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。     

蚌埠市三汊河湿地生态系统服务功能价值评价

根据实地调查和相关文献分析,对蚌埠市三汊河湿地的生态系统进行了分类。将湿地分为自然湿地和人工湿地两大类,永久性河流、季节性河流、芦苇沼泽、灌溉水渠、养殖池、稻田湿地6小类。对自然湿地和人工湿地的水文调节、固碳、水体净化、物质生产、旅游科研、提供生境等6项生态系统服务功能价值进行评价和估算。结果表明三汊河湿地的生态系统服务功能总价值为2157.23万元,自然湿地水文调节功能的价值最高,其次是固碳功能价值,水体净化功能的价值最低;人工湿地的物质生产功能的价值最高,水文调节功能的价值最低。由此推出,自然湿地的功能以生态服务为主,人工湿地的功能以生产服务为主。依据湿地生态系统服务功能的价值评价结果,对三汊河湿地的保护和利用提出建议,以期为湿地资源和功能的利用提供参考意见。     

成都市景观格局与生态系统服务的关联效应

随着城镇化进程的加快,城市景观格局发生巨大变化,进而引起城市生态系统过程和结构变化,降低了生态系统功能的发挥和服务供给。然而,目前关于城市景观格局与生态系统服务的时空变化关系的定量研究较为缺乏。本文以成都市为研究区,利用景观指数分析、InVEST模型和皮尔逊相关分析等方法,分析2000—2015年土地利用中景观格局、生态系统服务时空变化特征,并使用地理探测器模型甄别两者之间的关系。结果表明:(1)研究期内建设用地、林地面积呈增加趋势,耕地和草地面积呈减小趋势。土地利用类型主要是在耕地、草地、建设用地和林地之间转移。(2)成都市整体景观的破碎度和异质性增强。(3)生态系统服务中,碳固存、作物产量、产水量和生境质量呈减少趋势,水土保持呈增加趋势。产水量自西向东呈"龙门山区—成都平原—龙泉山区—西部丘陵区"梯度式变化。多重生态系统服务景观指数整体上呈增长趋势,这可能与生态系统服务间以协同关系为主、权衡关系为辅有关。(4)城市生态系统服务受城市景观格局的显著影响,是城市景观对生态系统多维度综合作用的表征。本研究结果可为成都市的规划和生态建设工作提供科学有效的支撑,对深入城市景观生态学研究、指导城市空间规划具有实践意义。     

长江经济带景观格局动态演变及其景观生态环境效应

利用2000年、2010年、2020年3期土地利用遥感监测数据,通过景观格局指数、区域生态环境质量指数定量探究长江经济带土地景观格局的时空变化特征及其生态环境响应。研究表明：① 长江经济带上、中、下游区域的林地、草地等生态用地与人造地表的分布存在空间错位,生态用地主要转为耕地和人造地表;② 景观层级上,斑块的聚合度降低、破碎化程度加剧、多样性程度有所增加,类型层级上,耕地的破碎化程度增加,人造地表在空间上的连接度加强,趋于规模发展;③ 2000—2020年,经济带生态环境质量改善和恶化并存的特征弱化了整体生态质量的时间变异性,生态环境质量指数的低值区与长江经济带三大城市群的分布存在空间布局相似性;④区域土地资源供给与发展水平的空间错位、土地利用主导功能转型下的生态变化、人口虹吸效应、产业结构等影响长江经济带生态环境的空间分布。     

流域陆地生态系统水体净化服务表征及驱动力分析

陆地生态系统的水体净化服务能过滤地表径流中的污染物,有助于防控流域非点源污染。准确表征该服务的时空变化特征,定量探索其驱动机制则是生态系统服务应用的前提。论文以太湖流域典型地区为例,利用空间分布式的生物物理模型,研究流域陆地水体净化服务的空间格局与时间演变特征,并借助GIS空间统计方法及面板数据模型分析其主导驱动力。结果显示：2000—2010年间研究区59.19%、58.27%的面积分别为氮、磷净化服务的弱降低区。2000—2005年与2005—2010年两个时间段内研究区氮净化服务先下降后略有上升,其中苏州市区增幅最大;磷净化服务为下降趋势,以无锡和苏州市区降幅最大。气候因素和水网密度对水体净化服务具有显著正影响,而负向驱动力则存在差异。为此应采取适当的措施调整主导因素,提高陆地生态系统的水体净化服务,减少氮、磷排放,为流域非点源污染治理及水环境管理提供支撑。     

