生态服务空间流动模拟研究——以泾河流域土壤保持服务为例

This project directs the status of soil erosion in the hilly area of Loess Plateau, e.g. the Jinghe River Basin. Based on GIS and RS, in support of improved USLE model and SWAT model, the project will estimate the soil erosion and soil-conservation service in the Jinghe River Basin and quantitatively explore the soil-conservation ability of different ecosystems types and its spatial and temporal variation. Furthermore, it aims at investigating the spatial flow of soil-conservation service and analyzing their spatial and temporal dynamics. From the perspective of ecosystem service supply, connection and benefit, this project will plan to analyze the space transfer mode and the path of soil-conservation service.It will explore the diffusion characteristics and quantitative methods of spatial moving of soil-conservation, and reveal the conversion mechanism of soil-conservation service function, and define benefit areas, and assess the influence on the benefit area of ecological service space transfer. we will construction a method system of quantitative simulation for spatial transfer of Soil Conservation Service.The core task of this project is to simulate the spatial transfer process of ecosystem services in the supply area, the connecting area and the beneficial area, and to reveal the spacial transformation mechanism of ecological services.

本项目拟以泾河流域为研究区，针对黄土高原梁峁丘陵沟壑区水土流失的现状，综合利用地理信息系统和遥感技术，依托USLE 模型和SWAT分布式水文模型，对流域土壤侵蚀和土壤保持服务进行估算。针对不同类型的生态系统，定量分析土壤保持能力及其时空变化特征。并对土壤保持服务的空间流动进行测算。从生态系统服务供给、连接和受益的角度，分析土壤保持服务的空间流动和路径，并研究生态服务供给能力和受益范围，揭示土壤保持服务的空间流转机理，构建生态系统土壤保持服务的空间流转过程模拟模型和方法体系。以模拟生态系统服务在供给区、连接区及受益区的空间流动转移过程和揭示生态服务的空间流转机理为核心研究任务。

本项目针对气候变化与退耕还林背景下，黄土高原梁峁丘陵沟壑区水土流失的现状，主要以泾河流域为研究区，从流域生态系统土壤保持服务的模拟与预测方法、时空动态特征、影响因素、供给与需求关系以及生态系统土壤保持服务流等科学问题入手开展研究。. 首先，通过构建泾河流域SWAT水文模型，在有效模拟流域生态水文过程的基础上，借助SWAT模型中的侵蚀模块，模拟流域土壤侵蚀过程，进而对不同土地利用类型的生态系统土壤保持服务进行估算，并定量化分析其在退耕还林、植被恢复过程中的增益效应及其时空特征与演变规律。并采用地理探测器模型对其自然、人文影响因素开展综合分析，并尝试从土壤保持角度进行流域土地适宜性定量评价。. 其次，通过耦合神经网络(ANN)与元胞自动机(CA)模型，构建泾河流域ANN-CA土地利用模拟模型，预测未来时段土地利用变化格局。将土地利用模拟模型（ANN-CA）、区域气候模式（WRF）和流域分布式水文模型（SWAT）相结合，实现对生态系统土壤保持服务模型模拟，并预测未来不同碳排放情景下，生态系统土壤保持服务的时空变化特征，并揭示其发展态势。研究表明，历史时期(2000-2020年)泾河流域的土壤保持量年均为2.98×108t，并呈现波动增加趋势，受降雨量影响较大，在林区土壤保持强度较大；未来时段(2021-2040年)不同碳排放情景下(RCP4.5和RCP8.5)，年均土壤保持量较历史时期分别减少43.96%和40.60%。 . 最后，量化分析了泾河流域生态系统土壤保持服务供给与需求的时空特征及其影响因素，并进一步探讨流域生态系统土壤保持服务的内涵与组成。在此基础上结合流域泥沙侵蚀、沉积、搬运过程机理，尝试从的空间流动路径和流量两个方面，定量刻画生态系统土壤保持服务流，并在“坡面-河道-子流域”不同空间尺度上，对其路径和流量进行深入分析，实现生态系统土壤保持服务流模型模拟分析，为构建流域生态系统土壤保持服务流及其域内、域外效应的模拟方法做了有益探索。