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。     

基于城市化梯度的中国西南地区生态系统服务权衡与协同

通过构建生态系统服务量化模型与权衡协同模型,刻画中国西南地区关键生态系统服务的时空演变过程,并结合空间静态和时间动态尺度定量测度生态系统服务之间的相互关系,进一步探究西南地区不同城市化梯度下生态系统服务之间权衡协同作用的异质特征,揭示城市化梯度下生态系统服务权衡的形成机制。研究结果表明：①近20年西南地区耕地和草地面积显著减少,建设用地和水域面积分别增长了141.19%和34.6%,其中贵州省城市扩展特征突出,四川省耕地减少最为明显。研究区生境质量指数和产水量呈下降趋势,土壤保持、粮食生产和碳储存三种生态系统服务有所增加;②动态视角下研究区61%的面积土壤保持服务和产水量服务存在权衡关系,碳储存和另外四种生态系统服务之间有着大面积（>70%）的不显著关系;③静态视角下,不同的城市化梯度区生态系统服务呈现显著的异质特征。非城市化地区与整个研究区情况类似,但土壤保持和碳储存之间的相关性逐渐减弱。城市化快速地区生态系统服务之间的权衡协同关系最为显著,特别是碳储存和生境质量的相关性最高（R²=0.541）,以往城市化地区生态系统服务的相互作用强度弱于其他两类区域,但两两生态系统服务之间均呈现正相关;④城市建设用地的快速扩张导致生态系统服务下降,尤其是对生境质量具有显著的负面效应,城市化快速地区生态服务之间的相互作用表现得更为剧烈。林地面积大幅增加使得土壤保持服务有所增加,在山区表现尤为明显,而城市化能够引起碳储存和生境质量强烈的协同下降。     

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。     

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.     

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。     

沿海防护林体系建设工程区生态系统服务权衡/协同及驱动力

探究沿海地区的生态系统服务、权衡协同关系及其驱动机制是区域自然资源科学管理及生态合理规划的基础,对有效提升地区生态、经济、社会效益和人类福祉具有重要理论意义。以海防林工程区为研究区,多角度探究区域内固碳、土壤保持、产水量的生态系统服务、关系特征、驱动机制,从而为沿海地区制定合理生态建设规划提供参考。研究结果表明:(1)沿海防护林体系建设工程区在2000-2020年期间生态系统服务水平整体提升,生态建设效果第二期最佳。(2)2000-2020年区域内各生态系统服务间以协同关系为主,土壤保持和产水量协同显著。(3)建设分区、建设分亚区生态系统服务间关系尺度效应主要存在于土壤保持和产水量。(4)权衡协同关系北方主要受气象因子影响,南方受植被、地形地貌因子影响,人类活动对权衡协同关系的影响以负效应为主,驱动因子存在空间异质性。     

黄河上游流域生态系统服务变化及其权衡协同关系

黄河上游是我国重要的生态屏障和生态功能区,研究其生态系统服务的时空演化及其权衡协同关系对实现黄河流域生态保护和高质量发展具有重要意义。基于土地利用、土壤、气象等数据,借助InVEST模型、相关性分析以及空间自相关分析等方法,定量分析了2000-2020年黄河上游生态系统服务的时空演化特征及其权衡与协同关系。结果表明:(1)黄河上游各项生态系统服务整体表现为"西南高,东北低"的分布格局,高值区主要分布于流域西南部,低值区主要分布于流域东北部;(2)研究期内,黄河上游各项生态系统服务均呈现波动变化的趋势,产水量和土壤保持呈现整体减少趋势,生境质量与碳储量呈现增加的趋势;(3)各项生态系统服务两两之间均存在不同程度的相关关系,产水量与生境质量、碳储量呈现此消彼长的权衡关系,产水量-土壤保持、生境质量-碳储量与土壤保持-碳储量之间呈现协同关系;(4)在空间分布格局上,各项生态系统服务间的权衡与协同关系表现出显著的空间异质性与尺度效应,不同分区之间差异较大。本文可为科学管理区域生态系统,促进流域可持续发展提供参考。     

