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。

黄土高原生态系统服务价值动态评估与分析

基于中国陆地生态系统服务价值当量表,综合考虑生态系统服务功能的空间异质性和时间演化性,对生态系统服务价值当量进行时间和空间尺度的修正,降低由于社会发展、资源稀缺度变化及同一生态系统位于不同地理位置导致的价值当量变化。建立了黄土高原生态系统服务价值动态评估模型,并利用该模型开展了黄土高原生态系统服务价值时空动态评估,分析了其演变特征。结果表明:黄土高原在2000年、2005年及2010年的生态系统服务总价值呈持续增加的态势,分别为6 333.91亿元、7 679.95亿元及9 390.46亿元,整个时段增幅达48%。在黄土高原各项生态系统服务功能中,保持土壤价值居首位;其中,森林和草地提供了近80%的服务价值,因此黄土高原治理水土流失问题的关键在于保持和提高森林和草地的质量。从空间上来看,生态系统服务价值高的区域分布在山西、河南及陕西中部和南部;生态系统服务价值增速最快的是内蒙古自治区。黄土高原地区生态系统服务价值的增加,一方面得益于退耕还林还草、三北防护林等生态措施的实施,另一方面源于人们对生态环境保护的不断重视。

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。

基于InVEST模型的武夷山市生境质量时空分析

为了探求快速城市化背景下城市生境质量对生态协调发展的影响,基于InVEST模型对武夷山地区生境质量时空演变进行分析。结果表明,2010-2020年,生境质量为高级的地区由95.43%下降到88.92%,中等生境质量所占的面积由3.67%升到9.54%,生境退化区域具有显著的空间聚集性特点。武夷山生境质量总体保持相对较好,映射出近年来生态保护措施的成效较好。研究结果对于武夷山地区在权衡发展和保护之间寻求最优自然资源管理和经济发展模式提供理论决策依据。

基于MSPA和InVEST模型的淮河源生态网络构建

生境斑块破碎及孤岛化威胁着区域生态安全与可持续发展,构建生态网络,提高生态斑块间景观连通性对生物多样性保护及生态服务功能维系具有重要意义。以淮河源为研究区,结合形态学空间格局分析(MSPA)和生态系统服务评估与权衡(InVEST)模型筛选生态源地,基于最小累积阻力模型(MCR)构建阻力面,识别区域生态廊道,叠加现有结构性廊道后形成生态网络。最后通过景观连接性指数、重力模型分别对源地和廊道分级并提出规划建议。结果表明:(1)淮河源地区总体生态状况较好,但生境质量空间分布不均。生境质量高值区集中在西、南部山区丘陵地带,而东、北部平原地区的生境质量较差。(2)淮河源生态源地共68处,生态廊道191条,其中重要生态源地3处,重要廊道97条。源地呈现西、南部大而密,东、北部少而稀的格局,生态廊道则是东、北部地区相对较长。(3)未来还需增设23处踏脚石、修复155处生态断裂点以优化淮河源生态网络。研究结果可为区域生态建设及国土空间生态修复提供决策参考。

基于InVEST模型的渭河流域生境质量评估

基于生态系统服务评估与权衡模型和ArcGIS软件探索2000-2020年渭河流域生境质量的时空变化,利用地形分布指数分析生境质量的地形梯度效应.结果表明, 20 a间,研究区土地利用变化主要包括耕地向建设用地和草地的转移,以及草地向耕地和林地的转移,不同类型之间的转移是影响局部生境质量变化的主要因素;生境质量的空间分布以中等生境为主,占比约57%,主要分布在关中城市群外围和西北部.低等生境占比约5%,但面积增长最快,增幅达到105.80%,原因是关中城市群的大面积扩张;研究区生境质量空间分布存在一定的正相关性,且聚集程度增加1.15%,局部自相关类型以高-高和低-低集聚为主,高-高集聚分布在研究区东北部黄土高原和南部秦岭北坡,低-低集聚分布在关中城市群;2020年生境质量具有显著的地形梯度效应,表现在生境质量等级随着地形梯度级别的增加而增加.

