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基于生态系统服务簇的珠江源区生态功能分区

水生态学杂志 2024年

作者：吴福荣税伟马永强巫殷攀郭梦洁杨春宇王子凡福州大学环境与安全工程学院福州大学区域与城乡规划研究中心福州大学数字中国研究院(福建) 福建农林大学安溪茶学院

识别生态系统服务簇，进行珠江源生态功能分区，为珠江源区土地利用格局优化、生物多样性保护、生态修复以及土地资源精准管控提供理论指导与技术支撑。研究基于InVEST模型和食物供给模型对珠江源区2010—2020年的生境质量、土壤保持、... 详细信息

识别生态系统服务簇，进行珠江源生态功能分区，为珠江源区土地利用格局优化、生物多样性保护、生态修复以及土地资源精准管控提供理论指导与技术支撑。研究基于InVEST模型和食物供给模型对珠江源区2010—2020年的生境质量、土壤保持、水源供给、碳储量和食物供给5项重要生态系统服务进行评估，运用Python平台实现轮廓系数算法并确定最佳聚类数，通过SPSS软件进行K-means聚类分析识别生态系统服务簇，并基于XGBoost机器学习算法，结合SHAP模型解释法探讨了生态系统服务簇的影响因素。结果表明：（1）珠江源区自然生态系统服务功能总体上呈现退化趋势。生境质量、碳储量和水源供给高值区占据珠江源区大多数地区，土壤保持呈现南北两侧高于中部的空间格局，食物供给与土地利用分布较为一致。（2）生态保育区乡镇数占比不断上升，分布在珠江源区北部和东南部的山地丘陵；城镇发展区乡镇数占比保持不变，位于珠江源区中部麒麟区；供给服务区乡镇数占比变化不大，分布在珠江源区中部和西南部平原。（3）坡度、生产总值和人为影响指数对生态系统服务簇的形成有着较为重要的影响，自然环境因素仍是生态系统服务的决定性因素。

关键词：生态系统服务簇 InVEST模型 K-means聚类分析生态功能分区珠江源区

梁子湖流域生态系统服务簇时空演变及其驱动研究

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生态学报 2024年

作者：罗雅文周燕禹佳宁刘梦瑶徐莉武汉大学城市设计学院城乡规划系湖北省人居环境工程研究中心武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室

生态文明建设背景下，明确流域生态系统服务及其相互作用关系的演变和驱动机制，对流域国土空间生态保护与可持续发展具有重要意义。以梁子湖流域为例，基于FLUS模型、Pearson相关性分析、自组织映射、地理探测器等方法识别流域2010—2... 详细信息

生态文明建设背景下，明确流域生态系统服务及其相互作用关系的演变和驱动机制，对流域国土空间生态保护与可持续发展具有重要意义。以梁子湖流域为例，基于FLUS模型、Pearson相关性分析、自组织映射、地理探测器等方法识别流域2010—2030年土地利用变化情况，揭示流域生态系统服务及其相互作用关系的时空演变规律与驱动因素，并提出基于生态系统服务簇的流域生态空间保护的工作框架。结果发现：（1）2010—2030年，流域土地利用变化情况显著，整体表现为耕地和水体面积减少、林地和建设用地面积增加。（2）3种模拟情景中，仅生态保护情景时流域生态系统服务价值上升，其余均呈现不同程度的下降趋势。（3）流域各项生态系统服务之间存在权衡与协同关系，且协同关系占据主导地位。（4）流域共识别出6种生态系统服务簇，其中以食物生产为主导功能的服务簇面积占比最大；服务簇的识别结果与实际土地利用类型较为一致，但同类用地仍可提供多个具有不同主导服务功能的服务簇。（5）流域生态系统服务簇的分异是自然环境、社会经济与景观格局共同作用的结果，优化景观格局能一定程度上保护流域主导服务功能的稳定。

关键词：生态系统服务簇权衡与协同主导生态系统服务流域国土空间生态保护

基于生态系统服务簇的生态功能区权衡与协同关系演变：以吐哈地区为例

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环境科学 2024年

作者：袁乐阿不都克依木·阿布力孜于苏云江·吗米提敏克力木·买买提王军霞白少洁新疆大学地理与遥感科学学院新疆大学绿洲生态重点实验室

明确生态功能区的空间分布和组成结构，了解多种生态系统之间的权衡与协同关系的演变规律，对吐哈地区生态系统的科学管理和修复至关重要。旨在探索各生态系统服务簇的权衡协同关系，并根据生态特征制定差异化的生态管理策略。基于InVES... 详细信息

