基于贝叶斯网络的生态系统服务权衡协同关系强度及其空间格局优化：以汾河流域为例

了解生态系统服务（ESs）间权衡协同关系强度对于汾河流域地区的生态环境管理和恢复至关重要,然而,迄今为止,对该地区ESs间关系强度变化的驱动变量和空间格局优化仍然缺乏足够的研究.在定量评估汾河流域2000年和2020年6种生态系统服务的基础上,引入了生态系统服务权衡协同指数（TSI）定量衡量两两ES间权衡协同关系的强度,同时构建了贝叶斯生态系统服务权衡协同关系强度网络,识别了权衡协同强度的驱动变量,通过敏感度分析确定了关键变量对权衡协同关系强度的影响程度,并在空间格局上刻画了ESs权衡协同关系强度的优化区.结果表明：①2000年和2020年汾河流域6种ESs时空差异较为显著,在时间尺度上,产水量、净初级生产力、粮食供给、土壤保持和碳储量均呈现波动上升的趋势,在空间尺度上,6种生态系统服务在20年里空间分布变化较小.②碳储量与生境质量、土壤保持以及净初级生产力的TSI在空间上呈现出四周高中部低的格局;与产水量有关的5对服务中TSI最大的地区均分布在流域西部和南部;粮食供给与其他服务之间的TSI自北向南呈现“高-中-高”的分布特征.③敏感性分析发现,产水量与土壤保持和生境质量的强度均受到降水、根系限制性深度和降雨侵蚀等的显著影响,且根据关键变量不同状态的条件概率,发现汾河流域中部的文水县、清徐县和祁县等是权衡协同强度的高值区,可作为生态修复重点区域.研究结果对于认识多种生态系统服务间权衡与协同强度的复杂关系及其驱动变量,对后续提出生态环境可持续治理和政策制定具有重要的理论和实践意义.     

黄河中游地区生态系统服务的时空演变及权衡与协同关系研究

明晰黄河中游地区生态系统服务的权衡协同关系,是保证生态系统服务长期有效供应,实现黄河流域生态保护与高质量发展的重要前提。本文利用InVEST模型、ArcGIS和Matlab等工具对2000—2020年黄河中游地区的土壤保持、水源涵养、固碳以及生境质量服务的时空特征及其协同权衡关系进行分析。结果表明：（1）黄河中游地区土壤保持、水源涵养和生境质量服务总体呈上升趋势,而固碳服务呈波动下降趋势;（2）2000—2020年,土壤保持、水源涵养服务总体表现为“南高北低”,其高、低值区有所变动;固碳服务整体呈“东南高、西北低”,高、低值区变化不明显;生境质量服务高、低值区相间分布,高值区稍有扩散;（3）黄河中游地区固碳与生境质量服务、生境质量与水源涵养服务、水源涵养与土壤保持服务为协同关系,固碳与土壤保持服务、生境质量与土壤保持服务为权衡关系,而固碳与水源涵养服务整体上表现为不相关;（4）生境质量与水源涵养、土壤保持服务的权衡区面积比例呈上升趋势,而水源涵养和土壤保持服务的协同区面积比例呈上升趋势,固碳与其他服务在大部分区域表现为不相关关系。     

永定河上游流域水生态系统服务价值评估

张家口市是首都的水源涵养区和生态功能支撑区,流经该区域的永定河上游流域发挥着保育水资源的重要作用。为全面认识永定河上游流域水资源生态价值,对流域水生态各项服务功能开展定量评价。以2017年为基准年,综合采用InVEST模型与市场价值法系统评估研究区的水源供给量,以空间和货币的手段直观地表达该地区的水源供给情况;对于空间数据较难获取的地区,采用当量因子法评估水土保持与生物多样性价值;采用分摊法计算水生态旅游价值。结果表明：其总价值量为55.14亿元,约占张家口市各区县平均GDP（81.87亿元）的67.35%。其中,水源供给价值、水力发电价值、水产品生产价值、休闲娱乐价值等直接使用价值为28.64亿元,土壤保持、河流输沙、生物多样性等间接使用价值为26.50亿元,水源供给、休闲娱乐和水土保持功能对研究区域水生态系统价值提升和发展具有重要作用。研究区单位面积的生态价值和经济效益分别为0.35亿元和0.23亿元,生态价值远高于经济效益。本文因地制宜的综合评价方法提升了价值评估的科学性和可靠性,对于基础数据较为缺乏的地区,有一定的参考意义。     

