Please wait a minute...
 
自然资源遥感  2025, Vol. 37 Issue (6): 191-200    DOI: 10.6046/zrzyyg.2024321
  技术应用 本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索 |
秦岭西安段生态系统服务时空演变与权衡/协同分析
张怡雯1(), 李凤霞2(), 张睿1, 冯晓刚2, 李萌2, 胡墨清2
1.西安建筑科技大学资源工程学院,西安 710055
2.西安建筑科技大学建筑学院,西安 710055
Spatiotemporal evolution and trade-off/synergy analysis of ecosystem services in the Xi’an section of the Qinling Mountains
ZHANG Yiwen1(), LI Fengxia2(), ZHANG Rui1, FENG Xiaogang2, LI Meng2, HU Moqing2
1. School of Resources Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China
2. School of Architecture, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China
全文: PDF(6638 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

为探究秦岭西安段生态系统服务的时空演变特征及其权衡/协同关系,基于InVEST模型,定量评估2003—2023年秦岭西安段的产水、土壤保持、碳储量以及粮食供给这4项生态系统服务的时空演变格局,并结合Spearman相关系数与地理加权回归(geographically weighted regression,GWR),识别与量化生态系统服务间的权衡/协同关系; 最后,分析土地利用变化对生态系统服务的影响。结果表明: ①产水量和土壤保持量总体呈现先迅速减少后缓慢增加的趋势,碳储量和粮食供给量表现为缓慢减少; ②产水与土壤保持、碳储量表现为协同关系,碳储量与土壤保持表现为协同关系,粮食供给与产水、土壤保持、碳储量均呈权衡关系; ③研究区林地与草地面积增加导致产水量减少,建设用地扩张与耕地资源流失直接引发研究区的碳储量降低,林地面积的增加有助于土壤保持。研究结果可为秦岭地区生态环境保护及可持续发展提供科学依据。

服务
把本文推荐给朋友
加入引用管理器
E-mail Alert
RSS
作者相关文章
张怡雯
李凤霞
张睿
冯晓刚
李萌
胡墨清
关键词 土地利用变化生态系统服务InVEST模型权衡/协同    
Abstract

This study aims to investigate the spatiotemporal evolution and trade-off/synergy relationships of ecosystem services in the Xi'an section of the Qinling Mountains. To this end, it quantitatively assessed the spatiotemporal evolution patterns of four ecosystem services-water yield, soil conservation, carbon reserves, and food supply-from 2003 to 2023 based on the integrated valuation of ecosystem services and trade-offs (InVEST) model. By integrating Spearman's rank correlation coefficient and geographically weighted regression (GWR), this study identified and quantified trade-off/synergy relationships among ecosystem services. Finally, the impacts of changes in land use on ecosystem services were analyzed. The results showed that water yield and soil conservation generally showed a rapidly decreasing trend followed by a slow increase, while carbon reserves and food supply exhibited a slow decline. In addition, synergistic relationships were observed between water yield and soil conservation, between water yield and carbon reserves, and between carbon reserves and soil conservation. In contrast, trade-off relationships were identified between food supply and water production, soil conservation, and carbon reserves. In the study area, increases in forestland and grassland led to a diminution in water yield. The expansion of construction land and the loss of arable land resources directly triggered a reduction in carbon reserves, while an increase in forestland contributed to soil conservation. These findings can provide a scientific basis for the eco-environmental protection and sustainable development of the Qinling area.

Key wordsland use change    ecosystem service    integrated valuation of ecosystem services and trade-offs (InVEST) model    tradeoff/synergy
收稿日期: 2024-10-08      出版日期: 2025-12-31
ZTFLH:  TP79  
基金资助:国家自然科学基金青年基金项目“黄土高原绿地景观格局时空变异特征及其对碳汇响应的机制研究”(51608419);陕西省社会科学基金项目“乡村振兴驱动的传统村落数字记忆建构研究”(2023F013)
通讯作者: 李凤霞(1982-),博士,副教授,主要从事生态环境遥感方面的研究。Email: fengxiali@xauat.edu.cn
作者简介: 张怡雯(2000-),硕士研究生,主要从事生态系统服务功能方面的研究。Email: 17337182689zyw@xauat.edu.cn
引用本文:   
张怡雯, 李凤霞, 张睿, 冯晓刚, 李萌, 胡墨清. 秦岭西安段生态系统服务时空演变与权衡/协同分析[J]. 自然资源遥感, 2025, 37(6): 191-200.
