基于生态本底-格局-潜力框架的国土空间生态修复分区研究——以粤港澳大湾区为例

文章以粤港澳大湾区为例,在生态系统服务评价、生态安全格局构建的基础上,尝试将生态恢复潜力、修复效率纳入研究范畴,建构了生态本底-格局-潜力的国土空间生态修复分区框架,通过生态优先修复区的识别实现修复效率的提升。结果表明：2010—2020年大湾区生态系统服务水平显著下降,自然恢复力良好与保护政策支持强的地区存在空间错配。以乡镇为单元进行生态修复分区,发现：1）生态维持区占总面积的7.7%,应以综合改善为主,促进经济与生态的可持续。2）生态保护区面积占44.5%,作为生态安全的底线区域,应以保护为主,加大政策管制力度。3）生态提升区面积占11.9%,应通过多样化、持续的维育措施为主,以强化区域生态网络的冗余度。4）生态修复区面积占35.9%,此中,优先修复区是拥有较高的自然恢复力与政策扶持的地区,应以实施长期、渐进式的修复工程为主;协同修复区拥有较高的自然恢复力,但政策支持力度不足,应当协同上级政府或区域联合治理,提升区域整体修复效率。     

人地系统耦合框架下国土空间生态修复规划策略——以粤港澳大湾区为例

在实施国土空间生态修复重大工程背景下,构建科学合理、面向区域发展与公众需求的规划策略是地理学和生态学等领域的研究热点。本文基于人地系统耦合框架,分析从生态修复规划到国土空间生态修复规划在规划思想、目标、性质、对象、路径等方面发生的转变。以人地矛盾突出的典型区域——粤港澳大湾区为案例,分析大湾区面临的突出问题和形势,从发展人地和谐的生态修复战略、整体保护生态空间、充分发挥生态要素综合功能、强化机制保障等方面,构建了问题识别-战略引导-整体布局和分区施策为主线的国土空间生态修复规划策略和思路,以延拓人地系统论,丰富规划理论和方法,为其他地区开展国土空间生态修复提供借鉴。     

城市群国土空间生态修复区域诊断——以粤港澳大湾区为例

基于人类干扰评估和生态网络构建,识别粤港澳大湾区国土空间生态修复区域,划定生态源地修复区、生态廊道修复区和踏脚石修复区,提出国土空间生态保护与修复策略。结果表明：1)湾区人类活动对生态环境干扰强度高、影响范围广,高干扰和较高干扰区域占湾区总面积的48.65%,集中分布于湾区中部;2)湾区生态网络整体呈现“两横四纵”的特征,包括北部连绵山体生态屏障、南部近岸海域生态防护带、东部和西部陆域廊道以及中部水域廊道;3)湾区国土空间生态修复区包括生态源地4 687.42 km²,生态廊道1 362.71km,踏脚石833.82 km²,主要分布于肇庆市、惠州市、江门市,从生态网络功能与结构完整的角度,提出国土空间生态修复策略;4)湾区亟待突破区域本位主义理念,凝聚国土空间生态修复协同处置的共识,组建跨域协同治理机构,主导跨区域国土空间生态修复工作。     

多情景模拟下粤港澳大湾区生态系统服务评估与权衡研究

城镇化快速发展导致区域的生态系统服务衰减,威胁城市的生态安全;掌握城市群地区生态系统服务权衡/协同关系量化,对提升生态系统服务总体效益和维护区域生态安全至关重要。以粤港澳大湾区为研究区域,利用InVEST模型对粤港澳大湾区1995—2018年间产水服务、固碳服务、土壤保持服务、食物供给服务共4项生态系统服务进行评估,设定历史趋势情景、规划情景和生态保护情景,借助GeoSOS-FLUS模型进行2030年生态系统服务情景分析,探讨各种生态系统服务之间的权衡/协同关系。结果表明：① 1995—2018年间,粤港澳大湾区产水服务出现增加趋势,固碳服务、土壤保持服务和食物供给服务出现下降趋势。② 不同类型生态系统服务变化存在明显的区域异质性,产水服务高值区域其值增大,低值区域其值减小;固碳服务低值区域,其值下降更大;除香港外,土壤保持量减小的区域呈零星状分布;食物供给高值及减小的最大值位于东莞、佛山、中山和深圳等中部区域。③ 产水服务在规划情景下达到最佳,固碳服务和土壤保持服务在生态保护情景下最佳,历史趋势情景下食物供给服务最佳,生态系统服务综合效益在生态保护情景下达到最佳。④ 历史趋势情景下生态系统服务之间的权衡程度最大,生态保护情景下各项生态系统服务之间的协同程度较高。基于生态耦合模型进行粤港澳大湾区生态系统服务估算,揭示生态系统服务权衡或协同的变化关系及作用机理,可为区域生态系统服务管理和社会经济发展规划提供参考。     

