基于耕地“三生”功能的耕地生态供需差异研究——以吉林省辽河流域为例

[目的] 探究耕地生态供需差异特征,为有效保障耕地生态功能的持续供给,维护区域粮食安全和生态安全提供理论支持。[方法] 以吉林省辽河流域为例,基于耕地“三生”功能,综合耕地生产性足迹、生活性足迹和生态性足迹,改进生态足迹模型,明确研究区耕地生态供需差异。[结果] ①辽河流域耕地生产性足迹、生活性足迹和生态性足迹差异较大,其中,耕地生活性足迹最大,生态性足迹最小。②辽河流域耕地利用处于显著的生态盈余状态,整体表现为“县(市)盈余,区赤字”的特征,造成耕地生态赤字的原因为耕地的生产性赤字。③辽河流域耕地生态供需状况在空间上具有显著的不平衡性,整体呈“北盈南亏,梯次递进”的空间分异特征。[结论] 构建基于耕地“三生”功能的生态足迹模型,能够更加全面地探索耕地生态供需情况。基于耕地的多功能,人类对耕地资源的占用与消耗差异显著。流域耕地生态补偿机制的建立应充分考虑其空间差异特征。     

2007-2016年贵州省水资源生态足迹的演化特征

[目的]分析近10 a来贵州省及各地市的水资源生态足迹及其时空变化规律,揭示其主要影响因素,为该省社会经济发展与水资源可持续利用提供参考依据。[方法]以贵州省为例,基于生态足迹模型,计算该省2007-2016年水资源生态足迹及水资源生态承载力,并分析其演化过程。[结果]①贵州省水资源生态足迹由2007年的1.62×10⁷ hm²上升至2016年的1.66×10⁷ hm²,整体呈波动上升趋势。水资源生态承载力小于生态足迹需水量,但生态承载力的年际变化明显,导致生态压力指数为0.105~0.203。水资源存在1.779~3.827 hm²/人的生态盈余,可持续开发利用潜力较大。②从工业、农业、生活及生态各部分用水的人均生态足迹变化看,人均工业用水生态足迹下降明显,2007-2016年下降了18.9%,主要得益于万元GDP生态足迹的持续下降;人均农业用水和生活用水生态足迹变化幅度小,分别维持在0.085,0.024 hm²/人左右。③2014-2016年贵州省各地州市人均水资源生态足迹、人均水资源生态承载力以及生态盈余的空间变化差异显著,整体上表现为与经济发展呈明显的正相关。经济较为发达的中西部地区,水资源需求量大,生态盈余较低;经济较为落后的东部地区,水资源需求量较小,生态盈余较大。[结论]贵州省水资源消耗量减少,利用效率逐渐提高,水资源开发利用处于安全状态,可开发利用空间大。但贵州省9个市州水资源生态足迹与生态承载力存在严重分布不均的现象,需合理调配和利用。     

粮食安全与生态安全双视角下中国省域耕地保护补偿研究

在生态文明背景下，耕地保护的目标应从单一的粮食安全保障转为粮食安全与生态安全双重保障。为了实现耕地保护的全面补偿，提高耕地保护效果，该研究拟从粮食安全和生态安全的角度确立耕地保护补偿标准，采用机会成本法、当量因子法、影子价格法等，确立耕地保护的支付补偿省和接受补偿省，为建立中央政府统筹安排下的耕地保护补偿政策提供参考。结果表明：1）基于粮食安全的角度，确定耕地赤字的省份有16个，广东省的耕地赤字状态最严重；耕地盈余的省份有15个，黑龙江的耕地盈余量最大。以建设用地使用权年收益为依据，确立粮食安全视角下的耕地保护补偿标准为9.9万元/hm2。2）基于生态安全的角度，确立耕地生态赤字的省份有9个，广东省的耕地生态赤字最严重；耕地生态盈余的省份有22个，广西省的耕地生态盈余量最多。以全国耕地生态系统服务净价值为依据，确立生态安全视角下的耕地保护补偿标准为8 519.9元/hm2。3）在粮食安全和生态安全双视角下，耕地保护补偿的净支付省份有15个，净支付额度为山西（90.82亿元）～广东（7 080.48亿元）。双视角下耕地保护补偿的净受偿省份有16个，净受偿额度为西藏（166.83亿元）～黑龙江（12 692.65亿元）。     

