耦合InVEST-PLUS模型的榆林市生境质量时空演变及预测分析

生境质量是衡量一个地区生态环境优劣的重要参考指标,土地利用变化研究可为区域生境质量时空动态演变特征评估提供科学依据。基于1980年、2000年、2018年土地利用数据,通过InVEST模型、PLUS模型、地理信息图谱法分析并预测榆林市土地利用变化情况,以此探究陕西省榆林市生境质量时空演变特征。结果表明：(1)榆林市景观基质主要由草地和耕地构成,林地和未利用地次之,水域和建设用地占比相对较少,退耕还林政策的实施、治沙工程的开展,以及建设用地的开发是土地利用变化的主要驱动因素。(2)从区域整体分析,1980年、2000年、2018年、2030年生境质量平均值分别为0.502 8,0.520 9,0.518 3,0.525 9,生境值总体变化不大,呈现先增后降再增的波动变化趋势。从空间格局分析,榆林市生境质量分布具有一定的规律性,整体呈现东高西低的格局。生境退化平均值分别为0.029 8,0.028 9,0.029 2,0.028 3,具有生境退化的威胁。研究结果对榆林市自然环境的保护和生境质量的提高具有理论支持和政策意义。     

延安市退耕还林前后土壤保持生态服务功能评价

为更好地探究延安市退耕还林前后土地利用变化对区域土壤保持生态服务功能的影响,采用了InVEST模型对延安市退耕还林前后2000年和2015年的土地利用变化及土壤侵蚀量、土壤保持量进行了评估,该模型在计算生态系统土壤保持服务功能时,考虑了地块泥沙输移、沉积这一重要水文过程,在计算土壤保持量时更为精确。结果表明:(1)15年间各地类面积均发生了不同程度的变化,其中林地面积的增加量(主要来源为耕地和草地)和耕地面积的减少量(主要流向为林地和草地)分别达到了3 142.25km2及3 011.27km2,退耕还林工程取得了巨大成效。(2)延安市2000年和2015年的土壤侵蚀强度均以轻度和中度侵蚀为主,侵蚀总量分别为2.20亿t和1.38亿t,15年间各侵蚀强度类型均有向低等级侵蚀强度类型转换的趋势。(3)延安市2000年与2015年土壤保持总量分别为7.72亿t和8.50亿t,且土壤保持量呈东北向西南增加的趋势,各地类中林地和草地的土壤保持效果最佳,说明退耕还林工程的推进是增加区域土壤保持功能的重要途径。     

熵视角下延安市生态系统服务价值时空递变规律及其影响因子

退耕还林还草工程显著改变了延安市土地利用情况,进而改善了延安市的生态环境,评估这一过程的生态环境变化情况有利于后续生态保护与规划决策。基于1990—2020年土地利用、自然和社会统计数据,利用时间信息熵模型和地理探测器探究退耕还林还草工程实施前后延安市生态系统服务价值(ESV)时空递变规律及影响因子。结果表明:(1)1990—2020年延安市生态系统服务价值总体增加7.7亿元,增幅约32.42%。林地生态系统服务价值增加了11.25亿元,增幅为80.54%,是增长的主要贡献者,调节服务价值占比50%。(2)延安市生态系统服务价值整体呈现出"南高北低"的空间分布格局,有25.1%的区域ESV上升,分布在延安北部和中南部,6.4%的区域ESV降低,分布在各区县城郊地带。(3)归一化植被指数(NDVI)是ESV空间分异的主要影响因子,各因子间的交互作用共同影响了延安市的ESV空间分异。     

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.     

喀斯特地区退耕还林工程下生态系统服务变化与关系分析

为了给新形势下退耕还林工程的实施提供科学的理论依据,以贵州省安顺市普定县为研究区域,借助生态系统服务和交易的估价权衡模型(InVEST)测度了普定县1990年、2000年、2010年、2017年的土壤保持、产水量、碳储存和生境质量4项服务。结果表明:(1)产水量、碳储量、土壤保持和生境质量服务在3个时段生态系统服务变化指数(ESCI)的结果各不相同,如持平和倍增。增益及损失范围在空间分布上不相同,同种生态系统服务在不同的时间段上分布也不相同。(2) 4种主导生态系统服务的分布格局也显示出显著的空间差别:土壤保持主导服务主要分布在山地林地地区;产水量主导服务主要分布在山地林地、建设用地及裸地;碳储量主导服务主要分布在林区;生境质量主导服务分布在水域、林地、草地和耕地。(3)普定县土壤保持与碳储存服务、土壤保持与生境质量服务、碳储存与生境质量都存在明显的协同关系;土壤保持与产水量存在较好的协同关系。(4)普定县4类及3类生态系统服务热点区主要分布在林地和草地地区,且随着退耕还林(草)政策的全面开展,4类及3类热点区面积逐年增加;0类和1类服务热点区主要分布在普定县的建设用地、裸地及耕地地区。     