基于适应性循环模型的重庆市国土空间生态修复分区

明确国土空间生态修复分区是有序实施国土整治与生态修复的前提与基础。重庆市是长江上游生态屏障的最后一道关口,在国家生态安全格局中的战略地位突出。本文以重庆市为例,探讨基于适应性循环模型的国土空间生态修复分区研究框架,构建评价指标体系诊断国土空间系统潜力、连通度和韧性3维属性的时空演变趋势,识别县域单元所处适应性循环阶段,划定国土空间生态修复分区,并明确基于分区的生态修复策略。结果表明：① 2000—2020年重庆市国土空间系统3维属性整体呈现东高西低的空间特征。当前各县域单元大多处于重组阶段、开发阶段和协调开发阶段,少部分处于保护阶段,尚未进入释放阶段。② 重庆市国土空间生态修复分区包含4个大区和9个亚区。总体而言,生态修复区应关注建成区的系统性生态修复工程,加强环境综合改良与治理力度;生态提升区应逐步提高生态保护修复工程的实施标准,优化各类生态要素的协调度,提升综合生态效益;生态控制区应限制国土空间开发强度,降低人类活动干扰的负面影响;生态保育区应优化自然生态系统功能,加强生态保护区管理与生态问题治理。     

基于生态系统服务权衡的粤港澳大湾区土地利用冲突识别研究

基于生态系统服务权衡视角表征土地利用冲突空间范围和强度,并以粤港澳大湾区为例进行区域实证分析。结果发现：1) 2010—2020年,粤港澳大湾区土地利用变化较为剧烈,其中耕地面积减少了1 440.90 km2（减幅为8.20%）,而城镇用地面积增加了1 649.92 km2（增幅为28.01%）。2）研究期间区域碳固定、土壤保持和产水量服务呈上升趋势,而食物供给和生境质量服务则呈下降趋势。其中,粮食供给和碳固定的高增益区以及产水量与土壤保持的高减损区均主要分布在研究区的西南部和西北部。3）研究区的土地利用冲突指数为1.05,土地利用冲突较强。主要原因是研究区权衡服务类型较多,且权衡关系较强。各分区的土地利用冲突强度由强到弱依次是自然或半自然区域（1.10）>半自然-半人工区域（0.97）>人工区域（0.77）>半自然区域（0.45）。4）空间分布特征方面,研究区土地利用冲突空间分布范围以弱冲突和中等冲突区域为主,但局部区域土地利用冲突较为剧烈。冲突等级从研究区外围到中部整体呈中等—弱—中等的空间分布结构。     

滇东南喀斯特山区生态系统服务时空格局及功能分区

明晰生态系统服务时空格局,划分生态系统服务功能区,将有助于实现土地资源精细化管理。本文以滇东南喀斯特山区典型区域文山市为例,分析2000—2017年食物供给、产水量、植被净初级生产力、土壤保持、生境质量和旅游文化6项生态系统服务的时空格局及其分异特征;运用K-means聚类法识别生态系统服务簇,划分生态系统服务功能区,并提出差异化生态管控措施。结果表明：① 2000—2017年间,除生境质量服务下降外,文山市其他5项服务均呈上升趋势。② 空间分布上,文山市6项生态系统服务高值区集中分布在西部和南部,低值区集中分布在北部和中部;6项服务的冷热点区域空间分布有差异,但整体上具有重叠性。除旅游文化服务的热点和冷点区分布面积占比分别为2.56%和0以外,其他5项服务的冷热点区面积占比均在21%~32%;能够同时提供3项及以上高值生态系统服务功能的区域较少,85.50%的区域只能同时提供2项及以下高值服务功能。③ 根据服务簇聚类结果,文山市划分为生态保护区、生态过渡区、农业主产区和人类生产生活区4类功能区,针对各分区提出差异化生态管控建议。研究结果可为喀斯特山区城市资源利用和国土空间管控提供参考。     

