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生态系统产生了一系列对人类福祉必不可少的产品和服务,统称为生态系统服务。在过去的几十年里,生态系统服务的研究已经得到迅速发展,已从早期的学术研究上升到全球生态系统服务的评估。近年来,了解生态系统如何提供服务,以及提供的服务如何转化为经济价值成为了世界各地科学家优先解决的研究问题。在这些领域所取得的研究进展,已经引起了越来越多社会各界人士对生态系统服务的关注。 人类活动对生态环境的主要影响是土地利用和土地覆盖变化,这些变化影响了生态系统提供给人类社会产品和服务的能力。因此,计算和空间分析生态系统服务对生态资源的规划与管理来说显得至关重要。最近所做的一些努力已经呼吁将生态系统服务价值从空间角度进行整合,以提高对社会和经济问题的决策,但到目前为止却鲜有研究付诸实践行动,因为量化这些服务的水平和价值已被证明很难。为了解决河北辽河源不同土地利用与土地覆盖情景下(LULC0,LULC1和LULC2)生态系统服务的时空变化情况这一科学问题,本研究使用生态系统服务与权衡综合评估模型(InVEST)(版本3.0.1)进行了评估。 InVEST模型是斯坦福大学、大自然保护协会和世界自然基金会联合研发的,由陆地、淡水和海洋环境模型组成。该模型以经验方程及函数为基础,可以模拟不同土地利用方式、人口及气候变化等情景下生物多样性和生态系统服务的空间变化。本研究采用InVEST模型的固碳、产水、保持土壤、生物多样性及净化水质5个模块,进行了辽河源生态系统服务的评估。主要研究结果如下: (1)辽河源地区LULC1情景下的总固碳量最大,其大小排序为LULC1(5.89E+06Mg)>LULC2(5.85E+06 Mg)>LULC0(5.37E+06 Mg)。 LULC0、LULC1及LULC2情景下的固碳量分别为159.80 Mg·ha-1、175.37 Mg·ha-1和174.25 Mg·ha-1。价值量则分别为6.44E+09元、7.07E+09元和7.02E+09元,相对LULC0分别增加了9.74%和9.04%。 在收获木材的LULC情景下进行不确定性分析时,从开始收获木材至LULC0情景这段时间内总计收获的生物量、碳储量和蓄积量分别为954.75 Mg、396.42 Mg和1102.78m3;而从开始收获木材至LULC1情景这段时间内则分别为2756.41 Mg、973.13 Mg和3157.74 m3。 在非收获情景下进行不确定性分析时,LULC0、LULC1和LULC2的单位面积固碳量均在0-300.6 Mg·ha-1之间。LULC1总固碳量比LULC0多2.60E+05 Mg,而LULC2仅比LULC0多8.64E+04 Mg。 (2)辽河源地区LULC0、LULC1和LULC2的总产水量分别为3.66E+07 m3·a-1、3.36E+07 m3· a-1和3.41E+07 m3·a-1。实际水供给量在LULC1的3.15E+07 m3· a-1到LULC0的3.43E+07 m3· a-1。产水的价值量分别为7.09E+05元·a-1、6.51E+05元·a-1和6.60E+05元·a-1。 (3)辽河源地区潜在的泥沙持留量大小排序为LULC0(4.28E+05 Mg)>LULC1(2.80E+05 Mg)>LULC2(2.33E+05 Mg)。实际的泥沙输出量分别为6.72E+04 Mg、3.12E+04 Mg和2.44E+04 Mg,单位面积产沙量位于0.73(LULC2)-2.00 Mg· ha-1(LULC0)之间。通过疏浚年允许负载量校正后的有效泥沙持留量在1.93+05-3.68+05 Mg之间,而通过水质校正后的泥沙持留量则相对偏大,位于2.32+05-4.28+05 Mg之间。 避免疏浚和避免净化水质价值的大小排序均为LULC0> LULC1>LULC2,分别位于2.44E+06-4.64E+06元之间和4.86E+05-8.95E+05元之间。 (4)LULC0、LULC1和LULC2情景下栅格单元x上受到的威胁程度主要集中于0-0.01的分值区间,区域生境总体的退化程度呈现下降趋势。同时,辽河源地区生境质量得分较高,主要集中在0.9-1之间,得分为0的栅格单元数量非常少,表明辽河源地区生态环境较好。此外,LULC1和LULC2情景下的生境稀缺性得分与LULC0相比,主要集中于0-0.5的分值区间,辽河源东北部地区的生境稀缺性较高。 (5)不同LULC情景下辽河源地区N持留量位于63.17-80.28 Mg之间,输出量位于2.96-5.95 Mg之间。P持留量位于23.93-29.83 Mg之间,输出量位于0.94-1.95Mg之间。N和P持留量的大小顺序为:LULC1>LULC0>LULC2,输出量则为LULC0>LULC1>LULC2。 N持留量价值在1.30E+05元到1.60E+05元之间,单位面积价值位于3.87-4.92元之间。而P持留量价值则是在4.93E+04元至6.15E+04元之间,单位面积价值位于1.47-1.83元之间。 (6)使用InVEST模型对不同LULC情景下辽河源地区生态系统服务的固碳量、产水量、保持土壤量、生境质量、N持留量及P持留量进行了权衡分析,其结果表现为LULC2> LULC1>LULC0。表明“保护情景”LULC2是一种进行当地生态系统管理的最好模式。 本研究为辽河源地区生态系统过程如何影响生态系统服务及社会效益提供了研究范例。更广泛地说,以空间的方式量化评估生态系统服务可以为生态系统资源的有效管理提供极为重要的科学依据。