喀斯特和非喀斯特区农业景观格局变化及生态 系统服务价值变化对比——以广西全州县为例

选取广西壮族自治区典型喀斯特丘陵盆地——全州县为研究区,根据景观格局和生态系统服务价值相关理论,采用2005、2010和2015年TM遥感影像的解译结果及社会经济统计数据,借助ArcGIS和Fragstats软件,对比分析了2005―2015年全州县喀斯特区和非喀斯特区的农业景观格局和生态系统服务价值变化,结果显示：1）2005―2015年间全州县农业景观格局发生明显变化,但喀斯特区和非喀斯特区优势景观类型均未发生变化。2）10年间农业景观用地面积喀斯特区减少了472.23 hm2,非喀斯特区减少了476.28 hm2,但喀斯特区的减少率高于非喀斯特区;喀斯特区比非喀斯特区景观更加破碎,斑块形状更加分散、复杂,景观异质程度更高。3）研究期内喀斯特区生态系统服务价值减少0.01亿元,非喀斯特区生态系统服务价值增加0.04亿元。其中,有林地的减少对2个区域生态系统服务价值减少的贡献率均为最大,喀斯特区达到78%,非喀斯特区达到83%,水域景观的增加导致2个区域生态系统服务价值增加。     

1996—2015年纽约湾区生态系统服务对景观格局变化的响应

生态系统服务价值对景观格局演变的响应研究已成为地理学、生态学等领域的研究热点。以纽约湾区为研究区,利用1996—2015年土地覆被数据和数字高程数据,采用生态系统服务价值当量估算法、景观格局指数、空间自相关分析等方法,分析1996—2015年湾区景观格局的时空演变规律,定量评估研究区生态系统服务价值,探讨纽约湾区生态系统服务价值对景观格局变化的响应。结果表明：①纽约湾区景观以林地和建设用地为主,其整体变化幅度较小,20年间湿地面积减少约10.94%,而建设用地增长幅度较高,约25.91%。②纽约湾区1996—2015年间ESV总量呈逐步减少,20年间共减少57.83亿元,2000—2005年间下降幅度较大约1.69%。③湾区ESV空间异质性较强,不同地区ESV增减所对应的土地利用转移各有差异。湾区南部热点区多出现湿地增加,而北部则以水域、草地增加为主。湾区西部冷点区多为湿地转林地的现象,而中部冷点区则以建设用地增加为主。④除建设用地外,湾区其余地类均呈现人为干预越少,景观结合度、聚集度越高,越有利于提升湾区整体的生态系统服务价值的规律。⑤纽约湾区ESV强度与土地利用程度（La）的空间关联性较弱,且湾区生态环境质量逐年下降。研究结果希望对世界级大湾区环境资源利用率的提升研究具有借鉴意义。     

鸭绿江口滨海湿地景观生态健康评价

从年平均气温和年降水量、景观特征、生态功能、人类扰动4个方面,构建湿地景观生态健康评价指标体系,利用层次分析法和熵值法,建立博弈论集结模型,确定权重;在对鸭绿江口滨海湿地生态功能和景观脆弱性分析的基础上,采用改进的韦伯—费希纳定律,对鸭绿江口滨海湿地景观生态健康状况进行评价。结果表明,与1995年相比,2005年的生态系统服务价值总量有所增大,2015年的生态系统服务价值总量明显减小;3个时期的景观脆弱性指数变化很小,即对外界干扰的敏感度也变化很小。1995年、2005年和2015年景观生态健康指数分别为0.202、0.167和0.079,景观生态健康状况由健康到临界健康到不健康。景观脆弱性与景观生态健康存在一定的关联性,景观脆弱性指数越大,对外界干扰越敏感,景观生态健康状况越差。     

