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。     

石羊河流域生态系统服务时空变化及其多尺度影响因素研究

对生态系统服务时空变化的影响因素开展多尺度定量分析,是揭示生态系统服务演化机理和推进区域可持续发展的重要突破口。既有研究侧重于从行政或流域的等级确定研究尺度大小,缺乏科学合理的尺度划分方法。论文以石羊河流域为研究区,评估了食物供给、碳固存、产水量和防风固沙4种生态系统服务的时空变化特征,并应用小波分析和参数最优地理探测器模型确定了生态系统服务时空变化影响因素研究的最佳尺度及不同尺度下的主要影响因子。结果表明：(1) 2000—2020年石羊河流域食物供给、碳固存、产水量和防风固沙4种生态系统服务均呈上升趋势。食物供给服务增幅最大,增幅为138.3%,碳固存、产水量和防风固沙服务增幅分别为0.97%、7.6%和9.5%。(2)根据4种生态系统服务的小波方差主周期,2000—2020年和2010—2020年分别构建了6个、2000—2010年构建了7个影响因素研究的特征尺度。(3)随着尺度增大,影响因子对生态系统服务时空变化的作用程度逐渐增强,且不同尺度的主要影响因子存在明显差异。食物供给和碳固存服务在小尺度上主要受人文因子影响,大尺度上受自然因子影响;产水量服务在不同尺度上始终受自然因子...     

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。     

区域生态服务价值时空异质性研究——以铜川市城郊区为例

以国内外众多关于生态服务价值研究成果为基础,利用研究区近10年地形、气候、土壤、植被和土地利用变化数据,运用生态服务价值测算模型,在GIS的支持下尝试性地研究了区域不同时段生态服务价值的时空异质性、各自然要素和人类活动对生态服务价值的影响,结果表明:(1)由于各自然要素和土地利用的共同影响,近10年铜川市城郊区生态服务价值年际间变化很大,最大年份达到了15．91亿元,最小年份为5．10亿元。(2)在假定其他要素不变的情况下,LUCC对生态服务价值的变化的影响是积极的,近10年土地利用变化有利于该区生态环境质量的提高。(3)研究区生态服务价值存在空间上的差异性:不同生态系统单位面积生态服务价值不同,同一生态系统又存在内部差异。     

浏阳河流域空间异质性对生态系统服务价值影响研究（英文）

从GIS空间关系角度分析,区别于前人通过生态学中土壤质地、生物量、碳存储、氧释放量和水体质量等微观层面评估生态系统服务价值,以地理空间数据为基础,空间分析为核心技术,对浏阳河流域生态系统服务价值的空间异质性进行了研究。首先以1×1 KM格网形式将流域划分,然后将地形、地质灾害点、道路、景点、关心点等人类活动热点分布以及植被覆盖度、植物净初级生产力作为影响因子,然后结合熵值法和层次分析法计算这些因子对生态系统每个服务价值的权重,权重可以反映对生态系统服务价值的影响的程度。受空间异质性影响每个格网都具有不同的空间特征,格网中土地利用类型种类数量不一,存在多种土地类型的格网就构成了微型景观,其复杂的物种组成,稳定的内部结构,提高自身调节,生态系统稳定性也就增强,因此这种景观格局方式使格网内生态服务总价值应该大于各生态系统服务价值代数累加之和。研究发现:9个指标因子中植被覆盖度、植物净初级生产力和道路分布情况对生态服务价值影响最显著,植被覆盖度高、植物净初级生产能力强,道路网密集会提高生态系统服务价值;不同土地类型主要的生态系统服务也不一样:耕地、草地和水体的供给服务、调节服务突出,林地的调节和支持服务突出;在各地类中,耕地和水体生态服务价值受空间异质性影响较大,因为耕地和水体与人类活动密切相关,受自然和人类双重因素影响,而林地和草地由于多位于远离人类的山地和丘陵区,主要受生物和地理环境影响,受空间异质性影响相对较弱。本研究针对生态系统服务价值评估,定量分析每个格网的自然和社会特征因素对生态服务价值估算影响,为精确科学评估生态服务价值提供参考。     

