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。     

清江流域生态系统服务权衡时空效应及驱动因素

识别流域生态系统服务权衡协同关系的时空分异特征及其影响因素,是生态系统管理和调控的重要基础,对高效配置环境资源和合理制定生态环境政策具有重要意义。本研究运用相关性分析、均方根偏差等方法分析清江流域2000—2020年粮食供给、净初级生产力(NPP)、土壤保持和产水服务间的权衡协同关系,并采用地理探测器分析影响生态系统服务权衡的决定因素。结果表明：2000—2020年,清江流域粮食供给服务呈下降趋势,NPP、土壤保持和产水服务呈递增态势;粮食供给与土壤保持服务、NPP与产水服务间权衡强度呈下降趋势,其他服务间权衡强度均呈增加趋势。粮食供给与NPP、土壤保持、产水服务间呈现东北权衡、西南协同的格局;NPP与土壤保持、产水服务在中部为协同关系、四周为权衡关系;土壤保持与产水服务表现为高度协同。土地利用和归一化植被指数为粮食供给与其他生态系统服务间权衡强度的主导因素,降水、气温和高程为产水服务与其他生态系统服务间权衡强度的主导因素,生态系统服务间权衡强度并非受单一因素的影响,两种服务间的相互作用或共同影响因素的驱动是其决定因素。研究结果可为国土空间生态修复规划策略的制定提供参考。     

重点脆弱生态区生态系统服务权衡与协同关系时空特征

目前,有关生态系统服务权衡与协同关系的研究多集中在局地尺度,在宏观尺度上的研究较少。重点脆弱生态区是我国改善生态环境的主要目标区域,在定量评估我国重点脆弱生态区1990—2015年土壤保持、植被净初级生产力(NPP)和产水服务的基础上,利用相关系数法并结合植被分布场数据对生态系统服务权衡与协同关系进行研究。结果表明:(1)26年间,重点脆弱生态区的土壤保持服务、NPP、产水服务呈现出南多北少的分布格局,且3种服务的年际变化较小,但均有上升的趋势;(2)重点脆弱生态区的3种生态系统服务之间是整体上协同,局部权衡的关系,并且协同关系呈减弱的趋势;(3)生态恢复区的生态系统服务的协同程度大于非生态恢复区,权衡关系减弱的动态变化趋势高于非生态恢复区。定量评估生态系统服务权衡与协同关系的时空特征,有利于研究生态系统服务之间相互关系在时间上的非线性和空间上的异质性,对重点脆弱生态区生态系统的可持续发展具有重要意义。     

基于地理探测器的喀斯特山区生态系统服务关系分异特征及驱动力解析——以贵州省为例

生态系统服务关系的空间异质性及其驱动机制分析一直都是喀斯特生态系统服务研究的关键问题。以典型喀斯特山区--贵州省为例,选取植被净初级生产力(NPP),土壤保持(SC)和产水(WY)3类生态系统服务,在对其进行准确估算的基础上,采用相关分析法、均方根误差法从多角度剖析生态系统服务关系变化及其空间分异规律,借助地理探测器对生态系统服务关系变化的驱动机理进行解析。结果表明：①2000-2015年贵州省NPP、土壤保持、产水服务均值均呈增长趋势,其中,NPP和土壤保持服务在研究区东北部及西北角增长最显著,产水服务在研究区东南部增加最明显。②研究时段内,区域生态系统服务关系以协同为主,只是协同关系在减弱并有向权衡发展的趋势。③不同背景条件下区域生态系统服务关系具有明显的分异特征。相较于白云岩,NPP与土壤保持的权衡度在石灰岩上更大;土壤保持与NPP的权衡度在地势平缓的岩溶盆地上较大,产水服务与NPP、土壤保持间的权衡度在陡峭的岩溶槽谷(峡谷)上更大;产水服务与土壤保持间的权衡度随着植被覆盖度的增加而逐渐增大。④地理探测器结果表明：造林总面积是影响NPP与土壤保持间权衡关系变化的主导因子,降水总量已成为制约NPP与产水服务间协同的最主要因子,高程和人均国内生产总值(GDP)是影响土壤保持与产水服务间关系的最主要因子;因子间的交互影响均高于单因子的影响。研究深化了喀斯特地区生态系统服务权衡/协同关系变化的机理解析研究,为喀斯特生态系统有效保护和管理提供了科学参考。     

