黄土高原粮食生产空间重构过程中的生态系统服务权衡——以陕北榆林市为例

粮食生产空间重构集中了土地系统变化的主要矛盾,探索粮食生产空间重构过程中的生态系统服务权衡变化有利于明确粮食安全、生态修复与经济发展之间的矛盾,从而推进区域生态文明建设和高质量发展.采用生态系统服务评估模型及均方根偏差法,对2000—2018年陕北榆林市粮食生产空间重构过程中的固碳、食物供给、土壤保持和产水服务及其权衡...     

国家屏障区生态系统服务权衡与协同

对不同服务间存在的此消彼长的权衡关系和相互增益的协同关系的正确认知,是开展多种生态系统服务可持续管理决策的前提。2018年国家重点专项“典型脆弱生态修复与保护研究”中明确指出要优化“两屏三带”生态系统服务格局,而服务的优化离不开对权衡与协同关系的准确认知。因此,在国家尺度上开展国家屏障区生态系统服务权衡与协同研究具有重要性和迫切性。本文采用RUSLE模型、CASA模型和InVEST产水模型分别评估国家屏障区2000—2015年土壤保持、固碳和产水服务的空间分布格局,并分析三种服务的变化趋势,采用相关分析法和均方根偏差法量化不同服务在各子屏障带整体和空间上的权衡与协同关系。结论如下：① 国家屏障区的三项服务在空间上均呈现由东南向西北减少的格局, 而在时间上,土壤保持与产水显著增加(p<0.05),增加量分别为 20.64 t/(km ²·a)和4.13mm/a,而固碳呈现微弱的上升趋势(p=0.96),服务的提升有利于保障国家生态安全。② 在各子屏障带整体上,土壤保持、固碳及产水间相关系数基本大于0（p<0.05）,表明三者以协同为主;而在空间上,两两服务间的权衡与协同关系存在着极强的空间异质性,如东北森林带固碳与产水、固碳与土壤保持的权衡关系像元比例分别达49%和27%,且均集中在北部。因此,在进行生态环境建设时,需要同时考虑到整体与局部空间的服务权衡与协同关系的不同,以制定更为合理的生态保护政策。     

关中盆地生态系统服务的权衡与协同关系动态分析北大核心CSCDCSSCI

测算2000-2012年关中盆地的净初级生产力(NPP)价值量、土壤保持价值量和食物供给价值量,通过引入玫瑰图来研究不同土地利用类型中生态系统服务的时空差异,进而探究三种生态系统服务的权衡和协同关系,并分析其在近13年间的动态变化特征,最后研究土地利用变化对生态系统服务权衡和协同关系的影响来探究其驱动机制。结果表明:(1)研究区NPP单位面积年均价值量约为1720.495元/hm^2,土壤保持单位面积年均价值量约为768.889元/hm^2,食物供给单位面积年均价值量约为167.874元/hm^2。从空间角度分析,NPP和土壤保持的高值区均分布在盆地边缘的山地,低值区集中于盆地中部,而食物供给呈相反格局。从时间角度分析,三种生态系统服务均呈现增加的趋势。2000-2012年,NPP单位面积价值量增幅为21%,土壤保持单位面积价值量增幅为46.7%,食物供给单位面积价值量增幅为245.7%。(2)NPP与土壤保持呈现协同关系,而NPP与食物供给、土壤保持与食物供给呈现权衡关系。(3)13年来关中盆地生态系统服务呈现冲突加强协同减弱的趋势。具体而言,NPP与土壤保持的协同关系表现出明显的下降趋势,NPP与食物供给的权衡关系逐渐增强,而土壤保持与食物供给的权衡关系在13年间基本保持稳定状态。(4)从土地利用变化的角度看,研究区生态系统服务权衡增加协同减少主要归因于耕地和林地的大量减少。同时,权衡土地资源利用中各类冲突对于土地资源的优化使用也有重大的意义。     