长江经济带生态系统服务权衡与协同及其驱动因素

生态系统服务及其变化是多种因素驱动的复杂过程,了解生态系统服务之间的权衡与协同作用及其驱动因素,对于实现生态系统服务有效管理和人类福祉至关重要.以长江经济带为研究区域,分析了2000~2020年产水、土壤保持、碳固定和粮食供给这4项生态系统服务的时空变化特征,运用相关性分析和地理加权回归识别和量化了生态系统服务间的权衡与协同关系,在此基础上应用偏最小二乘结构方程模型探究自然与人类活动对生态系统服务的影响,再通过地理探测器分析生态系统服务关系变化的驱动机制.结果表明:①近20年来,碳固定服务年均值由946.14 t·km^-2增至1 202.73 t·km^-2,粮食供给均值则由32.73万元·km^-2增至127.22万元·km^-2;产水和土壤保持服务增加幅度较小.②整体上,碳固定与土壤保持、粮食供给与产水为协同关系,其他生态系统服务之间为权衡关系;生态系统服务间的关系在不同地区存在一定的差异.③地形和气候是生态系统服务及多对生态系统服务权衡与协同关系的重要驱动因素,其中结构方程模型结果表明,气候对产水为正向影响（S = 0.73）,地形对粮食供给为负向影响（S = -0.57）;地理探测器结果揭示,影响碳固定与产水在空间上关系的主要驱动因子为海拔（q = 0.38）和降水（q = 0.19）.研究结果可为长江经济带生态系统服务可持续管理和实现该区域生态环境保护与社会经济的协同发展提供科学参考.     

大伙房水库上游地区生态系统服务功能价值评估

运用市场价值法、机会成本法、影子价格法、费用分析法、影子工程法、旅行费用法和替代花费法对大伙房水库上游地区生态系统服务功能价值进行评估,计算得到研究区生态系统服务功能总价值为127亿元/a,其中物质生产价值22.502亿元/a,大气调节价值38.93亿元/a,水分调节价值19.923亿元/a,环境净化价值24.373亿元/a,土壤保护价值8.624亿元/a,生物多样性维持价值12.647亿元/a。结果显示,研究区生态系统具有健全的生态服务功能,有效地达到了调节大气、涵养水源、防洪蓄洪、保持土壤等生态效益,有着极其重要的生态保护价值。     

程海流域生态系统服务功能价值评估

以程海流域为研究对象,依据已有研究经验利用市场价值法、替代花费法、碳税法和造林成本法、成果参照法对程海流域生态系统服务功能价值进行评估。结果表明,程海流域总的生态系统服务功能价值为39.26亿元／a,其中,涵养水源价值最高,占总服务价值的32.0％,第二位是净化水体价值（占28％）,第三位是调节气候价值（占16％）,第四位是社会文化功能价值（占13％）,其次分别是：生物资源价值、科教旅游价值、生物栖息地价值和提供水资源价值。     

人类活动对国家公园生态系统服务的影响——以祁连山国家公园为例

国家公园是最重要的自然保护地,在保护生态环境、促进经济和社会发展方面具有独特优势。定量分析人类活动对关键生态系统服务的影响,有助于国家公园规范保护和利用行为、提升可持续发展能力。运用InVEST模型、广义相加模型等方法,探究了祁连山国家公园人类活动与水源涵养、土壤保持、碳固存、生境质量等关键生态系统服务的时空格局,并分析了人类活动对生态系统服务的影响。研究发现：（1）2000—2019年祁连山国家公园人类活动强度逐渐减弱,整体呈西高东低的空间分布特征。（2）土壤保持量、碳固存量、生境质量均呈增加趋势,大致呈西低东高的分布格局,但水源涵养量呈先增后减趋势,并存在较明显的空间异质性,在整个研究期间变化显著。（3）人类活动与生境质量、碳固存、土壤保持存在负相关关系,表明人类活动强度的增加会直接影响国家公园生态系统服务的提供。建议未来国家公园的管理以及相关生态保护政策的制定应充分考虑人类活动的影响,并根据人类活动强度,精准实施分区管控、提高保护的有效性。     

大伙房水库上游地区森林生态系统服务功能价值评估

运用市场价值法、机会成本法、影子价格法、费用分析法、影子工程法、旅行费用法和替代花费法对大伙房水库上游地区森林生态系统服务功能价值进行评估,计算得到研究区森林生态系统服务功能总价值为101．07亿元／a,其中物质生产价值2．19亿元／a,大气调节价值33．93亿元／a,水分调节价值12亿元／a,环境净化价值23．66亿元／a,土壤保护价值8．62亿元／a,生物多样性维持价值12．17亿元／a,休闲文化价值8．49亿歹己／8。研究结果显示,研究区森林生态系统具有健全的生态服务功能,有效地达到了调节大气、涵养水源、防洪蓄洪、保持土壤等生态效益,有着极其重要的生态保护价值。     

