长江中游城市群生态系统服务和城镇化之间的空间关系研究

中国的城镇化进入到以大都市群作为主要载体的发展阶段,由于粗放式经济增长方式没有发生根本改变,城镇化进程的生态环境问题日益凸显。基于1995年、2005年和2015年3期土地利用/土地覆被变化数据测度了长江中游城市群生态系统服务价值时空分布特征,并且综合运用双变量空间自相关模型、普通最小二乘法以及空间回归模型对长江中游城市群生态系统服务价值和城镇化水平之间的空间关系进行测度。研究结果表明:(1)研究期间长江中游城市群生态系统服务价值有显著降低,而城镇化水平有显著的增加,二者呈现相反的空间分布特征;(2)长江中游城市群生态系统服务价值和城镇化水平之间存在显著的空间依赖性;(3)空间回归模型被证明更适合测度生态系统服务价值和城镇化之间的相互作用关系,城镇化的发展会导致生态系统服务价值的降低,二者之间存在U型曲线关系。生态系统服务价值不仅受到自身格网单元要素的影响,而且受到邻近格网单元或者是更远格网单元要素的影响。未来的土地利用规划以及生态系统保护规划需要充分考虑二者之间的空间依赖效应和空间溢出效应,实行跨区域的联合治理。     

承灾脆弱性视角下的生态系统服务需求评估及供需空间匹配

生态系统服务供需空间分布格局及匹配关系是生态系统服务领域的热点问题。将生态系统服务聚焦于增强城市系统承受自然灾害的能力和恢复力功能上,引入承灾脆弱性表征生态系统服务需求。选择首批经济特区之一的珠海市为案例研究区,土壤保持服务为供需分析的对象,利用承灾脆弱性评价城市系统及居民的服务需求并刻画需求的空间异质性,采用基于"3S技术"的In VEST模型定量评估服务供给潜力,从流域与镇、街道两种尺度分析生态系统服务供需匹配状况,以期为市级土地利用管理、景观格局优化及城市经济建设提供建议。研究结果表明:根据供需空间匹配状况,珠海市包含高供给高需求、低供给高需求、低供给低需求与高供给低需求四种供需匹配类型。珠海市土壤保持服务供需空间错位状况较为严重,人口密集的城镇区域需求极高但供给严重缺乏,部分生态源地的高供给无法惠及周边区域人口;兼顾经济建设与生态保护的高供给高需求地区仅占全域面积的8.7%;以农业导向且经济发展缓慢的低供给低需求地区分布较广。是对生态系统服务供给与需求的空间异质性刻画及供需空间匹配的重要尝试,为城市建设和生态管理提供参考。     

基于生态系统服务供求评价的空间分异特征与生态格局划分——以长三角城市群为例

生态系统服务供给与需求能力存在显著的空间异质性与空间失衡,对区域经济发展与环境保护产生巨大影响。以长三角城市群区县为研究单元,分别核算其生态系统服务供给与需求值,引入梯度分析,分析生态系统服务供给与需求的空间特征,并基于供求分析提出长三角城市群生态格局分区方案,且针对性地提出相应片区的发展策略,为长三角城市群土地利用规划、区域协调发展提供科学依据。研究结果表明:(1)长三角城市群生态系统服务供给能力与土地利用类型密切相关,呈现从北到南逐渐升高趋势;(2)长三角城市群生态系统服务需求能力与社会经济发展联系紧密,在长江入海口附近形成生态系统服务需求高值区,然后向外围递减;(3)沪宁杭庐发展梯度带上,生态系统服务供需大致呈现负相关趋势;(4)基于生态系统服务供需关系构建,得到长三角城市群生态格局四大分区:生态保育区(高供给-高需求),生态修复区(低供给-高需求),生态重塑区(低供给-低需求),生态开发区(高供给-低需求)。     

