生态系统服务权衡研究进展：从认知到决策

作为沟通自然生态系统与人类社会的重要桥梁,生态系统服务一直以来都是地理学、生态学等学科的研究前沿和热点。正确认知生态系统服务之间的关系,是开展多种生态系统服务可持续管理决策的前提,有助于人类福祉的全面提升。本文通过厘定生态系统服务权衡的概念内涵,梳理了生态系统服务权衡的空间、时间和可逆性特征,将多层次人类福祉的满足作为权衡的最终目标,视生态补偿为权衡决策的基本保障途径。生态系统服务权衡关系的识别依托于定量指标法和综合模型法,且权衡关系可能随时空尺度的推移发生改变;情景分析与多目标分析是生态系统服务权衡决策的有效手段。生态系统服务权衡多尺度关联、生态系统服务流与远程耦合、生态系统服务消费与生态补偿,成为当前生态系统服务权衡研究的重点方向。     

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。     

生态系统服务权衡:方法、模型与研究框架

生态系统服务之间存在着此消彼长的权衡关系或彼此增益的协同关系,科学理解和权衡这些作用关系有利于指导生态系统管理实践,也对实现社会经济发展和生态保护的"双赢"目标具有重要意义。系统梳理了国内外现有的生态系统服务权衡研究工作,归纳总结了权衡研究的主要方法:统计学、空间分析、情景模拟和服务流动性分析方法;对权衡研究中常用的生态系统服务权衡模型进行了机理介绍和应用分析;进一步提出了权衡研究的理论框架和重要切入点,即生态系统服务的时空尺度特征、相互作用、效益和驱动机制。对生态系统服务权衡未来的进一步深化研究进行了展望,旨在为国内相关研究提供启迪和参考。     

生态系统服务变化的驱动机制研究进展

近年来,全球及区域生态系统服务均呈现出快速变化趋势,分析研究生态系统服务变化的驱动机制有助于精准模拟未来生态系统服务情景,进而服务于生态系统管理决策的科学制定。虽然已有部分研究探讨了土地利用或气候变化对生态系统服务的影响,但生态系统服务变化的驱动机理与应对策略亟待全面揭示。为此,该文回顾总结了国内外关于生态系统服务变化驱动机制的研究成果,并分析归纳了生态系统服务变化的主要驱动因子与未来模拟技术,结果发现:(1)土地利用与气候变化是造成生态系统服务变化的主要因素,且相互作用共同驱动生态系统服务的变化;(2)生态系统服务变化的单影响因子识别取得较大进展,但多种影响因子的交互作用及其在生态服务变化中贡献亟需清晰分解;(3)基于遥感与气候模型的多情景模拟是预测未来生态系统服务变化的主要手段,但需要科学模拟多因素交互作用下的综合影响及其应对途径;(4)未来研究应加强人类活动对生态系统服务影响的分解与模拟,研发区域生态系统服务对重大生态工程的时空响应与探测技术,以科学指导区域生态保护建设与规划布局。     

厦漳泉地区生态系统服务权衡与协同关系分析

将地理探测器引入生态系统服务权衡/协同关系的研究,并结合生态服务价值动态度、生态系统服务权衡协同度(ESTD),阐释2006—2016年厦漳泉地区生态系统服务变化特征和权衡/协同关系及其时空格局。结果表明:(1)地区生态服务价值总体增长16.51%,其中林地、湿地、水域的生态服务价值增长明显;(2)食物生产、原料生产、土壤保持服务价值低于地区总体ESV动态度;(3)生态系统服务间作用强度会随对象的转换出现差异性,根据各类服务间作用的紧密程度划分核心和次核心"组团";(4)地区生态系统服务间关系以协同为主,但食物生产与其他服务呈现明显的此消彼长,不同生态系统服务间权衡/协同性质及其程度均呈显著的空间分异。     

