文摘

未来的生态躺在促进生态经济、资源节约和环境友好型社会,生态系统服务的研究。本文应用加权泰森多边形法图来模拟中原城市群的生态系统服务能力,中国,利用遥感和地理信息系统。结果表明,(1)与传统的泰森多边形法图相比,加权泰森多边形法图表达更准确的生态系统服务范围,(2)研究区生态系统服务的总价值是2015年5757亿元。最大值大于最小值约为2538亿元。单位森林生态系统已得到改进后的系数是修改,和生态系统服务的价值达到32638 .87点元/嗯²(3)建设生态系统的服务价值有很大的影响生态系统服务的总价值;开封城市的整体活动效果是最可观的,和(4)具有较强的生态系统服务能力有很强的影响吞并了周边地区的生态系统服务能力薄弱。和吞并的距离成反比。距离越近,附件将会越强。

1。介绍

人类社会的生存取决于生态系统的承载能力(1,2]。认为自然资源和生态资源开发环境是免费的原因超过生态系统的基本能力。反过来,这导致了生态系统服务功能的降低或完全丧失3,4]。现在,超过三分之二的全球生态系统提供的服务已经开始减少(5];这一趋势可能无法有效地逆转在未来50年3,4,6]。资源、生态和环境危机已经严重威胁中国的发展;中国在可持续的方式发展,科学研究必须建立宏观生态安全模式和之前定义的关键生态空间保护。因此,探索一种科学有效的方法描述生态系统服务具有积极意义的范围在促进生态系统服务的协调发展,建立和完善生态保护政策。

生态系统服务功能被定义为“自然,人类的生存依赖于与所创建和维护生态系统和生态过程”(7]。描述生态系统服务功能更加直观,Costanza et al。8]生态系统服务价值进行了评估,已成为一个关键的生态研究的话题。Estoque和村上教授9]发现,该地区的城市在碧瑶夏季菲律宾首都,在研究期间不断扩大,生态系统服务价值下降到40%,在研究的开始。Gomez-Baggethun和巴顿10]发现传统单调的城市规划是片面的,而一个社会经济指标无法保证平衡的生态和经济社会的发展。此外,引入生态系统服务价值对人类社会的发展产生积极的影响。苏et al。11)主要研究杭嘉湖平原农业生态的区,天目山森林生态区域,杭州城市生态区域,千岛湖流域森林和湿地生态区域和分析城市化对区域生态系统的影响。使用来自世界各地的研究[12- - - - - -17),Costanza et al。6)总结了生态系统服务价值评估和进一步提高他们的评价。然而,关键的生态系统服务价值的研究仍然存在:例如,对生态系统服务的报道应如何分隔?生态系统服务覆盖量化的方法应如何发展?

泰森多边形法图是分区已被证明是高度相似的一些自然结构;因此,他们已经被广泛的研究领域包括气象、地质、测绘、考古学、分子化学、生态学、和计算机科学18,19]。泰森多边形法图主要应用于选址和影响范围的确定不同的对象。秦和施20.)利用泰森多边形法图检查大型居住区的空间分布,最终使得规划建议。风扇等。21)集成泰森多边形法图与空间相互作用模型探讨科尔沁沙地中间横幅,在内蒙古,并提出提高该模型的方法用人口规模和城镇中心集成模型和加权泰森多边形法图。传统的泰森多边形法图通常用于描述地面物体的均匀度和基于均匀分布的原则;然而,他们可以更好地解决实际问题后,一些合理的改善。例如,引入权重可以弥补传统制服泰森多边形法的缺陷图(22- - - - - -25]。李等人。26和苗等。27)用泰森多边形法图检查公园在沈阳和北京的湿地功能区域,分别确认使用这个方法在生态系统研究的可能性。尽管如此,仍有发展的空间在研究生态系统服务和提高评估准确性。

探索合适的方法,研究生态系统服务覆盖地区,我们将泰森多边形法图和加权泰森多边形法图引入到生态系统服务价值研究和基于实际情况分析生态系统服务覆盖。这种方法有助于量化生态系统服务的研究不仅在固定的点,而且各地区。中原城市群是中国七大城市群之一;这是中原经济区的重要发展区域。最近这个地区社会和经济的快速发展改变了该地区的生态系统类型,进而导致覆盖地区的生态系统服务价值的变化。为了探索一个合理的方法,评估生态系统服务覆盖地区,我们将生态系统服务的价值,也就是说,用经济的方法来描述生态系统服务的力量。的深入,我们介绍了泰森多边形法图和加权泰森多边形法图来模拟和分析生态系统服务领域。泰森多边形法图,欧几里得距离映射和等级分配地图比较各级探索加权泰森多边形法图的可行性,从而提高生态系统服务的空间评估实践和提供了未来生态系统服务的研究范围。

