基于自组织映射神经网络的淮河流域生态系统服务簇时空变化特征

生态系统服务簇的识别是区域生态系统服务管理与优化的关键。量化了2000、2010、2020年淮河流域产水量(WY),水源涵养(WC),土壤保持(SC),生境质量(HQ),水质净化(WP),净初级生产力(NPP)和碳储量(CS)7种生态系统服务。并基于自组织映射神经网络(SOFM)识别了生态系统服务簇,探讨了生态系统服务簇的时空变化特征。结果表明:(1)2000—2020年,WP,NPP与WC呈上升趋势,WC的增幅最大;CS与HQ呈下降趋势。淮河流域各生态系统服务具有时空异质性,生态系统服务高值区多位于西南部山区与东北部丘陵山地地区。(2)识别了5个生态系统服务簇:核心生态服务簇,WP服务簇,WY服务簇,NPP服务簇与生态过渡服务簇。核心生态服务簇与生态过渡服务簇的面积总体增加,流域西南部山区与东北部丘陵山地地区生态系统服务提升,2000—2020年,WY服务簇与NPP服务簇间的转移面积较大,WY服务簇面积减少达60.09%,NPP服务簇面积显著增加,2020年占整个流域面积的57.02%。研究结果不仅有助于清晰认识淮河流域生态系统服务簇的空间分布格局及动态变化,也为探索淮河流域可持续的生态系统管理与规划决策奠定了基础。

基于LUCC的生态系统服务价值时空演变——以祁连山区域为例

分析祁连山区域生态系统服务价值的时空变化特征,可为该区土地高效开发利用、生态恢复与保护机制的构建提供数据支撑。基于1980年、1990年、2000年、2010年和2020年的土地利用数据,运用改进的当量因子定量评估祁连山区域不同历史时期的生态系统服务价值,结合空间自相关及GIS空间统计方法,探究研究区不同乡镇的地均生态系统服务价值时空变化特征。结果表明:1)1980-2020年,研究区主要土地类型为未利用地、草地、林地、耕地,总覆盖率在93%以上。其中林地和未利用地面积减少,建设用地动态度变化最大。2)1980-2020年,祁连山区域生态系统服务总价值增加了170.8285×10^(8)元,其中草地、林地和水域的生态服务价值占78%,水文调节和气候调节的生态服务价值占60.14%。3)地均生态系统服务价值的空间正相关性较明显,空间集聚程度较高。高值聚集区有由增加向减少转变的趋势,低值聚集区逐年增加。4)1980-2010年,祁连山区域南部生态系统服务价值高于北部,北部生态系统服务价值在2010年后有增加趋势,但研究区南北间生态系统服务价值还未达到均衡和稳定。

黄河流域生态系统服务供需的时空变化及与人类活动的空间交互作用

【目的】随着人类活动对生态系统干扰的日益加强,分析黄河流域生态系统服务供需的变化特征及其与人类活动的交互作用,能够为生态保护和可持续发展策略的制定提供理论依据。【方法】采用当量因子法核算1980—2020年黄河流域生态系统服务供给量,以土地利用开发程度、人口密度和经济密度核算生态系统服务需求量,并基于供需分析和人类活动强度的量化结果,采用双变量空间自相关分析方法揭示了两者之间的交互关系。【结果】结果表明:1980—2020年,黄河流域生态系统服务供给呈现先减少后增加趋势,总体减少了14.43×10^(8)元;生态系统服务需求增加,特别是在2000年后增加更明显,2020年呈现自西向东递增的空间格局。黄河流域低供给-高需求的地级市主要位于研究区东部地区,低供给-低需求的地级市主要位于中部地区且被高供给-低需求的地级市围绕。人类活动强度呈现东部地区较高,而西部地区较低的特征,且随时间推移在增强。黄河流域生态系统服务供需与人类活动强度之间表现为显著的空间负相关性,并且在局部尺度呈现出High-Low集聚、Low-High集聚和Low-Low集聚三种集聚模式。【结论】研究结果可视化了黄河流域生态系统服务与人类活动在空间上的权衡关系,能够为协调生态保护与人类活动的政策制定提供科学指引。

