长时间序列生态系统服务权衡与协同驱动因素——以芜湖市生态系统服务功能极重要区为例

人类对生态系统的管理和干预促使生态系统服务权衡向协同转化,有助于生态系统服务综合效益提升。但当前缺乏对长时间序列分析背景下生态系统服务权衡协同驱动因素及其非线性影响的理解与把握。以芜湖市“生态系统服务功能极重要区”为研究案例,考虑生境质量、碳固定和土壤保持三种关键生态系统服务,基于多源数据,运用逐像元趋势叠加分析法评估1990—2020年间研究区生态系统服务变化趋势及其权衡协同空间分布规律,采用随机森林模型探索该区域生态系统服务权衡协同形成的关键驱动因素及其非线性影响效应。研究结果表明:(1)31年间芜湖市域生境质量显著下降区域面积约为提升面积的两倍,存在进一步衰退的风险。同时,城市扩张导致市郊边缘地带碳固定、土壤保持显著下降。(2)研究区生态系统服务供给能力受权衡协同影响显著,受影响区域总面积占比达64.48%。受权衡影响区域与协同影响区域存在显著空间差异。(3)土地利用强度是管理生态系统服务权衡向协同转化的主导因素。土地利用强度对权衡协同的影响表现出非线性特征并且存在影响阈值。当强度等级介于弱与中且偏向弱强度时对不同服务协同增益具有积极作用。

东北黑土区生态系统服务权衡与协同

东北黑土区作为我国最大的商品粮基地,土地退化问题日趋严峻,严重影响了生产—生态功能的协同发展。采用CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)、降水贮存量法、修正的通用土壤流失方程(Revised Universal Soil Loss Equation,RUSLE)和修正的风蚀方程(Revised Wind Erosion Equation,RWEQ)量化了东北黑土区供给、水源涵养、土壤保持和防风固沙4种关键生态系统服务并分析了其时空演化特征,采用残差分析法厘定了气候变化与人类活动因素对供给服务的贡献率,从栅格尺度和县域尺度刻画了不同地区、不同主导驱动因素下生态系统服务间的权衡与协同特征。结果显示:(1)近20年东北黑土区供给、水源涵养和防风固沙服务量总体上小幅提升,县域数量分别占96.6%、76.9%和75.4%,其中内蒙古东部和黑龙江的供给服务量、黑龙江和吉林的水源涵养量以及辽宁的防风固沙量增势明显。土壤保持量总体上小幅下降,县域数量占60.7%,特别是吉林下降趋势最明显。(2)东北黑土区供给服务变化主要受气候变化与人类活动的共同促进作用。人类活动是主导驱动因素,总体贡献率为62.65%,县域数量占76.6%。(3)东北黑土区供给与水源涵养、防风固沙之间主要表现为协同关系,约有88.67%和77.14%的县域表现为协同,而供给与土壤保持之间主要表现为权衡关系,县域数量占比为68.25%,人类活动因素加重了各服务之间的权衡作用。研究有助于明晰东北黑土区生态系统服务的主要矛盾,科学合理、有针对性的制定生态保护修复相关政策,对提升东北生态功能以及保障国家粮食安全具有重要意义。

长汀县生态系统服务权衡与协同关系

以长汀县为研究区,采用当量因子法核算2010—2020年的生态系统服务价值,使用Pearson相关性分析方法和双变量自相关方法探讨生态系统间的权衡与协同关系,并借助自组织映射网络方法识别不同的生态系统服务簇.结果表明:2010—2020年长汀县生态系统服务价值在数量上呈现上升趋势,在空间上呈现“四周高、中心低”的环状分布特征;协同关系是长汀县生态系统服务的主导关系,主要分布在生态系统服务价值高的区域,权衡关系主要分布在生态系统服务价值低的区域;根据聚类结果和生态系统的主导服务功能将长汀县分为水源涵养簇、服务枯竭簇、生态调节簇和生产生态簇.研究结果可为长汀县生态系统服务可持续发展提供科学依据.

