气候变化背景下草原景观格局与生态系统服务定量关系研究

Meeting the diverse human needs of ecosystem services, and meanwhile maintaining the environment without degradation have become a research hotspot. Understanding the quantitative relationship between landscape pattern and ecosystem services is the basis for planning sustainable landscape. Until now, however, few case studies have touched upon this important scientific question. Based on the theories and methods of landscape ecology, this project will select typical grassland landscape in the semiarid northern China as the study area, which is sensitive to climate change and vulnerable in relationship between human and nature, to study the important scientific issues of quantitative relationships among ecosystem services, and between landscape pattern and ecosystem services. Firstly, this project will build and integrate quantitative models to measure ecosystem services of the study area during 2000-2015. Secondly, this project will study landscape multifunctionality on different social-economic-environmental development conditions through identifying interaction (competition, dependence, and independence) among ecosystem services, and corresponding threshold characteristics. Finally, through identifying the effect of changes from landscape pattern (composition and configuration), and biophysical variables impacted by climate change on ecosystem services, this project will try to clarify the gradual-cumulative-abrupt features of ecosystem services under the co-impacts of land use change, and components of tendency, fluctuation and extreme events of climate change.

满足人们对生态系统服务的多样化需求，同时环境不退化成为热点研究问题。理解景观格局-生态系统服务的定量关系是构建可持续性景观的基础，然而目前还缺乏相关典型案例研究。本项目以对全球气候变化敏感、人地关系脆弱的中国北方半干旱区典型草原景观生态系统服务定量关系、景观格局与生态系统服务的定量关系为主要科学问题，应用景观生态学的理论与方法，建立与集成生态系统服务定量测量模型，建立研究区2000-2015年生态系统服务的时空序列；通过揭示多尺度生态系统服务之间的竞争性、依赖性、独立性关系及其阈值特征，理解不同时期社会-经济-环境发展目标下的景观多功能性；通过研究不同时期景观组成与配置变化及气候变化影响下的主要生物物理变量变化对不同类型生态系统服务的影响，理解在气候要素趋向性变化、波动性变化、极端气候因子及土地利用变化共同影响下的生态系统服务渐变-累积-突变特征，为土地资源合理利用提供科学支撑。

生态系统服务指人类从自然生态系统中获得的利益，是连接自然生态系统和人类福祉的桥梁。理解生态系统服务之间的关系，研究气候变化与景观格局变化对生态系统服务的影响能够有效促进生态系统服务管理，对于提高人类福祉具有重要意义。.中国北方草地及农牧交错带是华北地区的重要生态屏障，生态系统服务多样而丰富。该区域地处干旱半干旱区，生态系统脆弱，生态系统服务对气候变化和人类活动非常敏感。自2000年国家实行退耕还林还草工程以来，中国北方草地及农牧交错带生态环境发生很大变化。.本研究以中国北方草地及农牧交错带为研究区，基于多源数据，从多方法、多尺度、多维度深入分析生态系统服务时空格局及相互作用关系。首先，采用模型模拟法评估研究区关键生态系统服务，主要包括净第一性生产力（NPP）、土壤保持（SC）、土壤风蚀（SL）、产水（WY）和水源涵养（WR）等。在此基础上，本研究提出了有别于生态系统服务之间权衡与协同关系的约束作用关系，并采用分位数分割法在景观、类和生态区三个尺度上分别分析了NPP、SC、SL、WY和WR这五种关键生态系统服务之间的相互约束关系。为深入理解气候变化背景下，影响关键生态系统服务变化的景观格局因子，本研究结合景观指数、Mann-Kendall检验与Sen方法以及逐步回归从年尺度和季节尺度分析了2001-2014年期间影响中国北方草地及农牧交错带NPP、SC、SL、WY和WR五种关键生态系统服务的气候因子与景观格局因子。此外，本研究采用DNDC模型评估了2050年在RCP4.5和RCP8.5未来气候情景下研究区NPP空间分布，以此为基础设计了轻度放牧、中度放牧和重度放牧三种放牧强度情景，得到不同情景下NPP、SC、WY和WR四种生态系统服务的空间分布，分析了气候变化与放牧活动对生态系统服务的影响。基于生态系统服务整体最大化原则，得到了中国北方草地及农牧交错带在“兼顾经济与环境”和“环境保护”发展目标下对应的适宜放牧强度。研究结果可以为优化土地利用，制定区域可持续发展政策提供科学支持。