明晰生态系统服务供需的匹配程度和权衡/协同关系,对科学划分生态管理分区和城市的可持续发展具有重要意义.本研究基于多源数据,以街道为尺度单元量化了太原市生态系统服务供给及需求量,借助Getis-Ord Gi*工具和相关性分析方法探究了 6种生态系统服务供需比冷热点区域及供需间的权衡/协同关系,并根据自然资源特征及社会经济情况提出了生态管理分区及管控建议.结果表明:太原市生态系统服务供需分布具有空间分异性,在供给方面,固碳量、空气净化、热环境调节、休闲服务在东西部较高,土壤保持西部较高,产水服务南部较高;在需求方面,固碳量、热环境调节、产水和休闲服务呈现出中部及东南部高、四周低的特点,空气净化需求南部和北部较高,土壤保持需求西部较高.生态系统服务供需不匹配特征明显,6种服务供需风险等级总体呈现由汾河向东西两山递减的规律.供给方面,产水服务与其他5种服务呈现为权衡关系;需求方面,空气净化和土壤保持与其他4种服务呈现为权衡关系.本研究提出了"保护优先-调控为主-协同治理"的分区框架,将研究区分为3个一级分区和8个二级分区,并提出了差异化管护策略.本研究可为平衡生态系统服务供需关系、促进城市可持续发展提供参考.

研究都市圈生态系统服务权衡协同关系对城镇空间扩张的响应,对区域城镇空间格局优化和高质量发展具有重要意义.本研究以广佛都市圈为研究区域,基于2000-2020年土地利用数据及自然生态环境等相关数据,选取景观格局指数测度城镇空间的规模、分布、形态维度的扩张特征,利用InVEST模型计算降温服务、生境质量、自然游憩和水源涵养4项主要生态系统服务,采用耦合协调度模型量化多元生态系统服务间的权衡协同关系,并通过多尺度地理加权回归模型探究其对城镇空间多维扩张的响应.结果表明:2000-2020年,广佛都市圈城镇用地规模持续增加,且2010-2020年间的增速加快,中心区城镇用地平均斑块面积增加和东北部小斑块的城镇用地增加,都市圈由"双中心"向"单中心"演化.广佛都市圈城镇用地斑块间距离较小,分布较为紧凑,新增城镇用地间距离较小,但近年来逐渐增大.城镇用地斑块形态整体较规整,复杂度较小,新增城镇用地的形态复杂度逐渐增加.广佛都市圈生态系统服务权衡协同关系变动较为剧烈,协同关系减少,权衡关系增加,且极度权衡关系逐渐占主导地位.广佛都市圈生态系统服务协同对城镇用地规模变化的响应最剧烈且具有空间异质性,对城镇用地分布和形态变化的响应存在阶段性差异.

城市边缘区是城乡之间的过渡区域,具有人地关系复杂、城乡冲突尖锐的特征,其生态系统服务(Ecosystem Services,ESs)功能呈现权衡或协同的复杂相互作用.研究城市边缘区ESs的相互关系、基于功能协调目的对其进行优化,对于缓解人地关系矛盾、实现乡村振兴和促进区域可持续发展具有重要意义.以苏州市为例,在识别城市边缘区基础上,选取粮食供给、产水量、碳储存、土壤保持、生境质量、水质净化、文化服务7种关键ESs进行评估,结合Spearman相关性分析和自组织网络方法探究ESs权衡协同关系及其时空演变特征,最后对城市边缘区进行分类及提出优化策略.结果表明:1)苏州市918个村庄被识别为城市边缘区;2)生境质量与粮食供给存在极显著的权衡关系(R(xy)=-0.77),生境质量与文化服务存在极显著的协同关系(R(xy)=0.95),2010-2022年间ESs间的关系以权衡效应为主,协同效应较少,整体权衡关系呈减弱趋势;3)根据聚类分析结果,可将研究区分为5类生态系统服务簇,分别为生态服务协调簇、生态服务失调簇、生态保育簇、生态游憩休闲簇以及生态风险加剧簇;4)提出了促进城市边缘区ESs协调,有助于自然-经济-社会复合生态系统可持续发展的优化策略.

耕地是一个典型的半自然、半人工复合生态系统,耕地生态系统服务已然成为耕地资源研究领域的热点和前沿.然而,耕地生态系统服务研究更多遵循"分布格局-生态过程-服务水平-人类福祉"单向级联逻辑,较少关注耕地系统中自然生态与人类社会的交互关系.基于以"资源单元、资源系统、使用者、治理系统"为主体的社会-生态系统一般分析框架,构建了社会-生态系统视角下的耕地生态系统服务分析框架,提出以"背景诊断-交互分析-机制揭示-治理路径"为脉络的耕地生态系统服务管理研究的理论逻辑与研究框架,有助于阐明耕地生态子系统与社会子系统交互过程中的生态系统服务供需和权衡关系及其与人类福祉的相互影响,揭示处于社会-生态系统中的以耕地生态系统服务为抓手的耕地生态系统演化与发展的因果机制、反馈机制,进而丰富耕地生态系统服务的人地关系理论,为促进耕地多功能保护、实现耕地资源可持续发展提供理论参考和实践借鉴.

