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。     

西南地区生态系统服务关系特征及其与植被覆盖的约束效应

西南地区是我国岩溶发育最强烈的生态脆弱区,同时也是植被恢复成效显著的生态修复区。尽管研究已证实了生态修复工程实施与生态系统服务功能提升之间的因果关系,但多个生态系统服务间的复杂关系、植被恢复对生态系统服务关系的约束效应却鲜有报道。研究在对西南地区的NPP、产水、粮食生产和土壤保持服务进行准确估算后,构建生态系统服务关系指数,对其时空变化特征及驱动因子进行剖析,并重点识别森林覆盖面积这一主导因子与生态系统服务关系的约束效应和影响阈值。结果显示：(1)2000到2018年,区域生态系统服务协同指数均值变化不明显,权衡指数呈减小趋势,综合指数略有上升,区域生态修复取得一定成效。(2)生态系统服务关系指数的空间分布差异明显,其中,协同指数的增长主要集中于研究区南部,权衡指数的减少主要位于四川中部和贵州东部,综合指数的增长主要分布在云南、贵州东部和四川南部。(3)生态系统服务关系变化受多种因素共同影响,其中森林覆盖面积的影响最突出,且各因素的作用具有明显的空间非平稳性。(4)森林覆盖面积与生态系统服务协同、权衡和综合关系间均存在一定约束关系,当影响阈值超过59%后,森林覆盖面积的扩大将不会带来生...     

西南地区生态系统服务价值时空演变及模拟预测

生态系统服务价值(ESV)分析对构建生态安全格局和实现区域可持续发展具有决定作用,为揭示西南地区ESV过去-现在-未来时空演变规律,运用ESV计算体系对西南地区2005—2015ESV动态演变进行定量分析,采用Logistic-CA-Markov耦合模型预测2025年ESV格局。结果表明:(1)2005—2015年西南地区总体呈现增长的趋势,其值达到20.85亿元,主要受青海、西藏水域ESV增加所致,青海、西藏ESV增长率占绝对优势。(2)空间上呈现西北和东南部ESV高、北部ESV低的分布格局;不同类型和不同等级的ESV在空间上相互转换,低等级向高等级转化明显,其他生态景观向建设用地亏损流动减少的价值不足以抵消向水域流动增加的价值,盈利大于亏损,生态环境明显好转。(3)Logistic回归分析各生态景观的ROC值均大于0.87,拟合结果能够满足预测要求;CA-Markov模拟ESV空间布局,Kappa系数为0.86,可以在整体上较准确的反映其空间演变格局。(4)2015—2025年ESV空间演化表明西南地区各区域生态环境总体趋于良好,但建设用地增加的生态负效应不可忽视,还需合理进行用地布局。研究揭示了西南地区过去-现在-未来ESV时空演化规律,提供了长时间序列的时空演化图谱,对该地区实施卓有成效的生态规划及可持续发展提供了科技支撑和重要参考。     

不同类型的棉田生态系统功能特征

通过对 7种不同时空类型的华北棉区棉田生态系统能流、价值流和 N、P、K变化的研究表明 ,华北棉区棉田生态系统的能量生产为 3 0 .41× 1 0 3～ 71 .63× 1 0 3k J/(m2· a) ,纯收入为每 hm2 3 5 65 .80～ 81 46.5 0元 ,主要能量投入为劳动力的投入 ,占总投入能的 75 .80 %～ 81 .1 4%。其在不同时空类型棉田所表现出的变化特征为 :随着播种期的推后 ,棉田内害虫的取食为害作用增加 ,天敌的捕食作用减少 ,光能的利用效率下降 ,棉田经济效益降低 ;实行间套作 ,棉田内害虫的为害作用和天敌的捕食作用均增加 ,光能利用率增加 ,棉田经济效益上升 ;进行免耕种植 ,棉田内害虫的为害取食作用减少 ,天敌的捕食作用增加 ,光能利用率增加 ,棉田经济效益上升。由此进一步探讨了华北棉田生态系统生态调控的途径。     

不同SSP-RCP情景下中国生态系统服务价值评估

定量评估生态系统服务价值是人类合理利用和管理生态系统的重要依据,未来气候情景下土地利用变化模拟及其对生态系统服务价值的影响评估对于区域生态系统服务管理、开展生态功能区划及减缓和适应气候变化等方面具有重要意义。基于最新IPCC共享社会经济路径(SSPs)和典型浓度路径(RCPs)的科学组合情景模拟得到的土地利用情景数据,对2020—2050年我国生态系统服务价值进行估算,并对2050年生态系统服务间的权衡与协同关系进行讨论,主要得到以下结论：生态系统服务价值(ESV)在2020—2050年表现为SSP1-RCP2.6>SSP2-RCP4.5>SSP3-RCP6.0,SSP1-RCP2.6情景下2020年ESV为12.39×10⁴亿元,2050年ESV为12.34×10⁴亿元;SSP2-RCP4.5情景下2020年ESV为12.17×10⁴亿元,2050年ESV为12.11×10⁴亿元;SSP3-RCP6.0情景下2020年ESV为12.02×10⁴亿元,2050年ES...     