鄂尔多斯市生态系统服务权衡与协同分析

鄂尔多斯市是中国北方农牧交错带的中心,经济快速发展的同时带来生态环境巨大的压力,该区域生态系统服务及其相互关联的变化对半干旱地区的可持续发展具有重要意义。本文基于2000、2010年鄂尔多斯市的食物供给、碳储存、产水量以及土壤保持4种关键生态系统服务供给核算,采用相关分析探究栅格尺度上4种服务之间的权衡与协同关系,并引入玫瑰图对比不同土地利用类型的生态系统服务关联特征差异。研究结果表明：①2000-2010年鄂尔多斯市生态系统服务整体增强,平均食物供给量由99.5 kg·hm^-2增至224.2 kg·hm^-2,碳储存量由8.32 t·hm^-2增至8.41 t·hm^-2,平均产水量由153.64 mm增至291.90 mm,土壤保持量平均值由47.79 kg·hm^-2增至59.04 t·hm^-2;②产水与土壤保持之间存在协同关系(相关系数分别为0.972和0.771),食物供给与土壤保持之间存在协同关系(相关系数分别为0.505、0.736),食物供给和碳储存之间存在权衡关系(相关系数分别为-0.584、-0.512);③多重生态系统服务供给的热点区主要分布在鄂尔多斯市东部;④产水量和土壤保持、碳储存在耕地和林地中呈现此消彼长的变化方式,而在草地中4种生态系统服务同时增加。     

关中盆地生态系统服务的权衡与协同关系动态分析

测算2000-2012年关中盆地的净初级生产力(NPP)价值量、土壤保持价值量和食物供给价值量,通过引入玫瑰图来研究不同土地利用类型中生态系统服务的时空差异,进而探究三种生态系统服务的权衡和协同关系,并分析其在近13年间的动态变化特征,最后研究土地利用变化对生态系统服务权衡和协同关系的影响来探究其驱动机制。结果表明:(1)研究区NPP单位面积年均价值量约为1720.495元/hm~2,土壤保持单位面积年均价值量约为768.889元/hm~2,食物供给单位面积年均价值量约为167.874元/hm~2。从空间角度分析,NPP和土壤保持的高值区均分布在盆地边缘的山地,低值区集中于盆地中部,而食物供给呈相反格局。从时间角度分析,三种生态系统服务均呈现增加的趋势。2000-2012年,NPP单位面积价值量增幅为21%,土壤保持单位面积价值量增幅为46.7%,食物供给单位面积价值量增幅为245.7%。(2)NPP与土壤保持呈现协同关系,而NPP与食物供给、土壤保持与食物供给呈现权衡关系。(3)13年来关中盆地生态系统服务呈现冲突加强协同减弱的趋势。具体而言,NPP与土壤保持的协同关系表现出明显的下降趋势,NPP与食物供给的权衡关系逐渐增强,而土壤保持与食物供给的权衡关系在13年间基本保持稳定状态。(4)从土地利用变化的角度看,研究区生态系统服务权衡增加协同减少主要归因于耕地和林地的大量减少。同时,权衡土地资源利用中各类冲突对于土地资源的优化使用也有重大的意义。     

青藏高原生态系统服务权衡与协同关系

青藏高原被称为世界的“第三极”,随着全球变化和频繁的人类活动,生态系统服务之间彼此消长,分析生态系统服务的时空变化及权衡协同关系对青藏高原地区的生态环境和经济的协调发展具有重要意义。本文结合遥感、气象、土地利用等多源数据,并基于逐像元相关分析法,对研究区长时间序列下产水价值量、固碳价值量和气候调节价值量间的权衡与协同关系时空动态特征进行分析。结果表明：① 1990—2015年,青藏高原三种生态系统服务产水、固碳和气候调节均呈现由西北向东南增加的空间分布格局,26年间,产水服务和气候调节服务呈波动增加的趋势,固碳服务年际间波动大涨幅小。② 不同土地利用类型中,林地类型中三种服务价值量总体较高,水体类型中固碳和气候调节价值量均较低,产水价值量较高,2015年不同的土地利用类型上,产水服务的价值量表现为：林地>水体>草地>耕地;固碳价值量呈现为：林地>耕地>草地>水体;气候调节价值量呈现为：林地>草地>耕地>水体。③ 青藏高原中,气候调节与产水、固碳与产水间存在着此消彼长的权衡关系,而气候调节与固碳服务则具有相互促进的协同关系,固碳与气候调节的相关度最强,气候调节与产水的相关性最弱。④ 保护情景下,气候与产水呈现弱协同关系,气候与固碳的协同性最强,产水与固碳间的权衡性最弱,最有利于青藏高原生态环境的良好发展。     

