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。     

喀斯特峰丛洼地生态系统服务空间权衡度及其分异特征

我国西南喀斯特峰丛洼地区脆弱的生态环境与剧烈的人类活动导致石漠化现象以及生态功能退化,制约了区域生态-福祉耦合效益的提升。首先从数值变化与空间变异综合的角度,构建了融合均方根偏差法与地理探测器的生态系统服务空间权衡度指标,进而围绕喀斯特水源涵养-土壤侵蚀关系以及植被固碳-土壤侵蚀关系,在不同环境因子梯度下和地貌形态类型区内开展生态系统服务空间权衡度计算及其分异特征研究。环境因子梯度分析表明,由于植被显著的保持水土能力,水源涵养与土壤侵蚀之间的空间权衡度随植被覆盖度的增大而逐渐减小;地形因子对地表水土过程与植被功能影响深刻,植被固碳和土壤侵蚀之间的空间权衡度随海拔和坡度的升高而逐渐增大,1000 m以上中海拔以及陡坡地区的空间权衡度是低海拔与缓坡地区的4-6倍。地貌形态类型区的统计结果显示,地貌特征对生态系统服务之间的空间权衡关系具有宏观控制作用,植被固碳-土壤侵蚀之间的空间权衡度随地形起伏度的升高而逐渐增大,具体为：中海拔平原 < 中海拔台地 < 中海拔丘陵 < 小起伏中山 < 中起伏中山,水源涵养与土壤侵蚀之间则成相反趋势。因此,今后在以生态系统服务协同提升为目标的喀斯特石漠化治理工作中,应强调环境因子作用程度的空间差异以及地貌形态特征的宏观控制作用。     

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...     

退耕区域生态系统服务作用关系尺度效应及分异机制——以安塞区为例

生态系统服务的形成依赖于一定时空尺度上的生态过程。因此,探究生态系统服务在不同空间尺度的特征、关联和效应对于丰富生态系统服务的可持续管理具有重要的理论价值和实践意义。以典型退耕县域安塞区作为研究对象,基于生态模型定量评估了6项重要的生态系统服务,采用相关系数法、双变量空间自相关以及地理探测器揭示了不同空间尺度上生态系统服务作用关系的尺度效应及分异机制。研究结果显示：(1)退耕区域内,生态系统服务之间以协同关系为主,其中调节服务与支持服务的协同关系最强(|r|≥0.5),而权衡关系发生在文化服务与其他服务之间。从时间序列来看,调节服务与支持服务的作用关系较为稳定,在研究期间保持为协同关系,且协同度在退耕还林后有所提升;(2)生态系统服务作用关系的空间尺度效应主要表现在作用关系的方向变化与空间显著性的差异。在网格尺度中,生态系统服务之间的关系较为稳健,作用方向的变化主要发生在网格尺度与行政单元之间,且随研究尺度的加大,服务之间作用关系的空间显著性降低;(3)生态系统服务的权衡与协同是自然因子和社会因子共同作用的结果。退耕区人类活动干扰较小,自然因子的解释力(q均值0.1507)高于社会因子...     

黄河流域生态系统服务的时空演变及其驱动力

系统把握黄河流域生态系统服务的时空格局演变与关键驱动力有利于深化流域生态保护和高质量发展。本文基于InVEST模型,刻画了黄河流域1990-2019年产水、净水、碳储、土壤保持和生境支持服务的时空格局,并利用地理探测器模型进行了时空演变的驱动力分析。结果表明：(1) 30年间,产水和土壤保持服务呈同步波动上升变化,而净水、碳储和生境支持服务则基本稳定;空间上,产水和土壤保持服务分别呈现“南高北低”、“脊背与两头低而腹地高”的分布特点,净水、碳储和生境支持服务的空间分布较相似,在河套平原、宁夏平原、汾渭平原以及豫鲁流域较低;(2) 5种生态系统服务均表现出显著的全局自相关性和空间分异性;关于局部异质性,产水、净水和生境支持服务皆以高-高、低-低和不显著3种聚类类型为主,另两种服务的局部集聚不明显;(3)气候和地理因子是影响产水和土壤保持服务的重要因素,解释力最高的分别是年均降水和坡度;土地利用/覆被类型是净水、碳储和生境支持服务最重要的驱动力。     