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。     

四川盆地多重生态系统服务景观指数评价与服务簇识别

明确多重生态系统服务与生态系统服务簇的空间格局对于维持区域生态安全格局与可持续发展至关重要。在评估四川盆地2015年6种生态系统服务的基础上,计算了表征综合水平的多重生态系统服务景观指数;进而分析了生态系统服务间权衡与协同关系;并基于K-均值聚类法识别了研究区内生态系统服务簇的空间格局。研究结果表明：（1）研究区的多重生态系统服务景观指数平均值达到3.12,同时具有明显的空间分异性,整体上呈现出东南高西北低的空间分布格局,高值区主要分布于川东平行岭谷区,以林、草地为主的区域最高,城市建成区及其邻近地区最低。（2）6种生态系统服务空间异质性显著,且不同服务间协同与权衡关系并存,其中碳汇、生境质量和水土保持服务三者间的协同关系显著,碳汇、生境质量和水土保持服务与娱乐和粮食供给服务间的权衡关系均较强;产水服务与其他各项服务间的权衡与协同关系均较弱。（3）四川盆地可划分为文化旅游、食物供给、生态保育和多功能复合均衡型4种服务簇,其空间布局与内部结构分异明显。文化旅游型服务簇面积最小,面积占比为3.11%,主要分布于成都和重庆城镇及其周边地区,其提供多重生态系统服务功能的能力最弱;食物供给型服务簇主要位于成都平原、浅丘及部分河谷区域,面积约占36.23%;生态保育型服务簇主要分布于盆周山地,以林地为主导,其提供多重生态系统服务功能的能力最强,面积占比达22.61%;多功能复合均衡型服务簇分布最广,面积占比为38.04%,集中于川中、川东丘陵及平行岭谷槽谷区域。采取差异化优化措施有利于整体提升四川盆地生态系统服务能力,维护区域生态安全格局。     

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.     

新疆生态系统服务时空变化及权衡协同关系

基于CASA模型、RUSLE模型和InVEST模型定量测算了新疆1982-2015年的净初级生产力(NPP)、土壤保持和产水三种生态系统服务物质量。使用空间分析和热点分析方法对生态系统服务的分区差异进行了刻画,并使用Sen趋势度方法分析了生态系统服务的时空变化趋势,进一步基于逐像元偏相关分析,对三种生态系统服务之间的权衡与协同关系及时空变化进行了分析。结果表明:1982-2015年,新疆NPP年际变化较为稳定,呈现逐渐增加的趋势,土壤保持和产水量的年际变化波动较大;NPP与土壤保持、产水之间为协同关系;土壤保持与产水之间呈现明显的协同关系,且主要是强协同关系;NPP与土壤保持的协同关系在全省范围内有弱化趋势,NPP与产水之间由权衡关系过度到协同关系,土壤保持和产水协同关系先强化后弱化。     