长株潭城市群生态系统服务权衡与协同关系的空间异质性及其驱动因素

生态系统服务间存在复杂的权衡或协同关系并表现出显著空间异质性,明确生态系统服务权衡与协同关系的空间分异特征并阐明其驱动因素,对生态系统可持续规划与管理具有重要意义。利用InVEST模型和城市生态智慧管理系统(IUEMS)量化2020年长株潭城市群6项关键生态系统服务物质量(水源涵养(WC)、土壤保持(SC)、碳固存(CS)、生境质量(HQ)、粮食供给(FP)和景观美学(LA)),并运用相关系数法揭示1 km格网尺度的生态系统服务权衡与协同关系及其空间分异特征,最后通过逻辑斯蒂回归分析阐明其驱动因素。结果显示,1)2020年长株潭城市群SC、WC、CS、HQ和LA均呈现东南高西北低的空间分布特征,FP呈现西北高东南低的分布特征。2)长株潭城市群生态系统服务间权衡与协同关系空间差异明显。SC与CS、WC、HQ、LA间协同关系面积占比超过60%,协同关系主要分布在研究区东北部和南部的山区以及西部农田地区,而权衡关系主要位于建成区及其周边地区。FP与CS、WC、HQ、LA间权衡关系面积占比超过65%,权衡关系主要位于北部的平原区域和南部的山区,而协同关系主要位于城市区域及其周边非林地区域。3)自然、社会经济和政策管理因素共同影响生态系统服务间权衡与协同关系的空间异质性。陡坡会抑制生态系统服务之间的协同;温度、降水、NDVI的增加能够促进调节服务、支持服务和文化服务间的协同,但抑制FP与其他生态系统服务间的协同;社会经济发展会促使生态系统服务间趋向低-低协同或权衡关系;绿心保护政策促进SC与其他生态系统服务,以及CS与LA之间的协同。

贵州乌蒙山区生态系统服务权衡与协同演变研究

探讨生态系统服务之间的权衡与协同关系,对经济与生态的发展具有重要意义。利用中值趋势分析、显著性检验、偏相关系数法等方法,量化贵州乌蒙山区2015—2020年净初级生产力(NPP)、水源涵养(WY)与土壤保持(SC)这三种生态系统服务的权衡与协同关系。结果表明:(1)利用中值分析与显著检验表明,研究区净初级生产力(NPP)以一般增长为主,土壤保持(SC)以一般退化为主,水源涵养(WY)变化趋势和显著变化不明显;(2)从变化趋势面积占比来看,净初级生产力(NPP)以一般增长为主,面积占54%;水源涵养(WY)以一般退化为主,面积占61.17%;土壤保持(SC)以一般退化为主,占67.81%;这表明研究区生态系统服务在2015—2020年间为退化趋势,生态环境改善不明显;(3)利用偏相关系数法可知,净初级生产力(NPP)与水源涵养(WY)以微弱权衡为主;水源涵养(WY)与土壤保持(SC)在空间上呈现北部权衡、南部协同分布态势;净初级生产力(NPP)与土壤保持(SC)在中部与东北部表现协同,而在东北部、西南部和东部的局部地区则是权衡关系;(4)在不同生态系统类型中,只有裸地的净初级生产力(NPP)与水源涵养(WY)呈现较显著协同,而农田、森林、灌木、湿地与城镇生态系统以微弱权衡为主。贵州乌蒙山区的生态系统服务及其相关关系具有空间异质性,需因地制宜地发展生态经济。

