宁夏沿黄城市带生态系统服务时空权衡关系及其驱动机制研究

论文摘要

生态系统服务是人类直接或间接地从生态系统中获取的各项产品和服务,是连接自然生态系统和人类福祉的桥梁,其可持续供给对区域、国家乃至全球的可持续发展和生态安全具有重要意义。中国西北部干旱区半干旱区内山地-荒漠-绿洲并存,近年来全球气候变暖和人类活动的显著增加对其脆弱的生态环境造成显著影响,其可持续发展面临着重大挑战。量化分析气候变化和以土地利用变化为代表的人类活动对生态系统服务的影响,合理调控多项服务间的权衡变化关系,将生态系统服务管理融入政策制定过程中,是实现兼顾经济发展和生态环境保护目标的有效途径。本文以宁夏沿黄城市带为研究区,首先基于InVEST模型、CASA模型等生态模型对农业生产、碳储存、碳固定、污染截留、防风固沙和娱乐文化六项生态系统服务进行定量化计算,分析其时空分布变化、服务间时空权衡关系及其社会-生态驱动机制,探索气候变化和土地利用变化对生态系统服务的影响,然后利用SLEUTH模型和全球气候变化预测数据对未来30年间不同城镇扩展和气候变化情景下的生态系统服务进行预测,探索不同管理政策对生态系统服务的可能影响,为研究区不同子区的区域发展规划提出建议。研究得到的主要结果如下:（1）六项生态系统服务的空间分布存在显著差异。以2017年为例,在区域尺度上,农业生产、碳储存、碳固定和污染截留四服务间存在显著的空间协同关系,且其社会-生态驱动机制较为相似,均受到土地利用格局和植被覆盖度的显著影响。防风固沙和娱乐文化间同样存在显著协同关系,但其驱动机制存在较大差异—前者主要受到地形因子的影响,而后者则受到土地利用、地形、气候和社会经济发展的综合影响。前四项服务和后两项服务间多为空间权衡关系,但六项服务被划分为三个聚类,与驱动机制分析的结果一致。因此,生态系统服务间的关联和聚类划分可通过其社会-生态驱动机制进行预测。（2）就生态系统服务的空间分布而言,宁夏沿黄城市带内灌区可提供较高的农业生产、碳储存、碳固定和污染截留服务,其供给能力主要受到植被覆盖度和距人工设施的邻近度的影响。西北部和南部山区可提供较高的防风固沙和中度的碳固定和娱乐文化服务,主要受到地形和气候等自然生态因子的影响。灌区和山地间的过渡地带可提供较高的娱乐文化服务,主要受到气候因子和距人工设施的邻近度因子的综合影响。（3）1989-2017年间,生态系统服务的空间权衡关系和社会-生态驱动机制发生显著变化。农业生产和污染截留受土地利用格局的影响逐渐增强,碳储存受植被覆盖度和气候因子的影响逐渐增强,防风固沙受地形的影响逐渐增强,娱乐文化受社会经济发展的影响逐渐增强。社会经济的快速发展促使娱乐文化的热点从山区向过渡区转移,驱动娱乐文化和防风固沙的空间关联性降低。（4）1989-2017年间,农业生产、污染截留和娱乐文化的平均值逐渐升高,碳储存先减后增,而防风固沙先增后减。气候变化对防风固沙和碳储存的影响较大,而土地利用变化则对农业生产、污染截留和娱乐文化的影响较大。土地利用变化在灌区以耕地开垦为主要特征,造成农业生产、碳储存和污染截留的同时提高及娱乐文化的降低。灌区内部和边缘区的城镇扩展、道路建设和旅游景点的兴建造成了娱乐文化的显著升高和污染截留的显著降低。（5）2017-2045年间,气候变化对碳储存和防风固沙的时间变化有较大影响。RCP 8.5情景下防风固沙增长近1.75倍,而碳储存降低约1.62%,且RCP 2.6情景下服务变化率较低,即气候变化程度越高,碳储存和防风固沙的变化程度越大。城镇扩展和土地利用管理政策可有效降低全球变暖带来的负面影响,不同城镇扩展管理政策影响下的土地利用变化对农业生产、碳储存和娱乐文化有较大影响。城镇扩展会降低科技进步带来的农业生产升高程度,降低污染截留,提高娱乐文化。农业生产和污染截留在不同城镇管理情景下平均值从高到低依次为EPS、CS、CGS、RVB和HGS,而娱乐文化则与此相反。紧凑城镇增长、设置河岸植被缓冲带和生态环境保护政策可有效降低不同服务间的权衡变化关系和协同降低趋势。

