在雨涝灾害威胁日益凸显的背景下,基于生态系统水文调节服务供需匹配分析的规划防涝优先干预区识别,为高效降低城市雨涝风险、利用规划措施防涝提供了新的研究思路与科学支撑.运用数据叠置、水文模拟及公式计算法,将城市原生雨涝供给能力与雨涝需求水平统一至同一评估体系中.结合降雨量、下垫面类型,运用径流曲线模型对街区地表径流调节率进行计算,生成供给能力评估结果;以GIS水文模拟结果计算得出的危险性、暴露性和脆弱性指数生成需求水平评估结果.根据石家庄中心四区3a一遇、50a一遇情景供需匹配结果,划定城市街区尺度的规划干预等级,并分类提出相应规划策略.研究结果表明:石家庄市中心四区低供给高需求街区在3a一遇降雨情景下以点状聚集分布;50a一遇降雨情景下,在京广铁路线沿线呈现纵向聚集形态.同时,在两种降雨情景下,规划干预高等级街区均集中出现于桥西区苑东街道、彭后街道、东华街道,长安区长丰街道、建北街道,裕华区裕翔街道、建华南街道.根据规划干预等级、供需相对关系及供需失衡原因,分别提出3a一遇、50a一遇降雨情景下的九类规划干预策略,为城市雨涝灾害的规划应对提供优化思路.

祁连山生态环境保护是建设我国西部生态安全屏障的关键环节,而核算祁连山生态系统服务价值是制定合理有效的生态环境保护措施的有力依据.然而受气候变化和人类活动的共同影响,祁连山地区生态环境问题依旧突出,亟需对该地区生态系统服务价值开展研究以服务后期生态环境建设.基于此目的,使用1990-2020年祁连山地区土地利用数据,运用土地利用动态度、土地利用转移矩阵揭示该地区土地利用变化规律.并使用生态系统服务价值评估模型测算了祁连山地区生态系统服务价值,探究了其动态变化过程,并明确了各土地利用类型与生态系统服务价值变化之间的内在联系.结果表明:(1)1990-2020年,草地和荒漠是祁连山地区最主要的土地利用类型,单一土地利用动态度分别为水域＞湿地＞耕地＞荒漠＞草地＞林地.草地和耕地以及草地和荒漠相互转化成为该地区最主要的土地利用变化特征;(2)祁连山地区生态系统服务价值呈持续增加趋势,由1990年的7231.36亿元增加至2020年的7836.07亿元,在空间上呈现出东高西低的变化趋势.生态系统服务价值构成主体主要为水域、草地和林地,单项生态系统服务价值以水文调节和气候调节为主,反映了调节服务是祁连山地区生态系统的主要功能;(3)水域、草地和湿地这3种土地利用类型是近30年祁连山地区生态系统服务价值变化的主要贡献因子.1990-2020年,祁连山地区生态系统服务价值对土地利用的敏感性总体呈增加态势(1.48％-7.91％),土地利用变化对该地区生态系统服务价值的影响逐步增强.系统揭示了过去30年祁连山地区生态系统服务价值的演变及其与土地利用变化的内在联系,重点阐释了水域、草地、林地和湿地对该地区生态系统服务价值和生态环境保护的重要性,可为祁连山地区生态产品价值实现及生态保护管理等提供基础科技支撑.

我国持续推进实施了系列大规模重大生态工程,科学评估工程取得的成效对于及时掌握工程实际效果是否符合预期目标、针对性地改进优化工程管理措施、促进生态保护修复目标的实现等具有重要意义.通过文献整合分析,从生态系统质量、功能和生物多样性等方面综合评估我国 10 项重大生态工程的生态成效,辨析取得成效的驱动因素贡献差异并总结成效评估产生不确定性的原因.结果表明:工程在国土绿化、碳固定、土壤保持、水源涵养、生物多样性保护等方面产生了良好生态效益,促进工程区植被覆盖度增加(0.19%—26%),生物量(-13%—187%)、固碳量(-7.41%—200%)、土壤保持量(-26.91%—151.52%)、水源涵养量(-64.66%—80.24%)、物种丰富度(-16%—441%)、均匀度指数(-6%—28%)和多样性指数(-5%—315%)总体也呈增加趋势(多年变化率中值＞0).但在部分区域也引起了生物量下降、土壤保持能力降低、水文效益减弱、生物多样性损失等问题.生态工程与气候变化的相对贡献率比值在 0.06-3.60 之间,贡献大小存在明显的空间分异并且产生交互耦合作用,多因素耦合作用分解机制仍有待研究.评估对象、数据、尺度、基准、方法及驱动因素拆解差异使得评估结果不确定性极大,相关研究需要重点关注评估基准和尺度的选择、多源数据的融合及同化、工程评估技术体系的改进,综合考虑区域地带性差异、工程措施适宜性和有效性、生态系统服务权衡、驱动因素贡献空间分异等以调整优化工程措施.

