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。     

黄河流域生境质量时空演变及其影响因素

黄河流域是中国重要的生态区域,探究该流域生物多样性时空变化特征对区域生态保护修复具有重要意义。运用InVEST模型评估黄河流域2000—2018年生境质量并结合空间自相关模型探究其时空变化及分布特征,利用地理探测器单因子探测和交互探测方法分析生境质量空间分异特征的驱动因子。结果表明：2000—2018年,黄河流域平均生境质量指数为0.631,整体呈现小幅下降趋势,下降幅度为0.16%,在空间上表现出西高东低的分布特征;黄河流域生境质量在空间上表现高度正相关特征,表现为生境质量相似值在空间上集聚,生境质量低值区域集中在黄河流域下游、关中平原以及汾河谷地区,生境质量高值区域集中在黄河上游青藏高原地区;土地利用/覆被是生境质量空间分异最重要的驱动因子,q值为0.5560,而且任何两种驱动因子对生境质量空间分异的交互作用都要大于单个驱动因子的作用,土地利用/覆被与气温、海拔、降雨量、坡度以及NDVI的交互因子均大于0.5。     

喀斯特山地土壤侵蚀和产水量的最优解释力

喀斯特生态系统服务主导影响因子识别是科学治理石漠化的前提,然而环境因子对生态系统服务空间分布的解释力受尺度变换的影响,其尺度效应的定量研究仍需进一步加强。为定量厘定环境因子解释力的尺度效应,本文从多尺度视角出发,利用地理探测器定量分析不同空间分辨率下环境因子对土壤侵蚀和产水量的解释力,并探求其在不同地貌形态类型区的差异性规律。结果表明,坡度和植被覆盖度是影响土壤侵蚀空间分布的主导因子,两者的交互作用对土壤侵蚀空间分布的解释力更强。受研究区地形起伏普遍性和景观破碎化的影响,坡度和土地利用类型在低分辨率下解释力最优。降水、海拔和土地利用类型是产水量空间分异的主导因子。降水和土地利用类型的交互作用对产水量的解释力达95%以上,海拔在不同地貌形态类型区的空间变异性影响其最优解释力水平。具体表现为：在台地、丘陵类型区海拔空间变异性较小,在高分辨率下其解释力最优;在山地类型区,海拔空间变异性较大,在低分辨率下其解释力更强。本文通过多尺度分析定量甄别生态系统服务变量的最优解释力,以期为喀斯特山地生态系统服务的主导因子精准辩识和分区优化提供途径和依据。     

地理探测器：原理与展望

空间分异是自然和社会经济过程的空间表现,也是自亚里士多德以来人类认识自然的重要途径。地理探测器是探测空间分异性,以及揭示其背后驱动因子的一种新的统计学方法,此方法无线性假设,具有优雅的形式和明确的物理含义。基本思想是：假设研究区分为若干子区域,如果子区域的方差之和小于区域总方差,则存在空间分异性;如果两变量的空间分布趋于一致,则两者存在统计关联性。地理探测器q统计量,可用以度量空间分异性、探测解释因子、分析变量之间交互关系,已经在自然和社会科学多领域应用。本文阐述地理探测器的原理,并对其特点及应用进行了归纳总结,以利于读者方便灵活地使用地理探测器来认识、挖掘和利用空间分异性。     

基于地理探测器的浑善达克沙地植被变化定量归因

开展区域植被覆盖变化及驱动机制研究具有重要的意义。选取浑善达克沙地为研究区,基于地理探测器模型,定量研究了7个驱动因子对区域植被变化的单独影响及交互影响。结果表明：（1）2000—2018年,浑善达克沙地68.83%的区域植被覆盖在增加,其中显著增加的区域集中在研究区的中部和南部,即阿巴嘎旗、锡林浩特市、正蓝旗、正镶白旗和多伦县。（2）相对湿度和降水量是影响区域植被覆盖的主要自然因素,解释力分别达到了56.6%和49.5%。累计造林面积密度和年末牲畜头数密度是影响区域植被覆盖的主要人类因素,解释力分别达到了49.1%和46.4%,表明生态工程的实施对区域植被覆盖变化产生了重要的影响。（3）不同因子之间的交互作用决定值q均大于每个单独因子的决定值q,表明驱动因子的两两交互作用均会增加对区域植被变化的解释力。其中,相对湿度和人类活动因子（累计造林面积密度、年末牲畜头数密度和人口密度）,降水量和年末牲畜头数密度均以双协同为主,解释力均超过了60%。而平均气温和年末牲畜头数密度以非线性协同为主,解释力也达到了60%以上。     

