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陕西河谷盆地生态系统服务协同与权衡时空差异分析

本站小编 Free考研考试/2021-12-29

孙艺杰1,, 任志远1,, 赵胜男1, 张静1,2
1. 陕西师范大学旅游与环境学院,西安 710119
2. 陕西理工大学历史文化与旅游学院,汉中 723001

Spatial and temporal changing analysis of synergy and trade-off between ecosystem services in valley basins of Shaanxi Province

SUNYijie1,, RENZhiyuan1,, ZHAOShengnan1, ZHANGJing1,2
1. College of Tourism and Environment Sciences, Shaanxi Normal University, Xi'an 710119, China
2. College of History and Tourism, Shaanxi Sci-Tech University, Hanzhong 723001, Shaanxi, China
通讯作者:通讯作者:任志远(1953-), 男, 陕西兴平人, 教授, 博士生导师, 主要从事国土资源开发与生态环境评价等研究。E-mail: renzhy@snnu.edu.cn
收稿日期:2016-07-14
修回日期:2016-11-8
网络出版日期:2017-03-15
版权声明:2017《地理学报》编辑部本文是开放获取期刊文献,在以下情况下可以自由使用:学术研究、学术交流、科研教学等,但不允许用于商业目的.
基金资助:教育部人文社会科学重点研究基地项目(14JJD840004)国家自然科学基金项目(41371523)
作者简介:
-->作者简介:孙艺杰(1991-), 女, 辽宁兴城人, 硕士生, 研究方向为资源环境遥感与GIS。E-mail: jessicasun@snnu.edu.cn



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摘要
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。

关键词:陕西河谷盆地;生态系统服务;权衡与协同
Abstract
The valley basins, the main grain output area and socio-economic center of Shaanxi Province, are experiencing population growth, rapid urbanization and industrialization. However, the eco-environment is suffering as a result of destructive human economic activities (forest and grassland clearance for farmland expansion, deforestation and vegetation damage) and is potentially facing a huge ecosystem crisis, from the likes of soil erosion and vegetation coverage reduction - all of which hinder local sustainable social and economic development. Because of complicated conditions and its significant location, the Guanzhong Basin, the economic center of Northwest China, and the Hanzhong Basin, an ecological preservation area in Shaanxi Province, were chosen for comparing and analyzing the spatial and temporal disparities between ecosystem services. In this study, we use several mathematical methods including the correlational analysis method, and the linear and power function regression methods to calculate the spatial and temporal differences between the two areas based on ecosystem services data from 1990 to 2010 (NPP, water conservation and food supply). From this, we find that NPP and water conservation have a synergistic relationship, and that there is also a trade-off between NPP and food supply, and between water conservation and food supply. In addition, between 1990 and 2010, this synergistic relationship shows a downward trend while the trade-off relationship demonstrates an upward trend. Furthermore, the rate of change in the Guanzhong Basin is faster than that in the Hanzhong Basin. In terms of the synergistic relationship between NPP and water conservation, the strongest evidence can be found in cultivated land in the east of the Guanzhong Basin and in the west of Ningqiang county and Lueyang county in the Hanzhong Basin; the lowest is observed in Tongchuan city and Xixiang city. When exploring the trade-off between NPP and food supply, we find that the strongest trade-off relationship is in Tongchuan city and the Qinling Mountains in Xi'an and the south of Xixiang county, while the weakest is in Baoji city and Lueyang county.

Keywords:Shaanxi;valley basin;ecosystem services;trade-off and synergy

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孙艺杰, 任志远, 赵胜男, 张静. 陕西河谷盆地生态系统服务协同与权衡时空差异分析[J]. , 2017, 72(3): 521-532 https://doi.org/10.11821/dlxb201703012
SUN Yijie, REN Zhiyuan, ZHAO Shengnan, ZHANG Jing. Spatial and temporal changing analysis of synergy and trade-off between ecosystem services in valley basins of Shaanxi Province[J]. 地理学报, 2017, 72(3): 521-532 https://doi.org/10.11821/dlxb201703012

1 引言

生态系统服务是指生态系统所形成和维持的人类赖以生存和发展的环境条件与效应,为人类直接和间接从生态系统得到的所有收益[1-2]。生态系统作为生物圈的基本单元,包括维持人类生存与发展的食物、淡水、生产生活的原材料等供给服务,也包括维持生态系统和环境动态平衡的初级生产、土壤形成、气候调节等支持服务和调节服务,以及愉悦人类精神文化层面的审美、娱乐、旅游等文化服务[3-5]。由于生态系统服务种类的复杂性、空间的异质性以及人类需求的选择,生态服务之间的关系出现动态变化,表现为此消彼长的权衡、相互增益的协同等形式[6]。所谓权衡(tradeoffs)是指某些类型生态系统服务的供给,由于其他类型生态系统服务使用的增加而减少的状况;协同(synergies or co-benefits)是指两种或多种生态系统服务同时增强的情形[7-8]。由于人类对于生态系统的利用正在快速增长,根据千年生态系统评估(MA)报告研究结果,发现全球24项生态服务中约有15项(60%)正处于退化或不可持续利用状态(包括70%的调节服务和文化服务),严重威胁着区域乃至全球的生态安全。因此,探讨生态系统服务之间的权衡与协同关系,分析其时空格局、类型特征、形成的驱动因素、响应速率等,找到经济发展与环境保护的平衡点、现实利益与未来发展的平衡点显得紧迫而必要[6]。近年来,生态系统权衡与协同研究已成为国内外相关学科研究的前沿与热点[6-16]。Willemen通过相关分析得出了荷兰乡村各种服务之间权衡与协同关系,从而划分生态服务多样性的热点和冷点区域[10];Nelson运用规划、保护和发展土地利用情景,分析了生态服务权衡与协同关系,并进行优化选择,发现碳储存付费可以缓解权衡关系[17];Bohensky通过情景设定分析了非洲南部流域内生态系统服务之间的时空特征以及不同尺度的权衡与协同关系[18];饶胜、林泉等运用极值法分析草原生态系统中畜产品供给服务与防风固沙调节服务之间的权衡关系,并得出了生态系统服务价值量最大的生物量分配方案[19-20]。虽然目前生态服务的权衡与协同研究已取得了一些可观的成就,但仍存在一些问题,包括:对于生态系统服务的研究主要为单个时间节点的静态研究[18, 21-23],缺乏长时间序列的动态研究;对于权衡与协同的研究多基于统计关系的数量分析,以反映区域的整体差异,缺乏区域内部时空差异的空间表达。
本文选取位于湿润区的汉中盆地、半湿润半干旱区的关中盆地为主要研究对象,以 1990-2010年两大盆地的生态服务价值量(支持服务中的NPP,调节服务中的保水服务,供给服务中的食物供给)为基础,分析生态服务价值的时间变化和空间分布特征,通过相关分析、时间序列的线性回归等方法,探索两大盆地生态系统服务协同与权衡关系的时空特征,并对关中和汉中盆地进行对比研究,分析经济发展区域与环境保护区域生态服务关系的差异,为不同区域制定相应生态服务管理决策提供理论基础,为深化西北地区生态系统服务提供决策依据。

2研究区概况与数据来源

2.1 研究区概况

关中盆地和汉中盆地都隶属于陕西省河谷盆地,境内土地肥沃,历史悠久,考虑到自然数据与社会经济数据的统一,本文以囊括关中盆地及汉中盆地的地级市为主要研究区域(图1)。关中盆地位于陕西省中部,介于陕北黄土高原与陕南秦岭山地之间,西起宝鸡,东至潼关,南依秦岭,北靠北山,地势西高东低,南北高中部低,关中地区经济发达,人口稠密,历史悠久,是陕西省乃至整个西北地区的政治中心、经济中心、文化中心。汉中盆地位于陕西省南部,介于秦岭与大巴山之间,西起勉县武侯镇,东至洋县龙亭,东西长约116 km,南北宽约5~25 km。汉中盆地为秦巴山地之间的断陷盆地,地势与关中盆地类似,整体为“两山夹一川”的地貌骨架,地貌类型丰富,汉中以农林业为主,农业发达,素有“鱼米之乡”、“天府之国”的美称。
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图1研究区概况
-->Fig. 1Study area
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2.2 数据来源

本文数据主要包括:① 从地理空间数据云(http://www.giscloud.cn/)下载Landsat 5 TM影像,空间分辨率为30 m;② 分辨率为30 m的DEM数据;③ 1990年、2005年土地利用数据由地球系统科学数据共享平台(www.geodata.cn)提供,1995年、2000年土地利用数据来源于“中国西部环境与生态科学数据中心”(http://westdc.westgis.ac.cn);④ 1:100万土壤类型、土壤质地以及植被类型数据集;⑤ 由中国气象科学数据共享服务网提供的气象数据;⑥ 相关社会统计数据,来源于《陕西统计年鉴》《西安统计年鉴》《铜川统计年鉴》《汉中统计年鉴》《咸阳统计年鉴》《宝鸡统计年鉴》《渭南统计年鉴》及野外考察数据;⑦ 其他数据,包括道路交通、水系、行政边界等,来自于国家基础地理数据库。

3研究方法

3.1 NPP价值量测评

植被净第一性初级生产力(NPP)是指陆地植被在单位时间、单位面积内,通过光合作用产生的有机同化物去除自养呼吸而剩余的有机物质总量,它反映了植被群落在自然环境中生产有机物的能力[24]。CASA模型是广泛应用的NPP测评模型[25-27],表达式为:
NPP(x,t)=APAR(x,t)×ε(x,t)(1)
式中:NPP(x, t)表示像元x在月份t的净第一性生产力(g·C/m2);APAR(x, t)表示像元x在月份t的光和有效辐射(MJ/m2);ε(x, t)表示像元x在月份t的实际光能利用率(g·C/MJ)。
NPP由物质量转化为价值量,利用标煤法模型[28],计算模型如下:
V=AQ1BQ2×P(2)
式中:V表示NPP价值量(元);A表示NPP物质量(t·C/(hm2·a));B表示标准煤系数,为1;Q1表示NPP的物质量所折合而成的热量(6.7 kJ/g);Q2表示标准煤所折合而成的热量(10 kJ/g);P为单位标准煤的价格。

3.2 保水服务价值量测评

植被的保水服务主要通过林冠截流、枯枝落叶层保水和土壤理水作用实现[29],一方面在丰水期调节洪峰,另一方面在枯水期补给河流,调蓄流量,从而防止水土流失,涵养水源。考虑到研究区的实际情况及特殊位置,以植被的蓄水能力来估算研究区的保水服务物质量,因此选择了综合蓄水能力法[30-31],具体估算模型如下:
Q=Q1+Q2+Q3(3)
式中:Q表示保水总物质量;Q1表示植被林冠截留量;Q2表示枯落物最大持水量;Q3表示土壤层截留量。
Q1=降水量mm×林冠截留率%×面积hm2×10(4)
Q2t=枯枝落叶层的干重t/hm2×饱和吸水率%×面积(hm2)(5)
Q3(t)=i=1nFMC×面积hm2×hi×104(6)
FMC=0.003075×n1+0.005886×n2+0.008039×n3+0.002208×OM-0.14340×ρ(7)
式中:降水量由气象数据差值获得,林冠截留率、枯枝落叶层干重、饱和吸水率均在结合植被类型数据,参考前人研究成果获得。FMC表示田间最大持水量;hi表示土壤i的厚度(本文取全区平均值0.6 m);n1表示土壤砂粒含量百分比;n2表示土壤粉砂含量百分比;n3表示土壤黏粒含量百分比;OM表示土壤有机质含量百分比;ρ表示土壤容重(g/cm3)。其中,FMC所涉及参数均由土壤类型及土壤质地数据集获得。
保水物质量转化为价值量,采用工程替代法[31],计算模型如下:
V=L×QQg×Vg(8)
式中:V表示保水服务价值量;Q表示保水服务物质量;Qg表示可替代生态系统的某工程的含水量;Vg表示替代工程的价值;L表示发展阶段系数。

