基于生态系统服务评价与最小阻力模型的生态安全格局构建——以临沧市为例

以临沧市为研究区,基于生态系统服务评价结果确定的生态源地,以最小累积阻力模型构建临沧市生态安全格局体系。首先通过生态系统服务重要性和生态敏感性评价,将临沧市极重要和极敏感区域作为MCR生态安全格局构建的源地,综合考虑距离居民点、道路、水系的距离,土地利用,植被覆盖,地形因素等因子来构建生态源地扩张的阻力面,通过层次分析法AHP方法确定各阻力面权重,计算临沧市生态源地扩张综合阻力面。基于自然断裂法对生态源地空间阻力运动的综合最小累积(费用)阻力面进行空间聚类,划分出临沧市3种安全水平下的生态用地。低安全水平的生态用地面积为2014. 25km2,占区域总面积的8. 57%。中安全水平的生态用地面积为7610. 41km2,占区域总面积的32. 22%。高安全水平的生态用地面积为13985. 49km2,占区域总面积的59. 21%。通过临沧市生态系统服务评估、生态源地识别、MCR综合阻力面构建、生态廊道及生态源地识别,最终构建出临沧市的三屏一带的生态安全格局。三屏为南滚河自然保护区天然屏障,主要位于沧源县和耿马县境内,主要为临沧市生物多样性保护提供屏障,位于中部永德大雪山生态屏障区和位于西部的镇康边境生态保护屏障区。一带为澜沧江水源涵养保护带,从北至南沿澜沧江分布,主要为澜沧江水域涵养区。     

秦岭北麓(西安段)生态红线划定研究

以秦岭北麓(西安段)为研究对象,在研究分析秦岭地区生态环境现状特征的基础上,利用ArcGIS软件,重要生态功能区评价指标选取生物多样性保护、水源涵养2项评价因素开展生态系统服务功能重要性评价,划定重要生态功能区红线;根据地方相关法规和规划,划定禁止开发区红线。将重要生态功能服务区红线与禁止开发区红线叠加,最终划定秦岭北麓(西安段)生态功能红线。其中,重要生态功能区水源涵养保护红线区面积达2 157 km~2,占全区总面积41.5%;禁止开发区范围面积约2 076 km~2,占全区总面积39.9%。叠加构成秦岭北麓(西安段)的生态红线区总面积3 157 km~2,占区域总面积的60.7%。秦岭生态红线范围的划定为秦岭生态环境保护提供理论基础。     

成渝经济区矿产资源开发对其生态环境影响评价

文章以成渝经济区为研究区,根据成渝经济区矿产资源开发和生态环境特点,综合运用RS和GIS技术,结合研究区矿产资源总体规划、生态功能区划、生物多样性保护、自然保护区、水源涵养、土壤保持、生态脆弱区分区等数据,采用空间图层叠加法,分析矿产资源开发利用对生态环境的影响,进一步分析了未来矿产资源的开发对区域主要生态屏障的水源涵养、土壤保持、生物多样性保护等生态功能的影响,并提出针对性的生态环境保护对策措施。     

西藏高原生态系统服务时空格局及其变化特征

西藏高原是我国国家生态安全格局中至关重要的区域,维护提升其生态屏障功能是该区生态保护的核心目标。论文分析了1990—2010年西藏高原生态系统类型及其服务能力的时空变化格局,开展近20 a生态屏障功能的综合评估。结果表明：1）近20 a,西藏高原生态系统宏观格局稳定少动,森林、水体与湿地面积略有增加,草地、荒漠面积减少;2）森林、草地、湿地生态系统水源涵养量为895.19×10⁸ m³,平均单位面积水源涵养量为744.48 m³/hm²,近20 a水源涵养服务在波动中有所提升;3）水蚀区土壤水蚀模数为3 876 t/km²,土壤水蚀量为10.31×10⁸ t,生态系统土壤保持服务保有率为66.3%,近20 a土壤侵蚀量下降,而土壤保持服务保有率呈持续上升趋势;4）土壤风蚀模数为1 581.2 t/km²,土壤风蚀量为18.99×10⁸ t,防风固沙服务保有率为66.5%,近20 a由于风场强度减弱与植被覆盖度增加,土壤风蚀量下降,而生态系统防风固沙服务保有率持续提升;5）森林、草地、湿地碳固定服务量为1.95 Pg C,从前10 a略有下降态势转变为后10 a轻微上升趋势。     

