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。     

郑州市土地利用/覆被变化与生境质量的时空演变及情景预测

[目的] 探究郑州市土地利用格局和生境质量时空演变特征并预测未来发展趋势,为区域生态保护实践和可持续发展提供理论参考。 [方法] 基于PLUS模型和InVEST模型,同时结合ArcGIS空间分析及地理信息图谱法,分析2000—2020年郑州市土地利用变化情况,并模拟2030年基准情景和生态保护情景下的空间分布格局,探究郑州市生境质量时空演变规律和像元尺度下的迁移状态。 [结果] ①2000—2020年,耕地和建设用地为郑州市主要景观类型,20年间,建设用地面积激增,涨幅15.76%,主要来源于耕地; ②PLUS模型对郑州市土地利用模拟具有适用性,相较于基准情景,2030年生态保护情景下建设用地扩张受限,生态用地总量上升,该情景可为研究区推进生态建设提供参考; ③2000—2020年生境质量不断退化,空间分布差异显著,高生境质量区始终位于巩义市和登封市,低和较低等级的图谱单元相互转移最频繁; ④2030年延续“西高东低”格局,生态保护情景下生境质量呈“低值减少,高值增多”的特征,向较高和高等级转移率升至14.44%,与基准情景相比表现出稳中向好的发展趋势。 [结论] 郑州市生境质量时空分布与土地利用变化密切相关,未来应注重国土空间结构的合理布局,增强土地利用效率,提升生态系统质量和稳定性。     

长白山森工集团天保工程生态效益动态变化

基于2000年底和2015年底,长白山森工集团森林资源二类调查数据和森林生态站长期监测数据,利用森林生态系统服务全指标体系,连续观测与清查(简称森林生态连清)体系,采用分布式测算方法,对研究区天然林生态系统,从涵养水源、保育土壤、固碳释氧、林木积累营养物质、净化大气环境和生物多样性保护等6项服务进行评估,量化并揭示长白山森工集团天保工程生态效益的动态变化.结果表明:在天保工程实施后,天然林各项生态系统服务物质量和价值量均呈现增加趋势,物质量增加量分别为涵养水源7.78亿t/a、保育土壤2 255.32万t/a、固碳释氧量191.87万t/a、林木积累营养物质6.35万t/a、释放负离子0.22×10”个/a、吸收污染物量2 879.16万kg/a、吸滞PM10总物质量122.43万kg/a、吸滞PM2.5总物质量18.38万kg/a;价值量增加381.75亿元/a,6项服务的价值量贡献顺序依次为生物多样性保护＞涵养水源＞保育土壤＞净化大气环境＞固碳释氧＞林木积累营养物质,其中,生物多样性保护和涵养水源为研究区天然林生态系统服务的主导功能.天保工程实施后,保育土壤功能的生态系统服务价值量增加量最大,占总增加量的27％,涵养水源次之,对该区天然林生态效益影响最大.该研究为天保工程的后续开展提供借鉴和参考,为天然林的经营管理提供科学依据和指导.     

基于InVEST模型的洞庭湖生态经济区生态系统服务功能研究

[目的]探讨洞庭湖的生态服务功能物质量空间分布情况,提升研究区乃至长江流域生态系统服务功能,为土壤保持、土地利用和生态保护提供参考。[方法]基于InVEST模型,以洞庭湖生态经济区为研究区域,评估2005,2018年水源涵养、土壤保持、碳储存和生境质量4项生态系统服务物质量及4项生态系统服务功能间的权衡关系。[结果](1)土地利用转化以林地和耕地、水域和耕地间相互转化以及林地、耕地转化为建设用地为主。(2)水源涵养和土壤保持功能显著提升,碳储存和生境质量功能略微下降。(3)水源涵养、碳储存、生境质量功能物质量低值区分布在研究区中部湖区附近,而高值区分布在东部地区;土壤保持功能物质量的高值区主要分布在东部、西南部和西北部地区。[结论]受经济发展客观需要和退田还湖、退耕还林等相关生态保护政策影响,研究期内洞庭湖区土地利用情况、生态系统服务功能物质量均发生较大变化,且研究区内水源涵养和生境质量之间为权衡关系,水源涵养和土壤保持之间为兼容关系,其他各项生态系统服务间均为协同关系。InVEST模型对生态系统服务功能的评估更全面。     

辽宁省森林生态系统服务功能空间格局

为了直观反映辽宁省林业建设的成效,基于辽宁省2017年森林资源二类调查数据和生态连清数据,根据中华人民共和国国家标准GB/T 38582-2020《森林生态系统服务功能评估规范》,应用分布式测算方法,对辽宁省森林生态系统保育土壤、林木养分固持、涵养水源、固碳释氧、净化大气环境5项服务功能进行评估,并探讨生态系统服务功能...     