生态系统服务功能与景观格局耦合协调度研究——以武陵山区退耕还林工程为例

生态系统服务功能与景观格局演变关系极为密切,研究生态系统服务功能与景观格局的耦合协调度对于区域发展具有重要意义。以武陵山区退耕还林工程为例,参照国家标准和行业标准,采用分布式测算方法、景观格局指数分析和耦合协调度模型等方法,旨在揭示武陵山区退耕还林工程生态系统服务功能与景观格局二者耦合协调关系。结果表明:(1)2005—2017年间武陵山区退耕还林工程各项生态服务功能物质量均以15倍左右速度增长,生态系统服务空间分布格局最佳区域由西部地区逐渐向东南扩大;(2)武陵山区景观演变存在时空差异,1995—2005年景观格局变化更为明显,变化区域集中在中西部地区,2005—2015年与之相比,景观格局变化空间上更为分散;(3)武陵山区退耕还林工程生态系统服务与景观格局演变存在较高水平的耦合以及高水平的协调性。研究结果可为武陵山区土地利用规划及退耕还林工程进一步实施提供科学依据。     

城市绿色基础设施生态系统服务供给与需求的空间关系——以西安市为例

城市绿色基础设施(Urban Green Infrastructure,UGI)是城市自然景观和生态环境的主要营造者,为居民提供关键的生态系统服务。探讨UGI生态系统服务供给及其需求之间的空间关系,对城市生态建设和绿地系统规划具有重要科学意义。本文运用生态系统服务测算的方法基于人口、GDP以及土地利用数据构建需求测算模型,对西安市建成区UGI的生态系统服务供给与需求的空间格局进行研究,并分析了城市各功能区内UGI生态系统服务供给与需求的空间关系。结果表明:西安市建成区UGI生态系统服务供给总价值为4.23亿元;生态系统服务供给从研究区边缘向中心区逐渐减少,而生态系统服务需求表现出相反的格局,在空间上明显不一致,并且在城市各功能区内差别显著;西安市建成区UGI生态系统服务供给与城市对生态系统服务需求在空间分布上不相匹配。因此为了实现城市的生态环境与经济社会的可持续发展,迫切需要通过合理的UGI建设使生态系统服务供需趋于协调。     

基于生态系统服务供需匹配与耦合协调的生态管理分区——以大连市为例

生态管理分区是建设用地扩张指引和生态空间管控的重要依据,对维护区域生态安全和生态文明建设具有重要意义。以我国北方沿海重要中心城市——大连市为例,选取食物供给、水源涵养、固碳释氧、土壤保持、生境维持和美学景观6项指标,综合运用模型法及生态经济学方法量化生态系统服务供给,并结合土地利用、人口和经济现状定量评估2015年生态系统服务需求。利用象限匹配法和耦合协调度模型,探究千米网格尺度下生态系统服务供需匹配关系和协调关系及其区域差异,进而通过空间叠置分析划分生态管理分区并提出相应管理措施,旨在为区域内生态修复以及差异化建设提供科学参考。研究结果表明：①大连市生态系统服务供需具有显著空间异质性,总体呈现北部林地和东西部沿海生态系统服务供给高、需求低,中南内陆城镇区生态系统服务供给低、需求高的空间格局;②生态系统服务供需不匹配和失调特征明显,匹配类型以高供给-低需求和低供给-高需求为主,生态系统服务供需耦合协调度平均值为0.38,表现为轻度失调;③综合分析将大连分为4个生态管理区,其中,生态涵养区为高供低需-供需失调区,要以保护为主培育为辅,重点保护;生态农业区为高需-供需平衡区,以生态保护和生态建设为主,提高其投入产出效率;生态改良为低供高需-供需失调区,以生态建设和整治为主,综合改善生态系统服务水平;生态一般保护区为高供-供需失调区,以综合保护为主,提高生态溢出效应。     