重庆市重要生态功能区生态系统服务动态变化

借助遥感数据和GIS空间分析技术,选取生物多样性维持、土壤保持、水源涵养和固碳4种生态系统服务建立评估模型,对2000—2010年重庆市域内3个重要生态功能区——三峡库区水源涵养重要区(下称三峡重要区)、秦巴山区水源涵养重要区(下称秦巴重要区)和都市区“四山”生态屏障重要区(下称“四山”重要区)生态系统服务的时空变异特征进行综合研究. 结果表明:①2000—2010年,三峡重要区4种生态系统服务均呈增强趋势. ②秦巴重要区内,生物多样性维持和水源涵养功能总体较好,并且持续增强;固碳功能有所减弱,该时段内固碳功能高等级面积减少了931.90 km2. ③“四山”重要区土壤保持和水源涵养功能有所增强,生物多样性维持和固碳功能略有减弱. ④重庆市重要生态功能区生态系统服务以中和较高等级分布为主,空间差异较大,异质性明显. 生态系统服务较好区域主要分布在渝东北秦巴山区以及中西部植被覆盖较好的山脊;市域中部长寿、垫江、涪陵等区县生态系统服务相对较弱. 10 a间,重庆市重要生态功能区生态系统服务总体呈变好趋势,但局部地区有所减弱,主要表现为秦巴和“四山”重要区固碳功能的降低.      

区域尺度生态保护红线划定——以京津冀地区为例

将京津冀地区作为一个整体,采用遥感和GIS技术,选取水源涵养、水土保持、防风固沙3类生态系统服务以及土地沙化、水土流失2类典型生态问题,建立评价指标和评价模型,开展区域生态系统服务重要性和生态敏感性评价,定量揭示京津冀地区生态系统服务重要性和生态敏感性的空间分布特征;利用全国第二次土地调查数据明确的地块边界,确定生态保护红线边界.结果显示,京津冀地区生态保护红线面积6.68万km²,占研究区总面积的30.9%,主要分布在北部燕山山地、西部太行山山地和冀北坝上高原等区域;生态保护红线范围内的森林、草地二者面积比例比红线外高55.7%,红线范围内的植被NPP平均值比红线外高23.5%,划定结果符合“以较小面积获取较大服务”原则,适于作为京津冀地区最重要、最需要严格管控的生态空间.     

黄河中游地区生态系统服务的时空演变及权衡与协同关系研究

明晰黄河中游地区生态系统服务的权衡协同关系,是保证生态系统服务长期有效供应,实现黄河流域生态保护与高质量发展的重要前提。本文利用InVEST模型、ArcGIS和Matlab等工具对2000—2020年黄河中游地区的土壤保持、水源涵养、固碳以及生境质量服务的时空特征及其协同权衡关系进行分析。结果表明：（1）黄河中游地区土壤保持、水源涵养和生境质量服务总体呈上升趋势,而固碳服务呈波动下降趋势;（2）2000—2020年,土壤保持、水源涵养服务总体表现为“南高北低”,其高、低值区有所变动;固碳服务整体呈“东南高、西北低”,高、低值区变化不明显;生境质量服务高、低值区相间分布,高值区稍有扩散;（3）黄河中游地区固碳与生境质量服务、生境质量与水源涵养服务、水源涵养与土壤保持服务为协同关系,固碳与土壤保持服务、生境质量与土壤保持服务为权衡关系,而固碳与水源涵养服务整体上表现为不相关;（4）生境质量与水源涵养、土壤保持服务的权衡区面积比例呈上升趋势,而水源涵养和土壤保持服务的协同区面积比例呈上升趋势,固碳与其他服务在大部分区域表现为不相关关系。     