拉西瓦水电站建设对区域景观格局与生境质量的影响

评价水电站建设对景观格局与生境质量的影响对改善当地生态环境质量、减少水土流失具有重要意义。以拉西瓦水电站周边区域为研究区,基于2000年、2005年、2010年、2015年土地利用和DEM等数据,利用移动窗口法分析水电站建设各时期景观格局指数的时空演变规律,结合InVEST模型研究生境质量的时空分布特征,探究水电站建设对周边区域景观格局与生境质量造成的影响。在此基础上,采用空间自相关方法分析生境质量的时空聚集模式,探讨高原地区水电站建设对周边区域生境质量时空聚集造成的影响。结果表明:(1)在2005—2010年水电站建设中期,景观格局指数空间分布发生明显变化,2000—2005年水电站建设前期与2010—2015年水电站建设后期几乎不变。(2)研究区的生境质量数值为0.3～0.7,在2005—2010年水电站建设中期,"中等"生境质量的面积占比由35.15%变成45.26%,"良好"生境质量的面积占比由48.23%变成40.28%。(3)2000年、2005年、2010年、2015年4期生境质量的Moran’s I均为正值,在空间上呈现非随机性,"高—高"空间聚集主要为河流与裸土地地区,"低—低"空间聚集为稀疏草地与建设用地地区,2005—2010年在水电站位置的西北区域,"不显著"空间聚集转为"低—低"空间聚集。     

赣州市生境质量和景观格局间时空非平稳性关联

在城市化的高速推进造成景观破碎、威胁生境质量的大背景下,赣州市较好地实现了经济发展与生态保护并行。为探明赣州市景观格局对生境质量的驱动机理,回答“怎样的景观格局有利于生态保护”这一问题,该研究以赣州市为研究区,对其2000—2020年的生境质量进行空间测度并分析其时空跃迁动态特征;分析其景观格局演变特征,并基于时空地理加权回归模型（geographically and temporally weighted regression,GTWR）探明二者关联机制。结果表明：赣州市生境质量呈现“四周高,中部低”的空间分布特征,2000—2020年整体均处于较高水平,呈现积极协同进步的空间动态特征;赣州市景观格局维持在较稳定状态,人造地表扩张优先占用非林非水地类,且与水域增量存在空间伴随;生境质量与景观格局间关联呈现显著的时空非平稳性特征;散布与并列指数（interspersion juxtaposition index ,IJI）显示人造地表、林地和水域交错分布可能降低人造地表对生境质量的负向影响。该研究以提升生境质量为目标,探明了10 km×10 km格网尺度下赣州市各景观格局指数的最优驱动阈值区间,人造地表总面积占比全域应控制在0.68%之内,最大斑块占林地总面积比不宜低于9.8%,且林地总面积占比全域应控制在7.8%之内,斑块IJI指数应大于20%,草地和水域斑块IJI指数应控制在60%内以及超出13%。研究结果可为对国土空间规划和其他区域的生态管理决策提供参考。     

黄土高原生境质量时空演变及其驱动因素

[目的] 分析黄土高原生境质量的时空演变和影响因素，为黄土高原的生态治理和保障区域生态安全提供科学参考。 [方法] 运用InVEST模型评价了黄土高原生境质量，利用空间自相关分析法分析生境质量时空关联性，采用地理探测器分析了影响生境质量的驱动因子并进行单因子探测及交互探测。 [结果] ①2000-2020年，黄土高原20.5%的区域生境质量上升，7.18%的区域生境质量下降，区域生境质量呈稳定提升的趋势。 ②2000，2010和2020年黄土高原全局Moran’s I分别为0.714，0.706和0.694，生境质量在空间分布上呈现集聚现象并具有较高的空间正相关性，Moran’s I指数值降低说明空间集聚性小幅度下降，空间分布差异性渐趋均衡。 ③黄土高原生境质量因子影响程度大小顺序为：NDVI＞降水＞GDP＞坡度＞高程＞人口＞气温，研究期内各驱动因子对生境质量的决定力变化幅度不大且影响顺序未发生明显改变，说明各因子对生境质量的影响较稳定。 [结论] 应充分考虑黄土高原的实际情况，兼顾生态与经济两方面协同发展的目标，未来黄土高原可根据各生态区块的生境质量状况，制定更加具有针对性的管理措施，增强生态系统服务功能，并以其为基础寻求新型经济增长模式。     