粮食生产服务与土壤保持服务的供给矛盾是制约怒江流域可持续发展的一大阻碍.以流域中心的施甸县为例,使用均方根偏差(Root Mean Square Error,RMSE)方法评估了 2000-2020 年粮食生产和土壤保持服务权衡强度的空间特征变化.然后将 2020 年作为基准年,以坡耕地生态恢复作为决策变量,使用多目标线性规划提取了高生态恢复优先的区域,进而识别了权衡强度与恢复潜力的空间分布异同.研究结果表明,(1)两项生态系统服务权衡的空间分异明显,研究期间权衡强度呈增加趋势,RMSE平均值由 2000 年的 0.466 增加至 2020 年的 0.499;高权衡强度区域主要集中在研究区的低海拔坝区,而低权衡强度区域分布零散,且高/低权衡强度区域在空间上都表现出聚集的特征.(2)根据线性规划绘制的效率前沿曲线,在土壤保持服务收益达到 13.35×106t hm-2 a-1时需要转出 3388.51hm2坡耕地,同时粮食生产服务损失达 9.59×106 kg,而继续提升会显著增加成本.(3)各权衡强度等级坡耕地的生态恢复潜力为:中权衡＞低权衡＞高权衡,其中权衡强度在 0.4-0.5 区间的坡耕地最适宜进行生态恢复.这一研究结果可以为山地区域坡耕地利用模式提供参考,推进可持续发展目标的实现.

可持续发展目标(Sustainable Development Goals,SDGs)的实现往往会因为生态保护或人类福祉之间可能存在的权衡关系而受到阻碍.将生态系统服务(Ecosystem services,ESs)纳入到可持续发展目标的决策中能够避免各方利益的冲突,促进SDGs的实现.然而,在生态环境脆弱的山区,ESs对SDGs的贡献分析仍然不足.以川西地区为研究区,对2000-2020年11个可持续发展目标进行了量化,利用生态系统服务和权衡的综合评估(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs,InVEST)模型和定量指标法估算了碳固存、土壤保持和食物生产三种重要生态系统服务,并使用空间面板数据模型研究ESs对SDGs的影响及其空间溢出效应.结果表明:(1)可持续发展目标水平整体提升,但SDG1(无贫穷)和SDG3(良好健康和人类福祉)表现较差,分值低于5分.从空间上看,与环境相关的SDGs在川西北高原表现更好,与社会经济相关的SDGs在川西东部和川西南山地地区表现更好.(2)川西地区碳固存和食物生产服务呈现线性增长趋势,土壤保持服务呈现波动增长趋势,分别增长了0.23×108t、8.93×105t和1.23×108t.(3)与土壤保持和食物生产相比,碳固存对SDGs表现出更强烈的直接影响和空间溢出效应.其中县域碳固存对本县域和邻近县域的SDG11(可持续城市和社区)和SDG1具有显著的促进作用,对SDG2(零饥饿)呈现显著负向影响.研究结果可为区域联合管理提供科学依据,推动可持续发展目标的实现.

探明不同利益主体对生态系统文化服务(CES)的价值认知,对于实现国家公园生态系统的科学管理具有重要理论价值与现实意义.以钱江源国家公园体制试点区为例,基于建立的CES评价指标体系,通过1073份有效调查问卷分析,探明居民、管理人员、游客等多元核心利益主体对CES的认知,并在此基础上,利用熵值法与综合模糊评价法对国家公园CES重要性与水平进行综合评价.结果表明:(1)居民和管理人员都对生态改善服务的价值认知最高,具有一定趋同性;而游客则对保健服务认知程度最高(2.44),这与其旅行目的相关.居民、管理人员与游客认知程度最低的CES分别是系统治理(1.89)、民俗文化普及(2.12)、精神崇拜(1.86)服务.(2)在重要性方面,3类主体均认为人文关怀服务＞自然体验服务＞社会服务,在具体指标层面,居民最看重民俗文化普及服务(0.1355)、管理人员和游客最看重精神崇拜服务.(3)3类主体对CES认知评价排序为管理人员(4.24)＞游客(4.11)＞居民(3.99),管理人员与居民分别作为重要的政策制定执行者与利益获得者,体现了不同政策参与主体利益需求对CES认知评价的驱动作用.(4)CES认知的权衡关系主要体现在管理人员,居民与游客的CES认知为协同关系.协同性最强的CES是管理人员对于生态改善和艺术灵感服务的认知、权衡性最强的是荒野保护与科普教育服务之间的认知.CES认知与不同主体的内在利益需求和自身认知难易程度有关,研究结果将为国家公园政策制定提供参考.