基于InVEST模型的宁夏生物多样性保护优先区域生境评估与生态廊道构建

以宁夏生物多样性保护优先区为研究对象,基于生态系统服务和权衡的综合评估模型(InVEST)中生境质量评估功能模块和最小费用距离模型,定量评价土地利用-覆被变化情景下研究区的生境质量,进而开展优先区生境质量的空间分区和生态廊道的构建.结果表明,2010—2015年,研究区草地面积增加168.76 km^(2),建设用地面积增加59.38 km^(2),森林、农田、湿地及其他用地的面积分别减少1.26,115.17,13.72,98.0 km^(2);研究区生境质量较高等级的用地面积所占比例由2010年的75.76%降低到2015年的70.54%,较低等级的用地面积比例由2010年的24.24%增加到2015年的29.46%;研究区生境质量大范围出现轻微退化;构建生态廊道总长410.0 km,为动物迁移创造了条件.对优先区进行生境评估和廊道构建,可为生态系统的科学管理提供参考.

苍山保护效益评估与边界优化调整探究

生物多样性丧失是全球热点问题,自然保护区被认为是保护生物多样性的有效措施之一。然而,许多保护区存在保护空缺和过度保护等问题。本研究以苍山为例,比较两种方法(物种分布模型与生态系统服务模型)在苍山洱海国家级自然保护区苍山部分(简称苍山保护区)的保护效益评估与边界优化调整中的优劣。通过52个物种的143个坐标并结合4大类环境数据,使用物种分布模型(Biomod2)对珍稀濒危植物的潜在物种分布区进行模拟。同时,使用生态系统服务和权衡的综合评价模型(InVEST)的生境质量模块对研究区域的生境质量进行评估。结果显示:(1)生境质量模型的大量适宜区域位于苍山保护区外的荒地和沼泽,苍山保护区外的适宜面积占到总适宜面积的86.14%。(2)物种分布模型表明适宜分布区主要位于苍山保护区内(99.89%),结合实际情况可知物种分布模型的运行结果更具优势。(3)基于物种分布模型模拟结果可知,苍山保护区的边界基本实现了对区域内珍稀濒危植物的有效保护,而内部核心区的划分有待进一步调整。结果表明:苍山保护区的核心区北部存在过度保护情况;而东部核心区存在较大保护空缺,因此需要向东部扩大以保证对区域内濒危植物更有效的保护。

基于InVEST模型的杨溪河流域土地利用变化对水源涵养功能的影响

水资源短缺问题已经严重制约人类的生产生活,研究不同土地利用条件下的产水量和水源涵养功能,可科学指导区域水资源的利用和管理。利用生态系统服务和权衡的综合评估模型(integrated valuation of ecosystem services and tradeoffs,InVEST)模型分析了杨溪河流域1995年、2005年和2015年不同土地利用情况下的水源涵养量和水源涵养服务价值。结果表明:杨溪河流域在1995年的水源涵养量大于2005年和2015年,2005年和2015年的水源涵养量较为接近;杨溪河流域1995年、2005年和2015年的产水量均显示出上游和下游有较高的产水量;杨溪河流域在1995年、2005年和2015年的水源涵养服务价值分别为23.56亿元/a、21.44亿元/a和21.55亿元/a。人类活动将影响杨溪河流域水源涵养功能,在水资源开发利用方面,要协调好经济、环境和资源等各方的关系,为杨溪河流域等中国南方地区中小流域的开发利用和保护提供参考依据。