多情景模拟下粤港澳大湾区生态系统服务评估与权衡研究

城镇化快速发展导致区域的生态系统服务衰减,威胁城市的生态安全;掌握城市群地区生态系统服务权衡/协同关系量化,对提升生态系统服务总体效益和维护区域生态安全至关重要。以粤港澳大湾区为研究区域,利用InVEST模型对粤港澳大湾区1995—2018年间产水服务、固碳服务、土壤保持服务、食物供给服务共4项生态系统服务进行评估,设定历史趋势情景、规划情景和生态保护情景,借助GeoSOS-FLUS模型进行2030年生态系统服务情景分析,探讨各种生态系统服务之间的权衡/协同关系。结果表明：① 1995—2018年间,粤港澳大湾区产水服务出现增加趋势,固碳服务、土壤保持服务和食物供给服务出现下降趋势。② 不同类型生态系统服务变化存在明显的区域异质性,产水服务高值区域其值增大,低值区域其值减小;固碳服务低值区域,其值下降更大;除香港外,土壤保持量减小的区域呈零星状分布;食物供给高值及减小的最大值位于东莞、佛山、中山和深圳等中部区域。③ 产水服务在规划情景下达到最佳,固碳服务和土壤保持服务在生态保护情景下最佳,历史趋势情景下食物供给服务最佳,生态系统服务综合效益在生态保护情景下达到最佳。④ 历史趋势情景下生态系统服务之间的权衡程度最大,生态保护情景下各项生态系统服务之间的协同程度较高。基于生态耦合模型进行粤港澳大湾区生态系统服务估算,揭示生态系统服务权衡或协同的变化关系及作用机理,可为区域生态系统服务管理和社会经济发展规划提供参考。     

基于GWR模型的喀斯特地区产流量与土壤侵蚀权衡的时空特征——以贵州省三岔河流域为例

喀斯特地区的土壤保持服务及产流服务对区域可持续发展至关重要,明晰二者之间的权衡/协同关系是制定生态系统服务管理策略的基础。当前,针对喀斯特生态系统服务权衡与协同关系的研究多为定性描述,对于相互关系的定量研究亟待加强。本文以典型喀斯特地区三岔河流域为研究区,使用In VEST模型、RUSLE模型分别模拟了研究区2000—2015年16年间的产流量及土壤侵蚀量数据,借助地理加权回归方法对产流量及侵蚀量的多年均值进行权衡/协同关系的定量刻画与空间分析。结果表明:(1)流域尺度上产流量与土壤侵蚀量呈现权衡协同关系并存的分布格局,研究区63. 3%的面积为权衡关系,36. 7%的面积为协同关系,上游、下游大部分地区为权衡关系,中游呈现协同关系;(2)土地利用类型的空间分布是导致产流量与土壤侵蚀量权衡/协同关系空间分布的主要原因;(3)产流量与土壤侵蚀量的空间权衡/协同关系具有较高的空间异质性,因不同地貌类型区而存在差异,其中中海拔平原、中海拔台地地区土壤侵蚀与产流量整体上表现为协同关系,中海拔丘陵、小起伏中山、中起伏中山地区表现为权衡关系。本研究深入剖析了土壤侵蚀及产流量的空间权衡关系,其结果可为该地区生态系统服务管理提供借鉴意义。     

人地系统耦合框架下的生态系统服务

生态系统服务是连接自然环境与人类福祉的桥梁,是人地系统耦合研究的核心内容。本文在构建生态系统服务与人地系统耦合研究框架的基础上,系统梳理了生态系统服务评估、生态系统服务权衡、生态系统服务影响因素、生态系统服务供给流动与需求等研究前沿,提出了未来生态系统服务研究的重点领域。主要研究结论认为：①国际生态系统服务模型发展迅速,SAORES模型是中国生态系统服务模型优化与参数本地化的突出代表;②生态系统服务权衡具有相对复杂的时空尺度,权衡分析的前提是辨析不同尺度生态系统结构—过程—功能—服务的作用机制;③自然因素是生态系统服务时空分布的基础,土地利用能改变生态系统结构、功能与生态系统服务变化,社会经济因素会导致生态系统服务权衡的差异;④为明晰生态系统服务供给与需求耦合关系,需进一步识别生态系统服务流的运移路径;⑤未来生态系统服务研究需加强生态系统服务对全球变化的响应特征和机制分析、面向可持续发展目标的生态系统服务供给流动与需求研究、生态系统服务的动态评价集成与优化、生态系统服务与人地系统耦合、生态系统服务与大数据集成等。     