ZHANG Yiwen, LI Fengxia, ZHANG Rui, FENG Xiaogang, LI Meng, HU Moqing. Spatiotemporal evolution and trade-off/synergy analysis of ecosystem services in the Xi’an section of the Qinling Mountains. Remote Sensing for Natural Resources, 2025, 37(6): 191-200.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2024321      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2025/V37/I6/191
Fig.1  研究区概况示意图
Fig.2  土地利用变化强度图谱
强度类型 地类流向 判定条件 趋势描述
绝对强度 获取转入 绝对转入强度>平均绝对转入强度 倾向于从地类i获得转入,反之受到抑制
均匀转出 绝对转出强度>平均绝对转出强度 倾向于转出为地类j,反之受到抑制
相对强度 获取转入 相对转入强度>平均相对转入度 相对倾向于从地类i获得转入,反之受到抑制
均匀转出 相对转出强度>平均相对转入度 相对倾向于转出为地类j,反之受到抑制
Tab.1  不同强度类型下的地类变化判定标准
类型 地上生物
量碳密度
地下生物
量碳密度
土壤碳密度 死亡有机
物碳密度
草地 39.99 97.99 113.17 0.50
耕地 52.68 91.42 122.80 0.70
建设用地 2.83 0.00 88.36 0.00
林地 48.03 131.29 116.34 2.00
水域 3.40 0.00 0.00 0.00
Tab.2  不同地类的碳密度数据
Fig.3  土地利用类型空间分布图
类型 2003年 2013年 2023年
面积/km2 占比/% 面积/km2 占比/% 面积/km2 占比/%
草地 138.85 1.77 25.26 0.32 31.75 0.40
耕地 2 556.74 32.60 1 929.38 24.60 1 977.13 25.21
建设用地 489.82 6.25 633.47 8.08 709.64 9.05
林地 4 638.90 59.14 5 226.24 66.63 5 105.56 65.10
水域 18.86 0.24 28.82 0.37 19.09 0.24
Tab.3  土地利用类型面积及占比
年份 草地 耕地 建设用地 林地 水域 综合
2003—2013年 -8.18 -2.45 2.93 1.27 5.28 0.94
2013—2023年 2.57 -0.25 1.20 -0.23 -3.38 0.17
2003—2023年 -7.71 -2.27 4.49 1.01 -0.12 0.88
Tab.4  单一类型土地利用动态度及综合土地利用动态度
2003年 2023年 转出
总计
草地 耕地 建设用地 林地 水域
草地 19.34 2.75 1.59 108.84 0.23 113.41
耕地 0.43 1 776.73 380.38 399.14 8.21 788.16
建设用地 0.38 114.69 308.59 56.06 3.39 174.52
林地 11.47 81.52 13.06 4 536.28 1.55 107.60
水域 0.03 3.41 5.81 3.60 5.69 12.85
转入总计 12.31 202.37 400.84 567.64 13.38 1 196.54
Tab.5  土地利用转移矩阵
Fig.4  土地利用强度图谱
Fig.5  研究区产水量时空分布及变化
Fig.6  研究区土壤保持量时空分布及变化
Fig.7  研究区碳储量时空分布及变化
Fig.8  研究区粮食供给量时空分布及变化
Fig.9  不同地类之间的生态系统服务功能对比
Fig.10  2003—2023年研究区生态系统服务间的相关性
Fig.11  2003—2023年研究区生态系统服务权衡/协同空间分布
[1] 傅伯杰, 周国逸, 白永飞, 等. 中国主要陆地生态系统服务功能与生态安全[J]. 地球科学进展, 2009, 24(6):571-576.
doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2009.06.0571
Fu B J, Zhou G Y, Bai Y F, et al. The main terrestrial ecosystem services and ecological security in China[J]. Advances in Earth Science, 24(6):571-576.
[2] 戴尔阜, 王晓莉, 朱建佳, 等. 生态系统服务权衡/协同研究进展与趋势展望[J]. 地球科学进展, 2015, 30(11):1250-1259.
doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2015.11.1250
Dai E F, Wang X L, Zhu J J, et al. Progress and perspective on ecosystem services trade-offs[J]. Advances in Earth Science, 2015, 30(11):1250-1259.
doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2015.11.1250
[3] 王建庆. 东南沿海地区城镇土地利用效益评价研究——以浙江省百强县为例[D]. 宁波: 宁波大学, 2014.