3.3 食物供给价值量测评

食物供给是生态系统中重要的供给服务之一,食物是人类从生态系统中获取的基本物质,对人类发展具有决定性的基础作用[32]。本文结合土地利用数据及统计年鉴数据,测评研究区内各土地利用的食物总产值,实现食物供给的空间化。为了方便计算,本文将研究区划分为1 km×1 km的栅格,故Ai=1 km2。具体计算公式如下:
Gi=Ai×Ni(9)
式中:Gi表示研究区中栅格所对应的食物i的总产值(元);Ai表示研究区中食物i占有的面积(km2);Ni表示食物i的单位面积产值(元/km2)。
Ni=FiSi(10)
式中:Fi表示食物在研究区中的总产值;Si表示食物i在研究区中的总面积,本文中,Si即为各土地利用类型的总面积。
食物供给总产值数据来源于《陕西省统计年鉴1991-2011》,其中种植业总产值对应土地利用类型中的耕地面积,牧业总产值对应草地面积,渔业总产值对应水域总面积。

4 结果与分析

4.1 河谷盆地生态服务价值的时空变化

通过相关模型计算,得到连续21年关中盆地和汉中盆地的NPP、保水和食物供给价值量,图2表示河谷盆地每种生态服务价值量的空间变化情况。从1990-2010年的NPP价值量变化率来看(图2a、2b),关中盆地中部的大片耕地及部分山地均为负增长,包括西安市、咸阳市南部、铜川市以及宝鸡市的凤翔县与岐山县,而呈现正增长的区域主要分布在盆地东西两侧,包括宝鸡市西部、渭南市的韩城、合阳县、潼关县与华阴县。汉中盆地则呈现明显的东西分异,西部的略阳县、勉县、留坝县、宁强县均为正值递增,而其余西部各县均呈现负值递减,且低值中心集中于佛坪县、洋县东部、西乡县中部及镇巴县;从多年保水价值量的变化率来看(图2c、2d),关中盆地呈现负增长的有建设用地、水域及部分林地,主要集中于渭河、西安市及咸阳市市区、宝鸡市的太白县及凤县与陇县、渭南市东部的黄河边缘及潼关县,呈现正增长的区域主要分布于关中盆地中心的耕地及盆地边缘的林地,集中于西安市的大部分地区和咸阳市的东南部。汉中盆地呈现负增长的主要分布于盆地的东南部,包括镇巴县、西乡县南部、南郑县东部,呈现正增长的主要位于盆地东部及西部的山地,包括西乡县东北部、洋县、佛坪县及略阳县、宁强县、勉县;从食物供给多年变化率来看(图2e、2f),关中盆地呈现正增长的区域主要为耕地,其中咸阳市耕地的增长率最快,其次为西安市,呈现负增长的区域主要为建设用地周边及林地分布区,最明显的是西安市市区,其次为铜川市、西安市南部与宝鸡市的西部与南部、渭南市的南部与北部。而汉中盆地,表现为耕地为较高的正增长,主要分布在盆地中部,包括汉中市大部、勉县中部、南郑县北部、城固县中部、洋县南部等区域,而林地、建设用地区域均为负增长,主要分布于盆地南北部,包括留坝县、佛坪县、洋县北部、勉县北部、南郑县南部、西乡县南部。
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图21990-2010年陕西河谷盆地生态服务价值空间变化分布图
-->Fig. 2The spatial distribution of ecological service value in valley basins of Shaanxi, 1990-2010
-->

4.2 河谷盆地生态系统服务权衡与协同分析

验证生态服务之间的关系为权衡或者是协同的方法主要有相关分析、聚类分析、PPF曲线等[5, 9, 33-35]。参考前人研究成果,为了实现时空序列数据的空间表达,本文选择采用相关分析验证NPP、保水服务、食物供给之间的相互关系。以陕西省关中盆地和汉中盆地作为研究对象,对三大服务21年的栅格数据求多年平均,采用ArcGIS平台并运用Spatial Analyst Tools下的波段集统计工具[5],对3种服务的相关性进行计算(表1)。
Tab. 1
表1
表1陕西省河谷盆地不同生态系统服务价值量多年均值的相关系数
Tab. 1The correlation coefficient of annual mean value among ecosystem services in valley basins of Shaanxi
关中盆地汉中盆地
NPP保水服务食物供给NPP保水服务食物供给
NPP1.0000.097**-0.429**1.0000.388**-0.207**
保水服务1.000-0.101**1.000-0.318**
食物供给1.0001.000

注:**:表示在0.01水平(双侧)上显著相关。
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表1中的统计检验结果可知,在关中盆地与汉中盆地中,食物供给与NPP、食物供给与保水服务均存在着显著的负相关性;NPP与保水服务之间均存在着显著的正相关性。生态系统服务之间的权衡与协同关系可以通过相关系数的取值来判断[35]。由此可知,在关中与汉中盆地的区域尺度内,NPP与保水服务存在着空间协同关系,NPP与食物供给存在着空间权衡关系,保水服务与食物供给亦存在空间权衡关系。分析其成因可知,NPP与保水服务能力较强的林草地区域,其食物供给能力较弱;而食物供给能力强的耕地区域,其NPP与保水服务能力较弱。

4.3 生态服务权衡与协同的时间变化

为了定量分析NPP、保水及食物供给之间的空间异质性及其时间变化特征,本文分别选择NPP与食物供给、NPP与保水服务两组生态系统服务进行空间相关性分析(图3)。图3中所示相关系数均通过了显著性检验,由相关系数的时间变化可判断权衡与协同的强弱变化。
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图31990-2010年陕西省两盆地生态系统服务之间的相关系数时间变化
-->Fig. 3The temporal variation of the correlation coefficient among ecosystem services in two basins of Shaanxi, 1990-2010
-->

在NPP与保水服务方面,从波动程度的大小来看,关中盆地两种服务的相关系数最大值为1992年的0.22,最小值为2004年的0.03,标准差为0.06;而汉中盆地的最大值为2000年的0.60,最小值为1995年的0.06,标准差为0.14(图3)。可见,汉中盆地两大服务相关系数多年波动的幅度和离散程度均大于关中盆地,其空间协同比关中盆地强,但不及关中盆地稳定。从多年变化率的趋势来看,1990-2010年间,NPP与保水服务的相关系数在关中盆地与汉中盆地均呈现波动式的递减趋势,关中盆地的递减率为-0.0045/a,略大于汉中盆地的-0.0028/a,说明NPP与保水服务的空间协同关系在波动变弱,且关中盆地比汉中盆地变弱趋势更强。
在NPP与食物供给方面,从波动程度的大小来看,两种服务在关中盆地的相关系数最小值为1996年的-0.40,最大值为1992年的-0.15,标准差为0.08;汉中盆地的最小值为2006年的-0.35,最大值为1990年的-0.02,标准差为0.08。可见,关中盆地两种服务间的空间权衡波动幅度小于汉中盆地,但它们之间的离散程度比较相似。从多年变化率来看,NPP与食物供给之间的相关系数亦均呈现递减趋势,关中盆地相关系数递减率为-0.0041/a,要小于汉中盆地的-0.002/a。这说明NPP与食物供给之间的空间权衡关系在波动中变强,此消彼长的趋势变得愈发明显,关中盆地的权衡变化趋势稍快于汉中盆地。

4.4 生态服务权衡与协同的空间差异

4.4.1 NPP与保水服务 目前对于生态服务权衡与协同的研究方法,主要包括图形比较法、情景分析法以及模型模拟等。关中盆地和汉中盆地净初级生产力、保水服务和食物供给都具有明显的区域差异性,并且随着时间变化各服务均呈现不同的变化趋势和特点。本文对关中盆地及汉中盆地1990-2010年间NPP与保水服务、NPP与食物供给数据进行线性拟合及非线性(幂函数)拟合,数据拟合单元为1 km×1 km栅格,分析了21年中不同生态服务权衡与协同关系的时间变化空间分布特征(图4,图5)。
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图41990-2010年陕西省盆地NPP及保水服务协同关系
-->Fig. 4The synergy between NPP and water conservation in valley basins of Shaanxi, 1990-2010
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图51990-2010年陕西省河谷盆地NPP及食物供给服务权衡关系
-->Fig. 5The trade-off between NPP and food supply in valley basins of Shaanxi, 1990-2010
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NPP与保水服务在整体上存在着空间协同关系,但是不同区域的协同关系在时间变化上存在着显著差异。在关中盆地中,NPP和保水相互增益的协同关系在整个盆地均广泛存在(图4a,a>0),协同关系较强的区域主要分布于盆地东西部的耕地及东北与西南角的林地与草地,包括渭南市市辖区、华县、大荔县、华阴市、澄城县、合阳县及韩城;宝鸡市的凤县、太白县、千阳县与凤翔县;咸阳市的城市郊区、兴平市;西安市的周至县北部及户县北部。协同关系较弱的区域主要分布于生态服务呈现递减变化趋势的区域,如塬梁广布的铜川市及西安市南部秦岭,这些地域21年间NPP与保水服务均呈现较强的递减趋势,因而二者空间协同较弱。同时,关中盆地NPP与保水服务的协同关系在盆地东部的耕地变化趋势更为突出(图4b,a>1),NPP的增长伴随着保水的幂函数增长,主要包括渭南市的大荔县、渭南市辖区东郊、蒲城县东南部。由图4b分析所得,汉中盆地中NPP与保水服务的协同关系在盆地中广泛存在(图4c,a>0),协同关系较强的区域主要集中于盆地的中西部地区,包括略阳县、宁强县中西部、勉县、留坝县、城固县北部及汉中市北部、镇巴县西部及南郑县东南角。协同较弱的区域则主要位于盆地东部,与NPP及保水服务递减区域重合,包括佛坪县、洋县、西乡县以及镇巴县东部。另外,在盆地西部的低山丘陵及秦岭南部中低山区域协同关系则表现更为突出(图4d,a>1),NPP增加伴随着保水服务的幂函数增长,包括略阳县及宁强县,而这些地域与NPP和保水服务的增长区域重合。
4.4.2 NPP与食物供给 两大盆地NPP与食物供给权衡关系的空间分布特征比协同关系更为复杂。首先,关中盆地中生态服务之间的权衡关系在盆地内广泛存在(图5a,a<0),其中权衡关系较强的区域主要有铜川市塬梁区域、西安市市辖区大部分、西咸新区及咸阳市周边、宝鸡市的岐山县、扶风县以及凤翔县一带的黄土台塬向关中平原过渡区域、西安市及宝鸡市境内的秦岭地区。另外,权衡关系较弱的区域主要有宝鸡市的北部区县以及南部的凤县、渭南市东北部3个区县。从幂函数的拟合来看,在铜川市的耀州区、宝鸡市的凤翔县与岐山县以及西安市南部的秦岭北麓这些区域,NPP与食物供给的制约关系更为凸显(图5b,a<-1)。在这些区域,NPP的递减伴随着食物供给的幂函数增长。这些区域均为地形区的过渡区域,地形坡度较大,但同时耕地垦殖及林地破坏严重,人类利用过度,因此调节服务与供给服务之间的权衡关系在这些地区表现得尤为突出。
NPP与食物供给的权衡关系在汉中盆地表现为明显的东西分异。具体表现为:东部权衡关系明显,西部权衡关系较弱,与NPP在1990-2010年中的多年变化率空间分布特征类似。两种服务制约关系明显的区域主要位于米仓山一带以及汉江两岸的低山丘陵区(图5c、5d,a<0),包括西乡县的大部分、镇巴县的东部、城固县的南部,其中西乡县的南部权衡关系尤为突出,NPP的增长伴随着食物供给的幂函数下降,原因在于此处森林破坏严重,毁林开荒、工程建设等导致NPP快速递减;同时土地开发利用过渡,食物供给迅速递增,二者叠加造成了此处NPP与食物供给的显著权衡关系。此外,汉中盆地西部权衡关系较弱,主要位于盆地中部及西部的低山丘陵区,包括南郑县西北部、勉县南部、宁强县东部与略阳县南部等区域。

