生态系统服务权衡与协同研究：发展历程与研究特征

生态系统服务与人类福祉密切相关,生态系统服务之间的权衡协同关系是当前的研究重点,分析其概念内涵与研究特征,能够更好地认识区域生态系统服务之间的关系,从而面向各方需求实现总体效益最大化,为区域发展提供决策依据.本文采用文献分析法和比较分析法统计了国内外1996—2020年生态系统服务权衡与协同研究的文献数量特征,梳理了国内外自发展起始至当前不同时段的研究主题,归纳了生态系统服务权衡与协同的概念内涵和研究特征,指出了目前研究存在的不足以及未来的研究方向.研究表明:国内外文献数量均处于持续增长的趋势,并且国外增长速度高于国内;生态系统服务权衡与协同具有很强的时空尺度依赖性,时空尺度的差异共同驱动权衡协同关系的动态变化,但是目前该领域相关研究仍有很大的探索空间,未来需加强时空变化的框架模型、定量分析、驱动机制、内在机理、阈值效应、供给与需求等方面的研究,从而更好地认识生态系统服务权衡与协同的时空变化机理,实现区域生态环境与社会经济发展的双赢.     

安庆都市圈生态系统服务权衡与协同

为厘清区域发展特征、优化区域布局、实现生态转型和绿色可持续发展,研究生态系统服务之间的权衡和协同关系是发展的基础.本研究以安庆都市圈为研究对象,运用空间计量法估算安庆都市圈的水源涵养、土壤保持、NPP服务和食物供给等4种生态系统服务,分析不同生态系统服务之间的权衡与协同关系,并运用CA-Markov模型预测203 0年...     

黄土高原生态系统服务时空变化及权衡与协同研究

【目的】黄土高原是典型的环境脆弱区，探究经济发展背景下黄土高原生态系统服务的时空分异特征及权衡与协同关系，为实现区域经济和生态环境可持续发展提供理论依据。【方法】应用InVEST模型，利用遥感数据和社会经济数据，量化评估了2000～2018年黄土高原五期生境质量，碳储存，土壤保持和粮食供给四项服务的时空格局变化，采用相关性分析探究各服务间的权衡与协同关系，并在此基础上识别了黄土高原多重生态系统服务热点区。【结果】2000～2018年黄土高原生境质量指数均值呈上升态势，增幅为3.16%，碳储量增加了7.8×10⁷t，土壤保持量增幅为25.16%，粮食供给下降显著，降幅为9.97%。各项生态系统服务间相关系数均低于0.6，且通过显著性检验，相关系数年际变化小，生境质量、碳储存和土壤保持三项服务间互为协同关系，粮食供给与其他三项服务呈权衡关系。研究期内黄土高原1类热点区面积基本保持稳定，2类热点区面积共增加3.53%,3类热点区面积占比小，变化不显著，非热点区面积下降显著，不存在4类热点区。高值区分布在东南和西南部，中部和西北部属于低值区。【结论】预期可为全球变化和经济...     

郑州都市圈新型城镇化、生态环境、碳排放耦合协调分析

【目的】分析新型城镇化、生态环境、碳排放耦合协调规律及时空演变特征，为郑州都市圈绿色快速发展提供建议。【方法】以郑州都市圈为研究区域，基于新型城镇化、生态环境、碳排放耦合机制构建评价指标体系，测算2005年、2010年、2015年、2020年新型城镇化指数、生态环境指数和碳排放指数及其三元耦合协调度分析，并从时空角度分析其演变特征。【结果】1)郑州都市圈新型城镇化水平是以郑州为中心，西北部发展水平较高，东南部发展水平较低。郑州都市圈新型城镇化指数由0.089上升到0.478。增长速率最快的是科技支出和教育支出。2)郑州都市圈生态环境指数由0.559上升至0.769,生态指数呈现波动增长状态。3)从碳排放量来看，2005—2020年郑州都市圈碳排放总量呈下降态势，由198亿t下降至27亿t。郑州都市圈碳排放指数由0.552上升至0.949。4)郑州都市圈新型城镇化、生态环境、碳排放三元耦合协调度由2005年的0.523上升至2020年的0.631,总体呈现波动增长状态。协调发展阶段由失调—协调的演进态势。郑州都市圈三元耦合关系呈东西部高，南北部较低的分布状态。【结论】郑州都市圈发展还未实...     

