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。     

滇池流域水文生态系统服务权衡与协同时空异质性及其归因分析

城市化扩张影响流域水文生态系统服务供给,导致水文生态环境压力增加。明晰滇池流域水文生态系统服务权衡与协同关系及归因,对于滇池流域社会经济发展与生态可持续管理的双赢具有重要意义。基于InVEST模型估算了滇池流域2000、2010、2018年碳存储、氮输出、土壤保持和产水量4种水文生态系统服务,分析了水文生态系统服务时空格局变化,利用双变量Moran′s I指数分析了滇池流域水文生态系统服务间时空异质性,通过冗余分析和条件效应分析等方法识别水文生态系统服务归因。结果表明：(1)水文生态系统服务的高值分布与土地利用覆盖有密切关系。(2)水文生态系统服务空间变化主要体现在滇池周边人类活动干扰强烈的区域,表现为氮输出、土壤保持和产水量增加,碳存储减小。(3)水文生态系统服务权衡与协同关系变化明显。碳存储和土壤保持为协同;氮输出和产水量先呈协同后呈权衡;产水量、氮输出均与碳存储和土壤保持为权衡,前者空间变化不明显,后者协同范围扩大,权衡范围缩小。(4)水文生态系统服务主要受多个因素共同影响,主要包括：高程、耕地比例、林地比例、建设用地比例。研究结果可为研究区水文生态系统环境治理和土地利用优化配置...     

北方农牧交错带多伦县生态系统服务权衡与协同关系研究

科学理解生态系统服务的权衡/协同关系,对于正确指导生态系统可持续管理实践具有重要意义。以位于北方农牧交错带的多伦县为研究区,基于土地利用/覆被、气象、土壤类型、归一化植被指数(NDVI)以及社会经济统计资料等多种数据,分析了2000年、2015年食物供给、碳固持、土壤保持、防风固沙及产水量5种生态系统服务的时空变化,识别了5种服务的供给热点区,并基于相关分析法从县域、乡镇及不同地类3种尺度上对生态系统服务间的权衡/协同关系进行分析。结果表明:(1)2000—2015年,食物供给与土壤保持量增幅较大,产水量与碳固持的供给量增幅较小,防风固沙量大幅下降,5种服务的空间格局基本保持不变;(2)多伦县1类热点区面积明显增加,3类热点区面积明显减少;面积占比超过50%的草地提供5种服务的能力强于耕地;(3)多伦县生态系统服务的权衡关系主要存在于产水量与土壤保持、产水量与碳固持、产水量与食物供给三对服务中;由于研究区生态系统环境的空间异质性较强,各乡镇和两种地类(草地和耕地)上分别只有4对和3对生态系统服务的权衡/协同关系与县域保持一致;(4)不同土地利用类型、海拔、土壤类型等因素的组合使多伦县乡镇之间及乡镇与县域之间的权衡/协同关系存在明显差异。因此,在生态环境更为复杂的整个北方农牧交错带,更需选取合适的空间尺度进行生态系统服务的权衡/协同关系分析,以指导决策者制定合理的生态系统管理措施。     

大宁河流域生态系统服务权衡关系梯度效应

深入理解生态系统服务权衡关系是推动生态系统有效管理和实现区域高质量发展的基础。然而,目前涉及生态系统服务权衡关系梯度效应的研究仍相对较少。选取三峡库区大宁河流域为研究区域,对典型平水年份2018年粮食生产、碳固持、土壤保持和产水量4种生态系统服务进行了量化评估和空间制图,探讨了海拔、降雨量、植被覆盖度3种环境因子梯度下生态系统服务的空间分异规律,采用均方根偏差进一步分析了生态系统服务权衡关系梯度效应。研究结果表明：粮食生产在空间上呈现中部、南部高,北部低的趋势,碳固持由西北向东南递减,土壤保持和产水量高值区均分布在西部。海拔、降雨量和植被覆盖度显著影响了生态系统服务,碳固持、土壤保持总体上随着环境梯度的增加而增加,而粮食生产随着3种环境因子梯度的增加呈下降的趋势。从生态系统服务权衡方面来看,碳固持与产水量为弱权衡关系,土壤保持与粮食生产为中度权衡,生态系统服务之间多为强权衡关系。由于多种环境梯度的相互作用,生态系统服务权衡关系随海拔梯度变化无明显规律,植被覆盖度增加显著加强了生态系统服务权衡关系,而降雨量增加显著减弱了生态系统服务权衡关系。因此,今后以流域生态系统服务协调和功能整体提升为目标的生态修复工程中,应更加注重统筹不同环境梯度区域内生态系统服务权衡关系。     

