鄱阳湖环湖区生态系统服务价值时空变化及权衡协同关系

基于修订的当量因子表,结合1988—2020年7期土地利用数据,运用GIS数据处理和空间分析等方法探究了鄱阳湖环湖区生态系统服务价值的时空演变特征,同时引入生态系统服务权衡协同度模型对食物生产、水文调节、土壤保持等7项生态服务功能进行权衡与协同分析。结果表明：① 1988—2020年鄱阳湖环湖区生态系统服务价值从577.95亿元增至592.50亿元,呈先增后减再增的波动变化特征。② 生态系统服务价值的空间分布表现为明显的不均衡性,ESV显著减少的区域为南昌市区、九江市区以及其它各区县的城镇建成区,生态系统服务价值增加的区域均匀分布在研究区东北和西北地区以及靠近研究区外侧的东南和西南地区。③ 协同关系为生态系统服务之间的主导关系,权衡关系较少且主要存在于食物生产与其他服务之间。     

基于遥感反演参数与双约束空间聚类算法的湖泊营养物生态分区

中国湖泊营养物水平和富营养化效应存在显著区域分异特征,开展湖泊营养物生态分区研究,是实现湖泊分区控制的前提和基础。本文以云贵高原亚热带湿润区为案例区,通过遥感反演得到研究区域湖泊水体的叶绿素a(Chl-a)、总氮(TP)和总磷(TN)含量,从自然地理要素、生态系统和人类活动3 方面建立指标体系;根据研究区域 DEM数据划分小流域,将各指标因子投影到小流域;在小流域尺度上,采用数理统计方法定量分析各指标分别对 Chl-a/P 与Chl-a/N 的作用,计算两种湖泊营养物生态分区评价分值;采用双约束空间聚类算法对小流域尺度上两种湖泊营养物生态分区评价分值共同进行聚类,形成湖泊营养物生态分区结果。研究发现：①通过遥感反演模型可以将少数呈点状分布的监测数据推演到面上,这在一定程度上弥补了有限的野外监测数据量难以支撑湖泊营养物生态分区的不足;②通过构建各指标因子分别与湖泊水体中Chl-a/P、Chl-a/N 的定量关系,实现了湖泊营养物生态分区中湖泊水体微观指标与湖泊流域宏观指标的有机结合;③采用双约束空间聚类进行湖泊营养物生态分区,保证了分区结果在空间上的连续性和评价分值上的接近性;④根据自然地理条件、土地利用和人类活动强度的不同,将云贵高原亚热带湿润区分为4 个区：北云南高原湖区、滇南河谷山原湖区、桂西-滇东-黔南岩溶湖区、贵州高原东北部湖区。本文提出的基于双约束空间聚类的湖泊营养物生态分区方法也可以作为其它地区乃至国家尺度湖泊营养物生态分区的借鉴。     

耦合SOFM与SVM的生态功能分区方法——以鄂尔多斯市为例

辨析区域主要生态环境问题及其空间异质性,划定生态功能区,对保障区域生态安全和国土开发优化具有重要指导意义。以往自下而上的分区研究多基于行政区或流域开展,难以体现行政区或流域内部的生态功能分异。以鄂尔多斯市为例,基于生态系统服务与生态敏感性构建区域生态功能分区指标体系,耦合自组织特征映射（SOFM）网络与支持向量机（SVM）划定鄂尔多斯市生态功能分区。结果表明,区域内各生态功能分区指标呈现明显的空间分异特征,通过SOFM网络基于栅格进行指标聚类,构建分类效果指数筛选最佳聚类方案,将区域分为7种不同的生态功能类型。最终,利用SVM识别最优分区界线,将鄂尔多斯市分为11个生态功能区。本文构建分类效果指数实现多分类方案优选,使用机器学习算法解决自下而上的自然分区容易弱化要素空间位置属性的问题,完成了从分类到分区的定量转换,有助于提升分区的空间精度与客观性,为生态功能分区与分区边界划定提供了新的方法途径。     

基于生态系统空间异质性的美丽中国生态建设分区

落实“山水林田湖草生命共同体”理念,提出美丽中国生态建设优化途径已成为当前亟待解决的关键科学问题和国家生态文明建设的重大需求。因地制宜地做好美丽中国建设的生态区划,提出生态建设分区方案,是实现美丽中国愿景的重要路径。目前,生态区划对于新时期系统性生态建设内涵,以及全球气候和人类活动变化双重背景对生态系统空间异质性影响的考虑不足。本文通过构建“景观美、服务美、安全美”的三位一体美丽中国生态建设分区的理论框架,综合考虑生态系统结构、格局、质量、服务、胁迫等因素的空间异质性,建立美丽中国生态建设分区三级指标体系,以及对生态现状本底和退化程度进行评估的生态建设综合指数和生态退化综合指数。以全国第三级流域为基本单元,基于指标现状特征及生态综合评估结果,通过空间聚类分析将全国划分为5个一级生态建设区和13类22个二级生态建设区,并在二级分区的基础上选择典型区划分出三级生态建设区。分区结果为美丽中国生态建设提供应用支撑。此外,未来生态建设分区的指标构建应当更加注重指标之间的关联性和生态系统功能的多样性,并进一步耦合气候变化和人类活动对生态系统的双重干扰。     