生态系统服务权衡与协同视角下的重点生态功能区保护特征

重点生态功能区提供着源源不断的生态系统服务,在保障国家生态安全和社会可持续发展方面,有着不可或缺的基础作用。但是,以生态系统服务权衡与协同关系为视角,进而探讨分析重点生态功能区保护特征的研究案例相对较少。本文以秦巴重点生态功能区为评估分析区域,选择自然地理条件相似度极高的秦巴山区为参照单元,以生态系统供给服务与调节服务为核心内容,在定量分析2000—2019年期间的生态空间变化特征基础上,分析评估生态系统服务权衡与协同关系。结果表明：秦巴山区生态状况逐渐变好,重点生态功能区划定之后,生态系统趋于稳定;重点生态功能区服务能力呈逐渐增强的趋势,平均净初级生产力、土壤保持总量和水源涵养总量比重点生态功能区外分别高出了25.95 gC/m²、5.81亿t和24.95亿m³;土壤保持服务和生态系统供给服务的协同关系与生态状况改善呈正相关;由于受到降水的影响,2010年之后的水源涵养服务与生态系统供给服务的协同关系变差。总体来看,秦巴重点生态功能区的划定带动了区域生态空间“量的增长”和生态系统服务“质的提升”,但生态系统服务之间关系的“协调性”仍然不足,甚至从“协同”转为“权衡”关系,这要求未来国家需要制定更有针对性的生态系统保护管理决策,提高生态系统总体效益,支撑区域生态系统服务的可持续供给。     

西部地区生态状况变化及生态系统服务权衡与协同

西部大开发战略实施20年以来,一系列重大生态建设工程使得西部地区的生态状况和生态服务发生了重要变化,本文分析西部地区生态状况变化及其生态服务时空变化特征,并运用相关分析法研究其服务功能权衡协同关系。研究发现西部地区2000—2019年间：① 聚落和湿地生态系统面积显著增加,草地有逐年下降趋势。② 植被覆盖度呈波动上升趋势,存在年际差异且空间差异较大。③ 水源涵养服务有轻微下降趋势,下降区域主要分布在藏东南地区、三江源西部地区、喀斯特石漠化地区等;土壤保持服务波动中呈上升趋势,上升区域主要黄土高原地区、川滇西部地区、藏西北地区、藏东南地区等;防风固沙服务呈下降趋势,大幅下降区域主要位于内蒙古中西部地区、西藏和北疆部分地区。④ 生态系统供给与水源涵养、土壤保持主要为协同关系,与防风固沙主要为权衡关系且分布在农牧交错带地区。⑤ 生态工程区内生态系统服务协同程度大于非工程区。定量评估生态系统服务变化及其权衡协同关系有助于进行科学化生态管理,最大化生态效益。     

黄土丘陵区生态系统服务供需匹配研究——以兰州市为例

生态系统服务的持续供给是社会和自然可持续发展的基础,人类通过对生态系统服务的消费来满足需求和提高自身福祉。研究生态系统服务的供给和人类对生态系统服务的需求与消费,分析生态系统服务的供需特征与空间权衡关系,对区域生态系统的管理和资源的有效配置具有重要意义。以兰州市为例,利用全市2017年土地覆被、气象观测和统计年鉴等多源数据,应用InVEST模型、ArcGIS和GeoDA等空间分析工具,计算了研究区产水、食物供给、碳固持和土壤保持等4项服务的供给量及需求量,并对区域内生态系统服务的供需匹配状况进行了分析与评价。结果表明：① 兰州市各项生态系统服务的供给与需求空间异质性显著,各项服务总供给量均大于总需求量,且在不同区域与不同生态系统服务之间存在明显差异;② 兰州市综合生态系统服务供需比为0.039,不同生态系统服务供需匹配状况存在差异,产水服务（0.098）>碳固持服务（0.066）>食物供给服务（0.030）>土壤保持服务（0.001）,且城乡供需匹配差异显著;③ 兰州市生态系统服务供需空间匹配有“高高型空间匹配”、“低低型空间匹配”、“高低型空间错位”和“低高型空间错位”4种类型,且各项服务的主导空间匹配类型有所不同;④ 兰州市各项生态系统服务的供需平衡状况存在明显的协同作用,分别是“高高协同”与“低低协同”。     

