黄河流域草地生态系统服务功能研究

生态系统服务（Ecosystem Services，ESs ）是指生态特征、功能或生态过程所直接或间接提供给人类赖以生存和发展的条件，即人们从生态系统中的获利，包括调节服务（包括气候、洪水、污染、噪音）、供应服务（包括食物、纤维、木材、水）、文化服务（包括娱乐）和支持服务（包括生境），这些服务不仅提供直接的资源如食物、能源、药材等，而且在调节气候、防洪蓄水、保持水土、净化空气、美化环境等方面发挥着不可替代的作用，直接和间接影响人类福祉。随着人类对生态系统服务功能重要性认识的不断加深，这一领域的研究备受重视。对生态系统服务功能进行合理分析和有效评估，有利于人们对生态系统服务功能重要性的深层认知，有助于人类对自然生态系统的可持续开发与利用，促使人们采取有效的生态保护措施和可持续管理手段，因此开展生态系统服务研究对生态系统的科学保育、退化生态系统的恢复和生态资产的增值大有裨益，对于实现可持续发展和实现生态文明具有重要的现实意义。 人类活动与生态系统系统服务功能之间存在非常复杂的关系，一方面一种生态系统服务同时受到不同人类活动的影响，另一方面多个生态系统服务同时受一种人类活动的影响。土地利用/覆被变化反映了人与自然相互影响的*直接关系，人类活动导致土地利用类型、格局和强度发生显著变化从而直接或间接地影响生态系统过程与格局，驱动着生态系统服务功能的变化，其中土地利用类型对生态系统的影响是多方面的，包括能量流动、水分循环、土壤侵蚀与堆积、生物化学循环等生态过程，不同的土地利用格局会产生不同的生态过程，从而对生态系统服务造成影响，当人类干扰特别强烈，土地利用强度较大时，容易造成用土地退化，进而会威胁各种生态系统服务类型的供给。土地利利用变化会改变景观连接度，使生境碎片化，连通性降低，从而直接或间接地影响到生态系统服务的形成。2005年发布的联合核心计划—全球土地计划(GLP)，该计划是由国际地圈生物圈计划(IGBP)与国际全球环境变化人文因素计划(IHDP)联合发布的，该计划将由土地利用变化引起的生态系统服务功能的改变以及由此引起生态系统服务供给作为重点研究专题之一，因此，从土地利用变化的角度出发，由此引起生态系统服务的变化成为国内外全球变化研究领域的核心命题之一。 生态系统服务具复杂性、多样性和空间异质性，而且各生态系统服务之间相互作用关系也很复杂，例如某些生态服务功能加强，可能同时导致其他生态系统服务功能的加强或变弱。土地利用/覆被变化引起的一种生态系统服务功能变强的同时往往会削弱其他生态系统服务功能，尤其调节服务和生物多样性的增加是供给服务降低为代价。同一土地利用变化过程，在不同的尺度对生态系统的影响也不一致，因此土地利用/覆被变化对生态系统服务的影响会随尺度发生变化，正是因为生态系统服务的空间异质性、要素复杂性使得土地利用/覆被对生态系统服务影响具有明显的尺度效应。明晰各项生态系统服务之间的相互关系，不仅可以提出科学管理生态系统的对策，而且还可以使生态系统服务得以可持续发展；也是制定区域绿色经济发展和生态环境等一系列发展政策的理论基础。兼顾多种生态系统服务之间平衡的土地利用方式研究，以及使生态-经济效益*大化的生态系统服务研究，成为了当前地理学和生态学的热点。 黄河流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、陕西、河南和山东9个省（区），其流域面积75万平方公里（包含内流域）。黄河流域构成我国重要的生态屏障，青藏高原生态屏障、黄土高原—川滇生态屏障、北方防沙带等均位于或贯穿于黄河流域，在全国“两屏三带”生态安全战略布局中，承载着重要的生态功能，如涵养水源、防风固沙、生物多样性保护等，该区域生态状况关系华北、东北、西北乃至全国的生态安全，因此维护该区的生态安全具有非常重要的作用。黄河流域幅员辽阔，具有地貌单元复杂、生态系统类型多样化以及气候变化明显等特点，也是全球气候变化相对敏感的区域之一，由于自然和人为因素的干扰影响，黄河流域出现土壤侵蚀严重、天然湿地面积减少、生物多样性下降等问题，给生境质量带来了巨大的压力。