近20a来巢湖流域生态服务价值空间分异机制的地理探测

生态系统服务功能是生态系统和生态过程形成和维持的自然环境条件及作用。基于1995—2017年遥感分类数据,对研究区按3 km×3 km幅度网格化2019个样方,利用空间统计和缓冲区等方法进行巢湖流域生态服务价值时空演变特征分析,应用地理探测器工具揭示生态服务价值空间分异的主导因子及因子交互作用机制,并提出生态服务价值空间优化策略。结果表明：① 巢湖流域生态服务价值量由1995年的303.17亿元分别下降为2005年300.95亿元和2017年287.70亿元,近20a来减少约5.11%,年均下降率0.23%,其中合肥市区、巢湖南部和东部地区降速明显;② 生态服务价值等级空间转移分析表明,巢湖流域低级别生态服务价值区域在扩展,中等及高级别区域在缩小。以巢湖为核心的缓冲区分析表明,20a来缓冲区核心环带内生态服务价值量下降18.55%,巢湖流域水环境保护核心区的生态系统功能变化值得关注;③ 地理探测分析表明,人为影响综合指数是生态服务价值空间分异的主导因子;地形、气象因素是重要影响因子;人为影响指数因子、自然因子及社会经济因子的交互协同增强效应共同影响了流域生态服务价值在空间上的分异效果。研究结果在一定程度上可为巢湖流域生态系统调控与优化提供理论依据。     

西北河谷盆地生态系统服务的权衡与协同分析——以银川盆地为例

明晰生态系统服务权衡与协同的表现类型、形成机理、尺度依存和区域差异,是制定区域发展与生态保护“双赢”政策措施的有效途径。以银川盆地为研究区,对2000年和2014年净初级生产力（NPP）、保土、保水、固沙等生态系统服务物质量进行估算,利用相关分析法、ESTD模型和空间热点制图法分析了生态系统服务之间的权衡协同关系和生态环境空间分布特征及形成机理。结果表明：2000-2014年,4种生态系统服务物质量都有显著提高;空间分布均呈现中间高,四周低的格局;相关分析显示协同作用是各生态系统服务之间的主导关系;NPP与保水、固沙之间的协同程度较高;空间热点制图显示高值项增加的栅格占总数21.64%,高值项减少的栅格占总数21.49%;表明在银川盆地整体生态系统服务功能增加的趋势下内部增减规律并不一致。在南北方向上降水因素对生态系统服务有主导性影响,相关度为0.368;在东西方向上起主导作用的是植被和海拔,相关度分别为0.572和0.563;在东北-西南方向上海拔和湿度对生态系统的影响最大,相关度分别为-0.487和-0.417;在西北-东南方向上其主要影响的也是海拔和湿度,相关度为0.628和-0.628。生态系统服务的权衡与协同关系随尺度的变化而变化,具有明显的尺度依存性;同一尺度空间分布格局的影响因素也存在很大的差异性。     

西藏高原生态功能区划研究

在分析西藏高原生态环境特征,明确生态系统类型的结构与过程及其空间分布特征的基础上,评价不同生态系统类型的生态服务功能及其在区域社会经济发展中的作用和重要性。运用生态系统科学的原理与方法,结合遥感、地理信息系统和综合分析等手段,对西藏高原在生态区、生态亚区和生态功能区3 个级别上进行生态分区,划分为7 个生态区、17 个生态亚区和76 个生态功能区,并用3 级命名法对这些分区进行命名,绘制了西藏高原生态功能分区图,为高原生态保护和区域社会经济发展提供了理论依据。     

