青藏高原生态系统服务对景观格局变化的响应——以青海省东部为例

作     者：马嘉豪 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王晓峰

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 08[工学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0834[工学-风景园林学（可授工学、农学学位）] 0713[理学-生态学] 

主      题：青海省东部 生态系统服务 景观格局 响应 生态管理 

摘      要：生态系统结构和功能的变化是自然条件和人为因素共同作用的结果,全球变化和人类活动影响下产生的景观生态系统结构功能退化是青藏高原面临的主要生态问题之一。青藏高原是我国重要的生态区,被誉为“世界屋脊和“地球第三极,拥有丰富的自然资源,具有重要的碳固定、水源涵养、土壤保持和防风固沙功能,同时又是全球生物多样性保护重点区域。青海省东部区域位于青藏高原东北部,是维护青藏高原生态安全的重要屏障区域。然而,近年来人类活动愈加频繁,不断改变区域的景观格局,影响着生态系统服务功能的供给,整个青藏高原生态系统正持续经历着土地退化、生物多样性丧失、水土流失加剧等一系列生态问题。基于此,探究生态系统服务对景观格局变化的响应可为改善青藏高原生态环境、缓解人地突出矛盾、优化景观管理措施、建立可持续生态管理模式提供科学依据和理论支持。本文以青海省东部为研究区,基于气象、土壤、植被、地形地貌、社会经济、土地利用等多源数据,采用箱线图和景观指数法定量分析2000-2018年研究区景观格局时空变化特征,同时借助CASA、In VEST、RUSLE和RWEQ等生态模型量化了2000-2018年研究区固碳、产水、土壤保持、防风固沙和生境质量等5种服务,定量探究其时空变化特征并且基于相关分析和自组织映射神经网络对服务间的相互作用关系进行空间制图分析。最终,采用局部空间自相关、自然间断点、冗余分析和叠加分析等方法从空间关联程度、服务对景观格局变化响应程度、服务簇与景观格局空间组合变化、服务与自然和人为因素相互作用等方面探索生态系统服务对景观格局变化的响应。主要结论如下:(1)青海省东部土地利用类型空间分布差异明显,主要以林地、草地和未利用地为主,三者约占研究区面积的87%。其中草地面积增加最多,达2754km;耕地和建设用地始终处于扩张状态,分别增加251 km和173 km;水域面积少量增加203 km;未利用地减少最多,减少面积约为3219km;林地处于持续减少趋势,减少比例较小(0.14%)。2000-2018年间,共有约36225km的土地利用面积发生转换,草地是转入和转出面积最高的地类。(2)研究区整体景观聚集性和连通性增加,景观碎片化、复杂性和多样性减少。AREA＿MN、AI和CONTAG分别由2000年的1474.63、69.80和34.62上升到2018年的1656.73、72.33和37.16,其余指数都呈现下降趋势。从各景观类型看,AREA＿MN、AI和COHESION处于增加趋势,而ED、PD和SHAPE＿AM处于减少趋势,说明研究区各类型景观内部聚集性和连通性增加,但景观的形状愈加复杂。(3)2000-2018年,青海省东部除防风固沙服务下降外,其余服务分别以7.24g C·m·a、12.19mm·a、6.64t·hm·a和0.01a的速率增加。五种服务的空间分布均呈现明显的异质性。其中固碳服务呈现南北高中间低,高值区由南北向中部延伸;产水服务高值区多分布于海拔较高地区,整体由南北向中部递减,在中南部的增加量明显高于北部;土壤保持服务呈现中间低四周高的分布格局,高值区由西南向东北延伸;防风固沙服务呈现中南高北部低的分布格局,空间变化率整体由西南向东北增加;生境质量增加区域主要位于西南部,下降区域则主要位于河湟谷地。(4)2000-2018年,固碳、产水、土壤保持两两之间存在协同关系,固碳和土壤保持均与生境质量间存在协同关系,产水服务与生境质量间存在权衡关系,防风固沙服务与其它四种服务间均存在权衡关系。从各服务间相关系数的变化来看,除了固碳服务与生境质量间的协同关系随年际变化而增强外,其余服务间的权衡协同关系都在减弱。在研究区识别出3种生态系统服务簇,包括人类活动簇、生境保育簇和综合供给簇。其中人类活动簇占研究区总面积约20%,零散分布于研究区各处,人类活动最为频繁,具有一定的固碳和产水服务供给水平;生境保育簇具有较高的生境质量,但其他服务供应水平较低;综合供给簇面积超过研究区面积的50%,提供了大量生态系统服务。(5)生态系统服务对景观格局变化存在复杂的响应关系。从相关性角度看,除防风固沙服务与PD、ED和AI间存在微弱相关关系外,其余各服务与AREA＿MN、AI和CONTAG相关关系较强。从空间关联特征看,研究区景观格局分布具有较强的异质性可能导致了各生态系统空间服务分布的异质性。从不同生态系统服务对景观指数响应程度来看,随着各景观指数值增加各服务中位数表现出明显的趋势性(6)2000-2018年,“簇-景观空间组合的变化说明同种景观可能提供了不只一种生态系统服务簇,同时某种景观提供的生态系统服务簇也可能具有唯一性。从研究区整体来看自然因素对生态系统服务的影响强于人类活动,植被覆盖、气象条件、土壤质地和景观配置是主要的作用因素,但社会经济以