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。     

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。     

石羊河流域生态系统服务权衡与协同关系研究

生态系统服务权衡与协同研究是国际生态学、地理学等学科研究的热点。以石羊河流域为研究区,借助In VEST模型,对流域2005、2010和2015年的水源涵养、土壤保持、水质净化、碳储存和生物多样性五项服务进行精准测度,分析服务的时空格局及演变特征,并利用相关系数法逐像元定量计算5种服务之间的权衡与协同关系,从不同尺度分析权衡与协同关系的空间格局特征。结果表明:(1)各项服务具有空间异质性:水源涵养、土壤保持、碳储存、生物多样性呈"西南高-东北低"的空间格局,且水质净化、碳储存服务的高值区沿河流分布。(2) 10年期间,水源涵养、水质净化、碳储存、生物多样性服务呈现"整体增加-局部减少"的变化趋势,而土壤保持呈"整体减少-局部增加"的变化特征。(3)多种服务之间权衡与协同关系具有区域依赖特征:水源涵养与土壤保持、水源涵养与水质净化、水质净化与碳储存、水质净化与生物多样性、土壤保持与碳储存、土壤保持与生物多样性以权衡关系为主;水源涵养与碳储存、水源涵养与生物多样性、土壤保持与水质净化、碳储存与生物多样性以协同关系为主。定量可视化评估生态系统服务及权衡关系,为制定区域发展与生态保护双赢政策提供依据,同时也为其他流域的相关研究提供可靠参考。     

黑河流域生态系统服务空间协同与权衡变化

黑河流域是西北地区重要的生态功能区,流域内生态系统服务变化对当地社会经济发展和流域生态安全具有重要影响,其社会-生态-环境问题一直受到高度关注,因此开展黑河流域生态系统服务评估及协同/权衡关系研究对该区域的可持续发展具有重要意义.本文采用基于时间序列的双变量逐像元相关分析,对黑河流域1990-2015年的各项关键生态系...     

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。     

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。     

基于生态系统服务的青海湖流域生态风险评估及其空间异质性影响因素分析

青海湖流域是我国西北部的"气候调节器"和"空气加湿器",其生态风险管控对青藏高原乃至我国西部的生态保护和可持续发展都有着重要意义。基于InVEST模型对青海湖流域2005年、2010年、2015年、2020年产水量、土壤保持、生境质量和碳储存4项生态系统服务进行定量评估,借助熵权-TOPSIS法,以生态系统服务的相对损失量来构建区域生态风险指数,并运用地理探测器和地理加权回归模型分析自然-社会要素对青海湖流域生态风险空间异质性的影响。结果表明:(1)2005-2020年青海湖流域产水量、土壤保持、生境质量和碳储存均呈现波动增加的趋势,增幅分别为10.17%、18.36%、9.84%、3.47%,各项生态系统服务的高值区分布于河流上游的河源区和植被覆盖率高的林地区域;(2)2005-2020年青海湖流域生态风险较高,但呈现波动降低的趋势。高风险区主要位于湖区、环湖区、布哈河河谷以及流域西北部;(3)青海湖流域生态风险的空间格局受地形及高程因子主导,但人为干扰度的影响力呈逐年上升趋势。驱动因子交互作用的解释力显著高于单因子;(4)主要驱动因子对研究区生态风险的作用方向及强度存在明显的空间分异特征,坡度呈正相关,年平均气温呈负相关,归一化植被指数(NDVI)和人为干扰度呈现出正负两种效应,但以正向效应为主。研究结果对青海湖流域生态风险管控和高原生态环境保护有一定借鉴意义。     

武夷山小流域生态系统服务(簇)权衡/协同及对地形起伏度的响应

地形起伏度(RDLS)通过影响生态系统的格局、过程和功能而作用于生态系统服务,揭示二者间的作用关系对提升生态系统服务认知具有重要意义。综合运用地形起伏度模型、InVEST模型、K-mean聚类分析、生态系统服务变化指数(ESCI)及权衡协同度指数(ESTD)等方法,探究2009—2016年武夷山国家公园武夷山九曲溪流域主要生态系统服务、生态系统服务簇及其权衡/协同关系对地形起伏度的响应规律。结果表明：(1)2009—2016年生物多样性维持、固碳、水源涵养和水质净化服务及其增益面积均随着RDLS等级的升高而增加。(2)生态脆弱型服务簇聚集在RDLS较低地方,生态调节型服务簇则聚集在RDLS较高区域,而生态保育型服务簇无明显分布规律。2009—2016年,RDLS较低和较高区域分别有19%、18%的生态保育型服务簇转变为生态脆弱型服务簇和生态调节型服务簇。(3)生态系统服务权衡/协同关系对RDLS的响应模式有两种模式,即以二级或四级RDLS为峰值的倒U型曲线(固碳与生物多样性维持的权衡关系,固碳与水源涵养的协同关系)和以二级、四级RDLS为拐点的N型曲线(水质净化与固碳、水源涵养的协同关...     

