近30年来,羌塘高原野牦牛(Bos mutus)种群数量虽缓慢恢复,但仍为野生有蹄类中仅有的易危物种.由于其对人为活动规避明显且具有极强的攻击性,野牦牛栖息地分布和质量数据仍很匮乏.把野外调查与最大熵(Maxent)、土地利用模拟模型(FLUS)、InVEST三种模型相结合,系统分析羌塘高原野牦牛栖息地分布及其影响因素,并通过未来气候、未来土地覆被和未来食物情景构建2050年不同温室气体排放浓度(RCPs)情景下羌塘高原生境状况,预测栖息地变化状况,以期为青藏高原生物多样性维护提供数据支撑.结果发现:2020年前后野牦牛栖息地总面积为25.1万km2,集中分布在那曲市北部,阿里地区分布零散.栖息地以草原和荒漠为主,部分位于冰川区,野牦牛对气候条件反应敏感,偏好生活在暖季降雨量约在200mm,冷季降雨量约1 0mm,年最低温度-30℃的区域,坡度耐受性高.约92％的野牦牛栖息地位于羌塘国家自然保护区内,仅有南部约1.2万km2栖息地与人类活动交叠明显.2050年前后羌塘高原暖湿化明显,草原面积增加,野牦牛栖息地将向西北部无人区扩张,目前栖息地分布较零散的阿里地区也将出现大面积高质量栖息地,三种RCPs情境下栖息地面积分别为28.2万km2(RCP2.6)、28.4万km2(RCP4.5)和28.0万km2(RCP8.5),新增栖息地以极重要栖息地为主,边界与羌塘自然保护区范围更加吻合,自然保护地体系建设将有力支撑野牦牛的保护.

陆地生态系统碳储量作为全球碳循环研究的基础,与土地利用变化密切相关.生态保护-永久基本农田-城镇开发边界红线(简称"三线")是国土空间规划的核心,能较好地约束土地利用,进而对碳储量造成影响.以武汉城市圈为例,采用Markov-FLUS耦合模型模拟"三线"约束下的土地利用变化情景,并运用InVEST模型定量研究不同情景下土地利用变化对碳储量的影响.结果表明:①2000-2015年武汉城市圈耕地、林地、草地和未利用分别减少了 1267.582、112.703、24.896、42.14 km2,建设用地和水域分别增加了 1092.282 km2和355.039 km2.2035年"三线"约束情景下耕地减少面积小于自然发展情景,林地实现了增长,新增建设用地被引导至城镇开发边界红线内聚集.②2000-2015年武汉城市圈总碳储量呈连续递减势态,其中武汉市碳储量减少量最大."三线"约束情景下碳储量和地均碳密度下降幅度明显变小,武汉市碳储量减少量仅为自然发展情景的44.89％.③耕地-建设用地之间的转换是引起碳储量剧烈变化的主要原因,土地利用强度与碳储量呈显著负相关,较低强度带的碳储量最高.因此,"三线"约束下的武汉城市圈土地利用能合理统筹布局生态-农业-城镇等功能空间,减缓碳储量的损失,对区域国土空间优化具有重要意义.

伴随城市的快速发展,土地利用格局也随之发生变化,对城市生境质量造成显著影响.探究在生态文明建设及生态宜居城市建设下的中山市生境质量的时空分异特征,运用FLUS及InVEST模型评估中山市1995—2026年土地利用、生境质量及生境退化时空分异特征.研究显示:(1)1995—2018年期间中山市土地利用以向建设用地转化为主,其中2000—2010年期间的土地利用变化速度是研究期间内变化最明显的.(2)2000—2010年生境质量变化是研究期间内最明显,生境质量下降的面积达18.98％,而1995—2000年间生境质量上升最明显;中度及以上退化地区面积自1995年逐步上升,并于2010年后逐步稳定在12％左右.(3)通过分析得出中度及以上生境退化区主要分布在建设用地缓冲区0—300米、坡度在0—6°地区,由此得出2026年生境主要退化地区,为进一步的生态规划提供一定参考价值.

