Digital mapping of soil ecosystem services in Scotland using neural networks and relationship modelling. Part 2: Mapping of soil ecosystem services

A framework for estimating the distribution of soil ecosystem service (ES) supply is described that is based on the concept of matrix multiplication. This approach enables relationships between fundamental soil variables and associated environmental characteristics to be linked to soil processes, and hence to ecosystem functions and ecosystem services. The parameterization of these relationships was achieved using a combination of data from the Scottish Soils Database and expert knowledge. Baseline data to allow mapping of processes, functions and services across Scotland is given by digital maps of soil classes. The matrix multiplication approach constrains the relationship linkages to linear relationships and ignores potential synergies between factors at each stage, but does provide a mechanism for relating fundamental soil characteristics to ecosystem services. The approach has been tested by developing maps of selected ecosystem services in Scotland and comparing these with existing maps of the same or similar ESs. While the values and their ranges differ in each case, the spatial distribution of services is similar. The proposed mechanism is extensible at every level and can also be used to explore the impacts of land management options on environmental characteristics. This is demonstrated by using the model to estimate impacts of liming on three ecosystem services: Agricultural Capability, Carbon Sequestration and Drinking Water Provision. The model is shown to produce reasonable estimation of the impacts of this management option. Further discussion of improvements to the system and its potential applications is given.     

辽宁省土壤侵蚀空间尺度效应初探

土壤侵蚀的空间尺度效应和不同空间尺度土壤侵蚀定量评价的分析与研究是目前土壤侵蚀研究中的热点问题之一。通过对辽宁省34个典型水文站长序列水文资料和2000年辽宁省遥感资料进行汇总,运用沙量平衡分析方法,对辽宁省小流域-中尺度流域-区域大尺度3种尺度土壤侵蚀量进行不同空间尺度的对比研究。研究表明,辽宁省土壤侵蚀的空间尺度效应随着研究尺度的增大,主要表现在：1）通过对辽河流域的研究表明,研究区土壤流失量随流域面积的增大表现出递次减小的规律;2）通过对辽宁省9大流域的水文资料和遥感资料对比研究表明,随着研究尺度增大,土壤侵蚀的宏观特征表现更为显著。通过沙量平衡分析方法,沉积泥沙存蓄变化量是造成尺度效应的重要因素之一。深入研究沙量平衡计算的理论与方法,以沙量平衡计算辅助土壤侵蚀监测工作,是进一步促进土壤侵蚀监测工作的重要方法之一。     

遥感影像空间分辨率与成图比例尺的关系应用研究

该文对遥感影像空间分辨率与成图比例尺的关系进行了研究,提出对应数学表达式。并分别对两种常用的高分辨率遥感影像IKONOS和QUICKBIRD进行了试验,以RTK GPS测量值作为真值,精校正遥感影像与真值的差作为遥感影像的实地误差,计算出影像几何校正系数,从而得到两种分辨率遥感影像可以制作的合理成图比例尺。     

土壤水盐空间异质性及尺度效应的多重分形

为了揭示研究区域林地内土壤含水率和电导率的空间分布特征及尺度效应,利用多重分形方法,对杨凌一林地内不同采样时间和不同采样面积下土壤含水率和电导率的空间异质性进行了研究。结果表明：3种采样面积下土壤含水率和电导率的空间异质性都分别随平均含水率和电导率的增大而减弱。随采样面积的增大,平均含水率和电导率较高时,土壤含水率的空间异质性趋于增强,土壤电导率的尺度效应不明显;平均含水率和电导率较低时,土壤含水率和电导率的空间分布都存在明显的斑块结构。不同采样时间和不同采样面积下土壤含水率和电导率的多重分形谱的形态有所差异,表明引起他们空间异质性的信息有所不同。多重分形分析能揭示出较多的采样林地内土壤含水率和电导率分布的局部信息。     

