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。     

近20a来巢湖流域生态服务价值空间分异机制的地理探测

生态系统服务功能是生态系统和生态过程形成和维持的自然环境条件及作用。基于1995—2017年遥感分类数据,对研究区按3 km×3 km幅度网格化2019个样方,利用空间统计和缓冲区等方法进行巢湖流域生态服务价值时空演变特征分析,应用地理探测器工具揭示生态服务价值空间分异的主导因子及因子交互作用机制,并提出生态服务价值空间优化策略。结果表明：① 巢湖流域生态服务价值量由1995年的303.17亿元分别下降为2005年300.95亿元和2017年287.70亿元,近20a来减少约5.11%,年均下降率0.23%,其中合肥市区、巢湖南部和东部地区降速明显;② 生态服务价值等级空间转移分析表明,巢湖流域低级别生态服务价值区域在扩展,中等及高级别区域在缩小。以巢湖为核心的缓冲区分析表明,20a来缓冲区核心环带内生态服务价值量下降18.55%,巢湖流域水环境保护核心区的生态系统功能变化值得关注;③ 地理探测分析表明,人为影响综合指数是生态服务价值空间分异的主导因子;地形、气象因素是重要影响因子;人为影响指数因子、自然因子及社会经济因子的交互协同增强效应共同影响了流域生态服务价值在空间上的分异效果。研究结果在一定程度上可为巢湖流域生态系统调控与优化提供理论依据。     

石羊河流域生态系统服务时空变化及其多尺度影响因素研究

对生态系统服务时空变化的影响因素开展多尺度定量分析,是揭示生态系统服务演化机理和推进区域可持续发展的重要突破口。既有研究侧重于从行政或流域的等级确定研究尺度大小,缺乏科学合理的尺度划分方法。论文以石羊河流域为研究区,评估了食物供给、碳固存、产水量和防风固沙4种生态系统服务的时空变化特征,并应用小波分析和参数最优地理探测器模型确定了生态系统服务时空变化影响因素研究的最佳尺度及不同尺度下的主要影响因子。结果表明：(1) 2000—2020年石羊河流域食物供给、碳固存、产水量和防风固沙4种生态系统服务均呈上升趋势。食物供给服务增幅最大,增幅为138.3%,碳固存、产水量和防风固沙服务增幅分别为0.97%、7.6%和9.5%。(2)根据4种生态系统服务的小波方差主周期,2000—2020年和2010—2020年分别构建了6个、2000—2010年构建了7个影响因素研究的特征尺度。(3)随着尺度增大,影响因子对生态系统服务时空变化的作用程度逐渐增强,且不同尺度的主要影响因子存在明显差异。食物供给和碳固存服务在小尺度上主要受人文因子影响,大尺度上受自然因子影响;产水量服务在不同尺度上始终受自然因子...     

石羊河流域生态系统服务功能经济价值评估

分析和评估石羊河流域生态系统服务功能经济价值,培育和提升核心生态系统服务功能,为石羊河流域综合治理、确保生态安全提供理论依据。根据石羊河流域1999年和2006年土地利用情况,运用中国生态系统服务价值当量因子表,对该区域生态系统服务功能经济价值进行评估。1999年和2006年石羊河流域生态系统服务功能经济价值分别为1.1531×1010元和1.5650×1010元。2006年草地和森林生态系统对总价值的贡献率较高,分别为39.82%和25.96%;各项服务功能中土壤形成与保护功能经济价值最高。流域上游山区的水源涵养、气候调节和生物多样性保护等功能受到不同程度的破坏。     

艾比湖流域植被时空变化及驱动力分析

植被是反映陆地生态系统变化的敏感因子之一,对维持和调节生态系统稳定具有重要作用.以生态脆弱区艾比湖流域为研究区,采用地理探测器模型,研究艾比湖流域自然、人文因子及其交互作用对植被时空覆盖变化的影响,分析各影响因子促进植被生长的适宜范围(类别).结果表明:(1)2000—2020年艾比湖流域归一化植被指数(NDVI)呈现...     