基于生态-经济权衡的京津冀城市群土地利用优化配置

探索生态保护与经济发展的权衡关系,并利用该权衡关系协调土地利用优化配置是解决城市群经济与生态协调发展难题的重要途径,已成为目前的一个研究热点。论文针对京津冀城市群生态友好型协同发展的需求,设置生态系统服务价值最大化和经济价值最大化2种优化目标,每种目标下再设置“生态保护”“统筹兼顾”“粮食安全”和“经济发展”4种土地利用情景,采用CLUE-S模型模拟2025年京津冀城市群在不同情景下的土地利用空间配置格局,及其生态系统服务价值、经济价值在不同目标的各种情景下的变化。研究结果表明：相比2015年,2025年在不同目标不同情景下,各类土地利用面积的数量变化和空间格局均有较大不同,且生态目标和经济目标下不同情景的土地利用配置不同。生态系统服务价值在生态目标生态保护情景下最大,为14423.58亿元;而经济价值则在经济目标经济发展情景下最大,为96771.49亿元。从土地利用变化的空间分布上来看,生态用地中林地与草地的增加多出现在坝上高原和燕山与太行山山地,水体的增加则主要分布在东部沿海地区。研究认为,生态效益与经济效益间存在权衡关系,基于生态-经济权衡的土地利用优化研究结果对未来京津冀城市群生态实践工作有较大的参考价值。     

旱区人地耦合系统水-粮食-生态关联研究述评

气候变化和人类活动影响下的旱区水-粮食-生态关联机制,是人地耦合系统研究的前沿科学问题之一,为全面保障以水安全为纽带的旱区生态安全和粮食安全提供科学支撑。本研究通过梳理水-粮食-生态关联研究前沿,凝练得到四方面认识：① 在时空特征判别中,旱区土地利用是普遍涉及的水-粮食-生态关联载体;② 在驱动机制分析中,生态系统服务权衡协同关系得到关注,但研究多止步于统计描述;③ 在模型使用中,社会水文系统模型是重要研发对象,生命周期模型和生态系统服务流模型也得以使用;④ 在决策支持中,基于水-粮食-生态关联视角并适用于本地旱区的国土空间规划、资源用途管制、资源使用增效途径仍处探索阶段。在未来研究中,有必要深化旱区生态水文过程对农业生产的影响与响应、旱区生态系统服务权衡及其对人类福祉的影响、旱区水生态安全格局优化下的国土空间开发与保护等研究议题,从而架构水-粮食-生态关联研究从科学到决策的桥梁。     

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。     

基于Multi-Agent System的多尺度土地利用变化模型的构建与模拟

通过土地利用情景变化模型反映多尺度的土地利用现象,是学者们研究的焦点问题。本文基于MAS理论,构建从地块到村庄的多尺度土地利用变化模型,揭示微观层面不同尺度上土地利用变化的机制。应用该模型,以陕西省米脂县孟岔村为例进行研究,定量分析该村农户个体、农户群体和农户整体等不同尺度上的土地利用决策,并通过与2008年实际土地利用变化数据对比和分析,对构建的多尺度土地利用变化模型进行检验。通过分析,认为:(1)基于MAS的多尺度农户土地利用变化模型可较好地反映微观土地利用决策和空间的多尺度变化;(2)构建用 连续数值表示的农户土地利用决策与实际状况比较符合;(3) 本文为不同农户群体间的转化方法、农户间相互作用,以及市场与政策因素的作用等方面的研究打下坚实的基础。     

