生产主导功能转向,2012 年为沟道生产功能转型拐点。沟道传统农业生产功能特征为“小幅扩增—相对平稳—急剧缩减”,沟道现代农业生产功能演变则呈现“相对平稳—小幅扩增—急剧增加”的阶段特征,且功能多样性不断增加。3）整体上沟道传统农业生产功能空间范围和强度值呈减少趋势,现代沟道农业生产为主的功能空间不断扩张,主导方向发生转变;局部微观上传统农业生产功能以流域城镇所在地为中心呈同心带状缩减。4）新时期黄土丘陵沟壑区沟道农业高质量发展的核心目标在于推进“四转”,全面构建“三循环”模式,推进形成黄土高原产业内循环及其与黄河流域双循环互促共进发展的新格局,深入探究优化农业生产方式和创新经营管理模式的新动能、新途径。研究结果提供了黄土高原典型流域农业功能转型微观案例,对区域土地资源优化配置及乡村转型高质量发展具有启示意义。     

南京都市圈生态系统服务时空变化及权衡协同关系

[目的]全面理解生态系统服务的时空格局特征及其相互关系,可以丰富生态系统服务及可持续发展等相关理论,并对区域生态环境管理政策的制定具有重要指导意义。[方法]以南京都市圈为研究区,在评估2000—2020年的产水、粮食供给、土壤保持和碳固持等4种生态系统服务的基础上,分析各类型生态系统服务能力在地类和区域上的差异;通过识别生态系统服务热点区及其热点服务类型,评估不同区域服务供给能力;进而采用相关系数和差异比较等方法探究南京都市圈生态系统服务静态与动态的权衡/协同关系。[结果]2000年、2010年、2020年,南京都市圈的产水量、粮食产量、土壤保持量及碳固持量的三年平均值分别为522.12 mm, 4.20 t/hm²,42.61 t/hm²,44.57 t/hm²,除碳固持服务逐年下降,其他服务均呈逐年递增趋势。受土地利用类型和区域自然环境的作用,产水、土壤保持和碳固持服务呈南高北低的空间分布,粮食供给服务则呈南低北高的空间格局。由北向南依次形成了以粮食供给服务为主的1重服务热点区、以产水和粮食供给服务为主的2重服务热点...     

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。     

生态修复措施对干旱半干旱地区生态系统服务影响研究——以河北坝上地区为例

为了揭示生态修复措施对干旱半干旱地区生态系统服务的影响,以对生态可持续发展提供决策参考,基于典型的干旱半干旱地区——河北坝上地区2000年、2018年土地利用数据以及4种与生态修复措施对应的情景,结合InVEST模型分析了生态修复措施对该区3个重要的生态系统服务(水源涵养、生境质量、碳储量)的影响。结果显示:(1)2000—2018年坝上地区土地利用变化以草地大量缩减以及林地显著扩张为主(>500 km²),期间,水源涵养量下降7.03%,碳储量、生境质量分别增长2.82%,1.29%;(2)相比林地缓冲带、植树造林情景,开垦荒地和综合发展情景对上述3个生态系统服务的提高更为显著;(3)水源涵养、碳储量均与生境质量呈较强协同作用(r>0.42),碳储量与水源涵养呈较弱协同作用(r<0.24)。综上分析,生态修复措施能够提高坝上地区生态系统服务的供给,但以造林为主的生态修复方式在干旱半干旱地区仍需谨慎实施。     

泾河流域生态系统服务权衡/协同关系的尺度异质性研究

[目的]探究泾河流域生态系统服务权衡/协同关系的尺度异质性,阐明权衡/协同关系在子流域尺度发生变化的主要原因,为黄土高原地区的生态保护和高质量发展提供科学参考。[方法]利用SWAT模型、CASA模型、InVEST模型等量化粮食供给、土壤保持、产水、固碳、生境质量5种生态系统服务,并采用空间相关性统计方法从全流域和子流域两个尺度上进行生态系统服务及两两之间权衡/协同关系的尺度异质性研究。[结果](1)泾河流域粮食供给服务在流域东南部较强;土壤保持服务在流域北部、中部较弱,在西南部、东南部较强;产水服务在流域西部、南部以及东南部较强,在北部、东北部及东部地区较弱;固碳服务流域南部强于北部,东部强于西部;生境质量以中值区和高值区为主,其高值区主要分布在流域东部、东南部及西部,低值区主要分布在建设用地。(2)从全流域尺度来看,粮食产量和土壤保持、产水量、NPP和生境质量以权衡关系为主;土壤保持和产水量、NPP和生境质量以协同关系为主;产水量和NPP是协同关系为主,和生境质量是权衡关系为主;NPP和生境质量是以协同关系为主。(3)泾河流域生态系统服务之间的权衡/协同关系在部分子流域发生改变,土地...     

