建三江垦区景观结构动态变化及其土地利用生态系统安全时空分异

对受到强干扰下的区域景观结构动态变化及其土地利用生态安全时空分异特征进行研究,是区域生态安全和可持续利用研究的重要组成部分。以建三江垦区15个农场为研究区,利用遥感手段提取研究区1992年、2001年和2010年的景观类型信息,定量分析了研究区景观结构变化特征;定量计算研究区不同尺度的景观稳定性,并结合DPSIR模型构建研究区土地利用生态安全综合评价指标体系;对15个农场的土地利用生态安全等级进行评价,并分析了其时空分异变化特征。结果表明:1992—2010年,各农场的景观整体组合特征大体分为三种类型,景观空间格局特征亦有显著变化。在时间分异上,创业农场、二道河农场和浓江农场的土地利用生态安全评价值和等级呈先下降后上升的态势,其他农场的土地利用生态系统安全值和等级都呈逐年上升态势。在空间分布上,1992年,等级相对较高的地区集中在中西部、西北部和东部;2001年,呈现两个带状分布;2010年,土地利用生态安全等级均提升,等级低的地区镶嵌其中。这种等级变化和时空分异特征体现了不同土地利用生态系统的稳定状态,即结构和功能对干扰的抗性和恢复性水平,并体现人类的土地利用行为对保障土地的可持续利用能力起到关键作用。

基于土地利用结构的河流岸带生态系统服务簇识别

为识别河流岸带土地利用与生态服务价值的空间结构,从河流岸带保护角度选取水资源保护、净化环境、水文调节、土壤保持、维持养分循环、生物多样性6项生态服务功能,基于遥感影像解译的土地利用数据,运用修正的当量因子法估算得到生态服务价值的空间分布规律,进而进行层次聚类分析识别河流岸带生态服务簇,并应用于太湖流域湖西区溧阳市县级河流——竹箦河作为实例研究。结果表明:(1)竹箦河河岸带6项生态服务价值呈现出显著的空间异质性和聚集性;(2)竹箦河河岸带可划分为5大类生态服务簇,分别为水源涵养型、绿色多元型、经济生态型、生态脆弱型以及耗水污染型;(3)各类服务簇的生态系统服务特点与空间布局分异明显,与岸带实际土地利用结构相协调,揭示了竹箦河河岸带生态服务功能普遍较薄弱的现状。研究结果可为竹箦河及类似平原地区骨干河流岸带功能区划分以及河岸带生态保护与修复方案的制定提供理论参考。

城中采煤塌陷地土地利用和生态系统服务价值演变研究——以山东济宁太白湖新区为例

城中采煤塌陷地严重限制了城市发展,影响了生态系统服务的供给。因此,城中采煤塌陷地的生态修复与开发利用更为迫切和重要。本文利用2000—2021年遥感影像数据,采用土地利用变化分析和生态系统服务价值当量模型研究了太白湖新区采煤塌陷地土地利用和生态系统服务价值时空演变,探讨了主要驱动因素。结果表明:采煤塌陷地土地利用以耕地和水域占优,其次是建设用地,林地和草地再次之;各地类间的转移以耕地向水域转出为主,其次是耕地向建设用地的转移。生态系统服务总价值(ESV)呈长期显著增加后小幅回落;水域生态系统服务价值大幅增加,耕地价值显著减少,林地和草地价值较小;水文调节、废物处理、气候调节3项服务功能价值量相对较大;ESV高值区由西南向东南、中部、北部不断扩张,随后向中部聚集。土地利用和ESV变化主要是由城镇化建设、采煤塌陷、采煤塌陷地修复治理和政策驱动共同驱动造成的。