西南地区生态系统服务供需历史变化与SSP-RCP情景预测

生态系统服务的供需平衡对实现可持续发展至关重要。为了更好地了解过去气候变化和社会经济发展对生态系统服务的影响,并对未来不同气候和社会经济发展情景做出正确响应,有必要对生态系统服务的供需变化进行系统的评估和预测。研究对我国西南地区2000、2010、2015年的水源涵养、食物生产和固碳3项生态系统服务的供给和需求进行了定量的空间评估,然后基于IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)提出的社会经济发展和气候变化联合情景框架,即SSP-RCP情景(Shared Socio-economic Pathways-Representative Concentration Pathways),对此3项生态系统服务在未来2035年和2050年的供给和需求进行了SSP1-RCP2.6、SSP2-RCP4.5、SSP4-RCP6.0和SSP5-RCP8.5 4个情景下的预测。结果显示,西南地区水源涵养和固碳服务的供给和需求具有显著的空间不匹配特征,且其需求从2000—2015年分别增长了11.49%和252.41%。根据SSP-RCP情景预测结果,水源...     

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。     

西南地区不同植被类型归一化植被指数与气候因子的相关分析

基于中国西南地区1982—2006年的归一化植被指数(NDVI)遥感数据集和气象数据,运用GIS技术对年均气温、年降水量和干旱指数进行插值,分析了西南地区不同植被类型(沼泽、灌丛、草丛、草原、草甸、针叶林、阔叶林、高山植被、栽培植被)NDVI的年际变化及其与气候因子的相关性.结果表明:研究期间,西南地区NDVI、年均气温、年降水量总体呈上升趋势,其中,年均气温的上升趋势达极显著水平,干旱指数则呈下降趋势;在9种植被类型中,沼泽和草丛NDVI呈下降趋势,且草丛的下降趋势达显著水平,其他7种植被类型的NDVI均呈上升趋势,且针叶林、草甸和高山植被的NDVI上升趋势达显著水平,灌丛NDVI呈极显著上升趋势.9种植被类型所在地区的年均气温均显著上升;年降水量的变化均不显著;沼泽、草丛和栽培植被所在地区的干旱指数呈上升趋势,草甸和高山植被所在地区的干旱指数显著下降,其他4种植被类型所在地区的干旱指数呈不明显的下降趋势.研究区灌丛和针叶林NDVI与年均气温呈显著正相关,灌丛和草甸NDVI与干旱指数呈显著负相关.在保持其他2个气候因子不变的情况下,针叶林、阔叶林、高山植被NDVI与年均气温的相关性最大,草丛NDVI与年降水...     

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。     

生物多样性与生态系统服务关系研究进展

生物多样性与生态系统服务关系是当前生态学研究的热点之一,2005年千年生态系统评估之后如何将两者关系应用到生态系统管理和政策制定中逐渐受到重视。然而,从理论上的两者关系认知到应用上的管理实践仍面临着严峻挑战,梳理已有研究成果有利于更好地指导管理实践。本文基于近年生物多样性与生态系统服务关系的主要研究成果,从生物多样性对生态系统单种服务、多种服务、生态系统服务权衡的影响以及环境变化如何影响这些关系等方面,总结了两者关系的主要研究进展,概述了两者关系在自然保护区管理、森林生态系统管理、退化生态系统恢复和农业生态系统改善等领域中的应用,分析了两者关系研究中依然存在的不足之处,强调未来需加强的研究方向主要包括: 生物多样性不同组分相互作用和多营养级生物多样性相互关系对生态系统服务的影响、环境耦合变化对两者关系的复合效应以及生物多样性改善生态系统服务的实践途径。     