明确生态功能区的空间分布和组成结构，了解多种生态系统之间的权衡与协同关系的演变规律，对吐哈地区生态系统的科学管理和修复至关重要。旨在探索各生态系统服务簇的权衡协同关系，并根据生态特征制定差异化的生态管理策略。基于InVEST模型和价值当量法估算吐哈地区2000～2020年6种生态系统服务即固碳量、产水量、土壤保持、生境质量、粮食生产和美学景观。通过计算多种生态系统服务景观指数（MESLI）量化不同区域的多种生态系统服务综合能力。使用SOFM算法识别生态系统服务簇，确定区域主导服务功能并划分生态功能区。最后，采用Spearman相关分析方法探究全域以及不同服务簇内各生态系统服务之间的权衡协同效应。结果表明：①2000～2020年，吐哈地区建设用地、耕地、水域和林地面积增长，其中建设用地增幅最大，草地和未利用土地的面积持续减少。②产水量、生境质量、土壤保持、美学景观、固碳量和粮食生产呈“北高南低”的空间分布格局，粮食生产高值区主要分布在山前平原绿洲内耕地区。2000～2020年，固碳量和粮食生产年均值先增后减，美学景观先减后增，产水量逐年上升，土壤保持逐渐下降，2020年生境质量出现轻微下降。③MESLI值多年平均值为0.49，表明地区整体提供各种生态系统服务的能力较弱，生态系统结构的完整性较低。MESLI整体呈“中、西高，南低”的空间格局，具有明显的空间分异性。地区以低MESLI值为主，占总面积的79.46%。④识别出4种生态系统服务簇，分别为生态涵养簇、生态保护簇、粮食生产簇以及生态脆弱簇。生态脆弱簇面积占比最大，生态保护簇最小，具体顺序为：生态脆弱簇＞生态涵养簇＞粮食生产簇＞生态保护簇；生态涵养簇提供多种生态系统服务能力最强，生态脆弱簇最弱。⑤吐哈地区全域尺度下，各生态系统服务间关系以协同为主；由于区域土地利用类型和自然条件的影响，服务簇尺度下生态系统服务间的关系与全域尺度存在明显差异，且不同服务簇中相同服务组合的权衡/协同关系具有相似性和差异性。研究成果可为吐哈地区可持续发展和生态环境优化提供科学依据。

关键词：生态系统服务多重生态系统服务景观指数生态系统服务簇权衡与协同时空动态吐哈地区

基于土地利用结构的河流岸带生态系统服务簇识别

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水生态学杂志 2024年第3期45卷 52-59页

作者：徐慧高雨慧周强闫怀春蔡晨茵刘志杰河海大学水文水资源学院江苏南京210098 江苏省水土保持生态环境监测总站江苏南京210012

为识别河流岸带土地利用与生态服务价值的空间结构,从河流岸带保护角度选取水资源保护、净化环境、水文调节、土壤保持、维持养分循环、生物多样性6项生态服务功能,基于遥感影像解译的土地利用数据,运用修正的当量因子法估算得到生态服... 详细信息

为识别河流岸带土地利用与生态服务价值的空间结构,从河流岸带保护角度选取水资源保护、净化环境、水文调节、土壤保持、维持养分循环、生物多样性6项生态服务功能,基于遥感影像解译的土地利用数据,运用修正的当量因子法估算得到生态服务价值的空间分布规律,进而进行层次聚类分析识别河流岸带生态服务簇,并应用于太湖流域湖西区溧阳市县级河流——竹箦河作为实例研究。结果表明:(1)竹箦河河岸带6项生态服务价值呈现出显著的空间异质性和聚集性;(2)竹箦河河岸带可划分为5大类生态服务簇,分别为水源涵养型、绿色多元型、经济生态型、生态脆弱型以及耗水污染型;(3)各类服务簇的生态系统服务特点与空间布局分异明显,与岸带实际土地利用结构相协调,揭示了竹箦河河岸带生态服务功能普遍较薄弱的现状。研究结果可为竹箦河及类似平原地区骨干河流岸带功能区划分以及河岸带生态保护与修复方案的制定提供理论参考。