老工业城市土地利用/覆被变化及对生态系统服务价值的影响——以沈阳市为例

维持和改善生态系统服务是保障老工业城市可持续转型的重要基础。利用遥感影像解译和改进当量因子法,定量分析沈阳土地利用时空变化及对生态系统服务价值影响。结果表明:(1)沈阳土地利用以耕地为主,建设用地和水域呈增加趋势,而草地、林地等重要生态用地逐渐减少;2005—2010年其土地利用/覆被变化最为显著。(2)生态系统服务主要以调节服务为主,耕地和水域贡献超八成的生态系统服务,而草地、林地仅贡献约两成,且逐年减少;空间分布上呈中心低外围高的圈层结构;生态系统服务价值年均增加0.66亿元,人均价值年均降低47.95元。建议系统管理城乡土地资源,加强林地、草地等保护和质量提升,控制新城区和工业园区扩张,提升单位土地资源产出率。

面向水土生态系统服务协同的土地利用模拟

针对水土生态系统服务功能的相关成果难以应用到实际土地利用规划中的问题。本研究以黄土高原为研究区,使用K-means聚类算法在小流域尺度上划分土地利用结构,结合InVEST模型探究土地利用结构对水土生态系统服务功能的影响。以阳泉市为典型区,设置多情景,结合多目标优化算法和PLUS模型进行未来土地利用模拟。结果表明:在小流域尺度上,黄土高原的土地利用结构可以划分为6类。农地结构、林地结构、农地-草地结构、草地结构、农地-林地-草地结构、裸地结构,最优土地利用占比分别是0.6—0.7,0.5,0.45/0.4(农地/草地),0.75—0.85,0.15/0.4/0.25—0.35(农地/林地/草地)。各土地利用结构中生态系统服务之间的约束曲线基本上是驼峰型、凹波、半凹波和凸波。从未来的土地利用数量上看,3种情景下水域和灌木面积均处于较低水平。其中,对照情景中城建用地面积最大,基准情景次之,协同情景最小。3种情景下,阳泉市均以城市建设为中心,向外依次为耕地、草地和林地的层次分布特征。土地利用的发展过程中各种土地类型之间存在替代规律,即城市建设倾向于取代耕地和草地,草地则可能取代林地和耕地,而林地则可能与草地发生替代关系。研究成果对黄土高原土地利用规划有重要参考价值。

基于土地利用变化的洞庭湖生态经济区生态系统服务价值时空演变及相关性分析

土地利用变化是导致生态系统服务价值(ESV)变化的重要原因,以洞庭湖生态经济区为研究区,在3km×3km格网尺度下,基于2000—2020年土地利用变化定量测度洞庭湖生态经济区ESV并分析其时空特征及空间相关性。结果表明:洞庭湖生态经济区土地利用格局总体稳定,耕地、林地以及水域为主要用地类型。耕地在2000—2020年减少规模最大,建设用地始终保持增长态势;2000—2020年,研究区ESV呈先增加后减少趋势,价值总量共增长10.12亿元,水域和林地是ESV主要贡献者。ESV高值区主要集中于中部洞庭湖区及四水流域,四周林地为次高值区;研究区ESV空间分布具有正相关性,存在显著集聚效应,但ESV空间分异效应逐年增强。

咸阳市土地利用及生态系统服务价值时空变化

为掌握咸阳市土地利用变化特征及生态系统服务价值变化规律,采用土地利用转移矩阵分析咸阳市土地利用变化,并对其生态系统服务价值进行评估分析,结果显示:(1)土地利用占比由大到小依次为:耕地>水域>林地>建设用地>未利用地;(2)人类活动对土地利用的影响程度在逐渐加深,林地和建设用地的利用程度均呈上升趋势;(3)咸阳市的土地利用变化主要是耕地向建设用地转移以及耕地与林地的互相转移;(4)2003—2021年咸阳市生态系统服务价值增加3.2301亿元,整体呈先增长后减少的趋势;(5)除供给服务价值呈持续减少趋势外,调节服务价值、支持服务价值和文化服务价值均呈先增加后减少趋势。研究结果可为优化土地利用结构和布局,协调土地管理与生态环境关系提供依据。