基于土地利用的河北省生态系统服务权衡/协同关系研究

在分析土地利用变化的基础上,基于InVEST模型计算1985-2015年河北省农作物生产、碳储量、生境质量和土壤保持4种生态系统服务,利用ESCI指数、相关分析法、ESTD模型及双变量局部空间自相关方法识别不同尺度生态系统服务空间格局变化及权衡/协同关系。结果表明:1)1985-2015年河北省土地利用变化剧烈,建设用地、林地面积不断增加,耕地、草地、未利用地逐渐减少,但不同时段变化趋势不同。受土地利用变化影响,河北省4种生态系统服务变化趋势迥异:农作物生产水平不断提升,碳储量呈先增后减趋势,生境质量变化平稳,土壤保持呈波动减少态势。2)从省域尺度看,河北省各类生态系统服务之间相互影响,碳储量与农作物生产以及土壤保持与生境质量均呈现协同关系,农作物生产与生境质量、土壤保持以及碳储量与生境质量、土壤保持均呈现权衡关系;从区域空间分异看,供给服务与支持服务间权衡/协同关系空间变化明显,支持服务中碳储量与生境质量总体上呈现西北协同—东南权衡关系,生境质量与土壤保持以协同关系为主,碳储量与土壤保持以权衡关系为主;从县域尺度看,土壤保持与碳储量、生境质量以及农作物生产与碳储量、土壤保持的权衡/协同关系集聚特征明显,而生境质量与农作物生产、碳储量的权衡/协同关系集聚特征较为分散。理清不同区域生态系统服务间的关系,可避免不必要的权衡风险,为优化河北省土地利用空间布局、实现社会经济发展与生态系统服务双赢奠定研究基础。     

黄土高原生态系统服务供需关系的时空变化

明晰生态系统服务供需匹配关系,对实现区域生态安全与社会经济可持续发展具有重要推动作用。本文以黄土高原为案例区,应用InVEST模型、ArcGIS、GeoDA等分析工具,分析黄土高原粮食供应、水源涵养、碳固存、土壤保持等服务的供需量及其匹配关系的时空变化,旨在为黄土高原国土空间格局优化提供决策依据。结果表明：1990—2018年,① 黄土高原除水源涵养服务供给量外,其他生态系统服务供需量均呈上升趋势,且各生态系统服务供给量及土壤保持服务需求量均呈“东南高、西北低”的分布特征,而粮食供应、水源涵养、碳固存服务需求量呈“四周高、中间低”的分布特征;② 各类生态系统服务供需比均呈下降趋势。空间分布上,粮食供应、碳固存服务在黄土高原四周人口密集区供不应求,而其他区域供大于求;水源涵养服务在该区西北部供不应求,但东南部供大于求;土壤保持服务供不应求区集中于鄂尔多斯高原及海北州北部;③ 各类生态系统服务供需均以低低空间匹配为主;④ 粮食供应、水源涵养、碳固存服务供需比的空间分布均以高高集聚为主,而土壤保持服务以低低集聚和高高集聚为主。除土壤保持服务供需比的空间集聚性有所增强外,其他生态系统服务均呈减弱趋势。     

雄安新区生态系统服务簇权衡与协同

河北雄安新区建设是千年大计、国家大事。在生态优先、绿色发展理念引领下,深入理解生态系统服务间关系对于优化国土空间开发保护、实现自然资源可持续管理具有重要意义。本文基于多源数据评估了雄安新区四种生态系统服务,分析了生态系统服务间关系,并利用自组织映射特征网络划分了生态系统服务簇,以期为新区统筹权衡规划建设提供科学依据。研究结果表明：雄安新区生物多样性维持服务供给总体呈从东北向西南递增;食物供给服务在安新县与容城县供给较高,在雄县供给较低;产水服务供给以西南部地区较高,东北部地区较低;娱乐服务供给则以中北部地区较高,西南部地区较低。不同类型生态系统服务间多为协同关系,少为权衡关系。识别出四种生态系统服务簇,不同服务簇的主要土地利用类型及服务供给特点均存在差异,食物供给簇以旱地为主,主要提供食物供给服务;文化娱乐簇也以旱地为主,主要提供娱乐服务;生态保育簇以水域、旱地和林地为主,主要提供生物多样性维持服务;城镇生活簇则以建设用地为主,也包括少部分水田,主要以产水服务较高。根据不同生态系统服务供给间关系特征,为新区合理确定土地利用变更时序与位置以及促进多重生态系统服务可持续供给提出了建议。     

Trade-offs between carbon sequestration,soil retention and water yield in the Guanzhong-Tianshui Economic Region of China

Natural ecosystems provide human society with very important products and services. With the rapid increase in population and the over-exploitation of natural resources, humans are continually enhancing the production of some services at the expense of others. This paper estimates changes in ecosystem services, and the relationship between these services in the Guanzhong-Tianshui Economic Region of China. These ecosystem changes are of great significance to the sustainable development of this economic region. The concept of production possibility frontier (PPF) is applied to evaluate the trade-offs and synergy between carbon sequestration, water yield and soil retention. Three land use strategy scenarios–planning, exploitation and protection–are applied to evaluate potential changes in ecosystem services. This study reveals noticeable trade-offs between carbon sequestration, soil retention and water yield, with synergy between carbon sequestration and soil retention. There are synergies between carbon sequestration, water yield and soil retention in the three scenarios. The protection scenario is the most favourable land use strategy for regulating ecosystem service capacity. This scenario results in the highest carbon sequestration, water yield and soil retention. The results could have implications for natural capital and ecosystem services planning, management and land use decision-making.     