基于生物量的森林生态功能修正系数的应用——以辽宁省退耕还林工程为例

为了对同一生态单元同一目标林分类型中没有生态监测数据的林分进行准确的生态服务功能评估,以辽宁省退耕还林工程为例,基于生物量的森林生态功能修正系数对其生态服务功能进行评估。结果表明:2013年,辽宁省退耕还林工程生态系统服务功能总价值量为491.94亿元,在涵养水源、保育土壤、固碳释氧、林木积累营养物质、净化大气环境和生物多样性保护6个生态系统服务功能中,涵养水源和生物多样性保护的生态系统服务功能价值量占退耕还林生态系统服务功能总价值量的比例最大,分别为26.84%和26.30%。研究结果可为《森林生态系统服务功能评估规范》的修订和区域尺度森林生态系统服务功能的精确核算提供参考。     

西部平原区生态用地时空动态特征及环境效应

为了探究生态用地变化特征及其对区域生态环境的影响效应,以西部平原区的四川省广汉市为例,基于土地利用转移概率矩阵和重心迁移模型分析研究区生态用地的时空演变特征,然后从承担生态风险、生态服务供给、均衡生态系统的维度运用生态系统服务价值、生态敏感性和生态协调评估分析评价了研究区生态用地演变导致的生态环境效应。结果表明:(1)2000-2017年,研究区生态用地流失严重,大量城镇边缘的生态用地被快速转化为建设用地。研究区生态用地总面积减少9769.51 hm²,耕地面积减少了10726.91 hm²,生态用地重心向北部迁移。(2)生态用地格局受建设用地扩展的扰动对区域生态环境带来了压力和风险,产生了一定的负向影响。生态系统服务价值减少了17.11%,生态极敏感和高度敏感区面积分别增加1629.47,4294.40 hm²,生态协调度下降了10.36%。西部平原地区在快速城镇化进程中生态用地流失严重,整体生态环境承受较大压力,应加强生态用地科学管控与修复,提升国土空间环境综合治理能力。     

矿业城市土地损毁生态风险评价与空间防范策略

为量化矿业城市土地损毁生态风险、提高土地复垦和综合整治有效性,以吉林省辽源市为研究区,提出基于GIS的矿业城市土地损毁生态风险定量评价与空间防范的思路和方法。首先将土地损毁作为直接生态风险源,将土地生态系统作为生态风险受体,借助遥感信息模型与GIS空间分析模型,依次评价土地生态系统的生态敏感性、土地损毁累积作用以及二者间的暴露关系;然后确定综合生态风险值及其等级空间分布,并据此将矿业城市土地利用划分为环境敏感特别保护区、一般生态保护区、生态保育区、生态协调区、生态复垦区、限制发展区、工矿发展区与城镇发展区等八大功能区,各区内生态风险防范措施各有侧重;最后利用2010年城市总体规划图对评价与分区结果进行有效性分析,分析结果表明,辽源市90%以上的规划建设用地属于发展主导区域、70%以上的非规划用地属于生态保护主导区,研究结果与2010年城市规划用地布局范围基本吻合。基于 GIS 定量方法进行矿业城市土地损毁生态风险分析可空间化土地利用的风险等级与主导风险因素,为制定有针对性的风险防范措施提供了空间信息;也为矿业城市土地复垦规划、土地整理规划与土地利用总体规划的有机结合提供了参考。     

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。     

基于PLUS-InVEST模型的安徽省碳储量时空变化预测

[目的]分析安徽省2000年以来碳储量的时空变化及空间分布特征,为未来该区土地管理决策和生态系统碳库管理提供有效指导。[方法]以安徽省为例,基于2000,2005,2010,2015,2020年5期土地利用数据,采用PLUS模型模拟2030,2040年不同情景下土地利用格局,并运用InVEST模型定量评估不同情景下陆地生态系统碳储量的空间变化。[结果](1)2000—2020年安徽省约有8.03%土地发生了转移,耕地与建设用地之间的转化是该省土地利用变化的主要特征。(2)2000—2020年陆地生态系统碳储量总体呈下降趋势,下降了1.01×10⁸ t。空间格局上呈现“南高北低”的特征,碳密度高值区主要分布在皖南、皖西山区。(3)2020—2040年自然发展情景下碳储量下降趋势明显,耕地保护情景下降速度有所减缓,生态保护情景下碳储量明显增加,增量为3.07×10⁷ t。[结论]实施生态保护政策能够有效提高区域生态系统碳储量,增强生态系统服务功能。未来在进行土地利用管理决策时应统筹考虑生态保护和耕地保护,促进区域生态系统良性可持续发展。     