关键词：河岸带土地利用结构生态系统服务簇层次聚类分析

黄河流域山东段生态系统服务簇时空分异及其生态功能分区

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黄河流域山东段生态系统服务簇时空分异及其生态功能分区

作者：刘营春曲阜师范大学

学位级别：硕士

通过对生态系统服务进行评价,可厘清多种生态系统服务间的权衡或协同关系,有助于探究该地区多种生态系统服务的整体空间格局,在此基础上对具备相应生态功能的区域实行分区管制,对维护区域生态安全至关重要。伴随中国经济飞速发展对生态... 详细信息

通过对生态系统服务进行评价,可厘清多种生态系统服务间的权衡或协同关系,有助于探究该地区多种生态系统服务的整体空间格局,在此基础上对具备相应生态功能的区域实行分区管制,对维护区域生态安全至关重要。伴随中国经济飞速发展对生态化境造成的严重破坏,生态保护的重要性也日益突出。目前生态系统服务功能退化明显,对其实施科学的管理来保障区域生态安全可持续是需要迫切关注的问题。黄河流域是中国重要的生态屏障,其中山东段同时又是重要的经济地带,长期以来,不合理的人类活动使得流域生态状况和人居环境不断恶化,对该地区的可持续发展造成严重制约。近年来,习近平总书记多次实地考察黄河流域的环境保护和经济发展情况,更是于2021年10月22日在山东济南召开的“深入推动黄河流域生态保护和高质量发展”座谈会上做出了重要指示。因此,本文选取黄河流域山东段为研究对象,以土地利用数据为基础,结合多种自然环境和人文要素,利用PLUS模型模拟了 2030-2060年土地利用;利用InVEST模型评估了 2000-2060年7期产水量、碳存储、粮食产量、生境质量和土壤保持5种关键生态系统服务;生态系统服务簇由SOFM神经网络聚类得到,并以此为基础进行生态功能区的划分。得到的主要结论如下:(1)耕地在黄河流域山东段土地利用占据绝对主导地位,其次是建设用地。近20年由于城镇化进程的加快,土地利用变化最主要的趋势为建设用地侵占耕地,这也是目前该区域乃至全国最主要的土地矛盾,如何协调好城市扩张与保护耕地红线以保障粮食安全是当前面临的主要问题。未来土地利用模拟结果表明,作为主要用地类型的耕地和建设用地的变化趋势与近20年一致,耕地数量持续减少,建设用地则与之相反。预计2060年生态用地将比2000年同比增长47.79%,面积增长为581.69km2,这表明耕地数量的锐减,不仅是因建设用地侵占,相当数量的耕地同时向生态用地发生了转移。从土地利用扩张的驱动因素来看,综合而言,自然因素在黄河流域山东段具有较为重要的影响,尤其是高程,其次是人口密度,年平均温度则在所有驱动因素中排在末位,对不同土地利用类型而言,驱动因素的重要程度差别较大,例如人口密度对未利用地扩张的影响。(2)从各生态系统服务空间分布来看,东北部地区的粮食产量水平和产水量水平低于中部和西南部,碳存储和土壤保持高值区仅分布于中部地区的东南部,生境质量高值区分布在东北部沿海地区、中部的东南部以及东平湖;从各区县生态系统服务时间变化来看,粮食产量和产水量整体变化趋势为小幅增长,土壤保持整体变化趋势均为基本维持现状,变化幅度极小,碳存储和生境质量整体变化趋势为明显退化。生态系统服务的强度水平与土地利用类型的分布与转移密切相关,甚至起到决定性作用,如耕地之于粮食产量、建设用地之于产水量、林草地之于土壤保持、碳存储等,生态系统服务强度表现为上升或下降,本质上是土地利用转移的结果。相关性分析表明,研究区内粮食产量与碳存储、碳存储与土壤保持始终表现为正相关(p服务与供给服务、支持服务与调节服务表现为协同关系,供给服务与支持服务表现为权衡关系。(3)根据多年生态系统服务簇聚类结果,研究区被划分为4大生态功能区,功能区Ⅰ包括槐荫区、天桥区和历下区在内的三个区县;功能区Ⅱ包括河口区、垦利区和东营区在内的3个区县;功能区Ⅲ包括平阴县、长清区、市中区、历城区和章丘区在内的5个区县;功能区Ⅳ包括其余的16个区县。各功能区土地利用类型前两位均为耕地与建设用地,且没有人为干预下,未来土地利用变化的主要特征仍将是建设用地侵占耕地式的扩张,尤其山区和城市边缘地区。对于功能区Ⅰ,产水量占据绝对主导地位,其次为粮食产量;对于功能区Ⅱ,生境质量占据绝对主导地位,且相对于功能区内其他生态系统服务占据绝对优势,且其他生态系统服务在其他功能区也均不占优势;对于功能区Ⅲ,各项生态系统服务强度均较高且较为均衡,相较于其他功能区具有较高水平;对于功能区Ⅳ,粮食产量服务最为突出,同时碳存储服务同样比较占优势。