基于土地利用变化的典型喀斯特城市流域生态系统服务功能研究（英文）

揭示喀斯特城市流域土地利用对生态系统服务功能的影响机制,对喀斯特地区的社会经济发展与生态环境保护具有重要意义。本研究以贵州典型喀斯特城市流域—南明河流域为例,基于Arc GIS技术平台揭示了2000–2020年3个时期流域的土地利用时空演变规律,采用In VEST模型对流域不同土地利用类型的生态系统服务功能进行了系统评价。结果表明：（1）流域土地利用以林地、耕地和草地为主,土地利用变化方式主要表现为建设用地的增长,增长了13.07%;(2)流域水源涵养功能显著提升,碳储存功能略微减弱,空间上两者的物质量均呈现东北高、西南低的分布特征;（3）林地对流域水源涵养和碳储量的贡献率均超过57%,林地转为建设用地,耕地转为林地分别是生态系统服务功能减弱和增强的两种土地利用变化形式。本研究可为喀斯特生态脆弱区土地利用结构优化、水土资源开发和生态系统可持续管理提供重要数据支撑与科学参考。     

赣江流域森林生态系统服务空间格局及其影响因素（英文）

森林是陆地生态系统的重要组分,为人类社会提供着多种多样的服务产品。明确不同类型森林生态系统服务的空间特征和驱动机制对优化森林资源管理和提升服务综合效益具有重要意义。基于InVEST模型、CASA模型和GIS技术对赣江流域森林生态系统固碳、蓄积量、水源供给和土壤保持4种服务进行了价值评估和空间制图,并分析了各类自然和社会-经济因子梯度变化与生态系统服务生产之间的联系。结果表明:赣江流域4种森林生态系统服务具有空间异质性。赣江流域周边山地和高丘区域固碳和蓄积量服务较高,林型以阔叶林和竹林为主;水源供给服务较高的区域则为赣江流域东北部,林型以松林和杉木林为主;土壤保持服务空间分布较离散,赣江流域东北部区域略高于西南部区域。生态系统服务是自然过程和人类活动共同作用的结果:随海拔或坡度增加,人类活动干扰减少,森林固碳和蓄积量服务增加,但水源供给和土壤保持服务减小;随区域人均GDP增加或总人口减少,森林固碳和蓄积量服务表现出增加趋势。未来还需进一步评估各类自然和社会-经济因子对不同类型生态系统服务的限制作用和格局影响,以更好地应对区域生态问题。     

流域城市化对湿地生态系统的影响研究进展

城市化是人类社会发展的必然趋势和现代化的必经阶段,同时城市化也对区域湿地生态系统产生重要影响。从城市化的水文效应、城市化对水环境的影响和城市化产生的气候变化对湿地生态系统影响3方面综述了城市化对湿地生态系统结构和功能影响的研究进展。城市化引起流域内人口增加,通常伴随商业和工业活动的增加,这些活动需要更多的城市土地,从而导致流域内不透性增加,这给流域内湿地生态系统造成了重要的影响,表现为:①城市化所及地区的产汇流过程发生显著变化,导致湿地径流的调节作用和维持生态系统生产力的作用发生退化;②城市地表径流中含有大量的污染物质,致使对湿地水环境、水生生物、野生动物栖息地都产生了重要的影响,并污染城市饮用水水源,危及人类健康;③城市化导致流域气候变化,影响湿地水文、生物地球化学过程、植物群落及湿地生态功能等。最后,指出了国内外城市化对湿地生态系统影响研究的不足之处,对国内外的研究趋势进行展望,并对国内的研究提出了几点建议。     

1980—2018年银川市生态系统服务价值评价及驱动力分析

生态系统服务价值(Ecosystem service values,ESV)的准确评估及其驱动力分析,关乎区域生态安全和经济发展。基于1980—2018年银川市各区县的土地利用数据,结合变化率、动态度、敏感性和相关性核算了银川市的生态系统服务价值,并利用地理探测器分析了驱动因子。结果表明:1980—2018年不同生态服务类型总的ESV在减小,减少了0.753×10⁹元。绝大部分生态服务类型的生态系统服务价值变化幅度较小,水文调节的价值最高且变化显著。水资源供给的变化动态度最大,并且呈增长趋势;草地和水体生态系统服务价值的敏感性较强,水体与总的生态系统服务价值关联性最强。从分布来看,灵武市生态系统服务价值最高,金凤县最小。单因子主要驱动因子为国内生产总值(Gross domestic product,GDP)和数字高程模型(Digital elevation model,DEM),多因子交互驱动中GDP∩气温和GDP∩DEM对银川市ESV分布的贡献最大,银川市生态系统服务价值分布主要受人为因素和自然因素的交互作用影响。     