论自然保护地与国家生态安全格局构建

科学评估自然保护地与国家生态安全格局的关系是合理开展自然保护地建设和国家生态安全格局构建的重要基础。以中国国家重点生态功能区、生物多样性保护优先区和国家级自然保护区等自然保护地为研究对象,定量分析自然保护地的时空分布特征及其对保障国家生态安全的重要作用,基于生态系统服务重要性评估辨识国家生态安全格局构建的空间缺失,面向国家生态安全构建和保障需求提出生态保护管控对策建议。结果表明:(1)自然保护地总面积为488.42万km~2,占陆地国土面积的51.38%。生态系统类型以草地、森林、荒漠等自然生态系统为主,三种生态系统的总面积为371.24万km~2,占自然保护地总面积的76.0%。2000-2010年,自然保护地的生态系统构成整体稳定,对保护生态空间稳定性和生态安全格局稳定发挥了重要作用。不同类型生态系统之间有少量转化,不同自然保护地内生态系统转换特征略有差异。(2)综合水源涵养、土壤保持、生物多样性保护等生态系统服务重要性评估,自然保护地的生态系统服务极重要区和重要区总面积为321.4万km~2,占区域国土总面积的66.02%。森林、草地和灌丛生态系统是水源涵养、土壤保持、维护生物多样性等生态系统服务主体。2000-2010年,水源涵养、土壤保持功能有所改善,但生物多样性维护功能无明显变化。(3)生态系统服务极重要区的31.7%没有在自然保护地内,是今后国家生态安全格局构建和自然保护地建设需要重点关注的区域。面向国家生态安全构建和保障需求,迫切需要基于国家治理模式、建立最严格保护制度,提高自然规律认知水平、强化生态系统综合管理,完善分类分区管理、强化自然保护地管控,完善生态补偿机制、建立协同保护制度,加强生态保护综合监管、严格生态损害责任追究。     

黄土高原生态系统服务供需关系的时空变化

明晰生态系统服务供需匹配关系,对实现区域生态安全与社会经济可持续发展具有重要推动作用。本文以黄土高原为案例区,应用InVEST模型、ArcGIS、GeoDA等分析工具,分析黄土高原粮食供应、水源涵养、碳固存、土壤保持等服务的供需量及其匹配关系的时空变化,旨在为黄土高原国土空间格局优化提供决策依据。结果表明：1990—2018年,① 黄土高原除水源涵养服务供给量外,其他生态系统服务供需量均呈上升趋势,且各生态系统服务供给量及土壤保持服务需求量均呈“东南高、西北低”的分布特征,而粮食供应、水源涵养、碳固存服务需求量呈“四周高、中间低”的分布特征;② 各类生态系统服务供需比均呈下降趋势。空间分布上,粮食供应、碳固存服务在黄土高原四周人口密集区供不应求,而其他区域供大于求;水源涵养服务在该区西北部供不应求,但东南部供大于求;土壤保持服务供不应求区集中于鄂尔多斯高原及海北州北部;③ 各类生态系统服务供需均以低低空间匹配为主;④ 粮食供应、水源涵养、碳固存服务供需比的空间分布均以高高集聚为主,而土壤保持服务以低低集聚和高高集聚为主。除土壤保持服务供需比的空间集聚性有所增强外,其他生态系统服务均呈减弱趋势。     

疏勒河流域生态系统服务供需空间匹配特征

生态系统服务与人类可持续发展紧密相连，研究区域生态系统服务供需特征，了解其空间匹配状况是实现生态资源有效配置和推动区域生态安全的重要前提。基于多源数据，在InVEST模型、ArcGIS和GeoDA软件的支撑下，分析疏勒河流域产水服务、固碳服务、食物服务供需特征和空间匹配状况。结果表明：（1）除产水服务外，疏勒河流域其他各项生态系统服务供给均大于需求，但不同区域和生态系统服务间存在差异。（2）疏勒河流域综合服务供需比为0.063，不同生态系统服务的供需比由高到低依此为：固碳服务（0.1854）、食物服务（0.0078）和产水服务（-0.0043）。（3）产水服务和固碳服务空间匹配类型都主要以低高型空间错位和高低型空间错位为主，食物服务空间匹配类型主要以低低型空间匹配为主，其中产水服务的空间匹配错位现象最严重。     