通过生态补偿协调流域内经济发展与生态保护的关系、缓解上下游利益相关者之间的矛盾是保障流域经济社会可持续发展的关键措施,而流域生态补偿核定的关键在于两点:一是如何模拟并量化水供需服务流动的流向、流量、流速及路径以明确供需双方及其空间关系;二是如何实现栅格尺度-地理单元-行政单元的尺度推演以实现不同行政单元之间生态系统服务的盈余、占用、外溢核算.整合卫星遥感、经济社会统计、水文气象观测等多源异构数据,集成水量平衡、水供需服务流动、生态价值核算等方法,构建了基于水供需流动及其外溢价值核算的流域横向生态补偿标准核定框架,利用D8 流向法解决了水供需服务流动的流向、流量、流速及路径模拟与量化,实现了"栅格尺度-地形单元-行政单元"空间尺度推演的外溢价值核算,形成了流域内横向水生态补偿资金收取与分配方案.以太湖流域为例,在全面分析水资源外溢、占用及其价值的基础上,解析了县域尺度的水供需时空关系、流动路径及属性特征,辅以水质指标进而明确界定了责任方与补偿对象,形成了补偿资金收取与分配方案.结果表明,太湖流域水供需双方界线清晰、服务流近似于自然汇流过程,供给方以流域西部、西南部、中部县域为主,特别是西部至中部的县域,应受偿资金较多,平均各县应受偿资金比例超过 2%/a,应受偿资金最多的嘉善区,比例超过 19.66%/a;需求方聚集于流域中部、东部,特别是黄浦江自然汇流沿岸县域,应收取补偿资金较多,平均各县应收取资金比例超过5%/a,应收取最多的浦东新区,比例超过 15.48%/a;净补偿资金基本呈现西高东低的分布特征,流域的大部分城市核心区的县域净补偿资金为负值.研究的核定框架、量化核算方法、资金统筹方案可应用到其他流域的横向生态补偿机制构建,实现流域内部与流域之间生态保护和经济发展的整体协调.

识别区域生态系统服务簇及其结构模式,是揭示人地系统客观规律的前提和基础.基于中国气候区划、农业自然区划和主体功能区划成果和三级流域单元,并遵循统一性、一致性、区域共轭性等规律,坚持尽可能保持自然与行政边界完整性的原则,对广东省陆域进行自上而下为主的地域区划,以最大化保持流域单元和生态系统的完整性;按照区划单元测算粮食供给、原料生产、水资源供给等 12 项区域典型生态系统服务价值量和z-score分值,最后运用K-均值聚类法,进行生态系统服务簇与模式识别.得到以下结果:广东省陆域涵盖中亚热带、南亚热带和边缘热带 3 个自然地带,可划分为 9 个经济片区共 34 个自然的流域单元,形成了"3+9+34"的三级地域区划方案;识别出水文调节保护型、水土保持调节型、生态保育公园型、生态宜居和谐型、综合协调供给型共 5 类生态系统服务簇的结构模式,展示出广东省陆域生态系统服务簇以珠三角为核心的空间对称分布模式;受地形、地貌等自然地理环境和土地利用等人类活动的影响,不同区域生态系统服务簇各具独特的地形和地理特征,承担着的生态系统服务功能各异.基于这些结果,研究提出生态系统服务簇模式的差异化生态系统管控措施,为省域国土空间规划的实践提供研究支撑.

鸟类栖息地会随着季节迁徙而改变,基于此对以珍稀濒危鸟类保护为主要目标的自然保护区进行动态分区管理,能够有效提高土地利用效率,协调生物多样性保护与其他生态系统服务功能利用.通过MaxEnt模型分析预测安徽升金湖国家级自然保护区鸟类繁殖季和越冬季的栖息地范围,并采用空间叠加分析方法得到动态分区方案.结果发现:繁殖季鸟类栖息地适宜性受到人口密度、丰水期土地利用类型、距居民点距离、距道路距离等环境因素的影响;越冬季鸟类受到距道路距离、人口密度、距枯水期水体距离、枯水期土地利用类型等环境因素的影响.运用ArcGIS水文工具分析出升金湖国家级自然保护区汇水单元作为其动态区划单元,根据鸟类栖息地季节性变化的特点结合分析结果叠加分析,将安徽升金湖国家级自然保护区划分为核心栖息地保护区、繁殖季栖息地保护区、越冬季栖息地保护区和一般控制区.核心栖息地保护区要进行全年严格保护,繁殖季栖息地保护区和越冬季栖息地保护区在相应鸟类栖息时段严格管控、非栖息时段可合理利用,一般控制区则全年可允许合理的行为活动.季节性动态分区方案注重解决安徽省升金湖国家级自然保护区生态环境保护和社区发展之间的矛盾问题,便于未来保护区生态保护规划决策的制定和实施,进一步丰富了以季节性栖息物种为主要保护对象的自然保护区的动态功能分区研究理论与方法体系,为制定提高自然保护区空间利用效率的生态管理策略提供了参考依据.综上,建议在升金湖国家级自然保护区生态环境保护和社区发展中,依据保护区季节性动态分区特征,实行分区管制,制定对应的生态环境保护和发展的措施.

