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生态系统服务是指人类直接或间接地从生态系统中获得的全部惠益。生态系统内部各服务间紧密联系、彼此作用,对某些生态系统服务的攫取,往往会通过影响生态系统过程而导致其它服务的变化,产生各类型服务间的权衡(此消彼长,trade-off)或协同(相互增益,synergy)关系效应。尽管现今依托于现代数据的生态系统服务相互关系研究已取得重大进展,但对生态系统过程和服务供给之间关系的认识依然比较模糊,无法定量表征权衡和协同的强度,生态系统服务间权衡/协同关系在时空尺度的差异并不明确。科学合理的生态系统服务管理策略,需要更为深入的探究生态系统过程以及生态系统服务的权衡/协同关系。 湖泊生态系统是开展生态系统服务研究的优良载体,除了具有清晰的系统边界、相对简单且(半)封闭的生态系统服务源汇关系外,湖泊沉积物连续、高分辨率的沉积记录也提供了重建湖泊生态系统和流域长期环境变化的良好指标,已被有效用于再现湖泊-流域生态系统服务功能的长期变化。 本文以生态环境显著退化的长江中下游浅水湖群为研究对象,选取两个典型湖泊(位于农业区内的太白湖和大型城市市郊的涨渡湖)和面上60个不同类型湖泊展开分析,依据MA生态系统服务分类标准及本区域特色,选取了9类(典型湖泊为8类)备受当地社会关注的湖泊生态系统服务功能,通过现代湖泊调查手段和古湖沼学手段,表征了湖泊生态系统供给、支持、调节服务状况,从时间和空间两个角度探讨并对比了上述湖泊生态系统服务变化/分布特征、驱动因素以及权衡/协同关系。研究结果表明: 1)空间上,长江中下游地区现代湖泊生态系统服务功能总体以淡水供给服务和气候调节服务-Ⅰ(碳埋藏)为主,其次是土地供给和水质净化-Ⅰ服务,鱼类供给和初级生产服务功能的发挥相对较弱。冗余分析(RDA)结果揭示现代湖泊生态系统服务总价值主要受湖泊自身的理化参数(面积、水深和营养水平)、流域社会经济水平以及土地利用方式的影响,分别解释了总生态系统服务功能31.4%,4.0%,3.6%的变率。基于湖泊生态系统服务分布状况和聚类分析将该区湖泊划为三类具有不同生态系统服务功能的“簇”,代表着现今长江中下游地区浅水湖群生态系统服务三种主要的发展模式。以小型湖泊为主的“簇1”表现为渔业模式,即为了最大化地促进鱼类供给服务,其它生态系统服务功能显著衰退,属于不可持续的湖泊生态系统服务发展模式;以中型湖泊为代表的“簇2”表现为平衡模式,即这个簇别的湖泊生态系统服务总体水平较为均衡,较高水平的调节服务是“簇2”与“簇1”的主要差别;以大型湖泊为主的“簇3”为多方利用模式,各项服务供应水平均较高。总体上,面积越大、水质越好的湖泊提供的生态系统服务功能越大。由于空间尺度上现代湖泊生态系统服务功能和流域过程存在强烈的交互作用,故面上湖泊各生态系统服务间的显著相关关系多为正向(33%的关系强烈正相关,p<0.05),体现出很强的协同性。空间上生态系统服务权衡关系的分析应基于不同利用方式下的服务功能评估,更多地开展不同簇间单位面积上湖泊系统服务功能的变化差异,以揭示不同管理模式下的系统表现优劣。 2)时间尺度上,近百年来,尤其是1950年以来,两个典型湖泊(太白湖和涨渡湖)生态系统服务变化十分显著,主要表现为支持服务(初级生产服务和生物多样性维持服务)和部分供给服务(主要是鱼类供给和土地供给服务)的增加,以及调节服务(包括气候调节和水质净化服务)的整体衰退。人类活动是影响两个湖泊生态系统服务变化的主要原因:1950s-60s大范围的修堤筑坝以及伴随而来的围垦活动使得太白湖和涨渡湖水动力作用减弱,流域侵蚀增加,湖泊土地供给服务和支持服务增加的同时水质净化服务-Ⅱ减弱;1980s以来的农业集约化加剧了入湖营养物质的输入,初级生产(支持)服务增加的同时水质净化(调节)服务-Ⅰ却因此衰退;1990s以来太白湖高强度的水产养殖虽然使得鱼类供给服务激增,但水质净化服务-Ⅰ衰退显著,而涨渡湖施行的湿地保护策略却减缓了相关服务的衰退。不同人类活动影响(干预)下,太白湖和涨渡湖(部分)供给服务与调节服务在时间序列上呈现出显著的权衡关系,与支持服务则表现出协同关系,且随着具体作用方式的不同,湖泊生态系统服务间的权衡、协同关系在时间序列上发生着动态变化(关系模式和具体数量对比不同)。 3)时空尺度上的浅水湖泊生态系统服务功能变化趋势、权衡特征及驱动因子体现出较大的差异。人类活动是太白湖和涨渡湖生态系统服务相互关系(权衡/协同)发生变化的主要原因;但从空间角度来看,现代湖泊生态系统服务则主要受湖泊自身特征的影响。这主要是因为同一湖泊长期生态系统服务功能的演变,主要受到生态系统外驱动因素如人类活动的影响,而湖泊自身的特征、流域背景等则因变化相对较小而不具备影响效应;但在空间序列上,不同湖泊在水动力、生境类型、物质营养循环过程等方面存在显著差异,使得空间尺度上湖泊生态系统服务之间表现为正相关,呈现出协同关系。为更进一步明确湖泊生态系统过程和服务之间的关系,今后的工作应当尽可能的将更多类型的湖泊纳入研究当中,从而可以有效剔除湖泊自身特点对生态系统服务权衡/协同关系的研究;并开展不同空间尺度上的流域环境变化差异分析,扩大湖泊生态系统服务研究的边界,促进空间序列的权衡/协同关系研究。 本文利用古湖沼学指标,如TOC、枝角、硅藻等定量表征了湖泊生态系统服务,如湖泊初级生产服务、生物多样性维持服务以及水质净化服务等,延长了生态系统服务研究的时间尺度,为我们了解湖泊生态系统服务的长期变化提供了科学依据;同时,也进一步阐明了古湖沼手段是获得湖泊生态系统服务长时间演化序列的有效手段。本文对长江中下游地区的湖泊生态系统服务进行对比研究,揭示了该地区生态系统服务的时空差异,并探讨了产生这些差异的原因,为今后该地区湖泊生态系统服务长期过程的定量重建、湖泊管理等提供了有益思路。