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中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 选题背景与研究意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 生态系统服务权衡关系的研究进展

1.2.2 生态系统服务的社会-生态驱动机制的研究进展

1.2.3 气候变化和人类活动对生态系统服务的影响的研究进展

1.3 研究内容与技术路线

1.3.1 拟解决的科学问题

1.3.2 研究内容

1.3.3 技术路线

第二章研究区与研究方法

2.1 研究区概况

2.1.1 区位特征

2.1.2 自然环境条件

2.1.3 社会经济发展

2.2 数据来源

2.2.1 土地利用数据

2.2.2 其它数据

2.3 研究方法

2.3.1 生态系统服务计算

2.3.2 生态系统服务权衡关系分析

2.3.3 驱动机制分析

2.3.4 土地利用变化预测

2.3.5 气候变化预测

第三章生态系统服务的空间权衡关系及其社会-生态驱动机制分析

3.1 研究方法

3.1.1 空间权衡关系分析

3.1.2 社会-生态驱动机制分析

3.2 生态系统服务的空间分布格局

3.3 生态系统服务空间分布的权衡关系

3.3.1 相关性分析

3.3.2 生态系统服务聚类划分

3.4 生态系统服务空间分布的驱动机制分析

3.4.1 各项生态系统服务的驱动机制分析

3.4.2 生态系统服务聚类和社会-生态因子聚类的响应机制分析

3.5 讨论

3.5.1 生态系统服务的空间关联及其影响因素分析

3.5.2 基于空间分布的生态系统服务聚类及其社会生态环境背景

3.6 小结

第四章生态系统服务空间权衡关系的变化及其社会-生态驱动机制变化

4.1 研究方法

4.1.1 空间分布及其权衡聚类关系

4.1.2 驱动机制分析

4.2 生态系统服务空间分布格局的变化

4.3 生态系统服务空间权衡关系的变化

4.3.1 相关性变化

4.3.2 主成分分析变化

4.3.3 聚类分布变化

4.4 生态系统服务空间分布的驱动机制变化

4.5 讨论

4.5.1 土地利用和植被覆盖对生态系统服务的影响

4.5.2 社会经济发展对生态系统服务的影响

4.5.3 自然环境对生态系统服务的影响

4.5.4 研究方法启示和管理政策建议

4.6 小结

第五章土地利用变化和气候变化对生态系统服务及其时间权衡关系的影响

5.1 研究方法

5.1.1 土地利用转移矩阵

5.1.2 时间变化权衡关系分析

5.2 宁夏沿黄城市带城镇化进程中土地利用变化

5.3 1989 -2017 年间关键气候因子变化

5.4 生态系统服务的时间变化

5.5 生态系统服务的时间权衡关系

5.5.1 相关性

5.5.2 主成分分析

5.5.3 聚类分析

5.6 讨论

5.6.1 土地利用变化和气候变化对生态系统服务的影响

5.6.2 生态系统服务的时间权衡和聚类关系

5.6.3 管理建议

5.7 小结

第六章城镇化和气候变化多情景下的生态系统服务变化和权衡关系预测

6.1 研究方法

6.1.1 多情景设置

6.1.2 生态系统服务预测

6.1.3 统计分析

6.2 SLEUTH模型校准预测

6.2.1 模型校准和精度验证

6.2.2 土地利用变化

6.3 不同情景下生态系统服务变化

6.3.1 生态系统服务的时间变化

6.3.2 时间变化相关关系

6.3.3 基于时间变化的生态系统服务聚类分布

6.4 讨论

6.4.1 气候变化对生态系统服务的影响

6.4.2 不同城镇管理政策对生态系统服务的影响

6.5 小结

第7章结论与建议

7.1 主要结论

7.2 主要创新点

7.3 不足与展望

参考文献

在校期间的研究成果

致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 吕荣芳

导师: 李吉均,张建明

关键词: 生态系统服务,权衡协同关系,气候变化,土地利用变化,宁夏沿黄城市带

来源: 兰州大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用

单位: 兰州大学

基金: 国家自然科学基金面上项目(41371176),中央高校基本科研业务费专项资金创新人才培养项目(lzujbky_2017_it91),国家留学基金

分类号: X171.1

DOI: 10.27204/d.cnki.glzhu.2019.000043

总页数: 121

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