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。      

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...     

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...     

黑龙江农田生态系统服务权衡与协同

为促进农田生态系统可持续发展,亟需探究旱改水背景下黑龙江省农田生态系统服务变化。本研究基于1995年、2005年、2015年、2020年4期遥感影像解译结果,分析黑龙江省农田分布、农田生态系统服务变化,评估其权衡与协同关系,识别热点区域并划分生态功能管理分区。结果表明:1)黑龙江省旱地改为水田趋势明显,全省水田面积增长162.45%,主要位于三江平原;2)研究区的粮食产量、碳固定量、土壤保持量呈上升趋势,水分亏缺量也随之增长;3)粮食供应和碳固定具有空间协同关系,而与水文调节、土壤保持存在显著的权衡关系。研究发现1995—2020年农田生态系统服务具有一致的权衡/协同关系,但相关程度存在差异。依次,全省可划分为农产品供给区、土壤保持区和生态保护区3类生态功能区,从而实现区域生态系统服务最大化。     

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...     

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...     

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.     

白洋淀流域生态系统服务评估及其调控

政策制定者在制定土地利用相关政策时需要权衡各方面的利益关系,协调资源保护和经济发展之间的关系.由于缺乏有效的评价与权衡办法,目前对这方面研究还较少.采用InVEST模型,评价了白洋淀流域7种服务功能指标,分析了其空间分布特征.通过情景(政策情景与保护情景)分析,较好的反映了农业直接经济收入与服务功能之间的关系.结果表明:生物多样性、水源涵养、土壤保持和固碳重要区域主要分布在流域西部、北部和流域中部山区;水质保护和授粉重要区域主要分布于流域东部、南部和中部平原区.政策情景下,产水量第二,农业产出有所下降,固碳能力较保护模式差,N/P输出最少.保护情景下产水量最大,农田产出价值不变,氮磷保持与政策情景差不多,但固碳效果最好.通过权衡不同情景下服务功能得失,筛选既不损害流域居民实际经济收入,又能使得水文服务功能得到提高的管理模式.研究表明InVEST模型可以很好的用于对自然资本评估和空间化特征分析,通过建立不同情景,评价结果可以用于权衡不同管理策略下服务功能得失,是一种评价和预测自然资本变化的有效方法,对政策制定和策略筛选具有重要的指导意义.     

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。     

土地利用变化驱动下洛阳市生态系统碳储量时空变异

碳储量变化是衡量陆地生态系统碳循环的关键指标之一.以河南省洛阳市为例,分析2005—2015年土地利用变化,利用Invest模型计算洛阳市碳储量并分析碳储量的变化.结果表明,洛阳市碳储量呈现南多北少、山多谷少的空间分布特征.10年间洛阳市碳储量略有增加,说明在地形复杂经济较发达的区域,只要科学划分生态功能区,注重生态环境保护和建设,提高土地利用效率,就可以实现经济和生态的协调发展.     

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。     

中亚热带3种次生林生态系统服务权衡与协同

以中亚热带地区不同演替阶段次生林为对象,研究了马尾松+石栎针阔混交林(PM)、南酸枣落叶阔叶林(CA)及青冈+石栎常绿阔叶林(CG) 2种调节服务[土壤有机碳(SOC)调节、全氮(TN)调节]及1种支持服务(物种多样性)之间的权衡与协同关系及其影响因素。结果表明:CA的物种多样性显著高于PM、CG,CA与CG的土壤SOC、TN含量显著高于PM。3种次生林土壤SOC调节与TN调节为协同关系,物种多样性与土壤SOC、TN调节为权衡关系,PM、CA权衡表现为物种多样性具有相对较高的收益,CG权衡无固定的相对受益方。在演替前期,常绿阔叶树种比例、土壤p H分别与土壤TN调节-物种多样性、土壤SOC调节-土壤TN调节的权衡呈负相关,随着演替进行,地形因子、土壤因子及树种组成因子对生态系统服务权衡产生的影响较小。     