长时间序列生态系统服务权衡与协同驱动因素——以芜湖市生态系统服务功能极重要区为例

人类对生态系统的管理和干预促使生态系统服务权衡向协同转化,有助于生态系统服务综合效益提升。但当前缺乏对长时间序列分析背景下生态系统服务权衡协同驱动因素及其非线性影响的理解与把握。以芜湖市“生态系统服务功能极重要区”为研究案例,考虑生境质量、碳固定和土壤保持三种关键生态系统服务,基于多源数据,运用逐像元趋势叠加分析法评估1990—2020年间研究区生态系统服务变化趋势及其权衡协同空间分布规律,采用随机森林模型探索该区域生态系统服务权衡协同形成的关键驱动因素及其非线性影响效应。研究结果表明:(1)31年间芜湖市域生境质量显著下降区域面积约为提升面积的两倍,存在进一步衰退的风险。同时,城市扩张导致市郊边缘地带碳固定、土壤保持显著下降。(2)研究区生态系统服务供给能力受权衡协同影响显著,受影响区域总面积占比达64.48%。受权衡影响区域与协同影响区域存在显著空间差异。(3)土地利用强度是管理生态系统服务权衡向协同转化的主导因素。土地利用强度对权衡协同的影响表现出非线性特征并且存在影响阈值。当强度等级介于弱与中且偏向弱强度时对不同服务协同增益具有积极作用。

海洋保护地社区多元化生计与生态系统服务的依赖关系

海洋保护地在主要承担典型海洋生态系统、珍稀濒危物种、重要自然资源自然遗迹和人文资源有效保护的同时,兼具生态功能维持、资源可持续利用与社区经济持续发展等多重任务,普遍面临着生态保护与社区生计发展间的依赖⁃冲突关系,探究社区生计与生态系统服务间的依赖关系,对实现海洋保护地与社区协调发展具有重要意义。基于山东长岛海洋保护地的415户社区居民的调研数据,运用可持续生计分析框架和生态系统服务依赖度模型,分析社区居民的生计资本和生态系统服务依赖度(IDES)的特征,进一步结合多元回归模型探究生计资本对IDES的影响。结果表明:(1)社区居民生计资本得分呈现出由渔业主导型向务工主导型、旅游主导型、渔业兼业型递增的总趋势,且不同类型社区居民的生计资本结构具有较大差异;(2)渔业兼业型和旅游主导型社区居民从生态系统获取的收益显著高于其它居民,IDES总指数由大到小排序依次为渔业主导型、旅游主导型、渔业兼业型、务工主导型,且渔业主导型生计的供给服务依赖度显著高于其他类型,文化服务依赖度最低;(3)生计资本对不同类型居民的供给、文化服务依赖度的影响存在差异,海上养殖规模、渔业作业范围、接受政府技能培训次数、生态补偿政策、社会组织参与程度、旅游扶持政策惠及程度等指标是平衡居民生态系统服务依赖结构的关键。基于此,从不同类型居民以及当地政府多个角度提出提高长岛海洋保护地社区居民生计资本水平,优化生态系统服务依赖结构的建议,以期为实现海洋保护地与社区的协调发展提供参考借鉴。

长汀县生态系统服务权衡与协同关系

以长汀县为研究区,采用当量因子法核算2010—2020年的生态系统服务价值,使用Pearson相关性分析方法和双变量自相关方法探讨生态系统间的权衡与协同关系,并借助自组织映射网络方法识别不同的生态系统服务簇.结果表明:2010—2020年长汀县生态系统服务价值在数量上呈现上升趋势,在空间上呈现“四周高、中心低”的环状分布特征;协同关系是长汀县生态系统服务的主导关系,主要分布在生态系统服务价值高的区域,权衡关系主要分布在生态系统服务价值低的区域;根据聚类结果和生态系统的主导服务功能将长汀县分为水源涵养簇、服务枯竭簇、生态调节簇和生产生态簇.研究结果可为长汀县生态系统服务可持续发展提供科学依据.

