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。     

丹江口水源区生态系统服务时空变化及权衡协同关系

研究区域多种生态系统服务之间的权衡协同关系特征,对不同生态系统服务、不同区域之间的协调发展,实现利益相关方效益最大化,达到区域发展与生态保护"双赢"具有重要意义。针对目前权衡协同定性分析、长时间动态变化研究不足的现状,以丹江口水源区为例,在采用"当量因子法"求得研究区生态系统服务价值的基础上,使用长时间整体分析占优的相关性分析方法和短时期动态变化分析占优的生态系统服务权衡协同度(ESTD)模型对研究区1990—2015年10种生态系统服务的权衡协同关系展开研究。结果表明:1990—1995年,丹江口水源区生态系统服务价值呈负增长,之后则呈不断上涨的时序变化趋势,增幅最大的生态系统服务为水资源供给。生态服务价值最高的用地类型为林地,其次为草地和水域。空间上,生态系统服务价值呈东南高西北低特征。在丹江口水源区生态系统服务之间相互关系中,协同关系占64%,是丹江口水源区生态系统服务之间的主导关系,权衡关系较少,且大多存在于供给服务与调节服务、文化服务、支持服务之间。丹江口大坝加高后,即2005年之后,水源区内生态系统服务之间的权衡协同方向有所改变,改变明显的生态服务有净化环境、水文调节和水资源供给。这3种生态系统服务与生态系统服务之间的权衡关系增多,除这3种生态系统服务外,其余几种单项生态系统服务与生态系统服务之间的权衡关系减少。     

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。     

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。     

长时间序列生态系统服务权衡与协同驱动因素——以芜湖市生态系统服务功能极重要区为例

人类对生态系统的管理和干预促使生态系统服务权衡向协同转化,有助于生态系统服务综合效益提升。但当前缺乏对长时间序列分析背景下生态系统服务权衡协同驱动因素及其非线性影响的理解与把握。以芜湖市“生态系统服务功能极重要区”为研究案例,考虑生境质量、碳固定和土壤保持三种关键生态系统服务,基于多源数据,运用逐像元趋势叠加分析法评估1990—2020年间研究区生态系统服务变化趋势及其权衡协同空间分布规律,采用随机森林模型探索该区域生态系统服务权衡协同形成的关键驱动因素及其非线性影响效应。研究结果表明：(1)31年间芜湖市域生境质量显著下降区域面积约为提升面积的两倍,存在进一步衰退的风险。同时,城市扩张导致市郊边缘地带碳固定、土壤保持显著下降。(2)研究区生态系统服务供给能力受权衡协同影响显著,受影响区域总面积占比达64.48%。受权衡影响区域与协同影响区域存在显著空间差异。(3)土地利用强度是管理生态系统服务权衡向协同转化的主导因素。土地利用强度对权衡协同的影响表现出非线性特征并且存在影响阈值。当强度等级介于弱与中且偏向弱强度时对不同服务协同增益具有积极作用。     

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。     

青弋江流域生态系统服务评估与权衡研究

研究生态系统服务价值变化特征及多种服务之间的权衡协同关系,对平衡经济发展与环境保护具有重要意义。基于修订的当量因子表,结合2000、2009、2018年3个时期遥感解译获取的土地利用数据,运用生态系统服务权衡协同度模型、敏感性分析、空间自相关、土地利用程度综合指数模型等分析了青弋江流域生态系统服务价值（Ecosystem Services Value,ESV）的时空演变特征及9种生态服务之间的权衡协同关系。结果表明：（1）2000、2009及2018年的生态系统服务价值分别为285.19、351.26和294.68亿元,价值总量呈先增后减的变化趋势,其中2009-2018年间总ESV下降了16.1%,生态服务趋于退化。整个研究时段内,林地对ESV的贡献量最大,其次是耕地和水域。（2）2000-2009年,单项生态系统服务间以协同关系为主导,协同率为77.8%,食物生产服务与本研究中的其他服务之间均为权衡关系;2009-2018年间生态系统服务间的关系与前9年基本一致,但食物生产服务与其他服务功能之间的权衡度呈增强的趋势。（3）敏感性分析表明,各时期的敏感性指数（CS）值均小于1,表明基于修订的当量因子表计算获得的生态系统服务价值系数符合青弋江流域的实际情况,计算结果可靠。（4）生态系统服务价值存在较强的正向空间自相关,但集聚程度有下降的趋势。双变量空间自相关分析表明当土地利用程度增强时,生态系统提供的总服务价值或单项服务价值均会降低。研究结果可为青弋江流域土地利用结构的优化调整及生态环境保护提供参考信息。     