甘肃白龙江流域生态系统服务变化及权衡与协同关系

甘肃白龙江流域是长江上游主要的水源涵养区和环境脆弱区,近几十年来高强度的人类活动加剧了生态环境压力,因此开展白龙江流域生态系统服务变化及权衡协同关系研究对该区域的可持续发展具有重要意义。本文通过生态系统服务变化指数（ESCI）、空间自相关、相关系数法,定量分析了1990-2014年甘肃白龙江流域生态系统服务时空变化过程、空间集聚特征及生态系统服务间的权衡与协同关系。结果表明：① 1990-2014年间产水量、碳储量、土壤保持和农作物生产4种典型生态系统服务的ESCI值变化迥异,空间分布各具特色,具体表现为：产水量ESCI极值变化超过1倍且前后两时段（1990-2002年,2002-2014年）分布格局有较大出入,而两时段内的碳储量ESCI值变化相同,分布格局也相似,土壤保持ESCI值两极化趋势较农产品生产不明显,但这两者后一时段均与前一时段的ESCI分布相反;② 4种典型生态系统服务存在空间自相关,局部上正相关类型“组团”出现,集聚性较强,负相关类型散布,集聚性低,空间异质性显著;③ 两种供给服务（产水量与农作物生产）呈负相关的权衡关系,两种调节服务（碳储量与土壤保持）呈正相关的协同关系,不同的供给和调节服务之间关系既有权衡也有协同关系;④ 数值关系上,不同生态系统服务之间的权衡/协同关系在Moran's I和相关系数上表现不一;空间格局上,生态系统服务间的权衡/协同关系异质性显著。     

大兴安岭天保工程区生态系统服务变化研究

利用Landsat和MODIS遥感数据和InVEST模型,评估了1990―2015年大兴安岭天保工程区实施前后生态系统土壤风蚀量、生境质量和碳储量的时空变化,并通过地理探测器方法对生态系统服务时空变化分布与趋势进行驱动因子探测和交互作用探测分析。结果表明：① 从空间分布来看,额尔古纳市南部、鄂温克族自治旗西北部、科尔沁右翼前旗的土壤风蚀量大,生境质量差,碳储量低。② 2000年天保工程实施之后,森林面积显著增加,土壤风蚀量减少1.14%,生境质量增加0.49%,碳储量减少幅度为0.12%,低于2000年以前的0.64%。③ 土壤风蚀量主要受植被类型、土壤类型的影响,生态系统类型、植被类型对生境质量、碳储量空间异质性的影响显著大于其他因素,海拔、坡度2种地形因子对土壤风蚀量、碳储量的解释能力很小。温度、降水2种气候因子对土壤风蚀量、生境质量和碳储量的解释能力不固定,但仍是不可或缺的因素。     

国家屏障区生态系统服务权衡与协同

对不同服务间存在的此消彼长的权衡关系和相互增益的协同关系的正确认知,是开展多种生态系统服务可持续管理决策的前提。2018年国家重点专项“典型脆弱生态修复与保护研究”中明确指出要优化“两屏三带”生态系统服务格局,而服务的优化离不开对权衡与协同关系的准确认知。因此,在国家尺度上开展国家屏障区生态系统服务权衡与协同研究具有重要性和迫切性。本文采用RUSLE模型、CASA模型和InVEST产水模型分别评估国家屏障区2000—2015年土壤保持、固碳和产水服务的空间分布格局,并分析三种服务的变化趋势,采用相关分析法和均方根偏差法量化不同服务在各子屏障带整体和空间上的权衡与协同关系。结论如下：① 国家屏障区的三项服务在空间上均呈现由东南向西北减少的格局, 而在时间上,土壤保持与产水显著增加(p<0.05),增加量分别为 20.64 t/(km ²·a)和4.13mm/a,而固碳呈现微弱的上升趋势(p=0.96),服务的提升有利于保障国家生态安全。② 在各子屏障带整体上,土壤保持、固碳及产水间相关系数基本大于0（p<0.05）,表明三者以协同为主;而在空间上,两两服务间的权衡与协同关系存在着极强的空间异质性,如东北森林带固碳与产水、固碳与土壤保持的权衡关系像元比例分别达49%和27%,且均集中在北部。因此,在进行生态环境建设时,需要同时考虑到整体与局部空间的服务权衡与协同关系的不同,以制定更为合理的生态保护政策。     

黄土高原生态系统服务供需关系的时空变化

明晰生态系统服务供需匹配关系,对实现区域生态安全与社会经济可持续发展具有重要推动作用。本文以黄土高原为案例区,应用InVEST模型、ArcGIS、GeoDA等分析工具,分析黄土高原粮食供应、水源涵养、碳固存、土壤保持等服务的供需量及其匹配关系的时空变化,旨在为黄土高原国土空间格局优化提供决策依据。结果表明：1990—2018年,① 黄土高原除水源涵养服务供给量外,其他生态系统服务供需量均呈上升趋势,且各生态系统服务供给量及土壤保持服务需求量均呈“东南高、西北低”的分布特征,而粮食供应、水源涵养、碳固存服务需求量呈“四周高、中间低”的分布特征;② 各类生态系统服务供需比均呈下降趋势。空间分布上,粮食供应、碳固存服务在黄土高原四周人口密集区供不应求,而其他区域供大于求;水源涵养服务在该区西北部供不应求,但东南部供大于求;土壤保持服务供不应求区集中于鄂尔多斯高原及海北州北部;③ 各类生态系统服务供需均以低低空间匹配为主;④ 粮食供应、水源涵养、碳固存服务供需比的空间分布均以高高集聚为主,而土壤保持服务以低低集聚和高高集聚为主。除土壤保持服务供需比的空间集聚性有所增强外,其他生态系统服务均呈减弱趋势。     

