多尺度生态系统服务的权衡关系及其对景观配置的响应——以湖北省为例

多种生态系统服务相互关系及其对景观配置响应的多尺度分析一直是生态系统服务研究的热点问题,对于厘清生态系统服务尺度效应和实现区域分级管理具有重要的意义。以湖北省为研究区域,采用遥感、土地利用类型、水文、气象、土壤等多元数据,从5 km×5 km、10 km×10 km、15 km×15 km、20 km×20 km、25 km×25 km、县域和市域等7个递增尺度分析4种生态系统服务(水源供给、碳固持、粮食生产、水质净化)对景观配置的响应关系。结果表明：(1)4种生态系统服务的空间分布具有较强的异质性,粮食生产服务的高值区与水质净化服务的低值区主要分布于湖北省中部和东部的耕地集中区域,碳固持与水源供给呈现相反的空间特征。(2)生态系统服务权衡关系的作用强度随尺度增加而减弱,而协同关系呈增加趋势;同时服务间相互作用强度的变化大于作用方向的变化。(3)景观配置对生态系统服务的影响程度在县域和市域尺度上大于格网尺度。结果反映了受尺度变化中“削峰填谷”过程的影响,景观配置对生态系统服务影响的大小和正负效应具有尺度差异性。研究结果可为区域生态系统服务分级管理和景观格局调控提供科学参考。     

基于多尺度秦巴山区生态系统服务权衡协同关系的表达

秦巴山区是中国南北过渡带,具有明显的多维地带性结构和复杂的地貌特征,从大、中、小不同的空间尺度上研究生态系统服务权衡协同关系,为区域间的山水林田湖草生态保护提供基础性参考。从全域、综合分区、典型样区、样点间隔4个尺度分析秦巴山区2005—2015年植被净初级生产力(NPP)、粮食生产、土壤保持、生境质量、水资源供给5种生态系统服务之间权衡协同关系。结果表明:①从全域尺度:水资源供给分别与生境质量、土壤保持、NPP、粮食生产呈现协同关系;NPP分别与生境质量、土壤保持同呈现协同关系;生境质量与土壤保持是协同的关系;粮食生产分别与生境质量、土壤保持呈现权衡的关系。②从综合分区尺度:依据地貌和气候类型划分的综合分区,会出现特定的区域内生态系统服务关系的异同,加上影响生态系统服务的机制不同,促使生态系统服务间的关系在综合分区的体现也有所差别。③典型样区尺度:山地的南北坡在气候类型、植被类型、地貌特征等方面存在明显的差异性,随着时间的推移生态系统服务之间会发生相互转变。④样点间隔尺度:成对服务间的权衡/协同关系与样点间隔尺度存在一定的关联性,不同的间隔尺度权衡/协同关系的发展趋势存在差异性。该研...     

呼包鄂榆城市群生态系统服务价值驱动因素及其交互效应

增强呼包鄂榆城市群生态系统服务功能,对于推动黄河流域生态保护和高质量发展具有重要意义。基于研究区1990-2020年土地利用类型评价了生态系统服务价值(ESV),耦合随机森林模型与沙普利加性解释(SHAP)方法分析ESV驱动因素的重要程度、变化响应特征及其交互效应,采用偏最小二乘路径模型识别驱动因素的交互路径。结果表明:(1)研究期内耕地、草地和水域面积整体呈先增后减趋势,建设用地面积持续增加;ESV呈先减后增趋势且总体增加了62.28亿元,ESV的增长主要是林地向耕地和草地扩张的结果。(2)最主要的ESV驱动因素为土地利用类型,其贡献度达到61.24%,其次是地形和气象,贡献度分别为17.59%和17.05%,社会经济的贡献度最低,仅为1.73%;ESV对驱动因素的响应呈非线性变化特征。(3)水域比例是最重要的交互项,交互作用在因素处于不同范围内表现出不同的交互效应。土地利用直接影响ESV,而地形、气象、土壤和社会经济因素主要通过影响土地利用进而间接影响ESV,社会经济因素对ESV的直接和间接影响分别是负和正效应。研究建议通过完善城市群国土空间规划,重点加强草地、林地和水域等生态空间保护并协调好与城镇建设、矿产资源开发的关系,以提升生态系统服务功能为导向实施区域生态系统多因素协同管控。     