新安江流域生态系统服务演化过程及权衡协同关系

新安江流域作为长三角一体化发展的战略水源地与水源涵养区,其生态系统服务变化与权衡协同关系研究对于推进流域生态文明体制建设,促进人地关系协调发展具有重要意义。基于生态系统服务变化指数、相关系数及空间自相关等方法,对新安江流域1999-2019年生态系统服务价值及权衡协同关系进行定量分析。结果表明：（1）新安江流域生态系统服务价值整体呈波动下降态势,改善趋势渐显,生态补偿工作的系统实施强化了河流、湖泊的生态保护效应与地位;（2）新安江流域地均生态系统服务价值空间分布较为稳定,空间相关类型以正相关为主,生态系统服务价值增益相对明显地区多分布在上游安徽省境内;（3）协同关系是新安江流域生态系统服务间相关关系的主体,生态补偿试点工作实施后,水文调节服务与其他服务之间的相关关系发生明显转化,各乡镇单元生态系统服务的相关关系以协同关系为主。     

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。     

基于自组织映射神经网络的淮河流域生态系统服务簇时空变化特征

生态系统服务簇的识别是区域生态系统服务管理与优化的关键。量化了2000、2010、2020年淮河流域产水量(WY),水源涵养(WC),土壤保持(SC),生境质量(HQ),水质净化(WP),净初级生产力(NPP)和碳储量(CS)7种生态系统服务。并基于自组织映射神经网络(SOFM)识别了生态系统服务簇,探讨了生态系统服务簇的时空变化特征。结果表明:(1)2000-2020年,WP,NPP与WC呈上升趋势,WC的增幅最大;CS与HQ呈下降趋势。淮河流域各生态系统服务具有时空异质性,生态系统服务高值区多位于西南部山区与东北部丘陵山地地区。(2)识别了5个生态系统服务簇:核心生态服务簇,WP服务簇,WY服务簇,NPP服务簇与生态过渡服务簇。核心生态服务簇与生态过渡服务簇的面积总体增加,流域西南部山区与东北部丘陵山地地区生态系统服务提升,2000-2020年,WY服务簇与NPP服务簇间的转移面积较大,WY服务簇面积减少达60.09%,NPP服务簇面积显著增加,2020年占整个流域面积的57.02%。研究结果不仅有助于清晰认识淮河流域生态系统服务簇的空间分布格局及动态变化,也为探索淮河流域可持续的生态系统管理与规划决策奠定了基础。     

闽江流域生态系统服务价值评估及权衡协同关系

探讨流域地区的生态系统服务功能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。以闽江流域为研究对象,利用2006年、2011年、2016年三期遥感影像提取闽江流域各个县市的耕地、森林、草地、水体、不透水地表和裸地等专题信息,综合生态系统服务价值表、生态系统服务价值估算模型以及生态系统服务功能权衡协同模型,评估闽江流域生态系统服务价值,并分析该流域生态系统服务价值变化规律趋势及权衡协同关系。结果表明:2006—2016年闽江流域土地利用类型变化较大,森林面积、耕地面积、不透水地表增多,草地面积、水体面积、裸地面积减少,水体面积变化最大;生态系统服务价值总量由2006年的101.12×10⁹元减少到2016年的99.54×10⁹元。2006—2016年,闽江流域内各生态系统服务之间关系以协同关系为主导;2011—2016年,协同关系占比显著提升,但协同度有所降低。同期内,闽江流域生态系统服务功能权衡协同的相似结果亦表现在闽江上游区域中,可认为闽江上游区域作为城市化进程的"衍射区域",可有效地作为调整闽江流域生态系统服务关系的关键区域。     

