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生态系统服务功能是人类从生态系统中直接或间接获取的利益。气候变化影响生态系统碳循环、养分循环和水分循环等关键过程,而这些过程改变将影响生态系统提供服务的能力,从而影响人类的福祉。人们在生态系统如何提供服务和这些服务如何转化为经济价值方面取得一定的进展,但是现有的定量生态系统服务评估方法大多基于静态价值转移,缺乏对生态系统过程的考虑。因此,很难直接用于气候变化对生态系统服务功能的影响研究。本文在假设未来植被类型、生物多样性、树木死亡、森林灾害(火灾、病虫害等)等因素不改变的情况下以及不考虑降水强度、降水天数、雨雪的比例、降水季节分配以及极端降水事件等气候变化影响的条件下,基于生态过程模型Biome-BGC、USLE模型、降水贮存量法和生态化学计量方法评估A1B气候情景下2000-2099年中国森林生态系统固碳、土壤保持、水源涵养和养分积累功能及其价值空间分布格局的变化。结果显示: (1)21世纪中国森林生态系统表现为碳汇,基准年(2000-2009年)中国森林生态系统的固碳量为81.7 TgC/年。在A1B情景下,21世纪中期固碳功能下降,但到21世纪末有所回升。基准年(2000-2009年)森林生态系统固碳量由东南向西北逐渐减少。受增温影响,到21世纪中后期东南地区、中南地区固碳量大幅度减少,而华北地区、东北南部由于受降雨增加影响固碳量有所增加。到21世纪后期,南方地区固碳量有所回升,说明该森林生态系统对气候变暖表现出一定适应性。 (2)基准年(2000-2009年)我国森林生态系统土壤保持量为46.5Gt/年,在A1B情景下21世纪中、后期土壤保持量呈明显的增加趋势,最低可增加47%;土壤保持量空间分布呈南方地区明显高于北方地区的趋势,在A1B情景下这种分布格局基本保持不变,但各个地区土壤保持量呈增加趋势,其中西南、华北和东北西北部地区的增加较为明显。结果表明,在气候变化背景下我国森林植被在水蚀过程中对土壤起到关键的保护作用。 (3)基准年(2000-2009年)中国森林生态系统的水源涵养量为3.40×1011 m3/年。在A1B情景下,随着降雨增加和植被覆盖度的提高,到21世纪中、后期中国森林生态系统的水源涵养量呈增加趋势。基准年(2000-2009年)森林生态系统水源涵养量由东南向西北逐渐减少。在A1B情景下,到21世纪中后期森林生态系统水源涵养量分布格局与基准年相对保持一致,但大部分地区水源涵养量有所增加,尤其是华北和东北地区增加较为明显。 (4)基准年(2000-2009年)中国森林生态系统的养分积累量为8.84×107t年。在A1B情景下,受NPP的影响,到21世纪后期中国森林生态系统的养分积累量呈增加趋势。基准年(2000-2009年)森林生态系统养分积累量分布呈现东南向西北逐渐降低。在A1B情景下,森林生态系统养分积累量分布格局与基准年基本保持一致,但东北南部和西藏东南部地区养分积累量相对于基准年有所增加,而东南地区有所减弱。 (5)基准年(2000-2009年)中国森林生态系统四大服务功能总价值为3.59×1012元/年,占同期中国GDP的45%。在A1B情景下,到21世纪中、后期中国森林生态系统四大服务功能总价值呈明显的增加趋势。四大生态系统服务功能中,土壤保持功能的生态系统服务价值最高,其次是水源涵养、养分积累和固碳。基准年(2000-2009年)森林生态系统四大服务功能总价值高值区主要集中在我国西南和西北的内陆地区,其次是东南和中南地区,华北和东部南部地区,西北边疆和东北北部地区相对较低。在A1B情景下,森林生态系统四大服务功能总价值分布格局与基准年基本保持一致,但相对于基准年大部分地区有所增加,尤其是西南、东南、西北内陆、华北部分地区和东北西南部增加很明显。 以上结果表明由于土壤保持、水源涵养和养分积累与植被覆盖和生物量有直接关系,而气候变化背景下植被盖度和生物量旱增加趋势,因而土壤保持、水源涵养和养分积累功能发生增加,这可能是本研究森林生态系统四大服务总价值呈明显增加主要原因。