退耕区域生态系统服务作用关系尺度效应及分异机制——以安塞区为例

生态系统服务的形成依赖于一定时空尺度上的生态过程。因此,探究生态系统服务在不同空间尺度的特征、关联和效应对于丰富生态系统服务的可持续管理具有重要的理论价值和实践意义。以典型退耕县域安塞区作为研究对象,基于生态模型定量评估了6项重要的生态系统服务,采用相关系数法、双变量空间自相关以及地理探测器揭示了不同空间尺度上生态系统服务作用关系的尺度效应及分异机制。研究结果显示：(1)退耕区域内,生态系统服务之间以协同关系为主,其中调节服务与支持服务的协同关系最强(|r|≥0.5),而权衡关系发生在文化服务与其他服务之间。从时间序列来看,调节服务与支持服务的作用关系较为稳定,在研究期间保持为协同关系,且协同度在退耕还林后有所提升;(2)生态系统服务作用关系的空间尺度效应主要表现在作用关系的方向变化与空间显著性的差异。在网格尺度中,生态系统服务之间的关系较为稳健,作用方向的变化主要发生在网格尺度与行政单元之间,且随研究尺度的加大,服务之间作用关系的空间显著性降低;(3)生态系统服务的权衡与协同是自然因子和社会因子共同作用的结果。退耕区人类活动干扰较小,自然因子的解释力(q均值0.1507)高于社会因子...     

陆地生态系统服务与生物多样性研究进展

在生物多样性迅速消失的压力下,人类面临生态系统服务质量严重下降的威胁。为了使生态系统的重要功能更直观的展现在人们面前,许多学者把生态系统服务对人类的惠益进行整理分类,最有影响力的是千年生态系统评估(MA,Millennium Ecosystem Assessment)把生态系统服务分为供给、调节、文化和支持服务四类,服务的核心是生态系统的产品、过程和格局。生态系统服务的识别与分类是生态系统功能的对象化过程,也是以人类需求来审视生态系统的过程。生态系统通过结构-过程-功能这一途径来实现生态系统服务,各种服务的直接动力来源于自然界生物地球化学循环,生物多样性通过生态系统属性和过程来影响生态系统服务形成和维持。生物多样性越高,生态系统功能性状的范围越广,生态系统服务质量就越高、越稳定。全球变化中的土地利用和土地覆盖变化是生物多样性快速下降的主要原因,也是目前影响生态系统服务最广泛、最剧烈的驱动力,而这正是人类活动造成的,人类需求和生态系统有限的服务能力之间在不同尺度表现出严重冲突。要提高生态系统服务质量,要在不同区域进行重点不同的布局,尽可能的扩大生态系统规模和提高生态系统功能,核心是提高生物多样性水平。     

集成生态系统服务与生物多样性的系统保护规划

生物多样性和生态系统服务的保护与可持续管理是当今世界面临的重大挑战之一,但如何判识与优化集成生态系统服务与生物多样性保护对象的保护优先区网络,相关研究还很有限。针对“三江并流”区,选取珍稀濒危与特有动植物物种和自然植被类型作为生物多样性保护对象,以调节服务(碳存储、固碳和土壤保持)、文化服务(自然游憩)和供给服务(水源供给)为生态系统服务保护对象。应用系统保护规划方法,首先判识出单一生物多样性和生态系统服务保护优先区;然后,分析这些保护优先区间的相关关系,并选择与生物多样性正相关的生态系统服务类型,判识集成生态系统服务与生物多样性的保护优先区;最后,评估了集成生态系统服务与生物多样性保护优先区在六类已建保护地中的保护状况。结果表明：(1)“三江并流”区多情景规划得到的生物多样性与生态系统服务保护优先区之间均呈正相关关系;(2)与分别针对生态系统服务和生物多样性的规划情景相比,集成生态系统服务与生物多样性保护优先区能够同时对两类保护对象提供最高的保护覆盖率;(3)集成生态系统服务和生物多样性保护优先区占研究区总面积的48.9%,其已建保护地覆盖率为32.5%,说明现有保护地体系仍存在保护...     