不同土地利用情景下河南省生态系统服务价值时空特征分析

河南省是黄河流域生态屏障的支撑带,探究其土地利用变化对生态系统服务价值(ESV)的影响对推进黄河流域生态保护和高质量发展具有深远意义。该文通过修订ESV当量表并纳入建设用地生态价值构建2000-2020年河南省ESV系数表,结合FLUS模型解析河南省不同土地利用情景下ESV历史演变特征及未来30年的变化趋势。结果表明:①2000-2020年河南省ESV经历了先升后降再回升的波动过程,整体呈上升趋势,空间上呈西高东低的分布特征;②河南省地级市中南阳、信阳、洛阳的ESV及其变化量较高,对河南省ESV的总贡献率接近50%;③耕地、林地、水域的ESV占比均较高,研究期内ESV的正向增长主要受益于水体与林地面积的扩大,而耕地缩减与建设用地无序扩张则是导致ESV下降的关键因素;④2025-2050年耕地保护情景下河南省ESV最高,自然情景下最低。未来30年保护耕地资源、扩大林草地和水域面积以及合理控制建设用地扩张对于维护和提升生态系统服务价值具有决定性作用。

土地利用变化对生态系统服务的影响——基于河西走廊中段干旱区域的考察

生态系统服务作为自然过程与人文过程的桥梁和纽带,在探索自然生态与人类生存的关系中具有独特的工具价值和方法意义。通过对河西走廊中段巴丹吉林沙漠南缘干旱区域移民定居社区的长期观察,以生态系统服务为分析框架,考察土地利用变化对生态系统的影响以及生态系统服务的偏移,能够帮助我们更好地理解当前地方发展过程与生态系统的互动关系。权衡与协调当前需求与未来发展、共同利益与利益冲突以及环境与文化的互动等相关思考,可以为生态安全框架下的可持续发展提供借鉴,进而在更广阔的实践层面拓展生态人类学的应用价值。

基于土地利用变化的黄河上游四川段生态系统服务价值评价

[目的]通过定量研究20年间黄河上游四川段土地利用变化与生态系统服务价值的关系,评估该流域段生态综合治理效果,为健全民族区域空间规划、生态环境保护与管理提供依据,助力黄河流域高质量发展。[方法]利用黄河上游四川段2000年、2010年和2020年土地利用数据,基于土地利用动态度、土地利用矩阵分析土地利用变化,并参考中国陆地生态系统单位面积生态系统服务价值当量,对黄河上游四川段生态系统服务价值当量的经济价值进行修正,定量研究黄河上游四川段2000-2020年间土地利用变化对生态系统服务价值的影响。[结果](1)2000-2020年黄河上游四川段林地、荒漠、湿地和水系土地利用面积呈上升趋势,耕地、灌木、草地和冰川积雪呈下降趋势,2010-2020年土地利用变化比2000-2010年更显著;(2)黄河上游四川段2000年、2010年和2020年生态系统服务价值分别为1.27×1010,2.51×1010,3.92×1010元,呈上升趋势,敏感性分析表明分析结果可靠。各土地利用类型中,对生态系统总价值贡献最为显著的地类是草地,2000-2010年和2010-2020年草地生态服务贡献率分别为93.90%和72.90%,其次为湿地和林地;(3)研究区在20年间各单项生态系统服务价值均呈增加趋势,区域生态服务功能的分项价值大小均为调节服务>支持服务>供给服务>文化服务,11个单项功能中起显著服务价值的为气候调节、水文调节、土壤保持和生物多样性,4项之和占总价值比例超过69.50%。黄河上游四川段土地利用变化影响区域生态系统服务价值的变化,其中草地影响最显著,其次为湿地和林地。[结论]研究结果表明20年间生态治理成果逐渐增强,生态环境不断变好。