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。

环鄱阳湖城市群生态系统服务价值时空变化及权衡协同关系

[目的]量化和分析环鄱阳湖城市群生态系统服务价值及时空变化,探讨其生态系统服务之间的权衡协同关系,为区域生态环境保护与修复提供决策参考。[方法]以环鄱阳湖城市群2000年、2010年和2020年3期土地利用数据为依据,采用ESV当量因子法、生态贡献率以及生态系统服务权衡协同度模型等方法,探讨环鄱阳湖城市群ESV时空变化以及生态系统服务之间的权衡协同关系。[结果](1) 2000年、2010年和2020年环鄱阳湖城市群生态系统服务价值分别为4 163.50亿元、4 219.53亿元、4 202.93亿元,整体呈先增后减的变化特征。研究期间各地类中林地的ESV最大,在单项服务功能中水文调节的ESV最大。(2) ESV空间分布格局较为稳定,中高值格网分布于大型湖泊水库以及水系主干道,低值格网分布于城镇建成区和耕地开发程度高的乡村聚集区。ESV增加的区域主要为鄱阳湖外围,ESV减少的区域为南昌市区、九江市东北部、鹰潭市等区县的城镇建成区。(3)水域对ESV变化的贡献率最大,是影响环鄱阳湖城市群ESV增减变化的主要因素。(4)研究时段内协同关系为生态系统服务之间的主导关系,权衡关系集中存在于水资源供给、净化环境、水文调节与其他生态系统服务功能之间。[结论]修复和保护水域和林草地、严格管控建设用地扩张是维护环鄱阳湖城市群ESV良性增长和生态安全的有效措施。

生态系统服务对绿色创新的资源诅咒效应研究——来自中国城市的经验证据

本研究利用遥感数据评估了中国的生态系统服务价值,结合2003—2019年中国142个高生态系统服务价值城市的绿色专利数据,参照资源诅咒假说,探讨了生态系统服务对城市绿色创新的资源诅咒效应。主要发现有:(1)生态系统服务对城市绿色创新呈现出资源诅咒效应;(2)进一步的路径分析揭示,挤出研发投入、抑制产业结构高级化和推动制度弱化是生态系统服务价值对绿色创新产生资源诅咒效用的关键途径。

人地耦合视角下喀斯特石漠化地区生态系统服务提升

针对喀斯特石漠化治理转型面临恢复效果区域差异大、生态功能稳定性弱、忽视社会系统与生态系统的协同等问题,系统梳理了当前我国石漠化治理存在的主要挑战与科技需求,提出从侧重自然生态系统转向社会-生态系统的整体性视角,以区域生态系统服务整体提升为目标,聚焦喀斯特关键带地上-地下耦合过程,加强石漠化与社会-生态过程的互馈机制、功能微生物-钙协同促进土壤碳氮高效固持机理、基岩生境植被恢复关键带水分养分保障机制等研究,突破喀斯特社会-生态系统耦合、岩溶多界面蓄水-保土协同增效、岩土组构与生态位互补的植被群落改造、生物固氮与有机废弃物高效利用的种养协调、生态-岩溶过程协同的固碳能力提升等关键技术,形成喀斯特生态产品供给能力提升与农业产业转型协同的绿色发展模式,有助于实现喀斯特区域人地耦合与生态系统服务整体提升,为西南喀斯特地区石漠化治理工程与乡村振兴提供科技支撑。

