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。     

黄土高原生态系统服务权衡与协同时空变化及影响因素——以延安市为例

明确黄土高原生态系统服务权衡与协同的时空变化特征及影响因素,深刻理解能源开发和经济发展背景下黄土高原多种生态系统服务之间的相关关系,为实现经济与生态保护的协调发展提供理论依据。以黄土高原典型区延安市为例,探讨1993—2013年间生态服务价值(植被净初级生产力、土壤保持、水源涵养和食物供给)之间权衡与协同关系的时空变化特征,以及退耕还林政策和地形坡度对生态系统服务权衡与协同关系动态变化的影响。结果表明:①各类生态系统服务之间呈现不同的相关关系,食物供给与土壤保持、水源涵养以及NPP之间均为权衡关系,NPP与土壤保持、水源涵养之间为协同关系,土壤保持与水源涵养呈现协同关系;②20年来延安市生态系统服务整体表现为权衡加强协同减弱的趋势;③对比退耕还林区与非退耕还林区权衡与协同的动态变化,发现退耕还林区各类生态服务多呈协同关系且不断加强,而在非退耕还林区多表现为权衡关系;④坡度为15°—25°地区生态服务冲突最为显著,大于25°地区生态服务协同作用显著;⑤NPP与水源涵养的协同关系呈现北部高南部低的分布规律,NPP与食物供给权衡程度在延安市北部较强而东部较弱,水源涵养与食物供给的权衡关系在延安市西南部更为突出而北部最弱。     

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。     

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。     

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。     

乌兰布和沙漠生态系统服务价值时空动态

以乌兰布和沙漠为研究区,基于1990—2018年4期土地利用类型数据,以"当量因子法"为基础,运用网格分析、热点分析、权衡协同分析等方法,探究乌兰布和沙漠近30年生态系统服务价值的时空动态特征。结果表明:(1)生态系统服务价值总量以2000年为拐点先下降后逐期上升,由1990年17.03亿元上升至2018年25.94亿元,其中调节服务价值贡献量最大,4期平均占71.34%,供给服务增幅最大,近30年间增加85.04%;(2)生态系统服务价值呈东部和东北部高、中部和西南部低的空间分布特征,1990—2010年空间格局基本不变,但2018年高值区有所扩展;(3)1990—2018年间生态系统服务冷点区面积占比由2.85%增至4.23%,热点区面积占比由0.22%增至10.45%,热点区分布在黄河沿岸及部分生态恢复区,但东南部冷点区逐渐增大,生态治理时应着重关注;(4)1990—2018年生态系统服务间以协同关系为主,权衡关系存在于初期供给服务与其他类型服务之间。     

关中-天水经济区生态系统服务权衡与协同关系

陆地表层植被作为生态系统主体,具有调节气候、水文调节、净化水质、保持水土等生态系统服务。理解生态系统服务权衡与协同的表现类型、形成机理、尺度依存和区域差异,对于制定区域发展与生态保护"双赢"的政策措施具有重要意义。以关天经济区为主要研究对象,利用相关模型,计算关天经济区生态系统NPP,固碳释氧,水文调节,水土保持,粮食生产等生态系统服务价值,利用ESCI和ESSI两个指数研究其生态系统服务价值时空变化,利用相关系数和空间制图的方法研究它们之间的相互权衡协同关系。结果表明:从时间角度分析,各项生态服务价值都呈现逐渐增加的趋势;从空间角度分析,2000年和2010年存在相似的空间分布格局,从北向南,NPP和固碳释氧的价值逐渐增大,水土保持价值变化量的大小也呈现不断增加的趋势,北部变化量小,南部变化量大,水文调节价值从西向东增大,从北向南增大,粮食生产价值量最小的是西安市市区,粮食生产价值量最大的是西安市的郊区和郊县及咸阳市。2000年到2010年间,调节型生态系统服务与供给型生态系统服务之间存在着此消彼长的权衡关系;各个区县的总生态服务价值指数从北向南、从西向东是不断增大的。     

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。     

中国快速城市化区域生态系统服务价值预测及权衡研究——以佛山市为例

中国快速城市化区域由于经济迅速发展需要以及人类活动不断干扰，导致土地利用变化剧烈，影响生态系统功能发挥和服务供给，给予生态环境带来巨大压力。分析和预测快速城市化区域生态服务价值（Ecosystem Service Value，ESV）时空演变特征、权衡与协同关系，对协调区域可持续发展具有重要意义。通过FLUS（Future Land Use Simulation）模型、价值当量表估算法、皮尔逊相关分析和双变量自相关等方法，分析并预测2005-2025年佛山市土地利用变化对ESV的影响，同时探究2025年多情景下生态系统服务之间的权衡与协同关系。结果表明：①2005-2025佛山市土地利用格局变化明显，生态保护情景下土地利用变化程度最缓和。②2005-2015年ESV共下降11.41亿元，经济发展情景下的ESV下降趋势最明显。③供给、调节、支持与文化4种单项ESV，分别下降1.95、5.02、4.08、0.36亿元；生态保护情景下的各项ESV均上升。④生态系统服务之间均存在明显的协同作用，经济发展情景下的协同关系最显著；西南和东北区域主要表现为协同关系，局部区域表现为权衡关系。研究结果可为快速城市化区域生态系统功能调控和生态安全格局构建提供一定的思路。     