不同土地利用情景下天津市生态系统服务及权衡与协同分析

  目的  土地利用变化是导致生态系统服务及其关系变化的重要影响因素,探讨土地利用变化对生态系统服务影响具有重要意义。  方法  本研究基于2000和2015年天津市土地利用数据,结合区域发展规划,采用GeoSOS-FLUS模型预测2030年3种不同情景下的土地利用格局,并利用InVEST模型评估生态系统服务及权衡/协同关系。  结果  （1）2015—2030年,自然发展情景下城市继续扩张,建设用地增加27.68%,耕地下降11.47%。生态规划情景下城市扩张减缓,建设用地增加7.97%,林地、草地、水域和灌丛共增加2.02%。城市快速发展情景下建设用地和耕地基本保持稳定,水域面积增加4.78%。（2）2015—2030年不同情景下天津市综合生态系统服务指数均呈现下降趋势,其中自然发展、生态规划和城市快速发展情景下综合生态系统服务指数分别为0.172、0.181、0.180。（3）2015—2030年不同情景下4种生态系统服务的权衡/协同关系方向未变,但强弱发生了复杂的变化,总体上生态规划情景下协同关系更强,自然发展情景下协同关系更弱。  结论  本研究建议天津市未来应控制城市扩张速度、优化当前土地利用结构、增强生态环境建设。研究结果可为天津市生态系统管理提供理论基础。      

基于生态系统服务的流域分区规划与管理——以于桥水库流域为例

量化关键生态系统服务的空间分布格局,分析生态系统服务间权衡协同关系,对流域环境进行生态功能的规划分区,将有助于实现流域精细化管理。本研究以典型跨省市农业流域——于桥水库流域为例,借助InVEST模型对2020年流域内农业和环境的6种关键生态系统服务（粮食产量、氮输出、磷输出、固碳量、产水量和土壤保持）进行模拟,分析其空间分布特征,然后采用Spearman相关系数法判断生态系统服务间的权衡与协同关系,最后运用K-means聚类法识别生态系统服务簇,根据生态系统服务簇的特征对流域进行分区规划,并提出差异化管理措施。结果表明：产水量高值区主要分布在流域中北部地区,粮食产量、氮输出、磷输出的高值区主要分布在流域中南部,土壤保持和固碳服务的高值区则主要分布在流域的西北部。氮输出、磷输出与粮食产量,土壤保持与固碳服务互为协同关系（P<0.01）,而粮食产量服务与土壤保持服务间存在较强的权衡关系（P<0.05）。根据子流域的生态系统服务特征,将于桥水库流域划分为粮食生产区、水源保护区、森林生态区和综合发展区4个功能区,分别占流域面积的22.32%、18.69%、29.30%和29.67%...     

1990—2020年郑州城市扩张时空特征分析

【目的】通过刻画城市扩张时空特征,实现城市扩张精准管控,推动城市高质量发展。【方法】基于多时相遥感影像解译土地利用数据,对郑州1990—2020年城市扩张时空特征进行定量分析,并通过扩张用地来源和人口经济弹性系数评价城市扩张效应。【结果】(1)1990—2000年、2000—2010年和2010—2020年郑州城市扩张总体呈现“平稳—快速—趋缓”的趋势,中心城区主要向东部和南部扩张,郊区县市城市扩张主要偏向中心城区。(2)1990—2000年城市扩张主要为填充式或蔓延式为主的离散扩张,各辖区以中低速扩张为主;2000—2010年呈蔓延式或跳跃式为主的集聚扩张,各辖区多数为高速扩张;2010—2020年主要为蔓延式或跳跃式为主的离散扩张,各辖区均为中低速扩张。(3)研究期间郑州市耕地转化为城市建设用地的比例不断下降,其他建设用地转化比例持续上升,有利于粮食安全和生态保护。(4)城市扩张的人口弹性指数和经济弹性指数变化表明城市用地人口和经济承载力增强,社会经济效益明显提升。【结论】研究对郑州市城市规划管理和新型城镇化发展具有重要参考价值。     

赣江上游流域城市空间扩展的阻力面模型构建及应用

【目的】科学合理地划定城市扩展空间,有助于解决城市用地与其他用地之间的冲突,协调人地关系,促进城镇化的健康有序发展。【方法】以赣江上游流域为研究区,采用线性光谱混合模型解译的城市不透水面作为扩展源,并利用改进后的城市扩展模拟生态阻力面模型（UEER）从本底条件、区位动力、生态阻力三大方面构建了研究区城市空间扩展模型。【结果】赣江上游流域城市不透水面为466.04 km²,主要集中在章贡区与南康区;赣江上游流域城市扩展的阻力基面呈现出西部低,东北部高的趋势;根据最小累积阻力面结果,将城市建设空间划分为低阻力值区、中阻力值区、较高阻力值区和高阻力值区,面积分别为10 551.95,9 594.63,11 662.87 km²和3 911.44 km²;城市扩展模拟情况表明章贡区以及南康区城市空间可扩展强度较大,城市发展的后备土地资源较为充足,崇义县、安远县及全南县城市未来发展空间较小,发展后备土地资源紧缺。【结论】构建的城市扩展阻力模型可为赣江上游流域城市空间发展规划提供参考,亦可为其他生态环境脆弱的流域型城市阻力面构建提供...     