4.5 两盆地的差异及原因分析

运用空间分析、线性回归、幂函数回归等方法对陕西河谷盆地NPP与保水服务、NPP与食物供给协同与权衡关系的时间变化以及区域差异进行了分析,发现两地存在着如下差异:① 汉中盆地NPP与保水服务的协同程度整体高于关中盆地,而关中盆地NPP与食物供给的权衡程度整体高于汉中盆地;② 无论是协同还是权衡,关中盆地生态服务之间的变化率均快于汉中盆地,且波动幅度、离散度均高于汉中盆地;③ 从协同的空间分布来看,关中盆地主要表现为盆地中部与周边之间的分异,盆地中部强、周边弱,并且协同程度最强的地级市为渭南市,最弱的为铜川市;汉中盆地则主要为东西分异,西部强,东部弱,其中协同程度最强的区县为勉县,最弱的为西乡县;④ 从权衡的空间分布来看,关中盆地主要为中部与东西部分异,中部强、东西部弱,其中权衡程度最强的地级市为西安市,最弱的为宝鸡市;汉中盆地主要为东西分异,东部强、西部弱,其中权衡程度最强的区县为镇巴县,最弱的为略阳县。
从整体上来看,关中盆地比汉中盆地协同程度要低,但权衡程度要高,这主要与两大盆地之间巨大的环境、社会、经济差异密切相关。关中盆地作为西北地区重要的经济发展中心,社会经济快速发展,人口增加,建设用地不断扩张,占用了大量耕地,使得支持、调节、供给和文化服务均受到不同程度的削弱,同时也加大了食物供给与需求的矛盾。西安市大面积连片建设用地的存在使得此区域成为NPP、保水服务、食物供给的低值中心,而其扩张区域则成为3大服务的递减高值区,此为造成西安市权衡程度最高的原因之一。其次,林地、草地、水域是NPP和保水服务能力提供的主要贡献地类,对于支持和调节服务能力的提高至关重要,而21年中在其重要供给区域(秦岭、北山、巴山、渭河等)均呈现不同程度的递减趋势,也使得服务间的权衡关系在这些地区程度较高。

5 结论与讨论

5.1 结论

(1)对于陕西河谷盆地生态服务权衡与协同的研究中发现,NPP与保水服务均呈现相互增益的协同关系,而NPP与食物供给、保水服务与食物供给均呈现此消彼长的权衡关系。21年间,两大盆地生态服务间的协同关系均呈现减弱趋势,权衡关系均呈现增强趋势,这种趋势的变化程度关中盆地甚于汉中盆地。
(2)关中盆地NPP与保水服务的协同关系在1990-2010年中不同地域存在变化差异:盆地东西部的耕地、东北和西南角的林草地,表现为明显的线性增长关系,尤其在东部的耕地区域,增长关系呈现幂函数增长,其中以渭南市协同程度最强,铜川市协同程度最弱。在汉中盆地中,协同关系在西北的山地区域为线性增长,在宁强县与略阳县的西部地区两大服务的增长关系则呈现为幂函数增长,在各区县中,以勉县协同程度最强,西乡协同程度最弱。
(3)NPP与食物供给权衡关系时间变化的空间特征比协同更为复杂。在关中盆地中,贯穿盆地中部的区域,NPP的增长伴随着食物供给的下降,而在铜川市及西安市境内的秦岭区域,NPP与食物供给的制约关系则更为突出,NPP的增长伴随着食物供给的幂函数下降,其中以西安市权衡程度最强,以宝鸡市权衡程度最弱。在汉中盆地的东部区域,NPP与食物供给的权衡关系则表现的较为明显,尤其在西乡县的南部,NPP的增长伴随着食物供给的幂函数下降,其中以镇巴县权衡程度最强,以略阳县权衡程度最弱。

5.2 讨论

目前针对生态系统服务价值评估及其权衡与协同分析的研究对象主要为某一年的空间分析或者几个时间点之间的时空分析,而针对连续时间序列的时空分析则研究较少。本文在评估了研究区连续21年生态服务价值的基础上,分析其权衡与协同的时空差异,更加细致地研究了生态系统服务的时空特征,从而为生态系统服务之间相互关系与相互作用的机理研究奠定基础。其次,将经济发达的关中盆地与生态环境良好的汉中盆地进行对比研究,分析不同区域内生态系统服务的差异,以及生态服务间权衡与协同的差异,为因地制宜实践生态系统服务管理提供案例。生态系统服务的种类很多,但文中仅选取了支持、调节和供给3种服务,缺乏对多种服务的评估,以及两两服务之间的相互关系分析。对于空间权衡的时空特点本文做了初步探讨,但是没有涉及到时间权衡,不能给出决策建议的具体实施方法。因此结合土地利用数据进行情景分析,探讨不同情景下生态服务权衡与协同的发展特点,找到经济发展与环境保护的“双赢”决策,是接下来要研究的重点。
The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献 原文顺序
文献年度倒序
文中引用次数倒序
被引期刊影响因子

