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。

生态系统服务综合关系空间分异及驱动因素——以石羊河流域为例

明晰区域多种生态系统服务之间的综合关系特征和驱动机制,是生态系统管理的前提,具有重要意义。利用气象、土地利用、NDVI、土壤等数据,基于InVEST模型、CASA模型和RUSLE模型,借助相关性分析方法对石羊河流域2003—2018年的产水、NPP和土壤保持服务及其权衡与协同关系进行定量计算和分析,提出多种生态系统服务间综合关系的识别方法,对石羊河流域生态系统服务综合关系空间分异特征进行研究,并采用地理探测器法揭示了其驱动机制。结果表明:(1) 2003—2018年,石羊河流域生态系统产水及土壤保持服务呈下降趋势、NPP呈上升趋势,石羊河流域生态系统产水服务和土壤保持服务以协同关系为主,产水服务和NPP,NPP和土壤保持服务以权衡关系为主;(2)石羊河流域生态系统服务综合关系具有明显的空间异质性,综合关系为全协同的区域主要分布在肃南县境内,综合关系为全权衡的区域主要分布在天祝县祁连镇以及民勤县的西渠镇、东湖镇和收成地区,综合关系为权衡主导的区域占石羊河流域面积比最大,为74.44%;(3)海拔高度是决定石羊河流域生态系统服务综合关系空间分异的主导因子,各子流域探测的主导因子存在差异性,且双因子交互作用对综合关系空间分异的解释力更强。综上,石羊河流域大部分地区生态系统服务之间仍是以权衡关系为主导,亟需通过生态系统管理来协调生态系统服务之间的关系;天祝县祁连镇以及民勤县的西渠镇、东湖镇和收成地区的生态问题需要重点和优先关注。

基于生态系统服务权衡与协同分析的自然保护地交叉重叠问题区划解决策略

构建自然保护地体系是实现中国生态文明的重要举措,但处在自然保护地体系内部的风景名胜区与自然保护区,当前普遍存在二者在空间上的交叉重叠问题,而且在技术上尚未形成统一、有效的解决方法。通过分析风景名胜区与自然保护区的理论认知、现状技术实践差异,明确资源价值差异是导致交叉重叠问题的根本原因,提出以生态系统服务为统一价值语境与实现服务效率最大化为目标的分析框架,结合生态系统服务权衡与协同关系分类调整交叉冲突区域的技术路线。以山西省级晋祠——天龙山风景名胜区与自然保护区为例,采用生态系统服务价值法评估区域文化服务与支持服务,通过Geoda模型分析两类服务与用地格局之间的相关性以及服务间权衡与协同关系;结合风景名胜区相关规范要求展开风景资源评估、生态敏感性评价与流域单元完整性分析,根据结果初步确定交叉区域的调整意向与分区优化建议,最终结合行政边界、三区三线、退耕还林边界、文物保护边界和矿业开发边界等范围线协调确定风景名胜区边界范围。区划方案以生态系统服务效率最优为目标,解决了既往自然保护地交叉重叠导致的保用冲突问题,可为自然保护地交叉重叠整合优化提供参考。

基于GeoSOS-FLUS平台的东北森林屏障带生态格局优化

东北森林带作为我国两屏三带生态安全战略格局的重要载体之一,其生态格局的优化对提升区域生态系统功能、质量及稳定性具有重要意义。本研究通过分析该区土地利用和生态系统服务时空格局,明确其主要驱动因子,以提升其主导生态功能为目标,并耦合生态服务演变驱动机制,利用元胞自动机模型对其土地利用格局进行了优化模拟。结果显示:不同类型驱动因子对各生态系统服务的作用存在明显差异:生境质量与土地利用的相关性最高(R=-0.420,P<0.05),水源供给则受到年降水量的显著影响(R=0.602,P<0.05),土壤保持受到高程的显著影响(R=0.358,P<0.05),水源涵养与降水密切相关(R=0.760,P<0.05),而粮食供给则受到高程(R=-0.418,P<0.05)、坡度(R=-0.225,P<0.05)和温度(R=0.306,P<0.05)的共同影响。本研究还发现,针阔混交林对水源涵养能力和生境质量服务重要性最高;相对于旱地,水田对粮食生产的重要性更高。结合上述结果进行的土地利用优化模拟结果显示,虽然生态用地(包括林地、草地、湿地)、生产用地(水田、旱地)和生活用地(建设用地)的比例与优化前没有明显差异,但长白山和小兴安岭地区的林地,应从现有以落叶阔叶林为主转变为以针阔混交林为主,以提高这两个地区的水源涵养和生境质量;大兴安岭地区应将部分落叶阔叶林转化为湿地以提高该区的水源涵养功能。在控制耕地总量不发生明显变化的条件下,提高小兴安岭和长白山地区与三江平原交汇区耕地中水田的比例,可以提高粮食供给服务。由此可见,本研究在不进一步激化生态用地和其他用地类型空间矛盾的基础上,优化了研究区生态格局,为促进东北森林带主导生态功能提升及屏障作用的充分发挥提供了科学依据。