以下文章来源于区域经济 ，作者王超坤 研读
理解生态系统服务之间的权衡和协同的时空特征是可持续生态系统服务管理的基础和前提。近年来，在全球和区域尺度上生态系统服务之间的权衡和协同已经成为生态系统服务研究的重要课题。研究范围包括生态系统服务的时空分布特征，生态系统服务提供和受益地区之间的空间联系以及空间流动多尺度效应的综合分析与模拟，以及自然和人为驱动因素的权衡和协同作用。生态系统服务的多样性和不确定性形成了权衡和协同，显示了复杂的相互关系。目前，统计方法，空间分析制图方法，情景模拟方法和生态系统服务流分析方法主要用于确定权衡或协同。更重要的是，我们不能忽视时间变化和空间尺度依赖性以何种方式影响权衡或协同。由于经济的快速发展，城市化对当地的生态环境造成了极大的威胁。城市人口的集聚、城市土地和农田的扩张、以及土壤碳储量的减少，这些都是相关的例子。太湖流域(TLB)位于中国东部的长江三角洲。从1985年到2010年，它经历了快速的变化，包括快速发展的经、人口增长和城市扩张。近年来，生态系统服务，如作物生产，水净化，碳封存已在TLB显著退化，对该地区的生态系统安全和可持续性构成威胁。因此，我们以太湖流域为例，探讨快速城市化和发展中地区多种生态系统服务之间权衡和协同的时间变化和空间尺度依赖性，为可持续发展提供决策依据。
太湖流域(TLB)位于中国东部长江三角洲的核心区域。面积超过36，900平方公里，东起冲积平原，西至茅山山脉和天目山，北起长江，南至钱塘江。该流域包括上海市、江苏省南部和浙江省北部。TLB的平原占总面积的四分之六，水面和丘陵分别占总面积的六分之一。流域气候受季风控制，年降雨量为1010-1400毫米，年平均温度为15.6摄氏度。
土地利用/覆盖数据集:TLB1990、2000和2010年的土地利用数据，来自中国国家科技基础设施国家地球系统科学数据共享基础设施湖泊流域科学数据中心。土壤数据集:TLB的土壤数据来自联合国粮农组织和维也纳国际应用系统研究所建立的协调世界土壤数据库1.1的中国土壤数据集.第二次全国土地调查提供的1:1，000，000土壤数据提供了土壤容重、土壤厚度、砂、淤泥、粘土和有机物含量。TLB土壤中氮、磷、钾的平均含量来自中国土壤数据库。气象数据集:TLB各气象站的月降雨量、太阳总辐射、月平均温度和年积温均来自中国气象数据网。统计数据:作物产量、水产品产量和水分生产系数来源于《江苏统计年鉴》(1991、2001、2011)、《浙江统计年鉴》(1991、2001、2011)、《上海统计年鉴》(1991、2001、2011)、《安徽统计年鉴》(1991、2001、2011)。卫星图像数据集:数字高程模型(DEM)数据是通过美国地质调查局(USGS)航天飞机雷达地形学任务获得的。1990年的归一化差异植被指数(NDVI)使用的是来自兰州寒旱科学数据中心。DMSP/OLS夜间灯光图像来自美国国家海洋和大气管理局。
评估1990年至2010年间太湖流域多种生态系统服务之间的权衡和协同作用的时间变化和空间尺度的一般框架如下图所示。我们使用统计模型来计算农作物生产、淡水供应和水产生产的服务。利用CASA模型、USLE模型和持水模型分别绘制了净初级生产力、土壤保持和持水能力图。同时，计算了湖泊调蓄能力和湿地调蓄能力，以评估调洪能力。此外，还开发了森林更新指数(FRI)模型来绘制森林游憩活动图。