基于土地利用与土地覆被的长三角生态系统服务供需空间格局及热点区变化

快速城市化与土地利用变化导致区域生态系统服务供需失衡,进而使得生态环境恶化已成为共识。开展生态系统服务供需关系及其空间量化研究,有助于识别出区域中存在的主要生态环境问题及其关键驱动。以长江三角洲为研究区,基于土地利用与土地覆被和生态系统服务供给和需求评价矩阵的方法对1985—2015年长三角生态系统服务供需盈亏格局及热点变化进行分析,结果表明:1)长三角地区生态系统服务供给减少,需求增多,生态系统服务盈余区从1985年的40.9%下降至2015年的38.5%,生态系统服务赤字区面积占比从1985年的1.3%增长到2015年的10.6%,总体呈现供不应求的趋势; 2)沪宁杭城市发展梯度带上生态系统服务供需盈亏呈"V"型分布,且30年内城市中心及其附近的生态系统服务供需值下降更为明显; 3) 30年内长三角生态系统服务供需盈余热点区整体变化不大,30年内面积减少了0.1%;而赤字热点区则呈现出快速扩张趋势,面积占比30年内增加了14.9%。说明随着城市化进程的加快,长三角生态系统服务供需亏损状况更严重; 4)生态系统服务供需评价矩阵可以比较简便、全面的反映出生态系统服务供需盈亏状况,研究结果可对快速城市化地区生态环境与土地利用规划与管理提供有益参考。     

基于生态系统服务价值变化的环境与经济协调发展研究——以陕西省为例

为探讨生态环境与经济发展间的协调程度,选取2000、2005、2010和2015年4期的陕西省107个县（区）数据,利用单位面积生态系统服务价值和人均GDP构建环境经济协调度指数。结合空间自相关分析和空间杜宾模型等方法,分析了环境经济协调度指数的时空演变特征及驱动因素。研究表明：（1）从时间上看,陕西省环境经济协调度指数整体呈现缓慢下降趋势;从空间上看,大部分县（区）已处于基本协调和中度协调状态,并形成了陕北地区优于陕南地区,陕南地区优于关中地区的空间格局。（2）陕西省环境经济协调度指数具有显著的空间正相关性,高高集聚和低低集聚效果比较明显。（3）退耕还林工程、城镇化水平、产业结构、降水量是提升协调度指数的关键因素,气温则是制约协调度发展的约束要素。未来应因地制宜实施差异化的发展战略,以实现环境与经济协调发展。     

“一带一路”沿线地区NO2浓度时空变化特征及其驱动因素

探寻"一带一路"沿线国家在城镇化进程中的大气污染时空变化及其驱动机制,对于打造绿色"一带一路"、实现区域可持续发展具有重要意义。基于2005—2015年"一带一路"地区的二氧化氮(NO_2)柱浓度数据,分析了沿线74个国家NO_2浓度的时空变化特征,建立了广泛意义上的城镇化综合测度指标体系,结合空间计量模型从自然和社会经济维度揭示了"一带一路"地区NO_2浓度的主要驱动因素。结果表明:(1)2005—2015年,"一带一路"地区NO_2浓度年均值波动变化,并呈现高低纬度低、中纬度高的空间分布特征;(2)人口城镇化和土地城镇化水平不断提升,并呈现西南高、东北低的空间分布格局;(3)经济增长、汽车保有量增加和土地城镇化是导致"一带一路"地区NO_2浓度上升的主要驱动因素,扩大森林覆盖率则可显著抑制NO_2浓度增加。研究表明,转变经济发展方式,适度调控汽车保有量和城市建设用地增速,建立和完善"一带一路"沿线国家大气污染协同治理机制,是推动共建绿色丝绸之路的重要措施。     

闽三角城市群生态系统格局演变及其驱动机制

生态安全是城市群社会经济可持续发展的根本保障之一,然而目前城市群生态安全受到巨大的威胁。本文选取2000、2005、2010和2015年Landsat TM/ETM+OLI影像,提取闽三角城市群土地覆盖/生态系统类型数据并结合社会经济要素,从生态系统的面积变动、类型转移和空间格局三方面探讨其空间格局的演变特征与驱动机制。结果表明:2000—2015年,城镇生态系统面积呈正增长态势,森林和农田生态系统呈负增长态势,灌丛、湿地、草地和其他生态系统基本保持稳定,各生态系统面积占比顺序为森林农田城镇灌丛湿地草地其他生态系统;2000—2005年,各生态系统类型之间相互转移强度小;2005—2010年,生态系统相互转移强度大,城镇生态系统的转入量最大,其他生态系统转出量最大;2010—2015年,生态系统相互转移强度也较大,其他生态系统的转出量最大,森林生态系统的转入量最大;2000—2015年,森林生态系统不均匀分布于各区域,农田和城镇生态系统主要分布于中部和东部地区,湿地生态系统的分布与水系基本保持一致,草地、灌丛和其他生态系统分布相对零散,且其景观格局特征基本保持稳定,在斑块数量、斑块密度以及集聚化特征等方面均变化不大,但不同生态系统之间存在显著差异。2000—2015年,闽三角城市群生态系统的空间格局基本保持稳定,而不同生态系统呈现非均衡变化,不同时期各生态系统的转移强度有显著差异。经济与产业发展、城镇化和城市格局变化等对生态系统尤其是森林、农田和城镇生态系统的格局演变具有显著的驱动作用。     