基于三维生态足迹模型的山西省矿区2010-2019年自然资本存量动态评估

[目的] 对山西省矿区自然资本存量进行动态评估,为矿区生态环境保护及生态补偿提供理论依据。[方法] 以矿区自然资本为视角,基于生态足迹与生态承载力核算结果,运用三维生态足迹模型,测算山西省矿区2010—2019年生态足迹深度与足迹广度,借助足迹深度与足迹广度的剪刀差分析其动态演变特征并阐释矿区自然资本存量动态演变的作用机理。[结果] ①山西省矿区人均生态赤字由2010年的4.40 hm²/人增加到2016年的6.31 hm²/人,随之降低到2019年的5.02 hm²/人,生态足迹与生态承载力的差距总体趋于缩小; ②2010—2019年,人均生态足迹广度大致呈递减趋势,由0.63 hm²/人降到0.47 hm²/人,而人均生态足迹深度呈现出先增后减的“倒U”形变化趋势; ③矿区自然资本存量时空动态演化是由煤炭资源禀赋、开采规模、矿区生态供求、生态足迹与承载力以及资本流量、存量的深度、广度等多重因素综合作用的结果。[结论] 山西省矿区生态足迹与承载力差距趋于好转,但生态赤字仍然严重存在。     

基于生态足迹的广西壮族自治区水资源生态特征时空变化规律及其驱动因素分析

[目的] 分析近10 a来广西壮族自治区水资源生态特征的时空变化规律，探讨水资源生态足迹变化的驱动因素，为该区或同类区域的水资源合理开发与利用管理提供参考依据。[方法] 基于生态足迹模型中的水资源生态足迹、水资源生态承载力及水资源生态容量指标分析2008-2017年广西壮族自治区水资源生态特征的时空变化规律，并采用LMDI模型分析生态足迹变化的驱动因素及各地级市在关键驱动因素上的贡献比例。[结果] ①广西壮族自治区人均水资源生态足迹整体呈下降趋势，平均下降速率为-0.017 4 hm²/（人·a），人均水资源生态承载力和生态容量整体呈波动上升趋势，平均上升速率分别为0.324 6 hm²/（人·a），0.342 1 hm²/（人·a），三者在空间上均呈一定的差异性和不均衡性；②经济效应、人口效应是拉动该区水资源生态足迹增长的第一、第二因素，贡献效率分别为191.8%，25.38%，技术效应、结构效应是抑制水资源生态足迹增长的第一、第二因素，贡献效率分别为-238.0%，-79.18%；③南宁市、桂林市在结构效应和技术效应上对减少水资源生态足迹的空间贡献比例最大。[结论] 广西壮族自治区水资源生态容量处于生态盈余状态，该区的水资源利用效率逐渐提高，水资源开发局势整体向好。但城市发展与规划存在较大差异，需因地制宜地采取对策。     

福建省2010-2019年水资源生态足迹与生态承载力

[目的] 对福建省水资源生态承载力进行研究,为该区水资源可持续利用提供科学依据。[方法] 以水资源生态足迹作为理论基础,叠加水资源生态足迹三维模型,并以福建省2010—2019年数据为主,分析福建省水资源生态足迹、水资源生态承载力以及水资源空间格局。[结果] 福建省2010—2019年水资源生态足迹总体呈下降趋势,变化范围为0.696～0.928 hm²/人;水资源生态承载力受降水影响,年际变幅较大,变化范围为2.602～10.944 hm²/人,为水资源生态盈余。万元GDP水资源生态足迹呈现明显下降趋势;福建省西部地区水资源承载力明显好于东部沿海地区。水资源足迹深度为1,水资源足迹广度波动范围在1以下,并呈下降趋势。[结论] 福建省水资源比较丰富。目前条件下,该省水资源承载力能够满足当地经济发展。但福建省水资源承载力年际变化较大,空间分布差异较大,随着经济的发展,水资源还是存在一定风险。     