[1]Robert C, Ralphd A, Rudolf de-Groot. The value of the world's ecosystem services and natural capital
. Nature, 1997, 387(5): 253-260.
https://doi.org/10.1016/S0921-8009(98)00020-2URL [本文引用: 1]摘要
This article provides a crude initial estimate of the value of ecosystem services to the economy. Using data from previous published studies and a few original calculations the current economic value of 17 ecosystem services for 16 biomes was estimated. The services of ecological systems and the natural capital stocks that produce them are critical to the functioning of the Earths life-support system. They contribute to human welfare both directly and indirectly and therefore represent part of the total economic value of the planet. It was estimated that for the entire biosphere the value (most of which is outside the market) ranges US$16-54 trillion/year with an average of US$33 trillion/year. Due to the nature of uncertainties this must be considered a minimum estimate. In addition the global gross national product total is around US$18 trillion/year.
[2]Daily G C.Nature's Services: Societal Dependence on Natural Ecosystems. Washington DC: Island Press, 1997: 1-25.URL [本文引用: 1]摘要
This chapter is divided into three main parts: (1) characterization of soil; and (2) ecosystem services supplied by soil; and (3) marginal costs of soil loss and degradation. The first of these has the following subdivisions: soil genesis and structure; soil composition. The second is subdivided into: buffering and moderation of the hydrological cycle; physical support of plants; retention and ...
[3]Li Wenhua, Zhang Biao, Xie Gaodi.Research on ecosystem services in China: Progress and perspectives
. Journal of Natural Resources, 2009, 24(1): 1-10.
https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2009.01.001Magsci [本文引用: 1]摘要
生态系统服务研究是当前国际上科学研究的热点和前沿。近年来我国生态系统服务研究取得了较快进展。为了全面认识与介绍国内生态系统服务研究的状况与成果,促进国际生态系统服务研究的交流与合作,论文首先回顾了我国生态系统服务研究的4个时期,并简要概括了所取得的成就和存在的问题,最后指出,中国生态系统服务的研究应该尽快由当前的概算式研究转向更深层次的研究,尤其要重点关注生态系统功能的基础理论研究、评估指标与方法的标准化、生态服务价值动态评估模型研究、评估结果在决策过程中的应用研究以及生态系统服务的市场化机制研究。
[李文华, 张彪, 谢高地. 中国生态系统服务研究的回顾与展望
. 自然资源学报, 2009, 24(1): 1-10.]
https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2009.01.001Magsci [本文引用: 1]摘要
生态系统服务研究是当前国际上科学研究的热点和前沿。近年来我国生态系统服务研究取得了较快进展。为了全面认识与介绍国内生态系统服务研究的状况与成果,促进国际生态系统服务研究的交流与合作,论文首先回顾了我国生态系统服务研究的4个时期,并简要概括了所取得的成就和存在的问题,最后指出,中国生态系统服务的研究应该尽快由当前的概算式研究转向更深层次的研究,尤其要重点关注生态系统功能的基础理论研究、评估指标与方法的标准化、生态服务价值动态评估模型研究、评估结果在决策过程中的应用研究以及生态系统服务的市场化机制研究。
[4]Fu Bojie, Zhou Guoyi, Bai Yongfei, et al.The main terrestrial ecosystem services and ecological security in China
. Progress in Geography, 2009, 24(6): 571-576.
https://doi.org/10.3321/j.issn:1001-8166.2009.06.001URL摘要
生态系统服务是国际生态学研究的前沿和热点,表现出向生态系统服务机理和区域集成方法两大方向发展的趋势.开展陆地生态系统服务研究,是生态系统恢复、生态功能区划和建立生态补偿机制、保障国家生态安全的重大战略需求.面向国家重大需求和生态系统服务研究的国际前沿,以主要陆地生态系统为对象,"中国主要陆地生态系统服务功能与生态安全"项目拟解决3个科学问题:①生态系统结构-过程-服务功能的相互作用机理;②生态系统服务功能的尺度特征与多尺度关联;③生态系统服务功能评估的指标与模型.通过上述研究,发展生态系统服务研究的理论与方法,为国家的生态建设和环境保护提供科学支撑.
[傅伯杰, 周国逸, 白永飞, . 中国主要陆地生态系统服务功能与生态安全
. 地理科学进展, 2009, 24(6): 571-576.]
https://doi.org/10.3321/j.issn:1001-8166.2009.06.001URL摘要
生态系统服务是国际生态学研究的前沿和热点,表现出向生态系统服务机理和区域集成方法两大方向发展的趋势.开展陆地生态系统服务研究,是生态系统恢复、生态功能区划和建立生态补偿机制、保障国家生态安全的重大战略需求.面向国家重大需求和生态系统服务研究的国际前沿,以主要陆地生态系统为对象,"中国主要陆地生态系统服务功能与生态安全"项目拟解决3个科学问题:①生态系统结构-过程-服务功能的相互作用机理;②生态系统服务功能的尺度特征与多尺度关联;③生态系统服务功能评估的指标与模型.通过上述研究,发展生态系统服务研究的理论与方法,为国家的生态建设和环境保护提供科学支撑.
[5]Li Shuangcheng, et al.The Geography of Ecosystem Services. Beijing: Science Press, 2014: 172-199.URL [本文引用: 3]摘要
本书主要内容包括:基于福祉和地理学视角的生态系统服务分类、生态系统服务供给与消费的时空格局分析、生态系统服务的空间流动模拟、气候变化与土地利用变化对区域生态系统服务的影响、生态系统服务权衡与协同分析、生态系统服务的分区以及基于生态系统服务研究的管理政策等。为了增强该书的实用性,还附有生态系统服务模拟的主要工具软件介绍。
[李双成, . 生态系统服务地理学. 北京: 科学出版社, 2014: 172-199.]URL [本文引用: 3]摘要
本书主要内容包括:基于福祉和地理学视角的生态系统服务分类、生态系统服务供给与消费的时空格局分析、生态系统服务的空间流动模拟、气候变化与土地利用变化对区域生态系统服务的影响、生态系统服务权衡与协同分析、生态系统服务的分区以及基于生态系统服务研究的管理政策等。为了增强该书的实用性,还附有生态系统服务模拟的主要工具软件介绍。
[6]Li Shuangcheng, Zhang Caiyu, Liu Jinlong, et al.The tradeoffs and synergies of ecosystem services: Research progress, development trend, and themes of geography
. Geographical Research, 2013, 32(8): 1379-1390.
Magsci [本文引用: 3]摘要
由于生态系统服务的多样性、空间分布的不均衡性以及人类使用的选择性,在人为活动和自然因素作用下,服务之间的关系出现了此消彼长的权衡、相互增益的协同等变化。理解服务权衡与协同的表现类型、形成机理、尺度依存和区域差异,对于制定区域发展与生态保护&quot;双赢&quot;的政策措施具有重要意义。从相互作用与联系、类型与形成机制、研究方法与工具、尺度效应以及不确定性等方面评述了生态系统服务权衡与协同的国内外研究进展和局限性,并对研究趋势进行了展望。在此基础上,提出从地理学视角研究生态系统服务权衡与协同的主要议题,包括服务供需的时空异质性、权衡与协同的形成机制、尺度依存和区域差异等。可为拓展生态系统服务权衡与协同研究的深度和广度,提升地理学综合研究水平提供借鉴与参考。
[李双成, 张才玉, 刘金龙, . 生态系统服务权衡与协同研究进展及地理学研究议题
. 地理研究, 2013, 32(8): 1379-1390.]
Magsci [本文引用: 3]摘要
由于生态系统服务的多样性、空间分布的不均衡性以及人类使用的选择性,在人为活动和自然因素作用下,服务之间的关系出现了此消彼长的权衡、相互增益的协同等变化。理解服务权衡与协同的表现类型、形成机理、尺度依存和区域差异,对于制定区域发展与生态保护&quot;双赢&quot;的政策措施具有重要意义。从相互作用与联系、类型与形成机制、研究方法与工具、尺度效应以及不确定性等方面评述了生态系统服务权衡与协同的国内外研究进展和局限性,并对研究趋势进行了展望。在此基础上,提出从地理学视角研究生态系统服务权衡与协同的主要议题,包括服务供需的时空异质性、权衡与协同的形成机制、尺度依存和区域差异等。可为拓展生态系统服务权衡与协同研究的深度和广度,提升地理学综合研究水平提供借鉴与参考。
[7]Rodriguez J P, Beard T D.Trade-offs across space, time, and ecosystem services
. Ecology and Society, 2006, 11(1): 747-760.
https://doi.org/10.5751/ES-01667-110128URL [本文引用: 1]摘要
Ecosystem service (ES) trade-offs arise from management choices made by humans, which can change the type, magnitude, and relative mix of services provided by ecosystems. Trade-offs occur when the provision of one ES is reduced as a consequence of increased use of another ES. In some cases, a trade-off may be an explicit choice; but in others, trade-offs arise without premeditation or even awareness that they are taking place. Trade-offs in ES can be classified along three axes: spatial scale, temporal scale, and reversibility. Spatial scale refers to whether the effects of the trade-off are felt locally or at a distant location. Temporal scale refers to whether the effects take place relatively rapidly or slowly. Reversibility expresses the likelihood that the perturbed ES may return to its original state if the perturbation ceases. Across all four Millennium Ecosystem Assessment scenarios and selected case study examples, trade-off decisions show a preference for provisioning, regulating, or cultural services (in that order). Supporting services are more likely to be “taken for granted.” Cultural ES are almost entirely unquantified in scenario modeling; therefore, the calculated model results do not fully capture losses of these services that occur in the scenarios. The quantitative scenario models primarily capture the services that are perceived by society as more important—provisioning and regulating ecosystem services—and thus do not fully capture trade-offs of cultural and supporting services. Successful management policies will be those that incorporate lessons learned from prior decisions into future management actions. Managers should complement their actions with monitoring programs that, in addition to monitoring the short-term provisions of services, also monitor the long-term evolution of slowly changing variables. Policies can then be developed to take into account ES trade-offs at multiple spatial and temporal scales. Successful strategies will recognize the inherent complexities of ecosystem management and will work to develop policies that minimize the effects of ES trade-offs.
[8]John B-Bradford, Anthony W-D'Amato. Recognizing trade-offs in multi-objective land management
. The Ecological Society of America, 2012, 10(4): 210-216.
https://doi.org/10.2307/41480054URL [本文引用: 1]摘要
Abstract As natural resource management and conservation goals expand and evolve, practitioners and policy makers are increasingly seeking options that optimize benefits among multiple, often contradictory objectives. Here, we describe a simple approach for quantifying the consequences of alternative management options in terms of benefits and trade-offs among multiple objectives. We examine two long-term forest management experiments that span several decades of stand (forest tree community) development and identify substantial trade-offs among carbon cycling and ecological complexity objectives. In addition to providing improved understanding of the long-term consequences of various management options, the results of these experiments show that positive benefits resulting from some management options are often associated with large trade-offs among individual objectives. The approach to understanding benefits and trade-offs presented here provides a simple yet flexible framework for quantitatively assessing the consequences of different management options.
[9]Raudsepp-Heare C, Peterson C D, Bennett E M.Ecosystem service bundles for analyzing tradeoffs in diverse landscapes
. PNAS, 2010, 107(11): 5242-5247.
https://doi.org/10.1073/pnas.0907284107URLPMID:2841950 [本文引用: 1]摘要
A key challenge of ecosystem management is determining how to manage multiple ecosystem services across landscapes. Enhancing important provisioning ecosystem services, such as food and timber, often leads to tradeoffs between regulating and cultural ecosystem services, such as nutrient cycling, flood protection, and tourism. We developed a framework for analyzing the provision of multiple ecosystem services across landscapes and present an empirical demonstration of ecosystem service bundles, sets of services that appear together repeatedly. Ecosystem service bundles were identified by analyzing the spatial patterns of 12 ecosystem services in a mixed-use landscape consisting of 137 municipalities in Quebec, Canada. We identified six types of ecosystem service bundles and were able to link these bundles to areas on the landscape characterized by distinct social-ecological dynamics. Our results show landscape-scale tradeoffs between provisioning and almost all regulating and cultural ecosystem services, and they show that a greater diversity of ecosystem services is positively correlated with the provision of regulating ecosystem services. Ecosystem service-bundle analysis can identify areas on a landscape where ecosystem management has produced exceptionally desirable or undesirable sets of ecosystem services.
[10]Louise W, Lars H, Martinus E F.Space for people, plants, and livestock? Quantifying interactions among multiple landscape functions in a Dutch rural region
. Ecological Indicators, 2010, 10(1): 62-73.
https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2009.02.015Magsci [本文引用: 1]摘要
<h2 class="secHeading" id="section_abstract">Abstract</h2><p id="">Rural landscapes are often multifunctional, meaning that at one single location different goods and services are being provided. Multifunctionality is spatially heterogeneous as not all areas are equally suitable to supply multiple goods and services. This suitability depends on favourable biophysical and socio-economic conditions and interactions among landscape functions. The objective of this paper is to identify and quantify interactions among landscape functions in a diverse and dynamic rural region, the Gelderse Vallei in the Netherlands. To be able to study these interactions first seven landscape functions (residential, intensive livestock, cultural heritage, tourism, plant habitat, arable production, and leisure cycling) are quantified and mapped using landscape indicators. These landscape function maps are subsequently aggregated to identify and quantify multifunctionality. The results of these analyses are used to study three aspects of landscape function interactions (a) influence of landscape characteristics on function interactions, (b) interrelations among landscape functions and (c) effect of multifunctionality on the different landscape functions. Landscape functions do not equally interact with one another, some landscape functions are affected negatively by the presence of other functions while other landscape functions benefit from multifunctionality. At multifunctionality hot spots different landscape functions are present that are enhancing one another. Additionally, in our study area it appears that mainly locations with landscape functions that sub-optimally provide goods and services are strongly multifunctional. Quantification and an improved understanding of landscape interactions will help to design and evaluate spatial policies related to the provision of multiple goods and services by the landscape.</p>
