基于InVEST模型的黄河下游滩区生态系统服务评估及权衡与协同研究

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城镇化、生产化的土地资源快速开发干预着生态系统的服务结构,引发一系列生态环境问题,某些生态系统服务也因此降低。当前人地矛盾日益严峻,土地利用与环境保护方面更加复杂。因此如何保持生态系统服务的可持续供给,实现区域经济发展和生态平衡“双赢”,促进人地关系协调发展成为亟需解决的关键性问题之一。黄河下游滩区是我国河流湿地代表性地区之一,鉴于其土地开发利用程度高,面临着河流污染严重、湿地萎缩退化、区域生态环境脆弱性较为突出等问题,评估黄河下游滩区生态系统服务价值并进行权衡与协同研究具有重要意义。本文基于遥感、气象、高程、土壤等多源数据,采用变化动态度、转移矩阵分析了黄河下游滩区1987年、2004年、2020年的土地利用变化情况。其次利用InVEST模型,对黄河下游滩区碳存储、生境质量、土壤保持和水质净化四种生态系统服务价值变化及时空分布进行了模拟评估,并分析了服务价值在不同土地利用类型下的呈现。再通过相关性分析、权衡协同度、均方根偏差、生态系统服务重要性分区、地类生态系统服务结构等方法探究各生态系统服务的权衡与协同特征。主要研究结果如下:(1)土地利用变化特征显示:河流、滩涂、邻近嫩滩的耕地在不断发生转换,河流面积先降低后增加,总体有所降低;沿河流呈带状分布的滩涂呈面积变化较为显著的持续下降趋势;林地、居民地、渠塘离散分布在滩地内,主要通过开发耕地持续增加,其中渠塘的变化动态度在33年来看显著较高;耕地面积综合而言呈先增加后降低,总体为增加的显著变化。(2)InVEST模型评估显示:服务价值变化方面,综合33年看,碳存储、生境质量服务有所降低,并伴随着生境退化程度的增加,土壤保持显著提升,伴随着土壤实际侵蚀程度显著增加,水质净化服务有所提升,同时4种服务在时空分布格局上存在一定的异质性。不同土地利用类型在各服务体现方面,碳存储中滩涂固碳能力最强,土壤保持和生境质量中,林地的土壤固结能力最强、生境水平最高,水质净化中耕地的氮磷输出最高。地类服务结构显示:林地主要表现为“碳存储-生境质量”型,居民地由“土壤保持-水质净化”型在2020年演化为“水质净化”型,其它地类服务结构较为单一且稳定。(3)生态系统服务权衡与协同研究显示:在3个年份中,水质净化分别与生境质量、碳存储、土壤保持存在权衡关系,碳存储、土壤保持、生境质量服务之间存在协同关系。在1987-2004、2004-2020时段,水质净化与土壤保持存在协同关系,其余关系与3个年份表现相同。而1987-2020时段,碳存储分别与水质净化、土壤保持、生境质量在空间分布上以无显著权衡协同关系为主,其它3种服务对在空间上以权衡关系为主;生境质量-碳存储、生境质量-水质净化、土壤保持-水质净化服务对的权衡强度均值有所上升,其它3种服务对的权衡强度均值有所下降。重要性分区方面,该时段中等重要、极重要性区间面积为下降,一般重要、较重要、高度重要区间面积为上升趋势,其中极重要性区域在空间上,以滩涂、林地为主。
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