北京市西北部生态涵养区未来土地利用及生态系统服务变化情景模拟

以北京市西北部生态涵养区为研究区,探讨未来的土地利用变化对生态系统固碳和产水量服务的影响。利用FLUS模型耦合马尔可夫链（Markov chain）预测了2030年自然演变、生态控制和城市快速发展情景下的土地利用格局,并利用InVEST模型估算了2015和2030年3种土地利用情景下的固碳和产水量服务,最后评价了土地利用变化对生态系统服务的影响特征。结果表明,在城市快速发展情景下,建设用地面积的增长幅度最大(+39.57%),而林地在生态控制情景下预计增加152.38 km²(+3.10%)。生态控制情景具有最大的碳储量和产水量(99.53×10⁶Mg和361.50×10⁷m³),其中林地是重要的供给区域。城市快速发展情景下灌木林地单位面积变化对碳储量的影响强度最大,自然演变情景下未利用地单位面积变化对产水量的影响强度最大。本研究结果可以为决策者制定区域生态保护的土地利用政策提供参考。     

多情景土地利用变化下武汉城市圈生态系统服务权衡协同研究

基于多目标情景模拟土地利用格局,定量评估生态系统服务权衡协同关系及总体发展趋势,有助于生态系统服务管理策略的制定,从而提升区域生态和人居环境质量。本研究以武汉城市圈为例,借助GIS(地理信息系统)和InVEST模型对2005—2020年生态系统粮食供给、固碳、土壤保持、产水和氮保持进行定量评估,基于FLUS耦合模型模拟2035年自然发展、耕地保护和生态保护3种情景下生态系统服务,并评估其权衡协同关系。结果表明：2005—2020年武汉城市圈建设用地和水域分别增长1 126.59 km²和72.67 km²,耕地、林地、草地和未利用地分别减少1 019.56、125.62、14.77 km²和39.31 km²,耕地保护和生态保护情景下建设用地增长率远低于自然发展情景,建设用地扩张程度受到遏制;2005—2020年粮食供给、土壤保持、产水和氮保持服务能力增强,固碳服务能力下降;自然发展情景下产水服务最佳,耕地保护情景下氮保持和土壤保持服务能力显著下降,生态系统服务间权衡效应增强,生态保护情景下固碳、土...     

基于土地利用的北京市多情景模拟下生态服务价值影响评估

【目的】土地利用/覆盖变化(LUCC)是影响区域生态系统服务价值的重要因素,结合可持续发展框架分析土地利用演变对生态系统服务价值(ESV)的影响,有助于对区域生态文明建设提供科学参考。【方法】利用北京市2010和2020年的土地利用现状图,通过Markov-CLUE-S耦合模型模拟出2030年3种发展情景下的土地利用格局,结合可持续发展目标15(SDG 15)指标讨论土地利用变化对ESV总量的影响。【结果】(1)2010-2020年北京市土地利用变化总体呈耕地、草地和水域面积缩减,林地和建筑用地扩张的格局。2020-2030年,自然发展情景(NIS)下各地类变化趋势较2010-2020年幅度有所减缓;生态保护情景(EPS)下林地和水域面积较2020年涨幅分别为4.96%和14.26%;耕地保护情景(CPS)下耕地缩减和城市扩张情况得到有效遏制;(2)2010年、2020年和2030年(NIS、EPS、CPS)的ESV总量分别为418.4×10⁸、409.9×10⁸、403.6×10⁸、432.4×10⁸     

