土地分离与共享框架的研究现状及应用拓展

“土地分离”与“土地共享”是2种不同的土地利用思维方式,反映人类土地利用的决策选择。中国有大量包含土地分离和共享思维的实践,但缺乏将这些实践案例纳入统一体系的研究范式。土地分离与共享框架最初用来探索粮食生产与生物多样性保护的权衡关系。经过10多年的发展,其理论内涵和研究内容不断丰富,是地理资源与环境领域重要的研究议题。论文在解析土地分离与共享框架内涵的基础上,综述土地分离与共享框架的相关研究成果,探讨土地分离与土地共享的策略选择。研究发现土地分离与共享相关研究存在从农业环境主题向城市管理主题转化的趋势,而且除了强调单一生物多样性保护和农业生产外,还有少数研究开始关注碳储存、土壤保持等其他生态系统服务类型;尽管土地分离与土地共享策略各有其优势和局限,但在目前的研究和实践中,土地分离比土地共享更受青睐。论文基于土地的多功能性进一步扩展该框架在城市用地管理中的应用,可为复杂社会—生态系统可持续发展提供路径指导。     

黄土高原粮食生产空间重构过程中的生态系统服务权衡——以陕北榆林市为例

粮食生产空间重构集中了土地系统变化的主要矛盾,探索粮食生产空间重构过程中的生态系统服务权衡变化有利于明确粮食安全、生态修复与经济发展之间的矛盾,从而推进区域生态文明建设和高质量发展.采用生态系统服务评估模型及均方根偏差法,对2000—2018年陕北榆林市粮食生产空间重构过程中的固碳、食物供给、土壤保持和产水服务及其权衡...     

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。     

土地利用冲突权衡的理论与方法

在对已有文献分析的基础上,提出土地利用冲突的权衡理论基础、框架和模型方法.利用数理模型方法,建立区域土地生态系统的功能价值评估体系,分析、评估不同尺度土地生态系统的功能及其价值水平,构建基于遗传算法的土地利用数量结构模型,获取区域土地利用数量结构的Pareto解集,并根据利益相关者的意愿和偏好做出权衡,确定解决土地利用冲突的有效方案,为缓解冲突并尽可能减少冲突提供一定的参考依据.     

生态系统服务权衡与协同视角下的重点生态功能区保护特征

重点生态功能区提供着源源不断的生态系统服务,在保障国家生态安全和社会可持续发展方面,有着不可或缺的基础作用。但是,以生态系统服务权衡与协同关系为视角,进而探讨分析重点生态功能区保护特征的研究案例相对较少。本文以秦巴重点生态功能区为评估分析区域,选择自然地理条件相似度极高的秦巴山区为参照单元,以生态系统供给服务与调节服务为核心内容,在定量分析2000—2019年期间的生态空间变化特征基础上,分析评估生态系统服务权衡与协同关系。结果表明：秦巴山区生态状况逐渐变好,重点生态功能区划定之后,生态系统趋于稳定;重点生态功能区服务能力呈逐渐增强的趋势,平均净初级生产力、土壤保持总量和水源涵养总量比重点生态功能区外分别高出了25.95 gC/m²、5.81亿t和24.95亿m³;土壤保持服务和生态系统供给服务的协同关系与生态状况改善呈正相关;由于受到降水的影响,2010年之后的水源涵养服务与生态系统供给服务的协同关系变差。总体来看,秦巴重点生态功能区的划定带动了区域生态空间“量的增长”和生态系统服务“质的提升”,但生态系统服务之间关系的“协调性”仍然不足,甚至从“协同”转为“权衡”关系,这要求未来国家需要制定更有针对性的生态系统保护管理决策,提高生态系统总体效益,支撑区域生态系统服务的可持续供给。     