2010—2020年桂林市生态系统碳储量演化及土地利用的驱动影响

随着经济发展与城市化进程加快,人类活动对生态环境的扰动越来越强烈,导致生态环境问题日益明显,社会对生态环境安全更加关注。本研究选取桂林市2010年、2015年、2020年共三期土地利用数据,利用ArcGIS分析其土地利用变化情况,并通过InVEST模型计算出2010—2020年桂林市生态系统碳储量,结合土地利用转移变化,分析土地利用变化对碳储量变化的影响。结果表明:(1)桂林市土地利用类型以林地为主,2010—2020年林地面积持续占桂林市土地面积的60%以上,2010-2020年桂林市土地利用变化主要表现为建设用地的快速扩张;(2)2010、2015、2020年桂林市总碳储量分别为2503.45×10^(6)t、2493.36×10^(6)t、2490.56×10^(6)t,呈现逐年减少的趋势,桂林市的固碳能力有所降低;(3)土地利用布局在极大程度上影响了碳储空间分布,桂林市碳储量存在显著的空间变异格局,西北及东部地区碳储量总体较高;(4)不同土地利用类型具有不同的固碳能力,林地、草地、耕地、建设用地、未利用地和水域对研究区的碳储贡献依次降低。本研究通过对桂林生态系统碳储量时空演化分析,以及土地利用变化对生态系统碳储量的影响进行探究,对桂林市国土空间规划、土地利用调整提供科学依据。

典型喀斯特区域土地利用变化对生态系统服务价值的响应情景模拟

[目的]模拟喀斯特地区土地利用变化引起的生态系统服务价值变化,分析土地利用变化对生态系统服务价值的响应关系,为区域可持续发展和生态安全保护提供科学依据。[方法]以生态环境脆弱的喀斯特地区贵州省为例,基于2000年、2010年及2020年3期土地利用数据,通过PLUS模型预测了不同情景下土地利用情况,并进一步从空间分布上分析了多情景下ESV的变化特征。[结果](1)4种预设情景中,自然发展情景耕地面积与林地面积呈现大量减少的趋势,分别减少了101676,208481 hm^(2);(2)在4种预设情景下,研究区2030年ESV耕地与生态双保护情景(488.694亿元)>生态保护情景(488.524亿元)>自然发展情景(486.435亿元)>耕地保护情景(479.087亿元)。(3)在4种预设情景下,研究区2020年及多情景模拟下单位面积ESV的空间分布特征较为相似。但自然发展情景下其ESV在空间分布上高值区域明显减少。[结论]ESV与土地利用变化息息相关,对未来土地利用进行合理规划是保证良好的生态环境质量最直接的原因,从可持续发展角度来看,耕地与生态保护情景下的经济发展才是土地利用的最佳模式。

哈密市土地利用变化对生态系统碳储量的影响研究

基于InVEST模型评估1990—2020年哈密市碳储量变化及其对土地利用变化的响应,运用最优参数地理探测器模型分析碳储量空间驱动因素,并采用PLUS模型预测2040年生态系统碳储量。结果表明,1990—2020年哈密市耕地、草地、建设用地面积增加,未利用地、林地、水域面积减少,生态系统碳储量共增加3855.93×10^(4) t,呈现中间高、四周低的空间分布特征,土地利用与人为干扰指数是主要驱动因素。未利用地向草地转移是碳储量增加的主要原因,生态用地向建设用地和未利用地转移是碳储量减少的主导因素。2040年哈密市生态系统碳储量预测值为50525.62×10^(4) t,伊州区和巴里坤县为未来碳储量主要增加区。

基于土地利用和地形的生态系统服务空间分布及权衡-协同-独立关系——以安塞区为例

[目的]生态系统退化问题日益突出,开展生态系统服务空间分布及其相关关系研究对区域生态文明建设具有重要意义。[方法]基于InVEST和CASA模型,在10 m空间分辨率下定量评估安塞区2020年土壤保持、固碳释氧、水源涵养和生境质量及其随地形和土地利用变化趋势,分析生态系统服务间权衡—协同—独立关系。[结果](1)林地和草地生态系统服务较强,未利用地和建设用地较弱;耕地、林地和草地生态系统服务间协同作用明显,而未利用地表现为权衡作用,水域表现为独立作用。(2)土壤保持量最高值在中低海拔、急悬坡和半阴坡,固碳释氧量最高值在中低海拔、陡峭坡和阴坡,涵养水源量最高值在低海拔和阳坡,生境质量最高值在高海拔、急悬坡和阳坡。(3)地形和土地利用视角下,生态系统服务整体表现为协同度>独立度>权衡度,协同作用常发生在土壤保持、固碳释氧和水源涵养之间,生境质量与其他生态系统服务权衡作用明显。(4)协同作用随着海拔升高和坡向向阳程度加强而提升,随着坡度增加呈先升高后降低变化趋势,权衡则与之相反。[结论]土地利用和地形对生态系统服务影响较大,应因地制宜开展土地规划和生态管理,基本证明了退耕还林还草生态恢复措施与其地形气候的适应性和决策的正确性。