中原经济区三化协调路径及关键问题研究

【目的】探寻中原经济区三化协调的路径,研究该路径中的关键问题。【方法】运用灰色系统GM(1,N)模型,分析中原经济区三化协调的驱动因素和影响因素。【结果】城镇化和农业现代化的驱动指数为负值,城镇化驱动指数最低,工业化驱动指数最高。【结论】中原经济区建设的路径应以城镇化带动三化协调发展,并同农村社区建设相结合。在新型城镇化为引领的三化协调过程中应加强城镇化与产业集聚协同;保持适当的土地流转速度,合理分配收益;循序渐进城镇化,保障农户权益;整合各类资金,破解资金瓶颈。     

西安都市圈都市农业生态服务功能时空分异

都市农业生态服务功能在都市与区域农业互动耦合过程中形成特有的时空变化特征,并影响城乡区域可持续发展。基于30 m×30 m的栅格尺度研究了西安都市圈都市农业生态服务功能的时空分异特征。结果表明,2005-2011年西安都市圈都市农业功能价值总量及密度均呈现从都市圈边缘区向核心区逐渐递减的空间格局。在此期间,功能值密度高值区域分布较稳定,中值区域趋于零散化,低值区域面积收缩明显、破碎化程度逐渐加剧,并且都市农业生态服务功能动态变化具有显著的空间差异性。都市农业生态服务功能地域分异特征及其空间演化格局是区域人口增长、城市化与经济发展、产业结构调整、技术革新等多因素综合作用的结果。     

黄土高原植被生态系统水分利用效率时空变化及驱动因素

【目的】明晰黄土高原植被生态系统水分利用效率（water use efficiency,WUE）时空变化特征及其影响因素,为深刻理解生态恢复和气候变化双重背景下黄土高原植被生态系统与水文相互作用研究提供依据。【方法】利用趋势分析和逐步回归方法,对2000-2014年黄土高原植被生态系统WUE时空变化特征及其驱动因素进行了探讨。【结果】近15年黄土高原植被生态系统WUE呈显著增加趋势,增速为0.02 gC·kg^-1H₂O·a^-1（P<0.001）,不同植被生态系统年内WUE主要呈“双峰”模式,峰值分布在4-5月和9-10月;空间上,黄土高原植被生态系统WUE整体呈现上升趋势,其中上升趋势和显著上升（P＜0.05）面积分别占研究区的95.04%和66.96%,但不同季节变化趋势特征差异较大;不同植被生态系统WUE均值和趋势差异显著,其中稀疏灌丛和草地WUE均值较低,而针叶林WUE趋势下降明显;进一步对坡度统计表明,25-50°范围内植被生态系统WUE呈持续增加趋势。当年蒸散量小于3 700 mm时,总初级生产力（gross primary productivity,GPP）随着蒸散量（evapotranspiration,ET）的增加而增加,随后GPP则随ET的增加呈下降趋势,且研究区中东部（57.25%）WUE主要由GPP控制,而西部区域（42.75%）WUE则受ET影响。近15年黄土高原植被生态系统WUE与LAI呈显著的正相关关系（P＜0.001）,表明LAI的增加能够有效促进WUE的提升。逐步回归分析表明,降水量、日照时数和相对湿度3种气候因子是导致WUE及其组分GPP和ET变化的主要气候因子。【结论】在气候变化和人类活动双重影响下,2000-2014年黄土高原植被生态系统WUE呈显著上升趋势,且大部分植被类型年内分布呈现双峰结构。生态恢复工程不仅改善了黄土高原植被覆盖状况,同时显著提高了植被生态系统的WUE,成为近年来黄土高原WUE变化的主要驱动因素。     

陕西省生态系统服务权衡与协同关系时空特征分析

陕西省位于长江、黄河两大流域之间,横跨3个气候带,分为了秦巴山地、关中平原和黄土高原3大自然区,自然条件多样,在西北地区发挥着重要的服务功能,探究陕西省长时间序列生态系统服务时空分布特征及各服务间的权衡协同关系变化可为生态系统服务功能管理提供科学依据.本文基于CASA模型、RUSLE模型和InVEST模型测算了陕西省2...     