土地利用与生态文明:实证研究

生态文明建设的目标是实现人与自然的和谐共生。国土是生态文明建设的空间载体。土地利用的方式或行为反映土地资源集约节约利用水平,导致不同的生态环境效应,从而影响区域生态文明建设水平。本专辑"土地利用与生态文明"通过优选14篇代表性论文,从土地利用效率、土地生态演化、土地多功能权衡、土地生态系统服务和土地生态风险等方面,探讨了生态文明视域下的土地利用管理理论和方法,为形成生态文明的土地利用方式、行为和制度体系提供了实践参考。本专辑研究层次多样,文献覆盖村庄、县域、省域等多级研究尺度,山地、平原和丘陵等多种地貌类型,以及华东、华中、西北、长江经济带和日本等国内外土地利用典型地区;研究方法前沿实用,包括文献研究法、分形理论、定性比较分析、VAR模型、计量经济学方法等多学科研究方法;研究主题鲜明,聚焦当前土地利用过程中的热点话题与突出问题,对土地生态效率、空间行为特征、土地利用结构优化、生态风险评价等土地利用热点问题进行了深入探讨,其中既有对耕地撂荒、土地利用风险等当前迫切的土地利用问题的文献梳理与述评,也尝试对农村景观和生态系统的多功能进行权衡与协同分析,为破解生态文明视域下的土地利用问题提供了理论与实证依据。本专辑从现实与理念等全方面、多层次地反映了以生态文明理念指导土地利用的现实迫切性,并从方法和研究框架等方面提供了理论指导与技术支撑。最后,提出了未来生态文明视域下土地利用研究领域需重点关注的五大热点方向:土地利用结构的生态化管理、土地利用过程的生态演化机理、土地生态利用模式、土地生态安全格局预警与调控、土地利用行为的生态化管控。     

土地利用与生态文明：实证研究（英文）

生态文明建设的目标是实现人与自然的和谐共生。国土是生态文明建设的空间载体。土地利用的方式或行为反映土地资源集约节约利用水平,导致不同的生态环境效应,从而影响区域生态文明建设水平。本专辑"土地利用与生态文明"通过优选14篇代表性论文,从土地利用效率、土地生态演化、土地多功能权衡、土地生态系统服务和土地生态风险等方面,探讨了生态文明视域下的土地利用管理理论和方法,为形成生态文明的土地利用方式、行为和制度体系提供了实践参考。本专辑研究层次多样,文献覆盖村庄、县域、省域等多级研究尺度,山地、平原和丘陵等多种地貌类型,以及华东、华中、西北、长江经济带和日本等国内外土地利用典型地区;研究方法前沿实用,包括文献研究法、分形理论、定性比较分析、VAR模型、计量经济学方法等多学科研究方法;研究主题鲜明,聚焦当前土地利用过程中的热点话题与突出问题,对土地生态效率、空间行为特征、土地利用结构优化、生态风险评价等土地利用热点问题进行了深入探讨,其中既有对耕地撂荒、土地利用风险等当前迫切的土地利用问题的文献梳理与述评,也尝试对农村景观和生态系统的多功能进行权衡与协同分析,为破解生态文明视域下的土地利用问题提供了理论与实证依据。本专辑从现实与理念等全方面、多层次地反映了以生态文明理念指导土地利用的现实迫切性,并从方法和研究框架等方面提供了理论指导与技术支撑。最后,提出了未来生态文明视域下土地利用研究领域需重点关注的五大热点方向:土地利用结构的生态化管理、土地利用过程的生态演化机理、土地生态利用模式、土地生态安全格局预警与调控、土地利用行为的生态化管控。     

锡林郭勒草地样带土地承载力研究：基于膳食需求视角（英文）

粮食安全问题是国民经济社会发展重要问题,从土地资源承载力角度研究区域粮食供给和需求情况,能够为区域资源可持续提供新的借鉴。本研究利用农牧户问卷调查数据、统计数据、土地利用数据等,构建土地资源承载力(LCC)评估框架,针对锡林郭勒草地样带上典型草地牧区、沙地牧区和农牧交错区三个典型区的居民食物供给和需求问题,选取热量、蛋白质和脂肪三个食物营养指标,对土地资源承载力平衡问题进行研究。研究发现:(1)沿锡林郭勒草地样带由北向南食物供给呈现出以肉类和奶类为主,向粮食、蔬菜水果供给为主的转变;(2)沿草地样带由北向南居民食物摄入热量逐渐增多,而蛋白质和脂肪摄入呈现牧区多、农区少的特点;(3)锡林郭勒草地样带上整体土地资源资源承载力处于富余状态,然而典型草地牧区土地承载力高于其余两个典型区。本研究可为区域食物营养可持续发展提供实证参考。     

