水资源是基础性自然资源和战略资源,科学量化水资源供给服务的供需关系、识别供需矛盾的突出区域是进行流域水资源管理的重要前提.以大清河流域为例,利用InVEST模型,建立了水资源供给服务空间流动量化方法,预测了用水效率提升、节水灌溉两种节水政策情景对水资源供给服务供需关系的影响.结果表明:(1)流域水资源供给服务和水资源需求量均呈现出上游低、下游高的空间分布格局,农业用水为流域主要用水类型,2010-2015年,流域水资源供给服务增长0.97％,水资源需求量出现了 9.6％的下降;(2)2010-2015年,流域整体水资源供给服务的供需比由0.78提升至0.88,服务的空间流动使得上游盈余的水量缓解了中下游的用水压力,但中下游水资源需求大于供给的问题仍普遍存在;(3)提升用水效率、推行节水灌溉这两种节水政策均能够有效改善大清河流域的水资源供需关系,分别可将流域水资源供需比提升至0.97和0.96,基本达到供需平衡.研究可为北方资源型缺水流域水资源供需匹配度的提高、节水政策潜力的评估提供借鉴.

维持城市所处的生态系统格局与过程,使得城市生存和发展所依赖的关键生态系统服务实现供需平衡是保障城市生态安全的根本要求和基本前提.因此,城市生态安全不仅是城市本身的问题,还涉及到城市所处的流域、区域、国家等多个不同的空间尺度,具体由支撑城市及其发展的关键生态系统服务所涉及的生态过程所决定.对生态安全概念及研究进展进行了梳理和分析,在此基础上,提出了一个城市生态安全保障的生态系统服务研究框架,将维持城市生态安全的关键生态系统服务需求分为3个层次:一是水资源供给、食物生产、水质净化等城市生存所依赖的基础资源与基本环境维持相关的服务,二是土壤保持、水源涵养、防风固沙、固碳释氧、生物多样性等生态系统稳定和可持续性维持相关的生态系统稳定和调节类服务,三是生态休闲、微气候调节、降尘减噪、文化审美等人居环境与文化类服务.进而利用该框架,从不同需求层次分别对雄安新区生态安全保障的生态系统服务需求进行了分析,结合其自然地理特征和新区建设的社会经济发展情景,从新区城市、大清河流域和京津冀区域三个尺度提出了雄安新区生态安全格局构建框架,以及相应的保障对策和建议,包括从多尺度进行生态环境调控和管理,打破行政和地域边界限制;关注各尺度各关键生态系统服务的过程,加强生态环境要素的监测和预警;重视新区在人居环境改善层次的生态系统服务需求等.

自然生态系统与人类感知的交互作用是景感生态学关注的焦点,与生态系统服务的供需紧密关联.生态系统、生态过程、生态系统服务以及人的需求均具有一定的时空尺度特征,因此,由这些过程产生的“景感”也具有时空尺度特征,并依赖于这个过程的尺度特征相互作用.梳理生态系统服务供需关系与景感营造规划的尺度特征,探索二者相互联系,进而提出基于景感生态学理论,通过景感营造实现生态系统服务供需平衡的多尺度实现路径.从空间维度,体现从“社区-城市-流域-区域”的多尺度景感规划框架,从应用维度,体现从生态系统服务需求探索-关键指标体系识别-多源谜码数据感知-景感营造与规划设计的具体流程.通过多尺度的联合景感营造,调整自然供给水平与人类不同尺度的生态系统服务需求以期达到平衡,从而实现人类生存环境福利与居民福祉提升的目标.在此基础上,结合雄安新区规划建设实例,从多尺度景感营造的角度为城市绿色生态建设与可持续发展提出优化建议.主要结论:(1)基于“社区-城市-流域-区域”的多尺度景感分析框架,将景感要素与生态系统服务供需思想融入城市规划,在不同尺度上趋善优化,对于实现可持续发展城市规划和管理具有重要指示意义;(2)雄安新区规划设计需更系统和细致地考虑人类感知需求,通过多尺度景感营造设计,共同实现雄安新区的可持续发展与人居环境提升.其中,在社区尺度,需重点关注社区植被配置和居民的休闲游憩;在新区尺度重点关注绿地系统网络构建;在大清河流域尺度重点关注河流健康与水文调节;在京津冀区域尺度需注重山体通风廊道与生态屏障的构建与优化.

