Dynamic Analysis of Supply and Demand Coupling of Ecosystem Services in Loess Hilly Region:A Case Study of Lanzhou,China

The relationship between the supply and demand for ecosystem services(ESs)is a key issue for the rational allocation of natural resources and optimisation of sustainable development capacity.This paper investigateed the dynamic evolution features of supply and demand of four ESs in Lanzhou of China,namely,water supply,food supply,carbon fixation and soil retention services.The crosssectional data of 2005 and 2017 were used for calculating ESs value and its supply and demand through ArcGIS software,InVEST model,elastic coefficient model and coupling coordination model.Results showed that:1)from 2005 to 2017,the supply of water supply services increased,the demand of soil retention services decreased,and the supply and demand of food supply and carbon fixation services increased.The high-value areas of service supply were mainly distributed in the rocky mountain areas in the southeast and northwest with high vegetation coverage,while the high-value areas of demand were mainly distributed in the urban areas and surrounding areas with high population density.2)There were five different types of coupling relations.Water supply service was dominated by a negative coupling type D,which means that the decrease in demand for ESs has had a positive response on the supply of ESs.Negative coupling type C was the main type of food supply and carbon fixation services,which means that the increase in demand for ESs has had a negative response on the supply of ESs.All three services were supplemented by a positive coupling type A,which means that the increase in demand for ESs has had a positive response on the supply of ESs.Soil retention service generally exhibits a positive coupling type B,which means that the decrease in demand for ESs has had a negative response on the supply of ESs.3)Over the past 12 yr,the coordination degree of supply and demand of water supply,food supply and soil retention services decreased,and the coordination degree of carbon fixation service increased.Various types of ES had a low degree of coupling and coordination,showing different characteristics of temporal and spatial evolution.The areas with imbalanced ESs supply and demand were mainly distributed in urban areas dominated by construction land.The research results are valuable to the optimisation of urban and rural ecological environments and the sustainable development of territory space under the framework of ecological civilisation,including similar ecologically vulnerable areas in other developing countries.

Simulation of coupled pelagic-benthic ecosystem of the Yellow Sea Cold Water Mass

A one-dimensional coupled pelagic-benthic box model for the Yellow Sea Cold Water Mass (YSCWM) is developed. The model is divided into three boxes vertically according to the depths of thermocline and euphotic layer. It simulates well the oligotrophic shelf ecosystem of the YSCWM considering effects of nu- trients deposition and microbial loop. Main features of vertical structure of various variables in ecosystem of the YSCWM were captured and seasonal variability of the ecosystem was well reconstructed. Calculation shows that the contribution of microbial loop to the zooplankton can reach up to 60%. Besides, input of inorganic nutrients from atmospheric deposition is an important mechanism of production in upper layer of the YSCWM when stratified.

A three-dimensional coupled physical-biological model study in the spring of 1993 in the Bohai Sea of China

A three-dimensional （3-D） coupled physical and biological model was used to investigate the physical processes and their influence on the ecosystem dynamics of the Bohai Sea of China. The physical processes include M2 tide, time - varying wind forcing and river discharge. Wind records from 1 to 31 May in 1993 were selected to force the model. The biological model is based on a simple, nitrate and phosphate limited, lower trophic food web system. The simulated results showed that variation of residual currents forced by M2 tide, fiver discharge and time-varying wind had great impact on the distribution of phytoplankton biomass in the Laizhou Bay. High phytoplankton biomass appeared in the upwelling region. Numerical experiments based on the barotropic model and baroclinic model with no wind and water discharge were also conducted. Differences in the results by the baroclinic model and the barotropic model were significant： more patches appeared in the baroclinic model comparing with the barotropic model. And in the baroclinic model, the subsurface maximum phytoplankton biomass patches formed in the stratified water.