我国粮食生产的生态服务价值研究

试验研究证明农田生态系统产生生态服务价值,并在此基础上估算出我国农田生态系统因自然生态过程和人类种植业活动过程共同作用,为人类年提供19509.1亿元生态服务和经济产品总价值,其中41.9%是由农田生态系统自然过程提供和产生的,58.1%是由人类种植业活动过程产生的。目前我国统计系统计量的年度种植业总价值中仅计量了人类种植业活动过程产生的经济价值和部分由自然生态过程产生的生态服务价值,得到计量和反映的仅为64.7%,未计量的生态服务价值为35.3%,年达6881.06亿元。由于粮食生产过程中伴随产生的生态服务属公共服务范畴,国家应为粮食生产提供公共财政补贴的额度高限可达5140元/hm2·浕。     

大岗山森林生态系统服务功能及其价值评估

 通过构建适合大岗山森林生态系统服务功能的评估指标体系,依据大岗山森林生态站长期、连续观测数据及多年科研成果、2次二类森林资源调查资料及社会经济公共数据估算大岗山"九五"和"十五"期间森林生态系统服务功能的总价值。结果表明:"九五"期间大岗山森林生态系统服务功能总价值平均为1亿8495.00万元/a,单位面积价值为7.89万元/(hm2.a),"十五"期间为1亿9180.00万元/a,单位面积价值为8.09万元/(hm2.a),总价值增长3.70%,单位面积价值增长2.63%;在7项森林生态系统服务功能中,"九五"和"十五"期间大小顺序依次均为涵养水源>固碳制氧>保护生物多样性>净化大气环境>保育土壤>林木营养积累>森林游憩与生态文化,"九五"和"十五"期间各森林类型总价值大小顺序均为毛竹林>杉木>硬阔类>软阔类>针阔混交类>灌木>马尾松,单位面积价值大小顺序均为硬阔类>软阔类>毛竹林>灌木>马尾松>针阔混交类>杉木。     

北京湾过渡带生态系统服务梯度效应分析及生态分区

北京湾过渡带兼具山地-平原和乡村-城市的双重过渡性,生态系统服务的供给存在显著的梯度效应。该研究在对9种典型生态系统服务评估的基础上,研究了北京湾过渡带生态系统服务随植被覆盖度和土地开发程度变化的梯度效应,进而对研究区进行了生态分区并识别各分区主导的生态系统服务类型。结果表明:生态系统服务的形成过程和影响因素各不相同,导致各生态系统服务的分布存在较大的空间差异性。除休闲游憩外,大多生态系统服务随植被覆盖度和土地开发程度呈现出明显的梯度效应。总体来说,食物供给和水质调节随植被覆盖度的提高而降低,随土地开发程度的提高而增加;其他生态系统服务则相反。各生态系统服务随植被覆盖度变化的突变点的范围为0.45～0.56,随土地开发程度的突变点的范围为15%～31%。基于植被覆盖度和土地开发程度的突变点将北京湾过渡带划为4个生态分区:自然或半自然区域、半自然区域、半人工-半自然区域和人工区域。自然区域以调节服务为主,人工区域以供给服务为主,半自然区域和半人工-半自然区域二者兼具,但各有侧重,且体现出一定过渡性。结合现有规划内容,提出不同生态分区生态系统服务的优化管理策略,以促进当地生态系统的可持续发展。     

中国森林生态系统保护土壤的价值评价

 针对我国森林保护土壤的生态价值,用机会成本法、影子价格法和替代工程法,对我国森林生态系统在减少土地废弃、土壤养分流失及泥沙淤积等方面的价值进行了估算。结果表明:我国森林每年减少土地废弃的总经济价值为6亿2414万元;每年减少的土壤N、P、K损失的经济价值为4538亿7240万元;每年减少淤积泥沙的经济价值为13亿7545万元。以森林为主的森林生态系统每年减少土壤侵蚀的总经济价值为4558亿7200万元。我国主要森林生态系统保护土壤服务功能价值大小顺序为:亚热带>热带>温带草原>寒温带>温带>温带荒漠>暖温带>青藏高原。我国亚热带土壤保持量最大,为32亿8704万t/a;温带荒漠最小,为2亿6214万5000t/a。     

环境污染对城镇生态系统服务功能的影响

阐述了城镇化进程加速的同时,大气、水、噪声、固体废弃物及土壤等环境污染对城镇生态系统主要服务功能造成直接或间接的影响,即降低了植被净化空气和调节小气候的能力,减弱其削弱噪声的功能,限制其调节径流和吸纳废水中营养物质的作用,并使城镇带给人类的娱乐文化价值渐失。提出控制环境污染、保护城镇生态系统及其服务功能是城镇可持续发展的有效途径。     