山西煤田生态系统服务时空格局及驱动力

煤炭对人类经济社会的发展贡献巨大,其经济效益备受关注,然而煤田为人类提供的生态系统服务却往往易被忽视。本研究基于山西煤田1986、2000、2015年遥感数据、气象数据、土壤数据等,采用InVEST模型估算土壤保持量和产水量,CASA模型估算植被净初级生产力,RWEQ模型估算防风固沙,采用k-均值聚类分析和地理探测器模型模拟山西煤田生态系统服务的空间格局及影响机制。结果表明: 1986—2015年,研究区土壤保持服务、产水服务、植被生产服务和防风固沙服务呈持续增长态势。土壤保持服务高值区主要集中在河东煤田北部和沁水煤田东北部,低值区分布在大同煤田西南部边缘;产水服务高值区主要集中在沁水煤田东北部,低值区分布在西山煤田和沁水煤田西北部;植被生产服务高值区主要集中在沁水煤田东南部,低值区分布在大同煤田、宁武煤田、西山煤田和河东煤田北部;防风固沙服务低值区和高值区在研究区中的位置不固定。生态系统服务簇可分为4类,第一类属于土壤保持服务簇,主要分布在宁武煤田北部、河东煤田北部和沁水煤田北部;第二类属于产水服务簇,主要分布在霍西煤田和沁水煤田南部等地区;第三类属于植被生产服务簇,主要分布在沁水煤田局部;第四类属于防风固沙服务簇,主要分布在河东煤田南部和沁水煤田局部。土壤保持服务受气温、数字高程模型(DEM)、工业产值影响较大,q值分别为0.5、0.3、0.2;产水服务受降水、气温、DEM影响较大,q值分别为0.8、0.3、0.2;植被生产服务的工业产值、降水、气温q值分别为0.7、0.6、0.2;防风固沙服务的主要影响因素有降水、气温和DEM,q值分别为0.7、0.3、0.3。煤田生态系统服务的空间分布及多种生态系统服务之间的关系与自然和人为因素紧密相关,因此,保持自然和人为因子与生态服务之间良好的协调关系,有助于为煤田生态系统可持续发展、土地复垦与生态重建及管理政策的制定提供科学依据。     

新疆生态系统服务时空变化及权衡协同关系

基于CASA模型、RUSLE模型和InVEST模型定量测算了新疆1982—2015年的净初级生产力(NPP)、土壤保持和产水三种生态系统服务物质量。使用空间分析和热点分析方法对生态系统服务的分区差异进行了刻画,并使用Sen趋势度方法分析了生态系统服务的时空变化趋势,进一步基于逐像元偏相关分析,对三种生态系统服务之间的权衡与协同关系及时空变化进行了分析。结果表明:1982—2015年,新疆NPP年际变化较为稳定,呈现逐渐增加的趋势,土壤保持和产水量的年际变化波动较大; NPP与土壤保持、产水之间为协同关系;土壤保持与产水之间呈现明显的协同关系,且主要是强协同关系; NPP与土壤保持的协同关系在全省范围内有弱化趋势,NPP与产水之间由权衡关系过度到协同关系,土壤保持和产水协同关系先强化后弱化。     

生态系统服务簇空间演变轨迹及其社会-生态驱动的地理探测——以大连市为例

生态系统服务簇是多种生态系统服务的组合，明晰生态系统服务簇及其自然-社会经济驱动因素，对生态系统服务内部相互依赖机制识别、实现多种生态系统服务间良性互动具有重要意义。目前生态系统服务簇的识别已得到广泛应用，但对多种生态系统服务之间交互作用的动态过程与影响机理的认识还不够深刻。针对目前多种生态系统服务间交互作用动态演化分析及其社会-生态驱动机理研究不足的现状，以我国北方沿海重要中心城市——大连市为例，选取食物供给、水源涵养、固碳释氧、土壤保持、生境质量和景观美学6种关键服务。采用Spearman相关性分析方法探究生态系统服务权衡与协同关系，借助自组织网络方法识别生态系统服务簇，进一步分析多种生态系统服务间交互作用的时空分异特征，运用地理探测器探究其空间分异影响因素。结果表明：(1)食物供给与土壤保持存在极显著的权衡关系■,土壤保持与景观美学存在极显著的协同关系■。(2)2005—2015年大连市生态保育簇空间格局较稳定，水源涵养簇、食物供给簇与服务枯竭簇之间轨迹变化明显，城市扩张与服务枯竭簇演变具有一致性。(3)高程、归一化植被指数是影响生态系统服务簇空间分布的关键自然因素，而土地利用强...     

