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。     

长江、黄河流域生态系统服务变化及权衡协同关系研究

长江、黄河流域是中国重要的生态屏障,近几十年来强烈的人类活动改变了长江、黄河流域的自然景观,使生态系统功能遭到破坏,了解流域内生态系统服务的变化、相互作用和驱动因素是流域生态系统管理和调控的重要基础。本文利用土地利用、土壤类型和气象等数据,对2000—2016年长江、黄河流域的NPP、土壤保持和产水服务进行时空变化分析;采用相关分析法和约束线研究生态系统服务之间的权衡协同关系和约束效应。结果表明：① 2000—2016年,长江、黄河流域的NPP分别以3.21 gC/m²和3.92 gC/m²的速率递增,产水量和土壤保持量在长江流域分别以1.25 mm/a的速率递增和55 t/hm²的速率递减,而在黄河流域,产水量和土壤保持量分别以0.04 mm/a的速率递减和3.31 t/hm²的速率递增。② 长江、黄河流域的NPP、土壤保持和产水服务之间互为协同关系。长江流域的NPP和产水服务与土壤保持服务之间为驼峰型约束,NPP与产水量之间为凸波型约束。③ 黄河流域的NPP与土壤保持间的约束线形态为凸波型,NPP与产水量之间为驼峰型约束,而产水量与土壤保持之间为指数型。定量化研究不同流域的生态系统服务并探究其影响因素,对于了解和优化不同地区的生态系统服务有重要意义。     

甘肃白龙江流域生态系统服务变化及权衡与协同关系

甘肃白龙江流域是长江上游主要的水源涵养区和环境脆弱区,近几十年来高强度的人类活动加剧了生态环境压力,因此开展白龙江流域生态系统服务变化及权衡协同关系研究对该区域的可持续发展具有重要意义。本文通过生态系统服务变化指数（ESCI）、空间自相关、相关系数法,定量分析了1990-2014年甘肃白龙江流域生态系统服务时空变化过程、空间集聚特征及生态系统服务间的权衡与协同关系。结果表明：① 1990-2014年间产水量、碳储量、土壤保持和农作物生产4种典型生态系统服务的ESCI值变化迥异,空间分布各具特色,具体表现为：产水量ESCI极值变化超过1倍且前后两时段（1990-2002年,2002-2014年）分布格局有较大出入,而两时段内的碳储量ESCI值变化相同,分布格局也相似,土壤保持ESCI值两极化趋势较农产品生产不明显,但这两者后一时段均与前一时段的ESCI分布相反;② 4种典型生态系统服务存在空间自相关,局部上正相关类型“组团”出现,集聚性较强,负相关类型散布,集聚性低,空间异质性显著;③ 两种供给服务（产水量与农作物生产）呈负相关的权衡关系,两种调节服务（碳储量与土壤保持）呈正相关的协同关系,不同的供给和调节服务之间关系既有权衡也有协同关系;④ 数值关系上,不同生态系统服务之间的权衡/协同关系在Moran's I和相关系数上表现不一;空间格局上,生态系统服务间的权衡/协同关系异质性显著。     