Modeling Study of Seasonal Variation of the Pelagic-Benthic Ecosystem Characteristics of the Bohai Sea

Based on experiment data of the Sino-German comprehensive investigations in the Bohai Sea in 1998 and 1999, a simple coupled pelagic-benthic ecosystem multi-box model is used to simulate the ecosystem seasonal variation. The pelagic sub-model consists of seven state variables： phytoplankton, zooplankton, TIN, TIP, DOC, POC and dissolved oxygen （DO）. The benthic sub-model includes macro-benthos, meiobenthos, bacteria, detritus, TIN and TIP in the sediment. Besides the effects of solar radiation, water temperature and the nutrient from sea bottom exudation, land-based inputs are considered. The impact of the advection terms between the boxes is also considered. Meanwhile, the effects of the micro- bial-loop are introduced with a simple parameterization. The seasonal variations and the horizontal distributions of the ecosystem state variables of the Bohai Sea are simulated. Compared with the observations, the results of the multi-box model are reasonable. The modeled results show that about 13% of the photosynthesis primary production goes to the main food loop, 20% transfers to the benthic domain, 44% is consumed by the respiration of phytoplankton, and the rest goes to DOC. Model results also show the importance of the microbial food loop in the ecosystem of the Bohai Sea, and its contribution to the annual zooplankton production can be 60%-64%.

Evaluating rural sustainable land use from a system perspective based on the ecosystem service value

Rural sustainable land use(RSLU) is important to China’s implementation of the UN 2030 Agenda for Sustainable Development Goals and the goals of rural revitalization strategy in China. Research on RSLU is key to understanding the impact of human activities on rural sustainability. This paper explored the evaluation method of RSLU from a system perspective based on the ecosystem service value(ESV). Three systems were proposed for consideration when conducting this evaluation method. One was the sustainability of the land system, the other was the sustainability of the ecoeconomic system, and the rest was the sustainability of the land-eco-economy system. Indicators including(1) land use intensity and land system stability,(2) gross domestic production(GDP), ESV, and the eco-economic harmony degree(EEHD), and(3) coupling degree and coupling coordination degree were used to analyze the sustainability of the land, eco-economic, and landeco-economic systems, respectively. An empirical research on Yanhe ecovillage was conducted and the study period extended from 2008 to 2020. The results showed that forest land had always accounted for more than 81.20% of the total area in Yanhe eco-village from 2008 to 2020, which greatly influenced land system stability and restricted economic development. This feature contrasted with RSLU. The total ESV of Yanhe eco-village declined by 1.60×106CNY during 2008–2020 because of land use changes. The EEHD was –0.01, which presented that there was a very slight unharmonious between ecology and economy. The coupling degree and coupling coordination degree showed that the development between the land and ecoeconomic systems exhibited a coupling coordination relationship. The results indicated that ecology and economy in Yanhe eco-village will change significantly in response to land use changes in rural areas, which further revealed the dynamic linkage between human beings and nature. Moreover, opposite variation tendencies in land system stability and ESV revealed that the contradiction between the high stability of the land system and well development of the eco-economic system. The results of this study implied that it is necessary and useful to integrate ESV into land management to achieve RSLU.

山地多中心城市公园绿地生态系统文化服务供需匹配特征

城市公园绿地为居民提供了重要的生态系统文化服务,在促进居民身心健康和提高社会福祉方面发挥着关键作用。以典型山地城市重庆中心城区为例,构建供需匹配评估体系,利用多源数据量化供给与需求,识别供需平衡与协调发展关系。结果表明:(1)重庆市中心城区城市公园绿地生态系统文化服务供需具有显著空间异质性,供给呈北高南低、分散布局的格局,需求呈中心高、外围低的格局;(2)生态系统文化服务供需失衡特征显著,其中52.38%的组团文化服务供给滞后,33.33%的组团属于供给超前状态;供需耦合协调指数平均值为0.50,协调发展程度空间分布呈“中心高、外围低”格局;(3)综合分析供需均衡与耦合协调结果发现,由于供给超前导致了外围城市组团的失调发展,而城市中心区域组团在供给滞后状态下维持了中等水平协调发展程度。总体来看,重庆市中心城区各组团存在不同程度的公园绿地生态系统文化服务供需错配,基于评估提出针对性的城市公园绿地优化策略,可为公园绿地的合理配置与规划提供重要支持。