生态保护政策对生态系统服务权衡与协同关系的影响——以长株潭绿心地区为例

探究生态保护政策对生态系统服务权衡与协同关系时空演变的影响,对长株潭绿心的生态保护和可持续发展尤为重要。本研究对1995—2020年长株潭绿心区及其3km缓冲区的生境质量(HQ)和景观美学(LA)2种生态系统服务的权衡与协同关系进行对比,以期为长株潭绿心的生态管理和空间规划提供了科学依据和决策支持。结果表明:26年间,研究区HQ呈下降趋势,呈东北高,西部和东南部低的空间分布特征;LA呈上升趋势,在绿心政策实施前,呈北高南低的分布特征,实施后呈中部高,四周低的空间分布特征。整体上,绿心区的LA与HQ都高于缓冲区。在绿心区HQ与LA的协同关系乡镇占比上升,且以高高协同为主,主要发生在东北部;权衡关系的乡镇占比下降,主要发生在绿心中部。缓冲区协同关系的乡镇数量下降,且以低低协同为主,主要发生西北、西南和东南部,权衡关系的乡镇数量上升,主要发生在缓冲区南部和东北部。影响HQ和LA关系的最主要因素是建设用地面积和高程,其次是绿心保护政策、温度和降水等,绿心保护政策抑制了绿心禁开区内HQ与LA的权衡关系。

基于INVEST和GeoSOS-PLUS模型的宜都市生态系统服务权衡与协同动态分析

在宜都市城镇化进程加速背景下,为进一步优化宜都市生态系统服务,促进经济、社会和环境的协调发展,利用INVEST和GeoSOS-PLUS模型,对宜都市生态系统服务权衡与协同进行动态分析。研究发现,宜都市2005—2020年的生态环境应力水平逐渐上升,导致生态系统服务供需失衡、权衡增加、协同减弱。而2020—2035年的生态环境应力水平呈逐渐下降趋势,表现为生态系统服务供需趋于平衡、权衡减少、协同增强。此外,宜都市城区和工业区的生态环境应力水平较高,而乡村和山区的生态环境应力水平较低。进一步分析显示,宜都市水服务与生境质量之间、碳排放与土壤污染之间存在较强的正相关性,生态系统服务之间存在协作互补关系。

平朔矿区生态系统服务的权衡与协同关系

深入研究区域生态系统服务的权衡与协同关系,对实现生态环境保护与社会经济发展“双赢”具有重要意义.以平朔矿区为研究区域,以生态系统服务为研究对象,基于价值当量法和权衡协同度,对平朔矿区生态系统服务的权衡与协同关系进行研究.结果表明:(1)1990年—2020年平朔矿区生态系统服务价值减少了3806.96×10^(4)元,其中水源涵养减少最大(2091.01×10^(4)元);(2)1990年—2020年平朔矿区生态系统服务以协同为主(占80.25%),水源涵养与其他生态系统服务的协同度最大,而保持土壤与其他生态系统服务的权衡度最大.定量评估生态系统服务的权衡与协同关系,有助于矿区生态管理科学化、生态效益最大化.

石羊河流域生态系统服务权衡与协同关系研究

生态系统服务权衡与协同研究是国际生态学、地理学等学科研究的热点。以石羊河流域为研究区,借助In VEST模型,对流域2005、2010和2015年的水源涵养、土壤保持、水质净化、碳储存和生物多样性五项服务进行精准测度,分析服务的时空格局及演变特征,并利用相关系数法逐像元定量计算5种服务之间的权衡与协同关系,从不同尺度分析权衡与协同关系的空间格局特征。结果表明:(1)各项服务具有空间异质性:水源涵养、土壤保持、碳储存、生物多样性呈"西南高-东北低"的空间格局,且水质净化、碳储存服务的高值区沿河流分布。(2) 10年期间,水源涵养、水质净化、碳储存、生物多样性服务呈现"整体增加-局部减少"的变化趋势,而土壤保持呈"整体减少-局部增加"的变化特征。(3)多种服务之间权衡与协同关系具有区域依赖特征:水源涵养与土壤保持、水源涵养与水质净化、水质净化与碳储存、水质净化与生物多样性、土壤保持与碳储存、土壤保持与生物多样性以权衡关系为主;水源涵养与碳储存、水源涵养与生物多样性、土壤保持与水质净化、碳储存与生物多样性以协同关系为主。定量可视化评估生态系统服务及权衡关系,为制定区域发展与生态保护双赢政策提供依据,同时也为其他流域的相关研究提供可靠参考。