生态补偿对维护生态系统服务功能、促进区域绿色发展具有重大意义.本研究提出基于水资源格局和保险增益的区域横向生态补偿标准模型,用于解决研究区补偿方式单一、补偿效率低下的问题.以京津冀地区为例,分析研究区2000-2019年水足迹和水资源生态承载力情况,同时依据生态保护投入成本和分摊系数明确补偿主客体和水足迹补偿额;引入保险定价模型厘定生态保险费率,确定保险补偿额及生态补偿标准,测算了不同类型的生态系统服务价值.结果表明:2000-2019年,京津冀地区整体处于水生态赤字状态,农业水足迹占比高达94.5％;从补偿主客体来看,京津两地作为补偿主体,平均每年应分别向河北省支付水足迹补偿额4.02亿元和3.96亿元;河北省应获得保险费率为1.4％的生态保险金额2.28亿元,平均每年应获得京津两地支付生态补偿标准8.10亿元;水文调节为区域核心生态系统服务功能,多年平均价值为1879.74亿元.引入生态保险机制,对研究区构建横向生态补偿机制、完善生态系统服务功能以及提升生态系统服务价值具有重要的战略意义.

小微湿地是全球最重要的淡水栖息地之一,其价值不仅在于单个小微湿地,而是由多种小微湿地构成的流域小微湿地网络,发挥着非常重要的淡水生物多样性保育功能.春沼作为自然界一种独特的临时性小微湿地类型,是流域小微湿地网络的重要组成部分,提供了多种生态服务功能.但迄今为止对于春沼生态系统,国内外相关研究较少,这类特殊而又重要的小微湿地生态系统尚未引起足够的重视.阐述了春沼的概念和形成原因,对春沼生态系统干湿交替的水文特征,以及物种组成、群落结构、生物多样性和群落动态等春沼生物群落特征进行了概述,探讨了春沼维持流域淡水生物多样性、提供物种生境、水文调节和均化洪水、净化水质和其他生态系统服务,在此基础上讨论了春沼生态系统研究存在的问题与不足,对该领域研究的未来发展方向给出了建议.

城市化扩张影响流域水文生态系统服务供给,导致水文生态环境压力增加.明晰滇池流域水文生态系统服务权衡与协同关系及归因,对于滇池流域社会经济发展与生态可持续管理的双赢具有重要意义.基于InVEST模型估算了滇池流域2000、2010、2018年碳存储、氮输出、土壤保持和产水量4种水文生态系统服务,分析了水文生态系统服务时空格局变化,利用双变量Moran's I指数分析了滇池流域水文生态系统服务间时空异质性,通过冗余分析和条件效应分析等方法识别水文生态系统服务归因.结果表明:(1)水文生态系统服务的高值分布与土地利用覆盖有密切关系.(2)水文生态系统服务空间变化主要体现在滇池周边人类活动干扰强烈的区域,表现为氮输出、土壤保持和产水量增加,碳存储减小.(3)水文生态系统服务权衡与协同关系变化明显.碳存储和土壤保持为协同;氮输出和产水量先呈协同后呈权衡;产水量、氮输出均与碳存储和土壤保持为权衡,前者空间变化不明显,后者协同范围扩大,权衡范围缩小.(4)水文生态系统服务主要受多个因素共同影响,主要包括:高程、耕地比例、林地比例、建设用地比例.研究结果可为研究区水文生态系统环境治理和土地利用优化配置提供科学依据和决策支持.

多种生态系统服务相互关系及其对景观配置响应的多尺度分析一直是生态系统服务研究的热点问题,对于厘清生态系统服务尺度效应和实现区域分级管理具有重要的意义.以湖北省为研究区域,采用遥感、土地利用类型、水文、气象、土壤等多元数据,从5 km×5 km、10 km×10 km、15 km×15 km、20 km×20 km、25 km×25 km、县域和市域等7个递增尺度分析4种生态系统服务(水源供给、碳固持、粮食生产、水质净化)对景观配置的响应关系.结果表明:(1)4种生态系统服务的空间分布具有较强的异质性,粮食生产服务的高值区与水质净化服务的低值区主要分布于湖北省中部和东部的耕地集中区域,碳固持与水源供给呈现相反的空间特征.(2)生态系统服务权衡关系的作用强度随尺度增加而减弱,而协同关系呈增加趋势;同时服务间相互作用强度的变化大于作用方向的变化.(3)景观配置对生态系统服务的影响程度在县域和市域尺度上大于格网尺度.结果反映了受尺度变化中"削峰填谷"过程的影响,景观配置对生态系统服务影响的大小和正负效应具有尺度差异性.研究结果可为区域生态系统服务分级管理和景观格局调控提供科学参考.