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。     

淇河流域生态系统服务权衡及空间分异机制的地理探测

复杂的地形地貌使小流域具有生产、水源供给和调节等多种生态系统服务功能和显著的区域差异性,然而对小流域生态系统服务权衡关系及外部驱动机制集成测度一直是地理学、生态学和经济学研究的难题。以太行山南段淇河流域为研究对象,利用气象数据、土地利用/覆被数据、植被NDVI等多源数据,使用CASA模型和InVEST模型分别估算固碳、土壤保持及水源供给服务,运用空间叠置法和相关性分析测度生态系统服务权衡关系,进一步利用地理探测器中因子探测和交互探测分析自然环境和人类活动影响对生态系统服务权衡关系的空间影响。结果表明：①2000-2015年,淇河流域多年平均固碳量为375.55 gC m^-2 a^-1,且多年递减速率为18.20 gC m^-2 a^-1;多年平均土壤保持量为396.72 t hm^-2a^-1,多年递减速率为1.2 t hm^-2 a^-1;多年平均水源供给量为67.26 mm/a,以0.16 mm/a的速率递减。②研究时段内,生态系统服务关系以强权衡和低协同为主导,且存在显著的空间分异特征,低协同分布区域减幅为16.21%,强权衡增幅最多（11.85%）,表明流域生态系统服务能力呈升高趋势;生态系统服务两两关系中固碳与水源供给、水源供给与土壤保持表现为权衡关系,固碳与土壤保持呈协同态势。③地理探测器结果表明：固碳与土壤保持方面,植被NDVI（0.306） > 气温（0.241） > 土地利用程度（0.002）;固碳与水源供给方面,植被NDVI因子解释力最强（0.381）;水源供给与土壤保持方面,降水、气温和高程因子解释力均高于0.5;交互探测后各影响因子解释能力显著增强。     

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。     

基于地理探测器的河南省植被NDVI时空变化及驱动力分析

植被作为陆地生态系统的主体,能够有效反映全球或区域尺度下的生态环境变化状况。分析植被覆盖时空动态变化特征及驱动力因素,对区域生态系统可持续发展具有重要意义。本文利用归一化植被指数(NDVI)作为指标,研究2000—2019年河南省植被时空动态变化特征,基于地理探测器模型分析河南省植被的空间异质性及其驱动力,并通过Hurst指数分析植被的未来趋势。结果表明：2000—2019年河南省NDVI整体呈现波动上升趋势,增长速度为0.016 10 a^-1,其中2009—2019年增长速度减缓并出现减小趋势;土壤类型、土地利用类型、GDP和人口密度4类因子对NDVI空间分布的影响程度最大;单一因子影响力均低于任两个因子的交互解释力,其中,自然和人为因子的交互作用对NDVI空间分布有明显的影响;由Hurst指数分析发现,河南省未来NDVI变化呈现反可持续性特征,Hurst指数<0.5区域占整个研究区域的植被覆盖度百分比为58.3%,整个研究区未来主要呈现下降趋势。     

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。     

晋北典型矿农城复合区生态系统服务价值权衡与协同

受到人类剧烈活动的影响,矿农城复合区的土地利用类型在短时间内转换频繁,进而对生态系统服务价值的变化产生显著影响,严重威胁区域生态系统的稳定性和可持续发展。分析和预测矿农城复合区生态系统服务价值(Ecosystem Service Value, ESV)时空演变特征、权衡与协同关系,对协调区域生态功能和人类需求具有重要意义。以晋北典型矿农城复合区为例,基于未来土地利用模拟(Future Land Use Simulation, FLUS)和价值当量表估算法,分析并预测了1990—2026年土地利用类型及ESV变化,同时结合相关性指数分析2026年不同情景下生态系统服务间的权衡与协同关系。结果表明：(1)2018—2026年研究区土地利用格局变化显著,主要表现在农用地、损毁地以及其他地类的相互转换上。在不同的发展情景下,2026年研究区的ESV存在较大的差异。自然、经济及生态发展情景的ESV总量依次为1.87亿元,1.69亿元和2.01亿元。(2)1990—2018年间,矿区土地复垦为研究区带来ESV增量1.95亿元。其中,第一阶段和第二阶段带来的ESV增量分别为1.86亿元和0.09亿元...     