胶州湾北岸滨海地区4个时期生态系统服务价值和生态功能区划分研究

生态功能分区是生态系统管理的重要环节,与生态系统服务权衡/协同密切相关,对小尺度区域进行生态功能分区,有助于实现精细化资源管理。以位于胶州湾北岸的青岛市城阳区和胶州市为研究区,采用当量因子法,计算研究区的生态系统服务价值;采用相关分析和双变量局部自相关分析方法,揭示1990年、2000年、2010年和2017年研究区生态系统服务价值的空间集聚特征,分析生态系统各种服务价值间权衡与协同关系;采用K-means聚类分析方法,识别生态系统服务簇,划分生态功能区。研究结果表明,1990～2017年期间,随着时间的推移,1990年、2000年、2010年和2017年胶州湾北岸滨海地区生态系统服务总价值在波动减少,其中,水域、盐田、其它用地和居住用地的生态系统服务价值在波动增加,滩涂、养殖池、耕地、工矿仓储用地和商服用地的生态系统服务价值在波动减少;生态系统服务的集聚区都为沿海滩涂区域,但是,生态系统服务价值的冷点区域不断向东北部和西南部扩张;研究区生态系统服务间的主导关系为协同关系;食物生产与水资源供给、食物生产与土壤保持、食物生产与提供美学景观的关系为权衡关系;胶州湾北岸滨海地区可以划分为生态保护区、旅游发展区、渔业养殖区和混合发展区4个功能区。     

黄河流域生态系统服务权衡协同关系时空异质性

探究流域生态系统服务的权衡协同关系及其尺度效应对合理制定生态环境政策和有效配置环境资源具有至关重要的意义。以黄河流域为研究对象,采用1990、1995、2000、2005、2010、2018年6期数据,采用InVEST和CASA模型评估产水量、碳储量、土壤保持量、生境质量和净初级生产力（NPP）5项生态系统服务,采用Spearman相关性分析黄河流域及其二级流域各项生态系统服务间的权衡关系。结果表明：全流域尺度上产水量与碳储量、生境质量呈权衡关系,其余各项服务间呈协同关系;产水量与碳储量、产水量与生境质量、碳储量与土壤保持量、碳储量与生境质量、碳储量与NPP、土壤保持量与生境质量之间的关系8个二级流域与黄河流域全域均保持一致。产水量与土壤保持量、产水量与NPP、土壤保持量与NPP以及生境质量与NPP的关系在二级流域间出现了差异。各生态系统服务整体表现出了明显的二级流域差异且显示地域规律性。多尺度评估生态系统服务间的权衡协同关系,可为制定黄河流域发展和生态保护双赢政策提供可靠参考。     

典型山地生态系统服务权衡与协同关系的时空分异研究

山地占中国国土面积比重高,是我国破解区域发展不平衡矛盾的焦点区域,也是生态系统服务重要供给区,长期面临着经济发展和生态保护的双重压力与挑战。研究选取我国石漠化山地、新构造运动活跃区山地和北方土石山区的典型区域黔桂岩溶山地、横断山地和太行山地为案例,以支持服务中NPP(Net Primary Productivity)、调节类服务水源涵养和供给类服务农产品供给三类生态系统服务为代表,采用线性回归、相关分析等方法探讨了1990–2015年三大山地生态系统服务权衡与协同关系的时空特征。主要结论如下:(1)三大山地农产品供给服务相对下降,NPP和水文调节等支持和调节服务提升更为显著;(2)三大山地NPP与水文调节服务存在彼此增益的协同关系,黔桂岩溶山地协同关系增强,而横断山地和太行山地变弱,且前者变弱的程度更大;三大山地NPP、水文调节服务与农产品供给服务存在此消彼长的权衡关系,其中黔桂岩溶山地NPP与农产品供给服务权衡关系变弱,而横断山地和太行山地权衡关系增强,且后者变强的程度更大;(3)三大山地生态系统服务权衡与协同关系存在显著的空间分异。     