城市区域开发对生态系统服务功能影响评价—以东莞市为例

以东莞市为例,运用环境经济学方法对“十一五”期间城市区域开发对生态系统服务功能的影响进行评价。2011年东莞市生态系统服务功能总价值约为25．44亿元,较2005年（31．20亿元）减少18．5％。气体调节、气候调节、水源涵养等9种生态系统服务功能价值均有不同程度的减少,其中水源涵养、废物处理和休闲娱乐3种生态系统服务功能的价值减少均超过20％。结果表明,东莞城市建设已经对区域生态系统服务功能造成了较大的影响,土地利用方式有待进一步优化。     

甘肃省生态服务供需关系及影响因子研究

以甘肃省为例分析,采用分区域生态服务供需评价矩阵,在生态系统服务供需关系研究基础上,基于地理探测器从自然因素和社会经济因素两个方面研究了生态系统服务供需指数的影响,揭示了供需格局的时空变化规律.结果表明：在甘肃省中部和南部,生态系统供给与需求具有明显的空间分布错位,呈现出高供给-低需求和低供给-高需求的状态,供需服务高度不平衡区域主要集中在甘肃中部区域.甘肃省生态系统服务供给能力和供需指数之间权衡和协同关系并存,而生态系统服务需求强度和供需指数之间都为权衡关系.从地理探测结果看,年均降水量和植被类型对生态系统服务供给能力影响的解释力q值在50%以上,是导致空间分异的主要原因;而人口数量对生态系统服务需求强度影响的解释力最高,q值超过40%,对供需指数的影响中,社会经济因子中的人口数量和自然因子中的降水量解释力最高,q值超过35%.影响因子对生态系统服务供给能力（需求强度、供需指数）的影响是多种因子共同作用的结果,其影响均为非线性增强.     

基于生态系统服务权衡的生态安全多情景决策

聚焦于成渝城市群生态安全格局识别的主题,耦合多源数据,运用相应的模型与算法对区域粮食生产、碳固存、产水、土壤保持、生境质量5类生态系统服务进行估算,在此基础上借助空间统计与分析厘清生态系统服务功能间的权衡/协同关系,并构建不同风险情景,明确未来区域发展的生态安全格局.结果显示,2000~2015年,成渝城市群粮食生产、固碳和产水量这3类服务功能均呈下降趋势,土壤保持、生境质量服务呈上升趋势,且各类服务的空间分异性突出;固碳、产水、土壤保持与生境质量两两之间均表现为协同关系,粮食生产与这4类服务间表现为权衡关系,但这种冲突性在区域发展过程中逐渐呈减弱趋势;在空间分布上,成渝城市群生态系统服务间的权衡/协同关系表现出了一定的集聚特征;不同决策风险下生态系统服务间的权衡值也不同,随着决策风险系数的增加权衡值呈现先上升后下降的趋势;最终确定风险系数α=1.6为最适宜情景,此时权衡值最高、区域生态系统风险适中.将决策者的态度纳入生态安全格局识别过程中,使结果更全面,为城市群生态安全格局评价和管理提供科学支撑.     

重庆市生态系统服务功能价值时空变化研究

基于重庆市2000年、2005年、2010年的3期遥感解译的土地利用矢量数据,通过分析区域生态系统服务价值理论和方法,参考并修正国外学者Costanza和国内谢高地的生态系统服务价值系数,对重庆市2000—2010年的土地利用二级分类指标进行了4大类17种小类的生态系统服务价值的估算,采用基于GIS的生态系统价值密度、ESV保持率等方法指标反映研究区10年来的生态系统服务价值时空变化特征,研究结果表明:1重庆市2000年、2005年和2010年各类生态系统年提供总服务价值量分别为4285.39、4490.29和4621.18亿元,就生态系统而言,林地生态系统提供的总服务价值最高,2010年占总价值的69.03%;其次是水域和草地,分别占总价值的14.35%和9.12%;就生态系统服务类别排序为调节服务(71.31%)支持服务(19.01%)供给服务(5.87%)文化服务(3.81%);22000—2010年重庆市生态系统服务价值量总体呈不断上涨的时序变化趋势,增幅达到7.27%;生态系统服务价值保持率为1.078,虽然城市建设占用了大量的农田生态系统,但单位面积生态系统服务价值较高的水域和林地面积的ESV价值增幅明显;3生态系统服务价值密度最高的空间分布上呈"西低东高,一轴两翼"的格局,中部的垫江县生态价值密度最低,主要受较为单一的农田生态系统影响;4研究区的ESV与GDP在空间分布和时序上的差异明显,2010年重庆的地均ESV为5.60万元·hm~(-2),高于全国的平均值;人均ESV为1.60万元,低于全国的平均值;人口密度大是造成人均ESV低的主要原因;2010年人均ESV与人均GDP的比值为1∶1.72,低于全国的平均接近1∶1的比值,表明重庆市的生态系统服务价值相对国民生产总值的相对不足.     

