城市化背景下中国生态系统服务变化与时空权衡关系

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随着城市化的发展,人类可以通过多种方式和手段影响和干预自然生态系统,其中城市化过程导致大量的其他土地利用类型被城市建设用地占用,严重影响生态系统为人类提供的各种有形的产品或无形的服务。生态系统服务的变化不仅影响现在的生产生活,而且关系到未来人类福祉的长远发展,对自然生态和人文社会系统都具有十分重要的意义。因此,分析城市化与生态系统服务之间的时空变化规律,评估城市化对生态系统服务变化的具体影响程度对于当前和未来经济建设和生态环境的可持续发展具有重要的意义。城市生态系统服务的研究以往以小尺度、价值量评估为主,对大尺度、物质量变化的生态系统服务,以及城市化过程导致的生态系统变化的定量综合研究较为缺乏,因此本研究在中国快速城市化背景下,探索城市化和生态系统服务变化的规律、评估城市化过程对生态系统服务变化产生的具体影响、分析城市化变化与生态系统服务变化之间的时空权衡关系,以期明确中国城市化过程对生态系统服务时空变化规律的影响,为中国城市生态建设提供科学依据。研究得出的具体结论如下:(1)1985-2015年我国城市化指数整体上的分布状况是东部地区大于西部地区,并且京津冀、长三角和珠三角地区的城市化指数比其他地区和城市更高。城市化发展进程对应于城市化发展曲线的不同阶段,1985-1995年为城市化初期缓慢发展阶段(T1时期),1995-2005年为城市化中期加速发展阶段(T2时期),2005-2015年对应于城市化中期稳固发展阶段(T3时期)。(2)食物生产、林地生产力、水文调节、固碳调节、释氧调节、空气净化、养分固定、自然保护区密度、旅游景点密度9种生态系统服务在年际内的空间分布格局基本保持不变,大部分生态系统服务在1985-2015年出现下降或减小,T2、T3时期的变化相对更加显著。(3)城市化过程对各生态系统服务产生的影响在空间范围和数量程度上存在差异,总体上T1时期至T3时期城市化过程对生态系统服务变化的影响范围在逐渐扩大,影响程度以下降为主,部分城市略微上升,影响程度的差异可能是各城市发展政策、地区资源开发利用、生活方式等多因素综合作用导致的。(4)城市化指数变化与9种生态系统服务指标变化在空间上基本都表现为正相关,T1-T3时期单变量全局自相关Moran’s I指数增加,空间集聚性增强,表明地理位置相近地区的变化呈现趋同性;城市化指数与9种生态系统服务指标之间的变化T1-T3时期略有差异,其中负相关关系或正相关关系增强的有食物生产、林地生产力、固碳调节、释氧调节、自然保护区密度,表明城市化空间变化对它们空间变化的影响增强;负相关关系或正相关关系减弱的有水文调节、空气净化、养分固定、旅游景点密度,表明城市化空间变化对它们空间变化的影响减弱。(5)城市化指数变化与各生态系统服务指标变化间存在脱钩关系,且不同时期变化显著。T1-T2时期,随城市化指数增长,生态系统服务指标下降(即弱脱钩或扩张性复钩)的有林地生产力、水文调节、固碳调节、释氧调节、养分固定;随城市化指数增长,生态系统服务指标的增加(即强脱钩)的有食物生产、空气净化、生物保护区密度、旅游景点密度。T2-T3时期脱钩关系相对稳定,未发生变化的有,空气净化、养分固定、自然保护区密度、旅游景点密度;随城市化指数增长,生态系统服务指标的增加(即强脱钩)的有林地生产力、水文调节、固碳调节、释氧调节;随城市化指数增长,生态系统服务指标的下降(即弱脱钩或扩张性复钩)的有食物生产。(6)通过计算城市化指数、生态系统服务的变化情况,了解和分析它们的时空变化规律,初步定量城市化过程对生态系统服务的具体影响,为中国城市化与生态系统服务之间相关关系的研究提供数据支持和理论依据。
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