多情景模拟下粤港澳大湾区生态系统服务评估与权衡研究

城镇化快速发展导致区域的生态系统服务衰减,威胁城市的生态安全;掌握城市群地区生态系统服务权衡/协同关系量化,对提升生态系统服务总体效益和维护区域生态安全至关重要。以粤港澳大湾区为研究区域,利用InVEST模型对粤港澳大湾区1995—2018年间产水服务、固碳服务、土壤保持服务、食物供给服务共4项生态系统服务进行评估,设定历史趋势情景、规划情景和生态保护情景,借助GeoSOS-FLUS模型进行2030年生态系统服务情景分析,探讨各种生态系统服务之间的权衡/协同关系。结果表明：① 1995—2018年间,粤港澳大湾区产水服务出现增加趋势,固碳服务、土壤保持服务和食物供给服务出现下降趋势。② 不同类型生态系统服务变化存在明显的区域异质性,产水服务高值区域其值增大,低值区域其值减小;固碳服务低值区域,其值下降更大;除香港外,土壤保持量减小的区域呈零星状分布;食物供给高值及减小的最大值位于东莞、佛山、中山和深圳等中部区域。③ 产水服务在规划情景下达到最佳,固碳服务和土壤保持服务在生态保护情景下最佳,历史趋势情景下食物供给服务最佳,生态系统服务综合效益在生态保护情景下达到最佳。④ 历史趋势情景下生态系统服务之间的权衡程度最大,生态保护情景下各项生态系统服务之间的协同程度较高。基于生态耦合模型进行粤港澳大湾区生态系统服务估算,揭示生态系统服务权衡或协同的变化关系及作用机理,可为区域生态系统服务管理和社会经济发展规划提供参考。     

Revealing ecosystem services relationships and their driving factors for five basins of Beijing

A clear understanding of the relationships among multiple ecosystem services(ESs) is the foundation for sustainable urban ecosystem management. Quantitatively identifying the factors that influence ES trade-offs and synergies can contribute to deepening ES research, from knowledge building to decision making. This study simulated soil conservation, water yield and carbon sequestration in Beijing, China, from 2015–2018. The spatial trade-offs and synergies of these three ESs within the five major river basins in Beijing were explored using geographically weighted regression. Furthermore, geographical detector was applied to quantitatively identify the driving mechanism of the environmental factors for the ES trade-offs and synergies. The results show the following:(1) the spatial relationships between soil conservation and water yield, as well as between water yield and carbon sequestration, were mainly trade-offs. There was a spatial synergy between soil conservation and carbon sequestration.(2) Regarding the spatial trade-off/synergy between soil conservation and water yield in Beijing, the dominant influencing factor was temperature/elevation, and the dominant interactions of the spatial trade-off and synergy between these two ESs in Beijing and the Chaobai River Basin are all manifested in the superposition of precipitation and potential evapotranspiration, temperature, and elevation.(3) Topographic factors were the dominant factors influencing the spatial relationship between soil conservation and carbon sequestration in Beijing and its five major river basins. As a result of the distribution of water systems and hydrological characteristics of the basins, differences were observed in the effects of different combinations of interaction factors on the spatial relationship between these two ESs in different basins.(4) Temperature had the strongest explanatory power in terms of the spatial trade-offs and synergies between water yield and carbon sequestration. The interactions between precipitation and temperature and between precipitation and elevation were the dominant interactions affecting the spatial relationship between water yield and carbon sequestration in Beijing. Overall, the explanatory power of influencing factors on the trade-offs and synergies and the degree of interaction between factors coexist in different basins with consistency and differences. Therefore, understanding the quantitative characteristics of basin-scale spatial trade-offs and synergies between ESs is important for ecosystem management and the promotion of synergy in different basins.     

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...     

Separating the effects of two dimensions on ecosystem services: Environmental variables and net trade-offs

Spatial and temporal changes in ecosystem services(ESs) are driven by two types of factors: environmental factors and trade-offs/synergies between services. In the ecological conservation red line(ECRL) area, in which national ecological security and social sustainable development are guaranteed, it is particularly important to clarify the driving mechanism of ESs for the management of ecosystems. In this study, soil conservation, water yield, and carbon sequestration in Beijing’s ECRL area are ...     