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。     

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。     

新安江流域生态系统服务演化过程及权衡协同关系

新安江流域作为长三角一体化发展的战略水源地与水源涵养区,其生态系统服务变化与权衡协同关系研究对于推进流域生态文明体制建设,促进人地关系协调发展具有重要意义。基于生态系统服务变化指数、相关系数及空间自相关等方法,对新安江流域1999-2019年生态系统服务价值及权衡协同关系进行定量分析。结果表明：（1）新安江流域生态系统服务价值整体呈波动下降态势,改善趋势渐显,生态补偿工作的系统实施强化了河流、湖泊的生态保护效应与地位;（2）新安江流域地均生态系统服务价值空间分布较为稳定,空间相关类型以正相关为主,生态系统服务价值增益相对明显地区多分布在上游安徽省境内;（3）协同关系是新安江流域生态系统服务间相关关系的主体,生态补偿试点工作实施后,水文调节服务与其他服务之间的相关关系发生明显转化,各乡镇单元生态系统服务的相关关系以协同关系为主。     

柑橘园扩张对生态系统服务和景观格局的影响——以江西省信丰县为例

柑橘园扩张是我国柑橘主产区较典型的土地利用/覆盖变化过程之一。但柑橘园扩张对区域生态系统服务和景观格局的影响尚不清楚,探明柑橘园种植的生态效应对柑橘主产区实现生态-经济协同发展具有重要的理论和现实意义。以江西省信丰县为研究区,基于第二次、第三次全国国土调查数据,借助InVEST模型、景观格局指数、图谱分析等方法,结合地形梯度和相关性分析,对柑橘园扩张所致的生态系统服务和景观格局变化及其权衡与关联进行分析。结果表明：①2010-2019年,柑橘园扩张方向以占用林地和耕地为主,柑橘园面积从9961.29 hm²增至12633.84 hm²,其中新增柑橘园7504.72 hm²,退出柑橘园4832.16 hm²,区域内柑橘园转换频繁。②柑橘园扩张导致信丰县景观格局总体呈现破碎化趋势,景观连通性降低,并对土壤保持服务和碳储量服务产生负向影响,对柑橘供给服务产生正向影响,对产水服务几乎无影响。③不同类型柑橘园在不同地形梯度上的扩张对生态系统服务的影响方向和程度存在差异。④在权衡与协同分析中,供给服务与支持服务呈权衡关系,碳储量-产水、碳储量-土壤保持等支持服务之间呈协同关系;景观破碎化与生态系统服务显著关联。研究结果可为经济作物大规模种植区的园地合理开发利用和生境保护提供科学依据。     

西南地区生态系统服务关系特征及其与植被覆盖的约束效应

西南地区是我国岩溶发育最强烈的生态脆弱区,同时也是植被恢复成效显著的生态修复区。尽管研究已证实了生态修复工程实施与生态系统服务功能提升之间的因果关系,但多个生态系统服务间的复杂关系、植被恢复对生态系统服务关系的约束效应却鲜有报道。研究在对西南地区的NPP、产水、粮食生产和土壤保持服务进行准确估算后,构建生态系统服务关系指数,对其时空变化特征及驱动因子进行剖析,并重点识别森林覆盖面积这一主导因子与生态系统服务关系的约束效应和影响阈值。结果显示：(1)2000到2018年,区域生态系统服务协同指数均值变化不明显,权衡指数呈减小趋势,综合指数略有上升,区域生态修复取得一定成效。(2)生态系统服务关系指数的空间分布差异明显,其中,协同指数的增长主要集中于研究区南部,权衡指数的减少主要位于四川中部和贵州东部,综合指数的增长主要分布在云南、贵州东部和四川南部。(3)生态系统服务关系变化受多种因素共同影响,其中森林覆盖面积的影响最突出,且各因素的作用具有明显的空间非平稳性。(4)森林覆盖面积与生态系统服务协同、权衡和综合关系间均存在一定约束关系,当影响阈值超过59%后,森林覆盖面积的扩大将不会带来生...