四川省生物多样性与生态系统多功能性分析

生态系统服务与人类福祉和可持续发展息息相关,近年来生物多样性丧失极大影响了生态系统服务。探究生物多样性与生态系统服务之间的关系成为当前生态学领域内的一个重大科学问题。以四川省各乡镇为单元,计算了景观尺度上的多样性指数,评估了四川省水土保持功能、水源涵养功能、固碳功能,并研究了两者之间关系。结果表明：在景观尺度上,Shannon''s多样性指数、修正Simpson''s多样性指数、景观丰度三种多样性指数可以较好表征四川省生物多样性空间分布格局。由景观丰度、欧式最近邻距离的标准差、景观丰度密度构成解释变量矩阵,RDA模型矫正解释率42.25%（P<0.001）,可更好解释由土壤保持功能、水源涵养功能、固碳功能构成的响应变量矩阵。四川省生物多样性及生态系统服务关系的模式有以下几种：（1）成都平原区区县空间距离较近,在生态系统服务和生物多样性梯度均差异较小;（2）盆周山地区、盆地丘陵区各区县在水土保持功能梯度上差异较大,与多样性关系较弱;（3）川西高原区区县在固碳、水源涵养梯度上差异较大,并有协同关系,多样性梯度差异较大;（4）川西高山峡谷区、西南山地区区县之间生态系统服务和多样性差异较大,生态系统服务可能存在强烈权衡关系,需进一步引入解释因子。     

生物多样性与生态系统功能:最新的进展与动向

生物多样性与生态系统功能的关系及其内在机制是当前生态学领域的重大科学问题。 2 0 0 2年以来人们不再过多地纠缠于“抽样 -互补之争” ,对这一世纪课题的认识又有了新的进展。 (1)人们开始运用已有的知识揭示更大时间和空间尺度上的物种多样性 -生态系统功能关系。多样性作用机制可能存在着动态变化———“抽样向互补转型” :群落建立初期 ,抽样效应是主要的多样性作用机制 ;随时间推移 ,生态位互补成为主要机制。理论研究则预测 :局域尺度上生态系统功能与物种多样性呈现单峰曲线关系 ,在区域尺度上为单调上升关系 ;(2 )非生物因素与多样性 -生产力的交互关系吸引了许多实验研究。人们发现 :物种多样性 -生产力关系可能会受到资源供给率和环境扰动的修正 ,环境因素可能是多样性 -生产力关系的幕后操纵者 ;(3)人们开始重视营养级相互作用对于多样性 -生态系统功能关系的影响 ,生态位互补和抽样假说开始被扩展运用到消费者营养级上 ;(4 )人们开始认真思考物种共存机制在多样性 -生态系统功能关系的形成中所扮演的角色。理论模型研究表明 ,不同的物种共存机制会导致不同的多样性 -生产力关系     

青藏高原高寒草地生物多样性与生态系统功能的关系

生物多样性和生态系统功能(BEF)之间的关系是目前陆地生态系统生态学研究的热点, 对于生态系统的高效利用与管理意义重大, 而且对于退化生态系统功能的恢复及生物多样性的保护有重要的指导作用。高寒草地是青藏高原生态系统的主体, 近年来, 在气候变化与人为干扰等因素的驱动下, 高寒草地生态系统功能严重衰退。为此, 本文在综述物种多样性和生态系统功能及其相互关系研究进展的基础上, 首先从地下生态学过程研究、全球变化对生态系统多功能性的影响等方面解析了目前关于草地生物多样性和生态系统功能研究中存在的问题。继而, 从不同草地类型、草地退化程度、放牧、模拟气候变化、刈割、施肥、封育和补播等干扰利用方式对高寒草地物种多样性与生态系统功能的影响进行了全面的评述。并指出了高寒草地BEF研究中存在的不足, 今后应基于物种功能多样性开展高寒草地BEF研究, 全面且综合地考虑非生物因子(养分资源、外界干扰、环境波动等)对生物多样性与生态系统功能之间关系的影响, 关注尺度效应和要素耦合在全球气候变化对高寒草地BEF研究中的作用。最后, 以高寒草地BEF研究进展和结论为支撑依据, 综合提出了高寒草地资源利用和生物多样性保护的措施与建议: 加强放牧管理, 保护生物多样性; 治理退化草地, 维持生物多样性功能; 加强创新保护理念, 增强生态系统功能。     

