2000-2015年黄土高原生态系统水源涵养、土壤保持和NPP服务的时空分布与权衡/协同关系

生态系统服务评估决定区域可持续发展,对人类福祉至关重要。以黄土高原为研究区域,基于CASA、InVEST和RUSLE模型,结合土地利用类型、归一化植被指数、气象等数据,分析了2000年、2005年、2010年和2015年的NPP、土壤保持和水源涵养3项关键生态系统服务的时空分布特征,识别了3种生态系统服务的热点区,并基于相关系数法分析了黄土高原地区和不同气候区(干旱气候区、半干旱气候区、高原气候区、半湿润气候区)不同生态系统服务间的权衡/协同关系。结果表明:(1)2000—2015年,黄土高原地区的土地利用类型变化剧烈,其中林地(2.8%)和建设用地(43.1%)显著增加,耕地(-2.7%)明显减少;(2)2000—2015年,净初级生产力(NPP)、产水量和土壤保持均呈现增长趋势,分别增加14.1%,5.3%和101.3%;(3)黄土高原的4类热点区(非热点区、一类热点区、二类热点区、三类热点区)所占面积变化不显著,分布具有明显的地带性,从西北到东南依次为非热点区、一类热点区、二类热点区和三类热点区;(4)在整个黄土高原地区,土壤保持与NPP、水源涵养之间为协同关系,NPP与水源涵养为权衡关系;在4个气候区,NPP与土壤保持之间的权衡/协同关系与黄土高原地区一致,但土壤保持和水源涵养在半干旱气候区和半湿润气候区呈权衡关系,NPP与水源涵养在高原气候区和半湿润气候区为协同关系。为促进区域生态系统可持续管理,应在土地规划过程中考虑生态系统服务之间的相互关系,尽可能减少权衡,增加协同。     

陇东黄土高原农田生态系统服务及其权衡协同关系

陇东黄土高原是中国农耕文明发祥地之一,探究其农田生态系统服务及其权衡协同关系对于维持农田生态系统多功能性,促进耕地保护、保障粮食安全具有重要价值。为了厘清其农田生态系统服务之间的权衡协同关系,该研究基于社会经济与资源环境数据,运用降水贮存量法、通用土壤流失方程、InVEST 等6种生态系统服务评估模型,测算2020年农田生态系统供给服务（食物供给）、调节服务（水源涵养、碳固存）、支持服务（土壤保持、生境维持）和文化服务（美学景观）的物理量,并采用皮尔逊相关系数、双变量莫兰指数,分别识别供给服务与其他3类服务之间的权衡协同关系、各项服务之间关系的空间异质性。结果表明：1）研究区农田生态系统食物供给、水源涵养、碳固存、土壤保持服务物质量分别为4.61×10⁶ t、2.45×10⁸ m³、2.94×10⁶ t、6.61×10⁹ t,生境质量服务均值为0.26;供给服务与文化服务均呈“东西高、中北低”的分布格局,调节服务与支持服务则呈“带状”分布格局。2）研究区农田生态系统供给服务与调节、支持、文化服务之间以及食物供给服务与水源涵养、碳固存、土壤保持、生境维持、美学景观服务之间均表现为不同程度的协同关系。3） 研究区农田生态系统4类服务之间、各项子服务之间的权衡协同关系均具有空间自相关性,空间异质性显著。各项服务之间的协同关系“组团”出现在陇东中北部地区,聚集性较明显;各项服务之间的权衡关系则零散分布,聚集性不明显。因此,应全力维持陇东黄土高原农田生态系统多功能性,实施分区管理策略,充分发挥农田生态系统各类服务的协同效应,整体提升农田生态系统服务功能（特别是食物供给服务）,巩固新时代“陇东粮仓”地位。     

黄土高原植被恢复对土壤肥力质量的影响研究

在野外调查分析的基础上,测定了沙棘、黄刺玫、油松以及草地和农田的土壤有机质和速效养分,采用新负极差法检验了有机质含量的差异性,结果表明:(1)黄土高原半湿润地区恢复植被能够显著提高土壤的有机质含量,且草地>沙棘>黄刺玫>油松;(2)植被恢复对土壤有机质的提高效益随深度增加而明显减小,土壤有机质有一定表聚性,草地和灌木林植被下更为显著;(3)不同植被类型土壤速效氮均有大幅度增加,土壤速效磷增幅较小;土壤速效钾在草地、黄刺玫植被下有少量增加,沙棘、油松林地却有所下降。     