汉江上游生态系统服务权衡与协同关系时空特征

多种生态系统服务之间的相互关系研究是生态系统服务研究的热点问题。目前,有关多种生态系统服务权衡与协同的研究多停留在定性描述阶段,缺乏具备空间位置信息的定量研究。综合土地利用、NDVI、土壤类型、气象等多源数据,对汉江上游流域2000-2013年的土壤保持服务、产水服务、植被碳固定(NPP)服务进行空间制图,并基于逐像元偏相关的时空统计制图方法,对三种生态系统服务之间的权衡与协同关系时空变化进行分析。结果表明:(1)2000-2013年,汉江上游多年平均土壤保持量为434.20 t·hm-2·yr-1,且多年来以16.10 t·hm-2·yr-1速率递增。多年平均产水量为250.34 mm,多年递增速率为3.79 mm·yr-1。NPP多年平均值为854.11 g C·m-2·yr-1,多年递减速率为8.54 g C·m-2·yr-1。(2)汉江上游土壤保持量在空间上呈现出"南北山地高,河谷盆地低"的分布格局;植被NPP在空间上表现为汉江河谷地带低,其余地方高的态势;产水服务在空间上呈现由北向南递增的分布规律。(3)整个汉江上游流域土壤保持与NPP、土壤保持与产水服务均以权衡关系为主,权衡关系区域的面积占比分别达到62.77%和71.60%;NPP与产水服务以协同关系为主,协同关系的面积占比达到62.89%。(4)林地、湿地、耕地、人工表面及裸地中,土壤保持与NPP服务、土壤保持与产水服务在空间上以权衡关系为主,产水与NPP服务在空间上以协同关系为主;而草地表现为三种服务两两之间均以权衡关系为主。定量评估生态系统服务相互关系的时空特征,有利于研究生态系统服务之间相互关系在时间上的非线性变化以及空间上的分布异质性,对区域土地管理与生态系统服务优化具有重要的指导意义。     

基于小波变换的生态系统服务权衡尺度效应与影响因素研究——以珠江三角洲为例

识别生态系统服务间的多尺度权衡关系及其影响因素对于指导管理决策和推进可持续发展至关重要,然而尺度响应特征及差异变化成因尚不明确,其中一个重要原因是缺乏科学合理的尺度划分方法。本文评估了珠三角地区的土壤保持、水源涵养、生境质量、自然游憩共4种关键生态系统服务量,基于小波变换的特征尺度估算方法,确定了研究权衡关系的最佳聚合规模序列。应用相关性分析和地理探测器方法,定量化识别权衡强度在各个尺度的影响因素,并比较了不同尺度间主导影响因素的差异特征。结果表明：① 权衡强度在6条样线上的特征尺度突出,2000~11500 m是研究权衡关系的最佳尺度序列范围。② 自然游憩与水源涵养、生境质量之间存在协同关系,自然游憩与土壤保持互为权衡关系。三对服务组合之间的相互作用大多随着尺度的增大而增强,特别是在县级行政管理规模上,所有配对服务表现出最强的协同或最弱的权衡关系。③ 植被覆盖度对权衡强度的驱动作用突出且相对稳定。地形因素是小尺度范围内权衡关系变化的主导影响因素,而气候因素和景观格局指数在较大尺度的影响作用显著。本研究通过优化传统的多尺度研究序列构建方法,为调控各类驱动因素以制定多级管理决策提供参考。     

金沙江流域生态系统服务的权衡与协同效应评价（英文）

全球气候变化和人类活动已经威胁到流域生态系统。金沙江作为长江上游,研究其生态系统服务功能对维护整个长江流域的生态安全、促进生态可持续性具有重要意义。基于生态系统服务与权衡综合评价（InVEST）模型和修正通用土壤流失方程（RUSLE）模型,对2000–2020年金沙江流域生态系统提供的5种生态系统服务功能：产水量（WY）、生境质量（HQ）、土壤保有量（SR）、食物供应（FS）、碳储量（CS）进行了评价,并分析了它们的时空变化特征,权衡协同关系及其驱动因素。结果表明:（1）2000–2020年间,金沙江流域的各生态系统服务总量除生境质量外都存在不同程度的波动,各生态系统服务在空间分布上基本呈现出东南高西北低的空间格局。（2）CS＿SR＿HQ和WY＿SR＿FS之间存在显著的协同关系,WY＿CS之间存在显著的权衡关系。（3）CS＿SR＿HQ的主要驱动因素是净初级生产力（NPP）和土地利用类型（LU）,WY＿SR＿FS的主要驱动因素是年降雨量（PRE）、LU和降雨侵蚀（R）,WY＿CS的驱动因素在研究期内较多变。     

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。     

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。     

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。     

Regional ecosystem services relationships and their potential driving factors in the Yellow River Basin,China

The Yellow River Basin(YRB) occupies an important position in China’s socioeconomic development and ecological conservation efforts. Understanding the spatiotemporal characteristics of the relationships among multiple ecosystem services(ESs) and their drivers is crucial for regional sustainable development and human-earth system coordination. This study simulated food production(FP), water yield(WY), net primary production(NPP), soil conservation(SC), and habitat quality(HQ) in the YRB from 2000...     

