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.

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.

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.

生态水文调节服务是生态系统服务的重要组成,能够有效调节地表径流,缓解暴雨洪涝灾害.但由于城市建设扩张、生态环境退化、极端降雨频发等因素,导致生态水文调节服务出现供需失衡.平原城市中地形水动力较弱及城市发展需求高的特征更是加剧了这种现象.基于生态系统供需视角,以生态水文调节率表征城市生态水文调节服务的生态供给,以暴雨洪涝风险表征城市生态水文调节服务的社会需求,构建应对暴雨洪涝灾害的平原城市生态水文调节服务供需研究框架.以典型平原城市天津市为例,应用SWAT模型、随机森林模型和ArcGIS定量测度城市生态水文调节服务供需水平,划分四种供需空间匹配类型,识别供需失衡关键区域,并进行五级规划干预等级分区.结果表明:(1)供给能力呈现"东南沿海高,西北近山低"的空间分布;需求水平表现出"多中心聚集,圈层向外递减"的分布规律.(2)供需空间分布呈现正相关关系,低供-低需在四种供需匹配类型中占据主导,同时空间聚集性最明显.(3)规划干预分区存在明显的空间差异,优先干预区占比5.41％,整体与建成区分布一致,大部分集中在市内六区,其次分布在滨海新区核心区,是未来规划治理的重点.研究结果为城市规划管理从生态水文调节服务供需视角防控平原城市暴雨洪涝灾害提供科学依据.

水文调节服务是流域生态系统所提供的重要服务之一,认识流域生态系统水文调节服务空间变异规律及其驱动力,对于流域生态系统保护与恢复、合理开发利用水资源具有重要意义.以洪涝灾害频发的长江流域为对象,运用变异系数法和多元统计方法,在子流域尺度上研究了长江流域生态系统水文调节服务空间特征及影响因素.结果表明,长江流域子流域生态系统水文调节服务呈现出明显的空间异质性,水利工程密集、自然植被覆盖率高达71％的金沙江和汉江水系各子流域水文调节服务最强,降雨与径流变异系数差为0.477;农田和人口密集的嘉陵江水系各子流域水文调节服务最弱,降雨与径流变异系数差为-0.474,其他子流域水文调节服务作用不明显.影响水文调节服务的主要因素是:水库库容、自然植被面积比例、农田面积比例、单位面积人口数,其中:水库库容和自然植被面积比例对水文调节服务具有正向促进作用,农田面积比例和单位面积人口对水文调节服务的作用正好相反 水库库容对子流域生态系统水文调节服务空间异质性的贡献最大(58.85％).上述结果有助于科学认识长江流域生态系统水文调节服务空间分异规律,可为制定不同子流域生态保护与恢复措施、提升子流域生态系统水文调节服务提供科学依据.

生态系统服务功能的改变以及生态系统服务价值的核算是区域生态规划、生态资产管理以及生态补偿的重要依据.基于 RS、GIS技术以及生态系统服务单位面积价值当量评估方法, 对平顶山市 1995—2015年间 3个时段遥感影像进行解译及比较分析,研究表明: 研究期内, 平顶山市生态用地发生"林地水域增加, 农田草地减少"的结构变化特点.研究期末平顶山市生态系统服务价值呈增长态势, 20年间生态系统服务价值一共增加129.05亿元.就生态系统服务类别而言, 平顶山市调节服务与文化服务分别增长2.53%和0.22%, 支持服务和供给服务分别下降1.35%和1.42%.从生态系统服务功能来看, 平顶山市水文调节功能价值增长最多, 20年间一共增长70.70亿元, 而食物生产功能价值下降了 10.53 亿元.森林生态系统和水域生态系统覆被增长是平顶山市生态系统服务功能增长的主要因素, 农田生态系统的减少是食物生产、原料供给功能下降的主要原因.研究结果可以为平顶山市生态用地布局以及生态系统服务演变提供数据支撑, 也可为未来平顶山市生态资产管理、生态规划以及生态补偿提供理论依据与技术方法.

快速城市化背景下,定量评估土地利用/覆被变化对生态系统服务的影响对区域生态环境建设具有重大意义.本文以典型华北平原农区商丘市1990-2015年3期土地利用分类图为基础,对商丘市土地利用和生态系统服务进行时空动态变化分析,并通过构建影响程度评估模型将各类型土地利用变化对生态系统服务的影响进行定量研究.结果表明:1990-2015年,耕地和建设用地面积占研究区总面积的95％以上,变化量最大,分别为-104.38和201.59 km2;林地、草地和水域面积变化幅度最大,分别是79.3％、-73.7％和-24.2％;生态系统服务总价值持续下降10.05亿元,其中,水文调节服务价值下降最多,生态系统服务价值(ESV)在空间上呈现出“西增东减”的趋势和以市区为中心东西向延伸的“高-低-高”分布格局;耕地和水域对生态系统服务总价值贡献率达95％以上,对生态系统服务的影响最大;商丘市土地利用和ESV变化的主要驱动力是人口压力、经济增长、区域政策和城市规划.在未来的城乡发展规划中,需更加重视自然资源保护,合理调整土地利用结构,实现经济社会与生态环境的可持续发展.

土地利用变化改变土地原有的生态系统服务价值(ESV)和功能,关系地区可持续发展.选择沿海城市厦门市为研究区,利用1989、2000、2010年3期土地利用数据和相关文献数据,采用土地利用动态度、转移矩阵方法,ESV等指标计算分析了厦门市土地利用的变化及其对ESV的影响.研究结果表明:1989-2010年厦门市土地利用综合动态度为同时期全国水平的5倍多.该时期厦门市和全国建设用地动态度均高于其他地类.其中2000-2010年间,厦门市土地利用综合动态度是1989--2010年间近5倍(458.94％);在厦门市与各沿海地区对比中发现,1989-2010年整个沿海地区建设用地的动态度都高于其他各个单一地类.各沿海地区建设用地动态度大小排序为浙江沿海＞厦门＞福建沿海＞江苏沿海,厦门市排序靠前.空间特征上,厦门市建设用地的增加主要是由滨海带滩涂的填埋和耕地的占用,处于北部的林地基本稳定.研究期1989-2010年间,厦门市ESV总量一直处于下降趋势,其中2000-2010年ESV总减少量(1.2亿元)是1989-2000年总减少量(1000万元)的十余倍(1382.57％).研究区由于水域和耕地的大面积减少,导致水源涵养、废物处理等生态系统服务功能趋于弱化,最终致使各类ESV成分在1989-2010年间整体上均处于下降趋势.下降幅度最大的仍然是水文调节和废物处理,食物和原材料生产变化幅度最小.1989-2000阶段中保持土壤ESV变化的贡献最大,2000-2010阶段中水文调节ESV变化的贡献最大.2010年厦门市单位面积ESV在东部沿海地区中处于较低水平.反观厦门市2000-2010年远高于全国水平的土地利用动态度,表明厦门市在未来的城市建设中应当划出生态红线,加强对具有关键生态功能的生态用地保护,特别是水域和北部的林地.