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。     

三江源地区林草生态系统水源涵养服务评估

[目的]分析青海省三江源地区生态工程实施前后生态系统水源涵养服务的变化情况,客观评估生态工程的效果。[方法]采用降水贮存量法估算三江源地区林草生态系统的水源涵养量。[结果]1997—2012年三江源地区林草生态系统水源涵养服务在波动中有所提升,平均水源涵养量为1.54×1010m~3/a,单位面积水源涵养量为430.67m~3/hm~2。三江源生态保护与建设工程实施后(2005—2012年)林草生态系统年平均水源涵养量比前期(1997—2004年)增加了15.60%。从空间格局而言,三江源地区林草生态系统涵养水源能力自东南向西北逐渐递减。单位面积水源涵养量澜沧江流域最高,其次为黄河流域,长江流域最低。真实气候条件和平均气候状况下,生态工程实施后的区域林草生态系统水源涵养量均比前期高。前期主要受到区域气候变化的影响,后期则叠加了生态工程的驱动作用。两种情况下,生态工程实施后三江源地区林草生态系统水源涵养量的线性变化趋势分别为1.94×10~9和4.64×10~8 m~3/10a。[结论]生态工程对三江源地区水源涵养服务提升的贡献率约为23.98%。     

近30年乌伦古河流域土地利用与生态系统服务价值变化研究

[目的]识别新疆乌伦古河流域近30 a土地利用/覆被变化及生态系统服务价值响应,为指导该区水土资源优化配置提供科学依据。[方法]选取研究区1989,1998,2006和2017年4期Landsat系列遥感影像,综合利用3S技术,监测并分析研究区近30 a LUCC时空演变特征,采用修正后的生态系统服务价值当量因子,计算并分析生态系统服务价值响应。[结果]①近30 a乌伦古河流域耕地和建设用地面积呈持续增加扩张趋势,水体和湿地面积呈微增加趋势,未利用地呈显著减少趋势,林地面积呈波动增加趋势,草地面积1989—2006年呈减少趋势,2006—2017年呈微弱增加趋势。其中,耕地净增加量最大(847 km~2),未利用地净减少量最大(744 km~2),各土地利用类型转移显著区域主要位于福海县、杜热乡和齐干吉迭乡;②乌伦古河流域土地利用综合指数由1989年的146.75增加至2017年的168.29,生态系统服务价值(ESV)由1989年的2.635亿元增加至2017年的2.915亿元,净增加0.28亿元。[结论]近30 a乌伦古河流域各土地利用类型面积均发生不同程度变化及相互转换,研究区土地资源总体处于高强度发展期,生态系统服务价值做出相应响应,总生态系统服务价值增加。     

基于InVEST模型的大凌河上游汇水区水源涵养功能评估

[目的]对流域生态系统产水功能进行定量评估及空间表达,为流域水资源优化配置,水资源可持续管理及提高生态效率提供科学支撑。[方法]以2015年大凌河上游汇水区作为研究区,基于权衡多重生态系统服务、保护与发展的决策支持系统模型(InVEST模型)中的水源涵养模块(Water Yield),对大凌河上游汇水区水源涵养功能定量评价,分析其空间分布特征,对水源涵养量进行归一化处理,识别其水源涵养等级。[结果](1)2015年大凌河上游地区水源涵养总量达1.82×109 m3,水源涵养量空间异质性明显。(2)归一化处理结果表明,水源涵养较高等级区位于喀喇沁左翼蒙古族自治县中部、北部,水源涵养较低等级区位于内蒙古宁城县及敖汉旗北部、河北省平泉县。水源涵养中等级面积广泛,占据研究区面积的34.7%。(3)喀喇沁左翼蒙古族自治县、朝阳县西南部为重要水源涵养区,应加强水源管理与保护。[结论]土地利用类型、气候因子、土壤质地等因素对水源涵养空间异质性有重要影响,水源涵养量空间分布不均且差异显著。     

