基于土地利用变化的典型喀斯特城市流域生态系统服务功能研究（英文）

揭示喀斯特城市流域土地利用对生态系统服务功能的影响机制,对喀斯特地区的社会经济发展与生态环境保护具有重要意义。本研究以贵州典型喀斯特城市流域—南明河流域为例,基于Arc GIS技术平台揭示了2000–2020年3个时期流域的土地利用时空演变规律,采用In VEST模型对流域不同土地利用类型的生态系统服务功能进行了系统评价。结果表明：（1）流域土地利用以林地、耕地和草地为主,土地利用变化方式主要表现为建设用地的增长,增长了13.07%;(2)流域水源涵养功能显著提升,碳储存功能略微减弱,空间上两者的物质量均呈现东北高、西南低的分布特征;（3）林地对流域水源涵养和碳储量的贡献率均超过57%,林地转为建设用地,耕地转为林地分别是生态系统服务功能减弱和增强的两种土地利用变化形式。本研究可为喀斯特生态脆弱区土地利用结构优化、水土资源开发和生态系统可持续管理提供重要数据支撑与科学参考。     

黑河流域生态系统服务的地形梯度效应及生态分区北大核心CSCD

黑河流域是中国西北地区生态安全重要屏障,厘清该地区生态系统服务的梯度效应对制定差异化生态保护政策具有重要意义。基于InVEST模型和CASA模型等方法,利用多源遥感数据量化2018年黑河流域典型生态系统服务,结合海拔、坡度、地形起伏度和地形位指数因子分析各生态系统服务的梯度效应,根据地形分布指数划分生态分区。结果表明:(1)黑河流域产水、土壤保持、植被固碳和食物供给服务空间分布差异明显,高值区在上游祁连山区,低值区在下游荒漠区。(2)各生态系统服务在各地形梯度上存在明显层级分布,总体上随地形梯度等级的提升而呈先增加后下降的趋势。(3)流域多重生态系统服务重要区空间分布差异明显,生态系统服务重要性随着地形梯度等级的提升而提升。(4)基于地形分异规律,黑河流域可划分为核心生态保护区、山地生态提升区、可持续发展区和生态防护治理区。     

塔里木河流域近50年来生态环境变化的驱动力分析

结合塔里木河流域近50年来水文、植被以及社会经济等方面的资料,采用趋势分析方法估算人为因素对流域地表径流的影响,通过相关和主成分分析等数学方法分析人类活动诸因子与流域地表径流和地下水质之间的关系。研究结果表明,塔里木河上游源流区的地表径流在过去的几十年里没有减少,且有一定程度的增加,塔里木河干流地表径流量减少是人类活动所致;人类活动在1970、1980和1990年代对流域上中游地表径流的影响量分别为41.59%、63.77%和75.15%;由人类活动所导致的地表径流量减少是影响河道水质发生变化的主导因子,而地下水位变化则影响灌区和非灌区地下水水质;塔里木河下游生态系统受损与人类活动直接相关。     

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。     

黔桂喀斯特山区植被变化及其地形效应

为科学认识喀斯特山区植被变化及其地形效应,基于MODIS NDVI数据,采用统计学方法,系统分析2000-2016年喀斯特山区植被变化的时空特征及其与海拔、地形起伏度、坡度、坡向的关系。研究表明,黔桂喀斯特山区植被绿度中部高,西北及东南较低,年均NDVI随海拔和地形起伏度的增加呈单峰曲线变化,峰值位于400~600 m,NDVI随坡度和坡向的变化不明显;2000-2016年大部分地区NDVI呈增长趋势,其中超过20%的地区呈显著增长（P<0.05）,年均增长率约0.0018。西部和东南部绿化趋势最为显著,仅在东北和中东部,NDVI呈下降趋势;NDVI呈增长趋势的比例随海拔的增加而增加,说明该喀斯特山区近年来植被恢复向着良性化方向发展,高海拔植被恢复速率更快,低海拔缓坡处的植被生态建设需要进一步加强。     