重点脆弱生态区生态系统服务权衡与协同关系时空特征

目前,有关生态系统服务权衡与协同关系的研究多集中在局地尺度,在宏观尺度上的研究较少。重点脆弱生态区是我国改善生态环境的主要目标区域,在定量评估我国重点脆弱生态区1990—2015年土壤保持、植被净初级生产力(NPP)和产水服务的基础上,利用相关系数法并结合植被分布场数据对生态系统服务权衡与协同关系进行研究。结果表明:(1)26年间,重点脆弱生态区的土壤保持服务、NPP、产水服务呈现出南多北少的分布格局,且3种服务的年际变化较小,但均有上升的趋势;(2)重点脆弱生态区的3种生态系统服务之间是整体上协同,局部权衡的关系,并且协同关系呈减弱的趋势;(3)生态恢复区的生态系统服务的协同程度大于非生态恢复区,权衡关系减弱的动态变化趋势高于非生态恢复区。定量评估生态系统服务权衡与协同关系的时空特征,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和空间上的异质性,对重点脆弱生态区生态系统的可持续发展具有重要意义。

干旱内陆河流域生态系统服务空间权衡与协同作用分析

为了测度生态系统服务的空间权衡/协同关系,该文以干旱内陆河流域典型地区嘉峪关-酒泉地区为研究区,对其2000年和2010年食物供给、碳储存、水源涵养和土壤保持4种生态系统服务物质量进行定量测算。利用相关分析法和空间热点制图等方法,分析了生态系统服务时空变化,从县域尺度和区域尺度上分析了生态系统服务之间的权衡协同关系,识别了某种服务的物质量或价值量极高的热点区。结果表明:研究区单位面积食物供给的高值区分布在中东部的肃州区及嘉峪关市,碳储存表现为东部及南部较高的分布格局;土壤保持在2000年和2010年变化不大,呈现出从西到东逐渐增大的分布趋势;单位面积水源涵养值由2000年的0.40 mm/(m2·a)提高到2010年的0.99 mm/(m2·a)。县域尺度上,各种生态系统服务之间大多为协同关系,其中食物-碳和水源-碳之间的协同程度较高;区域尺度上,食物供给和土壤保持、水源涵养和土壤保持生态系统服务间存在此消彼长的权衡关系。4种生态系统服务的值均未超过各自平均值的0类服务区和只有1种生态系统服务的值超过其所对应平均值的1类服务区分别占总面积的58.50%和25.20%。该研究结果可为制定差别化的区域发展与生态保护双赢政策提供科学参考。

黄土高原典型退耕区生态系统服务权衡与协同关系研究——以延安市为例

在退耕还林的背景下,从多尺度分析黄土高原生态系统服务的时空变化及权衡协同关系对促进该区经济发展和生态效益多赢具有重要意义。以黄土高原退耕还林典型区延安市为例,运用InVEST模型评估1988—2018年农作物生产、碳储量、生境质量、土壤保持、产水量5种关键生态系统服务物质量,采用偏相关分析法探讨生态系统服务间的权衡与协同关系及其时空变化特征。研究结果表明:(1)受土地利用变化影响,延安市农作物生产水平、土壤保持年际变化趋势波动较大,农作物生产水平呈波动增加的趋势,土壤保持退耕还林前呈减少,退耕还林后呈波动增加的趋势,碳储量和生境质量呈逐渐增加的趋势,产水量呈逐渐减弱的趋势。(2)生态系统服务与土地利用格局联系紧密。碳储量、生境质量的高值区域以及产水量的低值区域随林地分布格局变化而变化。(3)协同关系是延安市生态系统服务间相关关系的主体,主要发生在碳储量、生境质量、土壤保持、农作物生产之间,权衡关系主要存在于产水量和其他生态系统服务之间。(4)市、县域生态系统服务间关系的差异主要发生在生境质量和土壤保持之间。