西藏尼洋河流域土地利用变化对生态敏感性的影响

[目的]以西藏尼洋河流域作为高原生态脆弱区的典型代表,对流域1995—2020年土地利用变化影响下的生态敏感性进行探索分析,为该流域土地利用规划和生态环境保护提供理论依据。[方法]通过计算流域土地利用强度指数和生态系统服务价值,构建土地利用变化下的生态敏感性指数,基于土地利用强度指数和生态系统服务价值在各子流域内的时空变化,利用GIS空间分析技术获得尼洋河流域生态敏感性空间分布状况。[结果] 1995—2020年尼洋河流域林地和建筑用地面积呈增加的趋势,而未利用地和水域面积呈下降趋势;土地利用强度指数由1.725 5上升到1.725 9,土地利用生态系统服务价值减少了约3 000万元。土地利用强度指数上升的区域分布在下游流域;流域生态敏感性指数由0.3增加到9.4,流域中、高敏感区主要分布在中下游流域,且高敏感区面积呈扩增趋势。[结论]流域内区域生态敏感性变化由土地利用类型间的转移流动的方向所决定。总体而言,近25 a来流域生态敏感性对生态系统中土地利用变化的响应较为明显,中下游区域生态敏感性呈恶化的趋势。     

基于In-VEST模型的汉江上游森林生态系统水源涵养服务功能研究

生态系统服务功能及变化是生态系统评估的核心,是生态学、环境经济学等领域的研究热点。汉江上游秦巴山地是中国重要的水源涵养和供给功能区。近年来,受自然与人为双重驱动因子影响,森林生态系统出现退化现象,水源涵养及供给能力受到一定影响。以汉江上游流域森林景观为研究对象,运用In-VEST模型水源涵养模块对其水源涵养功能进行动态变化分析。结果表明,汉江上游森林生态系统水源涵养总量为1.21×10¹⁴ m³,最大涵养水源深度为362.51 mm,平均水源涵养深度为80.69 mm。在各森林景观中,常绿阔叶林水源函养量最大,乔木园地最小。在空间上,南北秦巴山地地区水源涵养量较大,水源涵养服务功能明显。     

1980—2020年汾河流域生态系统服务价值的时空变化

[目的]分析1980—2020年汾河流域生态系统服务价值时空变化特征,为该流域生态环境的科学调控和管理提供理论参考。[方法]利用汾河流域1980—2020年5期Landsat-MSS/TM/ETM遥感影像解译数据研究了流域土地利用变化特征,并估算了生态系统服务价值。[结果] 1980—2020汾河流域土地利用中耕地、林地和草地一直处于主导地位,土地利用整体变化表现为耕地向建设用地转移;土地利用动态度表明2000—2020年土地变化明显高于1980—2000年。1980—2020年汾河流域土地利用总生态服务价值持续减少,空间分布整体上呈上游高,中下游低的趋势。从不同功能价值来看,调节和支持服务减少最多。不同土地利用程度与ESVI双变量LISA聚集图呈现出明显的空间负相关性,主要以汾河上游的低土地利用程度与高ESVI聚集分布为主。[结论] 1980—2020年汾河流域土地利用/覆被变化对生态服务价值有较大影响。可以通过提高土地集约利用水平,促进该区土地利用结构向高生态服务价值发展。     

汉江生态经济带景观生态风险与生态系统服务价值的时空变化及关联性

[目的] 研究汉江生态经济带景观生态风险与生态系统服务价值的时空变化及关联性,不仅为区域生态安全及生态系统的可持续发展提供理论依据,也为经济带景观格局优化和土地资源合理配置提供理论支撑。[方法] 基于生态系统服务价值当量表,对汉江生态经济带土地景观格局及生态系统服务价值进行了评估,分析二者之间的内在联系,揭示景观生态风险与生态系统服务价值的时空变化规律,探析了二者的互馈关系。[结果] ①1990—2020年汉江生态经济带景观破碎度逐渐增强,景观生态风险有微增现象;空间上呈现“上游低风险,中游中高风险与低风险相伴,下游高风险”的格局。②1990—2020年汉江生态经济带生态系统服务价值有微增态势,增加了86.6亿元,年增长率为0.06%,其中调节服务的贡献率高达66.8%,支持服务贡献率为22.2%;空间上呈现“上游山区为中高值区,中游中高价值与低价值相伴生,下游低价值”的格局; ③1990—2020年二者呈现负相关的波动性变化,低生态服务价值面临高生态风险,而高价值存在低生态风险,2005年以前显著性有所下降,2005年以后显著性有所上升。[结论] 总体来看,应重视该经济带的生态系统整体性,加强流域内部的有机协同发展,上游重视生物多样性保护,下游加强生态空间用途管制,综合提高经济带生态系统服务价值。     

