长江流域是我国的经济重心和生态保育区,揭示其生态系统服务价值(ESV)的历史演变和发展趋势对支撑长江流域的生态经济系统持续发展具有重要意义.采用长江流域1992-2018年逐年土地利用数据,构建了基于修正系数的ESV评估模型和FLUS-Markov 土地利用预测模型,解析了全流域ESV的历史演变特征和未来2030年变化趋势.结果表明:(1)2018年长江流域的ESV总量11.68×1012元,1992-2018年ESV呈上升趋势,年均提高297.00×108元;(2)供给服务价值是流域ESV的最大贡献源,占总量的48.3％—51.8％,文化服务价值是增长最快的贡献源,1992-2018年增长了 52.5％;(3)上游地区是长江流域ESV最集中的区域,上游ESV占全流域的45.15-46.8％,从1992年到2018年,长江流域ESV重心有向下游流动的趋势;(4)2030年长江流域的建设用地将进一步扩展,同时耕地、草地面积有下降的风险,2030年长江流域的ESV新增量达到0.36×1012元,主要来自娱乐和气候调节服务价值的提升;(5)开展逐年尺度的ESV演变分析可有效降低变化趋势判断的不确定性,有利于获得精细、可靠的趋势判别结果.

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.

流域在不同发展目标定位下的土地利用需求有所不同,科学合理调控土地利用变化是实现流域土地资源高效利用、生态-社会-经济协调发展的重要基石.以饶河流域为例,基于Markov-FLUS耦合模型综合考虑自然人为两方面,选取12类驱动因子,以2005年土地利用数据为初始值,利用2010、2015年实际土地利用类型数据进行验证改正模型,结合惯性发展、耕地保护、生态优先等情景设置,对2035年饶河流域土地利用进行模拟分析,以满足流域不同发展目标导向下的国土空间优化配置.研究结果表明:(1)该模型在饶河流域的适用性较强,模型总体精度达到98.01％,Kappa系数为0.9627,大于0.80,为今后该区域的土地利用模拟提供了方法借鉴.(2)3种情景设置基本满足饶河流域不同发展诉求,针对不同发展目标,流域土地利用结构变化明显,其中耕地、建设用地变化显著.(3)惯性发展情景、耕地保护情景、生态优先情景下,建设用地扩张趋势分别为39％、16％、12％,表明落实耕地保护、生态优先政策需要加强约束建设用地扩张,进一步调整用地结构以提高土地利用效率.综上所述,基于Markov-FLUS模型对饶河流域土地利用进行多情景模拟,可以为流域未来国土空间规划及社会经济发展决策提供基础支撑和多重视角,对土地资源高效利用和生态环境保护具有重要意义.

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.