快速城市化生态系统服务格局分析与空间管控——以厦门市为例

快速城市化对生态系统服务产生消极影响,科学识别二者的空间规律并进行管控对国土空间资源可持续开发意义重大。基于土地利用、遥感影像、POI等多源数据,借助ArcGIS、InVEST平台分析厦门市六类生态系统服务的空间分布及权衡协同格局,并引入人工神经网络算法与土地利用程度指数模型定量识别城市化空间格局,通过决策矩阵提出空间管控策略。结果表明：①厦门生态系统服务分布在"陆-海"方向上分异显著,岛外地区综合生态系统服务指数总量占全域的91.78%,其中同安区的总量和均值都处于首位;②生态系统服务之间以协同作用为主,在全局关系中生境质量与雨涝调蓄以及与温度调节的协同水平最高,在局部空间关系中水源涵养与雨涝调蓄的协同水平最高,休闲游憩服务与其他服务的权衡效应最强;③翔安区开发潜力最大,同安区过度城市化问题突出,市域未开发单元中生境质量、水源涵养和雨涝调蓄服务较强,建成单元仅在休闲游憩服务具有优势;④叠加空间细分单元的城市化与生态系统服务特征,得到厦门市生态管控分区和决策矩阵,提出四类单元八种情景的具体管控策略。     

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:(1)2005—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。(2)2005—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...     

乡村地区生态系统服务权衡与协同关系——以湖州市为例

湖州是中国"美丽乡村"发源地,十多年来乡村面貌发生较大改变,从而对其生境维持、文化保护带来压力,定量评估湖州乡村的生态系统服务及相关关系对其可持续发展具有重要意义。基于Thornthwaite Memorial模型、Miami模型、InVEST模型、水量平衡法、Maxent模型等方法对该区域2010-2018年粮食供给、碳贮存、水源涵养、文化服务等四项生态系统服务进行时空演变分析,探究不同生态系统服务间的权衡与协同关系。结果表明：(1)在2010-2018年,湖州市乡村地区粮食供给在波动中下降,一级区以东、西部的平原耕地为主;碳贮存均值与总量年际变化极小,中、西部的高山林地碳储量最高;水源涵养均值呈现先增后减的小幅波动,空间分布特点与碳贮存相似;文化服务能力逐年增强,一级区向景点区域集聚并扩张。(2)在权衡与协同分析中,水源涵养与碳贮存、粮食供给之间以协同效应为主,文化服务与水源涵养、粮食供给、碳贮存之间以权衡效应为主,粮食供给与碳贮存之间由权衡效应向协同效应转变,各服务间相关关系总体逐渐增强且存在空间差异性。(3)热点区域识别研究显示,Ⅰ类热点区主要为提供粮食供给的耕地,占比多且略有增强;Ⅱ类热点区主要为提供碳贮存、水源涵养的林地,总体有所减少;Ⅲ类热点区主要为提供碳贮存、水源涵养,以及粮食供给或文化服务的林地和耕地,占比较多并不断扩大;Ⅳ类热点区、非热点区分别位于山地-平原过渡区、靠近城镇区域,均占比极少且变化小。研究结果以期为揭示乡村地区生态系统供给、调节、文化服务间的关系,优化乡村经济结构与发展模式,推进乡村的合理规划和可持续发展提供参考。     

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。     

城镇化发展对呼包鄂地区生态系统服务功能的影响

城镇化是社会经济发展和现代文明的重要标志。城镇化的发展对区域生态系统产生巨大的影响,进而影响了区域生态系统为人类提供生态系统服务的能力。以呼包鄂地区为研究对象,选取防风固沙功能、土壤保持功能,运用冗余分析方法(RDA)探讨快速城镇化对生态系统服务功能的影响机制。结果表明:(1)2000—2010年,呼包鄂地区城镇化发展迅速,城镇人口、常住人口城镇化率、国内生产总值、建设用地面积分别增加83.39%、35.52%、1150.00%、51.91%;(2)防风固沙功能、土壤保持功能10年呈增强趋势,分别增加20.17%和4.39%;(3)RDA分析结果表明,温度、降雨天数、风速、常住人口城镇化率、建设用地指数是呼包鄂地区防风固沙功能变化的主要影响因素,5个因子的共同解释信息量达68.3%;其中常住人口城镇化率和建设用地指数的解释信息量较高,分别为21.5%、34.2%;(4)常住人口城镇化率与防风固沙功能、土壤保持功能呈显著正相关(P0.05),建设用地指数与防风固沙功能呈极显著负相关(P0.01)。因此,有序推进农村人口转移,提高常住人口城市化率;集约利用土地资源,抵制建设用地的无序扩张是实现呼包鄂地区生态系统与城镇可持续发展的重要途径。     

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.     

