鄱阳湖地区生态系统服务权衡与协同关系的时空格局

鄱阳湖地区是中国最大淡水湖影响的区域,定量分析其生态系统服务权衡与协同关系对实现区域可持续发展具有重要意义.本研究首先基于遥感、土壤、气象、数字高程模型(DEM)等多源数据,定量测算2005—2015年鄱阳湖地区食物供给服务、土壤保持服务和产水服务,分析服务的时空格局及演变特征;然后运用相关分析、冷热点分析、空间制图方法探析1 km×1 km尺度上服务间权衡与协同关系的时空特征,并研究土地利用视角下生态系统服务及其相互关系的差异.结果表明: 研究期间,鄱阳湖地区食物供给服务增加,土壤保持服务减少,产水服务先增后减.空间分布上,食物供给服务在西北-东南方向上呈现“低-高-低-高”的分布格局,土壤保持服务呈现高低值集聚分布的空间格局,产水服务表现为南高北低的空间分布.鄱阳湖地区食物供给与土壤保持、食物供给与产水量是权衡关系,土壤保持与产水量是协同关系.食物供给与土壤保持呈现北部协同、南部权衡的空间格局,食物供给与产水量之间在空间上呈现出明显的权衡关系,土壤保持与产水量之间从北至南呈现协同-权衡-协同的“夹心式”分异规律.不同土地利用类型间,耕地与食物供给、园林地与土壤保持、水域与产水量之间均存在极显著协同关系,建设用地与3种服务皆是权衡关系.食物供给服务与土壤保持服务和产水服务之间在不同土地利用类型中皆以权衡为主,土壤保持与产水服务在耕地、园林地、草地及建设用地中以协同关系为主、在水域和未利用地中则以权衡关系为主.鄱阳湖地区多重生态系统服务热点区主要在东部和南部平原区,呈减少趋势.     

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。     

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。     

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。     

基于服务簇的东北地区生态系统服务权衡与协同

生态系统服务簇是多种生态系统服务的组合,能够表征生态系统服务间权衡与协同关系,可为制定有效的区域社会-生态系统管理方案提供科学依据。研究采用全局Moran′s I指数、主成分分析、聚类分析等方法,系统阐明了东北地区6种生态系统服务的组成、权衡与协同、作用机制和区域差异。结果表明:(1)6种生态系统服务均表现出显著的正空间自相关(Moran′s I0),即各生态系统服务存在空间聚类分布,而非随机分布;(2)聚类分析将东北地区划分为南部经济-生态协调区、东北部森林生态平衡区、西部防风固沙区和中部粮食生产区四个生态功能区;(3)水源涵养、固碳和土壤保持服务之间具有极显著的协同关系(r=0.73,r=0.70,r=0.80),而防风固沙和土壤保持服务之间存在极显著的权衡关系(r=-0.22);(4)东北部森林生态平衡区和南部经济-生态协调区的固碳能力显著高于西部防风固沙区和中部粮食生产区,中部粮食生产区的食物供给服务和生物多样性服务则较高。开展基于服务簇的生态系统服务权衡与协同的研究,有助于针对每种生态功能服务簇制定相应的管理方案,促进各个生态功能区经济、社会、资源与生态环境的全面协调可持续发展。     

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。     

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。     

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...     

北京市生态系统服务时空变化与权衡分析

了解城市生态系统服务的时空变化与权衡关系对区域可持续发展具有重要意义。本研究以北京市为对象,基于In VEST模型与RUSLE模型定量评估了北京市1984、1995、2005和2018年碳贮存、产水量与土壤保持3项生态系统服务的时空变化特征,并分析了不同生态系统服务间的权衡关系。结果表明:1984-2018年,北京市土地利用类型发生了剧烈变化,其中城镇建设用地、水体与林地面积分别增加181.7%、42.7%和10%,草地、未利用地与耕地面积分别减少63.4%、31.8%和31.6%;1984-2018年,北京市碳贮存量、产水量与土壤保持量分别增加0.06×10⁸t、10.1×10⁸m³和0.82×10⁸t;碳贮存、产水量与土壤保持服务在3个时期的生态系统服务变化指数差异较大,在空间分布上,碳贮存的亏损区与土壤保持的增益区增加最为明显;北京市碳贮存与土壤保持间存在明显的协同关系,产水量与碳贮存、产水量与土壤保持间有明显的权衡关系。     

基于生态系统服务簇的福州市生态系统服务格局

基于InVEST模型、游憩机会谱、因子分析、冷热点分析、SOFM神经网络和地形起伏度等方法,评估福州市6项生态系统服务,分析不同生态系统服务之间的权衡与协同,并阐明区域的主导服务类型和不同地形起伏度下服务簇的空间格局。结果表明: 福州市各项生态系统服务的空间异质性显著,产水、碳固持、生境质量和游憩机会供给总体较高,农产品供给和水土保持相对较弱且高低值差异明显;产水服务与文化服务存在协同关系,调节服务、支持服务与农产品供给服务之间存在权衡关系,权衡与协同高低值呈明显的空间聚集;生态系统服务簇分为郊区游憩簇、水源涵养簇、农产品供给簇、城镇生活簇和森林生态保育簇,不同地形起伏度下的服务簇组成各不相同,具有明显的空间异质性。     