基于生态系统服务供需关系的甘肃白龙江流域生态风险识别与管理

以乡镇为研究单元,运用InVEST模型、供需比-协调度模型和空间自相关等,定量评估甘肃白龙江流域典型生态系统服务供需匹配关系,基于供需风险识别划定生态管理区,提出了针对性管理策略。结果表明：(1) 2002年、2010年和2018年仅食物总需求呈减小趋势,其他典型服务总供需量均呈增加趋势。在供需数量匹配方面,除2002年和2010年总食物供给小于总需求外,其他服务均供大于需,各项服务供需比空间分异明显。(2)供需空间匹配方面,水源涵养服务以高供低需聚集为主,土壤保持服务以高供高需和低供低需聚集为主,食物生产服务以低供低需聚集为主。(3)水源涵养服务供需风险集中在白龙江舟曲-武都段东侧人口密集区,土壤保持服务供需风险多在迭部北部山区、宕昌东部和武都大部,食物供需风险集中在流域东部和舟曲北部。(4)依据生态系统服务供需关系可将流域分为5级供需风险,归纳整合后形成6大生态管理区。     

粤港澳大湾区生态系统服务价值的时空演化及其影响机制

生态系统服务是生态要素、结构、功能和产品造福于人类社会的媒介和通道。根据生态系统服务价值（ESV）及其影响机制调节人类社会对生态系统的利用强度和保护方式,对于实现人地和谐的可持续发展目标具有重要意义。本文以粤港澳大湾区作为研究对象,依托遥感数据修订ESV核算结果,更加准确地揭示2000—2015年粤港澳大湾区ESV的时空演变特征,并引入面板分位数回归深入探索生态系统服务影响因素的分段效应,增加对生态系统服务影响机制的认识。结果显示：① 2000—2015年粤港澳大湾区ESV减速下降,下降区域主要分布在粤港澳大湾区中部和珠江入海口两岸等城市快速扩张区。② 在城市交界处,土地利用变化会带来更为强烈的ESV变化。③ 在ESV水平不同的区域,影响因素具有不同的影响效果。用地完整度仅在ESV的低值区可以促进生态系统服务能力提升。气温对生态系统服务能力的正向作用随ESV的提高而增强,经济密度对生态系统服务能力的负向作用随ESV的提高而减弱,二者均会导致ESV高值区与低值区间的差距增大,形成“自然马太效应”。     

青藏高原生态系统服务的时空分布特征与供需关系

当前,全球气候变化与人类活动正在影响和改变着高寒脆弱的青藏高原生态系统。本文以生态系统服务为切入点,通过构建服务供需关系测度模型,并运用相关分析、热点探测等空间分析手段,揭示1995—2015年间青藏高原生态系统服务供给分布、需求分布和供需关系的时空特征。结果表明:(1)高原生态系统服务供给水平自东南向西北方向减少,一直到西北边缘再急剧上升。2005年前,供给变化以稳定和上升为主,2005后,供给变化以波动和下降为主。(2)高原西北边缘、东缘、南部的中心城镇为生态系统服务需求高水平地区,高原北部、腹地及藏东南地区为服务需求低值区。高原北部和腹地的需求水平保持稳定,东部需求水平上升明显。(3)高原南部为典型的服务供需盈余区,高原东缘和西北边缘为典型的服务供需赤字区,高原北部和腹地集中分布着服务供需相对均衡区,在时间变化上表现出供需赤字区域略有缩减、供需盈余面积下降的特征。研究可为地球"第三极"的生态系统管理和可持续发展规划决策提供理论参考。     

