面向西北内陆河流域的InVEST模型优化及时空权衡研究

In recent years, the tradeoffs and synergies research of ecosystem services is got extensive attention, and become a new important research direction of ecosystem services evaluation. At present , this field is concentrated in the evaluation based on the statistical analysis and static analysis, a single scale, the quantitative research about spatial structure of ecosystem services is insufficient, the effective method and model of tradeoff analysis is lack. And the InVEST model is widely used as a universal model of itself has certain limitations. The research on the optimization model, which is more suitable for different types of regions are rare. This study will be according to the theory-model- empirical research procedure, through the study on the algorithm optimization, the index screening, Parameter refinement of InVEST, Improve the adaptability and accuracy of the model.Combined with this model and application of spatial information technology, on the basis of study of space structure in ecosystem services, implement quantitative spatio-tempora tradeoff analysis of ecosystem services in heihe river basin. This item based on adaptive improved model and quantitative spatio-tempora tradeoffs studies of ecosystem services for inland river basin, to improve and promote the development of tradeoffs theory and method of ecosystem services, and provide decision support for the management policy of heihe river basin.

近年来，生态系统服务权衡与协同研究广受关注，是生态系统服务评估一个新的重要研究方向。目前以以单一尺度、基于统计关系的数量分析与静态评估为主，但空间格局研究不足，缺乏有效的权衡分析方法和模型。InVEST作为一个生态系统服务评估与权衡的全球性通用模型应用非常广泛，但尚有不足，有针对性地进行模型优化、使其更能适用于不同类型区域的研究较为少见。本研究将按照“理论—模型—实证”的研究体系，针对西北内陆河流域，对InVEST进行算法优化、指标筛选、参数细化，提高模型的适应性和精确度。结合空间信息技术，在生态系统服务空间结构特征研究的基础上，以黑河流域为研究区域，进行生态系统服务时空权衡定量分析。基于适应性改进模型和空间定量化的西北内陆河流域生态系统服务时空权衡研究，将完善和促进生态系统服务权衡理论与模型的发展，为黑河流域管理政策制定提供决策支持。

近年来，黑河流域内生态系统服务均有不同程度的下降或退化，严重影响到当地社会经济发展，威胁流域生态安全，其社会-生态-环境问题受到国内外政界和学术界的高度关注。. 本项目以黑河流域为研究区，利用地理空间信息技术和多种空间分析方法，展开了以下研究：（1）基于InVEST等模型，定量化、空间化评估了研究区1990-2015年的产水量、水源涵养、土壤保持、N（氮）保持、P（磷）保持、碳储存、食物供给、生物多样性维持8项关键生态系统服务。（2）基于图形比较、ESCI（Ecological Services ChangeIndex）与ESSI（Ecological Services StateIndex）分析、SLOPE分析、热点分析和局部空间自相关等方法，探讨了黑河流域生态系统服务近26年的时空变化态势。（3）采用基于时间序列的双变量逐像元相关分析、生产可能性边界等方法，定量评测了各项生态系统服务之间的协同与权衡关系。（4）引入土地利用类型转移流概念和RDA（Redundancy Analysis）冗余分析方法，揭示了黑河流域生态系统服务对土地利用类型转移和景观格局变化两个外部驱动因素的响应方向和响应程度。. 研究表明：. （1）黑河流域生态系统服务整体上水平较低，具有明显的空间分异特征，不同服务的空间分布又各有差异，区域之间存在显著的正相关性。（2）黑河流域生态系统服务时间变化的规律性不明显，变化程度和变化方向具有动态不确定性，同一地区在不同时期减少与增加交替出现，同一时段在不同区域上有增有减。（3）黑河流域生态系统服务存在不同角度上的显著差异。（4）黑河流域生态系统服务之间以正相关关系为主，但相关性不是非常显著，相关程度在不同年份有增减变化。并且，其协同/权衡关系具有空间分布异质性，服务之间的定量关系也存在差异。（5）黑河流域绝大多数土地利用类型转移都会引起服务之间的权衡；不同尺度上，各项生态系统服务对景观格局变化的响应方向和响应程度不同。. 探索不同区域生态系统服务及其协同/权衡关系的时空特征与变化规律，对推动生态系统服务地理学发展,实现区域可持续发展都具有重要科学意义。