青海湖流域土壤保持量动态变化

[目的]对青海湖流域近24a的土壤保持量进行评估,揭示其时空变化规律,为定量评估青海湖流域土壤保持功能和区域土壤保持的重要性提供理论支撑。[方法]利用通用土壤流失方程(USLE)和GIS技术,评估和揭示1987—2010年青海湖流域土壤保持量的时空动态变化。[结果]近24a来青海湖流域土壤保持量平均为4.68×108 t/a;单位面积土壤保持量高值区分布在青海湖流域主要河流的河源区及中部地区,低值区主要集中分布在青海湖周围、河谷以及青海湖流域西北部地区。在各生态系统中,高寒草甸的土壤保持量最大,平均为2.68×108 t/a。近24a来青海湖流域土壤保持量呈先增加后减小的变化趋势,并在2005年达到最大,相比于1987年,2010年其土壤保持总量共计增加了2.17×108 t,其中,高寒草甸的土壤保持量增加最多,增加了1.20×108 t。[结论]近24a来,青海湖流域土壤保持功能在不断增强,土壤侵蚀程度不断减弱,表明青海湖流域的生态环境在不断改善。     

浑河上游新宾县土地利用演变对水源涵养能力影响评价

[目的]阐明水源保护区浑河上游新宾县土地利用变化与水源涵养功能的关系,指导当地或类似地区土地利用和水资源优化管理。[方法]基于ArcGIS平台,采用土地利用转移矩阵研究新宾县1995年、2000年、2005年、2010年和2015年土地利用变化;在此基础上,运用InVEST模型评估1995—2015年区域及不同土地利用类型的产水功能和水源涵养功能。[结果](1) 1995—2015年新宾县土地利用类型始终以林地和草地为主,21年来,林地、其他用地(湿地为主)、水域和建设用地的面积均增加,其中林地面积增加最大,耕地和草地的面积在减少;(2) 1995—2015年,林地、其他用地、建设用地和水域面积的增加来源于耕地和草地;(3)新宾县多年平均产水量为1.564×10⁹m³,水源涵养量为6.2×10⁸ m³,作为重点水源涵养区域,新宾县平均水源涵养能力193.62 mm,多年来呈现波动变化趋势,产水量的变化与分布、土地利用直接影响着区域的水源涵养量大小;(4) 1995—2015年不同土地利用类型的水源涵...     

资源型城市土地利用变化对生态系统服务价值的影响——以安徽省淮南市为例

[目的]以安徽省淮南市为例,探讨资源型城市土地利用变化对生态系统服务价值的影响,为该市生态、经济、生态环境保护以及今后进行城市开发建设和农业发展提供科学参考。[方法]基于土地利用变化和生态系统服务价值评估的相关理论和方法,运用GIS软件,分析淮南市2000和2010年土地利用变化,并计算淮南市生态系统服务价值,研究土地利用变化对生态系统服务价值的影响。[结果]2000—2010年淮南市土地利用变化较大,主要土地类型以耕地、居民地及工矿用地和水域为主。土地利用结构发生变化,出现耕地、林地减少,水域、居民地及工矿用地、草地增加的现象。研究区生态系统服务价值总量呈减少的趋势,从2000年的11.72亿元减少到2010年的11.33亿元,减幅达3.33%。单位面积生态系统服务价值的分布变化也与研究区土地利用变化紧密相关,居民地及工矿用地的增加是造成生态系统服务价值减少的最主要原因。生态系统服务价值对生态价值系数的敏感性指数均小于1,说明研究区内的生态系统服务价值缺乏弹性,研究结果是可信的。[结论]淮南市应高度重视土地利用变化对生态系统服务价值的影响,优化调整土地利用结构,注重增加生态用地,稳步提升区域生态系统服务价值。     