秦岭北麓沣河流域矿区生境质量的时空演变及驱动因素分析

秦岭是中国的“中央水塔”,研究秦岭北麓矿山生境质量的时空演变特征对区域生态保护和可持续发展意义重大。为了评估小流域背景下人类活动对矿山生态环境的影响,该研究针对沣河流域内的重点工程祥峪铁矿区,基于遥感影像提取其1985、2002、2010年和2022年土地利用变化,结合InVEST (integrated valuation of ecosystem services and tradeoffs)模型和地理探测器定量分析该矿区生境质量变化与驱动因素。结果表明：祥峪铁矿区的土地利用变化主要由旱地逐步转变为林地和工业用地,疏林地转入面积达到18245505.71 m²,退耕还林还草工程取得显著成效;祥峪铁矿区生境质量指数由0.50下降为0.49,标准差由0.06增加为0.09,说明生境质量有所下降,空间差异不断扩大,区域整体平均生境退化度降低,但工业用地迅速扩张对周边林地产生持续影响;生境质量变化是自然因素和人文因素共同作用的结果,其中,土地利用变化是造成生态环境脆弱的主要原因,对生境质量变化的解释力达到0.82。该研究可为分析其他类似矿区生态环境演变,推动景观格局的优化和生态文明建设提供科学参考。     

基于土地利用变化的山东省生境质量时空演变特征

【目的】厘清近20年山东省生境质量演变特征,明确土地利用变化对生境质量的影响。【方法】运用InVEST模型、GIS空间分析方法分析了2000～2018年山东省生境质量的时空演变特征。【结果】研究表明：（1）2000～2018年山东省生境质量整体处于中级水平且空间差异显著,总体呈现中东部高、西部低的空间格局;较低及以下等级生境质量区趋于沿湖、沿海地区及城市市区集中分布,较高及以上等级生境质量区呈现山地、丘陵集聚特征。（2）生境质量指数从0.558下降到0.538,生境质量级差化特征明显,生境质量提升区趋于济南、淄博、潍坊、青岛、临沂等城市边缘区集中分布,生境质量退化区集聚于滨州、东营、潍坊市沿海地区。【结论】山东省生境质量时空变化受土地利用变化影响显著,生境质量提升区主要发生在耕地向林地、草地转化以及未利用地向林地、水域、草地转化地区。     

湖南省多尺度生态系统服务供需关系及影响因素

[目的]分析生态系统服务供需分布格局及主要驱动因素,为区域生态保护实践、生态环境改善提供科学参考。[方法]借助InVEST模型、ArcGIS等工具,评估湖南省2000—2020年粮食生产、碳固持、水源涵养、土壤保持以及生境质量共5项生态系统服务供需量,分析其时空演变规律和空间匹配关系,在网格尺度和县域尺度运用最优参数地理探测器模型探究影响生态系统服务供需比的驱动因子。[结果](1)湖南省生态系统服务供给总量均大于需求总量,碳固持服务和生境质量服务供给量以及水源涵养服务需求量下降,其他生态系统服务供需量均上升。(2)湖南省各项生态系统服务供需分布、供需比集聚特征以及供需空间匹配空间异质性明显。(3)两种尺度生态系统服务供需比主导因子有一定差异,社会经济因子在县域尺度上的影响较网格尺度更为显著;土地利用因子与其他因子的交互作用对生态系统服务供需比空间分异解释力较高。[结论]不同尺度生态系统服务供需矛盾突出,未来各级政府应制定更加精确的生态管理措施,并以此为基础促进区域土地合理利用,最终达到区域绿色发展的目标。     