[11]Miren O, Beatriz Fernandez-de-Manuel. Co-benefits and trade-off between biodiversity, carbon storage and water flow regulation
. Forest Ecology and Management, 2013, 289(10): 1-9.
https://doi.org/10.1016/j.foreco.2012.10.010URL摘要
The trade-offs between biodiversity, storage and flow regulation were analysed in a biosphere reserve area. With the aim of proposing criteria for conservation plans that would include ecosystem services and biodiversity, a Geographic Information System (GIS)-based approach was designed to estimate and map the value of the biodiversity and ecosystem services. The actual protected areas, namely, coastal ecosystems and Cantabrian evergreen-oak forests, were found to be important for the overall biodiversity and included some important portions of the other services. The non-protected natural forests, such as the mixed-oak, beech and riparian forests, are biodiversity hotspots, and they contribute to the storage and flow regulation services. Thus, even though these areas are small, their inclusion in conservation proposals should be considered. The pine and plantations contribute to ecosystem services but have negative effects on biodiversity and cause environmental problems. In contrast to the plantations of fast-growing species, the increase in broadleaf plantations will exhibit a positive trend due to the benefits they provide. Our study highlights that the inclusion of ecosystem services in conservation planning has a great potential to provide opportunities for biodiversity protection; however, strategies of conservation based only on specific ecosystem services may be detrimental to the biodiversity and may cause other environmental problems.
[12]Butler James R A, Wong Grace Y, Metcalfe Danie J. An analysis of trade-offs between multiple ecosystem services and stakeholders linked to land use and water quality management in the Great Barrier Reef, Australia. Agriculture,
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. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 23(5): 1203-1209.
Magsci摘要
以泾河流域31个县粮食供给、肉类供给、薪柴供给、水源涵养和土壤保持5项生态系统服务为研究对象,分析了县域尺度5项生态系统服务的相互关系、相互关系模式和总生态系统服务指数的空间差异,以及影响空间差异的自然环境和人为因子.结果表明: 泾河流域县域尺度5项生态系统服务之间相互关系的差异较大,粮食供给与肉类供给呈极显著正相关,与土壤保持呈极显著负相关,水源涵养与薪柴供给和土壤保持呈显著正相关.生态系统服务相互关系模式中,调节服务主导模式、供给与调节平衡模式和粮食供给主导模式的县分别为24、3和4个;不同模式的总生态系统服务指数差距较大,最大值(泾源县)与最小值(盐池县)差距5.1倍.自然环境因子中,总生态系统服务指数与降水和土壤全氮呈极显著正相关,与日照时数呈显著负相关;排除自然环境因子的差异后,耕地增加对总生态系统服务指数有负面影响,乔木林地影响甚微,灌木林地和草地有较大的正面影响.
[潘影, 甄霖, 龙鑫, . 泾河流域县域尺度生态系统服务相互关系及影响因子
. 应用生态学报, 2012, 23(5): 1203-1209.]
Magsci摘要
以泾河流域31个县粮食供给、肉类供给、薪柴供给、水源涵养和土壤保持5项生态系统服务为研究对象,分析了县域尺度5项生态系统服务的相互关系、相互关系模式和总生态系统服务指数的空间差异,以及影响空间差异的自然环境和人为因子.结果表明: 泾河流域县域尺度5项生态系统服务之间相互关系的差异较大,粮食供给与肉类供给呈极显著正相关,与土壤保持呈极显著负相关,水源涵养与薪柴供给和土壤保持呈显著正相关.生态系统服务相互关系模式中,调节服务主导模式、供给与调节平衡模式和粮食供给主导模式的县分别为24、3和4个;不同模式的总生态系统服务指数差距较大,最大值(泾源县)与最小值(盐池县)差距5.1倍.自然环境因子中,总生态系统服务指数与降水和土壤全氮呈极显著正相关,与日照时数呈显著负相关;排除自然环境因子的差异后,耕地增加对总生态系统服务指数有负面影响,乔木林地影响甚微,灌木林地和草地有较大的正面影响.
[14]Li Peng, Jiang Luguang, Feng Zhiming, et al.Research progress on trade-offs and synergies of ecosystem services: An overview
. Acta Ecologica Sinica, 2012, 32(16): 5219-5229.
https://doi.org/10.5846/stxb201109161360Magsci摘要
生态系统服务作为生态系统评估的核心领域,是生态学的研究热点。生态系统提供服务的形式与能力受人类活动强烈影响,反之,生态系统服务的变化又影响着人类相关决策的制定。不同生态系统服务之间很难甚至不可能同时达到利益最大化,即存在着不同程度此消彼长的竞争关系。此外,不同生态系统服务之间也可能形成相互促进或抑制的协同作用。探讨不同生态系统服务的相互关系(竞争与协同作用),有利于揭示不同尺度利益相关方与生态系统服务之间的作用与反馈机制,避免生态系统服务的重复估算;同时可为制定与实施生态补偿、提高人类福祉提供科学依据,优化生态系统服务管理。综合研究了近期国外生态系统服务竞争关系与协同作用的相关文献,在简述当前生态系统服务研究若干问题的基础上,以生态系统服务竞争与协同为视角,厘清了生态系统服务竞争与协同的基本内涵,总结了生态系统服务竞争与协同的主要类型,探讨了生态系统服务竞争与协同的空间与时间尺度效应;介绍并总结了生态系统服务竞争与协同两种主要研究方法(生态-经济综合模型方法、基于土地利用的情景分析法)的特点与适应范围。
[李鹏, 姜鲁光, 封志明, . 生态系统服务竞争与协同研究进展
. 生态学报, 2012, 32(16): 5219-5229.]
https://doi.org/10.5846/stxb201109161360Magsci摘要
生态系统服务作为生态系统评估的核心领域,是生态学的研究热点。生态系统提供服务的形式与能力受人类活动强烈影响,反之,生态系统服务的变化又影响着人类相关决策的制定。不同生态系统服务之间很难甚至不可能同时达到利益最大化,即存在着不同程度此消彼长的竞争关系。此外,不同生态系统服务之间也可能形成相互促进或抑制的协同作用。探讨不同生态系统服务的相互关系(竞争与协同作用),有利于揭示不同尺度利益相关方与生态系统服务之间的作用与反馈机制,避免生态系统服务的重复估算;同时可为制定与实施生态补偿、提高人类福祉提供科学依据,优化生态系统服务管理。综合研究了近期国外生态系统服务竞争关系与协同作用的相关文献,在简述当前生态系统服务研究若干问题的基础上,以生态系统服务竞争与协同为视角,厘清了生态系统服务竞争与协同的基本内涵,总结了生态系统服务竞争与协同的主要类型,探讨了生态系统服务竞争与协同的空间与时间尺度效应;介绍并总结了生态系统服务竞争与协同两种主要研究方法(生态-经济综合模型方法、基于土地利用的情景分析法)的特点与适应范围。
[15]Lin Quan, Wu Xiuqin.Progress on trade-offs in ecosystem services
. Environmental Science & Technology, 2012, 35(6): 100-105.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1003-6504.2012.06.021URL摘要
生态系统提供了人类生活所需的各种产品,支撑和维护人们赖以生存 的生态环境.由于人类对自然生态系统认识不足和使用不当,各种生态系统服务之间出现了冲突矛盾,限制着彼此的发挥,因此,权衡不同生态系统服务之间的关系 具有重要意义.文章首先分析了冲突权衡(trade-off)产生的原因、类型差异和研究意义,接下来总结了冲突权衡分析方法进展、应用情况、有待解决的 问题和未来重点研究方向.尽管对于生态系统服务的认识,尤其是价值评估已经得到了充分研究,但是生态系统服务的冲突与权衡还处于起步阶段,文章总结了当前 生态系统服务权衡的热点问题,包括主要的权衡分析方法以及应用领域,提出展望和建议.未来的研究重点在以下2个方面:第一,深入研究各服务相互关联的作用 因子和作用机制;第二,如何综合运用已知条件和方法,构建一个科学合理的权衡模式.
[林泉, 吴秀芹. 生态系统服务冲突及权衡的研究进展
. 环境科学与技术, 2012, 35(6): 100-105.]
https://doi.org/10.3969/j.issn.1003-6504.2012.06.021URL摘要
生态系统提供了人类生活所需的各种产品,支撑和维护人们赖以生存 的生态环境.由于人类对自然生态系统认识不足和使用不当,各种生态系统服务之间出现了冲突矛盾,限制着彼此的发挥,因此,权衡不同生态系统服务之间的关系 具有重要意义.文章首先分析了冲突权衡(trade-off)产生的原因、类型差异和研究意义,接下来总结了冲突权衡分析方法进展、应用情况、有待解决的 问题和未来重点研究方向.尽管对于生态系统服务的认识,尤其是价值评估已经得到了充分研究,但是生态系统服务的冲突与权衡还处于起步阶段,文章总结了当前 生态系统服务权衡的热点问题,包括主要的权衡分析方法以及应用领域,提出展望和建议.未来的研究重点在以下2个方面:第一,深入研究各服务相互关联的作用 因子和作用机制;第二,如何综合运用已知条件和方法,构建一个科学合理的权衡模式.
[16]Lu Nan Lu, Fu Bojie, Jin Tiantian.Trade-off analyses of multiple ecosystem services by plantations along a precipitation gradient across Loess Plateau landscapes
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https://doi.org/10.1007/s10980-014-0101-4URL [本文引用: 1]摘要
Trade-off is defined as a situation where one ecosystem service (ES) increases while another decreases. In a broader sense, trade-off also refers to unidirectional changes with uneven paces or rates in ESs. Although trade-off analysis for multiple ESs is more integral for ecosystem assessment and management, studies regarding trade-offs are rare in the literature, especially at the landscape scale or across large environmental gradients. Here, we evaluated the co-variations of multiple ESs of black locust (Robinia pseudoacacia) plantations along a precipitation gradient (400-650 mm) on the Loess Plateau using a quantitative trade-off approach. The multiple ESs had complex relationships, with significant regional variations along the gradient. Aboveground carbon, soil organic carbon (SOC), soil total nitrogen (STN), and soil water content (SWC) showed increasing trends with precipitation, but understory plant diversity (UPD) did not. The highest trade-offs were between UPD and SWC and the lowest trade-offs were between SOC and STN among all of the ES pairs. The differences in the trade-offs of varied ES combinations could be the result of unique competition relationships, mass allocation strategies, and time lags. Stand age appeared to be another critical variable in determining the values of ESs and their trade-offs along the precipitation gradient. The decreasing SWC with stand age indicated that the gaining of the other ESs was at the cost of SWC consumption. Because multiple ESs and their trade-offs exhibit high spatial variations across the landscape, spatially explicit management is needed to maintain the benefits while mitigating negative impacts in this water-limited landscape.
[17]Erik N, Guillermo M, James R.Modeling multiple ecosystem services, biodiversity conservation, commodity production, and tradeoffs at landscape scales
. Frontiers in Ecology and The Environment, 2009, 7(1): 4-11.
https://doi.org/10.1890/080023URL [本文引用: 1]摘要
Nature provides a wide range of benefits to people. There is increasing consensus about the importance of incorporating these “ecosystem services” into resource management decisions, but quantifying the levels and values of these services has proven difficult. We use a spatially explicit modeling tool, Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs (InVEST), to predict changes in ecosystem services, biodiversity conservation, and commodity production levels. We apply InVEST to stakeholder-defined scenarios of land-use/land-cover change in the Willamette Basin, Oregon. We found that scenarios that received high scores for a variety of ecosystem services also had high scores for biodiversity, suggesting there is little tradeoff between biodiversity conservation and ecosystem services. Scenarios involving more development had higher commodity production values, but lower levels of biodiversity conservation and ecosystem services. However, including payments for carbon sequestration alleviates this ...
[18]Erin B, Albert Van-Jaarsveld.Future ecosystem services in a southern African river basin: A scenario planning approach to uncertainty
. Conservation Biology, 2006, 20(4): 1051-1061.
https://doi.org/10.1111/j.1523-1739.2006.00475.xURLPMID:16922222 [本文引用: 2]摘要
Abstract Scenario planning is a promising tool for dealing with uncertainty, but it has been underutilized in ecology and conservation. The use of scenarios to explore ecological dynamics of alternative futures has been given a major boost by the recently completed Millennium Ecosystem Assessment, a 4-year initiative to investigate relationships between ecosystem services and human well-being at multiple scales. Scenarios, as descriptive narratives of pathways to the future, are a mechanism for improving the understanding and management of ecological and social processes by scientists and decision makers with greater flexibility than conventional techniques could afford. We used scenarios in one of the Millennium Ecosystem Assessment's subglobal components to explore four possible futures in a Southern African river basin. Because of its ability to capture spatial and temporal dynamics, the scenario exercise revealed key trade-offs in ecosystem services in space and time and the importance of a multiple-scale scenario design. At subglobal scales, scenarios are a powerful vehicle for communication and engagement of decision makers, especially when designed to identify responses to specific problems. Scenario planning has the potential to be a critical ingredient in conservation as calls are increasingly made for the field to help define and achieve sustainable visions for the future.
[19]Rao Sheng, Lin Quan, Wang Xiahui, et al.The trade-off between grassland ecosystem services in Zhenglan Banner
. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2015, 29(3): 81-86.
https://doi.org/10.13448/j.cnki.jalre.2015.084URL [本文引用: 1]摘要
为权衡利用草地生态系统服务功能,实现草地生态系统的价值最大 化,文中运用极值法构建了正蓝旗草地生态系统服务的权衡利用模型,以生物量作为决定生态系统服务价值的关键变量,对区域草地生态系统服务功能的利用进行了 权衡分析.结果表明:当典型草原复合草原70%的生物量,湿地草甸65%的生物量,低山丘陵典型草原60%的生物量,低山丘陵湿地草甸55%的生物量,沙 丘间平原典型草原15%的生物量用于畜产品供给功能时,区域生态系统服务价值最大.极值权衡分析方法能为正蓝旗草畜平衡政策和生态补偿政策的制定提供一定 的科学依据.
[饶胜, 林泉, 王夏晖, . 正蓝旗草地生态系统服务权衡研究
. 干旱区资源与环境, 2015, 29(3): 81-86.]
https://doi.org/10.13448/j.cnki.jalre.2015.084URL [本文引用: 1]摘要
为权衡利用草地生态系统服务功能,实现草地生态系统的价值最大 化,文中运用极值法构建了正蓝旗草地生态系统服务的权衡利用模型,以生物量作为决定生态系统服务价值的关键变量,对区域草地生态系统服务功能的利用进行了 权衡分析.结果表明:当典型草原复合草原70%的生物量,湿地草甸65%的生物量,低山丘陵典型草原60%的生物量,低山丘陵湿地草甸55%的生物量,沙 丘间平原典型草原15%的生物量用于畜产品供给功能时,区域生态系统服务价值最大.极值权衡分析方法能为正蓝旗草畜平衡政策和生态补偿政策的制定提供一定 的科学依据.
[20]Li Quan.A method for trade-off between grassland ecosystem services
[D]. Beijing: Beijing Forestry University, 2012.
[本文引用: 1]