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。     

基于不同种类生态安全的土地利用情景模拟

为解决中国城市化进程中日益严峻的生态和环境问题,合理确定未来土地利用结构和布局是关键,开展不同约束条件下的土地利用情景模拟研究对于科学规划和辅助决策具有重要意义。该文首先采用景观安全格局理论构建了曹妃甸新区综合生态安全格局,然后基于GIS和CA-Markov模型,提出了一种基于生态安全格局的土地利用情景模拟方法,并借助于2005年和2013年2期土地利用遥感解译图对曹妃甸新区生态安全格局保护与无生态保护2种土地利用情景下2021年的土地利用结构和布局进行了预测和模拟,结果显示,曹妃甸新区生态安全格局总面积为1 058.80km2,占区域总面积的53.53%,其中底线生态安全格局面积为312.67km2,占区域总面积的15.81%。生态安全格局保护情景下,底线生态安全格局范围内新增建设用地为0,且总生态安全格局范围内新增建设用地比无生态保护情景减少17.47km2。生态安全格局保护情景下,景观更趋于破碎化,景观的形状更趋复杂,建设用地与生态用地的分布更趋合理。该研究方法和结果可为区域城市规划和生态保护提供技术支撑和决策参考。     

基于生态系统服务价值和生态安全格局的土地利用格局模拟

河北省沿海经济的快速发展导致滨海土地利用格局快速转变,威胁土地生态安全。针对性核算区域生态系统服务价值,探寻生态安全格局进而优化土地利用格局可为土地利用规划与整治提供决策支持,是保障区域生态安全的必然选择。该文以河北省黄骅市为研究区,利用遥感、气象数据和外业调查数据,采用植被净第一生产力核算生态系统服务价值,借助该价值构建生态安全格局,以生态安全格局为影响因素利用元胞自动机和马尔科夫模型进行不同情境土地利用格局模拟。结果表明:2011年单位面积生态系统服务价值湿地最大,为14.95元/(m2·a),建设用地最小,为2.44元/(m2·a);养分循环功能贡献率最大,为26.89%,净化环境功能贡献率最小,为0.22%;研究区分为生态核心保护区、生态缓冲区、生态恢复区和人类活动核心区,生态核心保护区面积最小,为168.58 km2,生态缓冲区面积最大,为1 400.33 km2;无生态保护情景与生态安全格局保护情景相比较,生态系统服务价值由94.11亿元上升到95.70亿元,生态核心保护区在生态安全格局保护情景下得到完全保护,新增建设用地为0。该研究方法和结果可为区域土地利用总体规划、城市规划和生态环境保护提供技术支撑和决策参考。     

土地整理中的生态服务价值损益估算

土地整理所引起的土地利用方式的变化会影响生态系统的结构和功能,也必然会对生态系统的服务功能产生影响,分别从中国东、中、西三大地带中各选取一个土地整理项目作为典型案例,估算由于土地整理活动而引起的生态系统服务价值的损益,可以为土地整理的决策提供定量依据,有助于实现土地整理的可持续目标。研究表明,3个土地整理项目在整理后总生态服务价值均有所减少,生态服务价值损失率最小为0.94%,最大达到23.63%,说明在中国土地整理实践中出现了忽视生态环境建设的问题。另外在3个项目区,土地整理后气候调节功能价值、土壤形成与保护功能价值、食物生产功能价值都有所增加,水源涵养功能价值、生物多样性保护功能价值和娱乐文化功能价值都有所减少,其他功能价值在不同的项目区变化不同。     

多情景退耕还林对林地生物多样性保护价值的潜在影响

退耕还林对生物多样性保护具有显著的正向影响,评估其生物多样性保护生态服务价值意义重大。现有研究多采用当量法计算生物多样性保护的生态服务价值,但该方法未考虑不同林地类型的差异化生物多样性价值,因而难以实现空间精细化评估。该研究从生态连通视角切入,以云南省保山市施甸县为例,根据坡度和相关政策设定1种现状情景(情景I)与3种退耕情景(情景Ⅱ、情景Ⅲ与情景Ⅳ),采用形态空间模式识别生态源地、指数法分析生态连通性和斑块重要性,进而计算各情景下的生物多样性保护的生态服务价值。在此框架中,该研究通过空间精细化手段修正各类林地的当量因子系数。结果表明：随着物种扩散距离的增加,生态连通性增加,情景Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的森林的生物多样性保护的生态服务价值均呈现增加趋势,依次增加了3.02×10⁷、4.7×10⁶和1.57×10⁷元,更有助于增加生物多样性保护生态服务价值的退耕方式是情景Ⅱ;从修正当量角度看,情景Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的修正当量系数分别为1.51、1.46和1.47,最有利的退耕情景为退耕程度最小的情景Ⅱ,而退耕程度最大的情景Ⅲ却没有取得相应的成效...     

