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。     

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。     

基于生态功能区的河北省生态系统服务权衡与协同分析

生态系统服务权衡与协同分析是当下生态系统服务的研究前沿和热点,可为生态系统管理提供科学依据。本文基于河北省生态功能区划分,选取粮食生产、碳储存、土壤保持和水源涵养4种生态系统服务,利用空间叠置法分析了2017年河北省不同生态功能区生态系统服务的权衡/协同关系,主要结论为：(1)河北省粮食生产总量为3828万t,五大生态区的贡献排序为低平原生态修复区（PY）>燕山太行山生态涵养区（YS）>环京津生态过渡带（HJJ）>坝上高原生态防护区（BS）>沿海生态防护区（YH）。(2)河北省碳储存、土壤保持、水源涵养服务的总量分别为8567万t碳、470161万t土、656875万t水。3种服务呈现相似分布,以燕山太行山生态涵养区贡献量最高（均超过75%）,其余各生态功能区贡献量普遍较低。(3)河北省全域不同生态系统服务之间以强权衡和低协同关系为主,强权衡、低协同、弱权衡、高协同的比例分别为48.15%、45.92%、5.09%、0.83%。(4)河北省强权衡关系生态系统的主导功能与其所处生态区功能定位基本一致,强权衡关系的生态系统可为生态功能区主导功能的发挥提供保障。本文可...     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于贝叶斯网络的生态系统服务空间格局优化——以泾河流域为例

城市高速发展引起了区域土地利用格局的改变,不仅影响生态环境质量,而且还对生态系统服务的空间格局产生影响,在此基础上优化生态系统服务显得至关重要。在泾河流域2000—2020年净初级生产力（Net primary productivity, NPP）、农业生产力、土壤保持和产水服务空间评估的基础上,将贝叶斯网络和生态系统服务相结合,在关键变量子集和可视化的最优状态子集的基础上,评估了4种生态系统服务需要优化的区域,为区域经济和生态和谐发展提供参考。结果表明：（1） 水文评价模型（Soil and water assessment tool, SWAT）模型能较准确地模拟区域的径流量。通过模拟值和观测值对比分析,该模型具有较高的决定性系数（R²>0.6）和纳什效率系数（NSE>0.5）,可为进一步评估产水服务提供保障。（2） 2000—2020年泾河流域4种生态系统服务的时空差异性较为显著。在时间尺度上,4种生态系统服务均呈现波动中上升的趋势,在空间尺度上呈现较为稳定的变化趋势。（3） 通过对4种生态系统服务优化区域进行叠加分析,发现综合优化区域集中在彭阳县的中部和西南部以及环县的零星区域。研究结果对指导优化区域进行生态系统的可持续管理以及改善生态系统的退化状况具有重要意义。     

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。     

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”。