[林泉. 草地生态系统服务权衡的方法研究
[D]. 北京: 北京林业大学, 2012.]
[本文引用: 1]
[21]Bryan Brett A.Incentives, land use, and ecosystem services: Synthesizing complex linkages
. Environmental Science & Policy, 2013, 27(3): 124-134.
https://doi.org/10.1016/j.envsci.2012.12.010URL [本文引用: 1]摘要
ABSTRACT Incentive schemes are increasingly used to motivate the supply of ecosystem services from agro-ecosystems through changes in land use and management. Here, I synthesize the complex effects of incentives on ecosystem services through their influence on land use and management. Linkages between incentives and land use change, and between land use change and ecosystem services can be one-to-many, many-to-one, and many-to-many. Change in land use and management can affect multiple ecosystem services, with both co-benefits and trade-offs. Incentives can motivate multiple changes in land use and management and multiple incentives often interact with both synergies and tensions in their effect upon ecosystem services. These vary over both space and time, and can be non-linear. Depending on incentive design, changes in ecosystem service supply can also have a feedback effect on incentive prices. I suggest that continued quantitative development is required to further explore these linkages: in the influence of incentives on land use change; in the impact of land use change on ecosystem services, and; in ecosystem service supply feedbacks on incentive prices. Quantifying and understanding these linkages is essential to progress more comprehensive analyses of the impact of incentives on ecosystem services, and the design of incentives capable of realizing synergies and avoiding tensions.
[22]Li Yuncheng, Liu Changming, Yu Jingjie.Tradeoff of conflict between wetland protection and farmland reclamation in the Sanjiang Plain, Heilongjiang Province
. Journal of Beijing Forestry University, 2006, 28(1): 39-42.
https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-1522.2006.01.007URL摘要
为保障国家粮食安全,国家先后对三江平原进行了多次大规模的开垦.这些开垦基本上是开垦的天然湿地,从而导致了土地退化和生态环境恶化,影响了区域生态安全.在对三江平原湿地生态系统与耕地生态系统进行生态服务功能价值评估的基础上,考虑到粮食安全与生态安全的需要,该文对三江平原湿地保护与耕地开垦冲突进行了权衡,并提出了建议:①在湿地保护区的核心区域应坚决退耕还湿;②尽量使湿地集中连片,使其能发挥最大效益;③必要时应从流域层面考虑湿地的生态分水机制;④耕地开垦应严格控制规模.
[李云成, 刘昌明, 于静洁. 三江平原湿地保护与耕地开垦冲突权衡
. 北京林业大学学报, 2006, 28(1): 39-42.]
https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-1522.2006.01.007URL摘要
为保障国家粮食安全,国家先后对三江平原进行了多次大规模的开垦.这些开垦基本上是开垦的天然湿地,从而导致了土地退化和生态环境恶化,影响了区域生态安全.在对三江平原湿地生态系统与耕地生态系统进行生态服务功能价值评估的基础上,考虑到粮食安全与生态安全的需要,该文对三江平原湿地保护与耕地开垦冲突进行了权衡,并提出了建议:①在湿地保护区的核心区域应坚决退耕还湿;②尽量使湿地集中连片,使其能发挥最大效益;③必要时应从流域层面考虑湿地的生态分水机制;④耕地开垦应严格控制规模.
[23]Li Jing, Li Hongyan, Zhang Liang.Ecosystem service trade-offs and in the Guanzhong-Tianshui economic of China
. Acta Ecological Sinica, 2016, 36(10): 1-10.
https://doi.org/10.5846/stxb201408261688URL [本文引用: 1]摘要
陆地表层植被作为生态系统主体,具有调节气候、水文调节、净化水质、保持水土等生态系统服务.理解生态系统服务权衡与协同的表现类型、形成机理、尺度依存和区域差异,对于制定区域发展与生态保护“双赢”的政策措施具有重要意义.以关天经济区为主要研究对象,利用相关模型,计算关天经济区生态系统NPP,固碳释氧,水文调节,水土保持,粮食生产等生态系统服务价值,利用ESCI和ESSI两个指数研究其生态系统服务价值时空变化,利用相关系数和空间制图的方法研究它们之间的相互权衡协同关系.结果表明:从时间角度分析,各项生态服务价值都呈现逐渐增加的趋势;从空间角度分析,2000年和2010年存在相似的空间分布格局,从北向南,NPP和固碳释氧的价值逐渐增大,水土保持价值变化量的大小也呈现不断增加的趋势,北部变化量小,南部变化量大,水文调节价值从西向东增大,从北向南增大,粮食生产价值量最小的是西安市市区,粮食生产价值量最大的是西安市的郊区和郊县及咸阳市.2000年到2010年间,调节型生态系统服务与供给型生态系统服务之间存在着此消彼长的权衡关系;各个区县的总生态服务价值指数从北向南、从西向东是不断增大的.
[李晶, 李红艳, 张良. 关中—天水经济区生态系统服务权衡与协同关系
. 生态学报, 2016, 36(10): 1-10.]
https://doi.org/10.5846/stxb201408261688URL [本文引用: 1]摘要
陆地表层植被作为生态系统主体,具有调节气候、水文调节、净化水质、保持水土等生态系统服务.理解生态系统服务权衡与协同的表现类型、形成机理、尺度依存和区域差异,对于制定区域发展与生态保护“双赢”的政策措施具有重要意义.以关天经济区为主要研究对象,利用相关模型,计算关天经济区生态系统NPP,固碳释氧,水文调节,水土保持,粮食生产等生态系统服务价值,利用ESCI和ESSI两个指数研究其生态系统服务价值时空变化,利用相关系数和空间制图的方法研究它们之间的相互权衡协同关系.结果表明:从时间角度分析,各项生态服务价值都呈现逐渐增加的趋势;从空间角度分析,2000年和2010年存在相似的空间分布格局,从北向南,NPP和固碳释氧的价值逐渐增大,水土保持价值变化量的大小也呈现不断增加的趋势,北部变化量小,南部变化量大,水文调节价值从西向东增大,从北向南增大,粮食生产价值量最小的是西安市市区,粮食生产价值量最大的是西安市的郊区和郊县及咸阳市.2000年到2010年间,调节型生态系统服务与供给型生态系统服务之间存在着此消彼长的权衡关系;各个区县的总生态服务价值指数从北向南、从西向东是不断增大的.
[24]Zhu Wenquan, Pan Yaozhong, Zhang Jinshui.Estimation of net primary productivity of Chinese terrestrial vegetation based on remote sensing
. Journal of Plant Ecology, 2007, 31(3): 413-424.
Magsci [本文引用: 1]摘要
该文在综合分析已有光能利用率模型的基础上,构建了一个净初级生产力(<EM>NPP</EM>)遥感估算模型,该模型体现了3方面的特色:1)将植被覆盖分类引入模型,并考虑植被覆盖分类精度对 <EM>NPP</EM> 估算的影响,由它们共同决定不同植被覆盖类型的归一化植被指数(<EM>NDVI</EM>)最大值;2)根据误差最小的原则,利用中国的<EM>NPP</EM>实测数据,模拟出各植被类型的最大光能利用率,使之更符合中国的实际情况;3)根据区域蒸散模型来模拟水分胁迫因子,与土壤水分子模型相比,这在一定程度上对有关参数实行了简化,使其实际的可操作性得到加强。模拟结果表明,1989~1993年中国陆地植被<EM>NPP</EM>平均值为3.12 Pg C (1 Pg=10<SUP>15</SUP> g),<EM>NPP</EM>模拟值与观测值比较接近,690个实测点的平均相对误差为4.5%;进一步与其它模型模拟结果以及前人研究结果的比较表明,该文所构建的<EM>NPP</EM>遥感估算模型具有一定的可靠性,说明在区域及全球尺度上,利用地 理信息系统技术将遥感数据和各种观测数据集成在一起,并对<EM>NPP</EM>模型进行参数校正, 基本上可以实现全球范围不同生态系统<EM>NPP</EM>的动态监测。
[朱文泉, 潘耀忠, 张锦水. 中国陆地植被净初级生产力遥感估算
. 植物生态学报, 2007, 31(3): 413-424.]
Magsci [本文引用: 1]摘要
该文在综合分析已有光能利用率模型的基础上,构建了一个净初级生产力(<EM>NPP</EM>)遥感估算模型,该模型体现了3方面的特色:1)将植被覆盖分类引入模型,并考虑植被覆盖分类精度对 <EM>NPP</EM> 估算的影响,由它们共同决定不同植被覆盖类型的归一化植被指数(<EM>NDVI</EM>)最大值;2)根据误差最小的原则,利用中国的<EM>NPP</EM>实测数据,模拟出各植被类型的最大光能利用率,使之更符合中国的实际情况;3)根据区域蒸散模型来模拟水分胁迫因子,与土壤水分子模型相比,这在一定程度上对有关参数实行了简化,使其实际的可操作性得到加强。模拟结果表明,1989~1993年中国陆地植被<EM>NPP</EM>平均值为3.12 Pg C (1 Pg=10<SUP>15</SUP> g),<EM>NPP</EM>模拟值与观测值比较接近,690个实测点的平均相对误差为4.5%;进一步与其它模型模拟结果以及前人研究结果的比较表明,该文所构建的<EM>NPP</EM>遥感估算模型具有一定的可靠性,说明在区域及全球尺度上,利用地 理信息系统技术将遥感数据和各种观测数据集成在一起,并对<EM>NPP</EM>模型进行参数校正, 基本上可以实现全球范围不同生态系统<EM>NPP</EM>的动态监测。
[25]Li Wei1, Zhang Guoming, Li Zhaojun. The spatio-temproal pattern of net primary productivity of terrestrial ecosystem in East Asia region
. Acta Ecologica Sinica, 2008, 28(9): 4173-4183.
Magsci [本文引用: 1]摘要
利用植被分类数据、NDVI数据、气象数据以及观测数据,基于CASA生态系统模型,估算了东亚地区(10~70°N,70~170°E)陆地生态系统植被净第一性生产力。结果表明:1982~1999年研究区总NPP呈现波动增加趋势,平均每年增加008833PgC。18a间NPP平均值为14.24 PgC,约占全球总NPP的22.6%~23.9%。研究区NPP年变化呈单峰曲线,最大值出现在7月份,达2.98PgC,全年中NPP积累主要发生在4~10月份,该时段内NPP总量占全年总量的86.81%。春、夏、秋、冬四季NPP平均总量分别为:2.31、8.16、2.79、1.10 PgC,分别占全年NPP平均总量的16.20%、57.27%、19.58%、773%。将NPP年平均值分成3个范围:低值区(7.82~300gC·m-2)、中值区(301~700 gC·m-2)、高值区(>700 gC·m-2),分别研究了其空间分布特征。
[李伟, 张国明, 李兆君. 东亚地区陆地生态系统净第一性生产力时空格局
. 生态学报, 2008, 28(9): 4173-4183.]
Magsci [本文引用: 1]摘要
利用植被分类数据、NDVI数据、气象数据以及观测数据,基于CASA生态系统模型,估算了东亚地区(10~70°N,70~170°E)陆地生态系统植被净第一性生产力。结果表明:1982~1999年研究区总NPP呈现波动增加趋势,平均每年增加008833PgC。18a间NPP平均值为14.24 PgC,约占全球总NPP的22.6%~23.9%。研究区NPP年变化呈单峰曲线,最大值出现在7月份,达2.98PgC,全年中NPP积累主要发生在4~10月份,该时段内NPP总量占全年总量的86.81%。春、夏、秋、冬四季NPP平均总量分别为:2.31、8.16、2.79、1.10 PgC,分别占全年NPP平均总量的16.20%、57.27%、19.58%、773%。将NPP年平均值分成3个范围:低值区(7.82~300gC·m-2)、中值区(301~700 gC·m-2)、高值区(>700 gC·m-2),分别研究了其空间分布特征。
[26]Dong Dan, Ni Jian.Modeling changes of net primary productivity of karst vegetation in southwestern China using the CASA model
. Acta Ecologica Sinica, 2011, 31(7): 1855-1866.
Magsci摘要
基于SPOT <em>NDVI</em>遥感数据并结合数字高程模型、气象数据和植被参数,利用实测植被生产力计算和修正最大光能利用率,通过改进CASA过程模型,估算了中国西南喀斯特地区1999-2003年的植被净第一性生产力(<em>NPP</em>)。结果表明:(1)改进后的CASA模型模拟的植被<em>NPP</em>与实测值相关性显著,可较好用于西南喀斯特植被的<em>NPP</em>估算;(2)西南8省市区1999-2000年喀斯特和非喀斯特植被的<em>NPP</em>有轻度增加,但空间变化不显著,2001年低值区范围增加,2002年<em>NPP</em>高值区的范围明显扩大,随后在2003年又降低,但仍高于2001年;(3)5a间西南喀斯特地区年<em>NPP</em>的变化范围是381.7-439.9 gC m<sup>-2</sup> a<sup>-1</sup>,平均值为402.34 gC m<sup>-2</sup> a<sup>-1</sup>,逐年<em>NPP</em>波动中呈现总体增长趋势,平均增加值为9.93 gC m<sup>-2</sup> a<sup>-1</sup>,5a总增加量为11TgC,但非喀斯特地区的年<em>NPP</em>平均值和增加值都大于喀斯特地区;(4)5a间喀斯特地区的热带森林、亚热带森林、灌丛和草地的逐年<em>NPP</em>均小于非喀斯特地区,温带森林和农业植被则相反;这6种典型植被年<em>NPP</em>均呈增加趋势,热带森林的增加值最大,草地最小,非喀斯特地区植被<em>NPP</em>的增长趋势相似,但每种植被的年<em>NPP</em>增加值均大于喀斯特地区。西南喀斯特地区植被<em>NPP</em>的时空变化与气温、降水和太阳辐射的变化有关,而喀斯特植被<em>NPP</em>低于非喀斯特地区,则主要由喀斯特地区水分匮缺、土壤贫瘠等恶劣条件而抑制植物生长造成的。
[董丹, 倪健. 利用CASA模型模拟西南喀斯特植被净第一性生产力
. 生态学报, 2011, 31(7): 1855-1866.]
Magsci摘要
基于SPOT <em>NDVI</em>遥感数据并结合数字高程模型、气象数据和植被参数,利用实测植被生产力计算和修正最大光能利用率,通过改进CASA过程模型,估算了中国西南喀斯特地区1999-2003年的植被净第一性生产力(<em>NPP</em>)。结果表明:(1)改进后的CASA模型模拟的植被<em>NPP</em>与实测值相关性显著,可较好用于西南喀斯特植被的<em>NPP</em>估算;(2)西南8省市区1999-2000年喀斯特和非喀斯特植被的<em>NPP</em>有轻度增加,但空间变化不显著,2001年低值区范围增加,2002年<em>NPP</em>高值区的范围明显扩大,随后在2003年又降低,但仍高于2001年;(3)5a间西南喀斯特地区年<em>NPP</em>的变化范围是381.7-439.9 gC m<sup>-2</sup> a<sup>-1</sup>,平均值为402.34 gC m<sup>-2</sup> a<sup>-1</sup>,逐年<em>NPP</em>波动中呈现总体增长趋势,平均增加值为9.93 gC m<sup>-2</sup> a<sup>-1</sup>,5a总增加量为11TgC,但非喀斯特地区的年<em>NPP</em>平均值和增加值都大于喀斯特地区;(4)5a间喀斯特地区的热带森林、亚热带森林、灌丛和草地的逐年<em>NPP</em>均小于非喀斯特地区,温带森林和农业植被则相反;这6种典型植被年<em>NPP</em>均呈增加趋势,热带森林的增加值最大,草地最小,非喀斯特地区植被<em>NPP</em>的增长趋势相似,但每种植被的年<em>NPP</em>增加值均大于喀斯特地区。西南喀斯特地区植被<em>NPP</em>的时空变化与气温、降水和太阳辐射的变化有关,而喀斯特植被<em>NPP</em>低于非喀斯特地区,则主要由喀斯特地区水分匮缺、土壤贫瘠等恶劣条件而抑制植物生长造成的。
[27]Zhang Yili, Qi Wei, Zhou Caiping, et al.Spatial and temporal variability in the net primary production (NPP) of alpine grassland on Tibetan Plateau from 1982 to 2009
. Acta Geographica Sinica, 2013, 68(9): 1197-1211.
https://doi.org/10.11821/dlxb201309004Magsci [本文引用: 1]摘要
基于1982-2009 年间的遥感数据和野外台站生态实测数据,利用遥感生产力模型(CASA模型) 估算青藏高原高寒草地植被净初级生产力(NPP),分别从地带属性(自然地带、海拔高程、经纬度)、流域、行政区域(县级) 等方面对其时空变化过程进行分析,阐述了1982 年以来青藏高原高寒草地植被NPP的时空格局与变化特征。结果表明:① 青藏高原高寒草地NPP多年均值的空间分布表现为由东南向西北逐渐递减;1982-2009 年间,青藏高原高寒草地的年均总NPP为177.2&#215;10<sup>12</sup> gC&#183;yr<sup>-1</sup>,单位面积年均植被NPP为120.8 gC&#183;m<sup>-2</sup>yr<sup>-1</sup>;② 研究时段内,青藏高原高寒草地年均NPP 在112.6~129.9 gC&#183;m<sup>-2</sup>yr<sup>-1</sup> 间,呈波动上升的趋势,增幅为13.3%;NPP 增加的草地占草地总面积的32.56%、减少的占5.55%;③ 青藏高原多数自然地带内的NPP呈增加趋势,仅阿里山地半荒漠、荒漠地带NPP呈轻微减低趋势,其中高寒灌丛草甸地带和草原地带的NPP增长幅度明显大于高寒荒漠地带;年均NPP增加面积比随着海拔升高呈现"升高—稳定—降低"的特点,而降低面积比则呈现"降低—稳定—升高"的特征;④ 各主要流域草地年均植被NPP均呈现增长趋势,其中黄河流域增长趋势显著且增幅最大。植被NPP和盖度及生长季时空变化显示,青藏高原高寒草地生态系统健康状况总体改善局部恶化。
[张镱锂, 祁威, 周才平. 青藏高原高寒草地净初级生产力(NPP)时空分异
. 地理学报, 2013, 68(9): 1197-1211.]
https://doi.org/10.11821/dlxb201309004Magsci [本文引用: 1]摘要
基于1982-2009 年间的遥感数据和野外台站生态实测数据,利用遥感生产力模型(CASA模型) 估算青藏高原高寒草地植被净初级生产力(NPP),分别从地带属性(自然地带、海拔高程、经纬度)、流域、行政区域(县级) 等方面对其时空变化过程进行分析,阐述了1982 年以来青藏高原高寒草地植被NPP的时空格局与变化特征。结果表明:① 青藏高原高寒草地NPP多年均值的空间分布表现为由东南向西北逐渐递减;1982-2009 年间,青藏高原高寒草地的年均总NPP为177.2&#215;10<sup>12</sup> gC&#183;yr<sup>-1</sup>,单位面积年均植被NPP为120.8 gC&#183;m<sup>-2</sup>yr<sup>-1</sup>;② 研究时段内,青藏高原高寒草地年均NPP 在112.6~129.9 gC&#183;m<sup>-2</sup>yr<sup>-1</sup> 间,呈波动上升的趋势,增幅为13.3%;NPP 增加的草地占草地总面积的32.56%、减少的占5.55%;③ 青藏高原多数自然地带内的NPP呈增加趋势,仅阿里山地半荒漠、荒漠地带NPP呈轻微减低趋势,其中高寒灌丛草甸地带和草原地带的NPP增长幅度明显大于高寒荒漠地带;年均NPP增加面积比随着海拔升高呈现"升高—稳定—降低"的特点,而降低面积比则呈现"降低—稳定—升高"的特征;④ 各主要流域草地年均植被NPP均呈现增长趋势,其中黄河流域增长趋势显著且增幅最大。植被NPP和盖度及生长季时空变化显示,青藏高原高寒草地生态系统健康状况总体改善局部恶化。
[28]Ren Zhiyuan, Liu Yanxu .Contrast in vegetation net primary productivity estimation models and ecological effect value evaluation in Northwest China. Chinese Journal of Eco-
Agriculture, 2013, 21(4): 494-502.
Magsci [本文引用: 1]摘要
净初级生产力(NPP)是绿色植物在单位时间和单位面积上所能产生的有机干物质总量, 是地球碳氧循环研究的关键问题之一。通过使用不同模型进行NPP物质量测算并换算为价值量, 分析2000-2009年西北地区NPP价值的时空分异特征, 了解西北地区近年植被生态效应的变化格局与趋势。结果表明: (1) CASA模型估算出耕地、草地、常绿针叶林的平均NPP分别为4.15 t?hm<sup>-2</sup>、4.87 t?hm<sup>-2</sup>和7.35 t?hm<sup>-2</sup>, 统计模型中综合模型与北京模型和CASA模型估算结果最为相近; (2)研究区NPP价值随时间序列递增, 耕地与建设用地的增幅集中在2000-2003年, 而草地与未利用地增幅集中于2006-2009年, 草地增长最快, 2009年达7.91 107 万元; (3)以县域为单元分析NPP价值空间差异, 空间分布的不对称性、趋向均值的偏离程度有所增加, 但高值集聚特征也有所加强; (4) NPP价值的空间集聚变化有低值快速升高、高值继续升高、较高值出现下降3种趋势, 青藏高原与黄土高原NPP价值增速最快。NPP价值升高趋势比下降趋势更明显, 反映了西北地区生态环境呈现整体好转、局部恶化的态势。
[任志远, 刘焱序. 西北地区植被净初级生产力估算模型对比与其生态价值评价
. 中国生态农业学报, 2013, 21(4): 494-502.]
Magsci [本文引用: 1]摘要
净初级生产力(NPP)是绿色植物在单位时间和单位面积上所能产生的有机干物质总量, 是地球碳氧循环研究的关键问题之一。通过使用不同模型进行NPP物质量测算并换算为价值量, 分析2000-2009年西北地区NPP价值的时空分异特征, 了解西北地区近年植被生态效应的变化格局与趋势。结果表明: (1) CASA模型估算出耕地、草地、常绿针叶林的平均NPP分别为4.15 t?hm<sup>-2</sup>、4.87 t?hm<sup>-2</sup>和7.35 t?hm<sup>-2</sup>, 统计模型中综合模型与北京模型和CASA模型估算结果最为相近; (2)研究区NPP价值随时间序列递增, 耕地与建设用地的增幅集中在2000-2003年, 而草地与未利用地增幅集中于2006-2009年, 草地增长最快, 2009年达7.91 107 万元; (3)以县域为单元分析NPP价值空间差异, 空间分布的不对称性、趋向均值的偏离程度有所增加, 但高值集聚特征也有所加强; (4) NPP价值的空间集聚变化有低值快速升高、高值继续升高、较高值出现下降3种趋势, 青藏高原与黄土高原NPP价值增速最快。NPP价值升高趋势比下降趋势更明显, 反映了西北地区生态环境呈现整体好转、局部恶化的态势。
[29]Chen Yinzhen.Research on the function of the water conservation and the soil protection of forest in Three-Gorges area, Yangtze River
[D]. Beijing: Beijing Forestry University, 2007.
[本文引用: 1]