南四湖流域关键生态系统服务的时空权衡关系

从多尺度科学地研究流域各生态系统服务间的权衡与协同关系,对流域实现经济发展与生态保护双重目标具有重要研究意义。运用InVEST模型模拟评估产水量、水质净化、土壤保持、碳存储、生物多样性维持和授粉等6类区域关键生态系统服务,并通过热点分析、相关分析和主成分分析,定量分析自改革开放以来（1980-2018年）这些生态系统服务的时空变化及其在不同尺度上的权衡关系。结果表明：（1）南四湖流域产水服务呈上升趋势,而水质净化、土壤保持、碳储存、生境质量、授粉等服务则总体呈下降趋势。（2）研究区东部林地和草地广布,是碳存储、生境质量和授粉服务的高值区,而建设用地分布的地区是产水量和土壤保持服务的高值区。（3）产水量与水质净化服务之间呈权衡关系,水质净化与生境质量、碳存储与授粉之间则存在较强的协同关系。（4）在子流域尺度上主要是存在着供给服务（产水量）与调节服务（水质净化和土壤保持）、供给服务（产水量）与支持服务（生境质量）之间的空间权衡关系;在县域尺度上,供给服务、调节服务与支持服务（产水量、水质净化、碳存储、生境质量和授粉）之间主要是空间协同关系,两个尺度之间具有较大差异。研究结果可为管理者在合适的空间尺度上制定相应的政策提供科学支撑,促进南四湖流域生态环境和社会经济协同发展。     

基于过程模型的2000—2018年中国陆地生态系统服务时空动态及其权衡与协同分析

2000年以来，中国陆地生态系统经历了剧烈变化并显著改变了生态系统服务。深入理解近20年中国陆地生态系统服务的时空演变格局及其权衡与协同关系对生态系统管理和可持续发展具有重要的理论和实践意义。基于最新发展的遥感驱动的生态系统服务评估过程模型(CEVSA-ES),研究定量评估了2000—2018年中国4种生态系统服务(即净初级生产力、固碳、蓄水及土壤保持)的时空格局及其权衡与协同关系。结果发现：(1)净初级生产力、固碳、蓄水及土壤保持等服务在2018的全国总量分别为3.68 Pg C/a、0.43 Pg C/a、1015.71 km³/a 208.18 Gt/a;东部季风区的生态系统服务显著高于西北内陆地区及青藏高原地区，特别是热带-亚热带地区主导了中国生态系统服务供给，其对全国尺度不同生态系统服务总量的贡献率均高于50%;(2)2000—2018年，全国净初级生产力、固碳、蓄水及土壤保持均呈增加趋势，年际变化速率分别为42.80 Tg C/a、13.42 Tg C/a、11.90 km³/a、1.11 Gt/a,其中净初级生产力、固碳、蓄水呈...     

中国快速城市化干燥地区的生态系统服务权衡关系多尺度分析——以呼包鄂榆地区为例

理解生态系统服务间的权衡关系对提高干燥地区人类福祉和实现区域可持续性具有重要的意义。但是,目前人们仍然缺乏对快速城市化干燥地区中生态系统服务权衡关系的多尺度理解。以呼包鄂榆地区这一正在经历快速城市化的干燥地区为例,在城市群、区域和城市3个尺度上来探索生态系统服务间的权衡关系。对呼包鄂榆地区2010年的粮食生产、肉类生产、产水量、土壤保持和碳固持5种关键生态系统服务进行测量。利用相关分析法在3个尺度上对5种服务间的权衡关系进行分析。2010年呼包鄂榆地区产水量和土壤保持以及产水量和碳固持服务表现出显著的权衡关系。其中,产水量和碳固持服务在城市群、农业区和鄂尔多斯市呈现明显的权衡关系,产水量和土壤保持服务在城市群和农业区呈现明显的权衡关系。快速城市化干燥地区中的生态系统服务权衡关系具有明显的尺度效应,同一对生态系统服务在不同尺度上的权衡关系存在较大差异。这种差异主要是由区域人类活动和自然条件的空间异质性所致。研究结果有助于对呼包鄂榆地区生态系统服务权衡关系的认识,为该地区土地系统设计和可持续发展提供了必要的科学依据。     