Wang J Q. Study on the evaluation of land use efficiency in the town of southeast coastal areas:In case of the top 100 counties in Zhejiang[D]. Ningbo: Ningbo University, 2014.
[4] Song W, Deng X Z. Land-use/land-cover change and ecosystem service provision in China[J]. Science of The Total Environment, 2017,576:705-719.
[5] Shifaw E, Sha J M, Li X M, et al. Ecosystem services dynamics and their influencing factors:Synergies/tradeoffs interactions and implications,the case of upper Blue Nile Basin,Ethiopia[J]. Science of The Total Environment, 2024,938:173524.
[6] Xia H, Yuan S F, Prishchepov A V. Spatial-temporal heterogeneity of ecosystem service interactions and their social-ecological drivers:Implications for spatial planning and management[J]. Resources,Conservation and Recycling, 2023,189:106767.
[7] Zhang J W, Wang M, Liu K, et al. Social-ecological system sustainability in China from the perspective of supply-demand balance for ecosystem services[J]. Journal of Cleaner Production, 2025,497:145039.
[8] 于媛, 韩玲, 李明玉, 等. 哈长城市群生态系统服务时空特征及其权衡/协同关系研究[J]. 水土保持研究, 2021, 28(2):293-300.
Yu Y, Han L, Li M Y, et al. Study on the spatial-temporal characteristics of ecosystem services and tradeoffs/synergies in the Ha-Chang urban agglomeration[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2021, 28(2):293-300.
[9] 龙文芹, 职露, 郭娅迪, 等. 西洞庭湖自然保护区2000—2020 年间碳储量时空演变及成因分析[J]. 自然资源遥感, 2024, 36(4):185-192.doi:10.6046/zrzyyg.2023265.
Long W Q, Zhi L, Guo Y D, et al. Spatiotemporal evolution and origin of carbon stock in the West Dongting Lake National Nature Reserve over the last two decades[J]. Remote Sensing for Natural Resources, 2024, 36(4):185-192.doi:10.6046/zrzyyg.2023265.
[10] 崔璐. 秦岭陕西段生态系统服务评估及多情景预测研究[D]. 西安: 长安大学, 2023.
Cui L. Ecosystem service assessment and multi-scenario prediction in the Shaanxi section of the Qinling Mountains[D]. Xi’an: Chang’an University, 2023.
[11] 丘海红, 胡宝清, 张泽. 基于土地利用变化的广西近20年生态系统服务价值研究[J]. 环境工程技术学报, 2022, 12(5):1455-1465.
Qiu H H, Hu B Q, Zhang Z. Study on ecosystem service value of Guangxi in the past 20 years based on land use change[J]. Journal of Environmental Engineering Technology, 2022, 12(5):1455-1465.
[12] 李丹, 周嘉, 战大庆. 黑龙江省耕地时空变化及驱动因素分析[J]. 地理科学, 2021, 41(7):1266-1275.
doi: 10.13249/j.cnki.sgs.2021.07.017
Li D, Zhou J, Zhan D Q. Spatial and temporal changes and driving factors of cultivated land in Heilongjiang Province[J]. Scientia Geographica Sinica, 2021, 41(7):1266-1275.
doi: 10.13249/j.cnki.sgs.2021.07.017
[13] 牛乐乐, 张必成, 贾天忠, 等. 青海省海西州土地利用变化强度分析与稳定性研究[J]. 水土保持学报, 2021, 35(2):152-159.
Niu L L, Zhang B C, Jia T Z, et al. Analysis on intensity and stabi-lity of land use change in Haixi Mongolian and Tibetan Autonomous Prefecture of Qinghai Province[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2021, 35(2):152-159.
[14] 朱灵伟, 陈晨, 彭云飞, 等. 基于LUCC强度图谱的耕地时空演变模式研究[J]. 中国国土资源经济, 2024, 37(12):52-63.
Zhu L W, Chen C, Peng Y F, et al. A study on spatiotemporal evolution patterns of cultivated land based on LUCC intensity chroma-togram[J]. Natural Resource Economics of China, 2024, 37(12):52-63.
