渭河流域生态系统服务权衡优化研究

研究生态系统服务之间以及与土地利用类型之间的复杂关系,进行生态系统服务导向下的土地利用优化,对实现社会经济与生态保护协调可持续发展具有重要的意义。以渭河流域关中-天水经济区段(简称关天段)为研究对象,在子流域尺度估算了2000—2013年的生物多样性、固碳和产水3种生态系统服务量,定量化研究彼此之间的权衡和协同关系;并利用CA-Markov模型预测2050年土地利用变化情景,以此测算未来情景下的生态系统服务并引入生产可能性边界(PPF)方法,进行权衡与协同分析,探究2050年最优生态系统服务下的土地利用格局。研究得出:(1)2000—2013年研究区的总产水量呈增加趋势。秦岭与六盘山地区总固碳量较大,生物多样性质量较高;而关中平原地区人口和城市分布较多,固碳能力较差,生境退化度普遍较高。(2)固碳与生物多样性之间呈现协同关系,而产水与生物多样性和产水与固碳之间均表现为权衡关系。(3)绘制了2050年的生态系统服务下的最优帕累托效率曲线,并进一步进行权衡协同分析,得到相对应的土地利用优化图。将生态系统服务及权衡需求纳入到土地决策和优化管理过程中,将有助于研究区的生态,社会和经济达到共赢状态。

延河流域水供给服务供需平衡与服务流研究

水供给服务的供需定量评估与空间制图是当前研究的核心与前沿议题,然而耦合人类需求与自然过程进行供需时空关联分析和服务流模拟仍需进一步加强。以延河流域为研究区,基于GIS手段和SWAT模型,融合多源数据构建了水供给服务供需平衡与空间流动模型,从子流域尺度探究了延河流域水供给服务的供需空间匹配特征与流动规律,明确流域供给区和受益区的空间范围与流量。研究结果表明:1、2005—2015年延河流域水供给量先增多后减少,水需求量则逐年增多,供需平衡状况在逐年恶化。到2015年,流域的水资源安全指数(Freshwater Security Index,FSI)仅为0.095。2、延河流域水供给服务的供给与需求在空间分布上呈现显著的不匹配特征,尤其是位于延河中游的延安市区及周边地区,水资源供需矛盾突出。3、在水供给服务流研究的框架下,本文明确了流域内4个主要受益区的空间范围及其接受的相应上游子流域(供给区)提供的服务流量,分别为安塞城区、延安市区、青化砭镇、延长县城区及其附近城镇。本评估模型与研究结果不仅可以为实现延河流域水资源的合理配置和保障流域用水安全提供科学依据,也可以为其他流域的水资源管理提供参考。

基于多源国土空间数据的资源环境综合承载力及人口承载力评价--以江苏省常州市为例

[目的]研究江苏省常州市资源环境综合承载力情况,明确国土空间开发与利用方向,为该区土地与人口的空间布局优化提供决策依据。[方法]基于2010-2019年多源国土空间数据,构建多因素多因子综合判别模型。[结果]常州市资源环境综合承载力呈现出显著的东高西低,平原高山地丘陵区低等空间分异特征。此外,基于未来土地资源的粮食安全保障水平预测2030年常州市人口承载指数高达1.27,显著高于国际警戒水平。[结论]常州市空间开发程度、自然本底和基础设施条件对区域资源环境综合承载力水平具有显著的约束,且人口处于超载状态。

基于生态足迹的常州市生态承载力评价

以常州市为例,探索了基于生态足迹模型的人口与经济承载规模预测。结果表明,常州市人均生态足迹从2009年(2.9707 hm;)到2014年(3.9941 hm;)呈增长趋势,年均增长率为6.10%。生态足迹以农地、化石能源用地和水域为主,林地最小;常州市人均生态承载力从2009年(0.3040 hm;)到2014年(0.2908 hm;)基本呈下降趋势,年均变化率为-0.73%。农地(55.32%以上)和建设用地(37.18%以上)为主要生态承载力供给,二者占总生态承载力的比重从2009年的94.33%增长到2014年的94.64%,水域和化石能源用地供给不足,可开发利用的林地面积不大;2009—2014年人均生态赤字增长趋势明显,生态压力的增长趋势与人均生态赤字基本保持一致,到2014年人均生态赤字为3.7382 hm2,生态压力指数为12.8551。主要生态赤字是农地和化石能源用地导致,建设用地是主要生态盈余来源。总体来看,常州市的土地需求超过生态承载力范围,需要进一步调整土地利用结构,优化国土空间格局。

基于情景的关中平原土地利用和生态系统服务预测及变化分析

结合气候情景和政策情景设置了16种未来情景,在2000年和2010年土地利用数据的基础上利用IDRISI软件中的LCM模块模拟了2050年关中平原地区的土地利用,并估算了2050年各情景的3种生态系统服务(固碳、保土和保水)。结果表明:全球气候变化对未来土地利用有显著影响,生态系统服务主要随着土地利用变化而变化。碳税政策的实施对林地影响较大,对土壤保持和固碳有积极作用,对产水有消极作用;人口政策实施对城镇用地影响较为显著,降低固碳与土壤保持能力,增加产水能力。固碳量和保土量总量高的情景中,产水量通常较低;而固碳量和产水量低的情景中,产水量通常较高。

土地系统演变与气候变化耦合的中国未来水稻潜在产量模拟研究

土地系统和气候作为农业生产的核心要素,关系到耕地质量优劣,是农作物产量变化的关键驱动因子.然而,宏观尺度耕地演变与气候变化对粮食潜在产量的影响机制尚缺乏科学的量化模型.本文采用土地系统演变与气候变化耦合的建模思路,构建了GM-FLUS模型模拟中国未来40年土地系统变化,并据此改进全球农业区划模型(GAEZ),估算了国际耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5等四种情景下未来40年的中国水稻潜在产量及其空间分布,分析了水稻潜在产量的时空变化格局及其驱动因素,并据此提出了相应的增产策略.研究结果显示:(1)总体上,2020~2060年,中国水稻的潜在产量在SSP1-2.6和SSP3-7.0情景下呈现出增加的趋势,在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下呈现出减少的趋势;按照中国“力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”的发展战略,与SSP1-2.6情景较为相近,水稻产量相对稳定.(2)在中国耕地保护政策下,2020~2060年水田面积的变化幅度较小,水稻潜在产量变化主要受气候影响.根据四种气候变化情景,气温均呈现上升的趋势,且在长江中下游、四川盆地及周边地区等水稻主产区对水稻潜在产量起负向作用;降水量在SSP1-2.6、SSP3-7.0情景和SSP2-4.5、SSP5-8.5情景,分别呈稳定增加、波动降低趋势,且降水量与水稻潜在产量的关系以正相关为主.(3)未来在注重水田保护的基础上,应注重培育耐高温的水稻品种,采取防高温措施来应对未来气温升高对水稻产量的影响.同时,仍需健全灌溉与排涝设施,确保“旱能灌、涝能排”.