[陈引珍. 三峡库区森林植被水源涵养及其保土功能研究
[D]. 北京: 北京林业大学, 2007.]
[本文引用: 1]
[30]Qin Jiali, Yang Wanqin, Zhang Jian.Assessment of ecosystem water conservation valuein the Upper Minjiang River, Sichuan, China
. Chinese Journal of Applied and Environmental Biology, 2009, 15(4): 453-458.
https://doi.org/10.3724/SP.J.1145.2009.00453URL [本文引用: 1]摘要
值均较小.3种典型生态系统中以森林生态系统水源涵养价值最大.占总价值的39.92%,灌从和草地生态系统分别占33.73%和26.35%.森林生态系统中以冷杉林的水源涵养最和价值为最高,占整个森林系统涵养水源价值的51.22%,整个研究区价值的20.48%,在涵养水源过程中占据主导地位.图2表4参31
[秦嘉励, 杨万勤, 张健. 岷江上游典型生态系统水源涵养量及价值评估
. 应用与环境生物学报, 2009, 15(4): 453-458.]
https://doi.org/10.3724/SP.J.1145.2009.00453URL [本文引用: 1]摘要
值均较小.3种典型生态系统中以森林生态系统水源涵养价值最大.占总价值的39.92%,灌从和草地生态系统分别占33.73%和26.35%.森林生态系统中以冷杉林的水源涵养最和价值为最高,占整个森林系统涵养水源价值的51.22%,整个研究区价值的20.48%,在涵养水源过程中占据主导地位.图2表4参31
[31]Li Jing, Ren Zhiyuan.Spation temporal change of water conservation value of Loess Plateau ecosystem in northern Shaanxi Province
. Chinese Journal of Ecology, 2008, 27(2): 240-244.
URLMagsci [本文引用: 2]摘要
<FONT face=Verdana>在GIS支持下,采用水量平衡法、容量折算法等计算了生态系统涵养水源的物质量,采用成本核算、市场价格法等计算了涵养水源的价值量。结果表明:陕北黄土高原生态系统涵养水源量及其价值在1978—2000年总体呈先增加再减少的趋势,其中,1978—1990年生态系统总涵养水源数量从15.98×10<SUP>9</SUP> t·a<SUP>-1</SUP>增加到19.19×10<SUP>9</SUP> t·a<SUP>-1</SUP>,总涵养水源价值从10.71×10<SUP>9</SUP>元·a<SUP>-1</SUP>增加到12.86×10<SUP>9</SUP>元·a<SUP>-1</SUP>,年均递增率为1.39%;1990—2000年生态系统总涵养水源数量从19.19×10<SUP>9</SUP> t·a<SUP>-1</SUP>减少到17.96×10<SUP>9</SUP> t·a<SUP>-1</SUP>,总涵养水源价值从12.86×10<SUP>9</SUP>元·a<SUP>-1</SUP>减少到12.03×10<SUP>9</SUP>元·a<SUP>-1</SUP>,年均递减率为0.68%。陕北黄土高原生态系统涵养水源量及涵养水源价值在空间分布上存在一定的差异,呈现南北高、中部低的趋势。<BR><BR></FONT>
[李晶, 任志远. 陕北黄土高原生态系统涵养水源价值的时空变化
. 生态学杂志, 2008, 27(2): 240-244.]
URLMagsci [本文引用: 2]摘要
<FONT face=Verdana>在GIS支持下,采用水量平衡法、容量折算法等计算了生态系统涵养水源的物质量,采用成本核算、市场价格法等计算了涵养水源的价值量。结果表明:陕北黄土高原生态系统涵养水源量及其价值在1978—2000年总体呈先增加再减少的趋势,其中,1978—1990年生态系统总涵养水源数量从15.98×10<SUP>9</SUP> t·a<SUP>-1</SUP>增加到19.19×10<SUP>9</SUP> t·a<SUP>-1</SUP>,总涵养水源价值从10.71×10<SUP>9</SUP>元·a<SUP>-1</SUP>增加到12.86×10<SUP>9</SUP>元·a<SUP>-1</SUP>,年均递增率为1.39%;1990—2000年生态系统总涵养水源数量从19.19×10<SUP>9</SUP> t·a<SUP>-1</SUP>减少到17.96×10<SUP>9</SUP> t·a<SUP>-1</SUP>,总涵养水源价值从12.86×10<SUP>9</SUP>元·a<SUP>-1</SUP>减少到12.03×10<SUP>9</SUP>元·a<SUP>-1</SUP>,年均递减率为0.68%。陕北黄土高原生态系统涵养水源量及涵养水源价值在空间分布上存在一定的差异,呈现南北高、中部低的趋势。<BR><BR></FONT>
[32]Zhang Yisheng.The food supply situation simulation analysis based on Logistic model
[D]. Shandong Tai'an: Shandong Agricultural University, 2014.
[本文引用: 1]