水土流失、生态破坏、上游局部地区生态系统退化，产水服务及涵养水源功能下降等问题，因此更需要注重环境保护和可持续性发展。近年，从国家层面进一步明确了黄河流域作为我国重要生态屏障和重要经济地带的地位，黄河流域生态保护与高质量发展上升为国家战略，这就需要对生态保护可持续发展管理提出更高更严的要求。这需要进一步更精准、更清晰地明确和刻画黄河流域生态系统服务现状（包括不同空间尺度、不同土地利用/覆被类型以及不同地貌地形单元），进而更系统、更深入的了解黄河流域生态系统服务的时空演变特征、空间异质性与尺度效应，明确各项生态系统服务功能的权衡协同关系及其驱动因素，预测其未来发展变化趋势，这都将成为黄河流域生态系统科学保育的理论依据。 此外，在过去的几十年，针对上游植被退化、中游水土流失，我国政府实施了大规模的生态工程措施，如三江源生态保护和建设工程、山水林田湖草综合治理工程以及退耕还林还草工程，改造退化农田和荒地，恢复森林和草地生态系统等水土保持措施。黄河流域土地利用/覆被类型发生了变化，使得生态系统服务功能发生了时空变化，因此需要对黄河流域过去到现在生态系统服务功能的时空演变特征做进一步的探究。草地是陆地生态系统的重要组成部分，草地生态系统及生态过程非常独特的，是全球大气水循环中*庞杂、*受人类活动影响的部分，草地生态系统为人类提供了多种产品和服务，草地是黄河流域*主要的土地利用类型，因此，需要重点关注草地生态系统的服务功能变化及其协同权衡关系。 正如前文所述，学界普遍认为土地利用/覆被变化是导致生态系统服务功能发生变化*主要原因之一，二者之间存在着相互影响相互制约的关系，土地利用/覆被变化与生态系统服务作为可持续发展研究的核心问题和前沿领域，得到了学术界广泛关注，如何根据土地利用变化进行生态系统服务功能的动态评估，提高评估的准确性和科学性，依然是生态环境可持续发展函待解决的主要问题之一，如何通过土地利用/覆被变化的监测、模拟、预测及决策来实现生态系统服务的可持续发展，以及生态系统服务对全球气候环境的变化的响应，已成为全球范围重点关注的问题；土地利用/覆被变化对生态系统服务的具有尺度效应，同一生态变化过程，在不同尺度上，对生态系统服务的影响也同，系统理解土地利用/覆被变化对生态系统服务影响的尺度特征、尺度差异及尺度关联，对深入土地利用/覆被变化和生态系统服务的尺度效应研究、协调多层次管理机构的制度决策、缓解生态系统服务稀缺对社会经济发展的限制等具有重要意义；不同的研究层面体现不同的生态系统服务会表现出不同的生态格局及生态过程，而且各个层面上生态系统服务间的关系也可能随着时间推移和社会经济利益需求而发生改变，因为研究层面的不同会造成生态系统服务空间差异化，多层面深层次理解生态系统服务间的关系有利于促进经济与生态的协同发展。 综上，本书重点提出以下四个科学问题：一是伴随着全球气候变化以及人类对土地长期性和周期性的经营管理与治理活动，黄河流域长期以来经历了怎样的土地利用/覆被变化？呈现出怎样的时空变化特征？尤其需要明确作为主导土地利用类型的草地的变化规律，这是基于土地利用/覆被变化探究生态系统服务功能的基础；二是在土地利用/覆被变化的影响下，黄河流域生态系统服务功能如何定量评估，生态系统服务功能在空间上的异质性和时间上的变化特征如何？明确该流域生态服务功能是否存在尺度效应，同时需要明确生态系统服务功能在不同研究尺度的特征差异，有助于更深层次认识黄河流域生态系统服务功能，为黄河流域可持续生态管理提供理论认识基础；三是黄河流域生态系统服务功能之间存在怎样权衡、协同关系及其如何随着研究尺度变化？如何刻画不同尺度生态系统结构、过程、功能、服务变化之间的相互作用及其影响因素？准确甄别生态系统服务权衡驱动因子，从而深层次地揭示生态系统服务权衡内在机理。对于解决生态保护与生产利用之间的矛盾具有重要的科学意义；四是为了进一步支撑黄河流域未来生态可持续管理，一方面需要根据生态系统服务功能现状，科学划定生态功能区，另一方面如何根据土地利用/覆被变化历史规律，科学预测全球气候变化背景下土地利用/覆被变化，进而预测未来黄河流域生态系统服务功能变化趋势，为生态系统服务可持续管理和规划实践提供理论依据。