中国森林生态系统服务价值评估指标体系初探

 随着人类对生态系统功能不可替代性认识的不断深入,生态系统服务价值研究逐步受到人们的重视。森林作为陆地生态系统的主体,在全球生态系统中发挥着举足轻重的作用。如何对其服务价值进行评估,建立一套科学、合理、具有可操作性的评估标准和指标体系,便成为当前迫切需要研究解决的问题。在充分考虑森林生态系统服务价值机制的基础上,采用频度分析法和专家咨询法,尝试构建了我国森林生态系统服务价值评估指标体系。     

Forest conversion and provision of ecosystem services in the Brazilian Atlantic Forest

The importance of quantifying existing ecosystem services, assessing the impacts of various land use decisions and ultimately evaluating the overall costs and benefits of different land use patterns having internalized ecosystem services, is now widely recognized and such work is at the forefront of current landscape management planning. We aim to quantify ecosystem services derived from different land uses within the Atibainha Reservoir catchment in Brazil, determine the spatial distribution of ecosystem services and quantify the impacts of land use changes on the provision of ecosystem services. Four ecosystem services were considered: carbon sequestration, mitigation of sediment delivery into the reservoir, purification of water and maintenance of soil fertility. Results indicate strong increase in the provision of ecosystem services among the main land uses in the following order: urban area/bare soil; pastures; plantation of eucalyptus and native forests. The most important services provided by native forests, when compared with bare soil, were carbon sequestration and prevention of sedimentation, with an additional 864 569 tons of carbon stored in forest biomass in 30 years, and prevention of 244 511 tons of sediment delivery into the reservoir per year, respectively, from 7624 ha of lands around the reservoir. Spatial variation in the provision of ecosystem services were mapped to develop a tool to support decision making at the landscape scale. Results and maps from the decision support tool can support policies that ensure effective land‐use planning and can serve as the basis for the development of payment for ecosystem service schemes in the region. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

不同农地整治模式对农户生态系统服务依赖度的影响

为从微观尺度分析不同农地整治模式对农户生态系统服务依赖度的影响及其差异,该文通过构建农户生态系统服务依赖度指数体系(index system of farmer dependence on ecosystem services,IDES),基于湖北省4县(市)483份农户调查数据,采用双重差分模型对比分析整治区与未整治区、新型农业经营主体主导模式整治区与地方政府主导模式整治区农户生态系统服务净收益和依赖度的差异。结果表明:农地整治后,整治区农户的供给服务收益、调节服务收益、文化服务收益、生态系统服务收益和其他社会经济活动收益分别增加33.20%、5.34%、35.09%、32.12%和33.23%,其中新型农业经营主体主导模式整治区分别增加53.06%、5.40%、33.33%、49.33%和42.40%,地方政府主导模式整治区分别增加6.46%、5.25%、38.89%、8.24%和27.02%,而同期未整治区分别增加17.01%、4.66%、22.34%、16.85%和22.98%;整治区农户的供给服务指数、调节服务指数、文化服务指数和生态系统服务依赖度总指数分别发生-28.60%、-21.05%、-6.45%和-26.91%的变化,其中新型农业经营主体主导模式整治区分别发生-36.57%、-24.69%、-16.24%和-34.52%的变化,地方政府主导模式整治区分别发生-18.97%、-17.27%、+16.42%和-17.59%的变化,而同期未整治区分别发生-8.34%、-13.39%、-4.10%和-8.36%的变化。这表明农地整治是优化农户收入结构和降低农户生态系统服务依赖度的有效途径,且新型农业经营主体主导模式的农地整治的作用效果明显大于地方政府主导模式的农地整治,地方政府主导模式的农地整治的作用效果仍有上升空间。研究结果可为实现生态系统服务与家庭福祉在微观尺度的结合提供理论支持和方法借鉴,也为农地整治项目的合理持续推进提供政策启示。     

Capacity constraints in operationalisation of payment for ecosystem services (PES) in India: Evidence from land degradation