[张义升. 基于Logistic模型的食物供给情况模拟分析
[D]. 泰安: 山东农业大学, 2014.]
[本文引用: 1]
[33]Maria R Felipe-Lucia, Comin A Francisco, Elena M Bennett-Elena. Interactions among ecosystem services across land uses in a floodplain Agroecosystem
. Ecology and Society, 2014, 19(1): 1-20.
https://doi.org/10.5751/ES-06249-190120URL [本文引用: 1]摘要
Abstract Managing human-dominated landscapes such as agroecosystems is one of the main challenges facing society today. Decisions about land-use management in agroecosystems involve spatial and temporal trade-offs. The key scales at which these trades-offs occur are poorly understood for most systems, and quantitative assessments of the services provided by agroecosystems under different combinations of land uses are rare. To fill these knowledge gaps, we measured 12 ecosystem services (ES), including climate regulation, gas regulation, soil stability, nutrient regulation, habitat quality, raw material production, food production, fishing, sports, recreation, education, and social relationships, in seven common land-use types at three spatial scales, i.e., patch, municipality, and landscape, in a riparian floodplain in Spain. We identified the provision of each ES in each land-use type either by direct measurement or from public databases. We analyzed the interactions, i.e., trade-offs and synergies, among ES across land uses and spatial scales and estimated ES provision in several land-use change scenarios. Our results illustrated that each land-use type provides unique bundles of ES and that the spatial scale at which measurements were taken affected the mixture of services. For instance, a land-use type with low provision of services per hectare but with an extensive area can supply more services to the overall landscape than a land-use type supplying higher values of services per hectare but with a smaller extent. Hence, riparian forest supplied the most service of any land-use type at the patch scale, but dry cereal croplands provided the most services across the municipality and landscape because of their large area. We found that most ES should be managed primarily at the patch scale, but food production, fishing, and social relationships were more relevant to manage at the municipality scale. There was great variability in ES interactions across scales with different causes of trade-offs at each scale. We identified more significant synergies among ES than trade-offs. Trade-offs were originated because some services were mutually incompatible within a given land use, whereas the provision of others depended on land-management decisions within a land-use type. Thus, we propose a classification of ES interactions that incorporates societal values as drivers of management decisions along with biophysical factors as likely causes of ES trade-offs and conclude with practical suggestions to reduce trade-offs and to enhance the supply of multiple ES to society.
[34]Yang Xiaonan, Li Jing, Qin Keyu, et al.Trade-offs between ecosystem services in Guanzhong-Tianshui economic region
. Acta Geographica Sinica, 2015, 70(11): 1762-1773.
https://doi.org/10.11821/dlxb201511006URLMagsci摘要
<p>关中&mdash;天水经济区是西部大开发规划中提出的需要重点发展的第三个经济区,经济迅速发展的同时带给生态环境巨大压力,因此研究关中&mdash;天水经济区的生态系统服务变化以及生态系统服务之间的关系,对经济区的可持续发展具有重要意义。本文测算了2000年至2010年关中&mdash;天水经济区的净初级生产力(NPP)、保水量以及土壤侵蚀量&mdash;&mdash;反映狭义上的保土服务功能(减少土壤侵蚀),引入玫瑰图以及生产可能性边界方法研究这三种生态系统服务之间的权衡和协同关系,并对2030年关中&mdash;天水经济区的土地利用类型进行情景模拟,在不同情景下研究净初级生产力(NPP)保水以及土壤侵蚀三者的空间分布和相互之间权衡和协同关系。结果表明:NPP与保水之间存在协同关系,NPP的增加会促进保水量的提高,反过来,保水量的增加有利于NPP的积累;NPP与土壤侵蚀以及保水与土壤侵蚀之间为权衡关系,NPP、保水的增长有利于减少土壤侵蚀,增加土壤保持量;保护情景下获得的NPP与保水量最多,土壤侵蚀量最少,是最优的土地利用类型方案,最有利于生态环境;不同情景下NPP与土壤侵蚀以及保水与土壤侵蚀之间也存在权衡关系。</p>
[杨晓楠, 李晶, 秦克玉, . 关中—天水经济区生态系统服务的权衡关系
. 地理学报, 2015, 70(11): 1762-1773.]
https://doi.org/10.11821/dlxb201511006URLMagsci摘要
<p>关中&mdash;天水经济区是西部大开发规划中提出的需要重点发展的第三个经济区,经济迅速发展的同时带给生态环境巨大压力,因此研究关中&mdash;天水经济区的生态系统服务变化以及生态系统服务之间的关系,对经济区的可持续发展具有重要意义。本文测算了2000年至2010年关中&mdash;天水经济区的净初级生产力(NPP)、保水量以及土壤侵蚀量&mdash;&mdash;反映狭义上的保土服务功能(减少土壤侵蚀),引入玫瑰图以及生产可能性边界方法研究这三种生态系统服务之间的权衡和协同关系,并对2030年关中&mdash;天水经济区的土地利用类型进行情景模拟,在不同情景下研究净初级生产力(NPP)保水以及土壤侵蚀三者的空间分布和相互之间权衡和协同关系。结果表明:NPP与保水之间存在协同关系,NPP的增加会促进保水量的提高,反过来,保水量的增加有利于NPP的积累;NPP与土壤侵蚀以及保水与土壤侵蚀之间为权衡关系,NPP、保水的增长有利于减少土壤侵蚀,增加土壤保持量;保护情景下获得的NPP与保水量最多,土壤侵蚀量最少,是最优的土地利用类型方案,最有利于生态环境;不同情景下NPP与土壤侵蚀以及保水与土壤侵蚀之间也存在权衡关系。</p>
[35]Liu Yanxu, Xu Guang, Jiang Hongyuan, et al.Synergy between ecosystem services and ecosystem health in the forest area of Northeast China
. Progress in Geography, 2015, 34(6): 761-771.
https://doi.org/10.18306/dlkxjz.2015.06.011URL [本文引用: 2]摘要
明晰森林生态系统服务与生态系统健康之间的协同关系,是识别生态系统与人类福祉之间内在综合关联的有效途径.本文基于森林物质合成、土壤保持、水源涵养、净化空气、生物多样性维持等五项服务指标和林分结构活力、组织力、恢复力三项综合指标的估算与评价,对吉林省汪清林业局国有天然林生态系统服务与生态系统健康进行评估和进行相关性分析与热点识别.结果表明:随着植被群落的分异,各植被类型在空间上体现出差异化的优势生态服务类型和生态系统健康指标分布规律,而两者的热点分布均呈现“南多北少/东西部多中部少”的空间格局;相关分析显示,协同作用是各样本类型之间的主导关系,大部分生态系统服务与生态系统健康指标的增长并不会导致另一些指标的下降,不考虑木材供给的森林景观多功能性可以实现.研究结果可以为国有天然林停伐后林区社会—生态系统的管理模式优选和空间差异化管理提供决策支持.
[刘焱序, 徐光, 姜洪源, . 东北林区生态系统服务与健康协同分析
. 地理科学进展, 2015, 34(6): 711-761.]
https://doi.org/10.18306/dlkxjz.2015.06.011URL [本文引用: 2]摘要
明晰森林生态系统服务与生态系统健康之间的协同关系,是识别生态系统与人类福祉之间内在综合关联的有效途径.本文基于森林物质合成、土壤保持、水源涵养、净化空气、生物多样性维持等五项服务指标和林分结构活力、组织力、恢复力三项综合指标的估算与评价,对吉林省汪清林业局国有天然林生态系统服务与生态系统健康进行评估和进行相关性分析与热点识别.结果表明:随着植被群落的分异,各植被类型在空间上体现出差异化的优势生态服务类型和生态系统健康指标分布规律,而两者的热点分布均呈现“南多北少/东西部多中部少”的空间格局;相关分析显示,协同作用是各样本类型之间的主导关系,大部分生态系统服务与生态系统健康指标的增长并不会导致另一些指标的下降,不考虑木材供给的森林景观多功能性可以实现.研究结果可以为国有天然林停伐后林区社会—生态系统的管理模式优选和空间差异化管理提供决策支持.
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