生态系统服务供需视角下粤港澳大湾区国土空间生态修复分区研究

国土空间生态修复分区是实行差异化保护修复策略的重要依据,也是推动山水林田湖草一体化保护修复、促进区域协同治理的重要前提。但在当前的分区方法中,较少考虑人类对于生态系统服务的需求,导致分区无法较好地解决人地关系矛盾。因此,文章基于生态系统服务供需视角,以粤港澳大湾区为研究区域,科学划定其国土空间生态修复分区,并为每个分区提出差异化的保护修复策略。结果表明：粤港澳大湾区生态系统服务供需匹配在空间上呈现出由低供给高需求区逐步向外呈半环状过渡到高供给低需求区的趋势,并且空间错位明显,低供给高需求、高供给低需求区域占总面积的85%,高供给高需求、低供给低需求区域占总面积的15%。根据生态系统服务供需匹配情况,将粤港澳大湾区划分为4个分区,并针对各分区提出差异化保护修复策略。总体上,生态重点保育区（61%）以自然保育为主,注重维护区域生态完整性与生物多样性;生态综合提升区（13%）以辅助修复、生态重塑为主,重点加强城郊生态缓冲带的建设与修复;生态重点修复区（24%）以辅助修复、生态重塑为主,提升区内生态韧性;生态预防治理区（2%）以自然保育为主,维护好当前的生态状况及生态供给能力,防止生态环境退化...     

区域空间功能分区的目标、进展与方法

本文主要回顾了我国功能区划的发展历程,指出已有区划在解决新问题时存在的不足。提出进行以可持续发展为目标的区域空间功能分区,其目标是充分协调利用和保护区域空间多功能性即其社会功能、经济功能、生态环境功能等。区域空间功能分区分为三个步骤:针对不同地区关键领域的功能识别与确定、区域空间功能发展目标导向确定和区域空间发展工具确定。区域空间具有多项功能,区域多种功能的识别和定量以及主体功能的选择可采用区域空间功能函数群方法,区域空间功能分区的整个流程可用决策树方法将区域空间功能分区结果表达在空间上形成一系列主题功能区图谱。     

鄱阳湖湿地典型植物群落沿高程分布特征

鄱阳湖湿地植物群落沿高程呈现不规则的带状分异。利用遥感解译数据和数字高程模型,采用高斯回归方法,分析鄱阳湖湿地3种典型植物群落在全湖的分布特征及其在不同湖区的分布差异。结果表明,从全湖范围来看,茵陈蒿(Artemisia capillaris)—狗牙根(Cynodon dactylon)群落、芦苇(Phragmites australis)—南荻(Triarrhena lutarioriparia)群落、薹草(Carex spp.)—虉草(Phalaris arundinacea)群落分布的最适高程分别为14.3 m、13.2 m、12.5 m,依次降低;茵陈蒿—狗牙根群落的生态幅宽大于其它两种群落;与前人研究结果相比,3种群落的分布都有向低处延伸的趋向。从典型湖区的比较来看,3种群落在南矶湿地国家级自然保护区的分布高程都大于在鄱阳湖国家自然保护区的分布高程,高程差接近1 m。通过比较康山和都昌水文站的日平均水位发现,不同群落分布的高程差异及同一群落在不同湖区的分布差异与水文条件密切相关。本研究结果有助于认识大型湖泊湿地植物分布特征动态,对维护鄱阳湖湿地生态系统功能,降低区域生态灾害风险具有重要意义。     

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。     

基于土地利用的生态系统服务价值当量修订方法——以渤海湾沿岸为例

谢高地等的生态服务功能当量研究成果, 在国内被广为应用。鉴于当前许多研究中直接引用而忽视区域差异的现象, 本文旨在探索一套精度较高的基于当量的生态系统服务功能评价方法, 进而应用于今后大、中尺度多时间序列的评价。修订方法可总结为: (1)以农田为基准的地区修订, 采用研究区农田粮食单位面积产量与全国农田粮食单位面积产量的比值作为地区修订系数, 将“中国生态系统单位面积生态服务价值当量表”修订为“研究区生态系统单位面积生态服务价值当量表”,考虑到森林生态系统的复杂性, 用生物量对森林生态系统的服务价值作进一步的修订;(2)基于植被覆盖度的单元格修订, 采用NDVI数据, 计算植被覆盖度系数, 对农田、林地、草地生态系统进行逐单元格修订。实现生态服务功能评价从全国-地区-单元格逐级降尺度的修订, 以保证生态服务价值当量在不同尺度下的可比性, 亦能充分显示出生态服务价值的空间异质性。最后以渤海湾沿岸为例, 采用该方法对研究区生态服务功能及其变化进行了相对评估, 并采用敏感性指数方法进行了检验。本方法较适用于生态服务功能的时间序列对比分析, 可以检测出区域内部生态服务功能的强度差异和时空变化。     