基于地理探测器的喀斯特不同地貌形态类型区土壤侵蚀定量归因

土壤侵蚀形成机制与影响因素识别是当前研究的核心与前沿议题,然而从多因素综合作用的角度进行定量归因仍需加强。以喀斯特典型峰丛洼地流域为研究区,基于GIS手段和RUSLE模型模拟土壤侵蚀,综合土地利用、坡度、降雨、高程、岩性、植被覆盖度等影响因子,应用地理探测器方法针对喀斯特不同地貌形态类型区进行土壤侵蚀的定量归因研究。结果表明,各影响因子对土壤侵蚀的解释力及因子间耦合作用程度在不同地貌形态类型区差异显著,其中土地利用和坡度是决定土壤侵蚀空间异质的主导因子,但在山地丘陵区,随着地形起伏度的升高,坡度的控制作用下降,即地理探测器q值表现为中海拔丘陵>小起伏中山>中起伏中山;生态探测器显示土地利用对土壤侵蚀的影响相比于其他因子有显著差异;双因子交互作用有助于增强对土壤侵蚀的解释力,土地利用与坡度的协同作用对土壤侵蚀的解释力达到70%以上;对于土壤侵蚀空间分布的差异性检验,风险探测器显示在小起伏中山、中起伏中山等地貌形态类型中,具有显著差异的影响因子分层组合数占比至少55%。因而,喀斯特地区土壤侵蚀的治理应综合考虑不同地貌形态类型区土壤侵蚀影响机制的空间异质性。     

基于InVEST模型的青海湖流域产水功能时空变化及驱动因素分析

以青海湖流域为研究区,基于1985—2020年8期土地利用图,结合地形、土壤和气象等数据,运用本地化修正后的InVEST模型及地理探测器方法,模拟流域产水服务、评估产水量空间分异特征、剖析其空间异质性归因。结果显示：青海湖流域1985—2020年产水量变化区间为11.68～81.52亿m³,变化趋势明显,表现为先下降后上升、再下降后上升的“W”型变化趋势;产水深度在空间分布上表现为东南高西北低,高值区均集中在海晏县内;垂直梯度上,产水能力随海拔增加而减弱;地理探测结果显示单因子对产水服务空间分异的解释能力存在显著差异,在不同分区中以气候类因子解释力最为显著;产水服务空间分异的影响程度由多因子共同决定,整体上以降水与实际蒸散量的交互作用解释力为主导因子。     

“三生”空间视角下西北地区生态环境质量分异机制的地理探测

基于土地“三生”功能视角,采用生态环境质量指数测度2000—2020年西北地区土地利用转型的生态环境效应,并且综合运用热点分析工具、地理探测器等方法探讨生态环境质量的演变特征与分异机制。结果表明：（1）西北地区“三生”空间地域分异显著;“三生”空间结构演化呈生产、生活空间增加,生态空间缩减的变化趋势。（2）生态环境质量指数从2000年的0.22720升至2010年的0.22724后降至2020年的0.22699,生态环境质量整体保持相对稳定。（3）生态环境质量空间上呈“东南较高、西北次之,中部较低”的格局特征,生态环境质量格局演化的冷、热点区主要聚集于东南和西北部,与区域内人口、产业的空间分布具有趋同性。（4）生态用地结构、归一化植被指数和人类活动是生态环境质量空间分异的主导因素,自然因子内部以及自然因子与社会经济因子的交互协同作用共同影响了区域生态环境质量的空间分异效果。     