基于服务簇的沱江流域生态系统服务权衡/协同关系演变

明确流域生态系统服务簇的时空格局以及簇内生态系统服务动态权衡/协同关系对管理和维持流域生态系统结构与功能的稳定性和可持续性有重要意义。基于InVEST模型、土壤流失方程等方法估算2010、2015、2020年3期沱江流域生态系统服务,并使用K-means聚类识别生态系统服务簇,以服务簇视角衡量服务簇内部主要生态系统服务间动态权衡/协同关系,讨论权衡/协同关系及服务簇的时空变化规律,针对不同簇模式提出相应的分区管控建议。结果表明:(1)2010—2020年沱江流域各生态系统服务空间格局稳定,生态系统服务变化各异。生境质量、产水、固碳服务总量上升,粮食生产、水土保持服务总量下降。固碳、水土保持以及生境质量服务高值区表现为在北部及中北部集中分布,产水服务量由南向北减小,粮食生产服务高值区主要集中于流域中北部和南部耕地区,文化娱乐服务高值区呈现出显著的城市及城市间网络状连接趋势。(2)根据聚类结果将流域划分为5种生态系统服务簇,各簇存在时空异质性。粮食生产簇占比为72.9%,以粮食生产、产水服务为主;生态保育簇占比为15.2%,以生境质量、固碳服务为主;文化娱乐簇占比为6.9%,以文化娱乐服务为主;多功能耦合簇占比为4.4%,以生境质量、固碳、水土保持服务为主;水土保持簇占比为0.5%,以水土保持服务为主。(3)宏观而言,沱江流域整体权衡关系多于协同关系,服务簇内部各服务协同关系多于权衡关系,应因地制宜采取管控措施。不同生态系统服务簇内部各服务权衡/协同关系存在相似与差异性,不同服务簇内各相同服务组合的权衡/协同关系强弱不同,服务簇内部各服务协同关系多于权衡关系,流域整体权衡关系多于协同关系。研究成果可为沱江流域区域未来生态系统管理与优化、生态文明建设及可持续性发展提供科学依据。

忻州市生态系统服务时空变化及城镇化响应

为探究忻州市生态系统服务(ESs)的时空变化情况,分析ESs对城镇化的响应,以1995~2020年6期土地利用数据为基础,选取3项城镇化指标和4项ESs指标,借助InVEST模型和修正通用土壤流失方程(RUSLE)等评估ESs,并使用K-均值聚类识别生态系统服务簇,采用皮尔逊相关性分析ESs间权衡协同关系及其对城镇化的响应.结果表明:忻州市土地利用类型以草地、耕地和林地为主,1995~2020年建设用地扩张280.7km^(2),林地增加1201.4km^(2),草地增加511.4km^(2),耕地和水域面积减少.有较多耕地向草地、草地向林地转移.建设用地、GDP和人口持续增长,2005~2015年是城镇化较快的时期.1995~2020年食物供给能力稳步提升,碳储量在2015年以后明显提升,生境质量先升后降,水土保持量先降后升.以草地为主的功能复合型服务簇面积占比达51.4%,各ESs间主要呈协同关系,生境质量、土壤保持与城镇化指标间存在负相关.研究结果为忻州市土地管理与生态保护提供决策依据.