东江流域生态系统服务价值变化研究

从生态系统的类型、质量和功能的时空变化出发,利用遥感和地理信息系统技术,结合市场价值法、影子工程法、机会成本法等方法,并在全面考虑各类型生态系统服务功能和基础数据可获得性的基础上,对东江流域的生态系统服务价值进行科学评估,揭示生态系统服务价值的时空变化特征。结果表明:2000-2008年东江流域生态系统服务总价值呈减少趋势,且除水域外,其余生态系统的单位面积生态服务价值均为2008年比2000年有所减少,说明流域生态系统的质量呈下降趋势。林地的单位面积生态服务价值2004-2008年的年均减少率大于2000-2004年,反映了流域森林资源的质量加速下降的状况;从空间上看,虽然上中游单位面积的生态系统服务价值大于下游,但上游单位面积生态系统服务价值减少得比较剧烈。     

乡镇尺度大娄山区生态系统服务价值时空变化研究

乡镇尺度生态系统服务价值(Ecosystem Service Value,ESV)核算对于制定乡镇差异化发展调控政策具有重要参考价值.以大娄山区水源涵养与生物多样性保护功能区(简称“大娄山区”)为研究对象,基于2000年和2018年2期土地利用数据,通过单位面积价值当量核算、地貌、地表粗糙度、空间统计等方法,研究了乡镇域ESV,并分析其地形效应和空间关联特征.结果表明:①2000—2018年大娄山区ESV整体呈稳定且微弱增长趋势,由1 891.44×108元增至1 895.73×108元;有28个乡镇ESV呈下降趋势,其中22个分布在贵州省.②在大娄山区4种地貌类型中,以缓坡区域的ESV最高(2018年),为811.69×108元;而区域单位面积ESV由高到低依次为峡谷底(0.21×108元/km2) >山脊(0.07×108元/km2) >缓坡(0.06×108元/km2) >陡坡(0.01×108元/km2).③2000年和2018年大娄山区ESV全局Moran's I值分别为0.111和0.109,且P值均小于0.05,表明研究区有显著的空间自相关性和空间聚集效应.2000—2018年,乡镇尺度ESV变化主要有5个空间热点聚集区和2个冷点聚集区.研究显示,建议对大娄山区28个ESV下降的乡镇、ESV冷点聚集区所涉及的乡镇、Ⅲ级地表粗糙度和缓坡重叠区域应优先开展“三生”空间优化.      

西部生态脆弱区矿山不同开采强度下生态系统服务时空变化——以神府矿区为例

以神府矿区为例,选取土地利用、植被覆盖、土壤、气象等生态环境与统计数据指标,利用RS和GIS技术构建生态系统服务遥感测量评估指标体系,评估研究区2005-2015年生态系统服务变化及时空分布特征,进一步探究神府矿区不同开采强度对生态系统服务的影响并进行驱动力分析。研究结果表明：（1）2005年、2010年、2015年研究区的总生态系统服务分别为1.598×10¹⁰元、1.905×10¹⁰元、2.134×10¹⁰元,呈现逐年递增的趋势;（2）生态系统服务功能中水土保持价值比例最大,草地的单位面积生态系统服务价值最高,耕地、草地生态系统为该地区贡献了最多的生态系统服务价值;（3）研究区生态系统服务分布表现为由东北向西南逐渐降低的趋势,不同开采强度下的生态系统服务增长变化较为相似,煤炭开采区域生态系统服务未显著下降,整体较为平稳。对生态系统服务变化的驱动分析表明在近年来相对改善的气候环境与人工修复共同作用下,神府矿区生态系统服务未发生明显的缩减。此类半干旱生态脆弱矿区国土空间生态修复适宜通过主动的“保护性开发”以及“人工诱导+自然修复”为主的方式,避免大范围与高强度的水土扰动型治理,通过适度的人为干预保证与维持区域内生态系统服务的功能。研究成果不但揭示高强度煤矿开采下的生态环境变化,也对西部生态脆弱区环境做了定量评估;同时,为将来的矿区重建提供了重要的依据。     