[15] 李帅呈, 龚健, 杨建新, 等. 兰西城市群土地利用/覆被变化模式特征——基于强度分析框架[J]. 资源科学, 2023, 45(3):480-493.
doi: 10.18402/resci.2023.03.02
Li S C, Gong J, Yang J X, et al. Characteristics of LUCC patterns of the Lanzhou-Xining urban agglomeration:Based on an intensity analysis framework[J]. Resources Science, 2023, 45(3):480-493.
doi: 10.18402/resci.2023.03.02
[16] 范亚宁, 刘康, 陈姗姗, 等. 秦岭北麓陆地生态系统水源涵养功能的空间格局[J]. 水土保持通报, 2017, 37(2):50-56.
Fan Y N, Liu K, Chen S S, et al. Spatial pattern analysis on water conservative functionality of land ecosystem in northern slope of Qinling Mountains[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017, 37(2):50-56.
[17] 周苹苹, 罗艺, 宋小燕, 等. 基于InVEST-PLUS模型的陕西省水源涵养量估算及预测[J]. 水土保持学报, 2024, 38(3):187-194.
Zhou P P, Luo Y, Song X Y, et al. Estimation and prediction of water conservation capacity in Shaanxi Province based on the InVEST-PLUS model[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2024, 38(3):187-194.
[18] 翟睿洁, 赵文武, 贾立志. 基于RUSLE、InVEST 和USPED 的土壤侵蚀量估算对比研究——以陕北延河流域为例[J]. 农业现代化研究, 2020, 41(6):1059-1068.
Zhai R J, Zhao W W, Jia L Z. A comparative study of soil erosion estimation based on RUSLE,InVEST and USPED models:A case study of Yanhe River Basin in Northern Shaanxi[J]. Research of Agricultural Modernization, 2020, 41(6):1059-1068.
[19] 李倩, 王成军, 冯涛, 等. 基于SD-PLUS耦合模型的陕西省土地利用变化及碳储量多情景预测[J]. 水土保持学报, 2024, 38(3):195-206,215.
Li Q, Wang C J, Feng T, et al. Multi-scenario prediction of land use change and carbon storage in Shaanxi Province based on the SD-PLUS coupled model[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2024, 38(3):195-206,215.
[20] 赵文亮, 贺振, 贺俊平, 等. 基于MODIS-NDVI的河南省冬小麦产量遥感估测[J]. 地理研究, 2012, 31(12):2310-2320.
Zhao W L, He Z, He J P, et al. Remote sensing estimation for winter wheat yield in Henan based on the MODIS-NDVI data[J]. Geographical Research, 2012, 31(12):2310-2320.
[21] 周凡, 周冬梅, 金银丽, 等. 疏勒河流域生态系统服务供需空间匹配特征[J]. 干旱区地理, 2023, 46(3):471-480.
doi: 10.12118/j.issn.1000-6060.2022.337
Zhou F, Zhou D M, Jin Y L, et al. Spatial matching characteristics of supply and demand of ecosystem services in the Shule River Basin[J]. Arid Land Geography, 2023, 46(3):471-480.
doi: 10.12118/j.issn.1000-6060.2022.337
[22] 武文欢, 彭建, 刘焱序, 等. 鄂尔多斯市生态系统服务权衡与协同分析[J]. 地理科学进展, 2017, 36(12):1571-1581.
doi: 10.18306/dlkxjz.2017.12.012
Wu W H, Peng J, Liu Y X, et al. Tradeoffs and synergies between ecosystem services in Ordos City[J]. Progress in Geography, 2017, 36(12):1571-1581.
doi: 10.18306/dlkxjz.2017.12.012
[23] 刘纪远, 宁佳, 匡文慧, 等. 2010—2015年中国土地利用变化的时空格局与新特征[J]. 地理学报, 2018, 73(5):789-802.
doi: 10.11821/dlxb201805001
Liu J Y, Ning J, Kuang W H, et al. Spatio-temporal patterns and characteristics of land-use change in China during 2010—2015[J]. Acta Geographica Sinica, 2018, 73(5):789-802.
[24] 魏培洁, 吴明辉, 贾映兰, 等. 基于InVEST模型的疏勒河上游产水量时空变化特征分析[J]. 生态学报, 2022, 42(15):6418-6429.
Wei P J, Wu M H, Jia Y L, et al. Spatiotemporal variation of water yield in the upstream regions of the Shule River Basin using the InVEST Model[J]. Acta Ecologica Sinica, 2022, 42(15):6418-6429.