基于生态足迹的港口型城镇土地生态安全研究——以宁波市镇海区为例

以宁波市镇海区为研究对象,利用生态足迹分析理论与方法,对镇海区1997-2011年的土地生态安全状况进行了评价。结果表明:镇海区人均生态足迹从1997年的6.4178 hm²增加到2011年的7.7374 hm²,而同期的人均生态承载力则由0.3370 hm²小幅增加到0.3624 hm²。人均生态赤字由6.0808 hm²增加到7.7130 hm²,生态压力指数由19.04上升为20.79。研究期内镇海区的人均生态足迹高于人均生态承载力,出现了巨大的生态赤字,港口地区土地生态系统处于很不安全状态。城镇化发展、重化工产业布局和居民消费结构调整是影响镇海区土地生态安全的重要因素,同时由于国际贸易存在使得港口型城镇土地生态状况存在"虚高"现象。为调整港口型城镇土地生态安全状态,还应采取协调港城关系,降低化石能源比重和提高生态用地比例等对策措施。     

1990—2020年淮河生态经济带耕地资源分布变化特征与驱动机制

探索淮河生态经济带耕地资源分布变化特征，可为保护耕地、保障国家粮食安全提供规划和决策依据。基于1990—2020年遥感影像数据，利用空间探索、统计分析等方法，揭示该区域耕地资源在过去30年的时空分布变化及其驱动机制，并进一步对2030年土地利用进行情景预测。结果表明：1）淮河生态经济带土地利用结构以耕地为主，平均占比为68.70%；近30年来研究区耕地面积剧烈缩减8.63×10⁵ hm²，年均减少2.88×10⁴ hm²，其中旱地减少占耕地总减少量的82%；耕地的流失主要在于建设用地的侵占。2）耕地资源具有明显的集聚特征，以淮河为分界线集聚分布，呈现“东南水田、西北旱地”的典型分布特征。3）耕地资源分布变化的主导驱动因子包括农业机械化水平、粮食产量、人口等社会驱动力；生态驱动力各要素对耕地资源变化的驱动力则相对较为稳定。4）自然发展情景下，2030年耕地面积持续减少1.10×10⁵ hm²，在积极的耕地保护情景下，耕地面积将显著增加5.29×10⁵ hm²；采取耕地保护情景，鲁中南低山丘陵区以及桐柏—伏牛山通过开垦部分疏林地和低覆盖草地将其整治为耕地，东部沿海可将沿海水域合理建设为建设用地，中部区域可通过减少建设用地的碎片化，较大程度上使耕地资源的连片化，从而在一定程度上提高耕地的利用效率。研究对于优化淮河生态经济带耕地资源结构以及空间优化配置具有重要意义。     

基于资金盈亏平衡的江苏省耕地保护区域补偿研究

[目的]基于资金盈亏平衡视角对江苏省进行耕地保护区域补偿的系统性研究,为耕地保护制度的完善提供理论支撑与实证借鉴。[方法]尝试将耕地资源非市场价值纳入耕地保护补偿分区的影响因素,运用补偿标准调整耕地需求量进而倒推补偿分区,测算资金在区域内封闭运行时各地区耕地保护补偿或受偿金额。[结果](1)2010年江苏省耕地保护区域补偿价值标准为5.685元/(m2·a)(包括耕地经济、社会和生态价值补偿标准),江苏省各省辖市可划分为5个耕地赤字区与8个耕地盈余区,省内资金盈亏平衡时耕地赤字区5市应向耕地盈余区8市支付补偿金额3.78×1010元;(2)一般而言,经济相对发达地区多为耕地赤字区,经济相对欠发达地区多为耕地盈余区。[结论]中国应建立耕地保护区域补偿制度,完善激励机制,同时应提高规划的科学性与合理性。     

新疆维吾尔自治区阿克苏地区生态源地的识别方法研究

[目的] 对新疆阿克苏地区生态源地进行识别,为该地区生态安全格局构建和可持续的国土空间生态修复提供策略与建议。[方法] 以新疆阿克苏地区为例,采用定性（生态保护红线直接识别法）和定量（基于InVEST模型的综合评估法）方法识别生态源地,并在此基础上,比较两种结果之间的差异及其原因,判定目前划定的生态保护红线能否体现人类对生态系统服务需求。[结果] ①基于InVEST模型的综合评估法识别的生态源地面积为11 433.6 km²,占研究区总面积的8.9%,主要分布于区内河流及其周边区域;基于生态保护红线直接识别的生态源地面积为22 746.8 km²,占研究区总面积的17.7%,主要分布于天山南麓和区内河流周边区域;②两种方法界定的生态源地在空间分布在上存在着较大差异。综合评估法界定的生态源地中有59.4%不在生态保护红线内,面积为6 787.0 km²。③导致两种结果差异的主要原因在于生态保护红线侧重于对生态用地本身生态功能的保护,而生态源地的概念结合了人的需求,更侧重于各类生态系统为人类生产生活提供的服务。[结论] 未来的工作中,需要考虑如何将侧重满足社会需求的生态源地与侧重生态环境保护的生态红线相统一,应选择以定量识别生态源地为主,以定性识别生态源地为辅,综合划定生态源区,并提出潜在的规划和政策建议,以实现社会经济和自然环境的协调发展。     