石羊河流域生态系统服务权衡与协同关系研究

生态系统服务权衡与协同研究是国际生态学、地理学等学科研究的热点。以石羊河流域为研究区,借助In VEST模型,对流域2005、2010和2015年的水源涵养、土壤保持、水质净化、碳储存和生物多样性五项服务进行精准测度,分析服务的时空格局及演变特征,并利用相关系数法逐像元定量计算5种服务之间的权衡与协同关系,从不同尺度分析权衡与协同关系的空间格局特征。结果表明:(1)各项服务具有空间异质性:水源涵养、土壤保持、碳储存、生物多样性呈"西南高-东北低"的空间格局,且水质净化、碳储存服务的高值区沿河流分布。(2) 10年期间,水源涵养、水质净化、碳储存、生物多样性服务呈现"整体增加-局部减少"的变化趋势,而土壤保持呈"整体减少-局部增加"的变化特征。(3)多种服务之间权衡与协同关系具有区域依赖特征:水源涵养与土壤保持、水源涵养与水质净化、水质净化与碳储存、水质净化与生物多样性、土壤保持与碳储存、土壤保持与生物多样性以权衡关系为主;水源涵养与碳储存、水源涵养与生物多样性、土壤保持与水质净化、碳储存与生物多样性以协同关系为主。定量可视化评估生态系统服务及权衡关系,为制定区域发展与生态保护双赢政策提供依据,同时也为其他流域的相关研究提供可靠参考。     

农业景观异质性对生物多样性与生态系统服务的影响研究进展

农业景观是人类生活所需资料的最主要来源地,农业景观及其提供的生物多样性和生态系统服务是影响人类福祉的最主要因素之一。系统梳理了景观异质性变化对生物多样性和生态系统服务影响的相关研究,总结指出:(1)农业景观格局变化会强烈的影响着区域生物多样性和生态系统服务,但总体上更关注了空间异质性,对于时间和功能异质性的研究仍需加强;(2)尺度效应、大尺度上景观背景的差异、种间差异、营养级联效应等会对景观异质性和生物多样性、生态系统服务间的关系产生显著的、综合的、交互的影响效应。未来区域农业景观中如何通过景观构建和管理措施的施行来确保生物多样性与生态系统服务供给的持续稳定仍需进一步加强以下内容的研究:景观异质性变化在时间上和功能上的影响效应及其阈值的探讨;跨尺度、多因素、多物种类群与多生态系统服务的综合及其交互作用;不同生物类群和不同生态系统服务间的权衡;景观异质性提高与有效生境面积下降及其引起的生物随机丧失间的权衡等问题。     

黄淮海湿地生态系统服务与生物多样性保护格局的耦合性

研究生物多样性格局与生态系统服务格局之间的空间耦合效应,探讨以生物多样性保育为核心目标的自然保护体系同时能多大程度满足对生态系统服务功能的维护和支撑,已成为自然保护领域新的热点关注问题。目前研究多限于陆域生态系统,其方法难以适用于湿地生态系统。以黄淮海湿地——这一高强度人类活动的区域为研究区,基于湿地生态系统的横向连接度、纵向连接度(2D)以及结合地下水的垂向连接度(3D),对黄淮海地区湿地具有的生态系统服务功能进行了空间评估和分析,识别出具有重要意义的生态系统服务功能区域,结合现有保护区分布情况进行空间分析,评价现有保护区对生态系统服务功能的支持程度,即生物多样性保护与生态系统服务功能重点区域的空间耦合性。研究结果表明:目前湿地保护区并未有效覆盖湿地生态系统关键区域,湿地生态系统服务关键格局也存在大量明显的保护空缺。同时,随着2D到3D延伸,保护区对生态系统服务功能的支持程度也稍有提高,这与系统保护规划中选择不同保护目标后保护规划格局发生变化的情况类似,而生态系统服务功能的"热点地区"(重要区域)与保护生物学中所指的物种保护的热点地区类似,这表明生态系统服务功能的规划和保护也可以借鉴保护生物学中系统保护规划的理论和方法,为后续研究提供参照。     