黄土高原小流域植被恢复的土壤侵蚀效应评估

植被建设是治理土壤侵蚀的重要途径,特别是坡面土壤侵蚀。退耕还林还草是黄土高原乃至全国最大规模的植被建设工程,黄土高原是该工程的重点地区之一。小流域是土壤侵蚀综合治理的基本单元。通过退耕还林工程实施前后小流域土壤侵蚀的模拟和分析,可以为植被建设成效评估和调整治理策略提供参考。运用修正土壤流失方程RUSLE,在ARCGIS10.2平台下模拟了羊圈沟小流域1984年、1996年、2006年、2012年和2014年5个年份的土壤侵蚀,评估了退耕还林前后黄土高原小流域植被恢复对土壤侵蚀的影响。降雨侵蚀力R利用延安气象站30年(1984—2014年,除1999年外)的日降雨数据计算,LS因子利用将矢量化的1∶5 000地形图插值生成DEM提取;土壤可蚀性K因子利用2006年实测土壤理化数据计算,总结概括前人研究成果获取C、P因子值。研究结果表明:(1)各坡度带侵蚀都显著减弱,15°~25°,25°~35°和35°坡度带是中度以上侵蚀发生的主要区域。1984—2014年3种坡度带的侵蚀面积之和分别占总面积的44.93%,42.65%,35.78%,23.23%和22.98%;(2)退耕还林前后相比,土壤侵蚀强度显著降低:中度以上侵蚀面积急剧减少,土壤侵蚀转变为以微度、轻度和中度侵蚀为主,3类侵蚀面积之和在2006年、2012年和2014年分别占总侵蚀面积的26.53%,44.24%和43.47%;(3)土壤侵蚀模数呈现减小的趋势,从1984年到2014年,土壤侵蚀强度从15 327.57t/(km2·a)降至3 270.19t/(km2·a),降低70%以上。总体上,土壤侵蚀明显降低,表明植被建设有效遏制了土壤侵蚀,退耕还林工程对水土保持和治理土壤侵蚀起到了显著的效果。     

黄土丘陵区小流域植被恢复的土壤养分效应研究

研究了安家坡小流域荒草地、山杏林地、农地、油松林地、灌木林地、弃耕地等地类的土壤养分特征。结果表明,植被系统具有较强的养分表层富集功能;不同植被恢复类型对土壤养分含量有明显的影响,主要表现在不同土层土壤有机质、速效磷、速效钾、硝态氮和铵态氮含量在不同植被类型间存在显著的差异性;人工灌木植被对土壤的培肥作用高于乔木植被;农地弃耕(撂荒)有一定的土壤培肥作用;对水土流失极为严重的黄土丘陵沟壑区来说,在退耕还林还草时应优先考虑恢复灌木和草本等先锋植被;在土壤质量改善到一定程度时,再进行乔木的间植;农地弃耕是一种节省人力物力而其生态环境效应又很好的双赢途径。     

黄土高原土石山区坡改梯后土壤水分及养分特征

以位于黄土高原土石山区的山西省榆社县为研究区,分别对坡改梯3年的农田和坡耕地的土壤水分和养分特征进行了对比研究,结果表明:与坡耕地相比,坡改梯3年农田的土壤容重变小,孔隙度增大,土壤含水量均值高于坡耕地1.87百分点,0~20、20~40、40~60 cm深度土层平均蓄水量分别高于坡耕地6.43、1.88、2.39 mm,土壤pH值减小,有机质、全氮、全磷、有效磷和速效钾含量均高于坡耕地,显示出了良好的保水保肥特征。但是,研究区的土壤有机质、全氮和全磷含量很低,土壤肥力整体上较差,建议在之后的农业耕种中注意氮肥和磷肥的有效使用。     