基于生态系统服务的山西黄河流域保护优先区识别

山西黄河流域当前面临生态环境快速退化问题,从生态系统服务视角进行保护优先区识别是自然保护和可持续发展的关键步骤。为给研究区生态平衡的维护及生态保护规划和决策提供信息来源和理论依据,基于2010—2020年多源数据,通过GIS空间分析和InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade offs)模型等方法模拟主要生态系统服务(生境质量、土壤保持、防风固沙、产水、碳固定、粮食供给)时空格局并采用热点分析和OWA(Ordered Weighted Averaged)多属性决策方法构建保护情景,评估保护效率筛选出最佳保护优先区。结果表明：(1)2010—2020年,土壤保持、防风固沙、产水、碳固定和粮食供给服务整体呈现出上升趋势,仅生境质量小幅度下降。空间上,研究区西部和东南部生境质量、土壤保持、产水和碳固定服务突出,防风固沙服务分布较破碎,中部及西南部平原地区粮食供给服务显著。(2)保护情景中,单项生态系统服务保护优先区主要位于三川河流域、昕水河流域和沁河流域,由单一服务主导呈现空间异质性。综合生态系统服务构建了11种保护...     

拉萨河流域生态系统类型和质量变化及其对生态系统服务的影响

在气候变化和人类活动干扰驱动下,地表生态系统的类型和质量都在发生复杂的变化,进而对生态系统服务和人类福祉产生深远影响。青藏高原的生态重要性和生态敏感性显著,其生态系统和生态服务的变化对区域和我国的生态安全具有重要的影响和指示意义。为了揭示拉萨河流域近年来的生态系统变化导致的生态系统服务变化,尤其是生态系统质量变化及其对生态系统服务的影响,选择NDVI作为生态系统质量变化的指示因子,通过对In VEST模型中与植被相关的各参数进行计算和修正,结合生态系统类型变化,评估了1990—2015年间拉萨河流域土壤保持、水源涵养和固碳三项生态系统服务的变化,进而分析了生态系统类型和质量变化对其的影响。研究结果表明,1990—2015年拉萨河流域生态系统类型变化整体相对较小,但是人工表面和湿地面积变化速率较快; 1990—2000年生态系统质量整体有显著上升,2000年以后略有下降,其中2000—2015年草甸和草原NDVI分别下降了7.48%和5.44%,呈现明显退化趋势; 1990—2015年拉萨河流域土壤保持和固碳服务分别增加了3.98%和9.12%,而水源涵养服务降低了23.05%,各项生态系统服务变化主要发生在1990—2000年;总体来看,生态系统类型变化引起的生态系统服务变化相对较小,而生态系统质量变化对流域生态系统服务的影响显著,尤其是1990—2000年间;但2000年以后生态系统类型变化对生态系统服务变化的贡献有所加大。     

湟水流域生态系统服务供需匹配关系

生态系统服务供需可以反映出区域生态经济发展协调水平,在空间上量化生态系统服务的供给和需求,识别生态系统服务的供需匹配关系,对区域生态系统可持续管理具有重要意义。湟水流域是西北生态屏障建设的重要组成部分,其生态系统服务供需平衡直接关系到青海东部地区的生态安全,为了识别流域生态系统服务供需匹配状况,综合集成多源数据,运用多种生物物理模型定量评估湟水流域食物生产、产水、土壤保持和碳固定服务,刻画流域内生态系统服务供需格局的空间特征,揭示各项生态系统服务供需的空间聚集模式,生成具有高度连通性的区域,为生态优先保护区划分提供参考。研究表明：（1）湟水流域生态系统服务供给和需求在空间分布上具有高度异质性,除去产水服务,其他三项生态系统服务整体上能够满足流域内部需求,但局部区域仍然呈现明显的赤字特征;（2）不同生态系统服务的供需比差异明显,由高到低依次为是碳固存（0.188）、食物生产（0.114）、土壤保持（0.026）和产水服务（-0.021）,各项服务的供需比都具有显著的空间差异;（3）流域内生态系统服务供需的空间错配现象突出,除产水服务外,各项生态系统服务都有"高供给低需求"地区和"低供给高需求"地区,"高供给低需求"区主要分布在流域上游生态基底条件好的区域,"低供给高需求"区集中在流域中下游的河湟谷地;（4）土地利用类型影响生态系统服务供需平衡,流域实现供需平衡需要适度增加林草地比例,控制耕地和城市用地的扩张。研究系统分析了湟水流域生态系统服务供需盈亏状况,可为流域生态系统可持续管理与土地资源配置决策提供科学支撑。     

