基于CA-Markov-PLUS模型的佛山市土地利用及生态系统服务分析与预测

分析并预测生态系统服务不但有助于了解区域生态系统的运行状况,而且对制定有效的生态保护和恢复策略有重要意义。本文以佛山市为研究区,基于CA-Markov-PLUS模型预测分析了2010—2030年土地利用和4种生态系统服务空间布局变化,探讨了2010—2030年生态系统服务时空变化规律。结果表明:(1)在2010—2020年间,佛山市耕地、林地面积大量减少,向建设用地转换,在2020—2030年间,耕地和水域面积增加,林地面积减少,建设用地扩张速度下降。(2)对比佛山市2010年与2020年的生态系统服务指数,发现生境质量、碳储存量、土壤保持以及产水服务均有不同程度的下降,以土壤保持量下降程度最为严重;相较于2020年,2030年佛山市生境质量、碳储存的下降速度减小,土壤保持基本不变,产水量均值略有上升。(3)2010—2030年佛山市的综合生态系统服务水平先降低后升高,说明人为正向干扰有利于提高佛山市生态系统服务水平。实验结果将为佛山市生态保护进而实现高质量发展提供合理建议。

人工湿地生态系统服务综合评价研究

人工湿地作为一种高生产力的生态系统能为人类提供多种服务。但多年来对人工湿地的研究主要集中在其净化机理上,而一直缺乏系统、综合的人工湿地生态系统服务评价体系。基于层次分析法和模糊隶属函数法等数学理论,首次建立了对人工湿地生态系统服务进行综合评价的方法——人工湿地生态系统服务综合指数。开展了以北京奥林匹克森林公园人工湿地为例生态系统服务综合评价。其生态系统服务综合指数的得分为0.7848分。该得分较理想,说明北京奥林匹克森林公园人工湿地具有可观的生态系统服务价值。它能在净化水质、提供栖息地、有机质生产、微气候调节、休闲娱乐和科研教育等诸多方面提供良好服务。对人工湿地生态系统服务进行综合评价,有利于比较不同人工湿地或同一人工湿地不同时期服务质量的优劣,从而为人工湿地的研发、设计、建设、运行和管理提供指导。

神东矿区生态系统服务功能评价

神东矿区是中国重要的煤炭生产基地,煤炭开采对其脆弱的生态环境造成了强烈扰动,亟需利用科学手段揭示神东矿区生态系统服务功能的演变规律,完善矿区兼顾绿色开采与可持续发展的管理体系。为量化神东矿区生态系统服务功能的变化,基于InVEST模型集成水源供给、土壤保持、碳储存3项生态系统服务构建综合生态系统服务(Comprehensive Ecosystem Service,CES)评价模型,并且基于矿区尺度和矿井尺度综合测度神东矿区1990—2018年CES变化特征与规律。研究结果表明:在矿区尺度上,①神东矿区SCE在时间上由0.4486(1990年)下降到0.3825(2000年),然后持续增加至0.4716(2015年)又下降到0.4532(2018年),整体以每年0.009的速度呈增加趋势;在空间上以西北部最弱,且由西北向东南部逐渐增强;②神东矿区CES空间变化特征明显,低变区变化对CES变化的贡献力高于中变区和突变区,且CES的空间变化与植被覆盖和用地类型密切相关;③神东矿区CES空间聚类明显,呈现“西北部最弱、河流沿岸最强、东南部不显著”的格局;④神东矿区CES变化的驱动因子影响程度依次为土地利用类型、坡度、高程、降雨及植被覆盖度,双因子协同作用高于单因子,且土地利用与其他因子的协同作用最强。矿井尺度上,①神东矿区CES以中强度开采区最高(SCE=0.5028),极高强度开采区最低(SCE=0.4308);②补连塔矿井采区的CES受生态治理措施的正面影响,大柳塔、活鸡兔矿井采区的CES在2010年以后受到采矿的负面影响,石圪台、乌兰木伦、哈拉沟及榆家梁矿井采区的CES自采矿以来持续遭受负面影响;③大柳塔复垦实验区的CES往变强的方向发展。该模型的综合评估结果能够定量反映神东矿区CES的变化规律,建议神东矿区实施生态管理以西北部为重点区,以提高植被覆盖为导向优化土地利用格局,并利用矿区微生物复垦等科学方法改善矿区生态等。另外,应致力于多项生态系统服务多尺度优化集成模型的开发利用,以期为区域生态系统服务可持续管理提供更精准可靠的决策支持。