河南省南太行地区土地利用及生态服务价值变化

[目的] 研究典型区域内土地利用变化及其对区域生态系统的影响，旨在为区域国土空间布局优化和山水林田湖草系统治理提供理论依据。[方法] 基于多时间节点遥感数据，综合“3S”技术等方法模型，对南太行地区1990—2016年土地利用及生态服务价值变化规律进行研究。[结果] 研究区2000—2010年土地利用格局较其他两时间段发生了剧烈变化，其中，旱地减少211.77 km²，建设用地增加319.78 km²，各地类动态变化度达到最大值。1990—2016年，南太行土地利用转移类型方面以旱地转为建设用地为主，建设用地复垦为旱地在研究后期逐渐成为耕地补充的重要途径，大量的未利用地得到开发利用，可供开发利用的后备资源越来越少。研究区生态服务价值总量从1990年的2.12×10¹⁰元减少到2016年的1.78×10¹⁰元，减少了3.33×10⁹元，建设用地、耕地、林地、草地和水域对生态服务价值总量变化的贡献率分别为-90.19%，-25.75%，-17.51%，-10.93%和44.46%，水温调节与废物处理等生态功能在研究期间受到较大破坏。[结论] 河南省南太行地区土地利用及生态系统特征变化明显，进一步平衡建设用地与耕地保护之间的关系，调整土地利用结构，维护生态系统服务功能是研究区国土空间布局优化和生态修复过程中应当重点关注的地方。     

流域多尺度耕地保护生态价值及其补偿标准

[目的] 测算并分析流域多尺度耕地生态价值及补偿标准,为完善耕地保护补偿机制及促进区域协调发展提供科学参考。[方法] 以吉林省辽河流域为例,运用当量子法、市场替代法、景观格局指数等,综合考虑耕地数量及空间配置情况、耕地质量差异及耕地生态负外部性,建立流域多尺度耕地生态价值核算体系,在此基础上,制定耕地生态补偿标准。[结果] ①吉林省辽河流域耕地具有非常重要的生态服务价值,且其价值具有显著的空间差异特征及尺度依赖效应。②2020年,辽河流域耕地生态价值为20 502.78元/hm²,各区县耕地生态价值取值在4 261.97～16 873.59元/hm²。不同区域分布不均衡,整体西北地区高于东南地区。③流域耕地生态补偿标准为4 319.36元/hm²,各区县的补偿标准在814.68～3 471.85元/hm²,差异较大。[结论] 针对不同空间尺度,应结合耕地生态价值及地区实际,建立差别化的耕地保护生态补偿标准及方案。     

北京市2010-2019年水资源生态足迹和生态承载力

[目的] 定量评价北京市水资源生态承载状态,为地区可持续发展提供科学依据。[方法] 以水资源生态足迹作为理论基础,叠加生态承载力模型,以北京市2010—2019年数据为主,分析了北京市水资源生态足迹、生态承载力和水资源负载指数的动态变化。[结果] 北京市2010—2019年水资源生态足迹总趋势非常平稳,其值范围为0.28~0.32 hm²/人。北京市人均水资源生态承载力在0.04~0.12 hm²/人之间,受降水影响较大。但随着南水北调外来水的输入,该项指标受降水影响的程度有所降低。万元GDP水资源生态足迹呈现上下波动的趋势,整体变幅与北京市年均降水量变化趋势一致。北京市历年来水资源呈现明显赤字,负载指数也远高于10,水资源生态压力大。[结论] 北京市近几年积极采取措施缓解水资源状况取得了一定成效,但目前北京市水资源形势依然比较严峻。南水北调外调水虽然从很大程度上缓解了北京市严重缺水的局面,但由于北京市水资源存量资本消耗严重,外来水对北京市水资源生态承载力的改善有限。提高水资源利用率,合理调整产业结构,依然是北京可持续发展的主要措施。     