基于土地利用的博斯腾湖流域生态系统服务价值时空变化

探讨土地利用变化及其对生态服务功能价值影响，是促进流域生态环境保护和资源合理配置的重要理论依据和决策支持。采用改进的生态系统服务价值评估、热点分析等方法探究了博斯腾湖流域1995-2018年土地利用变化与生态系统服务价值时空（ESV）演变。结果表明：（1）流域旱地、建设用地面积持续增加；荒漠、草甸、湿地、水域、灌木面积呈现波动增长趋势；裸地、草原、冰川积雪、阔叶、针叶面积呈现波动下降趋势。（2）流域23年间ESV呈减小-增大-减小-增大的波动增大趋势，调节服务和支持服务构成流域ESV主体。水域、草甸和草原是流域ESV变化主要的贡献因子和敏感因子，其中水域和草甸为正向贡献因子；草原为负向贡献因子。（3）流域ESV总体空间分布呈"北偏高，南偏低"，唯一高值集聚区（博斯腾湖）点缀在低值区的格局，ESV南北空间差异明显；研究区年平均湿地和水域面积之和仅占总面积的3.61%，主导着整个流域生态系统服务价值的变化，是流域环境保护和生态建设的重心。（4）流域生态系统服务价值热点区域变化不大，冷点区域面积大且呈缩减趋势。流域北部的ESV空间演变较为显著，其原因是荒漠和裸地、草原和草甸等自然生态系统转换频繁。研究区南部的绿洲区的扩张使得局部冷点区转为次冷点区。     

基于地形梯度的赣南地区生态系统服务价值对人为干扰的空间响应

赣南地区是我国南方山地丘陵带的重要组成部分,属于我国重要的生态屏障带,生态保护意义重大。以赣南为研究区域,基于1990—2015年间的6期遥感影像,利用遥感、地理信息技术和空间统计的方法,研究了赣南地区基于地形梯度变化的土地利用结构及生态系统服务价值的时空分异,基于网格法分析了全区人为干扰度空间分布及其与地形梯度的关系,并对人为干扰度与生态系统服务价值的空间相关性进行了分析。研究结果表明:(1)随着地形梯度的上升,赣南地区的林地面积比例逐渐上升,其他用地类型的面积比例逐渐下降;其中林地和耕地的变化最为显著;(2) 1990—2015年间赣南地区的生态系统服务价值均随着地形梯度的上升而下降;在地形位指数为0.2164—0.6826的梯度1区域下降最为显著;(3)人为干扰分析显示,90%的高人为干扰度网格分布在低海拔和低坡度的地形梯度1区域,在其他地形梯度分布较少;(4)赣南地区生态系统服务价值和人为干扰度值存在极为显著的空间集聚现象,高-低型集聚区主要分布在地形梯度1的大余县、南康市、赣州市区、信丰县、瑞金市、会昌县、兴国县、于都县等8个县市,低-高型集聚区主要分布在地形梯度较高的崇义县和上犹县。分析了赣南地区生态系统服务价值的地形梯度变化及其与人为干扰度的空间聚类效应,为合理布局和保护我国南方丘陵的生态用地,发挥赣南地区的生态屏障作用提供了理论依据和决策支持。     

子午岭区生态系统服务权衡与协同变化及其影响因素

生态系统服务簇是多种生态系统服务的组合,可指征生态系统服务间权衡或协同关系。辨析服务簇内部的权衡与协同关系,有助于实现基于服务簇的生态分区与管理政策制定。基于InVEST模型,综合运用相关分析、聚类分析、主成分分析和冗余分析等,本研究揭示了子午岭区生态系统服务的空间群聚特征,探究了服务簇内部权衡与协同关系及生态系统服务的影响因素。结果表明: 2000—2017年,子午岭区生态系统服务整体得到改善。除土壤保持高值区在研究区北部较为集中外,其余生态系统服务高值区均在中部和南部较为集中。根据聚类结果将研究区在像元尺度上划分为4个生态系统服务簇,其中,核心保护簇内,产水服务与土壤保持存在较强权衡;粮食生产簇内,生境质量与产水服务、粮食生产存在较强权衡;生态过渡簇和生态脆弱簇内,服务间的协同关系广泛。生态系统服务同时受到自然本底条件和人类活动的影响,植被覆盖、降水和高程对研究区生态系统服务以积极影响为主,而温度、建设用地占比、人口密度等以消极影响为主。     