使用ArcGIS10.4对三十年来的土地使用/覆盖变化进行了分析。从1990年到2010年，八种生态系统服务在1公里范围内被测量。单元格的布局是上20个百分位数(按面积)内的热点，而下20个百分位数(按面积)内的是冷点。我们假设每项分类服务对相关的捆绑服务有同等贡献。捆绑服务是从分类服务中获得的通处理获得。我们使用“创建随机点”工具在TLB随机抽样1000个点，然后提取每个样本点的服务值。基于1000跨流域随机采样点，应用主成分分析(PCA)方法量化分解服务和捆绑服务的相互作用，产生权衡或协同作用。按照Kaiser-Guttman标准（特征值N1）。我们提取了八个服务的重要因子和因子载荷。此外，我们还计算了各县八项生态系统服务中生态系统服务的平均值。再次使用PCA来量化TLB中县域范围内的权衡和协同作用。所有的统计分析都是用SPSS18.0计算的。
土地利用变化:TLB土地利用/覆盖的主要类型是耕地、建设用地、林地和湿地。从1990年到2010年，建设用地增加最多，林地和湿地次之，耕地减少最多，未利用地次之。
作物产量：从1990年到2010年，作物总产量有相同的趋势，但有显著的地区差异。TLB东南部的平湖市、嘉善县和嘉兴市年均作物产量有一个高值区。临安市和安吉县年平均单位面积作物产量值较低。吴江县、苏州市、镇江市、无锡市作物产量变异系数达到N50%。TLB经济的快速发展导致了耕地结构的变化，对该地区的作物生产产生了重大影响。安吉县、丹阳市和句容市的作物产量变化较小，作物产量变异系数在10%以下。(图四、图五)
淡水供应：TLB的淡水供应从南到北逐渐减少。淡水补给高值区主要位于流域南部，如杭州市和临安市，低值区主要位于苏州市、昆山市和常熟市等县。从1990年到2010年，该流域的总淡水供应量经历了先减少后增加的过程。
水产产量：从1990年到2010年，水产总产量快速增长。吴江市、湖州市、昆山市的年平均水产产量值较高。临安市年平均水产生产量有低值。上海市、吴江县和张家港市变化较小，单位面积水产产量的变异系数在20%以下。1990年，该流域西南部的水产品供应量较低。随着运输和人类需求的增加，供应相应增加，导致水产品供应的变异系数增大。(图四、图五)
NPP：西南部林地和耕地的NPP较高。建设用地和湿地的NPP较低。临安市和安吉县的净第一性生产力较高，主要是因为森林覆盖率和降水率较高。苏州市由于太湖的存在和大规模的建设用地，NPP值较低。从1990年到2010年，长江北岸城市的净初级生产力变化最大，而流域西南部的净初级生产力变化最小。
土壤保持：受DEM、植被覆盖度、降水和水土保持措施的影响，TLB水土保持表现出较强的空间异质性。较高的土壤保持值出现在西南部的林地和耕地。湿地和未利用地土壤保持价值低。临安市和安吉县的水土保持价值与高森林覆盖率和DEM坡度高度相关。流域大部分地区土壤保持能力较低，从1990年到2010年没有大的变化。
保水性：11990年，TLB的平均保水量为2.22×105t/km2。总保水量8.04×109t。林地的保水量最大，平均为3.54×105t/km2其次是耕地耕地和建筑用。2000年有所下降，占2.15×105t/km2。总量为7.80×109t。2010年的保水率与2000年相比增加了3.30%。在此期间，大多数土地利用类型的保水率都有所增加。建设用地增加最多，其次是耕地。(图四、图五)
洪水调节：1990年，洪水调节量为15.23m3/km2。总量为5.57×105m3，2000年增至15.92m3，2010年为15.74m3/km2。在这一时期，防洪调节功能有所增强：建筑用地减少最多，其次是林地，而湿地增加最多。土地利用类型洪水调节的高值与流域内的湖泊有关，如太湖、阳澄湖等。洪水调节主要受土地利用类型的影响。(图四、图五)
森林娱乐：1990年森林游憩指数的平均值为1.43，2000年增加到1.56，2010年为2.64。较高的森林游憩指地区主要分布在西南部，而价值较低的地区则位于东部和东北部道路建设促进人类对森林资源的利用，因此面积扩大。(图四、图五)