生态型县域生态系统服务时空格局及其协同关系——以国家全域旅游示范区江西省武宁县为例

[目的]分析生态型县域生态系统服务的时空变化及协同关系,为促进国家生态文明建设,实现生态保护和社会经济协调发展提供理论参考。[方法]以江西省武宁县为例,结合野外实测数据,运用InVEST模型评估了该区2000—2020年水源涵养、土壤保持、碳储存和粮食供给4种典型生态系统服务,在此基础上探讨了生态系统服务间的协同关系及其时空变化特征。[结果]①2000—2020年,武宁县单位栅格年平均水源涵养量从173.14 mm提升至283.92 mm,单位栅格年平均粮食供给量从3.52 kJ提升至5.34 kJ,两者均呈现增长趋势;土壤保持功能呈先减少,后增长,再减少的波动趋势;20 a间土壤保持功能下降了15.71%,而碳储存功能呈现微弱增长的趋势。②武宁县南部和北部的林地是水源涵养、土壤保持和碳储存的高值区;水域、建设用地及未利用地分布区域是水源涵养、土壤保持和碳储存的低值区;4种生态系统服务中,林地和耕地是生态系统服务功能发展的关键用地。③武宁县水源涵养、土壤保持和碳储存3者之间是协同关系,与粮食供给是权衡关系;“高—高”和“低—低”集聚的协同关系主要分布在高海拔的林地及水域,“高—低”和“低—高”集聚的权衡关系主要分布在耕地。[结论]2000—2020年武宁县生态系统服务功能整体呈上升趋势,未来应重点关注生态调节服务功能向资源价值的转化。

渤海湾滨海地区生态安全屏障功能评价:生态系统服务供需视角

研究以渤海湾为生态系统服务需求区,以渤海湾滨海地区为生态系统服务供给区,从生态系统服务供需的视角,以水资源、水环境、水生态为问题与目标维度构建了渤海湾滨海地区生态安全屏障功能评价体系。根据渤海湾生态问题,截污净化、产水量和生境质量3类指标被筛选为生态安全屏障功能的关键指标,并分别使用生态系统服务和权衡的综合评估模型(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs,InVEST)模型中的营养物迁移模型、产水量模型和生境质量模型进行评价。此外,对2000—2020年渤海湾滨海地区土地利用格局和截污净化、产水量、生境质量3类生态安全屏障功能指标的时空变化进行评价,并分析了生态安全屏障功能时空演变的驱动因素。研究的主要结果如下:(1)在20 a间渤海湾滨海地区,耕地、未利用地面积减少而建设用地和湿地面积增加,氮磷截留率和产水量增加,但生境质量下降。(2)渤海湾滨海地区综合生态安全屏障功能供给良好,但近年来呈下降趋势。(3)人类活动引起的土地利用变化是影响渤海湾滨海地区生态安全屏障功能时空演变的主要驱动力。研究对渤海湾滨海地区生态安全屏障功能评价方法及结果不仅可指导本区域生态建设,同时对其他区域的生态安全屏障功能评价具有借鉴意义。

基于植物功能群的生态系统服务形成与维持机制研究

生态系统可以从“结构-功能-服务”3个层次来理解,其中服务是人类的主观感受或效用。维持高质量的生态系统服务还需从生态系统的自然属性入手。结构和功能是生态系统服务形成和维持的内在机制,而植物是生态系统结构和功能的核心驱动力。植物功能群具有特定功能的植物组合,其中优势植物功能群控制着生态系统的结构和功能。生态系统服务的概念、分类与植物功能群密切相关,植物功能群是生态系统与生态系统服务间更直接的桥梁。建立生态系统服务与植物功能群间的联系,使相关研究有更明确的指向,在深化理论研究的同时使研究成果更容易落地。生态系统服务的形成、维持机制与植物功能群的内在联系主要体现在4个主要方面:(1)植物功能群的内在适应性特征和外在效应是生态系统服务形成的基础;(2)植物功能群的多功能特性为生态系统服务协同提供了可能;(3)植物功能群间替代和互补效应可以提升生态系统服务质量和稳定性;(4)植物功能群能够提供基于自然的生态系统服务修复问题解决方案。

基于生态系统服务视角的云南生态茶产业内涵、实践与路径

生态茶产业是我国生态农业体系重要组成部分,是云南省茶叶高质量发展和茶叶强省发展的目标和必然选择。基于生态系统服务的视角,云南省生态茶产业具有供给生态优质茶产品、发挥高值生态服务效益、传承弘扬民族茶文化和支撑产业兴旺农民增收的生态农业内涵特征。梳理和剖析云南省茶产业生态系统服务功能价值的实践与挑战,从构建现代生态茶叶生产体系、系统推进生态茶园建设、打好民族茶文化牌和高质量发展生态茶产业方面,为云南生态茶产业高质量发展和多元生态系统服务价值实现提供思路和方法。