赣南地区土地利用格局及生态系统服务价值的时空演变

江西省的赣南地区是典型的南方山地丘陵区,属于赣江流域重要的生态屏障区,生态保护的意义重大。以赣南为研究区域,基于1990—2015年间的6期遥感影像,利用遥感、地理信息技术和空间统计的方法,计算了该区域土地利用动态度,对不同生态用地所提供的生态系统服务价值进行评估,分析了生态系统服务价值时空差异的驱动因素,并将人均GDP、人口密度和城市化率3个因素与生态系统服务价值进行空间相关性分析。结果表明:(1)1990—2015年间,赣南地区综合土地利用动态度持续上升,各用地类型的综合土地利用动态度从0.06上升到0.13。(2)1990—2015年间赣南地区共减少生态系统服务价值20.42×10~8元,处于下降趋势,其中森林的生态系统服务价值损失最大。研究区调节服务价值最高,其供给服务较低,该地区森林覆盖率高,耕地分散是造成该结果的主要原因。(3)人均GDP、人口密度和城市化率3个因素是生态系统服务价值变化的主要驱动因素且与生态系统服务价值的局部空间相关性高度一致。城市化率越高,生态系统服务价值越低,并形成局部低-高型和高-高型集聚分布。本研究为合理布局和保护我国南方丘陵地区的生态用地,发挥赣南地区的生态屏障作用提供了理论依据和决策支持。     

基于LUCC的江苏省生态系统服务价值时空变化特征研究

江苏省作为资源环境容量有限但经济发展迅速的典型代表,在可持续发展背景下,开展土地利用变化、生态系统服务变化及其价值时空变化的研究,以期为缩小区域经济差异进行科学土地整治提供理论依据。首先基于1995-2015年间研究区经济发展重要时间节点的土地利用/覆被变化（LUCC）数据分析土地利用变化情况,然后引入评估计分理论动态研究生态系统服务变化,最后通过修正当量因子计算生态系统服务价值并应用空间自相关与热点分析方法研究其时空变化特征。结果表明：（1）耕地、建设用地和水体为研究区主要土地利用类型,总覆盖度达到90%以上;2005-2015年土地利用变化速度显著;苏南地区土地利用较为丰富。（2）对比各景观类型,森林是具有更多功能的生态系统;2015年功能属性总得分高于1995年,但生态功能得分由5分降至2分。（3）1995-2015年江苏省生态系统服务价值从1258.19亿元减少为1208.74亿元,苏南地区生态系统服务价值变化较大。据预测至2022年,生态系统服务价值会跌到1.35亿元。     

新疆生产建设兵团生态系统服务价值时空分异特征

依据2000年和2010年新疆生产建设兵团(以下简称新疆兵团)土地利用数据,利用中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表,分析了新疆兵团生态服务价值的时空分异特征。结果表明:2000—2010年全兵团单位面积生态服务价值增加了204.61元hm-2a-1,年增长率为0.41%,耕地和林地生态服务价值呈增长趋势,草地、水域、湿地、未利用地生态系统服务价值呈减少趋势;2010年各师单位面积的生态系统服务价值差别很大,其基本规律为一师六师十师四师九师八师五师十四师七师二师十二师三师十三师,这与不同土地利用类型生态服务价值指数的差别和各师的土地利用程度存在密切关系;一师、二师、四师、六师、七师、八师、十师、十二师单位面积生态服务价值呈增加趋势,三师、五师、九师、十三师、十四师单位面积生态服务价值呈减少趋势;人为开垦是该区域生态系统服务价值时空动态变化的主要驱动因素。     

