Science of The Total Environment | 生态系统服务动态变化及其影响因素:协同、相互作用和影响

文摘   2024-06-04 08:30   湖北  

文章简介


题目:

Ecosystem services dynamics and their influencing factors:Synergies/tradeoffs interactions and implications, the case of upper Blue Nile basin, Ethiopia

来源:

Science of The Total Environment

时间:
2024
DOI:

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.173524


主要内容

了解生态系统服务(ESs)之间的关系及其与影响因素的相互作用对于有空间针对性的生态系统治理至关重要。然而,对这些不同互动的空间分布进行分类仍需改进。此外,现有的研究没有充分解决双向土地覆被转换对ESs的具体影响。
以蓝尼罗河上游流域为研究区域,我们使用InVEST模型和相关公式估算了2000年至2020年的年产水量(AWY)、碳储量(CS)、栖息地质量(HQ)和土壤保持力(SR)的时空分布。基于交叉表矩阵,量化了土地覆被转换的环境服务变化。采用一种改进的成对方法来评估ESs对之间的空间多样性相互作用及其与影响因素的关系。使用偏最小二乘回归评估影响因素的统计学显著性。研究结果表明,高HQ值在西部普遍存在,而高SR值在东部普遍存在。中部和南部地区的CS和AWY值较高。在研究期间,观察到SR(范围为22.89至23.88 × 102吨/公顷/年)、AWY(32.13至42.2 × 102毫米/公顷/年)、CS(90.5至102.9×103吨/公顷/年)和HQ(0.62至0.64)的平均值存在变化。协同作用在AWY-CS、AWY-SR和CS-SR对中占主导地位。HQ更多地揭示了与其他ESs之间的无效和权衡关系。环境支持系统和影响因素之间的相互作用以协同作用为主,其次是权衡和无效。景观结构(旋转和景观形状指数)和地表温度对AWY和SR的所有ESs和降水的影响显著(1.049 ≤ 预测中的可变重要性 ≤ 1.371)。总体而言,关键生态系统的时空动态及其驱动因素的建模是采取空间显式保护措施的重要政策信息。这项研究也将为未来的研究提供有价值的方法参考。

研究背景

生态系统是提供对人类福祉至关重要的生态系统服务的自然资本存量。生态系统提供的直接或间接利益被称为生态系统服务(ESs) 。ESs包括文化、支持和供应服务。然而,全球范围内持续的土地退化限制了关键生态系统服务的供应,如住所和食物。努力通过可持续土地管理增加环境服务是21世纪全球面临的一个重大挑战。相反,由于多种因素,如人口增长、土地利用变化、不可持续的资源消耗、气候变化和采掘业,生态系统退化继续加剧并危及人类福祉。不同的研究评估了驱动因素对环境系统的具体影响,如景观结构,土地覆盖变化,以及各种自然和社会因素。由于这些日益增长的挑战,2030年议程中的第15个可持续发展目标尚未实现,该目标涉及陆地生态系统的可持续利用和保护以及防止生物多样性丧失。任何未能整合ess信息的决策过程都无法实现可持续发展目标。

这项研究旨在从科学和区域的角度解决两个局限。从科学的角度来看,对环境系统之间的空间变化相互作用及其与驱动因素的关系进行分类的方法需要改进。张等人提出了一种方法,将ESs关系分为权衡和协同,忽略了无效应交互。J. Li等人的方法考虑了权衡、独立和协同。然而,这种方法在对独立(无影响)关系进行分类时也会遇到问题,即一种服务类型的变化不会影响另一种服务类型。其他一些研究采用了相关性或空间统计。因此,我们介绍了一种改进的方法来分类三种类型的关系的空间分布:权衡,无影响,协同。此外,有限的研究探讨了等级间土地覆被转移对ESs的具体影响。采用传统利益转移方法或其他模型(如InVEST)的现有研究通常计算特定年份每种土地覆盖类型的环境服务费用。一些研究还选择了一种或两种土地覆被类型的变化,然后应用统计分析来评估它们与ESs变化的相互作用。在这些研究中,很难理解土地覆盖类型和稳定覆盖面积的内向-外向转移的ESs动态的大小。从区域角度来看,在决策中使用ESs模型输出主要受到撒哈拉以南国家不可用的阻碍,其次是股东认为没有能力使用它。同样,在埃塞俄比亚,关于ESs的研究通常很少,通常依赖于简单的估计,而不是使用模型。关于上青尼罗河流域(UBNB),最近的一些研究以较粗的分辨率(300米)评估了年产水量(AWY)。然而,许多研究侧重于一个非常小的子流域,通常估计一个生态系统服务(主要是AWY)或利用LULC类型的生态系统服务系数。在UBNB水平或更小的子流域进行的相关研究的典型局限性是,未对多个环境应力进行评估,缺少协同和权衡关系,且未评估等级间LULC转换对环境应力的影响。然而,这些问题非常需要采取空间明确的措施来进行可持续的土地管理。

主要图表

方法流程图

生态系统服务功能的空间分布及其时间差异


生态系统服务功能变化两两关系的空间格局。AWY:年水量,CS:碳储量,HQ:生境质量,SR:土壤保有量。

2000-2020年ES变化与影响因子关系的空间格局away:年水量;CS:碳储存;总部:生境质量;SR:土壤保持;Gyr:旋转半径;LSI:景观形态指数;预:年降水量;LST:地表温度;PD:人口密度;SD:沉降距离。


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