生态系统服务供给和需求研究进展

生态系统为人类供给产品与服务,人类对其产品与服务形成需求和消费,供需两者共同构成生态系统服务从自然生态系统流向人类社会系统的动态过程。对生态系统服务的供给和需求进行识别、度量、空间化及均衡分析是生态系统服务研究的重要组成部分,有助于生态系统有效管理以及自然资源合理配置,为生态系统服务付费和生态补偿提供理论支撑。本文基于国内外理论和案例研究成果,首先梳理生态系统服务供给和需求的含义,其次总结和对比从供需空间特征角度对生态系统服务的分类,并归纳生态系统供给和需求的空间化方法,最后从实际供给和潜在供给、实现需求和总量需求、供需数量和空间关系3个方面探讨生态系统服务供需均衡分析框架。     

基于改进高斯两步移动搜索法的深圳市公园绿地可达性评价

公园绿地可达性是衡量城市宜居水平的重要指标。针对传统可达性分析多用统计数据开展评估而导致的供需尺度失衡问题,论文以深圳为例,采用公园绿地空间矢量数据和手机信令数据获取供需空间分布,采用高斯两步移动搜索法计算交通小区(TAZ)尺度公园绿地可达性,并结合可达性结果及供需、交通情况聚类,剖析可达性差异化模式及成因。主要结论如下：① 通过改进传统可达性计算数据源和高斯两步移动搜索模型,建立城市中微观尺度公园绿地可达性评价及成因研究框架,可更精确地评估优化城市公园绿地可达性;② 深圳市公园绿地综合可达性整体水平较高,但存在明显的从中心向外围递减的趋势,社区公园可达性差异与公园绿地供需不匹配是造成各区域可达性差异大的重要原因;③ 根据K均值聚类分析结果,将深圳市TAZ单元分成低供给低需求低可达性区、中供给低需求中可达性区、高供给高需求中可达性区、高供给低需求高可达性区,各类区域具有差异化的可达性内涵、特征和成因;④ 公园绿地可达性提升可针对不同分区特征,通过公园布局优化、道路建设和居住区规划布局等差异化方式实现。研究充实了城市公园绿地可达性评价案例,提出的基于手机信令数据和高斯两步移动搜索法的可达性分析方法不仅可应用于城市公园绿地布局与规划,也可为其他地理现象可达性分析提供思路参考。     

供需视角下老城区通风空间识别与匹配研究

城市通风空间作为风环境优化的场所,亦是热岛效应缓解、居民舒适度提高的重要载体。从供需视角下开展老城区通风空间研究,能够为城市应对全球气候变化采取的适应性与低碳发展策略提供支撑和指引。论文以上海徐汇区、广州荔湾区、南京鼓楼区以及武汉硚口区为例,基于建筑形态数据、遥感数据、POI数据以及常住人口密度数据等多源数据,分别构建通风供给系数(ventilation supply index, VSI)与通风需求系数(ventilation demand index, VDI)评估老城区的通风供给能力和需求水平,同时采用双变量局部空间自相关模型测度通风供给空间与需求空间的匹配关联程度,识别不同类型通风供需区域并划分管控干预优先级。结果表明：(1)老城区整体通风供给能力较低,整体通风需求水平较高,二者在空间上具有显著的错落异质性,供给系数高值区主要分布在蓝绿空间等开阔场所,需求系数高值区主要集聚在高密度、高开发强度空间。(2)老城区通风供需区域涵盖高供给—高需求、低供给—低需求、高供给—低需求以及低供给—高需求4种类型,其中处于供不应求(低供给—高需求)状态的空间单元比例约占14.9%～19.7%,...     

“水-能源-粮食”视角下粤港澳大湾区生态安全格局的构建及优化

从“水－能源－粮食”3个维度对粤港澳大湾区的生态系统服务进行评价,利用珞珈一号夜光数据修正生态阻力面,运用最小累积阻力模型构建并优化湾区的生态安全格局。结果表明：1）粤港澳大湾区生态源地总面积为9 626.1 km²,主要分布在研究区东部和西部的山地、丘陵地区,对应位于江门市、惠州市中部和肇庆市;2）生态廊道共计38条,总长度为2 023.09 km,其中最短为11.76 km,最长为304.99 km,集中于植被覆盖较好的山地丘陵地区,中部无廊道分布;3）生态源地辐射区面积为28 929.5 km²,达到湾区总面积的51.88%,若要实现60%的覆盖率,则需要至少新增生态源地辐射面积4 524.856 km²;4）为了更好地优化粤港澳大湾区生态安全格局,提出在惠州市北部和南部新增两处生态源地辐射区,并构建以“一带、一轴、四组团”为核心的生态安全格局优化模式。     