2。研究区和数据资源

2.1。研究区域

中原城市群(如图1)位于河南省中部,中国;总面积58700平方公里,包括9个城市:郑州、洛阳、开封、新乡、焦作、许昌、漯河、平顶山、济源。这个领域是一个重要的增长点,不仅河南省中原经济区的也。2015年,聚集的国民生产总值是2.19×10⁹元,其人口是4.15×10⁸。它有一个好的自然环境与不同的土地资源分布较广,温带季风气候,高地形在西部和北部,东部和南部低地形。中原城市群的东部地区位于华北平原,是一个重要的粮食生产基地,主要由农田。的太行山西部和北部是森林资源的重要生产基地。给定的前提下生态和经济发展必须不断提升,有必要保护区域生态保持平衡在区域生态系统服务。因此,我们研究不同生态系统在该地区的生态系统服务覆盖和区域规划提出建议。

2.2。数据源

我们的目标是验证加权泰森多边形法图的适用性生态系统服务价值研究和小重视时空生态系统服务价值的变化。加权的泰森多边形法图中原城市群的生态系统服务价值在2015年创建检查他们的生态系统服务研究的意义。土地利用类型显著控制区域生态系统服务功能和常用指标的区域生态系统服务价值28]。我们获得了研究区域的土地利用图解释陆地卫星奥利图像2015年4月,在生长季节和图像选择云层较低的百分比。我们使用手册解释方法获得土地利用遥感图像地图。土地利用是分为四个主要类型:农田,森林,水,建筑面积。评估土地利用图的准确性,我们选择110个随机点的地图。河南省土地利用阿特拉斯(1:1:100000)和高分辨率卫星图像从谷歌地球被称为验证地图。因此,土地利用图的整体精度为91.3%,Kappa系数是0.88。

3所示。研究方法

基于Costanza和戴利(13测量和计算的全球生态系统服务价值和“生态中国每单位面积生态系统服务价值等价”表建立了谢在al。29日根据中国的实际情况,本文认为中原城市群的实际情况提出一个新颖的研究方法,引入修正系数的研究区域的生态系统服务价值。利用ArcGIS 10.1和MATLAB来描述生态系统服务价值的空间分布在中原城市群。结果颜色等级相比,传统的泰森多边形法图和加权泰森多边形法图来分析这些方法的优缺点在生态系统服务价值评估(图2),并提供一个新的视角对生态系统服务价值的研究。

3.1。生态系统服务价值的修正系数模型

基于先前的研究[13,29日,30.)和现实世界的区域条件,评估生态系统服务价值系数(如表所示1)是改善。我们提出一种改进的模型基于粮食产量(1)和一个校正系数模型,生态系统服务价值(2)。 在哪里E_一个的值是食品供应服务单位农业生态系统生态系统单位(元),是作物面积(嗯²),是农作物单位面积产量(公斤/嗯²),是作物的名义平均价格(元/公斤),是总播种面积(嗯²),表示生态系统的等效值对于功能 ,和生态系统服务的功能吗在th生态系统类型相对于食品供应农业生态系统所提供的服务。的研究区域的计算是1493.77元/嗯²。生态系统服务价值的修正系数表中列出1。

3.2。生态系统服务价值(ESV)模型

生态系统服务价值(ESV)模型是有效的估算基于不同生态类型的生态系统服务价值(30.所示),表示为(3)和(4)。 在哪里生态系统服务价值(元)的面积是我th生态系统类型和表示函数的等效系数生态土地 。

3.3。泰森多边形法图

泰森多边形法图(缩写为V图,如图所示3)在1908年提出的乌克兰数学家泰森多边形法,并应用于高维空间。通过假设一组离散点的欧氏平面上 ,其中任何两个任意点noncoincident(例如, )和nonconcyclic任意四个点,是计算 在哪里 点之间的欧几里得距离吗和 。因此,从每一个点的距离属于更接近于比任何其他点 的离散点集 。

3.4。加权泰森多边形法图

尽管泰森多边形法图可以描述一些自然环境的基本特征,他们无法提供一些相对复杂的地面对象的条件。基于传统泰森多边形法图、加权泰森多边形法图(如图4)介绍体重指数和传统的欧氏距离转化为加权欧氏距离(31日]。考虑到 ,非负实数权重 介绍了;因此,点之间的加权距离和是

然后,应该修改

当 、加权泰森多边形法图成为传统的泰森多边形法图。

4所示。结果和分析

4.1。生态系统服务价值评估

中原经济区最近在中国一个重要的经济发展区域;更重要的是,它还刺激的关键地区中国中部地区的发展,促进中国经济的平衡发展。因为中原城市群的关键地区的中原经济区,其总体经济发展作为模型,其他地区的发展。因此,适当的生态系统规划的集聚和平衡的生态和经济发展地区增强其竞争力,并鼓励其他地区的发展。