中国退耕还林还草对生态系统服务权衡与协同的影响

基于生态系统服务之间相关关系的时空动态变化,实现区域可持续发展与生态系统利益最大化,是兼顾生态保护、粮食安全、改善民生等多目标的重要途径。通过分析退耕还林还草工程县域粮食供给与地块水源涵养、土壤保持、防风固沙功能变化,评估退耕还林还草工程对生态系统关键服务之间权衡与协同关系的影响。结果表明:(1)2000-2015年,约76%工程县域的粮食供给增加,约46%和49%工程县域退耕还林还草地块的土壤保持与水源涵养功能呈提升态势,而风蚀区仅约2%工程县域的地块防风固沙功能明显提升。(2)1897个工程县域中,约24%县域粮食供给与地块水源涵养、约18%县域粮食供给与地块土壤保持之间呈显著地空间协同关系,风蚀区约38%县域粮食供给与地块防风固沙之间呈显著地空间权衡关系。(3)31%工程县域表现为多重生态系统服务供给区,其中双重服务供给县域占43%,三重服务供给县域占53%,四重服务供给县域占4%。(4)近16年,不同区域退耕还林还草工程导致粮食供给与调节服务之间呈现权衡与协同相互转换、权衡或协同程度变化等差异的空间相关关系,反映了多重生态系统服务联合权衡与协同在未来工程生态效应评估中的重要性。

生态系统服务社会价值与生态价值的权衡与协同关系——以普达措国家公园为例

以香格里拉普达措国家公园为研究区,借助SolVES模型和InVEST模型,分别度量其社会价值(美学价值、文化价值、游憩价值)和生态价值(生境质量、碳储量、水源供给)的空间特征,并运用双变量空间自相关分析对二者空间权衡与协同关系进行研究。研究表明:①社会价值的高值区呈“多核心,多条状”的空间格局,社会价值指数高达8.6(该指数介于1~10),且距水体的距离越近对社会价值的贡献越大(贡献度为45.9%);②生态价值良好及优的空间范围占园区面积的1/2(49.91%),主要位于原始森林保存良好的碧塔海片区和尼汝东北部扎诺一带;③社会价值与生态价值之间存在显著的空间依赖性,其中社会价值低,生态价值高的区域是园区最主要的空间聚集特征。该研究可为生态系统服务的可持续管理决策提供科学依据,以及有助于完善基于生态系统服务的社会−生态系统分析理论框架。

生态系统服务权衡与协同机制及其在景观规划中的应用

景观规划师常会面临在特定区域协调多种生态系统服务(ESs)间权衡与协同关系的现实需求,而当前针对ESs间权衡与协同关系及其机制研究如何应用于景观规划的研究仍不足。首先,回顾国内外关于ESs间权衡与协同关系研究进展,从形成基础和变化动因两方面揭示其机制,并梳理机制研究的方法与进展。其次,以3类景观规划为例,分析ESs间权衡与协同关系及机制研究可在其中发挥的作用,并结合研究案例探索将其应用于景观规划的途径。研究ESs间权衡与协同关系及机制,能够在景观规划中为实现ESs降权衡升协同提供重要信息:1)在生态功能区划中,能指导ESs目标的分区分配;2)在生态基础设施规划中,能指导空间网络优化方案的制定;3)在生态修复规划中,能指导关键修复区域识别及修复策略的提出。最后,提出应以规划实践为导向展开研究,加强学科合作交流,完善研究方法,并探索整合多种研究成果的有效途径,更好地将ESs间权衡与协同关系及机制研究应用于景观规划。