基于RS和GIS的中心城区土地利用变化及生态系统服务价值分析 ——以衡阳市为例

为了明确城市中心城区土地利用变化对区域内生态系统服务价值的影响。以衡阳市中心城区为研究区域,结合RS和GIS分析2000—2010年土地利用变化特征,在此基础上采用单位面积价值当量因子对中心城区的生态系统服务价值(ESV)变化进行测算,并运用马尔科夫模型预测了在历史趋势发展情景下2030年衡阳市中心城区土地利用及生态系统服务价值变化情况。结果表明:①衡阳市中心城区土地利用以耕地、林地、水域和建设用地为主,2000—2010年耕地、林地、草地和未利用地面积呈下降趋势,建设用地和水域面积呈增加趋势;各土地利用类型在数量和空间上转换显著。②研究期内生态系统服务价值呈下降趋势,2000—2010年衡阳市中心城区生态系统服务价值由24.59亿元下降到23.65亿元,水域和林地为对中心城区生态系统服务价值贡献最大的地类。③根据马尔科夫模型的预测结果,2030年衡阳市中心城区耕地和林地会大幅减少,建设用地会大幅增加。衡阳市中心城区除水域生态服务价值呈上升趋势外,其他用地生态价值均呈下降趋势,总的生态系统服务价值也将继续呈下降态势。在新型的城镇化扩张中,需要慎重权衡城市发展与生态保护的关系。     

耦合GMOP与PLUS模型的干旱区土地利用格局模拟

为模拟昌吉回族自治州自然发展情景下未来土地利用格局变化趋势,构建区域内经济效益和生态环境效益协同优化的土地利用空间分布格局,运用PLUS模型和GMOP模型,基于2010、2020年土地利用现状数据,借助土地利用动态度和土地利用转移矩阵对研究区土地利用趋势进行分析和情景模拟。结果表明,2010—2020年昌吉州地类变化主要是由草地向其他土地利用类型转入,其中草地退化为未利用地的占比最高,为58.76%。基于PLUS的自然发展情景模拟,2030年建设用地扩张,南部山区草地退化,土地经济效益相比2020年增加91.43%,而生态价值却减少了1.40%;基于GMOP-PLUS耦合模型的多目标优化情景模拟,2030年草地退化和建设用地扩张趋势得到控制,未利用地得到较大程度的开发利用,实现了土地经济效益（81.90%）和生态价值（5.61%）双提升。研究表明,GMOP-PLUS模型既实现了研究区土地利用类型在结构上的优化,又能较好地模拟各地类空间分布格局,可为昌吉回族自治州未来土地利用规划编制和土地可持续利用情景预测提供理论依据。     

基于PLUS模型的山区城镇景观生态风险动态模拟

  目的  探究山地重点开发区景观生态风险时空演变特征,模拟预测景观生态风险变化趋势,为缓解中小城镇生态保护和建设开发矛盾、促进中小城镇土地资源可持续利用、发挥中小城镇区域中枢功能、推动区域高质量发展提供支持。  方法  以2000、2010、2020年土地覆被数据为基础,运用基于景观格局指数的景观生态风险评价模型,揭示云南省安宁市景观生态风险时空演变特征,并采用在FLUS模型基础上改进的PLUS模型动态模拟预测安宁市2030年不同情境下景观生态风险空间分布特征和变化趋势。  结果  2000—2020年,研究区人造地表面积呈上升趋势,耕地、草地、灌木地、水域面积总体呈下降趋势,林地面积相对稳定;景观生态风险值空间集聚状态明显,但集聚程度呈下降趋势。景观生态风险等级整体以中等生态风险、较高生态风险为主,占总面积的59.76%~52.95%;2030年3种不同情景中生态保护情景下的高生态风险区面积最小,低生态风险区面积最大,恶化区最少。  结论  山区中小城镇生态风险管控和建设开发矛盾明显,生态风险时空分布特征与人类活动干预强度密切相关,高生态风险区主要分布于各街道城镇扩展的边缘地带,应重点关注城镇用地扩张所导致的景观类型结构及其生态风险的动态变化;基于生态保护情景的安宁市景观生态风险空间分布特征和变化趋势更接近生态安全格局优化路径,更符合安宁市区域经济社会的高质量发展。图5表5参30     

天津市土地利用变化及生态系统服务价值评价

为直观反映天津市生态系统服务价值,促进天津市生态文明建设,本文运用土地动态度指标对天津市2000—2015年土地利用变化进行分析,计算不同土地利用类型生态系统服务价值以及单项生态服务功能的生态价值。结果表明,在2000—2015年这15年期间,建设用地和林地面积大幅度增加,未利用土地、园地、耕地和牧草地面积减少,说明天津市城市化的快速发展和积极响应退耕还林政策;2000—2015年天津市生态系统服务总价值增加了1.7×107元,引起该值变化的主要原因有两个,一是林地面积增加,土地利用结构得到优化;二是天津市加大了环境保护的力度。     