基于GIS和RS的喀斯特流域SCS产流模型应用

参数λ是SCS产流模型的一个重要参数,模型研究者将标准值λ=0.2作为模型的参数值。但模型参数没有考虑地貌类型对产流的影响,喀斯特地区不同地貌类型下地表坡度、土层厚度、地层岩性、基岩裂隙的发育程度等方面均存在很大差别,而这些因素都直接影响着流域的产流机制。在考虑地貌类型对喀斯特流域产流影响的基础上,通过率定不同地貌类型下的λ值对SCS模型进行改进。以GIS和RS技术作为获取流域地貌类型、土壤类型和土地利用方式等空间信息的主要手段,运用实测降雨径流资料对参数λ进行率定。由于喀斯特地区很少存在具有单一地貌的流域,仅靠实测数据很难确定各地貌类型的λ值,本文尝试通过对地貌结构与λ值关系的分析确定适合喀斯特流域的参数λ,从而建立起喀斯特流域SCS产流模型。模型在贵州平湖流域的应用结果表明,建立的喀斯特流域SCS产流模型的模拟精度较SCS产流模型有了很大提高,说明建立的喀斯特流域SCS产流模型比较合理,可以应用于喀斯特典型流域。     

土地利用/覆被变化对区域径流的影响——以秦皇岛地区为例

土地利用方式的变化是影响流域径流的重要因素。为定量研究土地利用/覆被变化对径流的影响,该文结合SWAT(Soil and Water Assessment Tool)分布式水文模型,分析了秦皇岛地区2000年、2005年、2010年和2014年不同土地利用/覆被变化对径流的影响,并在子流域尺度上分析径流的空间变化。研究结果表明:1)SWAT模型能够较好地模拟研究区流域的月径流过程。2000-2005年研究区耕地急剧增加,林地和裸地减少,导致多年平均径流量增加4.79%;2005-2010年林地明显增加,耕地和裸地减少,导致多年平均径流量减少3.32%;2010-2014年城镇建设用地增加明显,耕地和林地减少,导致多年平均径流量增加2.62%。2)耕地和城镇建设用地的增加在不同程度上会增加径流量,而林地具有涵养水源、减少径流量的作用。3)研究区年均地表径流变化空间差异较显著,整体呈增加趋势。研究结果可为合理规划土地利用格局、优化配置水资源提供参考依据。     

降水和植被变化对径流影响的尺度效应——以陕北黄土丘陵沟壑区为例

自黄土高原退耕还林还草政策实施以来,在水源涵养功能明显提升的同时径流显著减少,导致该区域出现了水源涵养服务与水供给服务间的权衡问题。为探究径流减少的原因,进而为不同空间尺度的生态系统服务权衡提供支撑,本文分析了陕北黄土丘陵沟壑区2006-2011年降水和植被变化对径流影响的尺度效应。结果表明:研究区域内汛期降水量呈现出由东南向西北逐渐减少的空间分异特征;在研究时段内,植被恢复效果明显,近8成地区植被覆盖状况得到了改善,尤其是植被覆盖较差的地区恢复效果更为显著;在各子流域中,降水与径流间呈现出显著的正相关性,二者的相关系数随着子流域面积的增加而增大,表现出明显的尺度效应。随着子流域面积增大,15°以上土地比例增加,陡坡植被覆盖类型趋于均一化,具有显著截流功能的林地呈现减少趋势是尺度效应形成的主要原因。NDVI与径流的相关性不显著,二者的相关系数随着子流域面积变化的规律性不强,植被对径流影响没有明显的尺度效应。     

影响坡地降雨产流历时的因子分析

运用小型野外便携式人工模拟降雨装置研究了林地、农地、裸地诸因子（坡度、承雨强度、土壤始含水率、林地植被盖度、枯落层厚度）对产流历时的影响。研究发现,林地影响产流历时的主要因子为承雨强度和植被盖度;农地、裸地则为承雨强度、坡度和土壤初始含水率。建立了不同土地利用方式下影响产流历时的单因子、多因子回归方程。通过方程,由植被盖度、坡度、土壤初始含水率和承雨强度四个易于获得的因子可预测不同土地利用方式下的     