河北省宁晋县生态系统服务时空演变权衡分析

以宁晋县为研究区,基于土地利用/覆被社会经济统计资料等数据,评估不同时期的生态系统服务价值,分析其损益变化权衡关系的时空规律。结果表明：1995—2019年生态系统多功能性、生产功能和生态功能整体呈先增加后减少;气候调节、养分固持、气体调节功能呈增加趋势;水源涵养功能明显下降;污染物容纳功能持续降低。耕地面积减少导致流失的生态系统服务最大。生态系统多功能性、生态功能、水源涵养功能与其他功能由协同关系变为权衡关系。     

基于OWA多属性决策的生态系统服务最优保护区选择研究——以渭河流域（关天段）为例

【目的】 通过对生物多样性、固碳、产水以及文化四类生态系统服务进行测算,使用多属性决策方法进行区域最优保护范围的选取,为研究区生态平衡的维护及生态建设研究提供理论依据。【方法】 以渭河流域关中-天水经济区（关天段）为研究区,通过InVEST模型测算生物多样性及固碳服务,SWAT模型划分子流域并计算产水服务以及SoLVES模型量化文化服务,在此基础上利用OWA（Ordered Weighted Averaged,有序加权平均）多属性决策方法建立11种情景,筛选出优先保护区。【结果】 （1）研究区在子流域尺度上产水量分布不均,整体情况为东部最高,中部地区小于西部地区,平均产水量约为95 mm;子流域固碳量范围为5.041—10.284 t·hm ^-2,单位面积固碳量较高的子流域多为秦岭地区,位于关中平原地区的子流域是城市聚集地区,建设用地密集的区域碳储存十分受限;生物多样性主要由生境质量指标衡量,研究区生境质量范围0.222—0.921,关中平原地区植被覆盖较少,人类活动频繁和城市发展导致威胁因子分布密集,因此生境质量较低,平均值在0.22左右,秦岭地区属于高植被覆盖且距离生境威胁因子较远,生态适宜性高且生物多样性保持良好;研究区文化价值总指数1.298—5.667,审美和精神价值集中在森林公园及秦岭山脉地区,但城市区域的历史文化底蕴浓厚且娱乐设施丰富,因此综合来看城市区域文化服务价值最高。（2）通过设立不同风险值和权重计算OWA算子,共得出11种风险情景及其保护效率。最终选取权衡值最高的风险情景6的覆盖范围为最优保护区范围,其保护效率约为1.499,覆盖范围多位于南部秦岭地区、天水市和宝鸡市交界处等。 【结论】 结合自然因素与人文因素对研究区生态系统服务进行分析与评价,通过OWA算子平衡不同生态系统服务之间的权衡并选择最优保护区,为提升研究区生态系统服务提供参考。     

关中地区生态系统服务价值动态探析

【目的】核算陕西关中地区的生态系统服务价值(ESV),为该地区的生态环境保护与建设提供科学依据。【方法】以陕西省关中地区1996-2007年土地利用变化为基础,结合敏感性指数,对其生态系统服务价值进行系统核算,并探讨生态系统服务价值的变化规律及其驱动因素。【结果】关中地区ESV在1996年为205.71亿元,2007年达到211.82亿元,呈缓慢增长趋势;空间上呈中间低、南北高、西南最高的分布格局,增量呈西北高、东南低的变化趋势,这是自然条件、政策导向与城市化进程博弈的结果。林地、耕地是生态系统服务价值构成中贡献较大的地类,宝鸡市是最大的生态产益区,水文调节、维护生物多样性、保持土壤和气候调节是关中地区生态系统服务功能的主体。1996-2007年的11年内,关中地区单位ESV增加2.97%,人均ESV减少7.21%,环境压力有所增加。【结论】应严格控制城镇用地的扩张速度,积极发展城市绿地,认真考虑人口发展的影响。     

粤港澳大湾区现代都市农业评价、区域差异及驱动因素研究

【目的】构建现代都市农业评价体系,测度粤港澳大湾区都市农业发展水平、区域差异,并分析其驱动因素,提出优化大湾区都市农业发展的路径,为大湾区等发达城市群都市农业高质量发展提供理论支撑。【方法】利用熵值法评价了2013—2020年粤港澳大湾区现代都市农业发展,使用Dagum基尼系数分解分析了区域差异,采用地理探测器方法对驱动因素进行辨析。【结果】粤港澳大湾区现代都市农业发展水平年平均增长率为5.3%,广州为发展水平最高的城市。菜篮子保障能力发展平稳,农业生态与可持续发展水平波动上涨,三产融合水平发展较快,年平均增长率为12.1%;农业先进生产要素集聚水平小幅增长,年平均增长率仅为0.45%;现代农业经营水平增长较快,年平均增长率达17.2%。区域总体基尼系数波动下降,差异主要来源为区域间差距。目前,耕地面积占比、三产占比和人均地区生产总值等是都市农业发展的重要驱动因素,各区域都市农业驱动因素有差别,且各因素的交互作用都属于“双因子增强型”,任意两个驱动因素共同作用时,都会增强其对都市农业分异的作用强度。【结论】样本观测期内,粤港澳大湾区现代都市农业总体呈增长趋势,区域间发展差距缩小,但城市...     