生境质量的高低成为测度地区生态健康及可持续状态的关键因子.广东省生态质量及退化过程复杂,目前对该领域的研究较为薄弱.利用FLUS-InVEST耦合模型,对广东省1980-2020年生境质量变化及未来2020-2035年生境质量趋势进行研究.得出以下主要结果:(1)林地、耕地为广东省的主要土地利用类型,构成了地表覆盖景观基质;建设用地增加迅速,40年间面积翻了 1.2倍;耕地锐减,面积比由27.1％减到22.8％;如果继续保持历史变化趋势,未来15年间建设用地面积将继续增加,耕地面积则减少至不足22％.(2)林地集中连片区域主要在北部生态发展区,耕地集聚分布于东西两翼,除几个大的水库图斑外,湿地在整个研究区都有分布;北部生态发展区域内的林地表现出破碎化特征,部分区域耕地、湿地都有减小和破碎化趋势.(3)过去的40年,生境质量变好的区域面积占比最大(44％),其次是未变化(29％)和减小的区域(27％),其中,约79％的区域指数值增减在-0.1-0.1之间;未来15年里,质量指数继续增大的区域面积比例将减少到39％,继续减小的比例将增大到31％;粤港澳大湾区局部低级别生境有连片的趋向.(4)即使没有土地利用类型转换变化,部分区域的生境质量也有增加或减小的变化;但存在土地利用类型变化的区域,生境质量变化的强度更大.以上结果说明,广东省生境质量总体较好,但局部有变差的态势,土地利用类型变化与生境质量的响应关系较为复杂.认知区域生态环境的特征,加强土地利用变化与生境质量响应关系及其机理的探究,可为目前正在实施的生态修复工作提供研究支持.

城市地区虽然只占世界陆地面积的2％,却产生了全球约75％的碳排放,而科学合理的土地利用和管理方式可以重新固定大约60％—70％已耗损的碳.因此基于土地利用类型核算碳储量并探究城市土地利用变化其对碳储量的影响,能够揭示碳储量时空变化规律,为双碳目标下国土空间规划提供科学依据.基于1990—2018年北京市土地利用数据,利用InVEST模型测算1990—2018年北京市碳储量变化,再利用FLUS模型,分别测算自然演变情景、人口疏解城市发展情景、绿色集约生态保护情景3个城市发展情景下的土地利用变化,接着采用InVEST模型预测2035年3种情景下的碳储量变化,最后借助空间自相关模型对其进行分区管理研究,并基于此提出北京市未来城市发展与低碳城市建设规划建议.基于研究得出以下结果:(1)2000—2010年是碳流失较严重时期,碳储量下降了4.3％,而2010年后碳流失相对缓和,且在2015年后得到明显改善,2010年至2018年碳储量提升了3.5％.(2)除自然演变情景外,两种情景下的未来碳储量预测值均会进一步增加,且绿色集约生态保护情景的碳储量预测值最高,为16.39×106 t,比最低的自然演变情景高出7.5×105 t.(3)局部空间自相关分析结果显示,3种情景下的碳储量值在空间分布上具有相似性,碳储量高值区域在城市北部、西北部及西部区域出现集聚,低值区域则在中心城区聚集.

喀斯特地区生态系统脆弱,对气候变化响应敏感,空间异质性强,碳汇潜力大.喀斯特生态治理对土地利用格局的改变,会导致生态系统碳储量的显著变化,对陆地生态系统碳循环和区域生态安全具有深远影响.以喀斯特典型区南北盘江流域为例,运用InVEST模型和热点分析评估流域2000-2020年土地利用变化对碳储量时空分布的影响,根据碳储量集聚特征使用FLUS-Markov模型分区预测生态系统碳储量对不同土地利用模式的响应.结果表明:(1)2000-2020年,研究区土地利用类型由高碳密度的地类转为较低碳密度的地类,致使生态系统碳储量呈减少趋势,累计损失90.36×105tC.(2)2000-2020年碳储量在空间上呈现"西低东高"的格局.热点区集中分布在东部和东南部,冷点区主要分布在西部和西南部,弱显著区大多在北部.(3)各热点分区在不同模式下固碳能力差异显著.热点区在不同模式下的平均碳密度均大于155.40t/hm2,显著高于2020年南北盘江流域的平均碳密度143.59t/hm2,整体固碳功能突出;弱显著区的碳汇能力与研究区平均水平相近,自然发展模式(NDP)和经济建设模式(ECP)下碳储量损失较少;冷点区在NDP、ECP下碳储量损失剧烈,但在生态保护模式(EPP)下碳汇增加速率为1.38×105t/a,明显高于弱显著区(0.30×105t/a),碳汇潜力较大.总体上,EPP影响下的土地利用格局固碳能力优于NDP和ECP.该研究可为喀斯特地区土地利用格局优化和生态系统管理提供科学依据.