降水和植被变化对径流影响的尺度效应——以陕北黄土丘陵沟壑区为例

自黄土高原退耕还林还草政策实施以来,在水源涵养功能明显提升的同时径流显著减少,导致该区域出现了水源涵养服务与水供给服务间的权衡问题。为探究径流减少的原因,进而为不同空间尺度的生态系统服务权衡提供支撑,本文分析了陕北黄土丘陵沟壑区2006-2011年降水和植被变化对径流影响的尺度效应。结果表明：研究区域内汛期降水量呈现出由东南向西北逐渐减少的空间分异特征;在研究时段内,植被恢复效果明显,近8成地区植被覆盖状况得到了改善,尤其是植被覆盖较差的地区恢复效果更为显著;在各子流域中,降水与径流间呈现出显著的正相关性,二者的相关系数随着子流域面积的增加而增大,表现出明显的尺度效应。随着子流域面积增大,15°以上土地比例增加,陡坡植被覆盖类型趋于均一化,具有显著截流功能的林地呈现减少趋势是尺度效应形成的主要原因。NDVI与径流的相关性不显著,二者的相关系数随着子流域面积变化的规律性不强,植被对径流影响没有明显的尺度效应。     

峰丛洼地石漠化景观演化与土地利用模式

峰丛洼地石漠化景观格局是土壤分布空间格局的制约下,岩溶生态系统对植被强烈依附性条下,由不同类型人类活动决定的。农耕、放牧和砍伐是最主要的破坏峰丛植被的人类活动;缓坡耕地形成轻度石漠化景观;陡坡地形成中度石漠化景观,因坡面土壤流失,演化为更高等级石漠化景观;峰丛陡坡放牧和砍伐都可能直接形成峰丛上部大面积中-强度石漠化景观,出现峰丛坡面石漠化景观分异,产生不同的土地利用模式。     

江西泰和县森林生态系统水源涵养功能评估

森林生态系统综合水源涵养能力是林冠层、枯落物层和土壤层蓄水能力的总和。本文根据江西泰和县 2003 年森林资源二类调查,结合文献收集,从3 个作用层评估了泰和县森林生态系统的水源涵养量及其空间分布格局,比较了不同森林类型、林龄、海拔、坡度下的林冠降雨截留能力,枯落物最大持水量和土壤蓄水能力。结果表明,林冠层平均截留率为16.31%,枯落物层持水率为2.14%,土壤层蓄水率为81.55%,3 个层次总截留和蓄水量为1.41 亿m³。各种森林类型水源涵养量由大到小依次为：杉木林>马尾松林>湿地松林>阔叶林>毛竹林>灌木林> 混交林>经济林。幼林龄、中林龄、近熟林、成熟林和过熟林水源涵养贡献率分别为17.58%、65.39%、14.18%、 2.48%和0.37%,涵养水源能力随林龄的增加而增加。空间上,泰和县森林生态系统的综合水源涵养力表现出从东西两侧向中部递减的分布。不同立地条件下林分的合理经营与管理对于整个森林生态系统水源涵养功能的发挥具有重要的作用。     

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。     

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.     