国家重点生态功能区生态系统服务价值对土地利用变化的时空响应

【目的】研究国家重点生态功能区用地结构转变对生态系统服务功能的影响,对编制地方经济社会发展计划和调整国土资源合理配置有重大参考价值。【方法】利用安徽省太湖县2000、2010、2020年3期土地利用数据,建立转移矩阵分析土地利用变化规律,在600 m×600 m格网尺度下计算生态系统服务价值的空间定量,并运用空间自相关探究生态系统服务价值对土地利用变化的时空聚集特征与冷热点分异规律。【结果】(1)2000—2020年太湖县土地利用面积变化的速度总体缓慢,建设用地增长了1.43%,耕地减少了1.00%,草地、林地、耕地面积逐年下降,建设用地逐年增加;(2)土地利用综合变化指数高于0,全县的土地利用变化结构正处于成长期;(3)20 a来,太湖县各土地利用类型的生态系统服务价值均出现一定程度的下降,其中水域和林地对研究区生态系统服务价值总量的贡献率最高;(4)土地利用变化对生态系统服务价值空间分布呈正相关,以低-低聚集区和高-高聚集区为主,随着土地利用结构的改变,集聚的相关度也随之增加。从冷热点分布状况看,太湖县生态系统服务价值变化量在总体上呈现“中热北冷,南部冷热分异明显”的分布特征。【结论】太湖县不同土地利用类型生态系统服务价值的数量和空间分布差异明显,需要关注水体面积保护与南部建设用地扩张两者的土地资源配置优化问题,加强对土地利用结构的优化和生态用地空间格局的提升。

基于土地利用变化的长江中游地区生态系统服务供需平衡研究

[目的]揭示生态系统服务供需平衡的时空特征,并进一步探究土地利用变化对生态系统服务供需平衡的双重效应及其影响机理。[方法]选取长江中游地区作为研究对象,引入生态系统服务供需量化矩阵分析生态系统供需平衡的时空格局,并运用土地利用变化生态贡献率模型分析土地利用变化对生态系统服务供需平衡的双重影响。[结果](1)研究期间,长江中游地区生态系统服务供需平衡状况持续恶化,主要是由建设用地大规模扩张和耕地、林地大面积缩减带来的生态系统服务供给能力减少和消费需求增加造成的。(2)长江中游地区不同类型生态系统服务供给间的关系在时间尺度上由权衡转为协同,需求和供给平衡间的协同关系在时间尺度上进一步增强,但不同类型生态系统服务供给、需求和供需平衡间的权衡或协同性质及其程度在空间尺度上却存在高度异质。(3)长江中游地区土地利用变化对生态系统服务供需平衡存在改善和恶化双重效应,且恶化效应显著大于改善效应,但引起生态系统服务及其分项服务供需改善和恶化的土地利用变化类型具有时序异质性。[结论]应促进具有协同改善生态系统服务供需平衡的土地利用变化类型,提升与区域主体生态系统服务功能一致的土地利用类型,以及遏制具有协同恶化生态系统服务供需平衡的土地利用变化类型,以实现区域生态系统服务供需改善。

土地利用视角下生态系统服务价值时空演变与机制——以辽宁沿海地区为例

采用当量因子法、热点分析及地理探测器等方法,全面估算2000—2020年辽宁沿海地区生态系统服务价值(ESV)的变化,揭示ESV的空间分布格局及其驱动机制。结果表明:2000—2020年,辽宁沿海地区的耕地及林地急剧收缩,建设用地及养殖塘快速扩张。ESV从2000年的1015.69亿元增加到2020年的1385.23亿元,主要归因于水域及养殖塘的变化,对ESV贡献最大的是水文调节功能。自然条件决定了辽宁沿海地区ESV基本的空间分布,人为活动加强了ESV的分异特征。各驱动因子间的交互作用对辽宁沿海地区ESV的空间格局产生了较强的影响。