基于InVEST模型的黄土丘陵沟壑区退耕还林还草工程对生态系统碳储量的影响评估

[目的] 定量评估退耕还林还草工程对黄土丘陵沟壑区生态系统碳储量的影响,为区域生态建设提供理论基础。[方法] 采用GIS空间分析法与InVEST模型相结合,研究2000—2020年黄土丘陵沟壑区土地利用及碳储量变化。[结果] ①研究区2000—2020年耕地转为林、草地面积分别占耕地转出量的20.75%,86.56%,区域林、草地覆盖率增加了1.76%; ②退耕还林工程显著提升了黄土丘陵沟壑区碳汇功能,碳储量由2000年的8.22×10⁸ t增长至2020年的8.26×10⁸ t,2010年碳储量达到峰值,为8.35×10⁸ t; ③研究区净增加碳储量远远抵消了碳流失量,其中还林还草的碳储量贡献率最大,分别是38.82%,22.58%。[结论] 实施退耕还林还草工程对区域生态系统碳储量具有显著的正面作用,林、草地建设均可增强生态系统碳储存服务。未来研究应重点关注生态修复工程的碳汇贡献,科学管理林、草植被,提高区域生态系统服务功能。     

坝上高原生态用地时空格局演变与生态系统服务价值分析

为了给当地的生态用地保护和区域间生态补偿提供科学依据,该研究在坝上高原地区1990、1995、2000、2005、2010和2015年6期土地利用解译数据的基础上,通过GIS等工具分析了研究区域1990-2015年间生态用地格局演变的基本特征,并对生态用地的生态系统服务价值进行了计算。主要结论如下:1990-2015年期间,研究区域生态用地数量呈减少趋势,其中林地和其他生态用地数量在增加,草地和湿地数量在减少。生态用地活跃程度在2000-2015年比1990-2000年期间更高。林地的空间稳定性最好,然后为草地和湿地,其他生态用地稳定性最差。生态用地生态系统服务价值由46.01亿元上升到428.26亿元,增加了8.31倍,林地和湿地提供的生态系统服务价值最大,其次为草地,其他生态用地最小,应当继续加强生态防护林建设,采取生物恢复技术,人工补水,科学禁牧、休牧、轮牧,调整产业结构等措施恢复和增加林地、湿地和草地的生态系统服务功能。     

2000-2020年广西陆地边境地区生境质量演变

[目的]评估广西陆地边境带生境质量和退化程度，探索其演变特征和聚集效应，为区域生态文明建设，保护生态环境和生物多样性，实现绿色发展提供参考。[方法]基于InVest模型和Moran′s I指数探究了广西边境地区的生境质量和生境退化程度，分析了其在时空上的演变情况和聚集程度。[结果](1) 2000—2020年广西边境地区发生生境质量退化程度较低的地区主要分布在林地、草地等自然生态条件较好的地区，在耕地、建设用地、河流水域等人类活动区域发生生境退化明显。(2)总体来看，广西边境地区生境质量得分较高，2000年、2010年和2020年的平均生境质量值分别为0.7392,0.739 5,0.734 2,存在部分县市在城市建设中占用耕地导致生境质量降低。(3)广西边境地区生境质量在空间分布上有显著的集聚性，高—高型集聚区面积虽明显大于低—低型集聚区，但存在低—低型集聚区对高—高型集聚区进行切割导致高等生境集中连片的程度降低。[结论]广西边境地区土地利用变化对区域的生境质量有着深刻的影响，未来应加强底线约束和人为活动引导。     

快速城镇化地区景观生态风险变化评估——以上海市青浦区为例

[目的]研究区域生态风险的时空变化规律,为区域生态规划和生态建设提供技术支持。[方法]基于景观格局指数构建区域综合生态风险评价模型,并利用空间自相关分析方法,开展快速城镇化地区生态系统变化及其生态风险时空分异研究。[结果]2000—2013年上海市青浦区城镇和林地大面积增加,农田大面积减少,湿地保持稳定;研究区生态风险空间分布差异明显,青浦东部地区的生态风险高于西部地区,且东部风险扩张速度高于西部,城市化对生态风险的影响显著。[结论]区域生态风险具有显著的空间集聚特征,其生态风险值呈现显著的空间正相关关系。这些变化与生态系统变化及人类活动之间关系密切。     