浑善达克沙地景观结构变化对生态系统服务的影响

京津风沙源治理是中国政府实施的具有重大战略意义的生态工程,实施近20年,区域生态环境状况发生了根本转变。为了定量评估京津风沙源治理工程实施以来景观结构变化及其对生态系统服务价值的影响,以浑善达克沙地为研究区域,以生态调节服务（风蚀防治、水蚀防治、碳固存）、生态供给服务（牲畜养殖、粮食生产）、生境支持服务（自然生境多样性、人口居住支持服务）等指标,利用生态系统服务复合指数（Multiple ecosystem services landscape index, MESLI）和景观格局指数,运用冗余分析（redundancy analysis,RDA）和变差分解（Variation Partitioning）方法,研究了生态系统服务及集成的时空格局,以及植被景观组成与景观配置对区域生态系统服务贡献的变化。结果表明：（1）2000—2015年,浑善达克沙地的林地、草地面积减少,沙地面积则增加了110%;林地的景观结构改善,而草地与沙地的景观破碎化明显,连通度降低。（2）研究区东部和南部的生态系统服务价值增加了19%—85%,主要与林地景观的空间配置结构改善有关;中部和西部生态系统服务总体降低了28%—43%,主要与草地面积缩减、沙地面积扩张、植被景观破碎化有关。（3）景观格局对区域生态系统服务供给的贡献从2000年的60.88% 增加到2015年的69.21%,且二者共同作用的比例明显增加,植被景观组成的贡献整体大于植被景观配置的贡献。植被景观配置对生态系统服务的相对贡献增加,表明植被恢复等治理工程的实施,在景观空间结构方面提升了防风固沙的效果,改善了区域生态系统服务功能。     

山东省滨海湿地景观格局演变及其生态环境效应遥感分析

湿地是地球表层重要的生态系统,其在水质净化、维持生物多样性、气候调节等方面发挥着不可替代的作用,研究湿地演变及其生态环境效应具有重要意义。基于2015年和2022年的Sentinel-2A影像,对山东省滨海湿地进行分类,分析湿地景观格局的动态变化特征,并利用Google Earth Engine(GEE)平台构建遥感生态指数,评估湿地对周边区域生境质量的“辐射”特征。研究结果表明,与2015年相比,2022年山东省滨海湿地面积略有减少(净减少117.75 km2),各类型湿地中盐田面积减少最为突出,其次是淤泥海滩和河口三角洲;沿海7个地市中,潍坊市、东营市和滨州市湿地面积的减少较为显著;滨海湿地景观破碎化加剧、聚合度降低且形状趋于复杂,优势景观类型对景观整体的控制作用逐渐增强;湿地对周边区域生境质量的“辐射”效应显著,离湿地越近,生境质量越高,在距离湿地0～500 m范围内,遥感生态指数随距离增长而显著衰减,在0～200 m范围内“辐射”效应最为显著。研究结果可以为山东省滨海湿地资源保护与管理提供科学数据和决策支持。     

三个时期河北省滨海湿地景观格局及变化

根据景观生态学原理,利用地理信息技术,以2000年、2005和2010年的遥感影像为数据源,对河北省滨海湿地面积变化进行统计分析;在FRAGSTATS软件支持下,采用景观格局指数,对滨海湿地景观格局变化进行分析。研究结果显示:人工滨海湿地为研究区的优势景观类型;与2000年相比,2010年滨海湿地面积减少了4 083.63 hm2,说明部分湿地已经转化为非湿地,湿地功能退化。湿地格局改变主要表现在各类型人工湿地之间的相互转变。2010年研究区景观斑块数比2000年明显增加,说明湿地破碎化加剧。     

南京新济洲湿地生态恢复研究

以新济洲湿地为例,研究了长江洲滩湿地生态恢复的内涵,提出了生态恢复工程方案。新济洲湿地位于长江下游南京市江宁区段,由于自然因素和人为因素的影响,该湿地结构和功能发生了明显的变化。通过对新济洲湿地的野外研究,分析了退化湿地生态系统的特征,从湿地生境、生物、结构与功能方面阐述了生态恢复的总体构想,研究了湿地恢复的工程手段与可持续利用模式。新济洲湿地生境恢复包括栖息地、基底、水体和土壤的恢复;湿地生物恢复途径有提高植被覆盖率、控制外来物种和保护野生动植物;湿地结构与功能恢复内容包括生态序列重建,生态系统、湿地景观与生物多样性恢复。湿地恢复的工程手段有景观建设、功能区建设、生态定位站、血吸虫防治、植被移植、防护林和河道整治等;湿地可持续利用模式包括桑基鱼塘、生态农业与生态旅游。     