景观格局变化下陕西汉江流域生态价值与风险的相关性研究

陕西汉江流域是"南水北调"中线工程的主要水源地,属于国家重点生态功能区。研究流域内景观格局的时空变化特征、生态系统服务价值和景观生态风险的相关性,对保持流域内生态系统稳定性、保障流域生态安全具有指导意义。基于2000年、2005年、2010年、2015年、2020年陕西汉江流域5期土地利用数据,采用景观格局指数计算、生态系统服务价值评估、景观生态风险评估等方法,研究景观格局变化下生态系统服务价值、景观生态风险的时空演变机制及空间相关关系。结果表明:(1)2000—2020年,流域内景观格局斑块破碎程度降低、异质性和连通性减弱、多样性增加,各地类景观向复杂化方向发展;(2)研究时域内,研究区ESV总体增加5.23亿元,气候调节价值最高,占比41.70%,以较低和中等价值等级为主,占比约61.62%;(3)研究时域内,研究区ESR整体呈小幅减少趋势,降幅1.40%,以较低和中等生态风险等级为主,占比约61.55%;(4)陕西汉江流域生态系统服务价值与生态风险之间存在显著负向空间相关性。景观格局变化使陕西汉江流域生态系统服务功能升高,生态风险降低,两者空间自相关性减弱。     

基于CLUE-S模型的南四湖流域土地利用及其生态效应评估

[目的]分析南四湖流域土地利用变化的生态效应并探讨其动态演变特征,为流域土地资源的合理开发利用和生态系统的保护提供参考。[方法]基于南四湖流域2000至2015年土地利用数据,利用生态系统服务价值核算模型及CLUE-S模型对南四湖流域的生态服务价值及其动态演变特征进行计算和分析。[结果]2000—2015年南四湖流域耕地、草地和未利用地面积减少,林地、水域/湿地和城乡建设用地面积增加,南四湖流域整体生态系统服务价值增加了9.10亿元,但粮食生产、气体调节和保持土壤等生态功能分别下降了0.85%,0.85%和1.29%,生态问题依旧存在,生态系统服务价值分布不均匀,生态减值区的分布范围大于生态增值区。2030年流域内生态系统服务价值略微增加,而粮食生产、气体调节和保持土壤等单项生态系统服务功能继续下降,生态价值极低区以城市为中心向四周扩张,生态增值区范围缩小。[结论]虽然研究区内生态系统服务价值呈上升趋势,但生态价值分布不平衡,生态服务功能有升有降,因此有必要制定相应的措施,来控制土地利用类型的转换,平衡流域内的生态环境。     

重庆龙溪河流域水生态系统服务时空演变及对土地利用变化响应

探究区域水生态系统服务时空变化状况及其与土地利用的关系,有利于区域水生态环境保护和国土资源合理开发利用,帮助决策者通过合理的土地利用方式提高区域生态系统服务能力,平衡区域生态功能与农业生产功能。选择位于长江上游重要生态屏障的重庆市龙溪河流域作为研究对象,利用InVEST模型,对龙溪河流域近20年产水、水质净化、土壤保持服务等水生态系统服务的时空变化特征和其受不同土地利用类型的影响进行了研究。结果表明:(1)近20年龙溪河流域水生态系统服务总体呈增强变好的趋势,但存在一定的空间差异性。虽然产水与水源涵养服务在整个流域空间上相差不大,但水质净化服务在流域林地密集区较场镇和工业集聚区强,土壤保持服务在流域中部南北向水域、建设用地、农地集中区较流域东西两侧坡地强。(2)不同土地利用类型对流域水生态系统服务贡献呈现较大差异性。产水服务由强到弱表现为耕地>林地>建设用地>草地>水域,水源涵养能力表现为耕地>草地>水域>林地>建设用地,水质净化服务表现为林地>草地>建设用地>耕地>水域,土壤保持服务表现为水域>建设用地>耕地>林地>草地。(3)为平衡供给与调节服务,宜以乡镇为单元将龙溪河流域划分为生态修复区、农业生产区、城镇发展区,并针对各分区采取相应生态措施。     