基于土地利用变化的甘肃省黄河流域生态系统服务价值研究北大核心CSCD

为探究1995—2020年甘肃省黄河流域基于土地利用的生态系统服务价值时空变化,选取甘肃省黄河流域1995、2000、2005、2010、2015、2020年6期土地利用数据,分别利用土地利用动态度、土地利用程度指数和土地利用转移矩阵分析了研究区土地利用时空变化特征;通过对单个生态系统服务价值当量的经济价值进行修正,计算分析了研究区6个不同时期的生态系统服务价值,进而探讨了研究区土地利用程度对生态系统服务价值的影响。结果表明:(1)1995—2020年,研究区耕地和未利用地面积总体减小,林地、草地、水域和建设用地面积总体增加,变化最大的是建设用地;(2)1995—2020年,研究区草地的土地利用程度最高,其他地类转为草地的面积最大;(3)1995—2020年,研究区生态系统服务价值总体呈增加趋势,共增加5.104亿元;(4)从2020年土地利用类型来看,草地的生态系统服务价值最大,达255.016亿元;从2020年生态系统服务类型来看,保持土壤生态服务价值最大,达87.94亿元;从生态敏感性指数来看,研究区生态系统服务价值敏感性指数均<1,研究结果可信;从生态系统服务加之分级来看,中级比重较大,面积占比为82.07%;(5)研究区土地利用程度与生态系统服务价值呈显著负相关,相关系数为0.912。     

基于贝叶斯网络的水源涵养服务空间格局优化

以渭河流域关中—天水经济区段（简称“渭河流域关天段”）为研究区,基于贝叶斯网络和水量平衡原理建立了水源涵养服务网络模型;将CA-Marcov模型与贝叶斯网络模型相结合,预测了2050年不同土地利用情景及其水源涵养服务分布概率;提出了关键变量关键状态子集方法,对研究区水源涵养服务空间格局进行优化。结果表明：① 保护情景下,林地面积增长了18.12%,其主要来源为耕地;草地和城市面积增长缓慢,分别增加了0.73%和0.38%;水体和未利用地分别减少了5.08%和0.92%,该情景下的水源涵养量值偏高的概率在3种情景中最大,保护情景的设计对未来的土地利用政策制定具有一定参考价值。② 水源涵养服务的关键影响因子是降水、蒸散发和土地利用,水源涵养量最高状态对应的关键变量关键状态子集是：﹛降水= 1,蒸散发= 2,土地利用= 2﹜,该子集主要分布在年平均降雨量和蒸散发量较大,植被覆盖率高的地区。③ 研究区适宜优化水源涵养的区域主要分布在天水市麦积区南部、宝鸡市陇县西南部和渭滨区南部、咸阳市旬邑县东北部和永寿县西北部,以及铜川市耀州区西部。结合贝叶斯网络模型研究水源涵养服务的优化区域,不仅有助于提升对生态系统水源涵养服务过程的直观认识,而且增加了情景设计和格局优化的合理性。在此基础上提出的关键状态关键因子方法,对研究区水源涵养生态环境建设和政策制定都具有重要的意义。     

黄土高原植被覆盖变化对生态系统服务影响及其阈值

黄土高原是退耕还林工程的核心区域,是中国生态恢复成效最显著的区域。明确黄土高原植被恢复对生态系统服务的影响,识别植被影响的阈值效应,是学术研究和管理实践共同的需求。然而,目前相关研究仍存在研究空缺,特别是在区域尺度对生态系统服务随植被变化阈值进行识别的研究较少。本文选择植被覆盖度（FVC）为指标表征2000—2015年黄土高原植被恢复情况,以土壤保持服务、产水服务和碳固定服务为指标表征研究区生态系统服务情况,对二者的时空变化及交互作用进行分析,评估植被覆盖变化对生态系统服务的影响,并对影响的阈值进行定量识别。结果显示：① 2000—2015年黄土高原植被显著恢复;生态系统服务变化差异明显,碳固定服务明显增强,土壤保持服务得到一定改善,产水服务较为稳定。② 植被覆盖变化与生态系统服务变化的相关程度存在差异,植被覆盖与碳固定服务的关联性最强,其次为土壤保持服务。③ 植被覆盖增加能够促进区域生态系统服务总体提升,但促进作用存在阈值效应。植被覆盖影响的阈值在林地区、林地—草地区、草地区和草地—沙漠区分别为44%、32%、34%和34%,超过上述阈值,植被覆盖增加的促进作用趋于减弱。     

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。