基于GeoSOS-FLUS的涪江流域生态系统服务价值评估及多情景模拟

为了探究涪江流域的土地利用结构及其生态服务价值的时空变化,通过预测情景支持未来土地规划,研究基于1980—2018年5期遥感影像,构建生态系统服务价值评估模型并分析时空动态变化,采用GeoSOS-FLUS模拟自然发展情景、耕地安全情景、生态保护情景和快速发展4种情景下未来的土地利用变化及生态系统服务价值的演变趋势。结果表明：(1) 1980—2018年,耕地面积减少542.25 km²,减幅为2.57%;建设用地扩张面积525.66 km²,增幅达255.50%。(2)对应其生态系统服务价值呈增加趋势,由1980年的776.48亿元增加到2018年的783.67亿元,不同土地利用类型对生态系统服务价值的贡献顺序为林地>耕地>水域>草地>未利用土地。(3)在空间上呈现上游高中下游低,下游地区大致呈现由中部向东西两侧递减趋势,流域西南部是低价值区。(4) 4种发展情景下,2030年的生态服务价值分别是784.80亿元、740.31亿元、811.09亿元和751.40亿元,相较于2015年变化了1.44亿元(增加)、-43....     

基于土地利用的武汉城市圈生态系统服务权衡/协同分析

为探究生态系统服务间的权衡/协同关系,以对区域可持续发展提供决策参考。在分析和模拟土地利用变化的基础上,对武汉城市圈39个区县的食物供给服务、碳储量服务和生境质量服务进行了评估,探究其时空演变特征和权衡/协同关系。结果表明:(1)武汉城市圈2005—2018年建设用地和水域面积不断增加,而耕地、林地、草地和未利用地持续减少。2035年综合发展情景下耕地减少趋势得到缓解,林地面积有所增加,建设用地实现有序扩张。(2)武汉城市圈食物供给服务持续提高,碳储量服务不断下降,生境质量总体上也呈下降趋势。多重服务重要区识别表明,各年份中度重要区域面积最大,而极其重要区域面积最小。(3)相关系数法和双变量空间自相关法均表明多尺度下不同情景的生态系统服务间权衡/协同关系是一致的,但程度有所区别。由此可得,区域3种生态系统服务间以权衡关系为主,且不同情景下权衡/协同关系的程度不同。     

基于生态系统服务和PSO-SOFM神经网络的中亚水土热资源匹配分区

水土热资源匹配度分区研究对于区域农业规划具有重要意义。中亚地区长期以来缺乏合理的水土热资源管理,已引发了一系列资源环境问题,严重威胁该地区农业生产。目前的研究也较少关注中亚水土热资源匹配分区模式。本研究利用遥感数据,通过量化4种主要生态系统服务(植被固碳、土壤保持、水源供给与涵养及生物多样性保护)的时空分布特征,结合PSO-SOFM(particleswarm optimization,PSO;self-organizing featuremap,SOFM)神经网络模型实现中亚水土热资源匹配度分区,并利用Spearman秩相关分析探索不同匹配度分区与生态环境因子的关系,应用偏相关分析确定气温和降水量对中亚地区生态系统服务的影响。结果表明,中亚生态系统服务总体呈东南高、西北低的空间格局,沿山地—绿洲—荒漠方向递减。在2000—2015年间,各类生态系统服务均有不同程度变化,其中植被固碳和土壤保持呈显著下降的面积占整个中亚的84.81%和84.82%;水源供给与涵养以及生物多样性保护服务呈显著下降的面积较少,占比分别为69.48%和19.8%,且这两种生态系统服务在个别地区有增加趋势。PSO-SOFM神经网络模型在中亚水土热资源匹配度分区中表现良好,根据生态系统服务值空间模式,中亚水土热资源匹配度可被划为5大类21个子类分区。在空间尺度,各类匹配度分区之间生态系统服务值有显著差异,降水是影响生态系统服务和匹配度高低的重要限制因子,而气温和土壤因素影响较弱;在时间尺度,降水和各生态系统服务值间呈显著正相关关系的范围更广,而气温对生态系统服务值有显著影响的区域主要集中在哈萨克斯坦北部草地—半荒漠生态敏感区、中亚荒漠生态脆弱区、中亚中部半荒漠生态敏感区以及巴特赫兹—卡拉比尔半荒漠生态敏感区等地。而在其他区域,气温和降水量并非决定生态系统服务值高低的主要因素,生态系统服务值的变化可能与土地开发利用模式有关。结合不同匹配度分区的生态地理条件,本研究可为中亚地区水土资源开发利用、农牧业发展以及生态环境保护提供有用信息。