西双版纳地区不同胶农(林)复合系统的植物水分利用效率比较

当前,西双版纳地区大面积橡胶单一种植林已引发了诸多的生态环境问题,为解决这些问题同时协调当地的经济发展,农林复合系统被生态学者们认为是最好的解决办法。然而目前关于不同间作模式下橡胶树水分利用效率研究还很少。因此,于2013－2014年的雨季中期(8月)和末期(11月)、雾凉季(1月)、干热季(3月),分别测定了中国科学院西双版纳热带植物园内四种不同胶农(林)复合系统(橡胶—叶茶、橡胶—咖啡、橡胶—大叶千斤拔、橡胶—可可复合系统)及单层橡胶林的土壤含水量、橡胶树及其林下间作植物的枝条凌晨水势和正午水势,以及它们植物叶片的δ13 C值,分析了各胶农(林)复合系统内橡胶树的水分利用效率,以期遴选出水分关系配置合理的复合橡胶林栽培模式,为环境友好型橡胶种植林的建设和推广提供相关的参考依据和理论支持。结果表明：除橡胶—可可复合系统以外,其余胶农(林)复合系统内的橡胶树水分利用效率值均高于单层橡胶林;橡胶—大叶千斤拔复合系统的土壤含水量显著高于其它复合系统;橡胶—叶茶复合系统的土壤含水量虽然低于橡胶—大叶千斤拔复合系统,但其最为稳定、季节变化小;橡胶—咖啡复合系统的水分利用效率最高最稳定,即使受到寒害也没有引起明显变化;而橡胶—可可复合系统的作用不明显,所有特征都与单层橡胶林相似。这表明除了橡胶—可可复合系统外,其他3种胶农(林)复合系统都显著地缓解了橡胶树在旱季所遭受的水分胁迫,同时也能有效地抵御突发性天气灾害。     

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...     

中国陆地生态系统服务价值测量

利用遥感技术,结合生态学方法,在对生态参数遥感测量的基础上,计算了中国陆地生态系统2000年的生态服务价值.结果表明,中国陆地生态系统2000年所产生的生态服务价值为9.17×10¹²元,总体空间分布由东向西递减、由中部向东北和南部递增,与植被的地带性分布梯度基本一致;森林的平均单位面积价值最高,为18789元·hm^-2,占总生态服务价值的40.80%;其次是灌丛(13789元·hm^-2)和耕地(13054元·hm^-2),分别占总生态服务价值的10.79%和24.23%.从生态系统服务功能来看,气体调节价值的贡献率最大,占总价值的45.16%;其次是水土保持价值(28.83%)和涵养水源价值(14.44%);有机物质生产和营养物质循环的价值最小,其贡献率为11.57%.生态遥感测量方法克服了传统生态统计方法以点代面的缺点,计算结果能更加客观地反映生态系统服务价值及其空间分布,但该方法本身也存在一些不确定性,对生态系统各项服务功能及其价值的评估只是保守和粗略的估计,有待于深入研究.     

中国森林生态系统服务功能及其价值评价

针对我国森林生态系统服务功能及其价值评估相对滞后的局面,提出尽快开展我国森林生态系统服务功能及其价值评估的研究工作.首先,在我国森林生态系统类型划分的基础上,研究不同森林生态类型(包括人工和半人工森林生态类型)的服务功能,将我国各类森林总体服务功能划分为林木产品、林副产品、森林游憩、涵养水源、固碳释氧、养分循环、净化环境、土壤保持和维持生物多样性八大类型.其次,在Costanza等提出的全球生态系统服务功能评价指标的基础上,结合我国森林生态系统的特点,针对不同的森林生态系统类型,分别提出和建构一系列可用于我国不同类型森林生态系统价值评估指标体系.利用该指标体系估算出我国森林生态系统服务功能的总价值为30601.20×10⁸元,其中直接经济价值和间接经济价值分别为1920.23×10⁸和28680.97×10⁸元,间接经济价值是直接经济价值的14.94倍.该研究的目的在于尽快将自然资源和环境因素纳入国民经济核算体系而最终为实现绿色GDP提供基础,为实现可持续发展和生态环境保护提供科学依据.     

茂兰喀斯特森林小生境类型对土壤微生物群落组成的影响

喀斯特山区是我国典型的生态脆弱区,区内分布复杂多样的小生境类型(石洞、石缝、石沟、石槽、土面等)。土壤微生物是陆地生态系统最活跃的成分,推动着生态系统能量流动和物质循环。研究不同小生境类型对土壤微生物群落组成的影响,对于喀斯特山区森林土壤微生物特征的认识和生态保护具有积极的意义。以贵州茂兰喀斯特森林小生境为对象,对其土壤理化性质和微生物组成进行了比较分析,并对小生境类型进行了数量聚类。结果表明:6种小生境土壤中共检测到48种磷脂脂肪酸(PLFA),其中,标记土壤微生物的特征PLFA有18种;土壤微生物总量、细菌、真菌、放线菌、G~+、G~-的含量均表现为石槽石沟土面表层石洞石缝土面下层,同时,各微生物类型的含量在不同生境类型中表现为细菌放线菌真菌; G~+/G~-在六种生境中表现为石槽石沟土面表层石缝石洞土面下层;真菌/细菌变幅为0.14—0.16,具体表现为土面表层石缝石沟石槽石洞土面下层;相关性分析和多元回归树分析显示,不同小生境类型的土壤有机质是影响土壤微生物群落组成的首要因子。聚类结果表明,小生境可划分为石槽-石沟型、石洞-石缝型、土面表层型以及土面下层型4种生境类型。研究结果证实了不同小生境类型对微生物分布特征存在显著影响。     

