基于多源数据的生态系统服务联动关系研究——以官厅水库流域张家口段为例

来源 :中国科学院大学(中国科学院空天信息创新研究院) | 被引量 : 0次 | 上传用户:kyy06
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生态系统服务可以提升人类生活水平,并在合理开发利用的前提下为人类提供可持续发展的基础。我国通过实施的大规模生态恢复计划以维持和恢复生态系统服务,在促进生态环境恢复方面取得了丰硕的成果,但同时生态系统服务间竞争关系加剧。在推进生态可持续发展的时代背景下,明确生态系统服务间的关系,对生态系统服务及其关系变化的驱动要素进行讨论,提出符合可持续发展要求的生态系统空间格局优化策略,对提升地区生态系统服务抗风险能力,实现生态系统服务能力最大化具有重要意义。论文以京津冀协同发展区的重要水源涵养地——官厅水库流域张家口段为例开展环境及生态系统服务定量评估,对2000-2016年气象要素、土地覆盖和调节、供给服务随时间的变化和空间分布特征进行识别。进一步研究多生态系统服务联动关系变化及其驱动机制,并以此为基础开展生态系统服务及其联动关系的尺度效应分析,最终根据研究区对生态系统服务建设的现实要求和可能面临的生态问题探讨可行的生态系统空间格局优化应对策略。基于以上分析,本研究得到的主要结论有:(1)与2000年相比,2016年官厅水库流域张家口段降水显著增加(135.45mm),增加地区集中在东部;气温下降不显著(0.05℃),东北部下降、西南部上升;两年气象要素变化特征与其多年变化趋势一致。森林、城镇面积有所增加,森林面积占比增加3.32%,城镇面积占比增加1.04%。其余土地覆盖类型面积减少,草地较2000年减少了6.74%,灌木减少4.46%,农田减少4.32%,水体和裸地分别减少5.26%和3.44%。两年土地覆盖空间分布特征变化不显著,呈相同类型聚集分布的特征,但2016年聚集程度有所降低。农田明显地沿河道分布,怀安中部、阳原大部分地区、蔚县中部、宣化、怀来农田较为集中;蔚县南部、崇礼是森林集中分布的地区;草地与农田、森林间隔分布,在研究区中部较为集中。(2)官厅水库流域张家口段整体生态环境得到显著提升,与2000年相比,2016年产流增加0.29%,水源涵养增加了1.98倍,产沙减少47.3%,氮流失减少23.13%,磷流失减少51.2%,土壤含碳增加72.51%。不同空间尺度上生态系统服务呈相似值聚集分布的特征。从空间分布特征上看,不同生态系统服务间存在一高一低、同高同低的关系;子流域尺度上生态系统服务与气象要素空间分布模式更相似,而水文响应单元尺度上则与土地覆盖空间分布模式契合度更高。(3)不同年份不同空间尺度上生态系统服务相关性特征相似,整体上均呈现出产流与其他生态系统服务间此消彼长的权衡关系。产流-水源涵养关系最强,其余生态系统服务间以协同关系为主。不同空间尺度上权衡强度最强的都是产流-水源涵养。大尺度上生态系统服务整体对气象因子更敏感,但也有部分生态系统服务(土壤保持和磷流失控制)受土地覆盖影响更大;小尺度上土地覆盖、坡度、土壤类型及属性对生态系统服务影响更大,且生态系统服务及(权衡)关系强度对土地覆盖变化的响应特征并不随空间尺度变化而变化。不同影响因素对两种生态系统服务贡献的差异大小是其对生态系统服务权衡强度贡献大小的决定性因素。总的来看,不同尺度上土地覆盖的变化对生态系统服务及其关系的综合影响要强于气象要素。(4)不同土地覆盖类型对生态系统服务的贡献有差异,利用差异特征可以制定针对不同生态建设目标的土地覆盖优化策略。常绿林可以增加土壤有机碳含量,同时可以大幅提升水源涵养能力,更适合在需要提升水源涵养和保护土壤健康的地区进行种植。落叶林的水源涵养能力一般,但可以有效增加土壤含碳量,减少产流,同时减少氮流失,在需要调节径流、增强氮流失控制和增加土壤含碳量的地区,种植落叶林是一个不错的选择。混交林对不同生态系统服务的贡献不大,但贡献差异较大,容易导致多重权衡,在强调生态系统服务协调发展的前提下,混交林不适合在与研究区气候条件和地貌特征相似的地区种植。草地对除了土壤固碳和氮流失控制外的所有生态系统服务都有贡献,并且可以缓解多对权衡。考虑到区域生态系统的协同发展,将部分导致强权衡发生的土地覆盖类型转为草地是可行的生态系统空间格局优化策略。需要注意的是,在草地转森林模式下,坡度变大将削弱多数生态系统服务并加剧多数权衡,制定不同土地覆盖规划策略时应注意地貌对生态系统服务恢复/提升和对权衡抑制的影响。
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