[25] 胡文敏, 杨睿瀚, 贾冠宇, 等. 长江流域产水功能对土地利用变化的响应及其驱动因素[J]. 生态学报, 2022, 42(17):7011-7027.
Hu W M, Yang R H, Jia G Y, et al. Response of water yield function to land use change and its driving factors in the Yangtze River Basin[J]. Acta Ecologica Sinica, 2022, 42( 17) :7011-7027.
[26] 贾纪昂, 郭伟玲, 徐刘洋, 等. 耦合PLUS-InVEST-GeoDetector模型的安徽省碳储量时空演变及驱动力分析[J]. 环境科学, 2025, 46(3):1703-1715.
Jia J A, Guo W L, Xu L Y, et al. Spatio-temporal evolution and driving force analysis of carbon storage in Anhui Province coupled with PLUS-InVEST-GeoDetector model[J]. Environmental Science, 2025, 46(3):1703-1715.
[27] Martens B, Miralles D G, Lievens H, et al. GLEAM v4.2a:Global land evaporation amsterdam model dataset[EB/OL].[2025-04-01].https://www.gleam.eu.
[1] 陈秋计, 谢米米, 南丹丹, 罗豪. 基于PLUS-InVEST模型的咸阳市生态系统碳储量时空演变与预测[J]. 自然资源遥感, 2025, 37(5): 172-182.
[2] 邢笑天, 王琪, 赵佳俊, 刘浦东, 张靖苑. 耦合InVEST—PLUS模型的济南都市圈土地利用及碳储量变化研究[J]. 自然资源遥感, 2025, 37(4): 118-130.
[3] 郑嘉鑫, 裴小龙, 宋东阳, 田锐, 赵中秋, 柏航. 时空动态视角下基于ESV与ERI的生态分区识别——以河北省秦皇岛市为例[J]. 自然资源遥感, 2025, 37(3): 233-244.
[4] 林欣源, 程扬健, 谢伟, 李传庆, 聂闻. 基于Google Earth Engine的不同开采模式下矿区土地利用变化生态环境效应[J]. 自然资源遥感, 2025, 37(3): 54-64.
[5] 柴新宇, 吴献文, 陈晓辉, 王玉, 赵星涛. 耦合Markov与FLUS模型的珠三角城市群土地利用多情景模拟预测[J]. 自然资源遥感, 2025, 37(2): 140-147.
[6] 惠乐, 王浩, 刘嘉敏, 唐不甜, 张伟娟. 基于生态系统服务的关中平原生态安全格局构建[J]. 自然资源遥感, 2025, 37(2): 194-203.
[7] 赵强, 王天鸠, 王涛, 程素丹. 基于InVEST模型的长三角生态绿色一体化示范区生境质量时空演变特征分析[J]. 自然资源遥感, 2024, 36(3): 187-195.
[8] 吴冰洁, 文广超, 赵梅娟, 谢洪波, 冯雅杰, 贾琳. 基于Landsat的巴音河流域生态环境综合演化分析[J]. 自然资源遥感, 2024, 36(1): 227-234.
[9] 崔囤月, 王世东, 张学军. 1991—2021年雄安新区土地利用与植被覆盖变化遥感研究[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(4): 214-225.
[10] 黄卓, 孙建国, 冯春月, 徐鹏, 杨浩, 侯文兵. 基于生态系统服务变化的河西地区生态修复分区[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(4): 236-243.
[11] 田柳兰, 吕思雨, 毋兆鹏, 王娟娟, 史欣鹏. 乌鲁木齐市土地利用变化及其空间冲突测度[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(4): 282-291.
[12] 杨潋威, 赵娟, 朱家田, 刘雷, 张平. 基于PLUS和InVEST模型的西安市生态系统碳储量时空变化与预测[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(4): 175-182.
[13] 李博, 林文鹏, 李鲁冰. 面向SDG15的钱江源国家公园生态系统服务时空分析[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(4): 243-253.
[14] 李静芝, 王苗, 冯文静, 李彬. 湘西州地区生态系统服务价值时空特征及驱动分析[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(3): 207-217.
[15] 李霞, 李静芝. 荆南三口地区生态系统服务价值对城乡建设用地扩张的响应机理[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(2): 278-288.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
京ICP备05055290号-2
版权所有 © 2015 《自然资源遥感》编辑部
地址:北京学院路31号中国国土资源航空物探遥感中心 邮编:100083
电话:010-62060291/62060292 E-mail:zrzyyg@163.com
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发