人地系统耦合框架下的生态系统服务

生态系统服务是连接自然环境与人类福祉的桥梁,是人地系统耦合研究的核心内容。本文在构建生态系统服务与人地系统耦合研究框架的基础上,系统梳理了生态系统服务评估、生态系统服务权衡、生态系统服务影响因素、生态系统服务供给流动与需求等研究前沿,提出了未来生态系统服务研究的重点领域。主要研究结论认为：①国际生态系统服务模型发展迅速,SAORES模型是中国生态系统服务模型优化与参数本地化的突出代表;②生态系统服务权衡具有相对复杂的时空尺度,权衡分析的前提是辨析不同尺度生态系统结构—过程—功能—服务的作用机制;③自然因素是生态系统服务时空分布的基础,土地利用能改变生态系统结构、功能与生态系统服务变化,社会经济因素会导致生态系统服务权衡的差异;④为明晰生态系统服务供给与需求耦合关系,需进一步识别生态系统服务流的运移路径;⑤未来生态系统服务研究需加强生态系统服务对全球变化的响应特征和机制分析、面向可持续发展目标的生态系统服务供给流动与需求研究、生态系统服务的动态评价集成与优化、生态系统服务与人地系统耦合、生态系统服务与大数据集成等。     

关中盆地生态系统服务的权衡与协同关系动态分析北大核心CSCDCSSCI

测算2000-2012年关中盆地的净初级生产力(NPP)价值量、土壤保持价值量和食物供给价值量,通过引入玫瑰图来研究不同土地利用类型中生态系统服务的时空差异,进而探究三种生态系统服务的权衡和协同关系,并分析其在近13年间的动态变化特征,最后研究土地利用变化对生态系统服务权衡和协同关系的影响来探究其驱动机制。结果表明:(1)研究区NPP单位面积年均价值量约为1720.495元/hm^2,土壤保持单位面积年均价值量约为768.889元/hm^2,食物供给单位面积年均价值量约为167.874元/hm^2。从空间角度分析,NPP和土壤保持的高值区均分布在盆地边缘的山地,低值区集中于盆地中部,而食物供给呈相反格局。从时间角度分析,三种生态系统服务均呈现增加的趋势。2000-2012年,NPP单位面积价值量增幅为21%,土壤保持单位面积价值量增幅为46.7%,食物供给单位面积价值量增幅为245.7%。(2)NPP与土壤保持呈现协同关系,而NPP与食物供给、土壤保持与食物供给呈现权衡关系。(3)13年来关中盆地生态系统服务呈现冲突加强协同减弱的趋势。具体而言,NPP与土壤保持的协同关系表现出明显的下降趋势,NPP与食物供给的权衡关系逐渐增强,而土壤保持与食物供给的权衡关系在13年间基本保持稳定状态。(4)从土地利用变化的角度看,研究区生态系统服务权衡增加协同减少主要归因于耕地和林地的大量减少。同时,权衡土地资源利用中各类冲突对于土地资源的优化使用也有重大的意义。     

鄂尔多斯市生态系统服务权衡与协同分析

鄂尔多斯市是中国北方农牧交错带的中心,经济快速发展的同时带来生态环境巨大的压力,该区域生态系统服务及其相互关联的变化对半干旱地区的可持续发展具有重要意义。本文基于2000、2010年鄂尔多斯市的食物供给、碳储存、产水量以及土壤保持4种关键生态系统服务供给核算,采用相关分析探究栅格尺度上4种服务之间的权衡与协同关系,并引入玫瑰图对比不同土地利用类型的生态系统服务关联特征差异。研究结果表明：①2000-2010年鄂尔多斯市生态系统服务整体增强,平均食物供给量由99.5 kg·hm^-2增至224.2 kg·hm^-2,碳储存量由8.32 t·hm^-2增至8.41 t·hm^-2,平均产水量由153.64 mm增至291.90 mm,土壤保持量平均值由47.79 kg·hm^-2增至59.04 t·hm^-2;②产水与土壤保持之间存在协同关系(相关系数分别为0.972和0.771),食物供给与土壤保持之间存在协同关系(相关系数分别为0.505、0.736),食物供给和碳储存之间存在权衡关系(相关系数分别为-0.584、-0.512);③多重生态系统服务供给的热点区主要分布在鄂尔多斯市东部;④产水量和土壤保持、碳储存在耕地和林地中呈现此消彼长的变化方式,而在草地中4种生态系统服务同时增加。     