基于灰色系统理论的挠力河流域净耕地面积预测

[目的] 研究如何精准提取净耕地利用信息,为农田管理与耕地科学利用提供理论支持。[方法] 基于灰色系统理论提出净耕地预测思路,以典型粮食产区挠力河流域为研究区,在土地利用变更调查数据支持下,运用净耕地系数、突变检测模型、灰色动态模型（GM）等数理模型,提取并验证净耕地（包括旱地和水田）利用信息。[结果] 挠力河流域土地利用斑块面积变化表现出显著的“灰色”特征,对20 hm²等额面积区间的非旱地和非水田斑块面积累加处理,可增强数据列的规律性特征;GM （1,1）灰色系统模型和多项式预测方法均可较为准确地提取非旱地和非水田面积信息。2018年,挠力河流域旱地和水田的净面积分别是1.06×10⁶ hm²和3.87×10⁵ hm²,对应的净系数为97.65%和98.07%。[结论] 耕地斑块面积变化具有灰色特征,可采用灰色系统理论进行净耕地面积预测。     

基于改进三维生态足迹模型的张家口市生态可持续性评价

[目的]定量分析张家口市2003—2013年的生态可持续发展状态,并对未来生态可持续发展趋势进行预测,以期为张家口市生态系统结构优化及生态建设和管理提供决策依据。[方法]应用改进三维生态足迹模型,核算张家口市各土地利用类型的三维生态足迹,并运用GM(1,1)灰色预测模型预测其未来生态可持续变化趋势。[结果]2003—2013年张家口市人均生物承载力整体不断减少,人均生态足迹、人均生态赤字、人均生态足迹深度与人均生态足迹广度均呈整体增加趋势;化石燃料土地、建筑用地、水域、耕地、草地与林地的人均生态足迹均呈增加趋势;除草地和林地外,其他生物生产性土地人均生物承载力不断减少;建筑用地、耕地与林地表现为生态盈余,人均生态足迹深度处于自然原长;化石燃料土地、草地与水域呈生态赤字状态,草地与水域人均生态足迹深度不断增加;2014—2020年人均生态足迹将逐年增加,人均生物承载力将逐年减少,张家口市生态发展处于不可持续状态。[结论]未来应采取开发新型能源,发展生态农业、旅游业,增加生态用地面积等措施来缓解生态环境压力,提高区域可持续发展能力。     

陕西省人均生态足迹动态变化及驱动模型研究

以熊德龙等改进的生态足迹理论为基础,分析了陕西省1990-2007年人均生态足迹的动态变化,并利用主成分分析和多元性线性回归方法,分析了人均生态足迹驱动力并建立驱动模型。结果表明,陕西省人均生态足迹从1990年的0.818hm²上升到2007年的2.854hm²,人均生态承载力略有下降,说明陕西省始终处于生态赤字状态。2003年以后陕西省生产性生态足迹大于消费性生态足迹,区域生态资源呈输出状态,社会经济发展对能源产业依赖性更加明显。陕西省人均生态足迹动态变化是人口、经济、环境、技术、土地利用程度等多方面因素综合作用的结果,经济增长与重工业率提高是生态足迹动态变化的主要驱动因素。     

2000—2020年华北平原耕地综合价值及其时空变化

[目的] 测算华北平原耕地的综合价值,分析价值差异和变化趋势,为中国耕地保护提供科学依据,促进形成耕地“多位一体”的保护新格局。[方法] 基于耕地的现实功能与人为耕作的影响,将耕地的价值分为正向价值(经济价值、社会价值、生态价值)和负向价值(农药、化肥),利用收益还原法、价值替代法和当量因子法对华北平原2000,2010,2020年耕地的综合价值进行核算。[结果] 2000,2010,2020年华北平原耕地价值分别为5.01×10¹²,8.45×10¹²,6.43×10¹²元;耕地的经济价值比例呈下降趋势,且正向价值在研究时段均大于负向价值。此外,各省间耕地价值分布不均衡,受耕地面积、耕作方式和农产品价格影响较大;其中,山东省耕地价值一直较为突出,河南省变化幅度较大;各省单位面积耕地的负向价值均呈上升趋势。[结论] 2000,2010,2020年,华北平原的正向价值中,经济价值比例呈下降趋势,耕地的社会价值和生态价值的重要性逐渐凸显。各省单位耕地负向价值的区域差异较大,且负向价值均呈上升趋势,河南省最为明显,农膜、化肥等对耕地的负向影响一直没有得到有效治理,且呈逐年加重的趋势。     