基于LUCC的承德市域生态系统服务价值演变分析与优化研究

  目的  城市市域范围绿色空间生态系统服务价值的量化评估是国土空间规划中重要的工作基础,在价值测度的基础上对其进行演变预测,更有助于规划者了解并衡量城市市域范围内现有生态存量与未来发展趋势和潜在问题,从而预先进行规划回应。  方法  为明确承德市域土地空间利用演变对区域生态系统服务价值的影响,结合RS与GIS技术,对承德市市域范围内土地利用/覆被变化（Land Use/Land Cover Change, LUCC）演变特征进行分析,同时利用单位面积价值当量因子法对承德市域范围生态系统服务价值进行测算,在此基础上运用CA-MARKOV模型预测2026年承德市域土地利用演变趋势和生态空间存量和生态系统服务价值变化情况。  结果  承德市域生态系统服务价值总体呈现明显下降趋势。1980—2018年间（1980、1990、2000、2010、2018年,共5期）承德市域生态系统服务价值总量分别为1 038.51亿、1 035.93亿、1 036.09亿、1 009.71亿、999.36亿元。同时,模拟结果显示,2026年承德市域预测服务价值仍将处于下降趋势,价值降幅约为9.97亿元。  结论  承德市域生态系统服务价值空间维度呈现明显斑块状分布,核心服务功能集中在西北部和南部林地区域,时间维度出现显著功能缩减,核心缩减区域集中在各市县已建成区边缘区域。本研究从空间分布、时间演变和发展预测等多方面总结了承德市域生态系统服务功能演变和空间变化规律,从而为承德市域后续国土空间发展规划和管控策略的拟定提供依据。      

基于不同情景的嘉兴市生态系统服务价值分析

以2000、2010年两期土地利用数据为基础,结合CLUE\|S模型与Markov模型预测了2020年嘉兴市3种不同情景（自然增长情景、生态保护情景和土地优化情景）下的土地利用变化,并据此分析了3种情景下生态服务价值的变化情况。结果表明,至2020年,嘉兴市生态系统服务价值从高到低依次为生态保护情景>土地优化情景>自然增长情景。相对2010年,自然增长情景损失值最高,为136亿元,土地优化情景损失值为087亿元,而生态保护情景损失值仅为027亿元,表明通过采取降低耕地向建设用地的转化速率、增加林地面积的生态保护措施,可以大大提高嘉兴市的生态服务功能。因此,建议嘉兴市政府在增加森林覆盖面积的同时,还要严控城市无序扩张。     

基于Markov-PLUS模型的福州市土地利用变化及情景模拟

为探究福州市土地利用变化规律,基于2000、2010和2020年GlobeLand30数据集,运用土地利用动态度和转移矩阵对2000—2020年土地利用演变进行剖析,采用Markov-PLUS模型对2030年土地利用的多情景变化趋势进行模拟。结果表明：2000—2020年,建设用地和水域面积增加,建设用地主要由耕地转入,其他用地面积减少。Markov-PLUS模型模拟总体精度为0.89,Kappa值为0.80,模拟效果较好。自然发展情景延续历史发展趋势,建设用地持续增长,以市辖区和闽侯县扩张最为突出,其他区(县、市)建设用地侵占周边耕地且集聚特征明显;城镇发展情景下,耕地、林地和草地均大面积减少,建设用地大幅增加,耕地和建设用地重心分别向东南和东北方向偏移,空间集聚特性进一步增强;耕地保护情景下,耕地主要向林地和建设用地转化,面积缩减的态势得到有效控制,重心迁移幅度较小;生态保护情景下,林地、草地和水域面积显著增加,建设用地增速得到有效控制,此情景更符合研究区区域发展和生态保护的双重诉求。研究可为福州市未来土地利用规划编制和土地可持续利用情景预测提供科学参考。     

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。      

基于生态系统服务的永定河流域北京段生态网络构建与优化

[目的]随着流域城镇化进程加快,自然资源的开发及城镇用地扩张,导致流域生态环境逐步恶化,生态系统服务功能也随之减弱.构建生态网络对于改善和修复流域生态系统结构与功能,进一步实现流域生态的可持续发展具有重要意义.[方法]以永定河流域北京段为例,对流域水源涵养、土壤保持、生境质量3种生态系统服务进行定量评估,利用Getis...     