The understanding of the requirement for PES and necessary capacity of stakeholders to conceive, design and execute PES, are critical to its successful operationalisation. Identification and assessment of capacity needs are also prerequisite for PES especially in a developing country like India where institutional setting and functioning are far from the desirable level. In this background, the paper begins with an introduction of the basic concept and centrality of economic valuation in PES. Next, the paper discusses the status of the land degradation problem in India and how the PES can prove to be an efficient tool to manage the declining ecosystem services due to increasing land degradation in the Country. By identifying the direct and indirect drivers of land degradation, the stage is set for designing of appropriate response options for halting the degradation of land which is not only the base of agrarian economy of India but source of livelihood options for the poor. In the subsequent section, the paper assesses the required capacity to operationalise PES in the states where the problem of land degradation is acute. This has been done on the basis of wider consultation with land users (farmers), conservation agencies, Departments of Land Agriculture and related R&D agencies through a structured questionnaire in group meetings in different parts of the Country during 2006–2007. The necessary capacity on behalf of stakeholders like the Local, State and National level institutions have been mapped out. The result from the survey suggests that while the capacity to understand the ecosystem services is adequate, the capacity to do valuation of incremental change in the ecosystem services is not sufficient and the State still needs to invest significant amount of resources before this tool can be used to manage the land based ecosystem services in India. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

陇东黄土高原农田生态系统服务及其权衡协同关系

陇东黄土高原是中国农耕文明发祥地之一,探究其农田生态系统服务及其权衡协同关系对于维持农田生态系统多功能性,促进耕地保护、保障粮食安全具有重要价值。为了厘清其农田生态系统服务之间的权衡协同关系,该研究基于社会经济与资源环境数据,运用降水贮存量法、通用土壤流失方程、InVEST 等6种生态系统服务评估模型,测算2020年农田生态系统供给服务（食物供给）、调节服务（水源涵养、碳固存）、支持服务（土壤保持、生境维持）和文化服务（美学景观）的物理量,并采用皮尔逊相关系数、双变量莫兰指数,分别识别供给服务与其他3类服务之间的权衡协同关系、各项服务之间关系的空间异质性。结果表明：1）研究区农田生态系统食物供给、水源涵养、碳固存、土壤保持服务物质量分别为4.61×10⁶ t、2.45×10⁸ m³、2.94×10⁶ t、6.61×10⁹ t,生境质量服务均值为0.26;供给服务与文化服务均呈“东西高、中北低”的分布格局,调节服务与支持服务则呈“带状”分布格局。2）研究区农田生态系统供给服务与调节、支持、文化服务之间以及食物供给服务与水源涵养、碳固存、土壤保持、生境维持、美学景观服务之间均表现为不同程度的协同关系。3） 研究区农田生态系统4类服务之间、各项子服务之间的权衡协同关系均具有空间自相关性,空间异质性显著。各项服务之间的协同关系“组团”出现在陇东中北部地区,聚集性较明显;各项服务之间的权衡关系则零散分布,聚集性不明显。因此,应全力维持陇东黄土高原农田生态系统多功能性,实施分区管理策略,充分发挥农田生态系统各类服务的协同效应,整体提升农田生态系统服务功能（特别是食物供给服务）,巩固新时代“陇东粮仓”地位。     

玛纳斯河流域农田生态系统服务功能价值评估

农田生态系统可为人类提供各种产品及多种间接生态系统服务功能.本文运用环境经济学,借助GIS技术,对玛纳斯河流域农田生态系统1976年和2005年两个时段的产品提供、气候调节、土壤保持、碳固定、02释放以及营养物质保持等6项生态系统服务功能价值进行了物质量及价值量的估算和分析.结果表明.农田生态系统服务功能总价值从1976年的352 219.4×104元上升到2005年的767 061.5×104元,29年间上升117%.根据两个时段农田生态系统服务功能价值的分析,农田生态系统的产品提供功能受人类技术和管理的影响较大,具有较高的提升潜力,其价值占总生态系统服务功能价值的比例从1976年的7%上升到2005年的39%;而间接生态系统服务功能体现了农田生态系统的自然属性,为人类提供了巨大的调节、支持服务功能,从1976年至2005年,其生态系统服务功能价值上升43%.玛纳斯河流域农田生态系统服务功能研究表明,农田生态系统具有多种生态系统服务功能,应该重视对农田生态系统各项生态系统服务功能价值的评估,从而达到干旱区流域社会、经济、自然生态系统的和谐发展.     