生态系统服务权衡与协同关系及驱动力——以江苏省太湖流域为例

生态系统服务权衡与协同关系研究是生态系统综合管理的前提。以太湖流域江苏省为例,通过空间显示的生物物理模型计算氮、磷净化、水量供给及土壤保持4种服务指标,借助GIS空间分析表征氮、磷指标与其他指标之间关系,并利用多元Logistic模型定量识别主导驱动力。结果表明:2000到2010年间,各指标的单位面积年均值呈现不同程度的变化,氮输出指标先增加后略下降,磷输出指标逐渐增加,水量供给先下降后上升,土壤保持逐渐下降,并且服务指标的空间格局显著差异。氮、磷净化与水量供给关系在空间上表现为广泛分布的权衡及协同变化区,但与土壤保持的关系不明显,氮、磷之间主要为协同变化关系。氮净化与水量供给的正向主导驱动力为城镇建设用地和农村居民点密度,而植被覆盖度和水网密度具有显著负作用。氮、磷关系的主要影响因素为植被覆盖度,其次是耕地及林地比例,且均起到正向促进作用。主导驱动力识别有助于明确生态系统服务间关系的作用机制,为区域环境管理及生态保护规划提供科学依据。     

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 I>0),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...     

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。     

湿地生态系统服务功能及其价值核算——以福州市为例

湿地在生态保护和社会发展中占据重要地位,科学合理评估湿地生态系统价值,是湿地保护与合理开发、确保湿地资源可持续性利用的基础。如何科学有效、标准化地评估湿地生态系统生产总值(GEP)并使之纳入国民经济体系核算是科学界和政府部门关注的焦点。本研究构建了湿地生态系统生产总值核算框架体系,并以福州市为研究案例,以多源数据为基础,从功能量与价值量层面,开展了福州市湿地GEP核算研究。结果表明: 2015年,福州市湿地生态系统GEP为2392.33亿元,主要源于湿地的生态调节服务价值(1578.69亿元,占总价值的66.0%),约是产品供给服务价值和精神文化服务价值的2.2和15.6倍。湿地生态调节服务中,以水流动调节服务价值和气候调节服务价值最高,两者占生态调节服务价值的82.9%。福州市湿地单位面积生态调节价值为134.78万元·hm^-2,高于全国水平。福州市各区县中,闽清县湿地生态系统价值量最大,为888.31亿元,占福州市湿地生态系统产品供给和生态调节总价值量的40.1%。福州市滨海湿地的生态调节服务价值最大,约分别是河流湿地和人工湿地类型的2.5倍。福州市湿地生态系统GEP核算是“绿水青山就是金山银山”理念城市尺度的重要践行,为指导地方政府科学管理湿地生态系统提供了技术支撑。     

不同气候区生态系统服务权衡空间异质性及其驱动因素——以川滇-黄土高原生态屏障带为例

厘清生态系统服务权衡关系的驱动因素对实现生态系统高效管理至关重要。然而,在不同气候区生态系统服务权衡关系在空间上如何变化及其驱动机制是否一致,尚不清楚。以川滇-黄土高原生态屏障带为例,基于InVEST模型、CASA模型评估生态系统服务空间分布特征,采用RMSE量化生态系统服务权衡关系,利用地理探测器探究不同气候区生态系统服务权衡的驱动机制,以期为生态系统管理提供参考依据。结果如下：(1)不同生态系统服务在不同气候区存在明显差异,WY整体由东北向西南呈递减趋势,NPP和SC呈现由北向南递减的趋势。(2)WY∩NPP的权衡最高值在中温带为0.317,最低值在高原气候区为0.181。WY∩SC在不同气候区RMSE变化幅度较小,由南向北呈现递减趋势;中亚热带气候区WY∩SC的权衡程度最高,为0.295,南温带的权衡程度最低,为0.229。NPP∩SC的RMSE差值最小,仅有0.064,高原气候区权衡程度略低于温带和亚热带。(3)在不同气候区自然因素对权衡关系作用显著高于社会因素,但在人口密集区,人为活动可以部分突破自然因素的约束,使其对权衡的影响有所提升。因此,在制定不同气候区生态系统服务管理...     

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...     

Evaluating regional water security through a freshwater ecosystem service flow model: A case study in Beijing-Tianjian-Hebei region,China

Freshwater ecosystem service is essential to human’s survival and development. Many studies have documented the spatial differences in the supply and demand of ecosystem services and proposed the concept of ecosystem services flows. However, few studies characterize freshwater ecosystem service flow quantitatively. Therefore, our paper aims to quantify the effects of freshwater ecosystem service flow on downstream areas. We developed a freshwater ecosystem service flow model and applied it in the Beijing–Tianjin–Hebei (BTH) region, China, for the year of 2000, 2005, and 2010. We assessed the regional water security with an improved freshwater security index by integrating freshwater service provision, consumption and flow; and found that most areas of the BTH region (69.2%) were affected by upstream freshwater flows. The areas achieving water security in the region also expanded to 66.9%, 66.1%, and 71.3%, which were 6.4%, 6.8% and 5.7% increments compared to no-flow situation, in 2000, 2005 and 2010, respectively. Setting quota for human water consumption is suggested to further improve water security. These results highlight the need to fully understand the connections between distant freshwater ecosystem service provision and local freshwater ecosystem service consumption. This approach may also help managers to choose more sustainable strategies for critical freshwater resource management across different regions.