1992-2015年气候变化和人类活动对中国生态系统服务功能权衡及协同关系的影响

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生态系统服务作为人类社会可持续发展的重要依赖,提供着丰富多样的产品和服务类型,随着社会经济的发展和自然环境的变化,探讨生态系统服务功能之间复杂的相互作用关系(权衡协同关系)成为了地理学与生态学领域的研究重点。此前,此类已经得到了广泛且细致的研究,但缺乏对多生态系统服务功能关系的探索,其协同主控范围和驱动机制尚未完全了解。此外,作为主要生态系统服务功能之一的固碳服务功能,尚不清楚气候变化和人类活动在其中扮演者什么角色,其又会如何进一步影响到权衡协同关系。我们基于植被数据、气象水文数据以及土地利用数据等,运用RUSLE模型、In VEST模型、CASA模型、食物供给模型,采用一元线性回归、敏感性分析、偏相关方法、空间叠置分析和突变检验等方法,评价了1992-2015年间中国四个主要的生态系统服务功能(ES)空间分布及其权衡协同关系,分别是土壤保持(SC)、水分产量(WY)、固碳服务(NPP)和粮食供应(FS),揭示中国多生态系统服务功能权衡协同关系而非局限于两两功能之间的关系,识别了多生态系统服务区域间的协同区域并对气候变化和人类活动如何促进区域多功能协同关系进行了探讨,得出以下结果:(1)1992-2015年间中国四个主要的生态系统服务功能均有不同程度的上升,其中WY、SC和NPP分别增长了33.46%、24.13%和18.63%。土壤保持与产水量协同关系分布最为集中且广泛(73.21%)。不同地类中,ES在林地和草地中均呈现上升趋势,协同效应也主要则集中在耕地和草地。林地是所有ES的最大提供者,分别提供了54%的SC、40%的NPP和37%的WY。(2)影响因子方面,气候整体增温增辐明显,变暖变湿趋势较为显著。1992-2015年间,年平均气温(T)从7.8°C增长到8.54°C,增幅9.5%。1992-2015年中国年平均降雨(P)均值为805mm,其在空间上的差异最大可达到2500mm。24年来中国太阳辐射量(SR)增长1.76%,年平均干旱指数(SPEI)为-0.38。(3)中国大陆49.28%的区域为多生态系统服务功能协同控制区,这种协同控制区在西南喀斯特地区面积占到了82.23%,是降水、温度和生态修复工程共同作用的结果,NDVI的覆盖度在突变年后明显增加,这主要是由于人类活动(HA)所致。最重要的是,多功能协同区域与人类活动主控的植被恢复区域之间的重合率高达90.7%,证明了生态工程在西南喀斯特地区多生态系统协同中发挥了关键作用,最重要的是,确定了多种生态系统协同作用的优先领域,为未来生态修复的优先区域进行了识别诊断。(4)气候变化和人类活动分别贡献了38.8%和61.19%的固碳服务。气候因子中温度对固碳服务贡献最大(45.89%)且主控面积最广(36.36%)。从农田转变为林地的地区中,人类活动贡献的固碳服务(22.8%)明显高于其他类型。(5)人类活动和气候变化分别主控了32.84%和30.15%的区域内的固碳功能增长,15.28%和21.73%区域内的固碳功能减弱。本研究明确了气候变化对于人类活动对固碳服务的积极贡献的提升作用,在中国54%的区域内,气候变化对人类活动对固碳功能提升的正贡献存在增强作用,其中68.35%的区域中(占中国面积比的36.72%)这种增强作用达到了一半以上。综上,24年间生态环境趋于好转,生态系统服务功能均处于上升趋势,与以往研究相比,我们的研究结果确定了多种生态系统协同作用的优先领域,认为多功能协同区域应成为生态修复的重点,强调了气候变化在提升人类活动对固碳服务的积极贡献方面的重要作用,这对于促进生态环境的健康协同发展具有一定的科学指导意义。
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