集水区尺度降雨侵蚀力空间分布对土壤流失的影响

为探讨降雨侵蚀力空间分布对土壤流失的影响效应,该文以黄土丘陵沟壑区子长集水区为例,将区域重心概念应用到降雨侵蚀力的空间分布研究中,基于GIS探讨了降雨侵蚀力重心在不同年份间的变迁对土壤流失的影响。研究结果表明：降雨侵蚀力重心与水文站点、大于15°坡度重心的距离会显著影响土壤流失;当降雨侵蚀力重心位于水文站点和较陡坡度重心中间位置时,也会产生较多土壤流失;降雨侵蚀力重心在南北方向上变化对土壤流失影响不大,但在东西方向上的移动能够明显改变土壤流失。在集水区尺度上,随着降雨侵蚀力空间分布的变化,降雨侵蚀力与坡度、土地利用、水文站点的空间耦合关系将发生改变,从而导致土壤流失量的增加或减少。     

陕北地区土地利用变化对生态服务功能价值的影响

以陕北地区榆林、延安2市作为研究区域,利用土地利用变化数据,对陕北地区用地类型的变化进行分析,并使用合适的生物量因子,修正生态服务功能价值当量表,使当量表更符合陕北地区的实际情况,结合已有研究得到的二级用地类型当量因子比例关系,细化生态系统服务功能当量因子表,以便更准确的估算陕北地区生态系统服务功能价值.结果表明:1985-2013年间,主要用地类型变化为耕地、林地和草地,耕地面积减少2 811 km2,减少率达到9.98％,林地和草地面积分别增加1 392和2417 km2,增幅分别达到12.85％和7.10％;其中,2000-2013年面积急剧变化,林地和草地面积的增加量分别是1985-2000年的7倍和2倍,退耕还林(草)效果明显;生态系统服务功能价值大量增加,林地和草地的生态系统服务功能价值增量分别为25.2亿和13.9亿元,2000-2013年的增量是1985-2000年增量的3倍.生态服务功能价值的变化与全面推行退耕还林(草)的时间相对应,表明退耕还林(草)政策,对陕北地区生态系统服务功能价值有积极的影响.     

县域尺度农田深层土壤有机质的估算及空间变异特征

县域是实施农业绿色发展的基本单元,农田土壤中不仅耕层的有机质含量会对土壤肥力产生影响,深层有机质的作用也不可忽略,精确估算基于县域尺度农田深层有机质含量具有重要意义。该研究选定位于山西省运城市的永济市农田为研究区,采用多点混合取样法,获取了8个样地剖面的18层数据,共144个混合土样的有机质含量数据,建立了表层(0～20 cm)有机质含量估算深层有机质含量的模型,并进行深层有机质含量的估算。基于半变异函数、空间自相关理论分析了0～30、30～60、60～90、90～120、120～150和150～180 cm土层有机质含量的空间相关性和聚集特征,并进行了相关性检验,采用克里格插值方法对研究区农田各土层的有机质含量进行了预测。结果表明:1)土壤有机质含量随深度的增加呈负指数递减(R2=0.80,P0.01),各土层的有机质含量变异系数介于35.89%～47.84%之间,处于中等变异程度。2)通过建立的估算模型可以通过表层有机质含量估算出任意深度的有机质含量,且拟合精度R2达到了0.90(P0.01)。3)指数模型是反映该区域有机质含量空间结构特征的最佳模型(R20.80,RSS0.001),各土层的有机质含量均表现出了中等程度结构性特征,和空间正相关性特征(Moran’s I=0.26,P0.01),并存在显著的空间聚集特征和异常值现象。4)克里格插值可以较好地进行研究区各层有机质含量的预测,预测精度较高,稳定性较好,为县域尺度深层有机质的估算,调整农艺措施、提高土壤肥力、达到土壤减肥增效、绿色增产增效提供依据。