河北省耕地生态系统服务权衡/协同关系及其分区研究

作     者：王晓萌 

作者单位：河北师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：潘佩佩

授予年度：2021年

学科分类：12[管理学] 1204[管理学-公共管理] 082803[工学-农业生物环境与能源工程] 082802[工学-农业水土工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 120405[管理学-土地资源管理] 

主      题：耕地生态系统服务 权衡/协同 模型模拟 生态系统服务簇分区 河北省 

摘      要：长期以来,我国耕地保护普遍重数量管控,轻质量和生态提升,耕地作为陆地生态系统的重要组分,在维持供给功能的同时,还具有提供多种生态功能的潜势。本研究以河北省为基本单元,基于DLEM模型模拟,分析粮食供给、碳固持、土壤保持、水分利用效率和气体调节等耕地生态系统服务的时空异质性特征及其影响因素,再利用ESTD模型、双变量局部空间自相关及相关分析等方法从不同尺度（栅格、县域和区域）识别耕地生态系统服务间权衡/协同关系,进而应用生态系统服务簇方法实现河北省分区管控。得到以下结论:（1）河北省耕地面积整体呈下降趋势,1900-2015年减少了5.92%,且在60年代以前耕地面积下降明显,随后出现小幅上升,空间上,耕地面积在冀中南平原分布较多,太行山沿线地区分布较少。受耕地面积变化影响,河北省1900-2015年5种耕地生态系统服务时空变化迥异,河北省粮食供给能力不断提升,共增加了1570.26万吨,其中2000-2015年增加最多,增长了47.27%;空间上自西北向东南递增,除1970-1985年河北省绝大部分地区减损外,其余各时段增益明显。碳固持先增后减,1900-1970年增加了20.86%,1970-2015年减少了8.97%,整体上增加了46.01g C/m2;空间上呈东南高西北低分布,其增益地区出现在河北省东部地区。土壤保持在1900-1970年增加了38.22g C/m2,随后在1970-2015年开始递减,但整体为增加趋势,共增加了21.63g C/m2;空间上,在冀东南地区分布较多,且在河北省东部、西北部地区增益明显。水分利用效率波动下降,共减少了2.97g/（mm·m2）,其中1970-1985年减少最为明显,减少率达65.23%;其高值区分布在冀西北地区,除冀中南平原中部出现零星增益外,河北省大部分地区出现减损。气体调节先减后增,1900-1970年减少了1153.11g/m2,70年代后增加了1074.66g/m2,整体上减少了78.46g/m2;空间上呈东西高中间低分布,其增益地区集中在冀西北地区。（2）基于模型特点选取耕地面积、气候变化、CO2浓度、大气氮沉降和氮肥施用量等因素,分析其对耕地生态系统服务的影响,结果表明氮肥施用量是影响河北省粮食供给增长的最主要因素;气候变化是影响碳固持、土壤保持增加的最大负向因素;大气氮沉降对河北省水分利用效率变化的影响较大,且一直为正向影响;耕地面积对河北省气体调节的平均贡献量最大,耕地面积的增加使气体调节增加了862.67g/m2。（3）基于栅格尺度分析,结果表明河北省粮食供给与碳固持、土壤保持、气体调节三者呈现西北权衡-东南协同为主的关系;粮食供给与水分利用效率,碳固持与土壤保持以权衡关系为主,协同关系较弱;碳固持、土壤保持、水分利用效率三者分别与气体调节呈现西北协同-东南权衡关系;碳固持、土壤保持两者与水分利用效率在河北省西北部和东南部以权衡关系为主,太行山沿线以协同关系为主。基于县域尺度分析表明,围场满族蒙古族自治县、隆化县在粮食供给-土壤保持、碳固持-土壤保持之间协同关系显著;冀中南平原中部的县域耕地生态系统服务权衡协同关系显著,其中粮食供给-水分利用效率、粮食供给-气体调节、碳固持-水分利用效率、土壤保持-水分利用效率协同程度较高,碳固持、土壤保持、水分利用效率三者分别与气体调节权衡程度较高。根据区域权衡/协同关系分析表明,冀西北地区碳固持-土壤保持协同程度最高,碳固持-气体调节权衡程度较强;燕山和太行山地区碳固持-土壤保持协同关系最强,碳固持-气体调节权衡关系较高;冀中南平原区粮食供给-土壤保持协同关系最为显著,水分利用效率-气体调节权衡程度较高;环渤海地区粮食供给-土壤保持协同关系最强,土壤保持-气体调节权衡关系较为显著。（4）生态系统服务簇聚类结果表明,河北省耕地生态系统分为协同发展区、节水农业区、粮食核心区和土壤保持区。协同发展区零星分布在冀中南平原,今后将重点提升耕地的供给和生态功能,促进区域协调发展;节水农业区主要在太行山沿线和冀中南平原地区,未来通过优化调整种植结构和种植方式,不断提高水分利用效率;粮食核心区分布在冀中南平原,继续强化耕地的粮食供给功能,保障区域粮食安全;土壤保持区集中分布在冀西北地区及太行山-燕山沿线地区,未来通过改良种植方式,不断维持并提高耕地的生态功能。