黄土丘陵沟壑区典型小流域生态系统服务权衡与协同关系研究

黄土高原植被恢复状况制约生态系统服务的提升,本研究依托中国科学院水利部水土保持研究所安塞国家科学野外观测站的基础土壤、植被、气象和水文等数据,在黄土丘陵沟壑区选取纸坊沟和坊塌2个典型小流域,通过购买1998、2008和2018年遥感影像,采用InVEST （Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）模型对生态服务（碳储量、土壤保持量、生境质量和产水量）进行评估,探究植被恢复过程中生态系统服务的协同效应和权衡关系。通过对比得知：随着植被的恢复,坊塌和纸坊沟各生态服务（碳储量、土壤保持量、生境质量和产水量）均得到了大幅度的提升,其中2008-2018年增加幅度较小,而1998-2008年增加幅度较大,主要原因在于该阶段（1998-2008年）是退耕还林还草的初始10年,林地及草地面积增长较多,而后10年为退耕的延续阶段,退耕面积增长减缓。从1998-2018年,受自然因素和人为因素的影响,坊塌和纸坊沟流域生态系统服务表现出协同和权衡关系。对于坊塌流域,2008年生态系统服务主要表现为协同关系,1998、2018年以权衡关系为主;对于纸坊沟流域,1998年生态系统服务主要表现为协同关系,2008和2018年以权衡关系为主。相同生态系统服务在不同年份有所差别,土地利用类型相同生态系统服务也可能不同。综合来看,2个典型小流域的碳储量、产水量和土壤保持量均以协同关系为主,伴随区域的权衡关系;主要是由于在植被恢复过程中,生态系统服务在时空上增加的幅度不同;因此,在黄土丘陵沟壑区的植被恢复过程中,应综合考虑生态系统服务的协同与权衡,因地制宜的划分和制定合适的保护策略。     

秦岭生态系统服务协同与权衡的时空异质性

秦岭是我国重要的生态功能区,探究秦岭生态系统服务权衡与协同关系对区域的生态保护和高质量发展意义重大。本研究基于遥感、气象、土壤质地等数据,在分析2000、2010和2020年土地利用时空变化的基础上,采用CASA、InVEST和RUSLE模型计算秦岭地区植被固碳量、产水量、生境质量和土壤保持量,并探讨空间异质性特征及生态系统服务关系。结果表明: 2000—2020年,研究区耕地、草地面积持续减少,林地和建设用地面积增长,水域和未利用地变化不明显。研究区固碳量东高西低,呈增长趋势;产水量持续减少,呈现南坡高、北坡低的格局;生境质量稳定增长;土壤保持量先增后减。不同地类的生态系统服务各有差异,同一地类的各个生态系统服务也各不相同。全域尺度下固碳与土壤保持、生境质量与土壤保持、固碳与生境质量皆呈协同关系,固碳与产水、土壤保持与产水、生境质量与产水为权衡关系,但不同条件下服务量间的关系存在明显差异。研究结果有助于降低权衡风险,使总体效益最大化,可为促进生态高质量发展、实现自然资源管理与人类福祉的双赢提供参考依据。     

陕西黄河湿地自然保护区碳储量估算

湿地生态系统的固碳及其调节气候等生态系统服务十分重要,准确评估黄河流域自然保护地的碳储量有助于碳中和研究和区域生态保护与高质量发展。该研究基于野外采样和室内分析,并结合遥感数据,评估了陕西黄河湿地省级自然保护区光滩和典型自然植被区的地上植被和0–50 cm土壤碳储量。碳储量评估区总面积13 086.52 hm²,占保护区面积的23.87%。结果表明,高草植被的地上碳储量显著高于低草植被和矮灌丛植被,其碳密度分别为496.73、23.45和138.38g·m^–2;土壤0–50 cm的碳密度为7.15–11.98 kg·m^–2,高草植被区的土壤碳储量(5.02×10⁵ t)显著高于光滩(2.09×10⁵ t)、低草植被区(3.40×10⁵t)和矮灌丛植被区(1.45×10⁵t);最终核算出陕西黄河湿地省级自然保护区典型植被区的地上植被和0–50cm土壤总碳储量约为1.22×10⁶ t,其中光滩区、低草植被区、矮灌丛植...     