黄土高原城镇化与生态系统服务脱钩关系

城镇化与生态系统之间相互影响、相互制约,二者的平衡关系对于区域可持续发展具有重要意义。目前,现有研究多集中于二者静态耦合关系,对于相对发展关系研究较少,将静态耦合协调度和动态脱钩模型相结合,可以有效揭示城镇化和生态系统服务的辩证关系,以期为城镇化和生态系统服务协调发展提供有益的科学参考。以生态脆弱的黄土高原为研究区,测算1990—2020年其县域城镇化水平及生态系统服务价值,并借助耦合协调度和脱钩模型讨论二者协同与相对发展关系及演变过程,结果表明:(1)1990—2020年,黄土高原城镇化水平稳步上升并且内部存在明显的空间差异,呈现以省会城市为中心向周边地区扩展的格局。(2)黄土高原生态系统服务价值总量在30年间持续升高,不同地类提供的生态系统服务价值为草地>林地>耕地>水域>未利用地>湿地,80%以上的生态系统服务价值由草地和林地提供。(3)黄土高原县域城镇化和生态系统服务价值耦合协调度不断提升,处于协调阶段的区县由1990年的26.27%提升至2020年的59.70%,但仍处于较低的等级;黄土高原60%以上的区县表现为强脱钩或弱脱钩,城镇化发展的同时生态系统服务价值并未大幅衰退,生态压力得到有效的控制,二者之间的关系得到分离,但城镇化与生态系统服务价值的脱钩关系是一种动态的过程,近年来处于强负脱钩状态的区县数量有升高的趋势,城镇化发展对生境潜在威胁增加,黄土高原各地区应依据自然和社会经济条件的差异性,因地制宜走绿色高质量发展之路。

海洋类型国家公园生态系统服务与社区居民生计耦合协调分析--以长岛国家公园创建区为例

海洋类型国家公园,是海洋保护地体系的重要组成部分,对于海洋生物多样性保护以及海洋生态系统的保护恢复至关重要。在国家公园的建设过程中,严格的生态保护措施一定程度上限制了居民对资源的利用,使生态保护与社区发展的矛盾日益突出,国家公园社区生计与生态的协调发展成为国家公园建设中亟需解决的关键问题。根据长岛国家公园创建区的特点构建评价指标体系,客观评估长岛国家公园生态系统服务价值与居民生计资本水平,借助耦合协调度模型,量化分析了居民生计与生态系统服务之间的耦合协调关系。结果表明:(1)不同类型居民生计资本得分差异较大,渔业兼业型生计资本值最高,旅游主导型居次,务工主导型位列第三,农渔业主导型处于最低水平;(2)研究区内各村落生态系统服务价值总量不同,渔业兼业型和农渔业主导型居民所在村落的生态系统服务价值显著高于其余类型村落;(3)生计-供给服务耦合协调关系中,渔业兼业型达到协调发展水平,而农渔业主导型、务工主导型和旅游主导型普遍处于严重、中度失调水平;(4)生计-文化服务耦合协调关系中,农渔业主导型处于失调水平,渔业兼业型、旅游主导型、务工主导型均处于协调水平;(5)生计-调节服务的耦合协调度关系中,农渔业主导型、渔业兼业型、务工主导型处于失调水平,旅游主导型达到协调发展水平。基于研究结果,针对长岛国家公园创建区不同生计类型居民提出生态系统服务与生计协调发展路径,以解决长岛国家公园创建区生态保护与社区生计发展矛盾,实现国家公园人与自然和谐发展。

北京市中关村绿色创业生态系统的服务功能评价研究

绿色创业生态系统作为绿色低碳循环利用的重要载体,对促进我国绿色低碳循环发展具有重要意义。为探究绿色创业生态系统的服务功能发展水平,本文选取了2016—2020年北京市中关村示范区的数据为研究样本,以“支持功能、调节功能、文化功能、供给功能”4个功能为核心维度构建北京市中关村绿色创业生态系统的服务功能评价指标体系,建立熵权—TOPSIS模型和耦合协调度模型,对其进行实证分析。结果表明:服务功能整体发展态势向好,其中供给功能更为突出;形成了“政策支持—支持功能—服务功能”的明显链式影响结构;服务功能整体以及两两之间的功能耦合协调度呈非线性波动上升状。最后,本文提出了针对性政策建议,为北京市中关村绿色创业生态系统的服务功能的水平提升提供了有益启示。