陇中黄土丘陵区土地利用强度-生态系统服务-人类福祉时空关系研究——以安定区为例

基于土地利用和社会统计数据,构建了"土地利用强度-生态系统服务-人类福祉"多尺度分析框架,从县区和乡镇尺度探讨了定西市安定区1990—2015年土地利用强度-生态系统服务-人类福祉的时空权衡/协同关系。结果表明:1990—2015年安定区土地利用强度-生态系统服务-人类福祉关系变化存在区域整体相似性和乡镇局部差异性;土地利用强度的增加,提高了供给服务和生产资料供给福祉,但弱化了调节和支持服务;供给与支持服务权衡主要集中于安定区北部和西南部。该区生态系统服务间的权衡程度较高,不利于生态系统服务保育和居民福祉的持续提升。区域的脱贫致富因立足于提高居民福祉,退耕还林还草、发展特色高效产业、劳务输出等是实现该区社会生态系统的经济收益与生态效益共赢的有效途径。     

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。     

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。     

近20年黄土高原生态系统服务研究进展

生态系统服务是自然生态系统及其物种提供的供给和维持人类生存的条件和过程,是人类通过生态系统的功能直接或间接得到的产品或服务,具有典型的区域性特征。黄土高原是黄河流域重要生态安全屏障,生态建设规模大、历时长,是我国生态系统服务研究的重要案例区。已有研究针对黄土高原生态系统服务进行物质量与价值量估算、权衡与协同关系识别和供需关系评估,但不同结论之间缺少归纳和对比。研究对近20年来黄土高原地区生态系统服务研究的文献总体特征和主要研究发现分析表明：相关中英文论文数量和被引频次整体呈上升趋势,研究内容上主要关注黄土高原生态系统服务的定量估算,近年来逐渐向生态系统服务权衡分析和供需关系评估拓展;黄土高原地区自退耕还林以来,各项生态系统服务总量呈上升趋势,呈现出东南增量较多、西北增量较少的空间格局;黄土高原地区供给服务和调节服务存在较明显的权衡关系,但在不同尺度上强度分异明显;区域内生态系统服务供给量和需求量均呈增加趋势,供需匹配状况具有明显时空差异。面向当前研究中物质量评估种类不足、价值量估算高度不确定、权衡与协同现象缺乏归因、空间流动性体现不足等问题,未来黄土高原生态系统服务研究有待加强面向生态...     

武夷山小流域生态系统服务(簇)权衡/协同及对地形起伏度的响应

地形起伏度(RDLS)通过影响生态系统的格局、过程和功能而作用于生态系统服务,揭示二者间的作用关系对提升生态系统服务认知具有重要意义。综合运用地形起伏度模型、InVEST模型、K-mean聚类分析、生态系统服务变化指数(ESCI)及权衡协同度指数(ESTD)等方法,探究2009—2016年武夷山国家公园武夷山九曲溪流域主要生态系统服务、生态系统服务簇及其权衡/协同关系对地形起伏度的响应规律。结果表明：(1)2009—2016年生物多样性维持、固碳、水源涵养和水质净化服务及其增益面积均随着RDLS等级的升高而增加。(2)生态脆弱型服务簇聚集在RDLS较低地方,生态调节型服务簇则聚集在RDLS较高区域,而生态保育型服务簇无明显分布规律。2009—2016年,RDLS较低和较高区域分别有19%、18%的生态保育型服务簇转变为生态脆弱型服务簇和生态调节型服务簇。(3)生态系统服务权衡/协同关系对RDLS的响应模式有两种模式,即以二级或四级RDLS为峰值的倒U型曲线(固碳与生物多样性维持的权衡关系,固碳与水源涵养的协同关系)和以二级、四级RDLS为拐点的N型曲线(水质净化与固碳、水源涵养的协同关...     

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。     

Bayesian belief networks to analyse trade-offs among ecosystem services at the regional scale

Knowledge on trade-offs and synergies among ecosystem services is crucial for the design of land use strategies that optimize ecosystem service delivery. Correlation coefficients, obtained through pairwise comparison of ecosystem service provision maps, have been put forward as suitable indicators to quantify these interactions. However, for more in depth analyses of trade-offs and synergies where driving forces of interactions need to be determined, more sophisticated methods are needed. Although Bayesian belief networks have been frequently mentioned as promising tools to investigate interactions among ecosystem services, up till now, no structured approaches to do so have been suggested. This paper presents a way to analyse trade-offs and synergies among ecosystem services together with their driving forces. Joint probability distributions of ecosystem service pairs, which can be calculated by using Bayesian belief network models, are used to quantify interactions. The paper demonstrates the approach by quantifying trade-offs and synergies among several ecosystem services in Flanders, Belgium. Our analysis identifies two bundles of ecosystem services which react synergistically. Wood production and several regulating services on the one hand and food production and soil formation on the other hand. Trade-offs are identified among food production and most of the other services that were included into the analysis. In addition to these general findings, the analysis shows that the identified interactions may change depending on the considered environmental conditions, specified through soil type, land cover and land use.