【摘 要】
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自然植被为人类提供多种重要的生态系统服务,不同植被类型的生态系统服务供给能力存在差异。地形是影响植被类型和生态系统服务的重要因素之一,然而,不同地形特征对植被类型和生态系统服务的影响尚未引起足够的重视。同时,植被变化对生态系统服务的非线性影响特征尚不明确,特别是植被影响生态系统服务的阈值是否存在,如何确定,以往的研究存在明显不足。因此,探索不同植被类型生态系统服务的地形梯度效应和植被阈值特征对生态
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自然植被为人类提供多种重要的生态系统服务,不同植被类型的生态系统服务供给能力存在差异。地形是影响植被类型和生态系统服务的重要因素之一,然而,不同地形特征对植被类型和生态系统服务的影响尚未引起足够的重视。同时,植被变化对生态系统服务的非线性影响特征尚不明确,特别是植被影响生态系统服务的阈值是否存在,如何确定,以往的研究存在明显不足。因此,探索不同植被类型生态系统服务的地形梯度效应和植被阈值特征对生态恢复管理决策和改善生态系统服务具有重要意义。本研究以川滇生态屏障区植被为研究对象,结合植被类型、气候、土壤、地形、NDVI等数据,基于In VEST 3.7.0模型开展了生态系统服务(产水量、碳储量、土壤保持和水质净化)评估与空间制图;采用层次聚类分析法识别了不同植被类型生态系统服务的相似性和差异性;运用方差分析探索了不同地形(海拔、坡度、地形起伏度和地形位指数)梯度下生态系统服务的空间差异;利用弹性分析法确定了不同植被类型和地形梯度下植被覆盖对生态系统服务的影响阈值。研究结果表明:(1)植被生态系统服务的空间分布特征:川滇生态屏障区植被类型以常绿针叶林、旱地和落叶阔叶灌丛为主,分别占比29.90%,12.12%和10.93%。常绿阔叶林主要分布在川滇生态屏障区的南部,旱地集中在川滇生态屏障区的东部,落叶阔叶灌丛主要出现在川滇生态屏障区的北部。产水量、碳储量、土壤保持和氮输出的平均值为450.35 mm、49.90 t/ha、143.48 t/ha和6.54 kg/ha。产水量的高值区位于中西部和西南部,而低值区位于东南部和北部。碳储量和土壤保持呈现西南高而东北低的趋势。氮输出高值区位于川滇生态屏障区的东北部,低值区位于川滇生态屏障区的中部和南部。天然林的碳储量(86.95 t/ha)和土壤保持(178.43 t/ha)最高,而产水量(310.78 mm)和氮输出(0.14 t/ha)最低。天然林的碳储量、土壤保持和水质净化高于人工林,而产水量则低于人工林。天然灌丛的产水量、碳储量和土壤保持高于天然草地,而水质净化则低于天然草地。耕地的氮输出最高,其生态系统服务均显著低于其他植被类型。常绿阔叶林、常绿针叶林和针阔混交林的生态系统服务较高,在生态建设中应重点保护。(2)地形梯度下植被与生态系统服务的空间异质性:常绿针叶林在海拔2400-3300 m占比最大(50.72%),落叶阔叶灌丛在海拔900–1700 m占比最大(19.23%),而旱地在在海拔200–900 m占比最高(33.73%)。天然林随海拔和地形位指数先增加后减少,天然灌丛随坡度、地形起伏度和地形位指数先增加后减少。人工林随着坡度和地形起伏度的增加而减少,而随着海拔和地形位指数先增加后减少。天然草地主要分布在高地形处,而耕地则多集中在低地形处。产水量在海拔3300–7200 m最大(641.97 mm),显著高于其他地形区域。土壤保持在坡度31.12°–77.81°最大(271.22 t/ha),显著高于其他地形区域。氮输出在海拔200–900 m、坡度0–8.54°、地形起伏度0–293 m和地形位指数0.11–0.83最高(17.63 kg/ha–20.47 kg/ha),随地形的增加而减少。碳储量和土壤保持随海拔和地形位指数先增加后减少,随坡度和地形起伏度的增加而增加。高地形因子地区产水量、碳储量和土壤保持较高,而低地形因子区域氮输出较高。(3)地形梯度下植被生态系统服务的阈值效应:区域尺度上,植被覆盖度与产水量和氮输出显著负相关(r=-0.350和-0.036,p<0.01),植被覆盖度与碳储量和土壤保持显著正相关(r=0.355和0.146,p<0.01)。植被覆盖度对生态系统服务的影响随地形梯度而发生变化。植被覆盖度在低地形因子处与氮输出呈现正相关关系,在高地形因子处对产水量呈现负相关关系。植被覆盖度在高地形因子处对碳储量的积极影响较大,而对土壤保持的影响较小。植被覆盖度对生态系统服务具有促进作用并且存在阈值。植被覆盖促进作用的阈值在天然林、天然灌丛、人工林和天然草地区域分别为0.86、0.79、0.85和0.83。生态系统服务对植被覆盖度的响应特征及植被影响阈值因地形因子而异。低地形因子下植被覆盖对生态系统服务促进作用的阈值较大,而高地形因子植被覆盖对生态系统服务促进作用的阈值较小。植被覆盖对生态系统服务的促进作用在超过阈值后趋于减弱。不同植被类型和地形梯度下的植被影响阈值可以为大规模的生态管理和适度恢复提供理论指导和决策支持。
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