城市化背景下广佛都市圈农林生态系统服务价值

从广佛都市圈1990、1995、2000、2005和2010年5期土地利用矢量数据中提取出耕地、林地、园地和水域4类农林业用地.基于Costanza等生态系统服务价值计算方法,在对谢高地等提出的“中国陆地生态系统单位面积生态服务价值”进行区域修正及功能性和经济性调整的基础上,估算了1990—2010年间广佛都市圈农林生态系统的生态服务价值.结果表明: 1990—2010年间,随着经济的不断发展以及人们生活水平的不断提高,居民对农林生态系统服务的支付意愿和支付能力逐年增强,使得广佛都市圈农林生态系统服务价值总体上呈波动上升趋势,1990、1995、2000、2005和2010年的服务价值分别为413.74×10⁸、612.83×10⁸、582.88×10⁸、773.44×10⁸和698.67×10⁸元,20年间提高了284.93×10⁸元,平均年增幅为2.7%.研究期间,总服务价值增加最多的为水域,达 166.74×10⁸元,其次为林地和园地,分别增加了103.01×10⁸和47.74×10⁸元.耕地的服务价值则降低了32.56×10⁸元,降幅达23.1%.在空间分布上,广佛都市圈各年的农林生态系统服务价值均表现为从东北和西南部向中部减少的趋势.各类型农林生态系统服务价值所占比例在年际间变化不大,总体表现为:涵养水源>废物处理>生物多样性保护>气候调节>土壤形成与保护>气体调节>娱乐休闲与文化>原材料提供>食物生产.     

退耕还林(草)工程对渭河流域生态系统服务的影响

退耕还林(草)工程作为中国启动的重要生态补偿项目,对维护国家生态安全起着关键作用,系统剖析退耕还林(草)工程对生态系统服务的影响,有助于为健全生态补偿制度提供借鉴。本研究以渭河流域为例,基于土地利用数据、气象数据等资料,在分析退耕还林(草)工程实施以来渭河流域土地利用和生态系统服务时空变化的基础上,运用Invest模型、地理加权回归等方法,探究退耕还林(草)工程对渭河流域水源涵养、土壤保持、碳储量、生境质量等生态系统服务变化的影响。结果表明: 退耕还林(草)工程实施以来,渭河流域林草覆盖率呈波动上升趋势,林草面积增加2704.49 km²。2000—2018年间,渭河流域水源涵养、土壤保持、碳储量、生境质量均呈波动上升趋势,其中,水源涵养和固碳服务增幅较大,生境质量和土壤保持增幅较小。退耕还林(草)工程有效提升了渭河流域的水源涵养、土壤保持、固碳、生境质量等生态系统服务,但对不同地域单元生态系统服务影响强度不同。     

国家公园优先保护区域识别——以浙江丽水为例

如何充分利用有限的资源更好地保护生物多样性一直都是保护地管理所追求的目标。整合保护对象、优化保护地的空间布局、有效识别国家公园优先保护区域是当前中国国家公园体制建设的主要任务。本研究以浙江丽水为例,采用生态模型评估了该区域关键生态系统服务(固碳释氧、水文调节、水资源、土壤保持)的空间分布格局,同时运用MaxEnt模型模拟了37种濒危物种适宜栖息地分布的空间格局。在此基础上,将关键生态系统服务和濒危物种作为保护对象,通过系统保护规划模型MARXAN,在0.4 km×0.4 km规划网格上计算丽水各规划单元的生态保护不可替代性指数,并结合当地管理需求,综合识别了国家公园优先保护区域。结果表明: 2005—2015年间,研究区生态系统固碳量为0.05 kg C·m^-2·a^-1,释氧量为0.13 kg O₂·m^-2·a^-1,水文调节量为83.25亿m³·a^-1,水资源量为803 mm·a^-1,土壤保持量为95.53 t·hm^-2·a^-1;不同土地利用类型的不可替代性指数显著不同,森林为50～100,河流和水库为60～100,园地为30～50,耕地为15～35,住宅用地为0～25,优先保护区域占研究区面积的11.8%。本研究结合生物多样性和生态系统服务的系统保护规划思路,能够为保护地网络优化布局和国家公园优先保护区域的确定提供有用的框架和技术支撑,有助于提升我国建设以国家公园为主体的自然保护体系的整体有效性。     

基于案例的中国森林生态系统服务功能评价

基于《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721—2008),搜集得到全国101个案例点的森林生态系统服务功能价值评估数据,并依据价值系数对森林生态系统服务功能进行综合分析.结果表明:中国森林生态系统服务功能单位面积总价值为6.11万元·hm^-2,各项服务功能单位面积价值高低排序为涵养水源(2.44万元·hm^-2)>保育土壤(1.15万元·hm^-2)>生物多样性保护(1.00万元·hm^-2)>固碳释氧(0.98万元·hm^-2)>净化大气环境(0.28万元·hm^-2)>森林游憩(0.23万元·hm^-2)>森林防护(0.19万元·hm^-2)>积累营养物质(0.16万元·hm^-2),其中,涵养水源、保育土壤、生物多样性保护和固碳释氧是中国森林生态系统的主导服务功能.保护区森林生态系统服务功能单位面积价值高于县域,保护区的建立对于生物多样性保护和服务功能的发挥具有促进作用,但其在森林游憩功能上还存在不足,需要进一步提升.不同自然地区森林生态系统的主导服务功能存在差异,各项服务功能在空间上表现出不同的分异特征,其中,华南地区森林生态系统的单位面积总价值最高,为11.36万元·hm^-2.服务功能总价值与森林面积、森林蓄积量之间的幂回归相关系数(R²)分别为0.905(P<0.01)、0.860(P<0.01),说明森林面积和蓄积是影响森林生态系统服务功能及其总价值的两个重要因素;此外,纬度和年均降水量都对服务功能单位面积价值存在显著影响.     