生物多样性与生态系统多功能性的关系研究进展

生物多样性与生态系统功能关系是生态学研究的热点之一,以往研究多关注生物多样性与单一生态系统功能之间的关系,然而生态系统能够同时提供多种功能和服务即生态系统多功能性(ecosystem multifunctionality, EMF),仅考虑单一生态系统功能会低估生物多样性的重要性。近年来,EMF研究的重要性受到更多重视,生物多样性与生态系统多功能性(biodiversity and ecosystem multifunctionality, BEMF)关系成为生态学研究新的热点。梳理近15年的研究发现,不同维度、不同尺度的单一或多营养级生物多样性均会对EMF产生显著的影响,并且在全球变化的背景下,自然干扰与人为干扰均会影响生物多样性与生态系统多功能性从而改变BEMF关系,EMF测度方法的差异也可能导致BEMF关系的不一致。生物多样性维度(尺度)选择的局限、不同EMF测度方法的认知差异、BEMF时空数据库的缺乏以及BEMF关系研究方法的单一等问题阻碍了BEMF关系的深入探究。未来研究应对现有测度方法进行深入比较并发展通用的新方法,深入探究多维度、多尺度生物多样性对EMF影响的综合作用。此...     

中国西南地区不同类型生态系统服务的关系

明晰不同类型生态系统服务之间关系是优化生态保护策略和实现可持续生态管理的基础。在明确中国西南地区各类生态系统服务功能和空间格局的基础上,运用统计分析原理、ArcGIS技术和GeoDa软件分析了水源涵养、土壤保持、固碳、生物多样性保护、水质净化5项调节服务,以及水稻生产、小麦生产、玉米生产、蔬菜生产、水果生产5项供给服务之间的权衡和协同关系,并通过叠置分析识别生态系统服务共赢区域,探讨生态系统类型对共赢格局的影响。结果表明: 西南地区各类调节服务之间、各类供给服务之间主要呈协同关系,而调节服务与供给服务之间既有协同关系也有权衡关系;西南地区生态系统服务总共赢格局的高共赢区域主要分布在邛崃山、哀牢山和大瑶山以及怒江、澜沧江流域等地区;森林和农田面积比例对各类共赢趋势均有显著影响。     

黄土高原典型退耕区生态系统服务权衡与协同关系研究——以延安市为例

在退耕还林的背景下,从多尺度分析黄土高原生态系统服务的时空变化及权衡协同关系对促进该区经济发展和生态效益多赢具有重要意义。以黄土高原退耕还林典型区延安市为例,运用InVEST模型评估1988-2018年农作物生产、碳储量、生境质量、土壤保持、产水量5种关键生态系统服务物质量,采用偏相关分析法探讨生态系统服务间的权衡与协同关系及其时空变化特征。研究结果表明：（1）受土地利用变化影响,延安市农作物生产水平、土壤保持年际变化趋势波动较大,农作物生产水平呈波动增加的趋势,土壤保持退耕还林前呈减少,退耕还林后呈波动增加的趋势,碳储量和生境质量呈逐渐增加的趋势,产水量呈逐渐减弱的趋势。（2）生态系统服务与土地利用格局联系紧密。碳储量、生境质量的高值区域以及产水量的低值区域随林地分布格局变化而变化。（3）协同关系是延安市生态系统服务间相关关系的主体,主要发生在碳储量、生境质量、土壤保持、农作物生产之间,权衡关系主要存在于产水量和其他生态系统服务之间。（4）市、县域生态系统服务间关系的差异主要发生在生境质量和土壤保持之间。     