典型山地生态系统服务权衡与协同关系的时空分异研究（英文）

山地占中国国土面积比重高,是我国破解区域发展不平衡矛盾的焦点区域,也是生态系统服务重要供给区,长期面临着经济发展和生态保护的双重压力与挑战。研究选取我国石漠化山地、新构造运动活跃区山地和北方土石山区的典型区域黔桂岩溶山地、横断山地和太行山地为案例,以支持服务中NPP (Net Primary Productivity)、调节类服务水源涵养和供给类服务农产品供给三类生态系统服务为代表,采用线性回归、相关分析等方法探讨了1990–2015年三大山地生态系统服务权衡与协同关系的时空特征。主要结论如下:(1)三大山地农产品供给服务相对下降,NPP和水文调节等支持和调节服务提升更为显著;(2)三大山地NPP与水文调节服务存在彼此增益的协同关系,黔桂岩溶山地协同关系增强,而横断山地和太行山地变弱,且前者变弱的程度更大;三大山地NPP、水文调节服务与农产品供给服务存在此消彼长的权衡关系,其中黔桂岩溶山地NPP与农产品供给服务权衡关系变弱,而横断山地和太行山地权衡关系增强,且后者变强的程度更大;(3)三大山地生态系统服务权衡与协同关系存在显著的空间分异。     

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。     

秦巴山区生态系统服务权衡—协同关系

权衡—协同关系时空分布及其演化机制分析有助于量化生态系统服务.当前,秦巴山区生态系统研究主要集中于刻画单个生态系统服务的演变和两两生态系统服务之间的关系,缺少对多种生态系统服务之间相互作用和演化机制的分析,致使多个生态系统之间的复杂作用机制及其影响因素不能得到全面认识.本文基于多源数据与综合模型,采用空间相关分析、线性...     

可持续城市更新决策支持方法研究评述

在城市问题不断涌现且呈现日益复杂化的背景下,可持续城市更新作为顺应全球可持续发展的现代化治理模式,迫切需要通过科学决策方法的支持来推动其有效实施。在系统分析各类可持续城市更新决策支持方法的特点、问题及实践进展后发现:(1)传统决策方法以可持续城市更新评价为主,评价视角通常围绕社会、经济和环境三方面展开,评价指标主要分城市整体评价和更新项目评价两个层面,评价方法以指标体系构建和未来情景模拟为主;(2)当前方法创新的动向是运用群决策模型法、决策平台构建、多尺度模型法等为可持续城市更新提供决策支持;(3)未来发展趋向包括构建新一代信息技术支撑下的城市更新基底数据库,探索多尺度联动更新理论体系与决策传导优化方法,打造可持续城市更新的"区块链"云服务决策平台。     

伏牛山地区森林生态系统服务权衡/协同效应多尺度分析

森林生态系统服务权衡与协同研究已成为当前相关学科的研究热点和前沿,对服务权衡与协同关系的多尺度分析有助于更加有效地实施森林资源管理。综合森林类型图、NDVI、气象和土壤等多源数据,借助CASA模型、InVEST 3.2模型和ArcGIS 10.2软件,开展伏牛山地区森林生态系统服务评估,运用空间叠置方法从多个空间尺度（区域、南北坡、垂直带）探讨服务权衡与协同效应。结果表明：① 研究区森林生态系统平均蓄积量为49.26 m ³/hm ²,碳密度为156.94 t/hm ²,供水深度为494.46 mm,土壤保持量为955.4 t/hm ²,生境质量指数为0.79。② 区域尺度上,28.79%的森林服务之间存在高协同效应,10.15%的森林存在低协同效应,61.06%的森林存在强权衡和弱权衡效应。③ 南北坡尺度上,南坡服务之间的协同关系优于北坡。垂直带尺度上,南坡中山落叶阔叶林带（SIII）服务之间协同关系最好,北坡低山落叶阔叶林带（NI）协同关系最差。