基于生态评价与电路理论的生态安全格局构建及关键区域识别——以安徽省为例

[目的] 构建安徽省生态安全格局,识别生态修复关键区域,以期筑牢城市发展的生态基底,为该省国土空间生态修复提供科学依据。[方法] 运用InVEST模型及MCR模型从生态系统供给侧与内部响应侧展开评价识别生态源地,利用夜间灯光数据修正阻力面,基于电路理论构建安徽省生态安全格局,识别生态夹点与生态障碍点,根据空间分异与地类特征提出差异化修复维育措施。[结果] ①安徽省共计53块生态源地斑块,面积合计4.22×10⁴ km²,占安徽省总面积的30.50%,其中南部源地集中成片生态价值高,北部较为分散生态价值低。②生态安全格局构建生态廊道共有95条,基于景观连通性分析,筛选出68条关键廊道,26条重要廊道及1条一般廊道。③共识别生态夹点119处,面积达412.45 km²,生态障碍点46处,面积达423.20 km²。④生态夹点及零星障碍点以自然维育为主,大型生态障碍点人工修复及自然恢复两措并举。[结论] 借助生态评价以及电路理论开展构建的生态安全格局更符合物种运动的真实规律,可有效识别生态修复关键区域及其分布特征。     

水生生态系统服务功能与辐射效应——以河南省洛阳市为例

[目的] 分析区域水生生态系统服务功能的价值变化和辐射效应,为区域水资源可持续发展和流域生态补偿提供科学依据。[方法] 利用ArcGIS软件对2000—2020年河南省洛阳市土地利用数据进行提取得到水域类型面积,采用能值方法对水生生态系统服务功能进行量化,并分析其变化。同时通过断裂点模型分析其功能辐射。[结果] 2000—2020年洛阳市水生生态服务总能值分别为8.01×10²¹sej, 1.29×10²²sej, 1.27×10²²sej, 1.29×10²²sej, 1.31×10²²sej,总体上呈增长趋势。其中,服务构成重心已由供给功能向文化功能偏移,系统中生物多样性保护、水产品生产、水资源供给、水资源调蓄和休闲娱乐功能居于支配地位,且休闲娱乐功能已成为核心功能。此外,洛阳市水生生态系统服务功能主要转出地区为嵩县和洛宁县,向外转移总量分别为3.10×10²⁰sej和3.21×10²⁰sej,主要转入地区为栾川县、宜阳县、伊川县及汝阳县。[结论] 在洛阳市同类地区,需要重视水生态保护,加大对区域旅游事业的扶持引导,同时合理地进行流域内生态补偿,促进各地区经济、社会、生态协调发展。     

径流季节变化对清水河河道生态环境需水量的影响

[目的] 估算清水河河道生态环境需水量,为保证清水河发挥其正常生态功能以及流域内水资源的合理配置提供依据。[方法] 通过对清水河流域用水情况实地调查,在分析整理多年水文统计资料的基础上,考虑生态用水安全,根据清水河径流随降水时间的季节性变化特点以及流域多年水文变化特征,在空间上选取清水河干流的不同断面计算河道生态环境需水量。针对需要满足河流不同生态功能要求,分别采用Tennant法、面积定额法,90%保证率最枯月水量法等方法计算河道基础生态需水量、蒸发需水量、输沙需水量以及水体自净需水量。[结果] 清水河河道生态环境需水量包括基础生态需水量、蒸发需水量、输沙需水量及水体自净需水量,年需水总量上游段为6.29×10⁶ m³,中游段为6.57×10⁷ m³,下游段为1.65×10⁸ m³。[结论] 清水河河道生态环境需水量与泥沙含量和水质有直接关系。泥沙含量高是清水河河道生态环境需水量高的最主要因素。