区域生态保护网络空间优化方法及实证研究

Conserving biodiversity and ecosystem services, while at the same time meeting expanding human needs, is an effort of utmost importance. However, where to put limited resources that maximizes the conservation representation often impedes the success of regional conservation works. In this research, we apply or develop many spatially explicit landscape-level models, such as patch occupancy model, ecosystem service assessment model, production function model, for analyzing the biological and economic consequences of alternative conservation land-use patterns in Qinling mountain region which is labeled by both rich biodiversity and high ecosystem service functions. A Multi-Objective Optimization will be used to determine the efficient frontiers between different conservation scenarios and to identify the most efficient conservation network for revising current conservation system. The ultimate objective of the research is to integrate biodiversity, ecosystem service, and conservation cost into conservation optimal method that enables the limited land or financial cost of conservation can be used more efficiently for conservation resources management and regional sustainability.

保护生物多样性与生态系统服务是保障区域生态安全的重要基础，但如何利用有限的保护资源获得最大的保护成效是区域生态保护资源分配与管理面临的重要难题。本研究以我国生物多样性丰富、生态系统服务重要的秦岭地区为例，综合采用具有空间明晰性的保护物种斑块占有率模型、生态系统服务评估模型、经济生产函数和多目标优化模型与情景分析方法，研究该区域生物多样性、生态系统服务和经济成本空间特征，揭示三者之间的空间异质性特征及空间耦合关系；评估已有生态保护网络的保护效率；比较不同生态保护情景下经济成本-效益的空间特征，明确区域生态保护成本低、成效大的关键区域，构建空间优化的生态保护网络。其目标是：提出整合区域生态保护效果与保护成本的空间优化方法，为优化区域生态保护网络、提高保护资源利用效率提供决策依据和技术支撑。

高效的保护网络规划能够充分利用有限的资源达到最好的保护效果，是预防生态危机发生的主要手段。为达到这一目的，将多目标决策模型用于区域生态保护网络规划得到了广泛的关注。但在应用中，如何选择生态保护指标、如何确定每种指标的保护比例、如何量化保护成本的问题，一直限制着空间优化运算在保护网络规划中的应用。本研究从以上问题出发，通过定量评估生态服务、生物多样性和土地资源使用成本，揭示三者之间的空间异质性及空间耦合关系及尺度效应，评估已有生态保护网络的保护效率，比较不同生态保护情景下经济成本-效益的空间特征，明确生态服务屏障效应最大化的可行边界及其空间表达，构建空间优化的生态保护网络。提出整合区域生态保护效果与保护成本的空间优化方法，为优化区域生态保护网络、提高有限保护资源的分配与利用效率提供决策手段和技术支撑。. 通过历史资料累积、实地考察、空间模型模拟、多目标线性规划等手段对关键问题进行了研究，主要获得如下进展：. 1. 选择保护网络的生态保护对象应参照规划尺度确定。在山系尺度，物种丰富度，尤其是哺乳动物丰富度和水源涵养功能空间极显著相关，很好地表达了秦岭山区的主要生态功能。在全国尺度，选择生态保护重要区可以植物丰富度为核心保护要素。NPP和生物量对生物多样性和生态调节功能的影响受到潜变量的作用导致关系不明确，不建议单独作为生态保护重要性的替代指标。. 2. 模拟了我国2000年和2010年生态系统提供食物生产、土壤保持、水源涵养、防风固沙、生物多样性、碳固定6种功能的空间分布以及服务功能综合重要性空间分布，形成了分辨率250m的空间数据集。可为生态保护网络优化提供空间明晰的保护指标。. 3. 现有的以生物多样性保护为主的规划方法有所不足，应当充分考虑生态系统向外提供调节服务。建议将土壤保持和水源涵养的传递价值作为空间明晰的生态保护网络规划中的重要指示因子加以考虑。