Do protected areas networks ensure the supply of ecosystem services? Spatial patterns of two nature reserve systems in semi-arid Spain

Protected areas are essential for conserving biodiversity, and these lands have traditionally been set aside for this purpose alone. However, the increasing global demand for agricultural and forestry commodities creates conflict and tradeoffs between dedicating land for conservation versus food production. Efforts to set aside new lands for biodiversity conservation are compromised by the globally rising demand, creating trade-offs between lands dedicated to conservation versus food production. Ecosystem services are the benefits that humans obtain from ecosystems. Recent studies suggest that protected areas provide social and economic benefits that can be used to build political support and raise funds for conservation. We analyzed the capability of current protected area networks in the semi-arid region of Spain to provide intermediate regulating services (habitat preservation for threatened species, climate regulation, erosion control and water flow maintenance) to support the final provisioning service of cultivated crops to support local communities. We found that existing networks of protected lands supply considerable quantities of ecosystem services, in particular carbon stocks and groundwater recharge. Our results demonstrate that the integration of systematic analyses of ecosystem services gaps in protected area planning could contribute substantially to safeguarding ecosystem services and biodiversity jointly. However, our study also reveals substantial differences in intermediate ecosystem services supplied by different of protected areas networks, with category VI areas (Natura-2000 sites) generally showing the highest potential for ecosystem services supply. This demonstrates the important role of Natura-2000 sites for preserving regulating services in the European semi-arid region.     

土地利用集约化研究的回顾与未来工作重点

土地利用集约化是粮食安全、经济发展与生态保护等多重压力作用下人类土地利用的必然选择。积极推进土地利用集约化进程,使其向可持续集约化方向发展,对于中国这样人多地少的国家而言,具有尤为重要的意义。土地利用集约化研究兴起于20世纪60年代,但源流更远的农业生产潜力研究、农业生产要素配置研究等与土地集约利用有关的研究成果,同样加深了人们对土地利用集约化规律的认识。由于这些工作分散于多个学科领域,相关成果并未得到很好梳理。为了弥补这一不足,本文重点围绕基本特征与测度指标、极值问题与潜力研究、驱动因素与限制因素、环境影响与可持续集约化等4个方面,简要回顾了至今为止土地利用集约化方面的主要研究成果,并概要介绍了监测和制图、路径选择、政策选择、城镇用地“集约化”等有待进一步探讨的主要问题。     

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”。     

基于生态-经济权衡的京津冀城市群土地利用优化配置

探索生态保护与经济发展的权衡关系,并利用该权衡关系协调土地利用优化配置是解决城市群经济与生态协调发展难题的重要途径,已成为目前的一个研究热点。论文针对京津冀城市群生态友好型协同发展的需求,设置生态系统服务价值最大化和经济价值最大化2种优化目标,每种目标下再设置“生态保护”“统筹兼顾”“粮食安全”和“经济发展”4种土地利用情景,采用CLUE-S模型模拟2025年京津冀城市群在不同情景下的土地利用空间配置格局,及其生态系统服务价值、经济价值在不同目标的各种情景下的变化。研究结果表明：相比2015年,2025年在不同目标不同情景下,各类土地利用面积的数量变化和空间格局均有较大不同,且生态目标和经济目标下不同情景的土地利用配置不同。生态系统服务价值在生态目标生态保护情景下最大,为14423.58亿元;而经济价值则在经济目标经济发展情景下最大,为96771.49亿元。从土地利用变化的空间分布上来看,生态用地中林地与草地的增加多出现在坝上高原和燕山与太行山山地,水体的增加则主要分布在东部沿海地区。研究认为,生态效益与经济效益间存在权衡关系,基于生态-经济权衡的土地利用优化研究结果对未来京津冀城市群生态实践工作有较大的参考价值。     