辽河流域生态系统服务权衡与协同研究

辽河流域是我国7大流域之一,是重要的防风固沙和生态屏障区,明晰流域生态系统服务变化及其权衡与协同关系对实现区域可持续发展具有重要意义.该文在评估辽河流域2000—2015年土壤保持服务、防风固沙服务和生境质量的基础上,利用相关性分析和均方根偏差对生态系统服务权衡与协同关系进行研究.结果表明:1)土壤保持服务由2000年...     

都市圈中心城市与成员城市排斥效应的博弈分析

用博弈论观点分析了都市圈内中心城市与成员城市排斥效应.利用博弈论中"囚徒困境"解释了部分行业过度投资与重复建设现象,在此基础上作出改进博弈分析.通过模型改进后的博弈分析探讨都市圈内中心城市与成员城市之间谋求合作发展的途径.     

平武县生态系统服务价值时空动态分析

【目的】平武县作为涪江上游的水源涵养地与重要生态功能区,开展生态系统服务价值评估,对生态环境质量监测与自然资源资产化管理具有重要现实意义。【方法】本研究以单位面积价值当量因子法为基础,基于三期土地利用/土地覆被遥感监测数据,对平武县生态系统6个一级类型,14个二级类型,按11种生态系统服务功能细分类型,评估2005-2015年平武生态系统服务价值,并构建时空动态调节因子,对2015年内生态系统服务价值变化进行时空动态分析。【结果】(1)2005-2015年间,平武县土地利用格局比较稳定,生态系统服务价值略微增加,2015年达到333.30亿元,其中森林生态系统价值服务占比最大,接近65%。在服务功能类型中,气候调节功能价值总量最大,达88.36亿元。(2)2015年内,平武生态系统服务功能价值8月最高、2月最低,变化范围为150～422亿元。【结论】2005-2015年,平武县生态系统服务价值总体稳定、略微增加,年内逐月变化显著。生态系统服务价值时空动态分析方法能有效服务于平武生态系统监测与自然资源资产化管理。     

基于GWR模型的成渝城市群生态系统服务时空演变及驱动因素研究

  目的  对成渝城市群自然生态系统服务时空演变特征与驱动因素进行研究,有助于规划者从宏观尺度上掌握其自然资源存量情况与发展趋势,合理拟定成渝城市群规划建设策略,从而推动我国西部大开发平台建设。  方法  选择成渝城市群为研究对象,以144个市、县、区作为研究单元,通过当量因子法量化其生态系统服务,建立“自然—社会”驱动因子指标体系,在此基础上运用最小二乘法（OLS）模型筛选具有显著相关性的驱动因子,运用地理加权回归（GWR）构建回归模型,研究成渝城市群自然社会因素对生态系统服务的驱动作用。  结果  （1）成渝城市群生态系统服务总量劣化趋势显著,1995—2015年间（1995、2000、2005、2010、2015年,共5期）成渝城市群生态系统服务价值分别为3 470.53亿、3 464.08亿、3 452.43亿、3 438.02亿和3 423.92亿元,分别比前一期下降6.45亿、11.65亿、14.40亿和14.10亿元;（2）成渝城市群生态系统服务空间分布以成都、重庆两处核心城市中心区与缙云—中梁山脉中心区呈现显著区域化分布特征,全域超过90.38%的区域生态系统服务均处于下降趋势;（3）降雨量、温度、单位面积平均GDP、林业用地比例、人口密度5项驱动因子对成渝城市群生态系统服务具有显著影响。其中,降雨量、单位面积平均GDP呈现较明显的负相关驱动特征,林地覆盖比例呈现较明显的正相关驱动特征,降雨量与人口密度则呈现较明显的两极化趋势。  结论  本研究明确了在研究期限内成渝城市群生态系统服务逐渐劣化的发展状态,所构建的地理加权回归（GWR）模型在空间层面上量化降雨量、温度、单位面积平均GDP、林业用地比例、人口密度5项主要驱动因素对成渝城市群生态系统服务所呈现的不同驱动特征与驱动强度,为成渝城市群长远规划提供决策依据。