2000—2018年克孜河流域生态系统脆弱性、服务功能价值及风险评价

在人类活动强度不断增加的情境下,掌握区域生态环境质量现状,可为区域生态风险防范提供科学支持。基于2000、2010、2018年遥感影像数据,采用主成分分析方法、生态系统服务功能价值及生态风险模型,探究克孜河流域生态脆弱性、服务功能价值及风险的时空分异特征。结果表明：（1）克孜河流域重度脆弱区面积明显增长,18年增长204.78%,空间分布由高到低分别为中游区域、下游区域及上游区域。（2）18年生态系统服务功能价值减少65.20%。其中作为生态服务主要贡献者的天然林草价值下降43.05%;生态系统服务功能价值空间分布呈现由西向东,由绿洲向荒漠递减的分布趋势。（3）生态风险空间分布由高到低分别为流域中游、下游及上游区域;流域高风险区面积18年增长112.48%,整体分布已由以低风险为主转变为低风险与中、高风险各占约50%,说明流域生态环境受损严重。     

黄土丘陵区生态系统服务供需匹配研究——以兰州市为例

生态系统服务的持续供给是社会和自然可持续发展的基础,人类通过对生态系统服务的消费来满足需求和提高自身福祉。研究生态系统服务的供给和人类对生态系统服务的需求与消费,分析生态系统服务的供需特征与空间权衡关系,对区域生态系统的管理和资源的有效配置具有重要意义。以兰州市为例,利用全市2017年土地覆被、气象观测和统计年鉴等多源数据,应用InVEST模型、ArcGIS和GeoDA等空间分析工具,计算了研究区产水、食物供给、碳固持和土壤保持等4项服务的供给量及需求量,并对区域内生态系统服务的供需匹配状况进行了分析与评价。结果表明：① 兰州市各项生态系统服务的供给与需求空间异质性显著,各项服务总供给量均大于总需求量,且在不同区域与不同生态系统服务之间存在明显差异;② 兰州市综合生态系统服务供需比为0.039,不同生态系统服务供需匹配状况存在差异,产水服务（0.098）>碳固持服务（0.066）>食物供给服务（0.030）>土壤保持服务（0.001）,且城乡供需匹配差异显著;③ 兰州市生态系统服务供需空间匹配有“高高型空间匹配”、“低低型空间匹配”、“高低型空间错位”和“低高型空间错位”4种类型,且各项服务的主导空间匹配类型有所不同;④ 兰州市各项生态系统服务的供需平衡状况存在明显的协同作用,分别是“高高协同”与“低低协同”。     

雄安新区生态系统服务簇权衡与协同

河北雄安新区建设是千年大计、国家大事。在生态优先、绿色发展理念引领下,深入理解生态系统服务间关系对于优化国土空间开发保护、实现自然资源可持续管理具有重要意义。本文基于多源数据评估了雄安新区四种生态系统服务,分析了生态系统服务间关系,并利用自组织映射特征网络划分了生态系统服务簇,以期为新区统筹权衡规划建设提供科学依据。研究结果表明：雄安新区生物多样性维持服务供给总体呈从东北向西南递增;食物供给服务在安新县与容城县供给较高,在雄县供给较低;产水服务供给以西南部地区较高,东北部地区较低;娱乐服务供给则以中北部地区较高,西南部地区较低。不同类型生态系统服务间多为协同关系,少为权衡关系。识别出四种生态系统服务簇,不同服务簇的主要土地利用类型及服务供给特点均存在差异,食物供给簇以旱地为主,主要提供食物供给服务;文化娱乐簇也以旱地为主,主要提供娱乐服务;生态保育簇以水域、旱地和林地为主,主要提供生物多样性维持服务;城镇生活簇则以建设用地为主,也包括少部分水田,主要以产水服务较高。根据不同生态系统服务供给间关系特征,为新区合理确定土地利用变更时序与位置以及促进多重生态系统服务可持续供给提出了建议。