生态修复措施对流域生态系统服务功能的提升——以潮河流域为例

流域生态环境修复工程对保护和提高流域生态系统服务功能及其价值起到了至关重要的作用。本文基于InVEST模型,选取密云水库上游,潮河流域为研究对象,依据各地区"十三五"生态环境保护规划中针对潮河流域的生态修复措施,设置化肥减量、河岸缓冲带、退耕还林和综合修复四种情景,并采用直接市场法和替代市场法研究生态系统服务价值的变化。经过研究发现:①四种情景都有效的提高了生态服务功能和价值;②单独实施化肥农药减量,不能显著降低TP(-13.14%)、TN(-10.94%)负荷;③采取综合修复的方式能使潮河流域水源涵养,TP、TN拦截,土壤保持能力分别提高了40.18%、53.89%、42.32%以及63.76%,同时生态服务价值增加7.73×10⁷元。这一发现旨在通过对不同生态修复措施在生态环境修复中的成本与效益分析,帮助决策者和规划单位准确评估生态修复的收益,从而制定提高生态环境系统服务功能的最佳修复方案。     

近60年挠力河流域生态系统服务价值时空变化

根据1950-2005年挠力河流域土地利用数据,利用中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表,对近60年挠力河流域生态系统服务价值的时空变化进行研究.结果表明,自1950年至2005年,挠力河流域生态系统服务价值逐渐减少,由749.84亿元降低至308.82亿元,损失约58.82％;价值空间格局由以高价值区为主导的状态逐渐转化为以低价值区为主导的状态,且价值质心由北向南发生转移;挠力河流域生态系统服务价值的全局自相关指数逐渐减小,高-高自相关类型沿河流主干道逐渐萎缩,且呈现破碎化趋势,低-低自相关类型呈先减少后增加的“V”趋势,呈现不显著连片化趋势.人为垦殖活动是该流域生态系统服务价值时空动态变化的主要驱动因素.     

基于InVEST模型的疏勒河流域碳储量时空变化研究

研究区域土地利用方式与生态系统服务碳储量的关系,对于区域生态系统保护及经济社会可持续发展具有重要意义。利用InVEST模型碳储量模块和CA-Markov模型,探究并预测疏勒河流域1990-2015及2015-2040年流域生态系统碳储量时空变化特征及其与土地利用方式之间的关系。结果表明：疏勒河流域1990、1995、2000、2005、2010、2015年碳储量分别为7.994×10⁸、7.996×10⁸、7.998×10⁸、8.038×10⁸、8.064×10⁸、8.071×10⁸t,呈逐年增加趋势,累计增加7.7×10⁶t。土地利用类型变化是导致生态系统碳储量变化的主要因素,未利用地向耕地和草地转化有利于碳储量增加,而草地向耕地和未利用地的转化则导致碳储量减少。疏勒河流域碳储量存在显著的空间格局,碳储量较高区域呈现"北部点状-中部带状-南部点状片状"特征,这种分布格局与流域土地利用类型紧密联系。预测表明至2040年疏勒河流域碳储量为9.128×10⁸t,较2015年增加13.1%,主要原因是草地、耕地和林地面积较大幅度增长,提高了流域内的碳储量。     

长江流域生态系统格局演变及驱动力

长江流域生态系统格局复杂,多种社会经济、政策和自然因素对土地利用变化的影响使得生态环境发生变化。分析了2000年至2015年长江流域生态系统格局和演变特征,及主要驱动力对生态系统变化的贡献。15年间,共有约6.4万km~2的生态系统类型发生变化,城镇增长67.5%,农田缩减7.5%,森林增加2.1%,剧烈的生态系统变化集中于下游,以及中上游的大城市,城镇聚集区以及退耕还林区。生态系统景观破碎化程度和景观多样性提高。上、中、下游生态系统格局、构成差异较大,15年间,上游和下游森林显著增加,下游城镇显著扩张、农田和湿地显著缩减,上游湿地增加最为显著。城镇化是生态系统格局演变的首要驱动力,对生态系统变化的贡献率达48.0%,长江下游城镇化的贡献率高达64.5%。生态保护与恢复工程是第二驱动力,对生态系统变化的贡献率为32.8%,在上游高达47.8%。水资源开发和农业开发贡献率分别为8.5%和9.9%,此外,气候变化促使高原湖泊面积增大。为保护长江流域生态系统的可持续发展,需划定生态保护红线,合理规划城市化进程中的土地利用,保护优质耕地,禁止重要湿地的开发。