汉江流域水源涵养功能的关键生态修复区识别与植被优化配置

[目的]识别汉江流域水源涵养关键生态修复区,进行植被优化配置和生态修复效果的验证,为生态修复工程实施范围提供科学依据。[方法]主要利用InVEST模型,估算2020年水源涵养量,通过水源涵养功能强弱识别关键生态修复区,将水源涵养弱功能区内有林地、灌木林、草地、未利用地和25°坡以上的耕地区域作为修复区,对修复区进行林地适宜性评价,依据林地适宜性评价结果完成各土地覆盖类型之间的优化配置,模拟完成配置后修复区的水源涵养功能,并与配置前进行比较。[结果]植被优化配置后,修复区产水量降低了6.97%,水源涵养总量提高了14.96%。[结论]汉江流域通过植被优化配置手段提升水源涵养功能具有一定的潜力,未来应在水源涵养功能的基础上同时考虑其他生态服务功能,进行汉江流域修复区识别,以便采取更全面的修复措施来解决汉江流域的生态问题。     

基于InVEST模型的南北盘江流域产水量时空变化研究

[目的]研究南北盘江流域产水量的时空变化特征以及不同土地利用类型、土壤类型和地形之间的产水功能差异,以期为流域内水资源有效管理和生态修复提供科学参考。[方法]基于InVEST模型定量评估了2005—2020年南北盘江流域产水量的时空变化特征、内部差异性及植被恢复对该地区产水功能的影响。[结果] 2005—2020年流域内的平均产水总量小幅波动,在空间上呈现东北部与中部高,西南部低的趋势,总体产水格局与降水量时空变化具有空间吻合性。在不考虑降雨量显著变化的情况下,耕地与草地面积减少是导致流域内产水总量呈现出小幅波动下降趋势的主要原因。各土地利用类型中产水能力最强的类型为建设用地,其次分别为裸地、耕地和草地。常绿针叶林与灌林地的产水能力较弱。流域内的产水能力随海拔升高而逐渐降低,土壤以产水能力较强的黄壤与红壤为主。该流域产水高值区主要集中于低、中海拔,以黄壤与红壤为主的东北部与中部区域;低值区主要集中于高、较高海拔,分布着大量石灰(岩)土和紫色土的西南部。[结论]该流域产水量空间格局有一定变化,其产水高值区有向东、东北偏移的趋势。土地利用类型、气象因子、土壤质地、地形等因素对产水功能空间异...     

江苏省沿海地区土地利用变化及其生态效应

[目的]分析江苏沿海地区的土地利用类型和空间变化,探讨江苏沿海地区土地利用变化产生的生态效应,为土地利用规划提供理论支持。[方法]以江苏沿海地区1990,2000和2010年3期土地利用类型数据为基础,借助GIS技术和Costanza等的生态服务价值计算模型,求取土地利用动态度、综合程度指数、质心变化和生态服务价值量等,并进行剖析。[结果]1990—2010年,研究区内耕地、林地和草地的面积减少,水域、城乡建设用地和未利用地的面积增加。城乡建设用地的扩张占用了耕地,对耕地的补充主要是草地,草地、未利用地和城乡建设用地在空间位置上变化较大。耕地、林地和草地面积的减少使得研究区生态服务价值降低,而水域的面积的增加带来的生态效益弥补了因上述用地类型面积减少造成的损失。[结论]1990—2010年研究区生态服务价值增加了24.34亿元,但从空间上来看,生态增值区分布范围小,主要集中在盐城的东部沿海,而生态减值区分布范围较广且有扩大的趋势,有待通过规划等措施强化土地利用变化的综合调控。     