研究未来不同情景下土地利用变化对区域生态系统服务的影响,可以为城市可持续发展的规划和决策提供有效支持.以京津冀城市群为研究区域,首先利用未来土地利用模拟(FLUS)模型模拟 2045 年自然发展情景、耕地保护情景和生态保护情景下的土地利用空间分布格局,并结合InVEST模型模拟研究区不同情景下的生境质量、产水量、碳储量、土壤保持量和水质净化服务,在此基础上运用层次分析法构建综合生态系统服务指数(CES),从空间上反映多种生态系统服务的供给总量,研究不同情景下土地利用变化对生态系统服务功能的影响.研究结果表明:①FLUS模型的模拟精度较高,适用于研究区的土地利用模拟.②在生态保护情景下,除产水量相比 2015 年下降 2.47％外,其他几种生态系统服务均有最大幅度的上升,且这 4 种生态系统服务在西北山区都出现增加的现象;自然发展情景下,城镇用地和农村居民点的扩张引发了大量的碳储量和生境质量损失;耕地保护情景下,水质净化能力出现最大程度的下降.③自然发展情景下京津冀区域CES的损失最大.CES下降幅度最大的区域主要发生在林地被城镇用地侵占,其次是林地被农村居民点侵占的地区,导致生境质量、碳储量和水质净化能力同时下降;在生态保护情景下,林地的增加促进了多种生态系统服务功能同时提升,京津冀区域的CES大幅提高,表明生态保护情景是最有利于可持续发展的土地利用方案.但同时需注意大量造林可能带来的水资源短缺,要因地制宜保护生态环境.研究结果可以为京津冀城市群可持续发展政策的制定提供参考依据,为研究未来不同政策情景下土地利用变化对生态系统服务的影响提供新思路.

明确土地利用变化对生态系统固碳服务的影响对于探索基于自然的碳中和解决方案至关重要.以浙江省为研究对象,运用InVEST模型和FLUS模型,分析2000-2021年土地利用变化及其对生态系统固碳服务的影响,并分别预测2035和2050年土地利用格局在自然发展、生态保护和耕地保护3种情景下的生态系统固碳服务潜力及其经济价值.结果表明:2000-2021年,浙江省耕地、林地、草地和水域面积不断减少,建设用地面积不断增加;浙江省生态系统固碳服务总量减少2996.58万t,固碳服务净收益为-17071.84万美元;生态系统固碳服务分布呈现西南高、东北低的空间格局.未来浙江省生态系统固碳服务总量均在生态保护情景下最高,耕地保护情景次之,自然发展情景最低.预计2021-2035、2021-2050年,浙江省生态系统固碳服务在生态保护情景下将分别增加323.26万和473.00万t,产生固碳服务净收益分别为7707.86万和11183.91万美元;在耕地保护情景下将分别减少1013.18万和1616.11万t,产生固碳服务经济价值净流失分别为24138.49万和38191.09万美元;在自然发展情景下将分别减少1164.90万和1616.51万t,导致固碳服务经济价值净流失分别为27753.93万和38200.63万美元.在积极应对气候变化和推动实现碳中和目标背景下,浙江省应着力保护林地、草地和水域等生态用地,扩大生态用地规模,优化生态用地空间结构,不断增强生态用地的固碳增汇功能.