生态系统服务权衡与协同的尺度依存和区域差异研究

Despite the growing body of projects and literatures on ecosystem services, many challenges still remain in how to structurally integrate ecosystem services in landscape planning, management and design. In this context, study of trade-offs and synergies between ecosystem service bundles has become a hot and international frontier issue. This project aims to make a full understanding of the correlations among policy drivers, land use changes and livelihood changes, as well as ecosystem service trade-offs and synergies, and to quantify and simulate the spatio-temporal coupling relations between ecosystem service suppliers and users. To achieve this goal, this project synthetically simulates and analyzes the the quantity of services provided, their spatial characteristics, and also the users of multiple ecosystem services. With the application of multiple regression models, the coupling model of natural ecological processes and market equilibrium, together with spatial overlay technologies, the dynamic relationships among different kinds of ecosystem services and the formation mechanism of trade-offs and synergies under external driving forces are fully discussed. Furthermore, the various manifestations, regional differentiation, varying trends, and scale-dependency of the dynamic relationships between multiple ecosystem services and formation mechanism are investigated at different spatial scales (local, watershed, and regional). Therefore, the application of this project will be helpful to expending the research areas of ecosystem service, enriching the geographical approach for the research on the coupling human and nature system, promoting the level of ecosystem service research, and fulfilling the practical demanding for eco-compensation policy-making, regional ecological security patterns construction, and regionnal sustainable development. In sum, it is of great scientific and practical significance.

生态系统服务的权衡与协同已经成为国际前沿研究议题。本申请项目围绕"政策驱动-土地利用和生计方式响应改变-生态系统服务权衡与协同形成"这一研究主线，以"生态系统服务供需双方的时空耦合"作为研究核心，在模拟和分析粮食生产、农业灌溉、径流调节、水质净化、洪水调节、碳贮存、土壤保持及泥沙调节等生态系统服务供给数量、空间分布特征和需求偏好的基础上，应用GIS空间叠加分析、生态过程与市场均衡耦合模型和多元回归模型等途径，从局地、流域和区域三个尺度研究"稻改旱"等政策驱动下不同类型生态系统服务之间的动态关系变化、权衡与协同的形成与传导机制、表现形式及变化趋势，揭示"服务权衡与协同"的尺度依存效应及区域分异特征。该项研究在深化和拓展生态系统服务研究途径与领域，提升地理学参与该领域研究的水平，服务于区域生态补偿政策制定、生态安全格局构建及可持续发展战略实施等国家目标方面具有十分重要的科学及实践意义。

本项目在计算主要生态系统服务物质量和价值量的基础上，围绕方法探讨和案例剖析等开展了生态系统服务时空分布、权衡/协同的尺度特征及区域差异等方面研究。.1、主要研究内容.（1）利用地理加权回归模型探讨了生态系统服务权衡/协同的尺度依存特征和区域差异；.（2）利用自组织特征映射网络识别出生态系统服务的区域差异和分区特征；.（3）利用整合分析方法计算出区域土地生态系统服务的价值量；.（4）利用能值分析明晰了区域生态系统服务的供给与流动特征；.（5）通过实地访谈，利用结构方程模型（SEM）评价了基于河北“退稻还旱”工程的可持续性，并提出了基于生态系统服务的生态补偿标准。.2、重要研究成果.（1）在生态系统服务与生物多样性关系的多尺度特征和区域差异方面取得了新的认识。以京津冀为例，用生境质量指数作为生物多样性的代用指标，土壤保持、水分涵养和碳贮存的影响具有不同的空间尺度域，分别是60 km、70km和158 km；三种生态系统服务与生物多样性之间的协同或权衡关系存在着显著的区域差异。物种多样性与水分涵养之间在太行山和燕山地区为协同，而在河北平原地区为权衡；物种多样性与碳贮存之间在燕山、太行山和坝上高原为协同，而在河北平原为弱协同到弱权衡；物种多样性与土壤保持之间在河北平原地区为权衡，而在其他地区则呈现显著的空间异质性。.（2）明晰了生态系统服务的地理分区和空间流动特征。京津冀地区生态系统服务分为坝上高原和冀西北山区、燕山和太行山地、冀中南平原区和环渤海滨海区等四个地理分区，各区均有不同的生态系统服务冷热点和价值构成比例。对于北京市来说，城区是生态系统服务的主要消费区，也是生态系统服务的自然汇。市域的森林生物量、森林土壤水、水域地下水和农田生物量是重要的生态系统服务供给。.（3）提出了基于生态系统服务的稻改旱工程多层次的补偿标准。从生态系统服务视角出发，基于外部性理论构建生态补偿标准的经济学模型，并以参与稻改旱工程的河北省赤城县为例，提出了基于生态系统服务的稻改旱工程多层次的补偿标准。运用经济学边际分析方法，通过对流域生态系统服务供给与需求均衡条件分析，确定了稻改旱工程补偿的最低标准、最高标准和参考标准。.3、科学及实践意义.本项目研究深化了对生态系统服务之间非线性关系的认识，并揭示了其尺度依存和区域差异特征；探索生态系统服务时空异质性特性，对于制定生态补偿标准等具有重要政策意义