生态系统服务价值评估完成之前,Costanza和戴利(13和谢等。29日)进行系数修正的生态系统服务价值研究区域根据实际情况。表中列出的结果2。

的生态系统服务价值系数表2和不同土地利用的生态地区的卫星影像判读后中原城市群一体化的生态系统服务价值评估每个地区的土地利用。结果如图所示5。

中原城市群的生态系统服务总价值在2015年是5757亿元。洛阳的生态系统服务价值是最高的,占总额43.93%的地区;相比之下,漯河的只有地区总数的1.42%。此外,洛阳的森林生态系统贡献最总生态系统服务价值的城市,占总数的89.09%。开封的生态系统服务总价值是282.59亿元,其中农业生态系统的价值是482.16亿元,而建设生态系统扩张造成的价值损失高达280.37亿元。结合行政区域的生态系统类型可能导致生态系统服务价值的差异。具体来说,更高比例的森林和水生态系统的地区将增加该地区的生态系统服务价值,从而产生积极的影响你的邻居的生态系统。

4.2。模拟生态系统服务覆盖

类似于社会服务、生态服务覆盖的强度直接相关。过去无法确定生态系统服务研究领域的多个服务功能的影响。例如,气候调节的生态系统服务功能的森林生态系统是受多种因素影响,不可能准确地评估特定的服务覆盖。因此,选择一个合适的角度测量和计算生态系统服务覆盖在先前的研究可以弥补不足。

生态系统服务价值量化各种生态系统服务功能和直观的方式呈现出来。这个变量的出现将生态系统服务覆盖模拟和分析使用一个经济的方法。由此产生的泰森多边形法图如图6在一个地图均匀分布;然而,有相当多的城市生态系统服务价值之间的差异。均匀分布不能正确描述生态系统服务的实际覆盖范围。因此,生态系统服务价值提出了不同区域的加权泰森多边形法图,这在一定程度上弥补缺陷的表达服务覆盖传统泰森多边形法图。

所有城市的生态系统服务价值在中原城市群作为体重指数改善原来的泰森多边形法图,如图7。这些结果和图中的数据5,证明洛阳的生态系统服务价值占总数的很大一部分中原城市群的生态系统服务价值。它的影响明显大于其他城市。集成不同服务边界的数据5和7表明,以洛阳为例,城市的生态系统服务价值范围明显扩大,这是高度相关的更大的生态系统服务价值的城市。较低的地区服务的价值,例如济源和深,除了保留报道,某些区域影响的地区更大的生态系统服务价值。如果生态系统服务价值更大,服务覆盖更广泛。在某种程度上,这些地区的影响和补偿较小的区域生态系统服务价值。

强调的交互和不同区域的生态系统服务之间的关系,我们分类生态系统服务覆盖使用詹金斯自然分类方法分为五种类型:高,中等高,中期,中低收入和低强度区。传统的泰森多边形法与加权图比较的图8。

如图8、地区可能有各种各样的相互影响,虽然每个地区的中心主要是受地区本身的影响。此外,更大的地区生态系统服务功能补偿能力较低的地区,掩盖原来微不足道的生态系统服务功能的区域服务能力较低。席卷不同地区生态系统服务交互可以监测和人工控制。合理分布在研究区生态系统将大大提高一个地区的生态系统服务能力,因此其生态系统服务质量。如果逐步逐步减少不同类型的生态系统服务功能可以被成功地确定,有可能更准确地评估生态系统服务的影响和覆盖率。

从生态系统服务总价值在图8生态系统的类型,占据了总可以看到生态系统服务和各种类型的生态系统服务覆盖率可以研究。因此,土地利用类型分布的不平衡地区之间。我们说明了农业生态系统的生态系统服务功能和覆盖率,森林生态系统、水生态系统,建设生态系统中原城市群地区的数据9- - - - - -12。