基于生态系统服务簇的内蒙古自治区生态功能分区

生态功能分区是生态系统管理的重要环节,有助于维持生态可持续性.目前生态功能分区的框架复杂多样,但对多重生态系统服务之间关系的理解还不够深刻.生态系统服务簇可以识别多重生态系统服务间的交互作用,并依据簇的特征对区域进行生态功能分区,从而更好地进行社会-生态系统管理.本文以内蒙古自治区为例,定量评估了供给服务、调节服务和支持服务,以旗县(区)为基本空间单元,运用自组织特征映射网络(SOFM)得到生态系统服务簇、划分生态功能区.结果表明: 研究区各项生态系统服务分布整体上呈现从东北向西南递减的格局;供给服务和调节服务存在权衡关系,支持服务和调节服务存在协同关系;依据聚类结果将内蒙古自治区划分为4个生态功能区,分别为西部荒漠生态脆弱区、中部草原水土保持区、东部草原牧业盈余区、东部森林生态均衡区.本研究基于生态系统服务簇的概念,分析了内蒙古自治区多重生态系统服务的权衡与协同关系,为生态功能分区提供了新的视角和方法.     

干旱地区遥感生态指数的改进——以乌兰布和沙漠为例

干旱区以荒漠为主要背景,生态环境脆弱,极易受到自然和人为因素的影响。为了定量评价干旱区生态环境质量,基于遥感生态指数(RSEI),针对干旱区对其进行改进,构建了干旱遥感生态指数(ARSEI),该指数耦合了绿度、湿度、盐度、热度以及土地退化度信息。利用ARSEI和RSEI对乌兰布和沙漠2000—2019年生态环境质量进行动态监测和评价,分析两者的差别及在干旱区的适用性。同时分析乌兰布和沙漠生态环境质量时空变化特征及原因。结果表明: ARSEI比RSEI对干旱区生态环境质量具有更好的适用性,ARSEI增强了土地利用类型变化在生态环境质量评价中的作用。2000—2019年,乌兰布和沙漠生态环境质量整体上为差。等级为优、良、中的部分主要分布在沙漠北部,等级为差的部分主要集中在戈壁和沙地处,较差主要在低覆盖度植被区。2000—2019年,乌兰布和沙漠生态环境质量总体变好,沙漠北部城镇或农场生态环境质量变化复杂,变差和变好交替分布。生态农业和沙产业对生态环境质量有明显的改善作用,这是乌兰布和沙漠生态环境质量变化的主要原因。     

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。     

山东近海生态资本价值评估——供给服务价值

海洋生态资本是沿海地区社会经济活动的重要生产要素,供给服务价值是海洋生态资本价值的关键构成要素之一。选择养殖生产、捕捞生产和氧气生产3个指标,分别采用市场价格法和替代成本法对山东近海生态系统提供的供给服务价值进行了评估,并揭示山东近海供给服务价值的空间分布规律。山东近海3.16万km²的海域,2008年产出的供给服务价值为574.1亿元,占全省沿海地级市生产总值的3.62%。其中,养殖生产价值452.86亿元,捕捞生产价值66.02亿元,氧气生产价值55.23亿元。山东沿海7个地级市比较,威海和烟台近海的供给服务价值最高,分别为180亿元和169.13亿元;其次是青岛近海,为103.58亿元;滨州、潍坊、日照和东营近海较低且相差不大。山东近海生态系统供给服务价值的分布密度平均为167.7万元/km²。供给服务价值的高值区集中分布于青岛和日照近海,中值区主要分布于威海和烟台近海,滨州、东营和潍坊近海的分布密度较低。山东近海生态系统供给服务价值空间分布遵守从近岸向外海总体降低的规律,有养殖区分布的局部海域,供给服务价值较高。山东近海供给服务与调节服务、支持服务存在正相关的关系,养殖生产、捕捞生产、氧气生产3项服务之间也存在互相促进的关系。山东近海供给服务价值,尤其是养殖生产对山东沿海经济发展有着重要的支撑作用。     