基于空间分异的高标准农田建设空间特征判别系统设计与实现

为提升高标准农田监管效能,该文基于空间分异规律,依据相关标准和规划,构建了差别化的高标准农田建设空间特征判别指标体系,在此基础上,使用C#.NET、ArcObject技术,设计和实现了高标准农田建设空间特征判别系统。系统的实证案例表明:用于监测评价场景的黄土高原案例区符合高标准农田空间特征的田块38.33 hm^2,与验收后实际确认的高标准农田相比,总体判别精度为94.38%。2)用于设计评审场景的南方山地丘陵案例区符合高标准农田空间特征的30.07 hm^2,较批复立项的高标准农田多10.34 hm^2,造成该差异的主要因素是部分田块尚未划定为永久基本农田,如扣除永久基本农田划定因素,总体判别精度为100%。从实例结果看,使用该系统可从空间特征方面辅助判别高标准农田,分析高标准农田建设在田块平整、道路和灌排设施配套、农田防护方面的不足,为丰富高标准农田监测手段、提升管理效能提供参考。     

山东沿海生态系统服务协同与权衡的空间格局及驱动力

提升区域生态保护效能,可为区域生态治理科学决策提供政策依据,以山东省沿海地区为研究区,使用InVEST模型和CASA模型测度产水服务、土壤保持、植被固碳和生物多样性的时空演变,借助差异比较法探究生态系统服务协同权衡的时空分异机制,进一步利用多尺度地理加权回归(MGWR)剖析了自然因素和人类活动因素对协同权衡的影响。结果表明：(1) 2018年研究区产水服务、生物多样性的均值为605.27 mm/a, 0.28,2010—2018年总量递增速率分别为0.21 mm/a, 0.23;土壤保持、植被固碳的均值为0.000 73 t/(hm²·a),537.56 gC/(m²·a),2010—2018年总量递减速率分别为0.62 t/(hm²·a),2.1 gC/(m²·a)。(2) 2010—2018年,生态系统服务的协同权衡具有显著的空间异质性,产水服务分别与土壤保持、生物多样性表现为强权衡弱协同;植被固碳分别与产水服务、土壤保持、生物多样性表现为强协同弱权衡。(3)产水服务、土壤保持、植被固碳三者存在...     

高标准基本农田建设评价模型的构建及建设时序的确定

高标准基本农田建设时序既要考虑建设的可行性,也要考虑建成后的稳定性。该文以黑龙江省富锦市为研究区,分别从自然质量条件、工程建设条件、经济社会条件和区位条件、生态条件、建设用地扩张动力等方面构建建设可行性和空间稳定性评价模型,运用理想解逼近法测算各评价单元的建设可行性和空间稳定性,最后用四象限法确定高标准基本农田建设时序。结果表明:富锦市高标准基本农田建设高度可行区域面积为13.18万hm2,中度可行区域面积22.72万hm2,低度可行区域面积22.18万hm2;高度稳定区域面积为7.58万hm2,中度稳定面积为27.73万hm2,低度稳定区域面积为22.77万hm2。基于空间稳定性优先的目标导向,分别确定国营农场辖区和地方政府辖区的建设时序。其中,国营农场辖区优先建设区域面积为6.75万hm2,主要分布在七星农场、创业农场、红卫农场、前进农场和青龙山农场;地方政府辖区优先建设区域面积为4.41万hm2,主要分布在二龙山镇、锦山镇、头林镇和宏胜镇。该研究结果可为高标准基本农田建设规划编制提供科学依据。