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。     

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。     

长三角城市群生态系统服务权衡强度时空演变及影响因素

人类活动扰动加剧了长三角城市群生态系统结构演变，从而导致不同生态系统服务之间冲突加剧。明晰城市生态系统服务权衡强度及其影响因素对经济社会发展与生态保护的双赢具有重要意义。基于InVEST模型分析长三角城市群2005年、2019年碳储存、粮食生产、生境质量、产水量和氮输出量生态系统服务时空格局演变，并利用相关性分析、均方根误差指数和冗余分析方法，测度权衡强度并揭示权衡强度演变的关键影响因素。结果表明：粮食生产分别与碳储存、生境质量和产水量之间，以及氮输出量与生境质量和碳储存之间，碳储存与产水量之间呈现出显著的权衡关系；权衡强度空间异质性显著的粮食生产与碳储存，粮食生产与产水量的权衡强度高值主要集中在北部粮食主产区和南部山区。氮输出与碳储存、碳储存与产水量之间的高强度权衡关系主要位于南部地区。粮食生产与生境质量以及氮输出与生境质量的高强度权衡区域多集中在社会经济快速发展地区。长三角城市群生态系统服务权衡强度受多个因素共同作用，其主要影响因素包括坡度、林地覆盖率、农田覆盖率、降雨、气温、建设用地率等。     

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。     

水源涵养与水文调节:和而不同的陆地生态系统水文服务

水与生态系统的关系是重要的科学问题,并且受到社会广泛关注。水源涵养和水文调节都是陆地生态系统所能提供的水文服务,并从生态水文和水资源角度把生态系统的健康和完整性与人类社会的持续发展紧密联系起来,从而也要求动态和综合的视角加以深入研究。基于生态水文过程原理,对水源涵养和水文调节的概念进行了辨析,认为前者是后者的有机组成部分,相对具体、应用中务求精确明晰;后者则更具包容性、客观性和广泛适用性。文章进一步简要分析了当前国内外生态系统水源涵养和水文调节服务的主导评估方法,结果表明,水源涵养的评估以储水量法为主,而水文调节则以基于降水和蒸散的水量平衡法及综合模型法(如SWAT)为主。从生态系统服务相互作用的角度考量,实际上水源涵养和水文调节及其相关的其它服务类型(如固碳、土壤保持、生物生产、淡水供给等)存在着复杂的动态权衡或协同关系,在科学研究和生态系统管理实践中必须统筹考虑,以确保对科学问题的准确把握和促进"水-生态-社会系统"的高效、可持续发展。为此,必须加强对生态水文过程的长期观测和实验研究,并且关注空间异质性及尺度效应、时间动态性和利益相关者需求的多维性。     

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。     

白洋淀流域生态系统服务评估及其调控

政策制定者在制定土地利用相关政策时需要权衡各方面的利益关系,协调资源保护和经济发展之间的关系.由于缺乏有效的评价与权衡办法,目前对这方面研究还较少.采用InVEST模型,评价了白洋淀流域7种服务功能指标,分析了其空间分布特征.通过情景(政策情景与保护情景)分析,较好的反映了农业直接经济收入与服务功能之间的关系.结果表明:生物多样性、水源涵养、土壤保持和固碳重要区域主要分布在流域西部、北部和流域中部山区;水质保护和授粉重要区域主要分布于流域东部、南部和中部平原区.政策情景下,产水量第二,农业产出有所下降,固碳能力较保护模式差,N/P输出最少.保护情景下产水量最大,农田产出价值不变,氮磷保持与政策情景差不多,但固碳效果最好.通过权衡不同情景下服务功能得失,筛选既不损害流域居民实际经济收入,又能使得水文服务功能得到提高的管理模式.研究表明InVEST模型可以很好的用于对自然资本评估和空间化特征分析,通过建立不同情景,评价结果可以用于权衡不同管理策略下服务功能得失,是一种评价和预测自然资本变化的有效方法,对政策制定和策略筛选具有重要的指导意义.     