基于CA-Markov模型的黄土塬区黑河流域土地利用变化

研究黄土高原的土地利用变化,可为其生态建设提供重要的决策依据。基于CA-Markov模型,分析了黄土高塬沟壑区黑河流域1985－2000年土地利用变化的趋势、速度、类型及其与地形的关系,并模拟了2015年土地利用情景。结果表明,黑河流域以耕地和中覆盖草地为主;1985－2000年林地和农地减少,草地和建设用地增加,其他类型变化很小;林地和草地相互转化与耕地转出是两大变化类型;土地利用变化主要发生在沟壑区。CA-Markov模型模拟的2000－2015年土地利用将保持1985－2000年的变化趋势,因此,需加强耕地保护措施,推进退耕还林草工程,促进区域可持续发展。     

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。     

滇中城市群土地利用转型及生态系统服务价值交叉敏感性分析

为探清滇中城市群土地利用转型对生态系统服务功能的影响,基于2000年、2010年、2020年3期Landsat TM/OLI遥感土地利用解译数据,运用土地利用动态变化模型、生态系统服务价值计算模型和土地利用转型生态贡献度研究了不同土地利用转型过程和生态系统服务价值的时空演变特征,并结合交叉敏感性系数模型定量评估了土地利用转型对生态系统服务价值的响应程度并划定敏感性分区。结果表明:(1)滇中城市群土地利用类型以林地、草地、耕地为主,建设用地持续扩张及耕地、水域、未利用地面积不断减少,草地和林地经历了“先减少后增加”的变化过程;(2)研究期间生态系统服务价值呈“先减少后增加”的趋势,地均生态系统服务价值高值区主要分布在滇池、抚仙湖和星云湖三大高原湖泊流域;(3)近20 a来,退耕还林、还草、还湖对生态系统服务功能改善的贡献度达49.10%,毁林开荒、围湖造田对林地、草地和水域的占用导致生态系统服务价值减少约2.65亿元;(4)耕地、林地、草地和水域向其他地类转型对生态服务价值的响应较为敏感,耕地、林地和草地与建设用地间转型的高生态敏感区集中在曲靖和楚雄,耕地与林地间转型的高生态敏感区分布较小,林地向草地和水域转型的低生态敏感区空间分布范围最广。综上,该区不同土地利用转型对生态系统服务功能影响显著。     

自然—社会经济因素驱动下江西省生境质量的时空演变与主控因子

[目的]基于江西省2000—2020年5期土地利用数据,分析生境质量时空演变特征和研究区域生境质量变化的主要因素,以期为江西省土地利用规划及区域生态系统服务优化提供参考。[方法]使用InVEST栖息地质量评估模型对江西省生境质量水平进行空间测度,利用全局Moran’s I指数分析生境质量时空关联性,并运用地理探测器模型捕捉影响生境质量的主导因子。[结果](1)2000—2020年,江西省生境质量整体处于较高水平,但呈现缓慢下降趋势。(2)江西省生境质量具有较高空间正相关性,空间分布差异性逐渐增强。(3)自然—社会经济驱动体系中,土地利用类型因子中林地所占比例是影响生境质量的主控因子,各驱动因子间交互作用均为非线性增强,其中距建设用地距离和耕地比例两者交互作用最大。[结论]江西省生境质量整体水平较高,空间分布差异明显,生境质量水平主要受土地利用类型的影响。     

退耕还林（草）对农牧交错区小流域景观格局的影响——以神木县六道沟小流域为例

为了解退耕还林（草）工程对黄土高原农牧交错区小流域土地利用及景观格局的影响,利用RS、GIS技术和景观生态学方法,选择景观格局指数,对研究区退耕还林（草）前（1995--2002年）后（2002--2010年）的土地利用和景观格局时空变化特征进行分析研究。结果表明：1）退耕还林（草）前,景观格局变化幅度较小,具体表现为研究区面积比例、聚集度指数以及各景观类型的变化幅度比较小,退耕还林（草）后,小流域景观格局发生了剧烈演变,具体表现为耕地面积比例急剧减小,林草地面积比例迅速增加以及斑块边界复杂性下降;2）1995--2010年,研究区景观蔓延度指数从46．26升高到47．54,多样性指数从1．67下降到1．65,从以耕地、草地和林地为主的景观生态系统转变为以草地和林地景观为主的景观异质程度较低的景观生态系统;3）退耕还林（草）工程是研究区景观格局良性演化的主要驱动力。