流域生态系统服务簇变化及影响因素——以大清河流域为例

生态系统服务簇是多种生态系统服务的组合,是生态系统多功能性中的主导功能表征。识别生态系统服务簇的空间和功能变化及影响因素,可为基于主导功能实施分区管理策略、统筹土地多功能性,进而为整体提升区域生态系统服务提供参考。本研究以大清河流域为例,选取6种生态系统服务（水资源供给服务、粮食供给服务、水源涵养服务、水质净化服务、土壤保持服务、固碳服务）,在乡镇尺度上探讨了生态系统服务簇的变化特征,研究了影响其变化的主要因素。结果表明：（1）依据主导的生态系统服务类型,大清流域可以分为3个生态系统服务簇,生态调节服务簇（B1）,农产品供给服务簇（B2）和人居环境簇（B3）;（2）2000-2015年,生态调节服务簇的空间格局变幅最大,乡镇变化率为19.6%,而农产品供给服务簇和人居环境簇的空间稳定性较强,变化率小于5.0%;生态系统服务簇类型发生转化的区域主要位于服务簇交界处;（3）尽管服务簇在空间上有变化,但生态调节服务簇、农产品供给服务簇和人居环境簇的生态系统服务呈增长趋势,平均增幅高达8.62%;（4）自然本底条件和生态保护政策是驱动生态调节服务簇变化的主要因素,农产品供给和建设用地面积的变化分别是驱动农产品供给服务簇和人居环境簇时空变化的主要因素。该案例研究结果为管理土地多功能属性、整体提升国土空间功能提供了有效的途径。     

峰丛洼地植被生态需水定额及其影响因素

以广西田东县峰丛洼地区域为研究对象,基于野外实地观测,构建了适宜的植被生态需水计算模型,估算了区域典型植物群落不同季节的植被生态需水及生态缺水定额,并分析了其主要影响因素。研究结果表明,4种优势植物群落的生态需水定额均是8月最大、1月最小;五节芒群落的生态需水定额最大,月均最大、适宜和最小需水定额分别为36. 85、25. 80 mm和23.95 mm,灰毛浆果楝最小,分别为23.99、16.80 mm和15.60 mm;生态缺水定额呈现出与生态需水一致的特征。植被生态需水定额与植被覆盖度、叶面积指数、空气温度和土壤容重呈极显著正相关(P0.01),而与田间持水量呈显著负相关(P0.05);植被覆盖度、土壤容重、土壤含水率和潜在蒸散4个指标是影响植被生态需水定额的主要因素。     

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。     

基于森林生态系统服务权衡与协同的森林可持续管理

森林是水库、钱库、粮库、碳库,提供多种生态系统服务,对缓解全球气候变化、维护国土生态安全和促进经济社会可持续发展具有基础性、战略性作用。科学认识不同森林生态系统服务间的权衡与协同对实现森林多重效益和开展森林可持续管理至关重要,但森林生态系统服务间的协同或权衡关系存在较大不确定性、因不同研究而异,导致如何通过森林经营实现森林生态系统多种服务成为关键挑战。全面梳理森林生态系统多种服务之间协调与权衡研究现状后发现：(1)研究聚焦森林碳汇、木材供应、生物多样性、森林游憩等多种服务之间的关系与影响因子;天然林的协同效应高于人工林,林龄、林分密度、树种组成、气温、海拔、社会偏好、管理政策等是主要驱动因素;(2)对比不同森林经营模式或管理措施对森林生态系统多种服务的影响,可持续经营是协同实现森林多种效益的有效途径;(3)气候变化与森林生态系统多种服务之间的相互作用取决于气候因子种类与变化程度、森林类型、森林管理方式、区域环境等,当前重点围绕IPCC发布的未来气候变化情景开展研究;(4)借助InVEST、FSOS、CASA等工具,模拟优化森林管理情景,探索兼顾森林多目标的管理方案。同时,系统总结现有研...     

基于动态当量的乐山市生态系统服务价值时空演变及驱动力研究

生态系统服务价值评估作为土地资源合理配置、生态环境保护和生态补偿标准制定的重要前提,是当前的研究热点之一。以乐山市为研究区域,基于2000年、2005年、2010年、2015年4期土地利用数据,运用生态系统服务价值动态当量法、地理探测器模型等方法,定量分析乐山市2000—2015年间生态系统服务价值时空变化规律及驱动机制。结果表明:(1)2000—2015年乐山市生态系统服务价值整体呈下降趋势,仅在2005—2010年有所回升,总量共减少了23.22亿元,主要与林地大量减少和建设用地大量增加有关;(2)空间上呈现西南高、东北低的分布态势,且各区域变化不同,西南方向山地以下降为主,东部平原丘陵以上升为主,河流两侧上升明显;(3)影响生态系统服务价值时空分布的主导因素为土地利用、NPP、降水量和坡度,除此之外气温、高程、土壤类型也有较大决定力;(4)自然因子决定力大于社会经济因子,但社会经济因子的影响越来越突出。研究揭示了乐山市生态系统服务价值的时空变化规律及驱动因子,为该地区土地利用规划与生态环境保护机制的建立提供了科学参考。     

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。