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。     

基于SOFM网络的京津冀地区生态系统服务分区

生态系统服务与土地利用之间有密切关联,生态系统服务分区对区域生态系统服务的管理和土地利用政策的制定有重要意义。本文以京津冀地区为研究区,依据IGBP2001-2009年间的土地利用数据,在对谢高地等制定的中国陆地生态系统单位面积服务价值系数进行校正的基础上,核算了区域内各县(市)级行政单元单位面积生态系统服务的价值量,构建自组织特征映射网络(SOFM)对京津冀的生态系统服务进行分区,并用ArcGIS识别了不同服务类型的热点区,归纳和总结了每个分区的主导服务类型,并结合全国功能主体区划对该区域未来的发展重点和土地利用政策提出建议。依据分类结果,可将京津冀地区分为4 个区域:Ⅰ. 坝上高原和冀西北山区;Ⅱ. 燕山和太行山地;Ⅲ. 冀中南平原区;Ⅳ. 环渤海滨海区。2001-2009年间,除Ⅳ区的生态系统服务价值呈现增加趋势外,其他区域均有不同程度的减少,减少程度依次为Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ。Ⅰ区域发展重点为防风固沙和水源涵养;Ⅱ区域为生物多样性重点保护区域;Ⅲ区域应重点调整城镇用地的比例,适当增加其他生态系统服务;Ⅳ区域应增加水源涵养价值,治理土壤盐渍化。     

焉耆盆地生态系统服务价值对土地利用/覆被变化的响应

运用土地利用/覆被类型动态度、土地利用/覆被程度模型和生态系统服务价值估算模型,分析了新疆焉耆盆地1990-2011年LUCC变化引起的生态系统服务价值的变化。结果表明：（1）在1990-2011年,焉耆盆地水域、湿地、沙地、耕地和建设用地均呈增加趋势,而盐碱地、草地和林地面积呈减少趋势,总体上研究区的土地利用程度为中下水平。（2）在1999-2011年,研究区的生态系统服务总价值总体上呈增加的趋势,其中水域和耕地对生态系统服务总价值贡献率较大,草地和林地对生态系统服务总价值有明显的负贡献。（3）在1990-2011年,研究区的各类生态系统的气候调节、水源涵养和废物处理功能的生态系统服务的总价值远远大于粮食生产和原材料供应功能的总价值。因而对区域的水土资源实行合理与有效的利用是实现焉耆盆地生态系统服务功能维持和可持续发展的关键。     

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.     

人类土地利用的主要生态后果及其缓解对策

通过对土地利用尤其是以集约农业为主的土地利用已经产生的陆地生态系统生物侵入、生物多样性损失及碳循环、氮循环和水循环改变等生态后果的综述。主要论述了物种特性及其组成的改变对生态系统的影响及不同特性物种组成对土地利用带来的负面环境效应响应的特点。提出了在建立可持续土地利用的框架体系下,发展精确农业为特色的可持续农业和恢复重建退化生态系统等对策来调控不合理土地利用的负面环境效应。     

山区土地利用/覆被变化对土壤侵蚀的影响

本文以福建省山区为例,在对福建省水土保持实验站、建瓯市牛坑龙水土保持试验站长期观测、实验资料深入分析对比的基础之上,探讨了土地利用/土地覆被变化对土壤侵蚀的影响规律。分析结果表明,土地利用/土地覆被变化对径流的产生和土壤侵蚀有重要影响,植被的覆盖度的变化直接影响着径流系数和土壤侵蚀模数;植被的覆盖度和径流系数呈负线性关系,随着覆盖度的增加径流系数逐渐减小;植被覆盖度和土壤侵蚀模数为负指数关系,随着植被覆盖度的增大,土壤侵蚀模数急剧下降。     

半城市化地区生态系统服务对土地利用/覆被变化的响应——以厦门市集美区为例

半城市化地区是在快速城市化进程中产生的一种过渡地域类型, 其土地利用特征表现为土地利用竞争和矛盾剧烈, 土地利用变化迅速的特征。土地利用/覆被的变化改变生态系统的结构与功能, 是对生态系统服务产生胁迫的主要驱动力之一。本文以厦门市集美半城市化地区为例, 分析半城市化地区生态系统服务对土地利用/覆被变化的响应, 基于对2007 年中国陆地生态系统服务价值当量修正的方法, 对半城市化地区生态系统服务价值(ESV)变化作出评估, 并通过土地系统和生态系统二者的耦合变化关系探讨生态系统服务对土地利用/覆被变化的响应过程。结果表明:①近20 年来, 集美半城市化地区生态系统服务价值总量随着土地利用强度增加呈现波动性变化, 总体上呈现负相关关系。②调节服务和文化服务是最主要的生态系统服务类型;土地利用强度与调节服务和支持服务呈现显著的负相关关系。③随着半城市化地区的快速城市化发展, 土地利用类型急剧转化, 城市建设用地大量增加, 预计集美半城市化地区未来ESV将继续降低, 可采取生态综合整治措施减缓ESV降低趋势。     

