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。     

京津冀地区生态系统服务权衡的多尺度特征与影响因素解析

对2000年和2015年京津冀地区四类生态系统服务(净初级生产力、粮食生产、水源涵养、土壤保持)进行估算,采用多层次空间统计法、相关分析法和玫瑰图法对生态系统服务权衡关系进行多尺度分析,利用多元回归模型定量揭示土地利用因素、社会因素、经济因素对生态系统服务权衡与协同关系的影响。结果表明:(1)净初级生产力(NPP)、水源涵养、土壤保持高值区集中分布于京津冀北部和西北部山区,低值区分布于东南部平原区,粮食生产呈东南高西北低的空间格局。2000—2015年仅粮食生产服务上升,净初级生产力、水源涵养、土壤保持服务均下降。(2)粮食生产与水源涵养、粮食生产与土壤保持表现出权衡关系,水源涵养与土壤保持表现为协同关系,这3对生态系统服务的权衡与协同关系均呈增强趋势。(3)耕地的粮食生产服务上升,土壤保持服务下降,各地类的净初级生产力均呈下降趋势。(4)生态系统服务权衡与协同关系的增强主要归因于土地利用因子,耕地减少、建设用地大幅增加、林地和草地增加是最直接的影响因素。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

关中-天水经济区土地利用变化对净第一性生产力影响测评

净第一性生产力是表现陆地生态过程的关键参数,土地利用变化深刻影响区域的净第一性生产力。选取关中-天水经济区为研究区域,尝试对30 m精度的1980-2011年4期9月份左右Landsat 7的遥感影像以及CASA模型来估算关中-天水经济区的净第一性生产力,并用2011年遥感图像解译获得该年的土地利用数据,以及土地利用变化情况。在此基础上分析土地利用变化对净第一性生产力的影响,并且对关天经济区各县市净初级生产力进行了对比和分析。结果表明：1980-2011年,关中-天水经济区土地利用耕地、林地、居民建筑用地变化明显,南部秦岭山区多为林地与草地,净第一性生产力高达625.37 g C·m-2·a-1,而关中平原与天水地区人口居住区与开垦区净第一性生产力明显下降,最低达47.78 g C·m-2·a-1,人为的开发与利用土地降低了区域的净第一性生产力。所以,要继续施行落实退耕还林政策,控制城镇用地较大速度的扩增,以保持好区域的生态服务功能。     

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。     

鄱阳湖环湖区生态系统服务价值时空变化及权衡协同关系

基于修订的当量因子表,结合1988—2020年7期土地利用数据,运用GIS数据处理和空间分析等方法探究了鄱阳湖环湖区生态系统服务价值的时空演变特征,同时引入生态系统服务权衡协同度模型对食物生产、水文调节、土壤保持等7项生态服务功能进行权衡与协同分析。结果表明：① 1988—2020年鄱阳湖环湖区生态系统服务价值从577.95亿元增至592.50亿元,呈先增后减再增的波动变化特征。② 生态系统服务价值的空间分布表现为明显的不均衡性,ESV显著减少的区域为南昌市区、九江市区以及其它各区县的城镇建成区,生态系统服务价值增加的区域均匀分布在研究区东北和西北地区以及靠近研究区外侧的东南和西南地区。③ 协同关系为生态系统服务之间的主导关系,权衡关系较少且主要存在于食物生产与其他服务之间。