西藏“一江两河”流域生态系统服务变化及权衡与协同关系研究

为使环境资源得到高效配置,明晰生态系统服务间权衡关系是重要前提。以一江两河流域为对象,基于InVEST模型对该区1990—2018年的土壤保持、水源涵养和固碳服务进行动态评估,并采用相关分析法探讨了流域、县域尺度下各服务间的权衡关系。结果表明:(1)1990—2018年,土壤保持量和碳储量呈波动增加趋势,产水量呈减少趋势。单位面积土壤保持量、产水量和碳储量的高值区均分布在流域东部的拉萨河河谷地区。(2)流域尺度下,2010年水源涵养服务与固碳服务间表现出权衡关系,其余年份各服务间均呈现出协同关系; 县域尺度下,各服务间关系也多为协同关系,但具有较强的空间异质性。(3)热点制图显示,1990—2018年1类区占比最大且呈增加趋势,主要地类为低植被覆盖草地; 0类和2类区占比增加,主要地类分别为沙地和高植被覆盖草地; 3类区占比有所减少,主要地类为高植被覆盖草地和灌木林。由此可得,研究区3种生态系统服务具有较强的时空异质性,各服务间以协同关系为主,且随时空变化而发生着强弱变化。     

长株潭城市群生态系统服务变化及其权衡协同研究

[目的]识别生态系统服务权衡与协同之间的关系,为地方政府制定环境保护和生态建设相关政策提供科学依据。[方法]基于修订的当量因子表,探讨了长株潭城市群2002—2018年生态系统服务及其时空变化;同时,采用生态系统服务权衡协同度模型,再对食物生产等9项生态服务功能进行权衡与协同分析。[结果]（1）研究期间,长株潭城市群生态系统服务价值从2002年的835.20亿元减至2018年的808.93亿元,减少率为3.15%,呈持续下降趋势。（2） ESV在空间上呈现差异,ESV减少最大是长沙市。（3）利用GM(1,1)模型进行预测,研究发现长株潭城市群ESV由2022年的802.99亿元下降到2034年的777.10亿元,降幅达3.22%。（4）权衡协同关系表明,长株潭城市群生态系统服务权衡协同具有时空差异性。[结论]长株潭城市群由于自然环境、社会经济等的差异,在生态系统服务供给、支持、调节、文化功能之间的权衡协同具有较显著的区域差异。     

渭北黄土高原经济林地土壤养分特征研究

为了探明渭北黄土高原经济林地土壤养分状况及其变化规律,以主要经济林树种杏树、柿树、花椒和核桃作为研究对象,对经济林地土壤养分变化特征进行了研究.结果表明:经济林地由于受成土母质和人为干扰的作用,土壤养分含量变异范围较宽,其中养分变异范围中碱解氮的变幅最小,而速效磷最大,达74.17%;不同的经济林地土壤养分存在一定的差异性,花椒林地有机质和速效钾含量最高,杏树林地次之,柿树和核桃林地含量较低,碱解氮的变化趋势为:核桃>花椒>杏树>柿树,速效磷的变化趋势为:杏树>柿树>花椒>核桃;各种养分在剖面中的含量具有明显的层次性,表层(0-20cm)养分含量最高,随着剖面深度的增加,养分含量逐渐降低,且降低的幅度越来越小,养分具有明显的“表聚效应”;土壤养分含量之间存在一定的相关性,有机质与速效钾呈显著相关,与碱解氮呈极显著相关,碱解氮与速效钾呈极显著相关,而速效磷与其它养分变化的相关性较低,没有明显规律性;依据黄土高原土壤养分分级指标,所调查经济林土壤有机质和碱解氮处于较低水平,速效磷、速效钾含量丰富,能够满足一般树木生长的需要.     

基于InVEST模型的渭河流域干支流生态系统服务时空演变特征分析

渭河作为黄河的最大支流,是生态保护建成区重点之一,对其生态系统服务研究有利于实现流域内高质量发展和生态保护之间的平衡关系,保持流域生态系统服务功能,促进流域生态系统恢复.基于InVEST模型分析渭河流域2000—2018年5期土地利用和干支流生态系统服务时空动态变化,采用相关性分析水源涵养、土壤保持和生物多样性之间的权...