不同管理模式对农田生态系统服务的影响模拟研究——以太湖流域为例

高强度的农业生产给生态环境带来诸多负面影响,如何权衡农田生态系统服务是农业可持续发展面临的重要问题之一。本文以太湖流域稻麦轮作农田生态系统为研究对象,利用基于0—10cm土壤温度、10—20cm土壤温度、水稻生物量和小麦生物量等为目标函数的PEST软件校准APSIM模型,遴选三类重要生态系统服务——粮食供给(粮食产量)、水质调节(氮流失)和气候调节(N_2O排放、固碳-土壤有机碳),针对不同秸秆还田(无秸秆还田、稻秆还田麦秆不还田、麦秆还田稻秆不还田、稻麦秆全还田)和施肥模式(0、-5%,-10%,-20%)等设定16种情景模拟1986—2015年太湖流域生态系统服务变化趋势,利用自组织映射法(SOM)分析其权衡协同关系变化,以期为农田生态系统管理提供科学依据。结果表明:(1)相对秸秆还田,粮食产量、N_2O排放、氮流失和土壤有机碳受施肥影响更为显著,均随施肥量减少而下降;(2)不同管理模式对固碳影响较弱,对N_2O排放和水质调节影响明显,稻麦秆全还田且减量施肥5%、10%或20%情景对N_2O排放抑制最为有效,减排量均超过30%,氮流失量减量大于7%;(3)粮食供给与固碳、N_2O排放均存在显著的协同关系,粮食供给与水质调节、固碳与水质调节、水质调节与N_2O排放呈显著权衡关系,固碳与N_2O排放呈弱权衡关系;(4)基于N_2O排放量和氮流失量均低于基准模拟且粮食单位产量减少低于5%的情景下,无秸秆还田且减量施肥5%(S0_F1)和稻麦秆全还田且减量施肥5%(S3_F1)两种模式相对有利于整体提升太湖流域农田生态生态系统服务。此外,APSIM模型有待更多的野外监测数据进一步校准改进以提高模型率定精度,同时需扩展不同模式影响下太湖流域农田生态系统服务综合效应评估,以获取更加科学、合理的优化模式与途径。     

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...     

青藏高原典型区生态系统服务空间异质性及其影响因素——以那曲市为例

那曲市位于青藏高原生态屏障区的中心,其提供的多项生态系统服务对维持高原乃至周边地区的生态安全与可持续发展具有重要意义。借助InVEST模型与CASA模型模拟那曲市2000、2010、2018年的产水、土壤保持、固碳以及生境质量四项生态系统服务,分析它们的时空格局及相互关系,在此基础上用地理探测器揭示那曲市生态系统服务空间异质性的主要影响因子。结果表明：1）2000-2018年间,那曲市产水服务与土壤保持服务分别下降了35.1%和4.8%,生境质量趋于稳定,固碳服务增长了5.6%。2）2000-2018年间,那曲市产水、土壤保持、固碳的空间分布均呈现东南高西北低的趋势,生境质量高值区分布在湖泊河流以及植被覆盖率高的地区。那曲市生态系统服务极重要与高度重要区域占比保持在5.3%-5.4%和12.3%-13.8%之间,主要分布在那曲中部与东部水热与植被条件好的区域。3）2000-2018年间那曲市各生态系统服务之间主要为协同关系,其中土壤保持服务和产水服务间的协同性最强。4）因子探测结果表明,降水量、土壤类型、归一化植被指数因子（NDVI）对产水服务和固碳服务的空间异质性有最强的解释力,土壤保持服务的空间异质性主要受坡度因子影响,生境质量受土地利用类型因子的影响最大。交互探测结果凸显了土地利用因子的重要性,土地利用类型与NDVI以及土地利用类型与降水交互后分别对固碳服务、生境质量以及产水服务的解释力最强。研究结果可为那曲市生态保护与生态文明建设提供理论依据。