京津冀地区AOD时空变化及影响因子的地理探测

基于MODIS 3 km AOD遥感数据，利用空间自相关模型及地理探测器对2010—2016年京津冀地区AOD的时空变化特征及其影响因子进行探测。结果表明：（1） 2010—2016年京津冀地区年平均AOD值为0.83，其中天津市年均AOD值为研究区最高，河北省次之，北京市最低。研究区及各分区AOD的7 a变化趋势大体一致，呈现先下降后上升再小幅波动的状态。（2） 空间自相关分析表明京津冀地区AOD空间分布呈现显著正相关。局部高高聚集区主要集中在北京市东南部、天津市南部及河北省的中南部，低低聚集区集中分布在西北部山区。研究区高低聚集区面积均呈减小趋势，不显著区呈扩大态势。（3） 地理探测器结果表明不同区域的主导影响因子不同，北京市首要影响因子为NDVI，其次为人口密度，且二者交互作用明显。天津市主导因子为风速，人口密度、第二产业生产总值等人为因子的作用力也较大，风速与其交互作用较强。河北省主导因子为人口密度，GDP与第二产业生产总值等的作用力次之，整体交互作用偏弱。通过地理探测器解析京津冀地区AOD空间分异的影响机理，其结果对我国大气污染治理具有重要意义。     

土地利用视角下生态系统服务价值时空演变与机制——以辽宁沿海地区为例

采用当量因子法、热点分析及地理探测器等方法,全面估算2000—2020年辽宁沿海地区生态系统服务价值(ESV)的变化,揭示ESV的空间分布格局及其驱动机制。结果表明：2000—2020年,辽宁沿海地区的耕地及林地急剧收缩,建设用地及养殖塘快速扩张。ESV从2000年的1 015.69亿元增加到2020年的1 385.23亿元,主要归因于水域及养殖塘的变化,对ESV贡献最大的是水文调节功能。自然条件决定了辽宁沿海地区ESV基本的空间分布,人为活动加强了ESV的分异特征。各驱动因子间的交互作用对辽宁沿海地区ESV的空间格局产生了较强的影响。     

石羊河流域生态系统服务价值的空间异质性及其计量

生态系统服务价值评估是当前生态学和生态经济学研究的一个热点,生态服务功能的空间异质性是影响生态系统服务价值的重要因素,也是国家制定生态补偿政策的基础,但不易对其进行定量计算。本文以石羊河流域为例,遵循资源稀缺性原理,依生态区位（自然和社会）差异条件对石羊河各流域生态服务功能空间异质性进行测算。在此基础上,利用2009年石羊河流域各地区基础数据建立计量模型,对其流域内植被系统生态系统服务价值进行测算;并利用ArcGIS9.3对石羊河流域单位面积生态系统服务价值进行可视化处理。结果表明:（1）石羊河流域同一生态系统在不同流域存在巨大差异,其中以耕地最为明显,其下游是上游单位生态系统服务价值的13.99倍;（2）上游地区为典型的生态“输出”型地区,而中游与下游为典型的“输入”型地区;（3）耕地已经成为石羊河流域中游与下游重要的生态系统,其生态系统服务价值分别为334 343.516万元和125 179.201万元;（4）石羊河流域植被系统生态系统服务价值为1 277 691.282万元,占石羊河流域国内生产总值的32.53%。     