宁夏沿黄经济区生态地质环境质量评价

宁夏沿黄经济区是我国西北地区重要的工农业生产基地,同时又是带动宁夏回族自治区及周边地区国民经济发展的重要核心地区。本文利用层次分析法建立了区域生态地质环境质量评价指标体系;基于ArcGIS平台,将GIS技术应用于研究区基础资料的数字化处理,建立了生态地质环境质量信息数据库及基本图层;并针对宁夏沿黄经济区的实际特征建立了相应的分级标准,对该区的生态地质环境质量进行了评价与分区。评价结果表明:宁夏沿黄经济区生态地质环境质量分为优、良、中、差四个等级,其中优区面积约为370km2,占全区总面积的4.5%;良区面积为2 307km2,占全区总面积的28%;中区面积为2 959km2,占全区总面积的35.9%;差区面积为2 606km2,占全区总面积的31.6%。该研究结果对治理改善该地区的生态地质环境具有重要的指导意义。     

三江源区生态系统服务间接使用价值评估

论文利用替代成本法、机会成本法和影子工程法等经济学方法,对三江源区生态系统提供的间接使用价值进行了评估。研究结果表明:2008年三江源区生态系统的间接使用价值共计1.74×10¹¹元,其中水源涵养价值为1.07×10¹¹元,占61.38%,土壤保持价值为4.60×10¹⁰元,占26.50%,气候调节价值为2.01×10¹⁰元,占11.56%,空气质量调节价值为9.56×10⁸元,占0.55%。该结果突出反映了三江源区作为水源发源地在水量平衡、调节区域水分循环和改善水文状况等方面做出的贡献。     

中国自然资源生态服务重要性评价与空间格局分析

自然资源是保障经济社会发展的重要物质基础,同时又发挥了重要的生态服务功能。选取水源涵养、水土保持、防风固沙、生物多样性维护和产品提供五类生态服务,采用NPP定量指标法识别中国自然资源生态服务的重要区域,并进一步分析空间格局特征。结果表明：中国自然资源生态服务极重要和高度重要区约占总面积的1/4,以东北山地、江南地区、西南地区和青藏高原东部等水源涵养能力强、水土保持较好、防风固沙水平高、生物多样性较丰富的地区为主;不同类型自然资源的生态服务重要性差异显著,耕地资源的产品提供服务重要性显著,林地和草地资源的水源涵养、水土保持、防风固沙及生物多样性维护服务重要性均较显著,水域主要提供水源涵养服务;各生态服务重要性在空间上均显著集聚,自然资源综合生态服务的热点区主要分布在大兴安岭、长白山、浙闽山地、武夷山、南岭山地、秦岭山地、滇西南地区和藏东南山地等;自然资源综合生态服务重要性的空间分布与农业自然带/亚带呈现较高的一致性,热带和温带地区的重要性级别较高。研究结果可为区域自然资源管理及生态保护修复提供决策依据。     

基于“生态水位-水质-水源地”协同作用的地下水环境风险评价方法研究

地下水生态水位、地下水水质和地下水水源地是地下水环境的关键敏感属性,而现有关于地下水环境保护的研究多侧重于污染风险评价,常忽视地下水生态水位作为环境要素综合风险的重要性.为突破以往地下水风险评价中以污染要素为主的现状,在区域尺度针对地下水污染及地下水水位变化导致地下水系统生态服务功能失衡等问题,提出以地下水生态水位、地下水水质和地下水水源地作为风险受体,综合研究地下水系统对地下水风险源的暴露途径及响应关系,采用地下水防污性能指数指征地下水环境的空间差异性,构建了基于“生态水位-水质-水源地”协同作用的GERRM模型（地下水环境相对风险模型,groundwater environmental relative risk model）,定量描述地下水污染和地下水水位突变耦合的地下水环境风险,并将建立的方法在下辽河平原进行案例研究.结果表明:①Ⅳ、Ⅴ级风险区主要位于化工企业、危险废物填埋场周围一定范围区域及沈阳市地下水水源地保护区和生态水位敏感性较高区,面积为2 107.33 km2,占总面积的8.93%.②Ⅰ、Ⅱ级风险区主要为农田种植区、林地种植区和农业城镇建设区,面积为17 704.51 km2,占总面积的75.01%.研究显示,GERRM模型适用于区域地下水环境风险评价,下辽河平原区化工企业、危废填埋场周围一定范围区域以及沈阳地下水水源地保护区相对风险最高,需采取相应的管理保护措施.      