土地利用变化下宁夏生态系统服务权衡协同关系研究

研究土地利用变化及其对生态系统服务的影响可为改善区域生态环境提供科学依据,然而以往的研究多关注历史时期的生态系统服务变化,缺少对未来情景下生态系统服务的预测及其权衡协同关系的分析。因此,本研究以宁夏地区为例,采用PLUS模型模拟了未来自然情景、耕地保护情景以及生态保护情景下的土地利用状况,并基于InVEST模型量化了不同土地利用类型下的碳储存、土壤保持、产水以及粮食生产四种生态系统服务,并在不同空间尺度上对生态系统服务间的权衡与协同关系进行了研究。结果表明:未来三种情景下的产水量较现状年份减少,土壤保持量和固碳量在生态保护情景下最大,分别为7.98×107 t和4.72×108 t,粮食产量在耕地保护情景下最大,达到了1.52×107 t;从全省尺度上来看,仅固碳和土壤保持服务之间表现出较高的协同关系,但在区域尺度和县区尺度下,产水和固碳服务之间的协同关系也较为显著。

黄河砒砂岩区土地利用生态系统服务价值响应

[目的]探究生态系统服务价值对土地利用变化的响应并预测未来变化的趋势,为砒砂岩区土地利用格局规划提供科学参考。[方法]以砒砂岩区2000—2021年四期遥感影像为基础,基于GIS技术和ESV评估方法,分析了20年来LUCC与ESV的变化特征,探究LUCC引起的ESV的响应关系,并利用马尔科夫模型对两者的发展趋势进行了预测。[结果](1) 2000—2020年,LUCC总面积保持不变,建设用地增幅最明显,共增加762.73 km^(2),增长率达4.57%;草地减幅最明显,共降低548.79 km^(2),减少率达3.28%。(2) ESV整体水平呈下降趋势,从199.496 5亿元下降到189.971 9亿元,下降4.78%,其中,草地ESV变化最大,减少7.462 9亿元,占总体下降率的78.35%。(3) ESV与草地、林地、耕地、水域及建设用地面积变化呈正相关,与未利用地呈负相关。(4)经预测,未来10年耕地、林地、草地、水域面积会下降至2020年的96.69%,98.94%,94.27%,99.12%;建设用地、未利用地会增加至150.03%,121.61%,砒砂岩地区整体ESV水平会继续减少至92.81%。[结论]耕地、林地、草地和水域的面积在减少,建设用地及未利用地的面积会增加,ESV会持续减少,ESV变化与土地利用变化之间呈线性关系,未来建设用地的面积会增加,ESV会继续减少,合理调节建设用地的面积有利于黄河砒砂岩区生态建设和植被恢复重建。

近30年西北内陆荒漠资源大区土地利用驱动下生态系统碳储量时空变化

依据1990—2020年遥感影像、高程模型、植被、气象等数据,通过定量计算与定性分析相结合的区划分析,获取西北内陆荒漠资源大区的自然资源综合区划。根据西北内陆荒漠资源大区气候因子对全国水平下不同土地类型的碳密度进行修正,获取西部干旱区碳密度数据,利用InVEST模型,分析1990—2020年土地利用变化对碳储量的影响。结果表明:①近30 a来该研究区以草地退化为主,耕地和荒漠是草地主要转出的类型,其中2010—2020年土地利用类型变化显著;②研究区碳储量呈现西多东少的空间分布,其中西部阿尔泰山与塔城盆地温带草原亚区和伊犁盆地温带草原亚区由于草地面积较丰富而碳储量较高;③1990—2020年西北内陆荒漠资源大区的碳储量总体呈波动下降趋势,土地利用类型的转化引起碳储量净减少1.86×10^(8) t,其中2000年和2020年研究区大量草地转化为荒漠,使土壤碳储量明显下降,固碳潜力有所下降。本次对西北内陆荒漠资源大区土地利用对生态系统碳储量时空变化的评估,有助于判断生态系统功能的转化趋势,为生态系统调控和促进该地区低碳可持续发展提供参考。