库区生态环境保护管理论文提纲

论文题目：三峡库区生态系统服务时空变化与权衡研究

摘要：生态系统服务研究日益成为生态系统评估的核心,是合理有效利用自然资源、保护生态环境、协调人地关系与社会永续发展的基础。三峡库区是长江中下游区域重要的生态安全屏障,同时也是生物多样性热点区域。近些年来,在水利工程和退耕还林、天然林保护、封山育林等一系列生态工程实施的背景下,三峡库区地表生态系统质量和稳定性都有所巩固和恢复。但库区崎岖复杂的地理环境特征,土地利用及人类活动对其脆弱的生态环境造成了显著影响。加强库区生态系统服务动态变化的趋势及形成机理研究,合理调控多项服务间的权衡/协同关系,将生态系统服务管理融入政策制定过程中,其现实意义和理论指导意义重大。本文基于三峡库区历年遥感数据、土地利用变化数据、森林资源二类调查数据以及样地调查和文献数据,综合使用In VEST、RUSLE等多种评估模型及R语言、SPSS及Arc GIS空间统计分析工具,从三峡库区区域—森林—主要优势树种（组）尺度评估生态系统服务,对不同时空尺度生态系统服务权衡关系特征、数量特征及空间特征进行研究。重点评估三峡库区不同尺度涵养水源、碳固持和土壤保持3项关键生态系统服务,量化自然因子、社会经济因子对生态系统服务空间异质性的影响及供给能力的影响。利用Getis-Ord Gi*指数、相关系数、地理探测器及空间相关性制图分析方法,分析生态系统服务及其变化空间相关性以及不同服务之间的权衡和协同关系。最后根据分析结果,找到发展与保护的最佳权衡点,从而为区域森林的可持续发展,制定与实施差异化的森林资源保护利用政策提供数据支持,为严峻环境问题的缓解和制定人与自然和谐发展政策提供科学依据,提出基于三峡马尾松人工林生态系统服务提升和优化策略。本文主要的研究工作和成果如下:（1）三峡库区土地利用/覆被变化特征。1990-2015年25年期间,三峡库区土地利用/覆被结构发生了剧烈转化,总体上呈现农田面积的大量减少,林地、建设用地、水域和未利用地面积增加的趋势。所有林地类型面积都有所增长,其中,针叶林的面积和百分比增幅最大,其次是针阔混交林和灌木林;农田的面积下降幅度最大,由1990年的66.20%下降到了2015年的40.35%,且呈逐年递减的趋势;由于三峡水库的建成运行,研究区水域面积在1990-2015年间几乎翻了一番;草地面积在整个研究期间呈现先增加后降低的现象,在2000年面积最大;而未利用地面积基本为逐年增加趋势。（2）区域尺度生态系统服务动态评估及时空演化特征。1990-2015年期间,三峡库区水源涵养、碳固持和土壤保持服务都发生了显著变化。水源涵养量呈现出先降低、后增加、再略有降低的变化趋势;空间分布上,水源涵养量以库首南部和库区腹地南部最高;在各类典型生态系统中,水源涵养能力以针叶林最高,其次为针阔混交林,裸地和草地的水源涵养量能力较小。1990-2015年各个时间段,三峡库区碳储量增加趋势明显;空间分布上,碳密度比较大的区域都是东北部和南部边缘;不同生态系统类型碳储量高低顺序依次是针叶林＞农田＞针阔混交林＞阔叶林＞灌木＞建设用地＞草地＞裸地＞水域。库区大部分区域碳储量有不同程度的增幅,空间变化表现为夷陵区南部、秭归县北部、巴东县北部、巫山县、万县东部和云阳县碳储量的明显增加;而重庆主城区及长江主干道及支流沿岸碳储量的明显降低。土壤保持方面,各类典型生态系统中,以森林（针阔混交林、针叶林、灌木林和阔叶林）生态系统土壤保持量最高,约占研究区土壤保持总量的69%;农田生态系统次之,土壤保持量占比为29%。1990-2015年间,三峡库区生态系统土壤保持量基本呈逐步提高趋势,总增幅为6%;空间分布上,土壤保持具有明显的分异性,其高值区域主要分布在库区腹地北部,土壤保持功能低值区多出现在人类活动相对频繁、工农业相对发达的西北部。1990-2015年间,三峡库区多种生态系统服务得到改善和提高,说明退耕还林、天然林保护等生态工程的有力实施,林地面积比例大幅提升,植被覆盖度的增加使生态系统的结构和功能得到修复,各项生态系统服务有了明显的提升。