农牧交错带禁牧草地生态系统服务空间权衡与协同关系

为明确农牧交错带禁牧草地生态系统主要服务间的相互作用关系,以宁夏盐池县草地为研究对象,借助本地化的InVEST模型,对禁牧以来(2000-2015年)草地碳储存、水源涵养、土壤保持3项关键服务进行精准测度,明确其时空变化特征,以此为基础,通过逐像元相关系数法对3种服务间的权衡作用进行定量可视化表达,分析乡镇尺度各服务间的空间权衡与协同关系。结果表明:1)禁牧以来,草地生态系统碳储存、水源涵养和土壤保持功能显著增加,但增加过程存在一个显著的“N”型波动,碳储存总量及单位面积均值由217.46万t、5.78 t/hm^2增加到263.12万t、6.19 t/hm^2;水源涵养总量及单位面积均值由2884万t、76.69 t/hm^2增加到6118万t、143.92 t/hm^2;土壤保持总量及单位面积均值由1383万t、36.78 t/hm^2增加到3474万t、81.71 t/hm^2。碳储存功能与草地覆被关系密切,年际波动小、增长稳定,水源涵养和土壤保持功能受降水和地形显著影响,年际波动大、空间差异显著。2)草地土壤保持与水源涵养功能呈显著的空间协同关系(面积占86.34%),碳储存与水源涵养功能关系复杂,空间权衡与协同关系不显著(面积分别占47.66%和52.34%),碳储存与土壤保持功能呈空间协同关系(面积占69.55%)。通过定量可视化评估草地生态系统各服务间的空间权衡与协同关系,可为草地生态系统优化提供科学依据,为草地资源管理提供参考。

基于服务簇的南宁市生态系统服务权衡与协同关系研究

阐明多种生态系统服务之间的关系及相互作用机制可有效提高生态系统可持续供给能力。采用InVEST模型估算了南宁市6种典型生态系统服务,运用双变量Moran′s I指数探讨生态系统服务间权衡与协同关系,采用主成分因子分析和聚类分析识别出不同生态系统服务簇。结果表明:(1)南宁市6种典型生态系统服务格局呈现显著空间异质特征,除产水量以外,其余生态系统服务均呈郊区高、城区低的分布格局;(2)支持服务与调节服务呈现协同关系,供给服务与其他服务之间既有协同关系也有权衡关系;(3)主成分1和3反映生态系统服务受共同驱动因子影响,主成分2反映生态系统服务的相互抑制作用;(4)根据聚类分析结果,可将南宁市分为5类生态系统服务簇,分别为山地生态均衡区、森林生态保育区、城市生态脆弱区、丘陵产量区和河谷水土流失区。研究成果可为南宁市土地利用配置优化和生态健康可持续发展提供科学依据。

滇池流域水文生态系统服务权衡与协同时空异质性及其归因分析

城市化扩张影响流域水文生态系统服务供给,导致水文生态环境压力增加。明晰滇池流域水文生态系统服务权衡与协同关系及归因,对于滇池流域社会经济发展与生态可持续管理的双赢具有重要意义。基于InVEST模型估算了滇池流域2000、2010、2018年碳存储、氮输出、土壤保持和产水量4种水文生态系统服务,分析了水文生态系统服务时空格局变化,利用双变量Moran′s I指数分析了滇池流域水文生态系统服务间时空异质性,通过冗余分析和条件效应分析等方法识别水文生态系统服务归因。结果表明:(1)水文生态系统服务的高值分布与土地利用覆盖有密切关系。(2)水文生态系统服务空间变化主要体现在滇池周边人类活动干扰强烈的区域,表现为氮输出、土壤保持和产水量增加,碳存储减小。(3)水文生态系统服务权衡与协同关系变化明显。碳存储和土壤保持为协同;氮输出和产水量先呈协同后呈权衡;产水量、氮输出均与碳存储和土壤保持为权衡,前者空间变化不明显,后者协同范围扩大,权衡范围缩小。(4)水文生态系统服务主要受多个因素共同影响,主要包括:高程、耕地比例、林地比例、建设用地比例。研究结果可为研究区水文生态系统环境治理和土地利用优化配置提供科学依据和决策支持。