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。     

山地区域土地生态红线划定方法与实证研究——以重庆市涪陵区义和镇为例

无序和不合理的土地利用是引发生态问题的重要因素。合理划定土地生态红线,可协调土地利用和生态环境的关系,促进土地资源的合理配置,保障区域生态安全。山地区域地势起伏较大,水系密布,土地利用破碎化,作为重要的水土保持和水源涵养区域,是进行生态恢复和重建的关键地区。本文以山地区域村镇为例,运用GIS平台,基于生态敏感性和生态服务价值,对土地生态进行综合评价,据此划定刚性和弹性的土地生态红线。生态敏感性评价的指标包括坡度、植被覆盖度、水体、土壤类型和降水侵蚀力等5个指标;生态服务价值评价的指标包括食物生产、原料生产、气体调节、气候调节、水文调节、土壤保持、维持养分循环、生物多样性和美学景观9个指标。义和镇的刚性生态红线内所包含的刚性生态保护区面积为43.90 km²,占义和镇总面积的44.34%。弹性生态红线包含的弹性生态保护区面积为29.18 km²,占义和镇总面积的29.47%。义和镇的生态红线范围主要包含东北部山地区域和南部水系丰富地区,该区域的生态敏感性较高,同时也有较高的生态服务价值,因此生态红线的划定对于生态修复和生态保护具有指引作用,为生态系统健康发展提供基础保障,并可为构建生态文明安全格局提供科学支持。     

The Evaluation of Urban Green Space Landscape Changes and Ecosystem Services in Beijing

As a very important part of the urban ecosystem, the urban green space system plays an active role in maintaining the urban ecosystem stability, providing ecosystem services, and improving the quality of the urban environment. In order to deal with the problems brought about by the deterioration of the urban ecological environment, it is necessary to study and analyze the spatial distribution pattern, evolutionary characteristics and ecosystem services of urban green space to maximize its ecological benefits and comprehensive functions. In this study, we took Beijing urban area as an example, and based on the spatial distribution data of urban green space and remote sensing data, we first calculated the urban green space type transition matrix, landscape pattern index and ecosystem services. Then, we analyzed the changes in urban green space landscape patterns, ecosystem services and their spatial distributions from 2000 to 2020, and studied the interactive relationships between landscape changes and changes in ecosystem services. The results showed three key findings. (1) Beijing’s urban green space construction has achieved remarkable results from 2000 to 2020. The area of green space has increased by 77.41%, mainly from cultivated land and construction land. (2) From 2000 to 2020, the amounts of dust retention, SO₂ absorption, NO₂ absorption, cooling and humidification, carbon fixation and oxygen release, and rainwater runoff reduction in Beijing's urban green space have shown continuous increases in general. (3) There is a close relationship between urban green space landscape changes and green space ecosystem services, and total area (TA) has the highest correlation with ecosystem services. Except for rainwater runoff reduction, the correlation coefficients between TA and ecosystem services are all higher than 0.85. This research can provide theoretical guidance for optimizing Beijing's green space and determining how to maximize the effect of green space for improving the ecological environment, and ultimately provide a scientific basis for the construction of Beijing's ecological environment.     

基于小波变换的生态系统服务权衡尺度效应与影响因素研究——以珠江三角洲为例

识别生态系统服务间的多尺度权衡关系及其影响因素对于指导管理决策和推进可持续发展至关重要,然而尺度响应特征及差异变化成因尚不明确,其中一个重要原因是缺乏科学合理的尺度划分方法。本文评估了珠三角地区的土壤保持、水源涵养、生境质量、自然游憩共4种关键生态系统服务量,基于小波变换的特征尺度估算方法,确定了研究权衡关系的最佳聚合规模序列。应用相关性分析和地理探测器方法,定量化识别权衡强度在各个尺度的影响因素,并比较了不同尺度间主导影响因素的差异特征。结果表明：① 权衡强度在6条样线上的特征尺度突出,2000~11500 m是研究权衡关系的最佳尺度序列范围。② 自然游憩与水源涵养、生境质量之间存在协同关系,自然游憩与土壤保持互为权衡关系。三对服务组合之间的相互作用大多随着尺度的增大而增强,特别是在县级行政管理规模上,所有配对服务表现出最强的协同或最弱的权衡关系。③ 植被覆盖度对权衡强度的驱动作用突出且相对稳定。地形因素是小尺度范围内权衡关系变化的主导影响因素,而气候因素和景观格局指数在较大尺度的影响作用显著。本研究通过优化传统的多尺度研究序列构建方法,为调控各类驱动因素以制定多级管理决策提供参考。     

Regional ecosystem services relationships and their potential driving factors in the Yellow River Basin,China

The Yellow River Basin(YRB) occupies an important position in China’s socioeconomic development and ecological conservation efforts. Understanding the spatiotemporal characteristics of the relationships among multiple ecosystem services(ESs) and their drivers is crucial for regional sustainable development and human-earth system coordination. This study simulated food production(FP), water yield(WY), net primary production(NPP), soil conservation(SC), and habitat quality(HQ) in the YRB from 2000...