关键词：生态系统服务簇生态功能分区 InVEST模型 PLUS模型黄河流域山东段

哈尔滨市生态系统服务权衡协同及生态系统服务簇的多尺度研究

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江西科学 2024年第4期42卷 826-833页

作者：杨子仪李文石淞郭盈初东北林业大学园林学院哈尔滨150040

分析生态系统服务之间多变复杂的相互作用,为哈尔滨市多尺度区域规划与生态系统管理制定策略提供参考。计算2010—2020年3个时期的生态系统服务,并在网格、乡镇、区县尺度上计算生态系统服务相关性、空间相关性,最后计算3个尺度生态系... 详细信息

分析生态系统服务之间多变复杂的相互作用,为哈尔滨市多尺度区域规划与生态系统管理制定策略提供参考。计算2010—2020年3个时期的生态系统服务,并在网格、乡镇、区县尺度上计算生态系统服务相关性、空间相关性,最后计算3个尺度生态系统服务簇。结果表明:1)2010—2020年3个时段生态系统空间格局基本稳定,其中2020年林地固碳最高值由7.43 t下降至5.13 t,产水量与降水量密切相关,2015年低至483.9 mm。2)生态系统服务权衡协同关系随时间、尺度改变,6对生态系统服务为协同效应,其中5对随着尺度增大协同效应增强,6对生态系统服务呈现权衡效应,权衡效应在乡镇尺度发生变化。3)3个尺度生态系统服务簇有差异,而生态综合簇、林地协同簇在3个尺度相似,反映不同尺度区域特征,可为多尺度管理提供依据。

关键词：生态系统服务权衡与协同生态系统服务簇多尺度哈尔滨市

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基于生态系统服务供需簇的武汉都市圈生态风险评估及影响因素

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应用生态学报 2024年第5期35卷 1347-1358页

作者：何国钰张蕾雷锡琼孙远洋万玉雯熊海玲湖北大学区域开发与环境响应湖北省重点实验室武汉430062 湖北大学旅游学院武汉430062 重庆地质矿产研究院生态修复分院重庆401120

在快速城市化背景下,都市圈正面临生态系统服务供需错配的风险。探究多重供需风险的格局、关系及驱动因素,对支撑区域生态风险的高效管理具有重要意义。以武汉都市圈为例,本研究量化2000、2010和2020年各乡镇6种典型生态系统服务的单一... 详细信息

在快速城市化背景下,都市圈正面临生态系统服务供需错配的风险。探究多重供需风险的格局、关系及驱动因素,对支撑区域生态风险的高效管理具有重要意义。以武汉都市圈为例,本研究量化2000、2010和2020年各乡镇6种典型生态系统服务的单一/综合供需风险率,采用自组织特征映射网络与最优参数地理探测器分别识别生态系统服务供需风险簇和综合风险的影响因素。结果表明:2000—2020年间,武汉都市圈典型生态系统服务供需风险空间格局差异明显。粮食供应服务、产水服务、碳固存服务和绿地休憩服务的供需风险均上升,而土壤保持服务和水质净化服务的供需风险下降。综合生态系统服务供需风险由0.41增至0.45,呈“核心区增加、边缘区降低”趋势。研究期间,武汉都市圈存在综合极高风险簇(B_(1))、综合高风险簇(B_(2))、水质净化高风险簇(B_(3))与粮食供应-土壤保持风险簇(B_(4)),风险类型主要由B_(3)簇向B_(2)簇、B_(2)簇向B_(1)簇转化,表明供需风险组合类型增加、强度增强。植被覆盖度、夜间灯光指数和人口密度是综合供需风险空间分异的主要影响因子。基于生态系统服务供需簇开展生态风险评估,可为区域多重风险问题的管控提供高效可靠的途径。

关键词：生态风险评估供需错配生态系统服务簇最优参数地理探测器武汉都市圈

生态系统服务簇空间演变轨迹及其社会-生态驱动的地理探测——以大连市为例

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生态学报 2022年第14期42卷 5734-5747页