Revealing ecosystem services relationships and their driving factors for five basins of Beijing

A clear understanding of the relationships among multiple ecosystem services(ESs) is the foundation for sustainable urban ecosystem management. Quantitatively identifying the factors that influence ES trade-offs and synergies can contribute to deepening ES research, from knowledge building to decision making. This study simulated soil conservation, water yield and carbon sequestration in Beijing, China, from 2015–2018. The spatial trade-offs and synergies of these three ESs within the five major river basins in Beijing were explored using geographically weighted regression. Furthermore, geographical detector was applied to quantitatively identify the driving mechanism of the environmental factors for the ES trade-offs and synergies. The results show the following:(1) the spatial relationships between soil conservation and water yield, as well as between water yield and carbon sequestration, were mainly trade-offs. There was a spatial synergy between soil conservation and carbon sequestration.(2) Regarding the spatial trade-off/synergy between soil conservation and water yield in Beijing, the dominant influencing factor was temperature/elevation, and the dominant interactions of the spatial trade-off and synergy between these two ESs in Beijing and the Chaobai River Basin are all manifested in the superposition of precipitation and potential evapotranspiration, temperature, and elevation.(3) Topographic factors were the dominant factors influencing the spatial relationship between soil conservation and carbon sequestration in Beijing and its five major river basins. As a result of the distribution of water systems and hydrological characteristics of the basins, differences were observed in the effects of different combinations of interaction factors on the spatial relationship between these two ESs in different basins.(4) Temperature had the strongest explanatory power in terms of the spatial trade-offs and synergies between water yield and carbon sequestration. The interactions between precipitation and temperature and between precipitation and elevation were the dominant interactions affecting the spatial relationship between water yield and carbon sequestration in Beijing. Overall, the explanatory power of influencing factors on the trade-offs and synergies and the degree of interaction between factors coexist in different basins with consistency and differences. Therefore, understanding the quantitative characteristics of basin-scale spatial trade-offs and synergies between ESs is important for ecosystem management and the promotion of synergy in different basins.     

陕西河谷盆地生态系统服务协同与权衡时空差异分析

陕西河谷盆地是区域主要粮食基地和社会经济中心,人口增长、城镇化和工业化的加快发展,使得该地区生态环境受到人类活动的强烈冲击,生态环境面临着潜在的巨大危机,严重影响社会经济的可持续发展。本文选取西北地区经济中心—关中盆地和陕西省生态保护指定区—汉中盆地进行对比研究,以1990-2010年的生态系统服务数据（NPP、保水服务、食物供给）分析生态服务时空差异,通过相关分析、线性和幂函数回归等方法分析了生态系统服务协同与权衡的时空差异。结果表明：NPP与保水是协同关系,NPP与食物供给、保水与食物供给是权衡关系;21年中,两大盆地的协同关系均呈减弱趋势,权衡关系为加强趋势,且关中盆地的变化速度要高于汉中盆地;NPP与保水的协同程度,在关中盆地东部的耕地区域以及汉中盆地的宁强县与略阳县西部最强,以关中的铜川市和汉中的西乡县最弱;NPP与食物供给的权衡程度,在关中盆地的铜川市和西安市境内的秦岭区域以及汉中盆地的西乡县南部制约关系更为突出,以关中的宝鸡市及汉中的略阳县最弱。     