基于GEE数据平台的北洛河流域1970-2019年土地利用结构变化特征

[目的] 探究北洛河流域土地利用时空变化及其驱动力,为该区土地资源优化、环境质量改善和水沙生态要素变化分析等提供科学依据。[方法] 基于GEE平台整理和处理北洛河流域1970—2019年间6期遥感影像数据,从时间变化、动态度、转移方向和空间分布等角度分析流域土地利用变化特征,并对其驱动因素进行探讨。[结果] 研究时段内,北洛河流域土地利用类型以耕地、林地和草地为主,数量结构从2000年前的1：1.1：0.6变化到2000年后的1：2.7：0.7。1970—2019年研究区耕地、草地和水域的减少率分别为16.6%,6.7%和0.1%,林地和建设用地的面积增加率为19.9%和1.3%。流域耕地和草地斑块趋于分散且简单化,林地斑块趋于聚集和复杂化。土地利用转移主要以耕地转林地、耕地转建设用地和草地转林地为主。流域土地利用综合动态度先增后减,2000—2010年间达最大。流域中,上游丘陵沟壑区土地利用结构变化最为显著,其次为中游的甘泉、宜君、华池、合水等县。[结论] 国家政策的演变、社会经济发展和人口增长决定了土地利用变化的方向和程度,自然因素为长期辅助影响因素。     

快速城市化地区土地利用变化的生态环境效应——以杭州市中心城区为例

[目的]评价和分析杭州中心城区1995—2014年土地利用变化的生态环境综合效应,为土地利用管理和城市生态环境治理提供依据。[方法]基于杭州市中心城区1995,2000,2005,2010和2014年5期TM影像数据,获取不同时段土地利用变化数据,并利用生态系统价值评估、碳排放核算和景观格局指数等分析方法。[结果]近20a来,杭州市生态系统服务总价值从1995年的32.43亿元下降至2014年的23.96亿元,共减少26%,占同期GDP比重从5.86%下降至0.56%;土地利用净碳排放从1995年的4.26×10t增加至2014年的1.51×107 t,碳吸收从7.22×105 t下降至6.49×105 t,2014年碳排放的社会成本已高达145亿元;生态服务低价值区主要以中部为中心向周围蔓延,土地利用生态景观分析结果显示破碎化程度降低,连通性提高趋势,但多样性锐减。[结论]研究区内林地和水体面积减少,建设用地增加是生态系统服务总价值减少的主要原因。建设用地碳排放急剧增加和林地的碳吸收锐减是土地利用净碳排放增加的主要原因。研究区土地利用变化引起的生态景观格局变化明显,生态服务价值空间分布不均。     

鄂尔多斯高原泊江海子流域土地利用动态变化及驱动因素分析

土地作为陆地生态系统的载体,其利用方式的变化直接影响着陆地生态系统服务功能的种类和强度。泊江海子流域位于鄂尔多斯高原干旱半干旱区,生态系统脆弱,流域生态系统服务功能在近十几年严重退化。本文基于Landsat影像数据提取了研究区1990—2015年间的6期土地利用数据,分析研究区土地利用时空变化特征及其驱动因素。结果显示:研究期内主要的土地利用类型为草地、耕地和未利用地,土地利用总体变化显著。空间变化上呈东西部及中北部耕地增加、南部未利用地减少的主要趋势。各土地利用类型面积变化及转换特征不一。草地整体处于动态转换平衡状态,约占流域总面积的70%。耕地和未利用地分别呈增加和减少的趋势,变化面积分别占流域总面积的6.05%和7.62%,其各自的主要来源或去向均为草地。水域面积减少了总面积的1.45%,主要转出去向为滩地。1995—2000年是土地利用转换最为频繁的时段,2005—2010年间土地利用变化呈动态不平衡状态的表现最为突出。研究期内流域土地利用变化受降雨减少、气温升高等气候变化和生态恢复工程建设、水利工程建设等人类活动的综合驱动影响。合理规划土地利用,限制种植高耗水树种及作物,减少河流上游汇水区耕地等,是保障研究区生态系统可持续健康发展的重要措施。