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。

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。

基于生态系统服务均衡性视角的生态风险评估及管控优先区识别——以兰州市为例

生态系统服务是生态安全的前提和保障,将生态系统服务纳入生态风险评价,是当前生态风险评价研究的热点和前沿.本文以河谷型城市兰州市为例,首先采用InVEST模型评估研究区水质净化、水源供给、土壤保持3种生态系统服务.在此基础上,从均衡性发展视角,基于栅格单元构建区域生态系统服务综合指数算法,合成区域内各类生态系统服务,并分析兰州市综合生态系统服务时空特征.最后,结合生态系统服务正向逆向转化指数和传统生态风险模型,构建基于生态系统服务逆向转化的生态风险评估模型,从生态系统服务均衡性视角对兰州市生态风险进行评估,并识别管控优先区.结果表明:①2005-2015年,兰州市生态系统综合服务整体向好的方向发展,2005、2015年生态系统服务综合指数分别为0.15、0.12.其中,水源供给服务和土壤保持服务整体呈显著增加趋势,水质净化服务相对稳定.②兰州市发生生态系统服务逆向转化的生态系统以1、2、3级低生态风险为主,不同等级风险呈圈层递减的分布格局,不同等级的生态风险在各县区的分布差异较大.③生态风险管控的优先次序是:榆中县、皋兰县、永登县、红古区、西固区、七里河区、城关区、安宁区.其中,榆中县和皋兰县3级及以上风险区占比大于25%,属于重点优先管控区域,永登县是次重点优先管控区域.最后结合《甘肃省主体功能区规划》初步探讨了兰州市生态风险管控策略.

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.

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。

1991-2020年西藏水源涵养时空演变特征

西藏是“亚洲水塔”的一部分,探明全球变化背景下西藏水源涵养量的时空演变特征,可为区域生态安全屏障构建提供支撑。基于生态系统服务和权衡的综合评估模型估算了西藏1991-2020年的水源涵养量,并探讨了关键因子的影响。结果表明:1)西藏多年平均水源涵养深度为84.32 mm,呈西北低东南高的空间分布格局;2)1991-2020年,其距平值以0.72 mm·a^(-1)的速率显著(P<0.05)增加,全域有81.98%的区域呈上升趋势;3)西藏全域除东部外,气候向暖湿化转变,降水增幅大于蒸散发需求,主导水源涵养呈正向变化;4)草地的退化导致西藏水源涵养能力降低了21.14%,在缺水地区,草地土壤相较于林地具有更强的持水能力。为了保护西藏生态安全屏障,应考虑在怒江源等区域设立保护区,并实施保护草原、控制人工林在缺水地区种植等措施。

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。

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。

The Global Science of Integrated Water Governance

Abstract： This study discusses the benefits of establishing a broader discipline of water science, based on the organizing mechanism of PES-W （payments for ecosystem services on the watershed scale）. PES-W is derived from an extension of governance analyses of 163 watershed-based PES （payments for ecosystem services） programs, and from the integrative decision mechanism of IPES （integrated payments for ecosystem services） to generalize the PES approach. PES-W reflects three interrelated perspectives fundamental to the global science of integrated water governance： （1） the ecological and economic perspective to integrate human incentives for integrated water resources governance; （2） the sociological and ecological perspective to form partnerships for meta-monitoring and recta-funding for integrated watershed governance; and （3） the scientific and sociological perspective to develop organizing botmdaries based on technology, lifestyle, entrepreneurship and organizing infrastructure for integrated aquatic ecosystem governance. This study is intended to communicate with the international scientific communities for establishing an advanced, academic, and practical multidisciplinary field of the global science of integrated water governance as a critical condition for sustainable development in human societies.

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。