流域生态系统服务时空权衡与协同关系研究：以甘肃白龙江流域为例

摘要

甘肃白龙江流域作为长江上游典型的山区流域，水源涵养和生态屏障作用突出，但位于青藏高原向秦巴山地和黄土高原过渡带，地形起伏多变，水土流失严重。同时，处于国家级贫困县集中连片区（秦巴山区）和甘肃省“十三五”农村扶贫重点区域，该流域正面临着加快转变经济发展方式、逐步推进脱贫致富的严峻挑战。因此，在GIS空间分析和InVEST模型的支持下，对1990~2016年的4种典型生态系统服务（食物供给、土壤保持、水源涵养和生境质量）进行评估，并通过雷达图、时空相关性分析和聚类分析等，在流域、县区、地形（地貌、海拔）和主要地类上开展生态系统服务结构时空变化、时空权衡与生态功能分区研究。主要结论如下：　　（1）生态系统服务结构时空变化。1990~2016年，除食物供给持续增加外，流域其余3种服务（土壤保持、水源涵养和生境质量）均经2002年先降后增；4个年份的生态系统服务结构依次表现为“水土保持供给”型（1990年）、“不可持续供给”型（2002年）、“生境支持供给”型（2010年）和“可持续供给”型（2016年）。受流域自然过程和社会经济活动的时空差异影响，食物供给聚集于宕昌和武都的中山、河谷农业区，其余3种服务则主要分布于林、草区；随海拔抬升，土壤保持整体减弱，水源涵养和生境质量则整体先增后减。这种生态系统服务的时空分布最终致使各县区、地形和主要地类上的生态系统服务结构存在时空差异。　　（2）生态系统服务的时空相关性。流域单元上，各年份食物供给分别与其余3种服务呈静态显著负相关，其余3种服务间均呈静态显著正相关。水源涵养与土壤保持在前两个时段（1990~2002年、2002~2010年）为程度增加的动态显著正相关，而后（2010~2016年）骤变为动态显著负相关；与食物供给的关系则相反。食物供给与土壤保持在中间时段（2002~2010年）动态显著负相关，首末时段（1990~2002年、2010~2016年）关系不明显，与生境质量则相反。生境质量与土壤保持由前两时段的关系不明显转变为动态弱正相关；与水源涵养则由动态显著正相关渐变为弱负相关。相较于流域，服务间的时空相关性在县区、地貌和地类上存在一定差异，这种差异在关系方向和关系程度上均有体现。　　（3）生态系统服务的时空权衡与协同关系。流域单元上，食物供给分别与水源涵养、土壤保持的权衡强度以2002年为拐点呈先增后减趋势；食物供给与生境质量间的权衡强度以及土壤保持、水源涵养和生境质量三者间协同强度呈先减后增趋势。空间分布上，前两对服务的高权衡强度区主要集中于宕昌北部和舟曲－武都－文县段白龙江两岸的农耕区；后四对服务间的高强度区则分布在林、草区。大部分空间单元上服务间关系程度的变化均以2002年为拐点，而各单元间的关系程度及其与流域程度的对比存在较大差异。这表明各单元上服务间时空权衡与协同程度表现为全局一致性和局部差异性的统一。　　（4）生态功能分区。基于生态系统服务簇将流域划分为白水江下游生态保育区、大团鱼河下游生态保育区、白龙江水源与生境保育区、白龙江生态农业区和白龙江农业核心区等5个生态功能区。并进一步综合各功能区的社会生态要素、“综合生态效益”影响因素等方面的差异，提出区域化生态系统管理建议，以期为本流域社会经济发展与生态文明建设提供科学指导。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 生态系统服务的概念

1.2.2 生态系统服务权衡与协同关系的概念与分类

1.2.3 生态系统服务权衡与协同关系识别及其成因

1.3 选题依据及意义

1.4 研究内容与论文框架

1.4.1 拟解决的科学问题

1.4.2 研究目的

1.4.3 研究内容

1.4.4 论文框架

1.4.5 技术路线

第二章 研究区概况

2.1 自然条件概况

2.1.1 地形地貌

2.1.2 气候水文

2.1.3 土壤植被

2.2 社会经济概况

第三章 研究方法与数据

3.1 生态系统服务评估方法

3.1.1 食物供给

3.1.2 土壤保持

3.1.3 水源涵养

3.1.4 生境质量

3.2 流域生态系统服务权衡与协同关系

3.2.1 制图法：生态系统服务结构雷达图

3.2.2 统计分析法：相关性分析、均方根偏差

3.3 流域生态系统服务分区及其成因

3.2.3 分区方法：生态系统服务簇

3.2.4 分区成因：地理探测器

第四章 流域生态系统服务权衡/协同的时空关系

4.1 不同空间单元下生态系统服务结构变化

4.1.1流域生态系统服务结构变化

4.1.2各县区生态系统服务结构变化

4.1.3各地貌区生态系统服务结构变化

4.1.4各用地上生态系统服务结构变化

4.2 不同空间单元下生态系统服务间的相关性时空分析

4.2.1流域生态系统服务相关性分析

4.2.2各县区生态系统服务相关性分析

4.2.3各地貌区生态系统服务相关性分析

4.2.4各用地上生态系统服务相关性分析

4.3 气候变化对生态系统服务的影响

4.4 本章小结

第五章 流域生态系统服务权衡关系的时空量化

5.1 不同空间单元上生态系统服务权衡强度时空分析

5.1.1 流域生态系统服务权衡强度时空分析

5.1.2各县区生态系统服务权衡强度时空分析

5.1.3各海拔段生态系统服务权衡强度时空分析

5.1.4各用地上生态系统服务权衡强度时空变化

5.2 景观视角下生态系统服务权衡强度成因初探

5.3 本章小结

第六章 基于生态系统服务簇的流域分区与管理意见

6.1 流域生态系统服务集成分区

6.1.1 各生态功能区社会生态差异

6.1.2 各生态功能区服务变化及其权衡/协同关系

6.2 流域生态功能分区成因

6.2.1 单一因子贡献率

6.2.2 双因子交互作用

6.3 流域分区管理意见

6.3.1 流域各生态功能区管理意见

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 创新之处

7.3不足与展望

参考文献

在学期间研究成果

致谢