陕北黄土高原植被恢复与生态系统服务的时空关系

陕北黄土高原作为退耕还林还草核心区域,是地表格局及植被显著变化的区域之一。评估植被恢复成果及其对生态系统服务的影响,对促进区域生态环境提升具有重要作用。本研究选择植被覆盖度作为指标评估区域植被恢复状况,以碳固定服务、土壤保持服务、生境质量及产水服务作为指标表征区域生态系统服务,分析权衡协同关系及不同尺度的时空变化,同时运用双变量空间自相关分析植被恢复对生态系统服务的影响。结果表明: 2000—2020年,陕北黄土高原植被覆盖度呈波动上升趋势,年均值由31.7%升至47.1%,植被改善显著;研究区碳固定服务、土壤保持服务呈明显上升趋势,生境质量几乎保持不变,产水服务先升后下降总体呈上升趋势,各生态系统服务时空变化存在明显的尺度效应;4种生态系统服务间的关系主要为协同;植被覆盖与生态系统服务之间存在显著的空间依赖性,相关程度存在一定差异,植被覆盖度对土壤保持服务影响最明显,其次为碳固定服务,而植被覆盖增强条件下林草耗水增多则导致区域产水量下降,造成一定的负效应。总的来说,陕北黄土高原地区植被建设已取得显著成效,生态环境得到明显改善。     

西部山区流域生态系统服务权衡与协同关系——以甘肃白龙江流域为例

甘肃白龙江流域是长江上游重要水源涵养和生态屏障区,生态系统服务研究对该流域生态保护与经济发展的双赢具有重要意义。本研究基于InVEST模型进行4种典型生态系统服务(如土壤保持、水源涵养、食物供给、生境质量)评估,并通过相关性和均方根偏差(RMSD)开展服务间多尺度权衡及其成因分析。结果表明: 土壤保持、水源涵养和生境质量两两之间为显著协同关系,食物供给分别与生境质量、土壤保持和水源涵养间为显著权衡关系。3对协同服务和食物供给与生境质量的权衡强度高值主要集中于文县、迭部和舟曲的中高山阴陡坡林区;食物供给与土壤保持、食物供给与水源涵养间的权衡强度高值主要集中于宕昌和武都的中低山阳缓坡农牧区。人类活动驱使下的土地利用/覆被格局空间差异是影响服务权衡程度及其尺度效应的重要因素。     

北方农牧交错带土地利用类型对土壤养分分布的影响

对北方农牧交错带多伦县5种土地利用类型进行118个土壤样点分析表明,农田土壤养分含量最低,草地含量处中等,林地含量最高.分别对4种不同土地利用类型在4种＞15.坡的小流域进行布点采样,研究不同土地利用结构对土壤有机质、速效磷、速效氮和全氮的影响.结果表明,在垂直方向上,由坡底到坡中到坡顶,对应的耕地-草地-林地土壤养分要比对应草地-林地-耕地这一土地利用类型中土壤营养元素含量高出1倍左右,说明此种土地利用类型具有较好的土壤养分保持能力,从而优化出最适合当地的土地利用类型,为改善生态环境、提高当地经济效益提供科学依据.     

农牧交错带农牧复合系统的可持续机制

农牧复合系统具有综合资源、兼顾生态与生计、环境与经济发展的作用,是农牧交错带脱贫富民的必由之路。目前,农牧复合实践迫切需要建立可持续的运行机制。针对于此,运用农户调查、土地养分测定和农牧测产、分室模型等方法,对宁夏盐池县皖记沟村农牧复合系统的资源支持、农户农牧复合生产方式、农牧复合系统的物质流开展研究。结果表明,促进农牧复合系统发展的主要原因是资源基础和耕地、灌木林地、草地系统耦合的生产方式。目前主要生产饲草料的水浇地和柠条林地的水资源可持续性是农牧复合系统能否长期持续的关键。加强水土资源、饲草料生产和滩羊养殖之间的系统调控和整体协同,是农牧交错带农牧复合系统可持续发展的必然选择。     

基于贝叶斯网络的生态系统服务权衡协同关系及其驱动因子分析——以陕北黄土高原为例

了解生态系统服务的权衡协同关系及其驱动因子效应是实现生态系统有效管理和改善人类福祉的基础。以陕北黄土高原为例，定量评估其2018年土壤保持、产水服务、粮食供给和固碳服务，在构建贝叶斯网络生态系统服务模型的基础上，通过节点的重要性分析识别影响生态系统服务的关键节点，利用联合概率分布、概率推理和情景模拟探讨生态系统服务权衡协同关系及其驱动因子效应。结果表明：（1）陕北黄土高原各类生态系统服务空间异质性较强。其中，土壤保持、产水服务和固碳服务的空间分布情况较为一致，高值区集中在东南部，低值区在西北部，呈"南高北低"的分布特征；粮食供给呈"中部高、南北低"的分布特征。（2）土壤保持、产水服务和固碳服务之间互为协同关系，粮食供给分别与土壤保持、产水服务、固碳服务为权衡关系。其中，产水服务与固碳服务的协同关系、产水服务与粮食供给的权衡关系较强。（3）土地利用、降水和NPP （Net primary production）是影响生态系统服务权衡协同关系的主要驱动因子，其中土地利用主要影响生态系统服务的协同关系，而降水和NPP在影响协同关系的同时对权衡关系也有一定的制约作用。研究发现：不同驱动因子在不同状态下产生相同的协同（或权衡）方式，相同驱动因子在不同状态则会造成协同（或权衡）方式的差异。研究对于认识多种生态系统服务间的复杂关系及其驱动因子差异，为后续提出改善生态系统管理和提高人类福祉的对策与措施，具有重要的理论和实践价值。