基于InVEST模型的玛纳斯河流域生态系统服务功能研究

来源 :石河子大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yanhuo68
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生态系统服务功能是生态系统与生态过程所形成及维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用,服务功能间的时空关联性及空间异质性内因是有效利用和合理保护自然资源与生态环境的重要依据。地处天山北坡的玛纳斯河流域具有完整且独特的“山—盆”地形地貌结构,其中、下游孕育了典型的干旱绿洲区,各类生态系统服务功能于维持流域生态环境质量和保障社会经济发展的重要性不言而喻。多尺度分析流域生态系统服务功能的时空格局,探究不同服务功能间的权衡/协同关系,进而揭示流域生态系统服务功能的时空演变规律及驱动机制,对于干旱区流域生态治理与协调修复的合理开展具有重要的科学价值。因此本文基于土地利用变化(LUCC)与生态系统服务(ESs)的基本关系,从流域LUCC分布与结构研究的科学起点出发,以2000、2005、2010、2015、2020年为研究期,采用In VEST模型定量评估玛纳斯河流域水源供给、土壤保持、生境质量、碳储存等典型生态服务功能的多时空尺度格局及变化规律,并借助相关性分析和地理探测器探讨各生态系统服务功能间权衡/协同关系及演变归因。结果表明:(1)2000—2020年玛纳斯河流域各土地利用类型面积和结构均发生了不同程度的变化。其中未利用地面积最大(占比>40%)且转出面积最多(2396.96km~2),主要转型为草地和耕地。其次面积较大的为草地和耕地,其中耕地为流域内转入面积最多(2723.08km~2)的地类,主要由草地、未利用地和林地转入,而建设用地和水域面积占比极少且以转入为主。整体而言,受人类活动和气候变化双重影响,耕地、水域和城建用地面积呈扩张趋势,未利用地、林地、草地和冰川用地面积呈减小趋势。(2)各生态系统服务功能均表现出显著的垂直地带性规律,且与植被分布格局具有高度的空间相关性。研究期间流域年均水源供给总量为1.76×10~6m~3,山区作为流域主要的产水区占水源供给总量的96.7%,中游和下游供给总量差距较小;流域年均土壤保持总量为3.89×10~8t,上游土壤保持总量远高于中、下游且分带特征明显;流域年均生境指数为0.57,生境质量状况一般,20年间生境质量虽持续降低但变化较微弱,纬度上从北到南整体呈现出较高—较低—高—低的分布格局;海拔上表现出:人类活跃度较低的上游综合生境质量(0.65)明显高于中游(0.48)和下游(0.55)地区;流域年均碳储存总量为12.12×10~8t,植被覆盖度较高的上游和中游碳储存总量相对较大,均占比约36%,以高山区为主的上游和以未利用地为主的下游碳储量相差较小。(3)土地利用类型在一定程度上决定了生态系统服务功能的分布格局和强弱程度。综合水源供给能力最强和总量最大的用地分别为冰川(367.61mm)和未利用地(约占总量的50%)。植被丰富度较高的草地和林地因其具有较强的降水截留能力,表现出较好的土壤保持功能和较大的土壤保持总量。距人类活动范围较远且抗干扰能力较强的林地和水域生境指数最高(>0.90),而未利用地(0.60)、耕地(0.40)和建设用地(0.10)的生境质量较差。耕地因其高度覆盖的农作物且面积变化显著而表现出碳储存总量(7.44×10~7t)及波动最大,20年间增加了4.31×10~7t;城建用地和水域因其本身植被覆盖度及地上生物量较低而碳储量较低。(4)流域各生态系统服务功能间权衡/协同关系、驱动因子及贡献度表现各异。水源供给和土壤保持、土壤保持和碳储存、生境质量和碳储存两两功能间为相互增益的协同关系,水源供给和生境质量、水源供给和碳储存、土壤保持和生境质量两两功能间为此消彼长的权衡关系;其中水源供给与土壤保持间协同关系最显著。由驱动因子探测及交互作用检测发现,对四项服务功能空间分异贡献较大(解释力>0.40)的因子依次为:降水、蒸散发、高程、坡度和土地利用类型。除土地利用在碳储存功能中和其他因子之间不存在交互驱动作用外,其他任意两影响因子间均表现出大部分双因子增强,少部分非线性增强,说明任意两因子间的交互作用都可以增强单个因子对四项生态系统服务功能空间分异的解释力。由此来看,生态系统服务驱动因子的贡献度及各功能间权衡/协同关系的探究,有助于制定高效综合的多生态系统服务功能规划对策,亦对区域生态修复实施和环境质量改善具有重要的理论参考和实践指导意义。
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