多情景模拟下宁夏平原生态系统服务簇识别研究

识别生态系统服务簇及其演化轨迹对区域生态服务管理至关重要,但目前研究多基于历史时期或单一时间节点,对于生态系统服务簇进行情景分析的研究还较为欠缺。本文以宁夏平原为研究对象,首先基于CA-Markov模型对宁夏平原地区土地利用进行多情景模拟,然后使用价值当量因子法对生态系统服务价值进行核算,最后使用Pearson相关系数法分析各项生态系统服务价值间的权衡协同关系,使用K-Mean聚类分析及稳定隐射变化轨迹法识别生态系统服务簇及其演化轨迹。结果发现：不论是历史时期还是未来各种情景之下,宁夏平原土地利用面积转化及空间转置集中在林地、湿地与建设用地当中;除生态保护情景下宁夏平原生态系统服务价值将由116.75亿元增至135.25亿元,其余各情景以及历史时期均呈不同程度的下降趋势;在历史时期以及未来多情景下,宁夏平原各类型服务价值之间大部分呈协同关系,优势簇以食物生产为主导功能,且常年以此类型服务簇为主。     

基于土地利用变化情景的生态系统碳储量评估——以太行山淇河流域为例

区域土地利用变化是导致生态系统碳储量变化的主要原因,影响其碳源、碳汇效应,但以往结合时空尺度探讨流域未来土地利用变化对生态系统碳储量影响的研究尚不多见。以太行山淇河流域为例,分析2005-2015年土地利用变化,采用Markov-CLUE-S复合模型预测2025年自然增长、耕地保护及生态保护情景下的土地利用格局,并基于土地利用数据,运用InVEST模型的碳储量模块评估2005-2015年及未来不同情景下的生态系统碳储量。结果表明：① 2015年淇河流域生态系统碳储量和平均碳密度分别为3.16×10⁷ t和141.9 t/hm²,自2005年以来分别下降0.07×10⁷ t和2.89 t/hm²。② 2005-2015年碳密度在低海拔区域以减少为主,在高海拔区域增加区与减少区比例相当,淇河中下游地区建设用地的大肆扩张以及上游林地的退化是导致碳密度下降的主要原因。③ 2015-2025年自然增长情景下碳储量和碳密度下降仍较明显,主要是低海拔区域固碳能力的减弱;耕地保护情景减缓了碳储量和碳密度的下降幅度,主要是由于低海拔区固碳能力的增强;生态保护情景下,碳储量和碳密度显著增加,分别达到3.19×10⁷ t和143.26 t/hm²,主要发生在海拔高于1100 m的区域。生态保护情景能够增强固碳能力,但不能有效控制耕地面积的减小。因此,研究区土地利用规划可统筹考虑生态保护和耕地保护情景,既能增加碳汇,又能保障耕地质量和粮食安全。     

“水-能源-粮食”视角下粤港澳大湾区生态安全格局的构建及优化

从“水－能源－粮食”3个维度对粤港澳大湾区的生态系统服务进行评价,利用珞珈一号夜光数据修正生态阻力面,运用最小累积阻力模型构建并优化湾区的生态安全格局。结果表明：1）粤港澳大湾区生态源地总面积为9 626.1 km²,主要分布在研究区东部和西部的山地、丘陵地区,对应位于江门市、惠州市中部和肇庆市;2）生态廊道共计38条,总长度为2 023.09 km,其中最短为11.76 km,最长为304.99 km,集中于植被覆盖较好的山地丘陵地区,中部无廊道分布;3）生态源地辐射区面积为28 929.5 km²,达到湾区总面积的51.88%,若要实现60%的覆盖率,则需要至少新增生态源地辐射面积4 524.856 km²;4）为了更好地优化粤港澳大湾区生态安全格局,提出在惠州市北部和南部新增两处生态源地辐射区,并构建以“一带、一轴、四组团”为核心的生态安全格局优化模式。