洞庭湖生态经济区生态服务供需平衡研究

基于洞庭湖生态经济区土地覆被类型和土地利用现状,测算并研究区域内供给服务、调节服务、支持服务和文化服务及生态服务总量供给的价值当量;根据国家相关建设指标规定和人均资源消耗量,估算各项生态服务需求量价值当量;进而对区域内生态服务的供—需盈亏状态进行分析。结果表明：① 洞庭湖生态经济区各项生态服务及生态服务总量供需状况良好,供需比均大于1.2;② 不同生态服务供需状况存在差异,支持服务（1.46）>调节服务（1.44）>供给服务（1.39）>文化服务（1.28）;③ 供需比在空间上整体呈现“四周高中间低”的分布模式,北侧荆州供需比偏低;④ 城乡供需状况差异显著。本次研究囿于行政边界,基于自然边界的供需状况研究有待深入。     

基于栅格的鄱阳湖生态经济区洪灾脆弱性评价

目前洪灾脆弱性研究主要是基于行政区划上的社会脆弱性评价,无法揭示评价单元内部脆弱性的空间分布。选取鄱阳湖生态经济区作为研究对象,根据人与环境系统的特点,选择影响洪灾脆弱性的15个变量,建立了基于栅格的洪灾脆弱性综合指数模型。结果表明,研究区域的洪灾脆弱性以中度脆弱为主,极度与高度脆弱区主要分布在人口密集的鄱阳湖东南与西南部的湖滨地区、主要河流的缓冲区以及土地利用类型为水田的区域。从脆弱性的3个要素(暴露度、敏感性和适应能力)的空间分布揭示了洪灾脆弱性空间分布形成的原因。基于栅格的评价结果,能够充分反映县市内部和行政边界处洪灾脆弱性的空间分布与变化情况。     

基于“湖泊效应”的城市经济影响区空间分异模型及应用——以环鄱阳湖区为例

基于"湖泊效应"假设与城市空间结构理论,提出了湖泊影响周围城市经济的理论模型,并以环鄱阳湖区为例进行实证分析。研究显示,在鄱阳湖影响下,环鄱阳湖区城市分布密度和交通网络密度都随距湖距离变化而呈现出先逐渐增大继而逐渐减小的趋势,但随距离进一步增加,城市分布密度和交通网络密度又呈增大趋势,由此根据极值原理和专题属性将环鄱阳湖区划分为3个城市经济影响区。可见,该模型不仅可以从理论上解释湖泊如何影响周围城市经济区空间分异,而且可以提供一个定量分析模型加以推广。     

太湖流域重污染区土地利用变化对生态系统服务价值的影响

通过对太湖流域重污染区1999年、2007年遥感影像数据解译结果的分析,获取了太湖流域重污染区主要土地利用类型的信息,分析了8 a来研究区内土地利用与覆被变化趋势,对区域土地利用类型的生态系统服务价值进行评估。结果表明,1999~2007年,太湖流域重污染区内耕地面积从2 033.53 km2减少到1 401.04 km2,而林地、建设用地、园地、水域总体呈增加的趋势,其中减少的耕地主要转化为建设用地。1999~2007年太湖流域重污染区的生态系统服务价值呈减少趋势,土地利用变化使研究区生态资产减少了2.40亿元,除气体调节和原材料以外,各单项服务功能的价值量均呈现递减的趋势。     

The Impact of Spatial Heterogeneity on Ecosystem Service Value in a Case Study in Liuyang River Basin,China

In previous studies the value of ecosystem services was evaluated microscopically by ecological indicators such as soil properties, biomass, carbon storage, oxygen release, water quality, and others. In this paper, the spatial heterogeneity of ecosystem services in Liuyang River basin was studied from the perspective of Geographic Information System (GIS) based spatial relationships by using a combination of geographic data and spatial analysis technologies. The Liuyang River basin was divided into grids with a resolution of 1km×1km. The weights of factors that affect the value of ecosystem services (such as topography, geological disasters, roads, scenic spots, vegetation coverage, and plant net primary productivity) were evaluated using the entropy method and analytic hierarchy process (AHP) in order to investigate the influence of natural and social factors on the value of ecosystem services in a quantitative manner. The results demonstrate that the value of ecosystem services is mainly affected by vegetation coverage, plant net primary productivity, and road network density. The value of ecosystem services grows with the increase in either vegetation coverage, plant net primary productivity, or road network density. Different types of land play different roles in ecosystem services. Cultivated land, grassland, and water each have significant supply and regulating functions while forest has significant regulating and supporting functions. The value of ecosystem services of cultivated land and water that are closely related to human activity is significantly influenced by spatial heterogeneity. In contrast, the effect of spatial heterogeneity on the value of ecosystem services of forest land and grassland that are located in mountains and hills, far away from the human accumulation zone, is insignificant.