生态系统服务竞争与协同研究进展

生态系统服务作为生态系统评估的核心领域,是生态学的研究热点。生态系统提供服务的形式与能力受人类活动强烈影响,反之,生态系统服务的变化又影响着人类相关决策的制定。不同生态系统服务之间很难甚至不可能同时达到利益最大化,即存在着不同程度此消彼长的竞争关系。此外,不同生态系统服务之间也可能形成相互促进或抑制的协同作用。探讨不同生态系统服务的相互关系(竞争与协同作用),有利于揭示不同尺度利益相关方与生态系统服务之间的作用与反馈机制,避免生态系统服务的重复估算;同时可为制定与实施生态补偿、提高人类福祉提供科学依据,优化生态系统服务管理。综合研究了近期国外生态系统服务竞争关系与协同作用的相关文献,在简述当前生态系统服务研究若干问题的基础上,以生态系统服务竞争与协同为视角,厘清了生态系统服务竞争与协同的基本内涵,总结了生态系统服务竞争与协同的主要类型,探讨了生态系统服务竞争与协同的空间与时间尺度效应;介绍并总结了生态系统服务竞争与协同两种主要研究方法(生态-经济综合模型方法、基于土地利用的情景分析法)的特点与适应范围。     

西藏草地多项供给及调节服务相互作用的时空演变规律

基于统计数据及MODIS产品,计算西藏草地2000与2010年载畜支持服务、肉类供给服务、水源涵养服务和碳吸收服务的功能量。构建Pearson相关系数、总生态系统服务(TES)、供给-调节服务互竞指数(TO),分析了4项生态系统服务相互作用关系随纬度、海拔及时间变化的规律。结果表明:西藏草地两项供给服务和两项调节服务之间分别为相互协同作用,且随时空变化不大。供给服务和调节服务之间的相互作用随海拔和纬度升高时,基本由相互竞争转变为相互协同,在高纬度时则无相互作用。4项服务在低纬度及低海拔呈相互竞争关系时,其生态系统服务总体水平也较低,中纬度及中高海拔呈协同关系时,其总体水平较高。从2000年到2010年,西藏草地4项生态系统服务皆发生较大变化。在变化中,12%的草地供给服务与调节服务发生相互竞争作用,33%的草地则为相互协同关系。发生相互竞争作用的草地主要集中在中低纬度的一江两河地区,而相互协同的区域主要为藏北羌塘高原中南部。     

“山地-绿洲-荒漠”复合系统土地利用变化的生态系统服务权衡与协同效应——以张掖市为例

开展复合生态系统土地利用变化的生态服务效应研究可为优化国土空间格局和强化生态系统管理提供重要的基础依据。以干旱区"山地-绿洲-荒漠"复合系统的典型区域张掖市为例，基于1987年、2000年和2018年3期土地利用数据，以乡级行政区为基本单元，引入相对优势度指数划分山地、绿洲、荒漠子系统，研究复合系统的土地利用变化特征及生态系统服务权衡/协同效应。结果表明：（1）张掖市复合系统呈现地域分异特征，由南部山地系统，中部绿洲系统和北部荒漠系统构成；山地系统以林地和草地为主，绿洲系统以耕地和建设用地为主，荒漠系统以未利用地为主。（2）从时间上看，2000-2018年各系统的土地利用变化更强烈，其中，绿洲系统的耕地面积增加量最大，为363.08km²，荒漠系统的建设用地面积增加幅度最大，为78.23%。各系统土地利用转移模式为：山地系统以草地转耕地为主，绿洲系统和荒漠系统以未利用地转耕地为主。（3）张掖市复合系统的生态服务价值呈增加趋势，其中，荒漠系统生态服务价值量的增幅最大，各子系统的价值量之间的关系表现为山地系统 > 绿洲系统 > 荒漠系统，耕地对各系统生态服务价值贡献量最大。（4）张掖市土地利用变化的协同效应大于权衡效应，其中荒漠系统的生态服务之间均为协同关系，山地系统中供给服务与其他服务呈现权衡关系，占比32.73%，绿洲系统中调节服务与其他服务呈现权衡关系，占比18.18%。     

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。