生态保护红线区生态系统服务多维驱动力的定量分离

生态系统服务的时空变化受环境因子和服务间权衡/协同两个维度的驱动。在保障区域与国家生态安全、经济与社会可持续发展的生态保护红线区,厘清生态系统服务的驱动机制对该区生态系统的管理优化尤为重要。本文以北京生态保护红线区为例,考虑土壤保持、产水量和植被固碳3项生态系统服务,运用地理探测器判断并识别生态系统服务间关系的影响变量,进而基于偏相关方法定量分离并比较服务间净关系与环境变量两个维度对生态系统服务的影响。结果表明：对任一生态系统服务而言,环境变量和服务间关系对其空间异质性有不同程度的影响,且两种变量之间的交互作用均会增强单一变量对该生态系统服务空间分异的决定力。各服务形成过程的差异性使得影响服务间关系的重要环境因子存在区别,但土地利用强度均是3对服务空间关系的极重要因子,表明北京生态保护红线区土地利用的合理规划对该区生态系统服务的协同优化至关重要。剔除极重要因子后比较服务间净关系与环境变量对生态系统服务的影响,结果发现：环境变量（坡度和降水）对土壤保持时空变化的驱动力更强;降水和植被固碳服务两个维度对产水量的影响相近;植被固碳的时空变化与其他两项服务密切相关,环境变量的影响相对较小。     

黄河流域景观破碎化对土壤保持服务影响研究

基于2000年、2005年、2010年和2015年土地利用现状遥感监测数据,分别采用景观格局指数和当量因子法测度了黄河流域多尺度景观破碎化和土壤保持服务的时空特征,并且综合运用热点分析工具、普通最小二乘法和空间回归分析模型,探索了2000—2015年黄河流域多尺度土壤保持服务时空演变特征及景观破碎化对土壤保持服务的影响机制。结果如下：① 黄河流域土壤保持服务低值区主要集中分布在黄河流域上游青海-甘肃-宁夏-陕西-内蒙古沿线地区以及流域下游河南和山东,另外省会城市以及周边地区同样是土壤保持服务低值区,土壤保持服务具有显著的尺度依赖性;② 研究期间黄河流域土壤保持服务变化的热点区域主要分布在流域上游黄土高原地区,冷点区域主要分布在黄土高原的周边地区,不同尺度下土壤保持服务变化冷热点差异显著;③ 回归结果显示,经济社会因子与土壤保持服务具有显著的负相关;自然本底因子中海拔和林地面积比重与土壤保持服务具有显著的正相关;景观破碎化指数对土壤保持服务的影响差异性显著。未来黄河流域不同分区土壤保持和土地利用政策的制定不仅需要考虑自然本底和经济社会驱动因子,还应考虑多尺度景观格局破碎化以及空间溢出效应,跨区域协同治理对于黄河流域土地利用政策制定和生态系统保护具有重要现实意义。     

黄河流域生境质量时空演变及其影响因素

黄河流域是中国重要的生态区域,探究该流域生物多样性时空变化特征对区域生态保护修复具有重要意义。运用InVEST模型评估黄河流域2000—2018年生境质量并结合空间自相关模型探究其时空变化及分布特征,利用地理探测器单因子探测和交互探测方法分析生境质量空间分异特征的驱动因子。结果表明：2000—2018年,黄河流域平均生境质量指数为0.631,整体呈现小幅下降趋势,下降幅度为0.16%,在空间上表现出西高东低的分布特征;黄河流域生境质量在空间上表现高度正相关特征,表现为生境质量相似值在空间上集聚,生境质量低值区域集中在黄河流域下游、关中平原以及汾河谷地区,生境质量高值区域集中在黄河上游青藏高原地区;土地利用/覆被是生境质量空间分异最重要的驱动因子,q值为0.5560,而且任何两种驱动因子对生境质量空间分异的交互作用都要大于单个驱动因子的作用,土地利用/覆被与气温、海拔、降雨量、坡度以及NDVI的交互因子均大于0.5。     

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。