塔里木盆地北缘绿洲土地利用与生态系统服务价值的时空变化研究——以渭干河-库车河三角洲绿洲为例

生态系统服务价值的研究是目前生态学研究的热点之一。应用Costanza生态系统服务价值计算公式,采用谢高地等人的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表,分析了1996—2004年渭干河-库车河三角洲绿洲土地利用的时空变化,并计算由此导致的生态系统服务价值及其结构的时空变化,结果表明:①1996—2004年,渭干河-库车河三角洲绿洲总ESV增加,但生态系统服务价值结构变化较大,生态系统提供某些单项服务的功能相对减弱。②1996—2004年,原材料服务功能价值比例上升最多,废物处理服务功能价值比例下降最多。③1996—2004年,渭干河-库车河三角洲绿洲各县生态系统服务价值结构都发生了不同程度的变化。库车县、沙雅县、新和县水源涵养、废物处理、娱乐休闲服务功能价值比例均减少,其中水源涵养服务功能价值比例下降最多。④敏感性分析表明,ESV对生态价值系数缺乏弹性,研究结果可信,说明本研究采用的谢高地生态价值系数是合理的。     

从生态系统服务角度探究土地利用变化引起的生态失衡——以莱州湾海岸带为例

以莱州湾海岸带为研究区,基于2000年、2005年、2010年和2014年多时相土地利用数据,应用生态系统服务价值评估,逐层剖析土地利用变化对生态系统服务失衡特征的影响。结果表明：莱州湾海岸带供水与空气组分调节服务呈负值,2000~2014年,生态系统服务总价值丧失43%（147亿美元/a）,生态系统服务多样性降低甚至丧失,呈向海性,围填海造成162亿美元生态损失。土地利用变化方式是造成生态失衡的主因,主要包括：交通工矿、盐田、养殖及城镇扩张,滩涂、河口湿地、耕地被侵占。滩涂和河口湿地减少,导致废物处理、栖息地、基因多样性、干扰调节、侵蚀防护服务丧失严重,交通工矿和城镇扩张,引起供水服务负效应加剧。     

基于生态系统服务视角的“土地分离与共享框架”解析

“土地分离和共享框架”是协调物质生产和生态保护、促进土地可持续利用的重要理论。本文梳理了“土地分离与共享框架”和生态系统服务间关联,剖析生态系统服务应用于该框架的理论基础,结合美国典型土地共享案例,分析了土地利用策略选择对粮食生产、生物多样性、直接和间接生态系统服务的影响,并探讨了该框架对中国生态系统工程的启示。结果表明：随着人类对土地功能认知的不断深入,“土地分离与共享框架”的拓展表现为从单一的粮食供给服务需求演进到粮食供给服务和其他生态系统服务的综合需求。当粮食供给服务与其他服务处于权衡状态时,在生态脆弱、恢复力差的地区,不同生态系统服务间多处于凸权衡关系,一般适宜采用分离策略;在生态系统稳定、恢复力强的地区,不同生态系统服务多处于凹权衡关系,一般适宜采用共享策略。结合美国典型土地共享案例发现,其土地利用实践中选择土地功能共享策略是比较适宜的;生态系统服务作为政策评估工具,可在策略选择和评估实施效果中发挥一定作用。研究结果可为可持续土地利用提供理论与方法支撑,并为中国制定土地利用策略提供参考。     

湿地景观变化过程与累积环境效应研究进展

湿地在流域中处于水陆交错的特殊过渡区域,是地表重要的景观覆盖类型和生态系统。湿地具有独特的水文、土壤和植被特征,在维护区域/流域生态平衡和环境稳定方面发挥巨大作用。湿地景观变化过程主要表现为景观格局和过程在时间和空间尺度上的相互作用过程。该过程对系统的能量流动、物质循环以及物种迁移产生作用,对地理环境也产生巨大环境效应。湿地景观变化与土地利用/覆盖变化紧密相关,与人类活动影响息息相联。至今,人类已把天然的湿地景观格局改变为受人类支配的土地利用格局。自然湿地景观格局的变化过程对湿地生态系统以及其他系统的生物多样性、初级生产力产生显著影响,对局地、区域及全球气候环境、水文环境、生物多样性等方面产生显著而深刻的影响。湿地景观变化是全球变化研究的重要内容,尤其对认识全球气候变化、土地利用/覆盖变化和生物多样性变化的区域响应具有重大意义。