闽三角城市群生态系统服务权衡的时空动态与情景模拟

闽三角城市群由厦门、泉州和漳州3个城市组成,是我国沿海开放地区之一。21世纪以来,快速的城镇化过程严重影响了该区域的生态安全以及生态系统服务功能,制约了当地的经济社会可持续发展。因此,研究闽三角城市群的生态系统服务权衡协同关系,对该区域的生态安全协同联动管理以及社会经济可持续发展具有重要意义。估算了闽三角城市群的保水服务、保土服务、NPP和食物供给4种生态系统服务功能,使用空间分析和空间统计等方法分析其时空动态变化和相互之间的权衡协同关系,并在不同情景下模拟了2030年的生态系统服务空间分布和权衡关系。结果表明:2005—2015年来,闽三角城市群的保水服务、保土服务、NPP和食物供给四种生态系统服务功能均呈下降趋势;在2005—2015年间,闽三角城市群的保水、NPP与保土3种服务之间呈现协同关系,食物供给服务与其他三种服务均呈权衡关系,虽四种服务的权衡协同关系未变,但权衡协同程度发生了复杂的变化;在空间分布特征上,晋江流域的生态系统服务权衡协同程度均高于九龙江流域,闽三角3个城市的生态系统服务权衡协同关系统一呈现厦门市泉州市漳州市;在不同情境设置中,自然情景下4种生态系统服务出现大幅降低,协同关系主要呈降低趋势,而权衡关系加剧,与规划情景相比,保护情景下的协同关系更高,权衡关系更低。     

中国退耕还林还草对生态系统服务权衡与协同的影响

基于生态系统服务之间相关关系的时空动态变化,实现区域可持续发展与生态系统利益最大化,是兼顾生态保护、粮食安全、改善民生等多目标的重要途径。通过分析退耕还林还草工程县域粮食供给与地块水源涵养、土壤保持、防风固沙功能变化,评估退耕还林还草工程对生态系统关键服务之间权衡与协同关系的影响。结果表明：（1）2000-2015年,约76%工程县域的粮食供给增加,约46%和49%工程县域退耕还林还草地块的土壤保持与水源涵养功能呈提升态势,而风蚀区仅约2%工程县域的地块防风固沙功能明显提升。（2）1897个工程县域中,约24%县域粮食供给与地块水源涵养、约18%县域粮食供给与地块土壤保持之间呈显著地空间协同关系,风蚀区约38%县域粮食供给与地块防风固沙之间呈显著地空间权衡关系。（3）31%工程县域表现为多重生态系统服务供给区,其中双重服务供给县域占43%,三重服务供给县域占53%,四重服务供给县域占4%。（4）近16年,不同区域退耕还林还草工程导致粮食供给与调节服务之间呈现权衡与协同相互转换、权衡或协同程度变化等差异的空间相关关系,反映了多重生态系统服务联合权衡与协同在未来工程生态效应评估中的重要性。     

Conservation planning for ecosystem services

Despite increasing attention to the human dimension of conservation projects, a rigorous, systematic methodology for planning for ecosystem services has not been developed. This is in part because flows of ecosystem services remain poorly characterized at local-to-regional scales, and their protection has not generally been made a priority. We used a spatially explicit conservation planning framework to explore the trade-offs and opportunities for aligning conservation goals for biodiversity with six ecosystem services (carbon storage, flood control, forage production, outdoor recreation, crop pollination, and water provision) in the Central Coast ecoregion of California, United States. We found weak positive and some weak negative associations between the priority areas for biodiversity conservation and the flows of the six ecosystem services across the ecoregion. Excluding the two agriculture-focused services—crop pollination and forage production—eliminates all negative correlations. We compared the degree to which four contrasting conservation network designs protect biodiversity and the flow of the six services. We found that biodiversity conservation protects substantial collateral flows of services. Targeting ecosystem services directly can meet the multiple ecosystem services and biodiversity goals more efficiently but cannot substitute for targeted biodiversity protection (biodiversity losses of 44% relative to targeting biodiversity alone). Strategically targeting only biodiversity plus the four positively associated services offers much promise (relative biodiversity losses of 7%). Here we present an initial analytical framework for integrating biodiversity and ecosystem services in conservation planning and illustrate its application. We found that although there are important potential trade-offs between conservation for biodiversity and for ecosystem services, a systematic planning framework offers scope for identifying valuable synergies.     