沈阳市城区绿地生态系统服务价值的时空变化

城市绿地是城市自然生态系统的组成部分,具有十分重要的生态服务功能.基于沈阳市城区2005、2010和2015年3期土地利用数据,参照中国生态系统单位面积生态服务价值当量,计算沈阳市绿地系统生态服务价值,分析其时空变化特征及变化速率.结果表明: 研究期间,沈阳市耕地面积降低最明显,2005—2010和2010—2015年的降幅分别达3.5%、10.9%;林地面积增加幅度较小,草地面积的增幅达17.2%.2005—2010年,沈阳绿地生态系统服务价值从2005年的11.76亿元增加至2010年的23.48亿元,然后下降至2015年的11.29亿元.各行政区绿地生态系统服务价值年变化存在显著差异,于洪区、沈北新区以及和平区变化最显著,变异系数分别达到64.9%、60.4%和40.8%,不同行政区绿地生态系统服务价值也存在显著差异,皇姑区、棋盘山区和东陵区地均生态系统服务价值较高.研究区土壤保持功能的服务价值最高,占总服务价值的15%以上.研究期间,粮食生产功能的服务价值降低最明显,城市扩张和农业用地转变以及城市公园绿地的建设是绿地生态系统服务价值变化的主要因素.     

地市尺度气候调节服务评估——以福州市为例

生态系统服务是衔接生态系统功能和人类福利的桥梁,气候调节服务在生态系统服务中占有极其重要的地位。对气候调节服务发生的全过程进行评估,对科学开展生态系统服务评估具有重要意义。本研究以福州市为案例,开展地市尺度气候调节服务评估,分析气候调节服务在行政单元、地类尺度上的时空变化特征。结果表明: 2015、2018年,福州市气候调节服务总实物量分别为4.01×10¹² MJ(价值量6139.44亿元,GDP为5618.08亿元)和4.66×10¹² MJ(价值量7140.02亿元,GDP为7856.81亿元),气候调节服务价值大致与当年GDP相当。主要的土地利用/覆被类型是森林、耕地、水域,分别占福州市国土面积的57%、15%和9%;水域对福州市气候调节服务贡献最大,2018年贡献度超过60%,高于林地(12%)及耕地(13%)。建成区、东部农耕区域气候调节服务价值较低。2015、2018年,福州市土地利用/覆被变化面积为1805.5 km²,变化最大的用地类型是耕地、林地,主要的土地利用转移方向是耕地与林地、林地与园地、耕地与城镇村及工矿用地之间的转化;气候调节服务总实物量变化了6.74×10¹¹ MJ,相应的价值变化量为1035.8亿元;气候调节服务变化集中在闽侯、闽清、永泰等中西部地区,以及罗源、福清等西部山区;水域的气候调节服务变化最剧烈,水域类型转化会产生极为强烈的气候调节服务变化,远高于其他用地类型转换的效果。     

基于生态系统服务权衡的优先保护区选取研究——以南方丘陵山地带为例

南方丘陵山地带作为"两屏三带"国家生态屏障区之一，发挥着保障华南和西南地区生态安全的作用，优先保护区的选取对区域的生态系统服务提升、生态安全和可持续发展具有重要的意义。以南方丘陵山地带为研究对象，采用InVEST模型和森林游憩模型评估产水量、土壤保持、碳储存、生境质量和生态休闲的空间分布，基于有序加权平均算子（OWA）建立了11种情景，通过对比各情景的保护效率筛选出了优先保护区。结果表明：（1）南方丘陵山地带产水量和土壤保持分布不均，平均产水量1108mm，高值区均集中在中部地区，而东部区域和西部区域的生态休闲较高；（2）研究区固碳能力强，平均碳储量为45.58t/hm²，生境质量良好，平均生境质量为0.75，碳储存和生境质量与土地利用/覆被类型关系密切；（3）情景2的保护效率最优，对产水量、土壤保持、碳储存、生境质量和生态休闲的保护效率分别为1.17，1.89，1.32，1.48，1.18。研究结果可为研究区生态系统服务的提升提供决策支持。