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。

秦巴山区生态系统服务对植被覆盖变化的响应阈值

秦巴山区地处我国南北气候、生物区系的交汇地带,具有十分重要的地理与生态价值,蕴藏着巨大的发展潜力。确定生态系统服务对植被覆盖变化的响应阈值是实现秦巴山区环境资源有效配置、管理政策科学制定以及生态效益最大化的重要前提。在分析秦巴山区产水、固碳、土壤保持和生境质量4项生态系统服务时空特征的基础上,综合运用聚类分析、方差分析和弹性分析对比不同植被类型和地形梯度下生态系统服务的异同进而分区计算植被覆盖变化的影响阈值。结果表明:(1)2000—2020年,产水、固碳、土壤保持和生境质量服务整体提升且均表现为东南高西北低的空间分布。(2)不同类型植被下,生态系统服务整体供应能力从大到小依次为林地、草地和农田。不同地形变化下,除生境质量呈持续增长态势外,其他3项服务均出现了先提高后衰减的非线性趋势。(3)植被覆盖度对生态系统服务有促进作用,但超过一定阈值后这种作用会逐渐减弱。植被覆盖影响阈值在林地、草地和农田区分别为0.85、0.80和0.78;且该阈值随地形因子增加先增大后减小。本研究结果可以转变秦巴山区单纯依靠扩大森林面积提升生态系统服务供给的简单化生态保护模式,为构建分区管理、全面系统和动态平衡的生态可持续发展体系提供依据。

山水林田湖草沙一体化保护和修复工程对荆州市生态系统服务价值和稀缺价值的影响

以荆州市为研究区域,利用荆州市2021年相关数据计算和分析了荆州市生态系统服务价值(ESV)和生态系统服务稀缺价值(ESSV)指标,并运用地理信息图谱、景观格局指数、冷热点分析法、供给和需求弹性指数等方法评估和揭示ESV和ESSV的时空异质性变化及其原因和机制。结果表明,土地利用变化主要集中于耕地转变为林地或草地,未利用地转变为水域或其他类型,林地或草地转变为建设用地。各类型土地的多样性和均衡性均提高,山水林田湖草沙一体化保护和修复工程(SLCP)的综合治理和协调发展等措施的效果取得一定成效。ESSV在空间上呈现出由东部向西部递增的分布特征,且在空间上呈现出明显的聚集特征。

国土综合整治与生态修复对区域生态系统服务价值的影响评估

国土整治与生态修复对保障区域生态质量、优化生态安全格局和提升生态系统服务价值有积极的促进作用。定量化测算国土综合整治与生态修复对区域生态质量的影响是领域的研究热点和难点。以广西壮族自治区贺州市为例,提出了国土综合整治与生态修复对区域生态系统服务价值的影响评估方法,主要结论如下:(1)不同地类由于其质量不同,单位面积生态系统服务价值差距较大,研究提出了基于地类质量的单位面积生态系统服务价值确定方法,并据此测算了各地类通过整治修复质量的提升潜力;(2)贺州市整治修复前生态系统服务总价值为411.80亿元,经过评估,整治修复后生态系统服务总价值可以增加到458.06亿元,增加比例为11.23%。贺州市林地生态系统服务价值增加潜力最大,其次是草地、耕地。生态系统服务价值增加潜力在空间上呈现了东西两翼高于中部、南部地区高于东部地区的趋势;(3)贺州市各区县整治修复潜力差距较大,潜力最大的为八步区和昭平县,潜力提升比例最高的是富川县,不同区县可以根据结果确定整治修复的工程布局。研究结果对于区域国土空间整治与生态修复工程安排及整治修复绩效评估有重要的指导意义。