漯河市构筑空间与绿度空间耦合分析及仿真模拟优化

  目的  优化城市规划布局,探究城市构筑空间与绿度空间耦合路径,优化城市用地空间布局,实现协调可持续发展。  方法  基于分形、人工神经网络元胞自动机(ANN-CA)与空间句法等模型,进行多时相的漯河市土地利用/覆盖变化(LUCC)分析和预测仿真。  结果  ①形态分维数由2003年的1.64增长到2013年的1.70,2018年达1.75;② 聚集维存在数据突变点,空间集聚状态在不同圈层存在差异;③2003—2018年城市绿度空间可达性显著降低;④构建ANN-CA-GM(1, 1)城市增长模型模拟“底线、约束和理想”3种未来情景,对构筑空间和绿度空间的耦合发展过程进行预测:2025年城市建设用地将持续增至156.71 km2,其中理想情景下的构筑空间集聚范围回落至市政府周边5 500 m,与绿度空间面积比为1.00∶1.48。  结论  ①2013年城市形态接近最优,随后由于城市高密度发展,2018年城市建设用地布局过密,与绿度空间耦合交流受阻;② 在2018年市政府周边14圈层(7 000 m)范围内建设用地高度聚集,此区域内发展生态用地有助于引导精明增长,构建韧性城市;③ 绿度空间面积大且可达性程度高的区域集中在建设用地高度聚集范围以外,而聚集区内的沿河绿地空间利用程度低;④ 理想情景空间耦合布局为国土空间规划及“三线划定”提供定量化数据支撑与空间布局参考,通过绿地布局实现城市生态服务的有效供给。图7表4参33     

基于InVEST模型的杭州市典型年份年产水量时空变化特征及其影响因素

  目的  自然因素和土地利用变化是引起生态系统服务改变的两大驱动因素。研究年产水量时空变化特征及两大驱动因素对年产水量的影响,对维持或提升城市水源涵养、保持水土具有现实意义。  方法  以浙江省杭州市为研究对象,采用景观格局分析、空间梯度分析、相关性分析等方法,综合应用InVEST、ArcGIS、Fragstats、SPSS等工具,识别杭州市土地利用和气象因子变化特征,评估并分析年产水量时空变化特征及其与气象因子、景观格局指数的相关性。  结果  2000—2015年杭州市年产水量呈先下降后上升趋势。在空间上表现为东北高、西南低,随着远离城市中心先增大后减小,于10 km处达到最大值。建设用地的产水量最大。2000—2015年杭州市土地利用变化最剧烈的是耕地与建设用地之间的转化。景观总体呈现更强烈的破碎化和异质性趋势,在距离城市中心10~20 km处达到峰值。年降水量先降低后升高,年均气温波动上升,年实际蒸散量处于波动状态。离城市中心50 km内年降水量变化不显著,年均气温显著下降,年实际蒸散量先减小后增大。杭州市年产水量与气象因子的相关性大于其与景观格局指数的相关性,其中与气象因子中降水量正相关性最强。  结论  气象因子的变化是引起杭州市年产水量变化的主要因素,但景观格局的影响仍值得关注。距离城市中心10 km处是年产水量变化的拐点。图4表7参34     

云南高原湖泊杞麓湖动态演变及景观生态风险评价

  目的  探究气候变化背景下杞麓湖动态演变过程及其流域景观生态风险。  方法  基于1975-2015年8期时序Landsat数据,提取湖泊边界,并解译得到3期流域景观类型分类数据。从湖泊面积、轮廓和质心3个方面对杞麓湖动态演变进行研究,通过划分生态风险采样小区,建立生态风险评价模型,定量分析杞麓湖流域的景观生态风险。  结果  ① 近30 a来,杞麓湖流域景观结构变化特征明显,建设用地和滩涂湿地面积显著增加,农地、林地和水体面积持续减少,未利用地面积变化不大;②近40 a来,杞麓湖处于持续萎缩状态,2015年水体面积仅为面积最大年（1985年）的56.05%;杞麓湖形状体现为连续的复杂变化,以西部和南部的河流入湖口处变化最为明显,东部变化最小;杞麓湖质心主要向东北方向迁移,1975和2015年湖泊质心相距1 242 m;③生态风险评价结果表明:流域以较低生态风险为主,所占比为26.75%~35.09%,1985-2015年生态风险均值由0.957 8增加至1.013 9,流域生态风险趋于恶化。  结论  杞麓湖流域生态风险空间分布具有明显的区位性和异质性,高生态风险主要分布于杞麓湖水体部分,低生态风险主要分布于流域的湖盆之中,其余生态风险主要沿湖盆和湖泊呈块状或带状分布。     

