重大生态工程实施是提高生态系统服务的重要手段，但提升所关注的生态系统服务（如土壤保持）经常以牺牲其他生态系统服务（如粮食生产）为代价，生态系统服务呈现的这种权衡关系既表现在不同类型之间，也表现在不同空间尺度，还随着时间变化而不断变化，给生态工程的生态效益带来巨大不确定性。尽管已有研究清晰认识到生态系统服务权衡关系的广泛存在，但如何揭示和量化这些权衡关系所带来的多尺度影响及其时间动态，仍是评估重大生态工程生态效益与可持续性、科学开展生态恢复亟需解决的难点。
针对这些问题，研究组提出整合生态系统服务权衡、空间尺度及时间动态的分析方法，并以我国海河流域内三北防护林、京津风沙源治理工程为例，综合采用长期水文观测、遥感反演、生态系统服务评估模型及多元统计方法等手段，发现：生态工程实施过程中，海河流域山区工程覆盖区61.45%的面积防风固沙服务得到提高，但水资源供给服务在工程实施18年后发生显著降低。这种权衡关系随着生态恢复时间延长在多个空间尺度产生效应：局地尺度上的土壤水含量降低和植被退化、流域尺度下游可利用水资源减少、区域尺度上的山前平原地下水位下降。气候变化在这些复杂的权衡关系及其多尺度影响中扮演了重要的推动角色。
图1 海河流域山区防风固沙与水资源供给服务权衡特征、驱动因素及尺度效应
该项研究以生态系统服务科学为基础，为深化认识生态系统服务复杂的权衡关系、全面认识和评估重大生态工程的多尺度生态效益、增强工程可持续性提供了新的思路。海河流域三北防护林和京津风沙源治理工程的案例分析表明：重大生态工程的设计与实施，需要充分考虑生态系统服务权衡特征及其带来的多尺度效应，需要充分考虑未来气候变化对工程多尺度效应带来的影响，才能增强生态效益的稳定性和生态工程的可持续性。这一研究为世界上其他区域科学开展生态恢复工程、持续提高生态效益提供了新的视角和系统的评估框架。
文章第一作者为李若男副研究员，通讯作者为郑华研究员。该研究得到了国家自然科学基金项目（41925005, 41871218）资助。
论文链接：https://advances.sciencemag.org/content/7/14/eabf8650
城市与区域生态国家重点实验室
2021年4月1日
