区域生态系统服务变化与预测研究

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从复合生态系统的角度来看,陆地生态系统是支撑与维持地球的生命支持系统,维持生命物质的生物地化循环与水文循环,维持生物物种与遗传多样性,净化环境,维持大气化学的平衡与稳定。重庆位于三峡库区腹心地带,是长江流域重要的生态屏障和全国水资源战略储备库,生态区位十分重要。其生态系统状态,不仅影响着社会经济的可持续发展,而且对于维护长江中下游地区生态安全具有极其重要的作用。近年来重庆经济的快速发展和区域气候的变化,改变了生态系统格局和生态系统服务,进而影响地区经济和环境的可持续发展。本研究基于GIS和RS技术分析了重庆生态系统服务的空间分布特征,近10年来生态系统服务的变化及其驱动原因,还预测评估未来森林工程的格局变化及其生态效益。探讨地区生态系统服务功能形成机制并明确生态保护目标,提出生态系统恢复和管理的调控策略。主要研究结论如下:  (1)近些年重庆严格实施生态恢复工程(森林工程、退耕还林工程和天然林保护工程)基本实现了生态建设优先、收入增加和社会经济发展的目标,对构建三峡库区绿色生态屏障、加快农村产业结构调整、促进农民增收致富、推动社会经济可持续发展起到了十分重要的作用。  (2)重庆主要生态系统类型是农田和森林生态系统,其2010年面积比例分别为39.2%和38.9%。生态系统格局从2000-2010年发生了较大的改变。森林面积增加了2.58%,灌木和草地分别增加了0.11%和0.56%。农田生态系统变化最为显著,减少了3.30%。同时,城镇和水体变化较小,仅增长了0.21%和0.04%。相关性分析结果表明,人口的增加、经济的增长、城市化和地区发展规划是导致重庆生态系统格局演变的主要因素。森林和农田作为景观基质,对整体景观也有较大的贡献,它们之间的相互转变对重庆的景观格局和生态服务起着决定性的作用。  (3)重庆自然生态系统质量总体上呈现东高西低的趋势。生态系统质量的空间分布与海拔、坡度、降雨和温度的相关性较大,生态系统质量较高的区域主要集中在降雨丰富、温度偏低的高海拔、陡坡山区。近10年来,重庆自然生态系统质量呈增加趋势,相关性分析结果表明,近年来地区温度的升高延长了植被的生长季节,提高了光合作用效率和水分利用率,促进了生态系统质量的提高。道路的发展,为生态恢复工程的实施创造了条件,有利于生态系统质量的改善。此外,森林工程的实施为地区森林质量的整体改善做出了一定贡献,新增森林生态系统整体质量偏低,需加大恢复力度,促进森林质量的提高。  (4)重庆2010年的土壤侵蚀量约为2.23亿t/a,土壤保持量约为14.69亿t/a。利用市场价值法,机会成本法和影子工程法评价了各类生态系统土壤保持的生态价值。研究区2010年土壤保持价值相对于2000年有所提升,2010年生态系统因防止土壤侵蚀而产生的土壤保持总价值约为6.18×105万元。各生态系统类型中,森林生态系统土壤保持价值量最大3.3×105万元,约为总量的53.9%。  (5)径流调节服务较强的区域主要分布在植被覆盖较好的地区,如西南自然保护区,西部主要山脉,东北部和东南部植被茂盛的高山地区。径流调节服务较弱的地区主要分布在主城区和植被稀疏或无植被覆盖的地区。从2000-2010年重庆径流调节能力呈升高趋势,增加了约2.07%,生态系统径流调节量提高了7.07亿m3。径流调节服务的增强主要是因为近些年来地区所实施的生态恢复工程,大范围的植树造林活动使森林面积逐年增加。此外,重庆径流调节服务变化还受大气CO2浓度,温度和GDP密度的影响,其中人口密度的作用相对较小。  (6)生物多样性和生态系统服务具有较高的相关性。在生物多样性的保护区域存在着较高的生态系统服务,说明保护生物多样性的同时也保护了生态系统服务。然而,以生物多样性为主要保护目标的规划体系并不能有效的提升生态系统服务的固有潜力。结合生物多样性和生态系统服务为保护目标,结果表明在重要区保护区域内,生境质量状况较好,同时生态系统服务也提供较多。  (7)采用情景分析的方法,建立了5种土地管理情景,基于InVEST模型,USLE模拟了3种生态系统服务在不同情景下的变化。结果表明:以生态工程实施后所产生的生态价值作为评价基础,情景4(径流调节服务为主要目标)是可持续土地利用管理的最优策略,因为在这种情景下人们的直接农业收益受到损失最小,而其他服务功能却能得到显著的提高。
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