地理探测器方法实现了本研究中各项生态系统服务空间异质性归因分析。自然因素和社会因素对生态系统服务具有显著影响。坡度是影响三峡库区水源涵养服务空间异质性的主要驱动力因子;碳储量受林地面积比例、农田面积比例以及人口密度的影响较大;地形因子和森林植被分布是影响三峡库区土壤保持服务空间分布格局的主要因素。此外土地利用/覆被变化、人口密度和经济状况等会对区域生态系统服务产生直接或者间接的影响。自然及社会经济因子共同影响三峡库区生态系统服务的供给能力及空间分异,任意两个影响因子共同的影响力均表现为增强作用。（3）区域尺度生态系统服务权衡/协同关系。三峡库区地理环境复杂、海拔垂直差异大,生态系统服务不仅表现为尺度依赖性,而且具有空间异质性,研究尺度越小,生态系统权衡关系多样化越高。在区域尺度上,土壤保持与碳固持均成协同关系,而水源涵养与土壤保持、水源涵养与碳固持均成权衡关系。在格网尺度,生态系统服务权衡效益冲突主要体现在水源涵养—碳储量以及水源涵养—土壤保持之间。而土壤保持与碳固持服务高值区的空间分布大致重合,二者关系以协同为主;水源涵养与土壤保持只有在库区腹地北部的巫溪县、开县以及库尾武隆县和嘉陵县呈协同关系,而其他大部分区域都呈强权衡或者弱权衡关系,且以弱权衡为主;水源涵养与碳储量只有在库区腹地北部的开县和巫溪县成显著正相关关系,服务之间存在协同作用,其他大部分区域都为权衡关系,且强权衡与弱权衡的面积比例高达67.41%,超过库区总面积的一半。（4）三峡库区库首森林生态系统服务时空变化。1999至2017年2次森林资源二类调查期间,森林生态系统水源涵养总量和单位面积水源涵养量分别增加了29.63%和20.85%。各个时期不同森林植被水源涵养量的大小与森林植被类型的面积基本一致。土壤保持量增加了5672.43万吨,增幅达7.11%,单位面积土壤保持量变幅不大,只增加了0.85%,土壤保持服务增加的原因主要是由于森林面积和质量的提高。森林植被碳储量增加了422.89万吨,增幅高达42.56%,而研究区森林植被的面积仅仅增加了5.56万公顷,增幅为7%,森林植被碳储量增幅明显,其主要原因是森林生长过程,单位面积蓄积量也随之增加,因而森林植被生物量呈增长趋势;研究区森林中幼龄林面积占比达90%以上,随着林木的继续生长成熟,其的固碳潜力巨大,有很大的增长空间。（5）马尾松人工林生态系统服务权衡/协同关系。整体而言,中低度协同和中度权衡是研究区马尾松人工林服务之间的主要关系,整体生态系统服务效益还较低。约有60.37%的马尾松人工林服务之间具有不同类型、不同程度的权衡。具有协同关系的面积比例约为39.63%。其中,仅有4.96%的马尾松人工林3种服务的供给能力均处于较高水平,服务之间存在着显著协同效应。研究区马尾松人工林服务间存在着低协同效应的面积比例约为17.26%,其3种服务供给能力均处于低值水平。研究区马尾松人工林的生态系统服务之间的权衡/协同关系及数量特征表明生态系统服务处于较高水平的马尾松样地占比极小,主要关系是中低协同与中度权衡,面积合计占总面积的69.76%。整体生态系统服务效益不高,单位蓄积量大、林分结构优良的面积比例较小,生态系统服务供给形势还比较严峻。政府部门应将低协同林地和强权衡林地作为重点管理和调控对象,提升服务能力低下的马尾松人工林生态系统服务供给水平。研究区马尾松人工林生态系统服务受多种自然和社会经济驱动力因子的共同影响。土壤厚度和林龄是影响马尾松人工林水源涵养的主要因素,海拔、地貌和坡度等地形因子也是影响马尾松人工林水源涵养的主要因子;林分平均胸径是影响马尾松人工林碳密度的主要因素,其次是地貌;地形因子是影响马尾松人工林土壤保持服务空间异质性的主要因素。其中坡度对马尾松土壤保持空间异质性的解释力最高。本研究全面系统的对三峡库区不同时空尺度3种主要生态系统服务（水源涵养、碳固持及土壤保持服务）的时空动态进行了评估和权衡空间制图,对主要驱动力因素进行了探究,可以为区域及林分尺度生态系统服务管理提供数据支持与参考,有助于更好地指导生态保护政策的实施。