3个时期莫莫格国家级自然保护区景观格局和湿地水文连通性变化及其驱动因素分析

利用遥感影像数据的分类解译结果,从湿地面积时空变化、景观破碎度变化和水文连接度等角度,对1992年、2005年和2015年莫莫格国家级自然保护区的景观格局变化特征和湿地水文连通性变化进行定量分析,研究了该保护区湿地的景观格局和水文连通性;利用长时间序列的年降水量、年平均气温、年径流量和年平均水位数据,探讨了气候、水文和人类活动对该区湿地的影响因素。研究结果表明,与1992年相比,2015年莫莫格保护区湿地总面积共减少了45.99 km2,其中,沼泽和洪泛湿地的面积分别减少了95.27 km2和52.76 km2;与1992年相比,2005年和2015年湿地景观明显破碎化,尤其以沼泽区景观破碎最严重;与1992年相比,受湿地景观破碎的影响,2005年和2015年湿地水文连接性变差。极端干旱和洪水事件直接影响整个莫莫格湿地的水源补给和水域覆盖面积;河流径流量和水位变化直接导致其与周边洪泛湿地的水力联系发生改变,进而影响洪泛湿地的消长;研究区的人类活动主要是保护区内的湿地开垦和流域内的水利工程建设。     

黄河流域河南段湿地景观格局和生态系统服务价值演变及预测研究

基于5期土地利用数据,探讨1980—2020年黄河流域河南段湿地景观格局的时空演变特征,运用CA-Markov模型预测2060年湿地格局,并利用效益转移法评估湿地生态系统服务价值(ESV)。结果表明：(1)黄河流域河南段湿地主要分布在黄河干流及支流两岸,其余区域湿地呈零星分布特征。(2)湿地面积以2000年为界呈先减后增的变化趋势,但总体仍减少13.18%,主要转化为耕地。预计2060年湿地面积将比2020年增加5.90%。湿地景观结构以2000年为界由趋于分散变为趋于聚合,2020—2060年将略趋于破碎。(3)湿地是研究区生态系统服务价值最高的地类。湿地总ESV变化趋势与其面积一致,总体减少129.26亿元。预计2060年湿地总ESV将比2020年提高50.24亿元。水文调节是湿地价值最高的生态系统服务功能。     

湿地景观格局变化研究进展

湿地是自然界最富生物多样性的生态景观,具有重要的生态功能。湿地景观格局是各种生态过程综合作用的结果,具有高度的景观异质性,对景观的功能和过程有着显著的影响。湿地生态系统是世界上受威胁最为严重的生态系统之一,在自然因素和人类活动的影响下发生了大面积的转化或丧失。本文从湿地景观格局研究方法、面积变化、景观类型转化、驱动力以及动态模型、湿地景观格局指数以及湿地景观格局与气候变化之间的关系等方面综述了湿地景观格局变化的研究进展,指出湿地景观格局变化及其生态效应和高原湿地景观格局变化与气候变化之间的关系是未来研究的重点领域。     

国家重点生态功能区生态系统服务时空格局及其变化特征

基于遥感数据及地理信息系统平台,利用生态模型,定量分析中国国家重点生态功能区在实施转移支付前（2000~2010年）、后（2010~2015年）生态系统宏观格局及关键生态系统服务的时空分布格局及其变化特征。研究结果表明：在气候变化与转移支付政策的共同影响下,中国国家重点生态功能区生态系统宏观结构总体好转,荒漠化得到有效控制,水体与湿地得到有效恢复,但森林及草地生态系统发生退化,农田与聚落生态系统面积进一步扩大;水土流失及土壤风蚀得到有效遏制,水源涵养及土壤保持服务得到大幅提升,但防风固沙服务整体有所下降,同时人类活动对生物多样性维护功能的威胁程度基本持衡。     