中国旅游经济与生态系统服务协调效应及其障碍因素研究

在生态文明建设背景下,科学衡量旅游经济与生态环境的协调关系,厘清影响其协调发展的障碍因素,具有重要意义。文章首次引入生态系统服务测算,并在方法层面对现有的静态测算模型进行动态化创新,定量测度2000—2020年中国旅游经济与生态系统服务耦合协调度,科学度量其空间演化格局,并识别影响其协调发展的主要障碍因素。结果显示:1)中国旅游经济综合指数总体呈现波动上升态势,表现出东南高、西北低的分布格局;2)中国生态系统服务有一定的改善,整体呈现增长态势,表现出东高西低,由东南向西北递减的分布格局;3)中国旅游经济与生态系统服务长期处于高水平磨合阶段,耦合协调效应稳步增强,呈东高西低、南高北低的分布格局,极核特征明显;4)旅游经济效益、支持服务、旅游经济规模和调节服务是制约旅游经济与生态系统服务协调发展的主要因素。

旅游城镇化与生态系统服务价值的互动关系及协调效应研究--以湖南武陵山片区为例

厘清旅游城镇化与生态系统服务价值的关系,可为旅游人地系统优化提供理论支撑和量化依据.在构建旅游城镇化与生态系统服务价值关系框架的基础上,该文以旅游资源富集但生态脆弱的湖南武陵山片区为例,结合多源数据并采用PVAR模型、耦合协调度模型及空间趋势面等方法探析片区内37个县级区域两系统间的互动关系及协调效应.结果表明:(1)2011—2021年湖南武陵山片区旅游城镇化与生态系统服务价值的整体水平均取得提升;但县域间旅游城镇化的差距逐渐扩张,且多数县级区域难以突破“低水平均衡”陷阱;地均生态系统服务价值也渐趋分化,片区内中西部县级区域显著增加而东、南及西北部边缘区则呈下降趋势.(2)旅游城镇化与生态系统服务价值呈双向互动关系;短期内生态系统服务价值对旅游城镇化的正向效应十分显著,旅游城镇化的反作用相对较弱,但长期来看双方更依赖自身的惯性发展.(3)旅游城镇化与生态系统服务价值呈协调发展态势,且县域间的差距逐步收敛;在空间上,耦合协调度在东西方向上呈“中部隆起”特征,在南北方向上保持“北高南低”格局;协调发展区呈现以武陵源和永定为核心、自北向南连片扩张的态势,但旅游城镇化相对滞后的问题普遍存在.

长三角城市群城市洪涝韧性与生态系统服务的耦合协调关系

厘清城市洪涝韧性与生态系统服务之间耦合协调关系,可为城市防洪减灾和生态文明建设提供重要决策参考。综合运用基于麻雀算法的投影寻踪模型、InVEST模型和耦合协调度模型,在分析2000—2020年长三角城市群的城市洪涝韧性与水源涵养、水质净化、土壤保持和气候调节四种生态系统服务时空格局基础上,尝试探索两者耦合协调关系及其时空演变特征。研究发现:(1)长三角城市群的城市洪涝韧性水平呈现“N”型增加趋势,并呈现“上海>江苏>浙江>安徽”的空间格局,表明经济水平越高的城市展现出更强的洪涝韧性,经济是影响城市洪涝韧性波动的主要因素,而自然韧性成为城市洪涝韧性提升的关键短板;(2)生态系统服务存在显著的空间异质性,高植被覆盖的南部地区提供了更高的生态系统服务,从时间维度看其空间分布是稳定的,水源涵养和水质净化服务总体呈向好趋势,土壤保持服务整体呈现倒“N”型增加,气候调节服务呈现微弱的下降趋势;(3)城市洪涝韧性与生态系统服务的耦合协调度在研究期内较为稳定,且与生态系统服务的时空变化趋于一致,呈现“南高北低、由西南向东北逐渐减弱”的趋势,生态系统服务较高的城市,表现出更好的耦合协调性,且随着生态系统服务的增加而改善。因此,长三角城市群有必要从提高生态系统服务功能的角度出发,因地制宜、分类施策,促进城市洪涝韧性与生态系统服务的协调发展。