基于案例的中国森林生态系统服务功能评价

基于《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721—2008),搜集得到全国101个案例点的森林生态系统服务功能价值评估数据,并依据价值系数对森林生态系统服务功能进行综合分析.结果表明:中国森林生态系统服务功能单位面积总价值为6.11万元·hm^-2,各项服务功能单位面积价值高低排序为涵养水源(2.44万元·hm^-2)>保育土壤(1.15万元·hm^-2)>生物多样性保护(1.00万元·hm^-2)>固碳释氧(0.98万元·hm^-2)>净化大气环境(0.28万元·hm^-2)>森林游憩(0.23万元·hm^-2)>森林防护(0.19万元·hm^-2)>积累营养物质(0.16万元·hm^-2),其中,涵养水源、保育土壤、生物多样性保护和固碳释氧是中国森林生态系统的主导服务功能.保护区森林生态系统服务功能单位面积价值高于县域,保护区的建立对于生物多样性保护和服务功能的发挥具有促进作用,但其在森林游憩功能上还存在不足,需要进一步提升.不同自然地区森林生态系统的主导服务功能存在差异,各项服务功能在空间上表现出不同的分异特征,其中,华南地区森林生态系统的单位面积总价值最高,为11.36万元·hm^-2.服务功能总价值与森林面积、森林蓄积量之间的幂回归相关系数(R²)分别为0.905(P<0.01)、0.860(P<0.01),说明森林面积和蓄积是影响森林生态系统服务功能及其总价值的两个重要因素;此外,纬度和年均降水量都对服务功能单位面积价值存在显著影响.     

Genetic Relationships of Ethnic Minorities in Southwest China Revealed by Microsatellite Markers

Population migrations in Southwest and South China have played an important role in the formation of East Asian populations and led to a high degree of cultural diversity among ethnic minorities living in these areas. To explore the genetic relationships of these ethnic minorities, we systematically surveyed the variation of 10 autosomal STR markers of 1,538 individuals from 30 populations of 25 ethnic minorities, of which the majority were chosen from Southwest China, especially Yunnan Province. With genotyped data of the markers, we constructed phylogenies of these populations with both D_A and D_C measures and performed a principal component analysis, as well as a clustering analysis by structure. Results showed that we successfully recovered the genetic structure of analyzed populations formed by historical migrations. Aggregation patterns of these populations accord well with their linguistic affiliations, suggesting that deciphering of genetic relationships does in fact offer clues for study of ethnic differentiation.     

长江流域景观格局与生态系统水质净化服务的关系

流域景观格局通过影响生态过程,改变进入河流污染物的数量,进而对水质净化服务产生重要影响,探讨流域景观格局对水质净化服务的影响对于流域景观规划、生态系统保护和生态系统服务提升具有重要意义。以长江流域为研究区域,在分析45个子流域景观格局特征、应用In VEST模型评估流域水质净化服务基础上,探讨了两者的关系,结果表明:①景观组成上,长江流域农田和城镇面积比例分别与生态系统水质净化服务存在显著对数关系(P0.01),森林面积比例则与之呈极显著正相关关系(P0.01);②流域景观配置上,斑块密度和景观破碎度与水质净化服务呈显著负相关(P0.01),而平均斑块面积和形状规律相反(P0.01);③斑块类型水平上,森林平均斑块面积、灌丛/湿地平均斑块形状与生态系统水质净化服务呈显著正相关(P0.01),而农田平均斑块面积/边缘密度、城镇斑块密度则与之呈显著负相关(P0.01);④森林主导景观的子流域,仅有景观破碎度与生态系统水质净化服务呈显著负相关,而农田主导景观的子流域,景观蔓延度、香农多样性与其分别呈正相关(P0.01)。研究结果可以为长江流域生态系统水质净化服务的提升提供多途径的管理信息:流域景观尺度上,增加森林面积比例、控制农田与城镇面积比例,并减少景观破碎度而增加平均斑块形状复杂性;斑块类型水平上,可增加灌丛/湿地斑块形状复杂性,减小农田边缘密度和城镇斑块密度;森林主导景观的子流域应降低景观破碎度,以农田主导景观的子流域则应该增加斑块类型丰富度和团聚程度。研究也可为其他流域水质净化服务管理提供参考。