南方红壤区生态系统服务权衡与协同关系演变对退耕还林的响应

我国南方红壤区具有丰富的水热资源和优越的社会区位条件,是重要的农业生产基地。由于长期高强度的农业开发,同时山地丘陵的坡度较大,降水集中且强度大,导致该区生态功能退化、环境问题突出,威胁粮食安全和生态安全。以南方红壤区为研究对象,利用估算区域植被净生产力(Carnegie Ames-Stanford Approach,CASA)模型、InVEST模型及修正通用土壤流失方程(RUSLE)定量评估了该区退耕还林前后植被净初级生产力(Net Primary Production,NPP)、农作物生产(Crop Production,CP)、土壤保持(Soil Conservation,SC)和产水(Water Yield,WY)四种生态系统服务;采用偏相关分析和空间自相关分析探讨了各项生态系统服务间权衡与协同关系的时空变化特征和集聚特征,揭示了退耕还林对南方红壤区的多种生态系统服务间相互关系的影响。结果表明:(1)退耕还林后,南方红壤区的NPP、CP、SC和WY总体增强,但部分区域呈现减弱趋势。其中,NPP在南部呈现减弱趋势,SC在东北部减弱,CP与WY均在东南沿海减弱;(2)退耕还林后,NPP与WY间由极显著协同关系(r=0.315,P=0.025)转变为显著权衡关系(r=-0.279,P=0.059):而SC与WY间由无显著相关转变为极显著权衡关系(r=-0.427,P=0.024);(3)退耕还林前后,南方红壤区的NPP、CP和SC的空间分布格局均未发生显著变化,而WY的空间分布发生较大变化;(4)四种生态系统服务间的权衡与协同关系空间异质性显著,CP-SC关系的Moran′s I指数最小(0.012),NPP-SC和NPP-WY关系的Moran′s I指数均大于0.7。研究结果有利于深入理解退耕还林对南方红壤区生态系统服务时空变化的影响,并为确定生态脆弱区的生态农林牧业的发展方向与面向可持续发展目标的生态系统服务优化调控提供科学依据。

黄土丘陵沟壑区典型小流域生态系统服务权衡与协同关系研究

黄土高原植被恢复状况制约生态系统服务的提升,本研究依托中国科学院水利部水土保持研究所安塞国家科学野外观测站的基础土壤、植被、气象和水文等数据,在黄土丘陵沟壑区选取纸坊沟和坊塌2个典型小流域,通过购买1998、2008和2018年遥感影像,采用InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs)模型对生态服务(碳储量、土壤保持量、生境质量和产水量)进行评估,探究植被恢复过程中生态系统服务的协同效应和权衡关系。通过对比得知:随着植被的恢复,坊塌和纸坊沟各生态服务(碳储量、土壤保持量、生境质量和产水量)均得到了大幅度的提升,其中2008—2018年增加幅度较小,而1998—2008年增加幅度较大,主要原因在于该阶段(1998—2008年)是退耕还林还草的初始10年,林地及草地面积增长较多,而后10年为退耕的延续阶段,退耕面积增长减缓。从1998—2018年,受自然因素和人为因素的影响,坊塌和纸坊沟流域生态系统服务表现出协同和权衡关系。对于坊塌流域,2008年生态系统服务主要表现为协同关系,1998、2018年以权衡关系为主;对于纸坊沟流域,1998年生态系统服务主要表现为协同关系,2008和2018年以权衡关系为主。相同生态系统服务在不同年份有所差别,土地利用类型相同生态系统服务也可能不同。综合来看,2个典型小流域的碳储量、产水量和土壤保持量均以协同关系为主,伴随区域的权衡关系;主要是由于在植被恢复过程中,生态系统服务在时空上增加的幅度不同;因此,在黄土丘陵沟壑区的植被恢复过程中,应综合考虑生态系统服务的协同与权衡,因地制宜的划分和制定合适的保护策略。