黄土高原土地利用及生态系统服务时空变化特征研究

全球变化背景下,研究土地利用变化过程对生态系统的影响及相互作用机理,是全面、科学认识生态系统对人类活动和全球气候变化响应的重要支撑。本文选择我国土地利用变化典型区黄土高原为研究区域,在收集相关遥感数据基础上,采用了降水贮存量法、通用土壤流失方程和修正土壤风蚀方程等估算方法,估算了2000—2015年黄土高原水源涵养、土壤保持和防风固沙等主要生态系统服务,分析了2000—2015年黄土高原土地利用和生态系统服务时空变化特征,得出以下结论:2000—2010年黄土高原土地利用变化强度和范围较大,主要以退耕还林还草为主,2010—2015年土地利用变化整体放缓,主要以城市化为主,退耕还林还草为辅;与2000—2010年相比,2011—2015年黄土高原的水源涵养量和土壤保持量有所增加,防风固沙量有所下降,水蚀模数和风蚀模数均有所下降;黄土高原土地利用变化驱动因素主要是国家政策等人类活动因素,生态系统服务年际变化主要是由于气温和降水等气候因子的波动变化,10年或者更长尺度的变化则是由于全球气候变化和土地利用变化双重影响。本文研究可为全球变化下黄土高原生态系统的健康发展提供科技支撑和相关政策建议。     

土地利用变化对生态系统服务功能的影响——以密云水库流域为例

生态系统服务功能与人类福利息息相关,土地利用变化是生态系统服务功能退化的主要驱动力之一,以人地关系紧张,生态系统服务功能变化剧烈的密云水库流域为对象,分析流域1990-2009年土地利用的变化,采用空间显式的生态系统服务功能评估软件InVEST中的“产水量”、“土壤保持”、“水质净化”模型,研究流域土地利用变化对生态系统服务功能的影响.结果表明1990-2009年密云水库流域土地利用变化剧烈,农田、草地和水体的面积分别减少了30％、48％、61％,林地、建筑用地和裸地的面积增加,增幅分别为30％、230％、282％.随着土地利用变化,生态系统服务功能相应产生着显著变化,研究期内,土壤保持功能和固碳服务分别增加46％和19％,但水资源供给服务和水质净化功能分别减少了3％和25％.农田面积的减少和森林的扩张改善了土壤保持服务,森林面积的增加同时也改善了固碳服务,但会削弱水资源供给服务,建筑用地的扩张会大幅度削弱水质净化功能,为维持和改善流域整体的生态系统服务功能,应加强对森林和建筑用地的控制.其研究为密云水库流域土地利用科学管理决策提供参考.     

生态系统服务评价模型及实证研究

生态系统是人们赖以生存的重要环境条件.随着人类社会发展对生态系统的过多消费,破坏生态系统结构事件的发生率明显升高,导致生态系统出现退化,直接影响到人们的生存环境,尤其是后代从生态系统中获取的收益.为了保护人类赖以生存的生态家园,环境保护和生态系统服务概念被逐渐引出,越来越在人类社会中发挥着重要地位.同时,生态系统服务评估模型作为生态系统服务的主要价值评估方法,在生态系统服务工作中具有重要意义.该文主要从生态系统服务的价值和评价模型着手,分析不同评价模型的功能和实际运用效果,探讨评价模型在生态系统服务评估中的重要性.     