基于生态供受体理论的全国水土保持重要区识别

科学评估土壤保持功能是生态保护红线划定的基础.依据生态供受体理论,针对土壤保持服务对应的水土流失这一生态问题,从水土流失的供体（水土流失量）、受体（人口密度）、辐射传输（距离水体距离）三个方面构建模型,分析土壤保持功能的重要性.结果表明全国潜在侵蚀量577.34×10¹⁰t/a,潜在土壤侵蚀随着坡度和降水量的增加而增加.土壤保持功能极重要区面积98.98×10⁴km²,主要分布在西南地区的无量山和哀牢山,黄土高原东部,东南地区的浙闽丘陵,东部地区的鲁中山区、鲁东半岛,以及辽东半岛.西南地区山高、谷深、坡陡、流急、地形稳定性差等因素造成水土流失严重,维持该地区的水土保持功能极为重要;西北地区的黄土高原土质疏松且多暴雨导致水土流失比较严重,维持该地区土壤保持功能非常重要.对比常用的生态保护功能模型,供受体理论模型除考虑自然影响因素之外,突出了人类活动的因素,对评估生态保护功能与水土保持生态风险更客观.依据供受体理论构建的土壤保持模型适用于土壤保持功能和土壤潜在侵蚀风险的评估,可作为评估生态系统安全和划定生态保护红线的重要依据.     

基于生态供受体理论的全国水土保持重要区识别

科学评估土壤保持功能是生态保护红线划定的基础.依据生态供受体理论,针对土壤保持服务对应的水土流失这一生态问题,从水土流失的供体（水土流失量）、受体（人口密度）、辐射传输（距离水体距离）三个方面构建模型,分析土壤保持功能的重要性.结果表明全国潜在侵蚀量577.34×10¹⁰t/a,潜在土壤侵蚀随着坡度和降水量的增加而增加.土壤保持功能极重要区面积98.98×10⁴km²,主要分布在西南地区的无量山和哀牢山,黄土高原东部,东南地区的浙闽丘陵,东部地区的鲁中山区、鲁东半岛,以及辽东半岛.西南地区山高、谷深、坡陡、流急、地形稳定性差等因素造成水土流失严重,维持该地区的水土保持功能极为重要;西北地区的黄土高原土质疏松且多暴雨导致水土流失比较严重,维持该地区土壤保持功能非常重要.对比常用的生态保护功能模型,供受体理论模型除考虑自然影响因素之外,突出了人类活动的因素,对评估生态保护功能与水土保持生态风险更客观.依据供受体理论构建的土壤保持模型适用于土壤保持功能和土壤潜在侵蚀风险的评估,可作为评估生态系统安全和划定生态保护红线的重要依据.     

基于InVEST和MCR模型的南方山地丘陵区生态保护红线优化

优化生态保护红线,是顺应新时代多规融合趋势、推进国土空间高效管理与生态文明建设的重要举措。以南方山地丘陵区典型县奉新县为例,基于InVEST模型进行生境质量评价以识别生态源地及其缓冲区,采用水土流失敏感性修正基本阻力面,运用MCR模型构建奉新县生态安全格局,定量衡量与定性分析相结合对生态安全格局进行有效性评价,继而提出奉新县生态保护红线优化方案。结果表明：（1）生态源地及生态源地缓冲区面积分别为144.42 km²、354.01 km²,分别占研究区总面积的8.76%与21.47%,并识别出19个生态节点;（2）识别出关键生态廊道76 km,一般生态廊道315 km,与生态节点、生态源地、生态源地缓冲区共同构成研究区生态安全格局,面积共498.43 km²,占奉新县总面积的30.23%,集中分布于研究区西部山地丘陵区;（3）经有效性评价证实生态安全格局较生态保护红线更具生态优化意义;（4）划定生态保护红线补划区与生态保护红线储备区,共为生态保护红线调整优化预留了199.34 km²的高质量后备资源,形成研究区生态保护红线优化方案。研究成果可为南方山地丘陵区生态保护红线的评估优化提供科学参考。     