稳定性视角下黄土高原生态系统与生计系统的冲突与耦合——以陕西省佳县为例

黄土高原地区是我国生态脆弱和深度贫困的高度耦合区,长期面临生态治理和生计保障的双重压力,如何协调乡村生态系统与农户生计系统之间的平衡成为区域人地系统稳定和可持续发展的关键。基于稳定性概念内涵,以黄土高原佳县为例,采用地理空间数据和问卷调查数据,定量评价生态系统和生计系统现状,利用耦合协调度和相对发展度模型,梳理两个系统之间的相互作用关系并划分冲突与耦合类型区,在此基础上分析冲突关系的成因并提出分类治理建议,以期为区域人地矛盾缓解和可持续治理提供参考。结果表明:(1)佳县生态系统稳定性整体较高,但空间分异特征明显。县域生态稳定性格局呈“北部低值成片,南部低值分散”的特征,以道路交通用地和建设用地为表征的人为因素对生态稳定性的影响显著;(2)佳县生计系统稳定性整体处于中等级,农户生计方式已趋于多元,但生计资本仍较为匮乏。多样化的生计在一定程度上能够弥补生计资本的欠缺,而地理区位和自然条件对生计系统稳定性的维持作用仍不容忽视;(3)佳县生态系统与生计系统的相互关系以冲突为主,中度冲突、轻度冲突、濒临冲突和勉强平衡四种类型同时存在,勉强平衡区属于生态系统和生计系统稳定性双低的假性平衡,人地矛盾较为尖锐的冲突型区域内村庄多为生计滞后型,人地冲突的主要成因在于生态治理对生计空间的剥夺。建议通过结合决策者自上而下的管理和行为者自下而上的提升措施来逐步化解县域人地矛盾,实现生态-生计系统内部协调稳定。

国家公园生态系统服务与农牧户福祉的时空耦合分析——以祁连山国家公园为例

国家公园是国家生态安全屏障,面对生态系统服务退化与人类福祉提升的供需矛盾日益凸显的现实困境,明晰国家公园生态系统服务与人类福祉的耦合协调关系是国家公园科学管理的基础,也是可持续发展的内在需求。以祁连山国家公园为例,基于土地利用、统计年鉴和农牧户问卷调查数据,利用耦合协调模型,分析了国家公园试点建设过程中生态系统服务与农牧户福祉的耦合协调关系。结果表明:(1)国家公园建设的推进,提升了生态系统服务价值,主要贡献来源于冰川;空间上表现为能值聚集特征,高值区成片分布,低值区主要分布在西北区域。(2)农牧户福祉水平不断提升,主要体现在基本物质需求上,空间上呈现为“中间低东西高”的分异格局。(3)生态系统服务与农牧户福祉的耦合协调性有失衡趋势,主要表现为中度协调区面积下降,磨合区面积增加,超过三分之二的区域处于生态系统服务滞后于福祉发展水平;空间上,体现为严重失调区集中分布,磨合区逐渐成片,中度协调区逐步破碎化。

自然资源−社会经济−生态系统耦合视角下的生态保护修复转型思考

自然资源、社会经济和生态系统相互作用、相互影响,构成了动态演变的耦合系统。本文明晰了自然资源−社会经济−生态系统耦合视角下生态保护修复的认知内涵,梳理了人地关系、社会−生态系统发展框架等耦合方法理论,分析了当前国土空间生态保护修复工作中存在的不足,主要体现在要素关联的系统性不足、空间尺度统筹的联动性不足、与社会可持续发展目标的协同性不足等。针对这些不足,提出了耦合视角下生态保护修复转型的路径和策略,包括强化系统目标进行模式与格局优化、跨层级联动统筹、高质量协同匹配等,以期为新时期生态保护修复与生态文明建设提供科学依据。