城市化流域生态系统服务价值时空分异特征及其对土地利用程度的响应

以南京市九乡河流域为研究区域,以2003与2009年2景QuickBird影像数据为基本信息源,应用空间自相关模型,结合GIS空间分析技术,定量探讨了城市化流域生态系统服务价值时空分异特征,以及土地利用程度对生态服务价值空间分异的影响.结果表明:2003-2009年,九乡河流域生态系统服务总价值减少了2.59％,而流域生态系统服务价值的空间聚集性增强;生态服务价值的高-高区域主要集中在流域上游,低-低区域主要集中在流域下游的仙林大学城一带;九乡河流域生态系统服务价值空间分异发生了明显变化,下游仙林大学城一带低-低分布区快速扩张,而高-高分布区仅在九乡河源头及下游的局部区域有所增加;流域生态服务价值空间自相关表现出明显的尺度效应,随着研究尺度增大,生态服务价值的空间自相关性逐渐增强;九乡河流域生态服务价值的空间分异及其变化主要是由土地开发利用引起,流域土地利用程度对生态服务价值存在明显的负效应.     

Spatial characteristics of land uses and ecological compensations based on payment for ecosystem services model from 2000 to 2015 in Sichuan Province,China

The ecosystem services provision is constantly under threat by anthropogenic pressures, especially which is mainly related to land use changes. A solution proposed to address these issues is the implementation of spatial characteristics of land uses and ecological compensation (based on Payment for Ecosystem Services) programs. In this study, we developed a framework for analyzing the spatial characteristics of land uses and calculating ecological compensation from 2000 to 2015 in Sichuan Province, China. We firstly examined the utility of lacunarity analysis for detecting spatial characteristic scales of pattern of land uses. Due to large-scale and regular distribution, the spatial heterogeneity of cropland, woodland and grassland were higher than that of water body, construction land and unused land. We then investigated changes in ecosystem services in response to land use change through assignment of per unit area ecosystem service value method. The total ecosystem service value is about 10,780 billion yuan·year⁻¹, and the woodland and grassland ecosystems contributed more to the total ecosystem service value. The critical areas (with higher ecosystem service value) for management purpose were identified depending on the heterogeneity of use services learned from spatially explicit measures. Considering the changed relationship between social and economic indicators and ecosystem service value based on spatial visualization and analysis, we finally constructed a quantitative estimate model for ecological compensation taking city (state) as study unit, and determined standard value so as to evaluate ecological compensation from 2000 to 2015. Spatial differences of the ecological compensation were significant among all the cities (states). The average payment standards of ecological compensation based on the population, ecological compensation based on city (state) area, and corrected ecological compensation were − 117.10 billion yuan, 4.41E-13 billion yuan, and − 58.55 billion yuan, respectively. The negative values suggested that the stakeholders of Sichuan Province should pay for ecological compensation, and the positive value meant the residents in the Sichuan Province can obtain the amount of ecological compensation. This proposed innovative framework provides a better understanding of spatial characteristic scales of land uses and enables evaluation of the ecological integrity of landscapes. It also fills up the gap in the field of quantitative evaluation of regional ecological compensation and provides a feasible way to reconcile the conflicts among benefits in the economic, social and ecological sectors.     

长三角地区土地利用时空变化对生态系统服务价值的影响

基于1980—2010年的土地利用数据,估算了各种土地利用类型的生态系统服务价值,分析了长三角30年来生态系统服务价值的时空动态及其对土地利用变化的响应。结果表明,1980—2010年,长三角建设用地面积变化最大,为446.1%,未利用地、耕地、草原、林地、水域的变化分别为285.9%、-31.5%、-76.2%、-5.4%、42.9%;1980—2010年,长三角地区的总生态系统服务价值减少了4.40%,水源涵养、休闲娱乐、废物处理生态系统服务功能价值上升;生态系统服务价值极低区域的面积增加且分布于城市扩张区域,生态系统服务价值中等区域逐年下降且被生态系统服务价值低区域所替代,高生态系统服务价值区域处于增加的趋势而极高区域基本维持不变;常州、湖州、嘉兴、南京、泰州的生态系统服务价值逐年增加,而其他城市的则处于下降趋势。     