国土空间复合生态功能识别与分区--以浙江省湖州市为例

复合生态功能识别与分区是国土空间规划的研究重点和应用难点,也是绿色可持续发展模式的生态安全保障。本文以浙江省湖州市为研究区,构建复合生态系统服务评价体系,从生态调节、物质生产和景观文化的视角分析和评估生态系统服务的内涵与强度,利用“三维魔方”模型进行空间分区,并提出管控建议。结果如下。1)湖州市生态系统服务呈现显著的空间集聚性:生态调节服务高值区集中于市域中西部地区和北部山区;物质生产服务高值区集中于西部水网平原区;景观文化服务高值区集中于东西中轴地区和北部山区。2)根据生态保护重要性将研究区分为3个等级,结合生态功能将其细分为7个分区。其中:一级划定为重点生态保护,包括核心类生态保护区和重要自然资源保护区;二级划定为生态功能保障,包括一般类生态保护区、生态-生产经济复合区和生态-旅游经济复合区;三级划定为综合利用,包括城镇-旅游经济区和城镇-生产经济区。建议新时代区域发展应考虑为生态保护留底线,给城镇发展设上限;在生态保护空间内积极探索生态产品价值的实现路径,在城镇发展空间内合理布局,充分发挥自然资源的生态功能。

基于InVEST模型的无锡市生境质量变化研究

【目的】基于2000、2010和2018年无锡市30 m分辨率土地利用数据,利用生态系统服务与权衡的综合评估(InVEST)模型评估了无锡市生境质量及生境退化度演变规律,为无锡市的生态保护和修复提供依据。【方法】基于InVEST模型模拟了无锡3个不同时期的生境质量、生境退化度,并利用土地利用转移矩阵分析了土地利用与生境质量、生境退化度变化的关系。【结果】2018年无锡市高等级生境质量占全市面积约31.11%,一般等级比例较大,约占全市面积的40.60%;无锡市生境质量空间分布差异较大,高等级生境质量主要分布在宜兴市、滨湖区等地区,而低等级生境质量主要位于无锡市主城区及江阴市等地;过去20年,无锡市生境质量总体上有明显退化趋势,其中梁溪区等无锡主城区以及江阴市退化最明显,宜兴市退化度变化不大;无锡市生境质量变化与土地利用变化是密不可分的,其中,无锡市建设用地从2000年的717.40 km^(2)增加至2018年的1 291.40 km^(2),增幅约12%,而建设用地增多的区域与生境质量下降比较明显的区域在空间上有较高的一致性。【结论】无锡市的生境质量退化与耕地面积减少及城市建设用地增多等密切相关,需合理利用土地,严格控制建设用地规模,保持生态用地规模,不断提高湿地保护和修复工作。

1990—2020年承德市御道口地区产水与水源涵养功能时空演变

承德市御道口地区作为京津冀水源涵养功能区的组成部分,是区域可持续发展的重要生态支撑。基于生态系统服务和权衡的综合评估模型(InVEST模型)定量分析了1990—2020年御道口地区的产水与水源涵养功能的时空演变,并采用情景模拟法分析评估气候要素与土地利用类型变化对产水量与水源涵养量的影响。结果表明:(1)1990—2020年,御道口地区平均产水深度与水源涵养深度分别为103.26,81.66 mm,产水量与水源涵养量呈现先减小后增加的波动变化趋势;空间均呈现东北高西南低的分布特征,高值区主要集中于东北林、草地区域,低值区则主要集中于未利用地与西南部耕地区域;(2)各气候要素中,产水深度、水源涵养深度与降水量呈正相关关系,与潜在蒸、散发量呈负相关关系;各土地利用类型中,草地的平均产水量贡献率最大(51.23%),林地的平均水源涵养量贡献率最大(50.77%);(3)1990—2020年,气候与土地利用变化对产水量变化的年平均贡献率分别为94.99%和5.01%,对水源涵养量变化的年平均贡献率分别为92.21%和7.79%,气候变化是御道口地区产水、水源涵养功能时空演变的主导因素,而土地利用变化的影响正在逐渐增强。

