三峡库区森林生态系统服务权衡与协同分析

摘要

三峡库区地处中国长江中上游地区，因地形复杂，物种、群落丰富多样，成为中国以及世界关注的热点区域。由于受三峡大坝建设的影响，该地区生态环境压力日益增加，成为中国生态环境重点保护的地区之一，因此三峡库区森林生态系统既是三峡库区生态环境的重要保障又是生态系统服务发挥的主体。由于森林生态系统服务空间分布不均、服务种类多样以及在人类长期追求利益过程中的需求偏好，影响了各服务之间的相互关系，导致失衡。因此，为了能够全面认识森林生态系统服务以及之间权衡与协同，本文利用《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721-2008)和前人的研究以及GIS空间统计方法，对三峡库区1990-2015年间森林生态系统服务价值动态变化进行分析。为了使评价结果更能反映三峡库区森林生态系统服务的真实动态，本文结合库区森林林龄结构特点对各时期森林生态系统服务基础参数进行修正。在价值评估的基础上，利用相关性分析、权衡协同度模型以及图层叠加等方法，揭示1990-2015年三峡库区森林生态系统服务之间权衡与协同及其时空上的动态变化。研究结果如下:　　(1)各类型生态系统服务价值量的贡献表现为:涵养水源＞固碳释氧＞生物多样性保护＞保育土壤＞净化大气环境＞积累营养物质＞森林防护。三峡库区各森林类型的单位面积服务价值量与三峡库区整体的单位面积服务价值量有着相同的变化趋势，均表现为增加-减少-增加的变化特征。在空间上，涵养水源高值区整体上多分布在库首;保育土壤功能在库首地区整体较好，其次是腹地区域，库尾较低;2005年以后，固碳释氧高值区大面积增加，整体上以开县至云阳一线为界呈现东高西低的趋势;积累营养物质高值区所占面积逐渐增加，主要分布在库首以及腹地地区;净化大气环境和森林防护空间分布较为相似，高值区主要分布在库首以及腹地的南部;生物多样性保护整体上，呈现出两端高中间低的空间格局。　　(2)1990-2015年间，森林生态系统服务总价值呈现持续增加的趋势，由1537.90亿元增加到3067.42亿元，增长率为99.46％，具体则表现为快-慢-快的增长特征。空间上，三峡库区森林生态系统服务价值分布以巫溪至武隆一线为界，呈现出东南高，西北低的分布格局。变化幅度上，1990-2015年三峡库区森林生态系统服务价值变化在空间上呈现“西增加快，东增趋缓”的格局特点。　　(3)在三峡库区森林生态系统服务权衡与协同分析中，多种服务之间表现出协同关系。其中，涵养水源与多种生态系统服务之间的相关关系，在三峡库区整体区域上多以协同关系为主;而在库区的库首、腹地和库尾上多以权衡关系为主。在各指标间关系分析中发现，保肥(保N、P、K、有机物)是导致保育土壤与其他生态服务之间多表现出权衡的主要影响因素。　　(4)三峡库区各森林生态系统服务之间的权衡与协同在时间上呈现一定的动态变化，从整体上可以看出，三峡库区森林生态系统服务之间的相互关系多呈现出正向发展的趋势。多种服务之间的协同作用呈现出逐渐变强的趋势，森林防护与固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境服务之间的关系也随着时间的变化由权衡转变为了协同关系。而保育土壤与固碳释氧、积累营养物质等多科，生态系统服务之间的权衡关系随着时间变化表现出增强的趋势;森林防护与保育土壤、生物多样性保护之间的相关性由正相关逐渐成负相关。　　(5)通过权衡协同度模型分析生态系统服务之间的权衡与协同的空间差异，发现三峡库区森林生态系统服务之间的权衡协同度主要朝协同作用的方向发展。其中，涵养水源与保育土壤、生物多样性保护和保育土壤与积累营养物质、森林防护之间的权衡多分布在库首和腹地;涵养水源与固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境、森林防护之间的权衡主要分布在江津南部以及石柱和丰都的东南部，所占面积较小。而固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境、森林防护、生物多样性保护服务之间的协同作用的栅格数占比均达到了90％以上。　　(6)三峡库区主要生态系统服务(涵养水源、固碳释氧、生物多样性保护和保育土壤)间的权衡关系分布区域较广，尤其是强权衡区域，占森林总面积的51.59％，大部分分布在库区的东西两侧。弱权衡占13.29％，主要分布在库首的夷陵、秭归以及腹地的武隆、丰都和石柱。协同面积占森林总面积的35.13％，其中强协同占10.25％，主要分布在江津南部和巴东地区，以及秭归和夷陵的部分地区;弱协同占24.87％，主要分布在库区腹地以及零星分布在库首的兴山地区。　　(7)在热点区分析中，多重生态系统服务热点区呈现增加的趋势。1990-2010年5个时期的热点区最高能够提供5种生态系统服务，到2015年增加了能提供6和7种生态系统服务的区域。多重生态系统服务热点区多分布在巴东、兴山、秭归、石柱、丰都、涪陵和武隆等地区。1990-2015年，多重生态系统服务热点区增加的区域占比为79.04％;多重生态系统服务热点区减少的区域占比为14.37％。　　三峡库区实施了长江流域防护林工程、天然林资源保护工程、退耕还林工程等重点林业工程，伴随着森林面积的逐渐增加，使得三峡库区森林生态系统服务总价值得以提高。森林生态系统服务价值量的增加，既要重视森林面积的增长，更要重视单位面积价值量的增长，这在三峡库区乃至全国的林区都具有非常重要的意义。同时，通过探讨森林生态系统服务之间的关系，认识到三峡库区森林生态系统服务间权衡与协同时空动态变化，及提供服务能力组合的强弱。研究结果对进一步了解三峡库区森林生态系统服务功能及价值，并对其生态系统保护和管理具有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1．1研究背景