作者：闫晓露李欣媛刘澄浩李佳伟钟敬秋教育部人文社科重点研究基地辽宁师范大学海洋经济与可持续发展研究中心大连116029 辽宁省“海洋经济高质量发展”高校协同创新中心大连116029 大连理工大学电子信息与电气工程学部大连116029 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101

生态系统服务簇是多种生态系统服务的组合,明晰生态系统服务簇及其自然⁃社会经济驱动因素,对生态系统服务内部相互依赖机制识别、实现多种生态系统服务间良性互动具有重要意义。目前生态系统服务簇的识别已得到广泛应用,但对多种生态系... 详细信息

生态系统服务簇是多种生态系统服务的组合,明晰生态系统服务簇及其自然⁃社会经济驱动因素,对生态系统服务内部相互依赖机制识别、实现多种生态系统服务间良性互动具有重要意义。目前生态系统服务簇的识别已得到广泛应用,但对多种生态系统服务之间交互作用的动态过程与影响机理的认识还不够深刻。针对目前多种生态系统服务间交互作用动态演化分析及其社会⁃生态驱动机理研究不足的现状,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、生境质量和景观美学6种关键服务。采用Spearman相关性分析方法探究生态系统服务权衡与协同关系,借助自组织网络方法识别生态系统服务簇,进一步分析多种生态系统服务间交互作用的时空分异特征,运用地理探测器探究其空间分异影响因素。结果表明:①食物供给与土壤保持存在极显著的权衡关系(r=-0.45),土壤保持与景观美学存在极显著的协同关系(r=0.50)。②2005—2015年大连市生态保育簇空间格局较稳定,水源涵养簇、食物供给簇与服务枯竭簇之间轨迹变化明显,城市扩张与服务枯竭簇演变具有一致性。③高程、归一化植被指数是影响生态系统服务簇空间分布的关键自然因素,而土地利用强度指数与地均GDP是影响其空间格局演化的主要社会经济因素。不同因子间交互作用会强化对生态系统服务簇空间分异特征的解释,特别是社会经济因子与自然因子间的交互作用对服务簇空间格局演化过程具有显著影响。开展基于服务簇的生态系统服务交互关系研究,可以为区域制定针对性保护规划提供科学依据。

关键词：生态系统服务簇权衡与协同地理探测器可持续管理

黄土丘陵沟壑区村域生态系统服务簇的时空分异及其地形梯度分析

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地理科学进展 2022年第4期41卷 670-681页

作者：刘迪陈海荔童张行耿雨西北大学城市与环境学院西安710127 陕西省地表系统与环境承载力重点实验室西安710127 浙江财经大学土地与城乡发展研究院杭州310018

探究村域生态系统服务簇对于厘清黄土丘陵沟壑区农业生态系统复杂特征、从多重服务供给角度提高服务的福祉贡献具有重要意义。论文以黄土丘陵沟壑区米脂县为例,基于高斯混合模型识别2009年和2019年村域生态系统服务簇并分析其时空分布,... 详细信息

探究村域生态系统服务簇对于厘清黄土丘陵沟壑区农业生态系统复杂特征、从多重服务供给角度提高服务的福祉贡献具有重要意义。论文以黄土丘陵沟壑区米脂县为例,基于高斯混合模型识别2009年和2019年村域生态系统服务簇并分析其时空分布,同时,结合地形分布指数探究服务簇在地形梯度上的分布模式。结果如下:(1)各类服务空间分异明显,且服务之间空间分布差异较大;近10 a间各类服务水平均有不同程度提高,其中调节服务有较大改善,而食物供给与文化服务增幅较小;各类服务空间变化格局存在较大差异,这与土地利用的空间演变关系密切。(2)利用高斯混合模型识别4类服务簇,包括农业生产簇、农业美学簇、生态保育簇与城镇休闲簇;各类服务簇空间分异明显,且研究期间存在明显数量和空间转移变化;农业美学簇与生态保育簇是当地主导服务簇,且主导性增强,而农业生产簇与城镇休闲簇比重下降。(3)地形起伏度与服务簇的空间关联密切。随起伏度上升,农业生产簇与农业美学簇呈倒U型,生态保育簇优势分布增加,城镇休闲簇优势分布减弱;研究期间农业生产簇与城镇休闲簇向低起伏度的转移趋势明显,而农业美学簇与生态保育簇趋向于向高起伏度转移。

关键词：生态系统服务簇时空分异高斯混合模型地形起伏度黄土丘陵沟壑区