土地利用生态服务价值与经济发展的协调及空间分异——以西洞庭湖区为例

土地利用生态服务价值体现了土地通过集约利用与空间优化所发挥生态效益的大小,可在一定程度上反映土地利用与与经济发展的协调关系。以西洞庭湖区为研究对象,在ArcGIS软件支持下,通过评价与分析生态服务价值变化,分析生态经济协调发展水平及其空间差异,探讨土地利用生态服务价值与区域经济发展的互动响应与耦合协调关系。研究表明：① 2000年以来西洞庭湖区土地利用生态服务价值呈下降趋势,2000年西洞庭湖区生态服务价值为1292.13×10⁶元·a^-1,2011年为953.03×10⁶元·a^-1,损失339.10×10⁶元。② 从整个研究区来看,整个研究阶段处于低度冲突的县有6个,分别为常德市辖区、安乡县、汉寿县、澧县、临澧县、津市市,只有桃源县处于潜在危机状态。从数量上看,整个区域内大多为冲突状态,区域在经济发展中存在的潜在危机较大。③ 从空间分异来看,2008年与2011年土地利用生态经济协调度基本上为低度冲突状态,需采取生态服务供给恢复与重建措施,控制生态服务消费需求的过快增长。整个区域只有桃源县与汉寿县由不协调转换为协调状态,主要原因是森林覆盖率相对较高,林地类型面积大,水土保持与水源涵养生态服务功能较强,提高了生态服务价值。     

基于土地利用变化的安宁市土地生态服务价值评价

根据安宁市2003～2009年土地利用变更调查数据,采用Costanza等专家提出的生态系统服务价值计算方法和谢高地等提出的中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值表计算安宁市2003～2009年生态系统服务价值并对其进行评价。结果表明2003～2009年安宁市生态系统服务价值总量减少了0.24亿元,主要原因是建设用地占用了大量的林地和耕地等生态用地,因此在安宁市的新一轮规划中应注重对生态用地的保护,确保生态系统的稳定。     

北部湾钦江流域土地利用变化与生态服务价值时空异质性

文章基于2000和2012年的土地利用数据,采用土地利用转移流网络和GIS密度制图法定量分析研究区土地系统时空动态变化及其空间集聚效应,并在此基础上应用地统计学方法对研究区土地利用生态服务价值进行时空异质性分析。结果显示：1）流域建设用地、水域和园地呈增加趋势,而耕地、林地和草地则呈现减少趋势;2）流域整体土地系统共存在30种土地利用转移流网络关系,上游27种,中游26种,下游17种,耕地、建设用地、草地与林地之间的网络转移关系决定了北部湾钦江流域土地系统土地利用变化的主体方向;3）通过选用不同的变异函数模型对钦江流域生态服务价值空间结构分析可知,2000年流域生态服务价值的最佳拟合模型应为指数模型,而2012年则为球状模型;4）流域整体生态服务价值总量由2000年的802 077.44万元减到2012年的787 794.14万元,减少了14 283.29万元。中游的生态服务价值最高,上游的生态服务价值次之,下游的生态服务价值最小。     

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。     

毛乌素沙地绿洲化过程中生态服务价值及生态网络格局演变

揭示沙地生态系统服务价值及其稳定性网络格局的动态演变规律,对沙地分区治理及农、林、牧产业结构调整具有重要意义。以1986年以来土地利用变化数据为基础,统计分析毛乌素沙地生态系统服务价值（ESV）时空分异规律,以生态服务价值最大化为目标和策略,利用最小累积阻力模型（MCR）,探讨了毛乌素沙地生态网络格局演变规律。结果表明：（1）1986—2020年,随着毛乌素沙地绿洲化过程的推进,林地取代沙地成为毛乌素沙地的主导地类,2020年林草覆盖率达71.38%。（2）1986—2020年,毛乌素沙地生态服务价值整体上升了198.76亿元,1986—2006、2006—2020年沙地生态服务价值增长速率分别为每年2.51亿元和10.62亿元;从空间上来看极高生态服务价值区集中分布在河南乡和毛盖图苏木,至2016年以来逐渐扩展到苏米图苏木、嘎鲁图镇等区域。（3）生态网络格局呈明显的双区分异,即生态网络稀疏的西北区,以沙地复垦地、流动沙丘和半流动沙丘为主;以及生态网络稠密的东南区,以林草覆盖率较高的固定沙地和河流、湖泊水资源丰富地区为主,且随生态服务价值高值点迁移,稳定性网络结构逐年向东北方向偏移。     