30年来青海三江源生态系统格局和空间结构动态变化

在多期遥感图像支持下,通过对生态系统类型进行辨识,获得了三江源地区生态系统类型空间分布数据集,并在此基础上分析了20世纪70年代中后期以来青海三江源地区生态系统格局和空间结构的动态变化。结果表明:30年来三江源地区生态系统格局稳定少动,生态系统类型变化相对缓慢,农田、森林、草地、水体与湿地和荒漠生态系统的年变化速率均小于0.5%,是长江、黄河流域乃至全国各区域生态系统转类变幅最小的稳定少动区。20世纪70年代中后期以来三江源地区生态系统类型的转变主要发生在草地和水体与湿地生态系统上,草地生态系统的变化主要发生在中部和东部地区,水体与湿地生态系统的变化主要发生在广大西部和北部地区。     

三个时期河北衡水湖国家级自然保护区景观格局和保护成效分析

利用遥感影像数据,采用斑块密度、形状指数、聚集度指数等景观指数和景观开发强度指数、景观压力指数,分析了2004年、2010年和2016年衡水湖国家级自然保护区的景观格局、保护成效及其主要影响因素。研究结果表明,2004年、2010年和2016年衡水湖国家级自然保护区的景观格局都是西部主要为耕地和东部主要为自然湿地;随着时间的推移,林地、草地和道路的面积在明显增大,尤以草地的面积增幅最大;虽然该保护区的保护性景观面积所占比例增大,但是道路等基础设施的建设使该保护区的景观破碎化;该保护区的景观开发强度有所减弱,总体景观保护成效较好,但是自然湿地周边局部的景观开发强度增大;耕地、林地、草地、鱼塘和公园绿地面积的变化决定了2004年、2010年和2016年衡水湖国家级自然保护区保护成效的变化;耕地面积减小和林地面积增大使该保护区的景观压力减轻,自然湿地萎缩及其周边鱼塘和公园绿地面积的增大导致该保护区景观压力增大,影响了其保护湿地的成效。未来应该进一步加强对衡水湖国家级自然保护区自然湿地周边人类活动的管理和控制,充分考虑野生动植物的生境需求,禁止不必要的设施建设和园林绿化等;在保护湿地的前提下,开展湿地生态系统恢复工作。     

湿地景观变化对水禽生境影响研究进展

湿地是自然界重要的生态系统和景观类型,具有巨大的资源潜力和环境功能,是水禽赖以生存的重要繁殖地和越冬地。几十年来,由于人类活动影响造成的湿地景观巨大变化,不仅改变了湿地景观原有的功能,而且在景观或区域水平对水禽的生存环境产生重要影响。湿地景观变化主要在湿地大面积丧失、湿地景观异质性变化和湿地景观破碎化等方面对水禽需求的生境类型和生境要素产生重要影响。我们从湿地景观变化的特征出发,概述了国内外湿地景观变化对水禽生境的影响。发现该方面的研究在研究思路方面发生了方向性的变化。随着对水禽保护的重视,研究和保护战略从过去的研究和保护物种途径转到保护物种所生存的生态系统和景观——即水禽生境的研究和保护受到高度重视;另一方面的变化是研究方法的进步。主要表现为结合野外调查,利用遥感和GIS技术研究水禽生境时空变化及其对水禽种类和种群数量的影响。最后应用累积效应的原理和方法,对深入研究的科学问题进行了展望,提出一些需要深入探讨的问题。     

黄河流域生态系统服务权衡协同关系时空异质性

探究流域生态系统服务的权衡协同关系及其尺度效应对合理制定生态环境政策和有效配置环境资源具有至关重要的意义。以黄河流域为研究对象,采用1990、1995、2000、2005、2010、2018年6期数据,采用InVEST和CASA模型评估产水量、碳储量、土壤保持量、生境质量和净初级生产力（NPP）5项生态系统服务,采用Spearman相关性分析黄河流域及其二级流域各项生态系统服务间的权衡关系。结果表明：全流域尺度上产水量与碳储量、生境质量呈权衡关系,其余各项服务间呈协同关系;产水量与碳储量、产水量与生境质量、碳储量与土壤保持量、碳储量与生境质量、碳储量与NPP、土壤保持量与生境质量之间的关系8个二级流域与黄河流域全域均保持一致。产水量与土壤保持量、产水量与NPP、土壤保持量与NPP以及生境质量与NPP的关系在二级流域间出现了差异。各生态系统服务整体表现出了明显的二级流域差异且显示地域规律性。多尺度评估生态系统服务间的权衡协同关系,可为制定黄河流域发展和生态保护双赢政策提供可靠参考。