生态系统服务簇是多种生态系统服务的组合,是生态系统多功能性中的主导功能表征.识别生态系统服务簇的空间和功能变化及影响因素,可为基于主导功能实施分区管理策略、统筹土地多功能性,进而为整体提升区域生态系统服务提供参考.本研究以大清河流域为例,选取6种生态系统服务(水资源供给服务、粮食供给服务、水源涵养服务、水质净化服务、土壤保持服务、固碳服务),在乡镇尺度上探讨了生态系统服务簇的变化特征,研究了影响其变化的主要因素.结果表明:(1)依据主导的生态系统服务类型,大清流域可以分为3个生态系统服务簇,生态调节服务簇(B1),农产品供给服务簇(B2)和人居环境簇(B3);(2)2000-2015年,生态调节服务簇的空间格局变幅最大,乡镇变化率为19.6％,而农产品供给服务簇和人居环境簇的空间稳定性较强,变化率小于5.0％;生态系统服务簇类型发生转化的区域主要位于服务簇交界处;(3)尽管服务簇在空间上有变化,但生态调节服务簇、农产品供给服务簇和人居环境簇的生态系统服务呈增长趋势,平均增幅高达8.62％;(4)自然本底条件和生态保护政策是驱动生态调节服务簇变化的主要因素,农产品供给和建设用地面积的变化分别是驱动农产品供给服务簇和人居环境簇时空变化的主要因素.该案例研究结果为管理土地多功能属性、整体提升国土空间功能提供了有效的途径.

以区域生态功能特征进行生态区划是区域生态保护与修复的重点内容,根据生态主导性原则,引入生态敏感度、生态服务价值和生态风险3个指标进行大清河流域生态重要性评价及生态功能区划分.研究表明:(1)生态重要性低、较低、中等、较高、高的区域面积占研究区比例分别为40.47％、32.96％、6.28％、3.20％、17.07％.空间上,生态重要性呈现以水源地与自然保护区高,向四周逐渐降低的趋势.(2)将大清河流域分为山地区、丘陵过渡区、平原区3个一级生态功能区,明确不同生态功能区的生态保护与修复重点,其中山地区以维持生态平衡、修复尾矿处理不当造成的地质灾害为目的;丘陵过渡区应注重矿业活动开采的影响,注重矿—地—水的协调发展;下游地区包含有雄安新区和白洋淀水域,应注重耕地开发利用与水域保护相结合.(3)在一级生态功能区的基础上划分出16个二级生态功能区,包括水源涵养生态功能区、植被保护区、洪水调蓄生态功能区3个生态功能重要区,并且明确了各个生态功能区的生态保护措施与生态修复重点.据此研究结果,可以在生态保护的基础上,为大清河流域矿山整理修复、土壤侵蚀严重区整治、降低水源地风险、合理利用矿、林资源提供支持,实现流域内矿—地—水的协调发展.

随着交叉学科的发展和技术手段的进步,将河流及其周边生态环境视为整体的理念和研究逐渐受到重视,然而国内对河流生态廊道的研究较少.总结了河流生态廊道的基础理论和提取方法.河流生态廊道可以依据区域规划、通过实地观测等手段直接提取,也可以采用"源地识别-阻力面构建-廊道提取"的框架间接提取.对直接和间接提取方法进行了详细的总结并分析了他们的优势和劣势,发现间接提取方法更具实践意义,且应用的流域面积更大.根据间接提取方式的特点,提出白洋淀-大清河流域河流生态廊道提取的思路.结合区域流域协同治理理念,逐步形成以白洋淀为中心、向周边辐射的河流生态廊道,实现流域水质提升、生物多样性稳定等目标,全面提升生态环境质量.在河流生态廊道提取科学性提升和提取过程中廊道宽度优化等薄弱环节提出未来研究方向.

科学测算生态补偿额度是推进生态补偿落实、实现区际经济与生态保护协调发展的重要基础.以京津冀为研究区,应用InVEST模型及影子工程法定量测算2005年、2010年和2018年的区域水源涵养服务价值量,利用生态系统服务供需比识别水源涵养价值输出区,运用断裂点公式和场强模型分析价值流动的时空特征,并基于价值转移量和地理探测器探测的主导因子构建水源涵养生态补偿模型,计算了京津冀各县(区)的水源涵养服务补偿额度.结果表明:(1)2005年、2010年和2018年京津冀地区水源涵养服务价值分别为19.4×108元、40.2×108元和47.8×108元,林地对水源涵养价值增加起着至关重要的作用.(2)各流域内水源涵养服务价值输出区主要分布在太行山脉、燕山山脉和坝上高原地区,且输出区数量呈增加态势.(3)2005年、2010年和2018年各流域水源涵养流入到消费区的价值的高值区变化较大,主要发生在滦河山区、北三河山区、大清河山区和永定河册田水库至三家店区4个流域内,低值区的分布则变化较小;但受森林覆盖率、水系以及地形的影响,水源涵养服务价值转移量总体呈增加趋势.(4)基于水源涵养生态补偿模型,得到京、津、冀三地支付金额比例为2.04:1.61:1,各县(区)需支付补偿金额在0—340.95万元;而京、津、冀三地受偿金额比例为1:0:1.87,各输出区的受偿金额则在0—545.75万元之间.