Impact of LUCC on Ecosystem Service Value in the Up and Middle Reaches of Dongting Lake Basin, China

Supported by geographical information system, using Costanza method and referring to terrestrial ecosystem service value in China, the influence of land use and land cover change (LUCC) between 1980 and 2000 on ecosystem service value in the up and middle reaches of Dongting Lake basin was analyzed in this study. The results showed that the estimated value of ecosystem services decreased 8.416 9×10~8 CNY over a 21-year period, and the main reasons were that the land for forest use was exploited for cropland and construction land use in study area. Further analysis results showed that the value of single ecosystem service function such as gas regulation, climate regulation, soil formation and conservation, biodiversity conservation, raw materials as well as recreation decreased significantly; and that of provision of water conservation, waste treatment and food production increased obviously in the area. The results of coefficient sensitivity analysis indicated that these estimates were reliable.     

基于SOFM网络的京津冀地区生态系统服务分区

生态系统服务与土地利用之间有密切关联,生态系统服务分区对区域生态系统服务的管理和土地利用政策的制定有重要意义。本文以京津冀地区为研究区,依据IGBP2001-2009年间的土地利用数据,在对谢高地等制定的中国陆地生态系统单位面积服务价值系数进行校正的基础上,核算了区域内各县(市)级行政单元单位面积生态系统服务的价值量,构建自组织特征映射网络(SOFM)对京津冀的生态系统服务进行分区,并用ArcGIS识别了不同服务类型的热点区,归纳和总结了每个分区的主导服务类型,并结合全国功能主体区划对该区域未来的发展重点和土地利用政策提出建议。依据分类结果,可将京津冀地区分为4 个区域:Ⅰ. 坝上高原和冀西北山区;Ⅱ. 燕山和太行山地;Ⅲ. 冀中南平原区;Ⅳ. 环渤海滨海区。2001-2009年间,除Ⅳ区的生态系统服务价值呈现增加趋势外,其他区域均有不同程度的减少,减少程度依次为Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ。Ⅰ区域发展重点为防风固沙和水源涵养;Ⅱ区域为生物多样性重点保护区域;Ⅲ区域应重点调整城镇用地的比例,适当增加其他生态系统服务;Ⅳ区域应增加水源涵养价值,治理土壤盐渍化。     

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。     

基于土地利用的河北省生态系统服务权衡/协同关系研究

在分析土地利用变化的基础上,基于InVEST模型计算1985-2015年河北省农作物生产、碳储量、生境质量和土壤保持4种生态系统服务,利用ESCI指数、相关分析法、ESTD模型及双变量局部空间自相关方法识别不同尺度生态系统服务空间格局变化及权衡/协同关系。结果表明:1)1985-2015年河北省土地利用变化剧烈,建设用地、林地面积不断增加,耕地、草地、未利用地逐渐减少,但不同时段变化趋势不同。受土地利用变化影响,河北省4种生态系统服务变化趋势迥异:农作物生产水平不断提升,碳储量呈先增后减趋势,生境质量变化平稳,土壤保持呈波动减少态势。2)从省域尺度看,河北省各类生态系统服务之间相互影响,碳储量与农作物生产以及土壤保持与生境质量均呈现协同关系,农作物生产与生境质量、土壤保持以及碳储量与生境质量、土壤保持均呈现权衡关系;从区域空间分异看,供给服务与支持服务间权衡/协同关系空间变化明显,支持服务中碳储量与生境质量总体上呈现西北协同—东南权衡关系,生境质量与土壤保持以协同关系为主,碳储量与土壤保持以权衡关系为主;从县域尺度看,土壤保持与碳储量、生境质量以及农作物生产与碳储量、土壤保持的权衡/协同关系集聚特征明显,而生境质量与农作物生产、碳储量的权衡/协同关系集聚特征较为分散。理清不同区域生态系统服务间的关系,可避免不必要的权衡风险,为优化河北省土地利用空间布局、实现社会经济发展与生态系统服务双赢奠定研究基础。