黑龙江丰林国家级自然保护区生态系统服务价值评估与分析

[目的]丰林国家级自然保护区以北温带原始阔叶红松林生态系统和珍稀野生动植物为保护对象,是我国北方红松林中最具代表性的国家级自然保护区,也是我国首个通过森林认证的自然保护区.对丰林国家级自然保护区生态系统服务价值的估算,有助于提高对自然保护区功能及其重要性的认识,能够为生态功能区划布局,保护区的规划、建设,以及生态保护的...     

基于MSPA模型的北京市延庆区城乡生态网络构建

  目的  随着北京城市化的快速发展,北京生态环境趋于恶化,城市生态安全面临着巨大的挑战。生态网络的构建能够减缓快速城市化带来的城乡景观格局破碎化等危害,对保护城市生物多样性意义重大。  方法  本文选取北京市延庆区作为研究区,基于ArcGIS软件平台,对北京市延庆区遥感影像进行解译得到土地覆被类型,将土地覆被类型分为前景和背景,采用形态学空间格局分析（MSPA）方法得到7类景观类型,将其中的核心区识别为重要生态源地,运用最小耗费距离模型和网络分析法得到最佳阈值下的生态网络,在此基础上提出延庆区的生态网络优化建议。  结果  （1）延庆区整体破碎度较低,不同类型间的物质和能量迁移比较通畅,整体景观多样性较高,但城市内生境斑块数目较少,廊道较为匮乏。（2）最适合延庆区生态网络现状结构的距离阈值为20 000 m,此时网络闭合度α为0.73。（3）林地、耕地是研究区域潜在生态廊道的重要构成景观类型,其中林地面积最大,为17 452.9 hm2,占廊道总面积的81.1%。  结论  MSPA方法具有评价几何连通性较准确细致、需要的数据量小、分析结果可视化等优点,而网络分析法可以对生态网络进行优化,因此基于MSPA方法和网络分析法对延庆区的生态网络构建精度更加细致准确,研究结果对延庆区的生态网络构建以及生物多样性的保护具有指导作用和实践价值,同时能够为其他地区的生态网络构建提供参考。      

基于碳汇和游憩服务协同提升的北京市第二道绿化隔离地区郊野公园环空间布局优化

【目的】快速的城市化建设导致全球变暖、游憩空间缺失等一系列生态及社会问题,严重影响了城市生态环境及人类健康,制约了社会经济的可持续发展。针对地处城市边缘地区的北京第二道绿化隔离地区进行基于碳汇和游憩服务协同提升的郊野公园环空间布局优化研究具有重要意义。【方法】研究基于RS与GIS技术,首先利用CASA模型计算区域提供的植被净初级生产力用以表征区域内生态空间可提供的碳汇量的时空分布趋势;其次,应用核密度分析模型与邻域分析探究区域综合游憩功能的时空分布强弱,利用最小累计阻力模型帮助识别潜在游憩廊道;最后,应用CA-Marcov复合模型预测2023年区域生态空间格局变化趋势,全面支撑北京第二道绿化隔离地区郊野公园环的优化选址。【结果】综合不同区域所提供的碳汇服务及游憩潜力的差异,结合北京第二道绿化隔离地区现状生态空间分布情况以及2023年生态空间格局演变模拟结果,共筛选出59处以碳汇和游憩服务协同发展为导向的郊野公园拟建用地范围。【结论】协同提升碳汇与游憩两类功能的郊野公园选址方法具有一定的空间定量化研究优势,相关评价结果可为北京第二道绿化隔离地区郊野公园环的空间布局优化和其他生态空间建设提...