冷热点的变化：1990年，25.78%的冷点地区拥有四种以上的生态系统服务，热点地区占11.60%。多种服务的热点地区主要在西南地区，而冷点地区主要分布在太湖、临安市和安吉县。2000年，多种服务的热点地区增加到流域的11.83%，而多重服务的冷点则减少了1.76%。2010年，多重服务的热点地区与2000年相比，多重服务的热点地区增加了1.24%，而多重服务的冷点地区增加了29%。在两个十年中，多重服务的热点在东南和西北部呈上升趋势。而北部盆地的冷点有所增加。
权衡和协调作用的时间变化：我们使用主成分分析来确定分解和捆绑方面的多种服务的权衡和协同作用。因子1解释了变异的32.077%代表了淡水供应、NPP、土壤保持、水源涵养和洪水调节之间的平衡。因子2解释了总变异的23.409%，代表了作物生产和水产生产之间协同作用。在2000年，NPP、蓄水和洪水调节之间的权衡占因子1变异的29.432%。在供应服务和土壤保持之间也有一个权衡，它占因素2变异的28.875%。2010年因素1在生态系统服务之间的权衡与2000年相同。同时，作物生产、淡水供应和土壤保持之间存在一种权衡关系，它占因子2变异的22.248%。与1990年相比，2010年在因素3中淡水供应和水产生产之间出现了新的协同作用。森林游憩与供给服务和调节服务没有显著关系。考虑捆绑的生态系统服务，主要成分占1990年总变异的45.871%(特征值N1)代表了供给服务、调节服务和文化服务之间的协同作用。在2000年，供给服务、调节服务和文化服务之间存在一种权衡关系，占变化的44.6%。2010年，因子1解释了生态系统服务变化的37.609%，代表了调节服务和文化服务之间的协同作用。因素2还代表供应服务中的捆绑服务，占总变化的34.913%。
不同空间尺度的权衡和协同作用：分类服务的权衡变化或协同作用在两个空间尺度上是一致。1990年森林娱乐在像素尺度上与作物产量和水产品产量没有显著关系。然而，在县级范围内，森林休闲、作物生产和水产品生产之间存在权衡。协同作用主要发生在两个尺度的调节服务之间（除洪水调节外）。2000年，两个尺度上的提供服务之间存在着权衡。在县级范围内，NPP、洪水调节和森林娱乐之间存在权衡。在县级范围内，供应服务（除淡水供应外）与调节服务（除洪水调节外）有冲突。2010年，多种服务之间的权衡或协同作用在两个尺度上变化较小。在1平方公里的像素尺度上，淡水供应和水产品生产之间存在协同作用，这在1990年至2010年的县级尺度上没有出现过。在捆绑的生态系统服务中，1990年在两个规模的供应、调节和文化服务之间存在协同作用。从2000年到2010年，在县级规模的供应、调节和文化服务之间出现了权衡。与1990年相比，供给服务的变化导致了调节和文化服务之间的权衡。2010年，捆绑式生态系统服务之间的协同作用没有变化，但在1平方公里的像素尺度上，捆绑式供给服务之间存在协同作用。
在快速城市化的TLB地区，土地利用的构成从1990年到2010年发生了重大变化。从1990年到2010年，土地利用的构成发生了重大变化，这影响了所考虑的八个生态系统服务。大多数生态系统服务的权衡在1平方公里的像素尺度和县级尺度上都发生了变化。政策制定者应注重提高流域东南部的作物产量；西部和南部的水产产量；耕地的净初级生产力和土壤保持；东北部的水源保持；湿地和湖泊的洪水调节；以及城市周边的森林娱乐。分解的ES和捆绑的ES也随着时间和空间的变化而变化。这些都有助于"生态保护红线"的划定和和"退耕还林"项目的实施。在中国长江经济带的发展中，我们应该认识到多种服务的空间尺度特征，如行政单位尺度、流域尺度等，从而有效减少供给服务和调节服务之间的权衡，实现协同效应。
研读人：河南大学2022级土地资源管理专业硕士研究生 王超坤
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