基于生态系统服务的汾河源头区域生态安全格局优化

生态安全格局的优化是保障区域生态安全,维护生态系统稳定和提升生态系统服务的重要空间途径。以汾河源头区域为例,定量评估产水量、生境质量、土壤保持量三种生态系统服务,利用热点分析法识别重要的生态源地,考虑到河流在生态系统中复杂的作用机制,构建了两种模式的生态安全格局,并在此基础上提出了综合生态安全格局。研究结果表明：汾河源头区域共19个生态源地,占研究区面积的16.59%,三种模式分别构建了33条、42条、43条潜在生态廊道。网络结构评估结果表明：三种模式均可生成闭合的生态网络,优化后的生态廊道总长度为565.957 km,网络闭合度、节点连接率及网络连接度较高,成本比较小。此外,共识别了35个生态断裂点,明确了生态保护与修复建设的重点区域,以期为区域生态保护与修复规划提供空间指引。     

基于生态系统服务多情景权衡的生态安全格局构建——以大连市瓦房店为例

以辽宁省瓦房店市为研究单元,在评估2000年与2014年的食物供给、NPP、产水量及土壤保持四种典型生态系统服务基础上,引入OWA模型,模拟出研究区2014年生态系统服务优先保护区作为生态源地;利用最小累积阻力模型识别生态廊道与缓冲区,构建研究区生态安全格局。研究表明:（1）2000-2014年,瓦房店市生态系统服务时空变化显著,除产水量外,其他生态系统服务均有所增强。（2）综合考虑生态系统服务保护效率（E_i>1）与权衡度（0.68）,选取情景5下的优先保护区作为瓦房店的生态源地。（3）瓦房店生态源地面积为564.92 km²;生态廊道总长度为642.62 km,一级廊道（220.76 km）纵贯南北,次级廊道（421.86 km）呈网状连通分布离散的生态源地。研究结果可为瓦房店市生态系统可持续管理和土地利用优化提供决策支持。     

塔里木河干流荒漠河岸林的空间分布与生态保护

塔里木河流域荒漠河岸林具有重要的生态、经济和社会效益。论文以塔里木河干流的荒漠河岸林系统为研究对象,借助于卫星遥感、GIS等技术,结合实地调查,应用缓冲区梯度分析方法,对现有林地水平分布结构进行分析。结果表明:①塔里木河干流荒漠河岸林面积为58.42×10⁴ hm²,占研究区总面积的14.07%,自上而下5个河段的林地面积分别占总面积的2.94%、3.75%、3.95%、1.99%和1.44%,并且北岸河岸林面积较南岸明显多,南岸受沙漠化威胁,河岸林退化严重,水资源时空分配不均匀是荒漠河岸林分布特征的重要原因;②荒漠河岸林多沿河道地形分布,随离河道距离的增加呈波动下降趋势,河流对荒漠河岸林显然具有重要影响,径流主要起到补给地下水的作用,近河床区林地分布较集中,波动幅度小,在远离河床区林地易于退化,河流北岸影响范围为38.33~45.51 km,南岸为15.21~39.33 km;③塔里木河干流总体林地率不高,林地分布不均匀,荒漠河岸林形成以河道为中心的带状分布,分布范围达10~80 km,重要保护范围在0.8~12.3 km,恢复范围在2.2~24.5 km,重建范围在4.7~30.1 km。根据荒漠河岸林的分布特征和保护目标,对塔里木河干流用水作统一规划和协调是符合实际的生态治理措施。     

基于GIS的贵州省茶园生态适宜性研究

通过利用GIS技术,在土地利用现状以及喀斯特空间分布的基础上初步划分茶叶种植适宜地和不适宜地。选择对茶叶生长密切相关的地形地貌(海拔、坡度、坡向)、气候条件(光、热、降水条件及空气相对湿度)及土壤条件(土壤pH值)等8个生态评价因子,通过专家打分确定各因子权重,应用GIS空间叠加分析模块实现贵州茶园生态适宜性评价。结果表明:贵州省适宜茶叶种植的面积为32417.00km2,占国土面积的18.40%,其中非常适宜种植茶叶的区域面积为10618.00km2,占国土面积的6.03%;适宜种植茶叶的区域面积为11554.00km2,占国土面积的6.56%;比较适宜种植茶叶的区域面积为10245.00km2,占国土面积的5.81%;不适宜种植茶叶的区域面积为143735.45km2,占国土面积的81.60%。以上评价结果将为贵州茶产业的大力发展提供科学依据和技术基础。