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。     

喀斯特山地城市生态系统服务变化及关系研究——以贵阳市为例

贵阳市是喀斯特山地城市的典型地区,了解其生态系统服务之间的权衡/协同关系,对生态系统管理策略的提出与应用以及有效促进区域生态保护与经济发展具有重要意义.以贵阳市为例,基于RULSE、 InVEST模型评估了2005年、 2015年贵阳市土壤保持、产水量和碳固持3种生态系统服务,利用双变量相关、空间自相关等分析方法研究生态系统服务时间与空间的权衡/协同关系.结果表明：(1) 2005-2015年间,3种生态系统服务总体上呈增加趋势.在空间分布上,土壤保持与碳固持呈北高南低的空间分布,产水量则表现出相反的空间格局.(2) 2005年和2015年3种生态系统服务存在空间自相关,局部上正相关类型表现出较强的集聚性,而负相关类型的集聚性较低.(3)贵阳市生态系统服务主要由耕地、林地、草地提供,单位面积上,碳固持和土壤保持林地最高,产水量建设用地最高.(4) 2005-2015年间,土壤保持—产水量、土壤保持—碳固持为协同关系,产水量—碳固持为权衡关系;在空间上,贵阳市南部的城市建成区及周边地区土壤保持—产水量、产水量—碳固持两对生态系统服务均表现出权衡关系.本研究旨在为贵阳市以及其他喀斯特山地城...     

降水和土地利用对黑河上游生态系统服务权衡与协同关系的影响

本研究利用InVEST模型和CASA模型测算了2000—2015年黑河上游3种生态系统服务——产水、土壤保持和净初级生产力,量化了3种服务之间的权衡协同关系,并进一步分析了降水和土地利用对服务关系的影响。结果表明:2000—2015年3种服务在波动中增加,且均呈现出东南高西北低的分布态势。降水的增加使得产水与土壤保持由协同变为权衡关系,产水与净初级生产力由权衡变为协同关系。中覆盖度草地中产水与土壤保持、产水与净初级生产力的协同关系最大;灌木林地中土壤保持与净初级生产力的协同关系最大;高覆盖度草地中三者的协同关系最优。     

南方丘陵山区耕地资源多功能时空演变及协同与权衡研究——以安福县为例

[目的]构建耕地多功能评价指标体系,并在此基础上探究耕地多功能时空演变规律以及各项功能之间的权衡与协同空间分布格局及变化.[方法]运用综合评价法对耕地多功能进行评价,并采用斯皮尔曼相关性分析和空间自相关分析.[结果]2008—2018年安福县耕地生产功能、社会保障、景观休憩功能整体呈下降趋势,生态调节功能持续上升;耕地的生产-景观休憩功能、社会保障-景观休憩功能之间存在显著的协同关系,社会保障-生态调节功能、生态调节-景观休憩功能之间存在显著的权衡关系;安福县耕地各项功能在空间分布上差异明显,其呈现HH协同的区域主要分布在地势较为平缓的安福县东南部平都镇周围,功能分值较低呈现LL协同关系的区域主要分布在安福县西北部地势较高区域.[结论]通过研究耕地多功能时空演变及其协同性,可以有效地促进耕地合理的空间布局以及制定区域耕地利用方针,实现耕地高效可持续利用.     

成都市城市绿地景观与生态系统服务的关系

探究城市绿地景观格局与生态系统服务之间的关系,能够为城市绿地规划设计和生态文明建设提供科学依据。基于成都市2019年土地利用数据,计算成都市城市绿地斑块尺度的7个景观格局指数,利用InVEST模型研究绿地的水源供给、土壤保持和碳储存3种生态系统服务的空间分布特征,并利用相关性分析探明景观格局与生态系统服务的关系。结果表明,成都市绿地面积及绿地间距离差异较大,平均值分别为29.01 km²和256.8 m,形状较为规整;成都市绿地生态系统服务具有空间差异性,水源供给服务总量达24.98×10⁸ m³,呈现西南高东低的趋势;碳储存服务为12.73×10⁶ t,空间上呈中部高值聚集分布,其余地区为中、低值;土壤保持服务总量为3.54×10⁸ t,空间上呈现西南高东低的分布趋势;绿地的景观指数与生态系统服务之间呈非线性相关,水源供给、碳储存和土壤保持服务与斑块面积的关系是随面积的增大3种服务均先快速增加后增长速度减缓;随斑块间距离增大,水源供给、碳储存呈先降后增的趋势;绿地斑块距离与土壤保持服务呈负相关。