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生态系统服务是人类从生态系统中获得的惠益,包括生态系统提供给社会的产品和服务,自然和社会经济因素影响着生态系统及其服务的分布。长江流域在我国生态保护和社会经济发展上具有举足轻重的地位,同时长江流域自然环境复杂,上、中、下游自然地理条件差异明显,社会经济发展不平衡,生态系统的分布和变化空间差异显著,影响长江流域生态系统及其服务的社会经济因素、政策因素和自然因素多且复杂。因此,研究长江流域生态系统服务的空间特征、变化及驱动力,研究长江流域多种生态系统服务之间的关系,以及基于生态系统服务的流域生态空间规划,可以促进长江流域生态系统和社会经济的协调发展,生态保护政策的可持续实施,提高生态系统管理的有效性。 本文以全国生态环境遥感调查评估的数据为基础,评估了2000年至2015年长江流域生态系统格局演变及其驱动力,长江流域生态系统服务功能量的空间分布及其变化,生态系统服务变化的驱动因素,多种生态系统服务之间的关系和聚类模式,探讨了流域生态空间和生态保护红线的划定方法,以及生态系统保护和管理的启示。主要研究结果如下: (1)2000年至2015年,长江流域共有约6.4万km2的生态系统类型发生变化,城镇增长67.5%,农田缩减7.5%,森林增加2.1%,剧烈的生态系统变化集中于下游,以及中上游的大城市,城镇聚集区以及森林显著增加的区域。生态系统景观破碎化程度和景观多样性提高。15年间,上游和下游森林显著增加,下游城镇显著扩张、农田和湿地显著缩减,上游湿地增加最为显著。城镇化是生态系统格局演变的首要驱动力,对生态系统变化的贡献率达48.0%,长江下游城镇化的贡献率高达64.5%。生态保护与恢复工程是第二驱动力,对生态系统变化的贡献率为32.8%,在上游高达47.8%。 (2)长江流域生态系统服务的分布空间差异显著。2000年至2015年,长江流域生态系统调节服务功能和自然栖息地的提供总体提升,水质净化服务有所削弱。其中,土壤保持服务增加了19.5%,水源涵养量和固碳量分别提升了14.35%和28.18%,防风固沙服务增加了12.17%,自然栖息地面积增长了0.75%,而总水质净化能力降低了2.25%。生态保护政策显著促进了生态系统服务的提升,城镇化则对水质净化服务具有显著的削弱作用。生态保护政策不仅对生态系统服务有直接的促进作用,还间接通过社会经济效应影响生态系统服务的变化。以退耕还林工程为例的研究表明,退耕还林工程不仅直接提升了长江流域的土壤保持服务,还间接通过城镇化促进了土壤保持服务的提升。同时,农作物产量的变化与植被覆盖率的变化显著正相关,农业生产效率的提高削弱了退耕还林工程对农业发展的负效应。除了生态恢复的直接目标,生态保护政策的可持续实施还需关注政策的社会经济效应和与之相关联的对生态恢复目标的反馈作用。 (3)通过长江流域9种生态系统服务、生物多样性的提供的两两之间相互关系的分析,得出在景观尺度上供给服务和大多数调节服务(以及生物多样性)的权衡关系,以及几乎所有调节服务(以及生物多样性)之间的协同关系。通过聚类分析在长江流域得出空间上集聚分布的五种不同类型的生态系统服务集,主要可以由土地利用、坡度和海拔梯度进行解释。生态系统服务集有利于识别生态系统管理中是否产生了预期的生态系统服务集,并为长江流域生态系统服务的保护和流域尺度多元景观下的生态补偿设计提供有用的信息。 (4)长江流域生态空间面积为102.25万km2,占长江流域总面积的57.42%,森林占52.87%,灌丛占19.51%,草地占18.96%,湿地占4.26%,保护了79.47%的水源涵养功能,86.99%的洪水调蓄功能,78.09%的水质净化功能,80.60%的水土保持功能,以及86.49%的自然栖息地。在生态空间规划的基础上得出的长江流域生态保护红线面积为59.25万km2,占长江流域总面积的33.27%,其中上游占比59.24%,中游和下游分别占比38.05%和2.71%。与不考虑受益人口的方法相比,本研究考虑流域水文路径和生态系统服务的受益人口,得出的生态保护红线内的生态系统服务功能保护比例更高,且生态保护红线内的生态系统服务功能从下游向服务功能受益人口更多的中上游转移。