科学评估乡镇尺度生态系统服务价值(ESV)是乡村生态系统生产总值(GEP)定量核算以及镇域国土空间规划的重要前提.以四川丘陵区 215 个典型乡镇为研究对象,基于乡村生产—生活—生态用地("三生用地")分类系统和单位面积价值当量因子法,定量评估了乡镇尺度生态系统服务价值的空间分布及供需格局特征,并引入和弦图清晰表达了生态系统服务之间的权衡与协同关系.研究结果表明:(1)研究区乡村ESV空间分布存在明显的空间异质性和聚集特征,总体上南部和西南部丘陵区ESV高于北部和中部,中部地区ESV最低同时,ESV热点主要集中于西部和南部,冷点主要分布于中部和东北.(2)2015 年,研究区 ESV 为 62705 元·hm-2,以调节服务为主(75.69%),其次为食物生产(9.07%)和生境服务(6.45%).以农业生产用地为主导的乡村"三生用地"格局很大程度上导致了四川丘陵区ESV偏低,提升生态用地的数量与质量是改善区域生态系统服务的关键.对 ESV 的贡献率较高的"三生用地"类型为:乔木林地(41.25%)、河流湿地(22.95%)、水田(15.08%)、旱地(12.13).(3)生态系统供给服务与其他三类服务均存在权衡关系,而调节、文化和生境服务之间为协同关系.随着人类对食物与水资源获取能力的增强,可能导致研究区大部分生态系统服务的下降.(4)研究区生态系统服务供需失衡较为明显,供需模式以 L—H(39.98%)和 H—L(35.92%)为主,呈现两极分化的趋势.同时,H—H模式"三生用地"结构合理,经济生态效益协调,是乡镇尺度可持续发展的代表模板.本文研究结果可为四川盆地乡村振兴空间布局优化以及长江上游生态环境保护提供科学依据.

生态系统服务供给能力和权衡/协同关系已被广泛用于生态保护和生态安全分区研究中.但现有分区研究多侧重于生态系统服务供给能力或权衡/协同关系的某一方面,且在分区过程中较少考虑生态系统服务对驱动因素的非线性响应.基于此,以西南地区为例,在对区域土壤保持、产水、净初级生产力(NPP)及粮食供应四类服务供给量和权衡/协同关系进行估算的基础上,构建生态系统服务供给指数、关系指数和综合指数.在对三类指数时空变化特征进行剖析的同时,重点探讨主要驱动因素与生态系统服务综合指数间的约束关系,识别临界阈值,进而明确区域生态安全分区及优化方案.结果显示:(1)2000-2020年,区域生态系统服务供给指数呈上升趋势,体现了生态修复的积极作用;同时,在追求生态系统服务供给能力最大化输出的过程中,造成了区域生态系统服务权衡关系的增强.因此,有必要将生态系统服务供给和权衡/协同关系同时纳入生态安全分区中.(2)空间上,三类指数的低值区高度重合,均位于川西高原;但高值区的分布存在一定差异,供给指数的高值区位于研究区西南角,而关系指数和综合指数的高值区位于研究区东部.(3)自然-社会条件、植被环境条件和社会-经济条件是影响区域生态系统服务综合指数变化的主要因素,三者与综合指数间呈倒"U"型约束关系,即存在明显的阈值效应.且随时间推移,自然-社会条件和植被环境条件对生态系统服务综合指数的约束效应略有收紧.(4)研究区以相对修复区为主,其次是重点修复区和相对安全区,生态安全区面积最小.未来可以对不同分区上的限制因素进行调整以实现区域生态系统服务供给最大和关系最优.

黄河三角洲作为我国暖温带最年轻、保存最完整的滨海湿地生态系统,在全球气候变化以及区域人类活动加剧的背景下,海平面上升和地面沉降加剧使得地区生态安全受到严重威胁.基于1991-2020年8期土地利用/覆被数据,使用生态系统服务和权衡的综合评估模型(InVEST)碳储量模块系统评估黄河三角洲过去30年的土地利用/覆被和碳储量时空变化特征,并进一步耦合海水淹没模型和斑块生成土地利用变化模拟软件(PLUS)预测生态保护、自然发展和经济发展三种情景下黄河三角洲2035和2050年土地利用/覆被和碳储量格局.结果表明:1991-2020年间,碳储量累计减少107.94万t,降幅为8.12％,自然湿地和非湿地碳储量分别减少386.66和18.56万t,人工湿地碳储量增加297.27万t.2035和2050年,黄河三角洲分别约有4.47％—11.58％和6.20％—17.42％的陆地会被海水淹没,导致未来黄河三角洲多情景模拟中碳储量均减少,到2035年生态保护、自然发展和经济发展情景下碳储量分别减少了 42.38万t、76.68万t和119.50万t,到2050年三种情景碳储量分别减少了59.30万t、1 19.02万t和187.01万t,同时期生态保护情景下碳储量减少速率最小.黄河三角洲应坚持可持续发展,加强高碳储量土地利用/覆被类型的生态保护,通过回填开采区等方式减少地面沉降速率,并在可能被淹没的区域建设沿海堤坝以预防海水淹没,从而减少黄河三角洲的碳储量损失.研究指出了海水淹没会导致巨大的碳储量损失,可为黄河三角洲未来提高固碳增汇作用提供数据支撑和理论基础.