1．1．2研究意义

1．2国内外研究现状及发展趋势

1．2．1生态系统服务的研究进展

1．2．2生态系统服务权衡与协同的研究进展

1．2．3发展趋势

1．3研究内容

1．4技术路线

第二章研究区概况

2．1地理位置

2．2自然条件概况

2．2．1地貌特征

2．2．2气候特征

2．2．3土壤特征

2．2．4水文特征

2．2．5植被状况

第三章三峡库区森林生态系统服务评估与分析

3．1遥感数据处理与解译

3．1．1遥感数据来源

3．1．2遥感数据解译

3．2服务评估指标与评估方法

3．2．1评估指标

3．2．2评估方法

3．3三峡库区森林生态系统各服务类型时空变化

3．3．1森林生态系统各服务类型时间动态

3．3．2森林生态系统各服务类型空间动态

3．4三峡库区森林生态系统服务的时空变化

3．4．1森林生态系统服务时间动态

3．4．2森林生态系统服务空间动态

3．5小结

第四章三峡库区森林生态系统服务权衡分析

4．1三峡库区森林生态系统服务间关系分析方法

4．1．1 GIS均匀采样点技术

4．1．2生态系统服务权衡协同度模型

4．1．3 生态系统服务空间叠置

4．2三峡库区森林生态系统服务权衡分析

4．2．1三峡库区整体区域分析

4．2．2三峡库区分区域生态系统服务权衡分析

4．3三峡库区森林生态系统服务权衡时空变化

4．3．1时间变化

4．3．2空间变化

4．4三峡库区主要森林生态系统服务权衡分析

4．5小结

第五章三峡库区森林生态系统服务协同分析

5．1三峡库区森林生态系统服务协同分析

5．1．1三峡库区整体区域分析

5．1．2三峡库区分区域生态系统服务协同分析

5．2三峡库区森林生态系统服务协同时空变化

5．2．1时间变化

5．2．2空间变化

5．3三峡库区主要森林生态系统服务协同分析

5．4小结

第六章三峡库区森林生态系统服务热点区识别

6．1热点区识别

6．2三峡库区森林生态系统服务热点区分析

6．3三峡库区森林生态系统服务热点区变化

6．4小结

7．1讨论

7．1．1三峡库区森林生态系统服务价值变化的驱动因素

7．1．2三峡库区森林生态系统服务权衡与协同原因探讨

7．2结论

7．3不足与展望

参考文献

在读期间的学术研究

致谢