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。     

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。     

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...     

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。     

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。     

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。     

“一带一路”地区生态系统服务关系的时空分异与区域响应

"一带一路"沿线多数发展中国家地处生态脆弱区,土地资源空间配置亟待优化。研究生态系统服务间的相互关系可以为土地利用决策提供定量化支持,但该关系在不同地域的表现形式有较大的差异性。基于InVEST模型,评估"一带一路"区域2000、2005、2010和2015年土壤保持、产水量、碳固定和生境质量4种生态系统服务时空变化,通过相关性分析和局部空间自相关分析等方法识别生态系统服务相互关系,以及其对不同地域特征变量的响应。就区域整体而言,土壤保持、产水量、碳固定和生境质量呈现中亚和西亚为一致低值区,而高值区分布不一致的空间格局;生态系统服务之间均呈显著协同关系,但冷热点格局的区域异质性显著。在生态区单元中,泰加林、温带草原和灌木的多种生态系统服务间为权衡关系;在国家单元中,生态系统服务间协同与权衡关系并存。产水量与碳固定间的协同关系对人口分布有良好的响应,而土壤保持与碳固定对人口分布的响应不明显。定量化评估生态系统服务及权衡关系,为区域土地资源优化配置提供依据,研究结果也为"一带一路"地区沿线国家间生态保护合作提供空间指引。     

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。     

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。     

滇池流域水文生态系统服务权衡与协同时空异质性及其归因分析

城市化扩张影响流域水文生态系统服务供给,导致水文生态环境压力增加。明晰滇池流域水文生态系统服务权衡与协同关系及归因,对于滇池流域社会经济发展与生态可持续管理的双赢具有重要意义。基于InVEST模型估算了滇池流域2000、2010、2018年碳存储、氮输出、土壤保持和产水量4种水文生态系统服务,分析了水文生态系统服务时空格局变化,利用双变量Moran′s I指数分析了滇池流域水文生态系统服务间时空异质性,通过冗余分析和条件效应分析等方法识别水文生态系统服务归因。结果表明：(1)水文生态系统服务的高值分布与土地利用覆盖有密切关系。(2)水文生态系统服务空间变化主要体现在滇池周边人类活动干扰强烈的区域,表现为氮输出、土壤保持和产水量增加,碳存储减小。(3)水文生态系统服务权衡与协同关系变化明显。碳存储和土壤保持为协同;氮输出和产水量先呈协同后呈权衡;产水量、氮输出均与碳存储和土壤保持为权衡,前者空间变化不明显,后者协同范围扩大,权衡范围缩小。(4)水文生态系统服务主要受多个因素共同影响,主要包括：高程、耕地比例、林地比例、建设用地比例。研究结果可为研究区水文生态系统环境治理和土地利用优化配置...     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。