西安市景观格局演变对生态系统服务价值的影响

研究快速城市化地区景观格局演变对生态系统服务价值的影响,对城市空间格局调控、健康稳定城市生态系统的构建、区域土地资源优化利用和生态环境的保护及区域可持续发展具有重要意义.本文基于西安市3期(1999、2006和2015年)TM遥感影像的解译结果和社会经济统计数据,利用景观生态学和生态系统服务相关理论,分析了城市化影响下西安市景观格局特征和生态系统服务价值的时空变化特征,并定量分析了景观格局演变对生态系统服务价值的影响.结果表明: 随着城市化进程的加快,西安市景观格局发生了很大变化,其中,建设用地和园地景观不断增加,耕地、林地、水域景观减少;研究区景观呈现出愈加破碎化、多样化和不规则化的趋势.1999—2015年,西安市生态系统服务总价值减少19.03亿元.耕地、林地和水域景观生态服务价值下降,园地景观生态服务价值增加;气候调节对生态系统服务的价值贡献率最大,气体调节的价值减少量最大,水源涵养的价值减少率最大.西安市生态系统服务价值中心城区低、南部山区高;1999—2015年,生态服务价值在空间上呈下降趋势,低值区的范围由中心城区逐渐向周边区县扩展.景观格局变化会对区域生态系统结构、功能及过程产生重要影响.城市建筑景观的扩张与蔓延、交通道路网的延伸与交织使各景观类型被严重分割,破碎化增强;对区域生态服务价值贡献率较大的林地、耕地、水域等生态型景观类型减少,最终导致区域生态系统服务价值减少.     

赣南地区景观格局变化及其对生态系统服务价值的影响

赣南地区是我国南方丘陵山地带的重要组成部分,开展景观格局变化特征及其对生态系统服务能力的影响研究,对探索该区域生态系统服务能力提升途径具有重要的理论和现实意义。基于赣南地区2000、2010、2018年3期Landsat TM/ETM遥感影像及DEM数据,采用Fragstats 4.2软件,以生态系统服务当量因子表为基础,探讨2000-2018年期间赣南地区景观格局和生态系统服务价值变化,开展该区域景观格局指数与生态系统服务价值的相关性分析。结果表明：（1）2000-2018年期间,赣南地区受人为干扰比较大,景观破碎化程度增加,景观异质性增高,类型复杂程度增强,斑块分离度增大,景观中优势斑块类型形成了比较良好的连接性;（2）生态系统服务价值由2560.97亿元/a减少到2523.54亿元/a,林地对生态系统服务价值减少的贡献率达到83.13%以上,生态系统服务类别中食物生产价值先增加后减少,其他类别价值均降低;（3）生态系统服务价值与蔓延度指数呈正相关、与香农多样性指数呈负相关。因此,快速城镇化背景下人为活动引起的景观格局变化使赣南地区生态系统服务能力降低,优化调整区域或县市区景观格局,将提升该区域的生态系统服务能力。     

广西北部湾沿岸地区生态系统服务价值变化及其驱动力

掌握生态系统结构及其功能的时空变化规律是开展科学生态系统管理的重要前提,如何衡量人类在满足自我需求的同时对自然资源和生态系统的改变程度是当前研究值得关注的一个问题。伴随北部湾经济区的崛起,区域经济发展与生态保护的矛盾日益凸显,海水倒灌、植被退化和土地沙化等现象加剧,生态系统服务可持续供给受到严重威胁。以时序遥感数据为基础,分析北部湾沿岸地区生态系统时空演变,评估生态系统服务价值时空变化规律及其驱动因素,为区域生态系统管理提供科学基础。研究显示:1999—2014年,城市点状、离散扩张使城市生态系统面积显著增加,破碎化程度加剧;环境恶化给湿地生态系统带来毁灭性的破坏,红树林不断消失,破碎度增加;林地和果园构成的森林生态系统面积有所增加,而耕地面积急剧缩减。生态系统构成中,森林生态系统服务价值最高,约占研究区总价值的50%,且呈增长趋势;生态系统服务构成中,除食物生产、气体调节和维持养分循环价值有所减少外,其他类型生态系统服务价值均呈增长趋势。驱动力分析表明,综合城镇化率是影响北部湾沿岸地区生态系统服务价值变化的重要驱动因素,说明区域生态系统服务与社会经济发展极为相关,合理调控经济结构可有效提升区域生态系统服务价值。