扣除济源,漯河,焦作的农田生态系统服务价值研究区域未来数十亿元。数据显示9- - - - - -12少,很明显,地区农田生态系统服务功能影响更显著的地区更大的功能。区域划分,相比传统的泰森多边形法图、加权泰森多边形法图也考虑农田的实际空间分布。此外,相比传统的泰森多边形法图,使用颜色分级表示生态系统服务价值,削减加权图反映了进步的空间和生态系统服务的不均匀性,更代表现实。传统的生态系统服务价值评价只考虑城市的生态系统服务功能,但不是城市之间的直接交互,而加权泰森多边形法图可以更好地解释这些交互。建设生态系统造成负面的生态系统服务价值和降低整体的生态系统服务功能。因此,在计算过程中,所有建筑被积极的价值观。影响力的领域是那些更深受建筑生态系统的影响。这些区域的生态系统服务价值损失明显高于其他地区。城市化水平较高的地区和更广泛的施工经验强的减少。在研究区,有更多的森林生态系统在西部和东部的少。 Thus, areas with higher forest ecosystem service capabilities impose greater influences on areas with lower capabilities. Luoyang has vast forest ecosystems. Strong forest ecosystem service capability is the basic characteristic of the city’s ecosystem services; Luoyang’s ecosystem service value is 6.91, 7.32, 15.06, 119.42, 10.15, 27.3, 27.3, and 323.29 times of those of Xinxiang, Jiyuan, Jiaozuo, Kaifeng, Zhengzhou, Xuchang, Pingdingshan, and Luohe, respectively. Engulfing effects and compensation due to the forest ecosystem services of Luoyang gradually weaken with distance. However, the low-impact forest ecosystem service area of the city still has relatively significant effects on other areas. The weighted Voronoi diagrams, compared to the traditional Voronoi diagrams, have the advantage of intuitively presenting ecosystem service capabilities and their coverage over space. The coverage of water ecosystem services and the actual distribution of water ecosystems are relatively strongly correlated. The Yellow River runs through the central and the central-north regions of the Zhongyuan Urban Agglomeration. Rivers in Luoyang are widely distributed, which places Luohe in a low-impact water ecosystem service area. This distribution of high-impact areas in the northwest and low-impact areas in the northeast matches the satellite image interpretation results. Comparison between the satellite image interpretation (Figure13)和生态系统服务覆盖地图显示,高,中期,和低强度的生态系统服务领域直接相关的不同类型的生态系统在不同的城市,进一步确认加权泰森多边形法图适用于模拟生态系统服务的覆盖率和为这些研究提供一种新方法和方向。

5。讨论和结论

5.1。讨论

本研究采用城市作为调查生态系统服务覆盖的中央点。该方法考虑整个区域,从而介绍了生态系统服务的空间分布,为生态系统服务覆盖的研究提供一个新的视角。然而,这种方法忽略了生态系统非均匀分布,生态系统内的分布地区,生态系统之间的交互,减少生态系统服务覆盖研究的准确性。因此,在未来的研究中,可以获得更好的结果如果定点研究可以进行不同的土地利用类型。

生态系统服务功能分类使用詹金斯自然分类方法。虽然这个方法可以一定程度上揭示了研究课题的基本特征和数据,它忽略了渐进减少服务的服务提供者的服务和接受能力。适当的调查,不同的生态系统服务的逐步减少距离,和不同服务提供商的录取率,新方法可以更好的应用到实际的生产活动。

5.2。结论

中原城市群的生态系统服务总价值在2015年是5757亿元。洛阳的总生态系统服务价值是最高的,达到2676.65亿元;漯河是最低的,仅为138.81亿元。地区之间的差异是巨大的。森林生态系统具有最大的单位面积生态系统服务价值3.2639万元嗯。与此同时,建设生态系统服务价值显著降低不同生态系统类型的服务价值。不断扩大的建筑生态系统的生态系统服务价值减少了郑州370.12亿元,最引人注目的下降在开封。

相比传统的泰森多边形法图、加权泰森多边形法图更适合研究生态系统服务覆盖。两者之间的比较表明,生态系统服务的空间覆盖了加权泰森多边形法图更好的符合实际情况。传统的泰森多边形法图描述统一的生态系统服务和疏忽造成的差异在实际服务覆盖地区差异。在加权泰森多边形法图,高的地区,生态系统服务功能部分吞噬,补偿能力较低的地区。这些席卷和补偿动作是两个区域之间的距离成反比。当两个生态系统相互接近,它们的相互作用更强。能力是较低的地区更容易吞没能力,较高的地区和前者的生态系统服务是增强。这些措施在一定程度上导致该地区生态系统的空间和时间分布,促进不同地区的结合,从而提高整体区域生态系统服务功能。

生态系统服务覆盖农业生态系统、森林生态系统、水生态系统,和建设生态系统分别进行了研究,结果与实际情况相比。我们发现这两个同意相对较好,再次证明了加权评估生态系统服务覆盖的泰森多边形法图表现良好。不同生态系统类型的服务覆盖也检查了。我们发现,对于较大的差异在不同地区之间生态系统类型和大小,加权泰森多边形法图的区别更明显比传统的同行。这一结果表明,生态系统服务的两个区域差异相对较大,传统的泰森多边形法图不匹配实际的服务覆盖。

数据可用性

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的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本文是由中国国家自然科学基金(41601175和41601175)。河南省重点科研项目(16 a610001),支持的创新研究团队项目(科技)河南大学(16 irtsthn012),广义的科技发展项目(2017 gdascx - 0101年和2018年gdascx - 0904),广东创新与创业研究小组计划(2016 zt06d336),广东省科技项目(2017 b010117008),和广州的科技项目(201604016047)。