The biodiversity–ecosystem service relationship in urban areas: a quantitative review

By 2050, up to 75% of people globally will live in cities. Despite the potential ramifications of this urbanization for ecosystem services (ES), and the importance of locally produced ES for the health and wellbeing of urban residents, syntheses addressing the underlying ecology of ES provision rarely include urban areas. Here, I conduct a quantitative review of urban ES studies in the ecological literature, synthesizing trends across the discipline. I also quantify the extent to which this work considers the organisms and ecosystem components responsible for ES provision using two approaches: assessment of biodiversity–ES relationships, and an adaptation of the service provider concept. The majority of urban ES studies were conducted in western, developed countries, and typically assessed a single service in a single city – largely ignoring ES synergies and tradeoffs, and cross‐city comparisons. While several different ES are studied in urban ecosystems, the field is dominated by weather and climate‐related regulating services, with assessments of cultural services particularly lacking. Most studies described a habitat type as the service provider; however, studies that considered the biodiversity–ES relationship were more likely to identify a specific functional group, community, or population as the key provider of an ES. The biodiversity–ES relationship itself was most frequently characterized as dependent on the composition of species, functional traits, or structures, rather than correlated with the magnitude of any specific biodiversity metric. While the study of ES in urban ecosystems is increasing, there exists considerable room for further research. Future studies would benefit by expanding the number and categories of ES assessed within and across cities, as well as broadening the geographical scope of urban ES research. Biodiversity–ES assessments in urban ecosystems would also benefit from an expansion of the biodiversity types considered, particularly regarding non‐species based approaches, and consideration of non‐native and invasive species. Synthesis Urban ecosystem services (ES) affect the health and wellbeing of over 3.5 billion people who live in cities. However, syntheses addressing ES provision rarely include urban areas. I conducted the first quantitative review focused explicitly on the ecology of urban ES, including the role of biodiversity in service provision. I found that studies typically measure only a single service in one city, precluding assessment of ES synergies, tradeoffs, and cross‐city comparisons. I also found that while most studies attribute ES provision to a habitat or land‐use type, studies that consider biodiversity‐ES relationships are more likely to recognize a specific functional group, community, or population as the key provider of an ES.     

乡村地区生态系统服务权衡与协同关系——以湖州市为例

湖州是中国"美丽乡村"发源地，十多年来乡村面貌发生较大改变，从而对其生境维持、文化保护带来压力，定量评估湖州乡村的生态系统服务及相关关系对其可持续发展具有重要意义。基于Thornthwaite Memorial模型、Miami模型、InVEST模型、水量平衡法、Maxent模型等方法对该区域2010-2018年粮食供给、碳贮存、水源涵养、文化服务等四项生态系统服务进行时空演变分析，探究不同生态系统服务间的权衡与协同关系。结果表明：(1)在2010-2018年，湖州市乡村地区粮食供给在波动中下降，一级区以东、西部的平原耕地为主；碳贮存均值与总量年际变化极小，中、西部的高山林地碳储量最高；水源涵养均值呈现先增后减的小幅波动，空间分布特点与碳贮存相似；文化服务能力逐年增强，一级区向景点区域集聚并扩张。(2)在权衡与协同分析中，水源涵养与碳贮存、粮食供给之间以协同效应为主，文化服务与水源涵养、粮食供给、碳贮存之间以权衡效应为主，粮食供给与碳贮存之间由权衡效应向协同效应转变，各服务间相关关系总体逐渐增强且存在空间差异性。(3)热点区域识别研究显示，Ⅰ类热点区主要为提供粮食供给的耕地，占比多且略有增强；Ⅱ类热点区主要为提供碳贮存、水源涵养的林地，总体有所减少；Ⅲ类热点区主要为提供碳贮存、水源涵养，以及粮食供给或文化服务的林地和耕地，占比较多并不断扩大；Ⅳ类热点区、非热点区分别位于山地-平原过渡区、靠近城镇区域，均占比极少且变化小。研究结果以期为揭示乡村地区生态系统供给、调节、文化服务间的关系，优化乡村经济结构与发展模式，推进乡村的合理规划和可持续发展提供参考。