洞庭湖区土地生态系统的服务价值时空变化

采用5期遥感影像数据,在ArcGIS等软件支撑下,运用当量因子法、空间自相关分析法,估算洞庭湖区土地生态系统服务价值,探究其时空变化。结果表明：① 1995—2015年洞庭湖区林地面积持续减少,未利用地面积稳步增加,林地与未利用地面积的增减主导着区域土地利用变化。② 1995—2015年洞庭湖区土地生态系统服务总价值经历1995—2000年的陡增后不断下降,近20年来累计减少21.64亿元,减少幅度为1.06%,林地面积减少是洞庭湖区土地生态系统服务总价值减少的根本原因。③ 从土地生态系统服务价值结构变化来看,1995—2015年洞庭湖区除废物处理价值有小幅增加外,其他各项生态服务价值均有不同程度的下降,但生态环境保育始终是洞庭湖区土地生态系统的主要功能。④ 1995—2015年洞庭湖区土地生态系统服务价值分布的空间自相关性较为显著,格局变化较明显,高值区、低值区趋于集中,高-高类型区在西部的沅江流域常德段有所减少,向东部的汨罗江流域快速扩展,低-低类型区集中在北部、南部、西部的城镇相对密集区并沿城镇发展轴逐步扩张凝结成带片状。     

基于改进当量的甘肃省耕地生态系统服务价值及其与区域经济发展的空间关系研究

为量化分析耕地生态系统服务价值及其与区域经济发展的空间关系,采用改进的耕地当量因子,对甘肃省2014年耕地生态系统服务价值进行定量化研究,并采用双变量空间自相关探讨其与区域经济发展在空间上的关联关系。结果表明：（1）在GPP修正的基础上估算得到的甘肃省2014年耕地生态系统服务价值为4.96×10¹¹元,其中水资源供给功能的价值为负,食物生产功能的生态系统服务价值相对较高,美学景观功能的生态系统服务价值最低。（2）双变量空间自相关显示人均国内生产总值与耕地生态系统服务价值在空间上存在显著的负相关关系,Moran’s I指数为-0.252 3。局部双变量空间自相关LISA图也显示低-高聚集区主要分布在经济发展相对落后、具有明显生态优势的东南部地区;而高-低聚集区则主要分布在经济高速发展,生态环境相对恶劣的西北部地区。研究结果可为甘肃省生态环境管护与区域经济发展提供决策参考,为实现经济增长与生态保护统筹协调发展提供参考依据。     

黄土丘陵沟壑区生态移民过程及其生态系统服务价值评价——以宁夏海原县为例

以海原县为研究对象，以2000、2005、2010和2015年遥感数据为基础数据，综合运用土地利用动态度、生态系统服务价值评价模型、地理探测器等模型对海原县2000—2015年的生态系统服务价值时空变化进行研究。结果显示：2000—2015年海原县土地利用类型发生明显变化，林地、建设用地、水域以及园地面积分别增加24 532.56hm2、13 233.71hm2、1 093.58hm2和812.16hm2，而耕地、草地和未利用地面积呈下降趋势，其中未利用面积下降幅度最大，共减少21 333.05hm2；研究期间海原县生态系统服务价值呈现出逐年增加的变化趋势，由2000年的37.25×108元增加至2015年的62.23×108元，变化率为67.07%，而林地、园地和水域面积的增加是海原县生态系统服务价值增加的关键；从态系统服务价值空间分布来看，海原县生态系统服务价值在空间呈现出由西南向东北递减的变化趋势；研究期间研究区生态系统单项服务价值均呈现出增加的变化趋势，其中废物处理和水源涵养增加量最大，其次是生物多样性和气候调节，而食物生产、原材料生产以及娱乐文化增加量最低，说明海原县的生态系统调节服务>支持服务>供给服务>文化服务；通过地理探测器诊断发现草地、园地、林地、气候调节、土壤形成与保护、生物多样性保护的决定力q值均＞0.8，说明这6项因子对研究区生态系统服务价值变化具有重要的影响作用。