河谷城市空间扩展的生态效应——以兰州市主城区为例

【目的】城市空间扩展的生态效应是贯穿城市化过程的关键的人地关系问题,而河谷城市由于扩展空间受限,其生态效应更加复杂,因此多角度探讨典型河谷城市空间扩展所引起的生态效应尤为重要,同时可为相关学者提供较新的视角、思路和方法。【方法】本文以典型河谷城市兰州市主城区为例,通过计算1995、2005、2015和2020年城市空间扩展规模、强度和景观格局指数,以反映1995—2020年兰州市主城区城市空间扩展的时空变化特征,并将研究区分为12184个网格,利用空间主成分分析法、大气辐射传输方程法以及修正的生态系统服务价值测算模型,从多角度分析城市空间扩展的生态风险、热岛和生态系统服务效应,探讨了自然环境条件对河谷城市空间扩展生态效应的影响,并提出了城市可持续发展与生态保护修复对策。【结果】(1)1995—2020年兰州市主城区城市扩展规模和强度呈增长趋势,城市景观破碎化程度降低,城市扩展方向以西部和北部为主,城市扩展模式由组团水平扩展向跳跃式扩展转变。(2)1995—2020年兰州市主城区整体生态风险效应和热岛效应存在减弱趋势,但河谷谷地却有上升趋势,研究期末总体格局呈谷地高、四周低的特征。(3)生态系统服务效应存在微弱提升,主要表现为河谷周边区域生态系统服务价值显著提升,且建成区部分区域由生态系统服务低值区向中值区转变。(4)城市扩展会对区域自然基底产生一定影响,而自然基底也影响着城市扩展的规模、方向与模式,协调两者之间的关系对人类与自然可持续和谐发展至关重要。【结论】从多角度出发构建城市空间扩展的生态效应研究框架,发现在网格尺度上城市空间扩展对生态风险、热岛和生态系统服务效应影响较为显著,并对定量可视化研究城市演变与生态环境之间的动态关系提供了一种新的途径,可为城市智慧管理、生态文明建设提供一定的科学借鉴。

Modelling Ecosystem Water Supply Services across the Lancang River Basin

Ecosystem services related to water supply are now a hot topic in ecology and hydrology. Here, water supply service in the Lancang River basin was evaluated using the newly developed model InVEST. We found the mean annual water supply in Lancang River basin is approximately 7.24E＋10 m3 y-1 with 23.87% from main stream and 76.13% from the tributaries. There is an increasing trend downstream. Grasslands and forests contribute 71.66% of the total water. A comparison of water supply capacity per unit area for ecosystems of different composition indicates that there is a decreasing trend from broad- leafed forest, mixed coniferous and broad-leafed forest, bamboo forest, coniferous forest, shrub forest and grassland. Two-thirds of the total water is provided by an area covering 40% of the total basin area. This study provides guidelines for the efficient management of water resources in the Lancang River basin.

北京市海淀区绿地结构功能性连接分析与构建策略研究

城市绿地结构布局一直是风景园林学科研究的重点之一,构建具有生态价值的空间结构是城市建设的迫切需求。本文对北京市海淀区绿地网络结构功能性连接与构建策略进行研究,结合生态系统服务评估与权衡(InVEST)模型、最小费用模型等方法构建阻力面、确定连接路径;采用功能性连接指数(NL、NC、IIC、PC和dIIC)表示不同距离阈值下绿地网络结构特性。研究结果表明,整体而言,最适合海淀区绿地网络现状结构的距离阈值为2200m;此时形成了10个组分共353条路径,确立了西山、颐和园等6个需优先保护的重要节点和三条重要路径。研究进一步显示,以乔木为目标物种的林地网络和以水禽为目标物种的水域网络的破碎化程度较高,其中林地网络在西部山区、北部平原和东南城区分别形成了优势斑块结构、局部网络结构和点状组团结构。研究同时证明,通过增加10条重要连接路径可使林地网络连接度提高至原来的1.7倍,使整体结构由破碎化网络变成完整、沿多方向延伸的、稳定而具有韧性的网络结构。最后,研究针对城市绿地结构的构建提出了明确目标、确定目标物种,识别并保护重要节点及重要连接路径,增加潜在连接路径、完善绿地网络结构等策略,从而高效改善和提升城市生态品质。