长江中游地区生态系统服务价值空间分异及敏感性分析

生态系统功能的不断退化是人类当前面临的一个共同挑战,是全球可持续发展研究的焦点问题。长江中游地区生态环境保护对于构建中国生态安全格局具有重要作用,为了深入分析长江中游地区土地利用活动对生态系统功能的干扰程度,基于长江中游地区生态系统服务价值评价结果,采用土地利用变化生态贡献度和生态系统服务价值敏感性方法进行测度。研究结果表明：（1）研究期间长江中游地区地均生态系统服务价值经历了“先增加后降低”的变化过程,山区地均生态系统服务价值高于平原地区、城市群地区、大城市周边县区以及主要交通道路沿线地区,长江中游地区生态系统服务价值总体变化呈现“两纵三横”的空间分布格局;（2）1995-2015年间退耕还林、还水、还湿是长江中游地区生态系统改善的主要原因,毁林开荒、围湖造田以及建设用地对林地和耕地的占用是长江中游地区生态系统恶化的主要原因;（3）食物生产、原材料生产、气体调节、土壤保持和维持生物多样性等五种类型生态系统功能敏感性有所增加,其他类型生态系统功能敏感性逐渐减弱。研究结果可为长江中游地区生态环境保护,保障生态系统服务各项子功能的持续供给提供科学指导。     

黄河三角洲自然保护区湿地生态服务功能价值评估

黄河三角洲自然保护区是世界上暖温带保存最完整、最年轻的湿地生态系统之一,具有多种重要的生态服务功能。通过山东省第二次湿地资源调查（2011-2013年）及其它统计数据,结合保护区湿地生态系统的特征、结构及过程,构建了生态系统服务功能价值评估体系,应用生态经济学的理论和研究方法,对保护区湿地生态系统的供给、调节、支持和文化四大类功能进行了全面评估。结果表明:保护区湿地生态系统提供的生态系统服务总价值为123.113×108元,单位面积服务价值为5.93万元/hm2,其中调节服务功能价值最大,为85.773×108元,占总价值的69.78%;其次供给服务功能价值为19.018×108元,占15.45%;文化服务功能和支持服务功能价值分别为11.992×108元和6.330×108元,占9.74%和5.14%。具体提供的15项服务功能价值大小依次为消浪护岸>调蓄洪水>食物>科教>固碳>生物多样性维持>气候调节>供水>保持土壤>大气组分调节>水质净化>原材料>旅游>航运>促淤造陆。货币价值的直观性突显了保护区湿地对当地经济及生态环境的重要性,可提高人们对保护区湿地生态系统的正确认识,为湿地生态系统的保护和管理提供科学的理论依据。     

中国草地生态系统服务功能价值遥感估算研究

草地生态系统是我国陆地上面积最大的生态系统,不仅生产大量的产品,而且提供巨大的生态服务功能。利用遥感技术估算草地生态系统服务价值,具有廉价、动态、快速、范围广等优点,并可解决传统方法所不能解决的空间异质性问题。论文考虑有机物质生产、维持CO₂和O₂平衡、营养物质循环、对环境污染的净化作用、土壤侵蚀控制和涵养水源等主要服务功能,提出了一个基于净初级生产力(NPP)和植被覆盖率的草地生态系统服务价值估算方法,并介绍了从MODIS数据反演NPP和植被覆盖率的方法。对2003年我国草地生态系统服务价值的估算结果表明,我国草地生态系统总服务价值达17050.25×10⁸元,平均48.44×10⁴元/km²,是草地生产收益的19倍;不同类型的草地生态系统单位面积服务价值空间差异悬殊,从5.62×10⁴元/km²变化到99.0×10⁴元/km²以上。     

生态系统服务价值与人类活动的时空关联分析——以长江中游华阳河湖群地区为例

以1990、2002和2010年华阳河湖群地区LandSat TM影像为数据源,构建生态系统服务价值评估模型、生态系统服务价值流向损益模型和人类活动强度评估模型,应用双变量空间自相关分析生态系统服务价值和人类活动强度的时空关联特征.结果表明：1990~2010年生态系统服务价值持续减少,水域、湿地转为耕地和建设用地是价值损失的主要原因.生态系统服务价值高值区在中部和东北部水域,湖滨价值量减少最严重,北部地区价值量增加,南部减少.人类活动强度低影响区位于水域,中高影响区和中影响区交错分布于北部地区,高影响区集中在南部和西南部地区.3个时期生态系统服务价值和人类活动强度均呈空间负相关,高-低聚集分布于南部和西南部,低-高聚集主要分布于水域.