4.1 生态系统服务的时空变化分析
以青藏高原生态屏障区为研究区,分析了2000—2015年土壤保持、水源涵养和碳储存3种生态系统服务的时空变化及权衡与协同关系,发现生态系统服务的变化与区域的降水量有关[11,21-22],降水量通过影响RUSLE式中的降雨侵蚀力因子来影响土壤保持功能[23]; 降水量通过制约CASA模型中的水分胁迫系数来影响碳储量[21,24]; 水源涵养的变化主要受降水量和蒸发散的影响,是降水量与蒸发散量之差[24]; 15 a来研究区降水量降低了44.7%,蒸发散增加了6.7%,相应的3种服务也有所变化。有研究表明,NDVI与NPP之间存在较强的相关性[25-26],2000—2015年,青藏高原NDVI呈现增加的趋势[27],因此青藏高原NPP也在增加,这与本研究中碳储存呈现增加趋势这一结果相吻合。有学者研究了青藏高原的降雨变化特征,指出青藏高原的降雨量呈现明显的减少趋势[28],如怒江流域[29]、西藏地区[30]以及青藏高原南部地区[31]降雨均出现减少的趋势。同时,气温的升高导致蒸发散加强,使得水源涵养年际变化出现波动。影响土壤保持功能的主要因素为植被和降雨[7,21,32],植被覆盖度高,减缓土壤侵蚀,使得土壤保持功能水平较高。也有研究表明青藏高原极端降雨次数逐年增多[33],随着强降雨次数的增加,使得土壤侵蚀加剧,导致土壤保持功能降低。
表2 2000-2015年生态系统服务变化相关系数
在空间上,土壤保持服务的高值区主要集中在东南地区,土地利用类型以草地和林地为主,植被覆盖度高,减少了土壤侵蚀; 中部的库尔勒市、都兰县以建设用地和未利用地为主,植被覆盖低、人类对生态服务干扰大[34],土壤保持服务服务较低。同时,研究区土壤保持服务的高值区与坡度值高的地区空间分布一致,表明地形对生态系统服务具有一定的影响,应该加强对高原高坡植物的保护[35]。水源涵养的高值区多分布在东南部的林地,这是因为林地植被覆盖度高,蒸腾作用较小,且降雨截留量大,径流量少,所以水源涵养量较高[22,32]。碳储存的高值区集中在东南部海拔相对较高的山地林区,山地林区植被类型丰富,凋落物多且分解速率较快,使土壤中有机质积累增加,碳储存量增加[24,36-37]。研究区的东南部山地林区为3种服务的多重服务热点区,而且2015年多重服务热点区面积比2000年增多,本研究认为林地有利于提高青藏高原的土壤保持、水源涵养和碳储量服务的供给能力,高敏等[7]在喀斯特地区的研究表明随着退耕还林政策的实施,区域提供生态系统服务的能力在不断增强,多重生态系统服务热点区面积逐年增加。此外,研究还发现林地的水源涵养、土壤保持和碳储存服务供给能力均强于草地,因此应该适当的增加林地的面积,有助于提高青藏高原生态屏障区的生态系统服务供给能力。
图5 2000-2015年青藏高原生态屏障区生态系统服务热点区分布
4.2 生态系统服务的权衡与协同关系分析
从权衡与协同关系变化上来看,在空间上,研究区的水源涵养与土壤保持、土壤保持与碳储存、水源涵养与碳储存服务之间均表现为相互增益的协同关系,且协同关系在变强。碳储存与土壤保持为协同关系,是由于植被覆盖度高,增加了碳储存,同时植被具有截持降雨、固结土壤的能力,减少了土壤流失,加强了土壤保持能力[8,21],研究区15 a来降雨不断减少,减缓了土壤侵蚀,因此加强了土壤保持与碳储存之间的协同关系。碳储存与水源涵养之间的关系为协同关系,是因为植被覆盖度的提高在增加碳储量的同时,也会截留降雨,减少径流,从而增加水源涵养量[38]。研究区水源涵养从2000—2005年呈增加趋势,使碳储存与水源涵养之间的协同关系增强; 但2005年后,随着研究区降水量的减少,水源涵养量也逐渐减少,导致两者之间的协同关系变弱。土壤保持与水源涵养之间为协同关系,主要是林地植被覆盖度高,凋落物层厚且人为活动较弱,同时茂密的林地减少了水分蒸发和水力侵蚀[7]; 从15 a的土壤保持量与水源涵养量平均值的变化看,研究区内两者均表现为先增加后减少的趋势,两者的变化趋势一致,但是水源涵养量的变化速率大于土壤保持量,导致土壤保持与水源涵养之间的协同关系先变弱再变强。在时间上青藏高原生态屏障区3种生态系统服务的年变化量随着时间变化在减少,降雨量和蒸发散的变化率均在增大,使得3种服务的变化率在减小,导致3种服务之间的协同关系在时间变化上是减弱。在本研究中,只对生态系统服务权衡与协同之间的关系进行分析,在后续的研究中还应加强对权衡与协同关系内在机理的研究。