长江上游湿地生态系统服务评估及多情景模拟

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长江上游湿地是长江上游重要生态屏障的组成部分,对维护中国淡水资源安全、生物多样性、粮食安全和生态安全方面起到重要作用。在人类活动和气候变化的双重干扰下,长江上游湿地生态系统的结构和功能受到极大的破坏,进而影响湿地生态系统服务的供给。随着长江生态环境保护与修复的持续推进,如何定量评估湿地生态系统服务,厘定湿地生态系统服务间的相互作用关系,优化湿地生态系统服务空间格局,有助于指导人类有序活动,对实现湿地资源的系统保护,巩固长江上游重要生态屏障,提高人类福祉,促进区域可持续发展具有重要意义。本研究以长江上游湿地为研究对象,基于多源数据,从多方法和多维度,对长江上游湿地进行生态系统服务评估及多情景模拟。首先,基于4期遥感影像数据(1980年、1995年、2005年和2015年)对长江上游湿地类型进行了识别,采用重心转移、景观格局指数等方法分析了长江上游湿地的时空演变规律及景观格局梯度分异规律。其次,基于长江上游湿地的本底特征,使用In VEST模型评估5种关键生态系统服务,包括水源供给服务(WY),水源涵养服务(WR),土壤保持服务(SC),水质净化服务(WP)和生境质量(BD),采用线性回归斜率分析和F显著性检验分析其时空特征及变化趋势。再次,基于5种关键生态系统服务评估结果,采用相关系数分析了不同湿地类型两两生态系统服务间的线性权衡与协同关系,采用中位数分割法分析了不同湿地类型两两生态系统服务间的非线性约束关系,采用空间聚类法分析了多种生态系统服务间的生态系统服务簇关系,厘清了长江上游湿地生态系统服务间复杂的相互关系。最后,耦合FLUS模型和BBN模型,模拟了未来人类活动、气候变化和政策实施等不确定因素影响下,8种不同情景下未来长江上游湿地生态系统服务的差异,确定了最优发展情景并识别出不同生态系统服务的优化区。研究结果表明:(1)长江上游湿地面积呈逐年下降的趋势。1980年~2015年,长江上游湿地总量从1980年的83799.61 km2,逐渐下降到1995年的83268.77 km2,2005年的82744.22 km2,2015年的81963.39 km2,36年期间湿地减少了1836.22 km2。其中,稻田湿地和河流湿地分别减少了2900.04 km2和496.19 km2;而湖泊湿地、水库湿地和沼泽湿地整体呈增加趋势,分别增加了163.37 km2、1301.13 km2和95.51 km2。人类活动干扰同时导致长江上游湿地景观格局观破碎化程度增大,聚合度增加,复杂度下降,景观密集程度下降。(2)长江上游湿地生态系统服务整体呈下降趋势。1980~2015年,长江上游82.387%的湿地(面积为70918.76 km2)其水源供给服务呈下降趋势,70.345%的湿地(面积为60553.17 km2)其水源涵养服务呈下降趋势,67.752%的湿地(面积为58321.80 km2)其土壤保持服务呈下降趋势,48.885%的湿地(面积为42080.20km2)其水质净化服务呈下降趋势,而69.499%的湿地(面积为59824.31 km2)其生境质量呈增加的趋势。(3)采用相关分析表征的湿地生态系统服务之间的权衡与协同关系表明随着时间的变化,两两湿地生态系统服务间的权衡或者协同关系会发生转变,但是不能准确的描述湿地生态系服务间非线性关系的阈值特征。采用分位数分割法提取的约束线能够准确刻画湿地生态系统服务之间关系的形状和阈值特征。不同湿地类型其生态系统服务间的约束关系差异显著。河流湿地存在2种约束关系,直线型和凸型抛物线型;湖泊湿地存在4种约束关系,直线型,凸型抛物线型,S型和倒U型;沼泽湿地存在6种约束关系,指数型,单峰单谷波动型,凸型抛物线型,U型、倒U型和直线型;水库湿地存在3种约束关系,双峰波动型,凸型抛物线型和S型;稻田湿地存在7种约束关系,倒S型,倒U型,凸型抛物线型,双峰波动型,对数型,倒双驼峰型和直线型。(4)采用聚类分析,将长江上游湿地生态系统服务划分为7种生态系统服务簇,不同生态系统服务簇的主要湿地类型和主要生态系统服务存在显著差异,但是同一生态系统服务簇其空间分布在不同年份差异小。长江上游湿地生态系统服务簇的识别划分,有助于对长江上游湿地进行空间管制、精准施策,促进区域湿地资源的保护,实现区域可持续发展。(5)全面实施湿地保护政策下的和谐发展模式能够使长江上游湿地适应未来气候变化同时能够实现区域湿地生态系统服务的最优。基于FLUS模型的未来长江上游湿地数量的多情景模拟表明,慢速发展模式下,2050年湿地资源的数量最多,其次是当前发展模式和和谐发展模式,快速发展模式下的湿地资源数量最小。基于BBN模型的未来长江上游湿地生态系服务情景模拟表明,全面实施湿地保护政策后,长江上游湿地生态系统服务将显著提升;未来长江上游湿地生态系统服务最优的发展模式是全面实施湿地保护政策下的和谐发展模式。在此基础上,确定识别出5种关键生态系统服务的优化区以及多生态系统服务的优化区,从空间上反映未来人类活动干扰和气候变化等不确定因素影响下长江上游湿地生态系统服务的空间差异,有利于对长江上游湿地进行空间管制,精准施策,指导人类有序活动。
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