关键词：生态系统服务;时空变化;空间异质性;驱动机制;权衡协同关系

学科专业：森林生态学

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 可持续发展问题

1.1.2 三峡库区生态区位的重要性

1.1.3 生态系统服务权衡关系研究是生态学领域的热点

1.2 国内外研究现状综述

1.2.1 生态系统服务定义与发展

1.2.2 生态系统服务评估分类与评估方法

1.2.3 区域尺度生态系统服务研究进展

1.2.4 森林生态系统服务研究进展

1.2.5 生态系统服务影响因素研究

1.2.6 三峡库区生态系统服务研究现状

1.3 研究目的与研究内容

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究内容

1.3.3 拟解决的关键科学问题

1.3.4 论文结构

1.4 研究步骤和技术路线

2 研究区概况及数据来源

2.1 研究区概况

2.1.1 地形地貌特征

2.1.2 气候与水文概况

2.1.3 土壤特征

2.1.4 生物资源状况

2.1.5 社会经济状况

2.2 主要数据来源与处理

2.2.1 三峡库区土地利用/覆被数据

2.2.2 三峡库区库首森林资源二类调查数据

2.2.3 气象数据

2.2.4 土壤数据

2.2.5 社会经济数据

2.2.6 高程数据

2.2.7 地面采样数据

3 三峡库区土地利用/覆被动态变化

3.1 研究方法

3.1.1 LUCC的时空关联分析

3.2 土地利用/覆被类型面积变化

3.3 土地利用类型转移变化

4 区域尺度生态系统服务时空变化研究

4.1 研究方法

4.1.1 水源涵养评估

4.1.2 土壤保持评估

4.1.3 碳储量评估

4.1.4 生态系服务驱动力分析

4.2 生态系统服务时空变化特征

4.2.1 水源涵养服务

4.2.2 土壤保持服务

4.2.3 碳固持服务

4.3 生态系统服务驱动力分析

4.3.1 生态系统服务驱动力因素定量分析

4.3.2 地理探测器结果

4.4 本章讨论

4.4.1 讨论

4.4.2 评估的不确定性

4.5 本章小结

5 区域尺度生态系统服务权衡关系研究

5.1 研究方法

5.2 生态系统服务综合效益

5.3 生态系统服务冷热点分布

5.4 生态系统服务权衡/协同关系

5.5 生态系统服务权衡/协同关系驱动力因素

5.6 本章讨论

5.6.1 讨论

5.6.2 评估的不确定性

5.7 本章小结

6 三峡库区库首森林生态系统服务时空变化研究

6.1 研究方法

6.1.1 水源涵养评估

6.1.2 碳储量评估

6.1.3 土壤保持量评估

6.2 森林资源时空动态分析

6.3 森林生态系统服务时空分布特征

6.3.1 水源涵养服务

6.3.2 土壤保持服务

6.3.3 碳固持服务

6.4 本章讨论

6.4.1 讨论

6.4.2 评估的不确定性

6.5 本章小结

7 马尾松人工林生态系统服务权衡与协同研究

7.1 生态系统服务重要性分级

7.2 生态系统服务时空变化

7.3 生态系统服务权衡/协同效应分区

7.4 生态系统服务驱动力因素

7.4.1 地理探测器结果

7.5 马尾松生态系统服务优化和调控策略

7.6 本章讨论

7.7 本章小结

8 结论与展望

8.1 主要结论

8.2 研究创新点

8.3 不足与展望

参考文献

致谢