陕西省城市化及植被覆盖变化对生态系统服务的影响

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生态系统服务指对人类生存、发展至关重要的环境条件和产品,为保证生态系统服务可持续,对其科学管理十分必要,明确影响生态系统服务因素,量化其影响方向、强度等是有效管理的前提。目前,相关研究已经从生态系统服务的类型分类、评估方法等逐步发展到诸多影响生态系统服务的因子,影响方向及强度需等方面。立足于为陕西生态管理提供依据的出发点,基于近年来陕西不断加快城市化进程,伴生的生态压力现实背景,以及对陕西水土流失严重,制定的恢复植被覆盖,实施退耕还林(草)工程的政策背景下,研究城市化演变和植被覆盖变化对生态系统服务的影响及阈值。本文基于陕西省气候区划,以植被覆盖度(FVC)度量植被覆盖变化,构建综合城市化指数(CUI)表征城市化演变特征;评估土壤保持服务、碳固定服务和产水服务及其时空演变特征;采用相关系数量化生态系统服务权衡与协同关系;识别不同气候区划下城市化和植被覆盖变化对生态系统服务的影响,基于弹性系数法度量影响的阈值。主要结论如下:(1)城市化、植被覆盖变化及生态系统服务的动态演变特征。2000-2018年间陕西省植被覆盖度提升,植被覆盖显著增加区域集中在陕西北部。综合城市化指数升高,以西安周边为高值聚集区的特征。产水服务在不同的年份之间变化大,北亚热带湿润区产水服务最高。固碳服务呈波动上升趋势,北亚热带湿润地区最高,空间上自南部往北递减。土壤保持服务在年际变化大,总体由高至低为:北亚热带湿润区、暖温带半湿润区、暖温带半干旱区、中温带半干旱区。(2)生态系统服务权衡与协同。产水服务与固碳服务在暖温带半干旱区、暖温带半湿润区、中温带半干旱地区主要为权衡关系,北亚热带湿润区为弱的权衡与协同关系。在空间上,通过显著性检验的地区主要表现为协同性。产水服务与土壤保持服务,暖温带半干旱区为权衡关系,暖温带半湿润区、北亚热带湿润区为协同关系,中温带半干旱地区为弱的协同和权衡关系。在空间上,主要表现为较强的协同性。土壤保持服务与固碳服务在不同气候分区下都为协同关系,但在不同气候分区下的相关性趋势有所不同。在空间上,通过显著性检验的地区主要表现为协同性,仅有中部部分地区和中部与南部交界的东北地区呈现为权衡关系,不成规模。(3)植被覆盖变化对生态系统服务影响及阈值。植被覆盖和产水服务在中温带半干旱地区为负相关,阈值10%~30%和60%~70%;暖温带半干旱区北呈现正相关,南部负相关,15~30%为阈值;暖温带半湿润区呈现不显著正相关、负相关,阈值为60%~70%;北亚热带湿润区呈不显著正相关,阈值60%~80%。植被覆盖和固碳服务在整个陕西大部分地区表现为正相关。暖温带半干旱区,阈值为50%;暖温带半湿润区,植被覆盖度升高带动固碳服务量的持续减速提升;北亚热带湿润区,阈值40%~70%;中温带半干旱地区阈值为48%。在中温带半干旱地区为不显著负相关,阈值为20%~25%和40%~50%;暖温带半干旱区为正相关,阈值为40%、80%;暖温带半湿润地区为不显著的正相关和负相关,阈值为20%~50%;北亚热带湿润区为不显著的正相关和负相关,阈值为20%~40%和70%~80%。(4)城市化演变对生态系统服务影响及阈值。城市化和产水服务在中温带半干旱地区为负相关,0.2~0.4为阈值;暖温带半干旱区,北部不显著的负相关,南部不显著正相关,阈值0.1~0.7;暖温带半湿润区,北部不显著正相关,南部负相关,阈值为0.5;北亚热带湿润区不显著负相关,无阈值。城市化与碳固定服务在中温带半干旱区,以显著的负相关为主,阈值为0.45;在暖温带半干旱区,大面积区域为负相关,阈值为0.05~0.5;在暖温带半湿润区,北部和西安周边呈显著负相关,阈值为0.3;北亚热带湿润区,为不显著的正相关,阈值为0.4。城市化和土壤保持服务在中温带半干旱地区为不显著的正相关,阈值0.7;在暖温带半干旱区,为不显著正相关、负相关,阈值为0.2~0.4;在暖温带半湿润区,北部不显著负相关,中部、南部不显著正相关,阈值0.4~0.7;北亚热带湿润区,为不显著的正相关,阈值为0.5~0.7。
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