多项生态系统服务相互影响机理及其土地利用调控模拟

As former research always assessed most ecosystem services individually, the understanding of the ecology behind the provision of multiple ecosystem services are still relatively little, and unreliable to support the regional ecosystem management. Without knowledge about the relationships among ecosystem services, we are at risk of incurring unwanted trade-offs, squandering opportunities to take advantage of synergies, and possibly experiencing dramatic and unexpected changes in provision of ecosystem services..In this project, we take the Jinghe watershed as research area. This project plans to study the responses of three ecosystem regulation services (water conservation, carbon sequestration and soil retention) to the variation of ecosystem support service of gross primary productivity, based on the satellite images and associated data. The interaction relationships among the multiple ecosystem services will be concluded. This project also plans to establish a series of quantitative indices to analyze the spatial patterns of ecosystem services interactions. And also, the driving forces of spatial heterogeneity of the ecosystem services interactions will be identified, as well as the correlations. A coupled model will be introduced to simulate and optimize land use patterns,to achieve the win-wins situations of multiple ecosystem services interactions. .Based on the researches mentioned above, this project would reveal the mechanism of ecosystem services interactions and the mechanism of how meteorological, topographical and land use factors affecting the ecosystem services interactions and synergies. This project would also find a way to optimize land use under certain natural environmental status to synergized enhance multiple ecosystem services, to the aim of win-wins situation of multiple ecosystem services. .The accomplish of this project will improve the knowledge of ecosystem services provisions, and will establish a solid methodology of spatial analysis and optimizations of ecosystem services interactions, through the introducing of series indices and coupled models, to support a better land use planning and ecosystem restorations.

针对生态系统服务研究长期将各项生态系统服务单独评估的弊端及在指导区域生态恢复中的不足，本研究以西北泾河流域为例，基于遥感影像与相关资料，利用模型辅以实地调查测定，拟研究生态系统三项调节服务（水源涵养、碳吸收、土壤保持）对生态系统支持服务（总初级生产力）变化的响应关系，揭示四项服务间相互影响关系及机理；构建生态系统服务相互影响关系的系列定量指数，揭示相互影响关系的空间异质性及决定因素，提出区域多项生态系统服务综合评估方法；揭示气象、地形、土地利用因子对生态系统服务"共赢"的影响机制，构建"共赢"的土地利用模拟模型，并探讨同时增强多项服务的土地利用调控途径。该项目旨在解决多项生态系统服务相互影响关系研究不足导致的区域生态恢复、土地利用调控中，存在增强生态系统服务"顾此失彼"、无法保障区域整体生态功能的风险，完善人们对生态系统服务机理的认识及区域多项生态系统服务综合评价方法及土地利用调控模型。

生态系统服务相互影响关系又称生态系统服务权衡，其是生态系统服务研究中较新的领域。项目从生态系统服务权衡机理研究入手，在其基础上构建时空定量指标，并发展区域模拟方法。本项目注重机理的阐述和方法学的发展。.项目研究首先从生态系统服务内部联系角度阐明生态系统服务相互影响机理。研究表明，生态系统净初级生产力(NPP)作为生态系统支持服务，其在生态系统内部及在生态系统与社会系统中的分配对调节服务与供给服务的权衡有决定性影响。以拉萨当雄县为例，从2000-2010年，在土地利用类型没有发生变化的情况下，仅NPP分配发生20%的变化，引起了肉类供给与碳固定、水源涵养权衡量上11%至50%的响应。研究从生态系统服务内部联系入手，补充了国际上多从物种多样性与生态系统服务关系、及功能性状多样性与生态系统服务阐释生态系统服务权衡的机理研究。.面向区域模拟降尺度校正，通过引入NPPgap，对国际上多在全球尺度进行研究的NPP分配框架（HANPP）进行改良。西藏高寒草地的NPPgap主要由于降雨延迟效应(Precipitation legacy)引起的NPPpot模拟误差，及草地补偿生长(compensatory growth)引起的HANPP计算误差导致。误差大小主要受可食性牧草丰富度占全种比例、生态系统平均株高及株高差异性、土壤最大持水力、土壤有机碳和土壤全氮六种生态参数控制。.项目针对生态系统权衡关系时空定量方法进行研究。构建了权衡指数(ETO)、总生态系统服务水平(EMF)等生态系统服务相互影响关系的空间指标。案例区研究表明，生态系统服务权衡程度空间差异最大12倍，降雨量和土壤总氮限制着总体生态系统服务水平，而土地利用例如耕地的增长则加剧了供给服务与调节服务的权衡。通过模型耦合进行区域生态系统服务权衡的情景模拟和预测。研究表明，通过耦合土地利用空间模拟模型CLUE-S与多目标线性规划模型，可以模拟在一定水资源供给服务下，不同土地利用变化对粮食供给服务的影响。通过耦合水文模拟模型SWAT与土地利用空间模拟模型CLUE-S，可以模拟农业面源污染控制情景下的土地利用空间优化。.本项目通过从生态系统内部联系入手的生态系统服务权衡机理研究及时空定量指标和区域模拟耦合模型的构建，推动了传统生态系统生态学与区域景观生态学的跨学科研究，对推动生态系统服务研究的机理性探索和定量化模拟有一定贡献。