【摘 要】
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生态系统服务是人类赖以生存和发展的关键基础,明确生态系统服务供给-传递-消费过程是开展生态系统管理决策的重要前提。但该过程具有明显的时空异质性和复杂性,因此了解变化环境下生态系统服务与居民生计等利益相关者间的关系有助于揭示生态系统服务供给-传递-消费机制,是自然解决方案的关键内容。三峡库区是我国重要生态脆弱区和重要生态功能区,生态保护与乡村经济发展之间的矛盾突出,长期以来三峡库区高强度森林恢复工程
【基金项目】
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国家自然科学基金(3177748); 中国林科院基本科研业务费专项(CAFYBB2019ZD001); 华中农业大学自主创新基金(2662020YLPY019); 湖北秭归长江三峡库区森林生态系统国家定位观测研究站;
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生态系统服务是人类赖以生存和发展的关键基础,明确生态系统服务供给-传递-消费过程是开展生态系统管理决策的重要前提。但该过程具有明显的时空异质性和复杂性,因此了解变化环境下生态系统服务与居民生计等利益相关者间的关系有助于揭示生态系统服务供给-传递-消费机制,是自然解决方案的关键内容。三峡库区是我国重要生态脆弱区和重要生态功能区,生态保护与乡村经济发展之间的矛盾突出,长期以来三峡库区高强度森林恢复工程的实施对生态系统结构和功能产生不同程度的影响,进而影响和改变生态系统服务供给-传递-消费过程和不同利益群体的利益,但其时空变异性和复杂性仍不明确。本研究旨在通过森林恢复背景下三峡库区生态系统服务供需的时空变化特征及其与农户生计之间的关联特征研究,揭示山地库区生态系统服务与农户生计间的关系,支持区域可持续发展决策。本研究选择三峡库区20个区县为研究对象,研究2000~2020年土地利用/覆盖格局时空变化特征;运用In VEST、CASA、RUSLE等模型定量评估三峡库区粮食供给、水资源供给、水质净化、固碳、土壤保持等关键生态系统服务的供给与需求特征;运用供需比和Kmeans聚类方法刻画区县尺度上生态系统服务的供需匹配特征并划分供需匹配模式;在此基础上,构建可持续农户生计框架评估农户生计水平,揭示生态系统服务供给、需求与农户生计的关联特征。主要研究结果如下:(1)2000~2020年,三峡库区土地利用/覆盖类型时空演变剧烈。林地和农耕地的面积占比较大,林地主要分布在东北部和西南部山地区域,农耕地主要分布在中西部平原丘陵区域。生态恢复工程下大量农耕地转换为林地,其中灌木林面积增长量最大,针叶林、混交林次之。在区县水平上,库区中部的林地面积增长量较大,西部的林地面积变化率较高,而东北部和南部的区县林地面积增长量与变化率均较小。非植被类型中建设用地面积最大且增长趋势显著,主要集中分布在长江沿线,尤其在西部的重庆核心城区。(2)生态系统服务供给在时空变化上存在显著差异。粮食供给与水资源供给均呈“东低西高”的空间分布特征且在库区中部较高,粮食供给呈降低趋势,水资源供给在库区东北部和南部降低,在中部和西部增长。供给服务与农耕地面积占比呈显著正相关,与林地面积占比呈显著负相关。水质净化、固碳、土壤保持均呈现“东高西低”的分布特征,且随时间变化呈增长状态,库区中部和西部的增长速率较高,水质净化低值区集中在库区中部,固碳和土壤保持低值区集中在库区西部。调节服务与林地面积占比呈显著正相关,此外与坡度、海拔也有显著相关性。(3)生态系统服务需求在时空变化上表现不均衡性。粮食供给、水资源供给、固碳服务的需求均呈现“东低西高”的空间分布特征,粮食供给服务需求在库区西部增长、东部降低,水资源供给和固碳服务的需求呈增长趋势且西部增长速率较高;而土壤保持服务需求表现“东高西低”的分布特征,呈降低趋势且东北部和南部减少速率较高。粮食供给、水资源供给、固碳服务的需求与人口数量、建设用地面积比例呈显著正相关,土壤保持服务需求与坡度、高程呈显著正相关。水质净化服务需求表现“中部高两端低”的分布特征,呈降低状态且库区中部和西部的减少速率较高,水质净化服务需求与农村人口数量和农耕地面积比例呈显著正相关。(4)除土壤保持外,粮食供给、水资源供给、固碳、水质净化服务均存在空间错配现象。将库区各区县聚类为四种服务供需模式:森林调节供给模式的调节服务供给水平最高,供给服务的供给水平最低,各服务需求水平低,总体呈供给盈余状态;农林复合经营模式的各服务供需量均处于中等水平,供给能够满足需求;生态农业供给模式的供给服务供给水平最高,水质净化需求最高,水质净化服务供给赤字严重;城市发展需求模式的各服务供给低、需求高,总体呈现供给赤字状态。(5)三峡库区各区县农户生计水平不断提升,金融资本的增长是生计提升的关键,而森林恢复下生态系统服务的变化对农户生计的影响程度相对较小。库区农户生计呈“西高东低”的分布特征,西部重庆核心城区及周边区县的增加值较大,东北部和南部山地区县的增加值较小,但变化程度最为明显。农户生计与供给服务的供给、需求水平呈显著正相关,与调节服务的供给、需求水平呈显著负相关,但与供给服务和调节服务的相关系数均较小。在四类服务供需模式中,生态系统服务的供需比越大,农户生计水平越低。(6)森林恢复下三峡库区生态系统服务的供给和需求水平发生改变,供需错配现象严重,农户生计和生态系统服务之间呈现空间分离特征。分区管控下进行生态保护和生态补偿是平衡区域生态系统服务供需水平和提升农户生计的重要策略。
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