金沙江梯级库区生态系统服务供需耦合协调度及驱动因素

[目的]探索金沙江梯级水电工程库区生态系统服务供需关系的时空演变规律及其驱动因素,为水电工程库区生态管理提供决策支撑。[方法]基于金沙江梯级水电工程库区土地利用、人口、国内生产总值、归一化植被指数和降水量等数据,采用市场价值法、耦合协调度模型和地理加权回归模型等方法,开展库区生态系统服务供需耦合协调度及其驱动因素研究。[结果]2005—2019年期间库区生态系统服务价值增加了6.8亿元,总量达到了917亿元。生态系统服务供需严重失调和重度失调的区域,主要分布于金沙江北岸的四川省境内,勉强协调和良好协调的区域主要分布于金沙江南岸的云南省境内。植被覆盖对库区生态系统服务供需耦合度呈现正向驱动关系,人口和地形起伏度为负向驱动关系,降水量对库区北部局部地区为正向驱动关系,其余地区为负向驱动关系。[结论]库区生态系统服务供需耦合协调度呈现南高北低的空间分布特征,且受多重因素影响,未来应加强水电工程库区生态系统服务研究。

长白山温带森林生态系统关键要素耦合及演替过程动态模拟

认识生态系统内和生态系统间耦合机制,揭示复合生态系统功能规律,对促进我国山水林田湖草沙项目一体化修复和保护实践具有重要的意义。针对目前修复和保护工程中出现的缺乏系统性、连续性等问题,以拥有丰富生态资源的长白山温带森林生态系统为研究区域,对其关键要素“水土气生”进行耦合建模。通过分析模型的运行机理,探究重要子模块之间的相互作用以及子模块内部生态关键要素的耦合机制,并以长白山温带落叶阔叶林的组成树种和环境因素为对象构建模型参数,通过运行林窗模型1000次,得出长白山温带森林的动态演替过程。结果表明:在森林生态系统的演替过程中,“水土气生”体现为模型中有效积温、干旱天数(低于土壤凋萎点的天数)、土壤可利用氮以及可利用光,这些关键要素之间相互影响,综合决定着每棵树木的更新、生长、死亡过程。模拟结果显示在长白山温带针阔混交林的动态演替过程中0—70 a, 70—170 a, 170—280 a, 280—400 a四个阶段分别有不同的树种组成特征,与真实演替过程比较发现模拟林具有明显的阶段性。白桦、山杨为演替先锋树种,0—70 a期间生物量共占比为55%,70 a后生物量减少最后消失;紫椴、蒙古栎、水曲柳等为过渡树种,这些树种进一步改变了生长环境。红松在170 a前生物量占比仅为3%左右,随演替的发展生物量持续增加,170—280 a期间生物量占比15%,280 a之后红松生物量占总林分的50%。该结果模拟森林动态过程符合演替规律,充分说明多关键要素“水土气生”耦合机制的合理性,对于促进生态系统尺度上多生态要素耦合的相关研究提供了科学理论基础以及方法技术。

基于人地耦合协调的山水林田湖草一体化修复分区研究——以吉林省梨树县为例

吉林省梨树县地处东北黑土平原腹地,是黑土地保护的示范区域,发挥着多种生态系统功能.基于土地利用类型、遥感影像等数据,形成以小流域为基本单元的生态功能重要性、人类活动强度与生态系统服务价值耦合度等的聚类分析结果.根据分析结果,将该区域分为6个生态修复单元,分别为:东辽河流域中游农田保护修复区;南部生态保护修复区;东南部水源涵养保护区;西部防风固沙、人地协调保护修复区;中西部水土保持、人地协调修复区;中东部水源涵养修复区.在明确各分区主导生态环境问题的基础上分区施策,提出水环境生态修复、增加水源涵养林等措施,保证区域粮食安全,为类似的生态修复研究提供参考.

基于生态系统的海岸带管理分区方法与应用

基于生态系统的海岸带管理分区是约束和引导海岸带开发保护的重要工具,对建设海岸带生态安全屏障、推动海洋高质量发展具有重要意义。论文以宁波市为例,以海湾为基本单元设计分区模型,建立生态系统服务和生态系统质量评价指标体系与方法,运用耦合协调度模型评估两者协调性并划定管理区。结果表明:三门湾耦合协调度0.80,为巩固发展区,以优化产业结构为主;象山湾耦合协调度0.72,为集中恢复区,以自然恢复生态系统为主;杭州湾耦合协调度0.58,为重点治理区,采用“人工+自然”方式整治修复生态系统。