1970—2020年北洛河流域产水、保土、固碳生态系统服务时空演变特征与权衡/协同关系

摘要

[目的]探究北洛河流域生态系统服务时空演变特征与权衡/协同关系，为该区资源的合理配置和可持续发展提供科学依据。[方法]基于1970—2020年6期土地利用/覆被数据、气象数据、土壤数据、数字高程模型（DEM）等多源数据，运用InVEST和CSLE等模型，定量评估分析北洛河流域1970—1990年土地利用相对稳定期、2000年左右的过渡期和2010—2020年生态恢复期的不同时期内产水量、土壤保持和碳储量3种典型关键生态系统服务的时空变化特征及其权衡/协同关系。[结果]1)流域总产水量表现为先增加后波动下降的趋势，2000年降至最低。土地利用稳定期产水总量的年代际平均值为10.16×10～8 m³（37.75 mm），过渡期降低36.9%，而生态恢复期降低25.53%。林、耕、草3种土地利用类型中，耕地产水总量和产水深始终最大，林地的产水深始终最小。2)土壤保持总量整体呈波动增加趋势，2010年达到最高值。土地利用稳定期内，土壤保持总量的年代际平均值为305.62×10～6 t（113.57 t/hm²），过渡期上升至364.52×10～6 t，生态恢复期显著增加至426.19×10⁶ t（157.75 t/hm²），相较于第1时期增加38.9%。林地保持能力远高于耕地，梯田等工程措施的建设使耕地土壤保持功能大幅提升。3)碳储总量呈先稳定后持续增加趋势，2000年后开始显著增长，2020年较1970年增长24.09%。林地是主要的碳库，其碳储量显著增加，而草地和耕地碳储量随面积的减少而降低。4)在空间格局变化上，产水量减少、土壤保持和碳储量增加的地区主要集中在高塬沟壑区和丘陵沟壑区。5)在流域尺度上，1970—2020年北洛河流域产水量与土壤保持、碳储量之间存在权衡关系，土壤保持与碳储量呈协同关系。土壤保持与碳储量的协同度随时间降低，而产水量与其他二者的权衡关系相对稳定。[结论]随着植被恢复，流域产水、土壤保持和碳储量等生态系统服务功能具有明显的时间和空间变化特征，具有相对稳定的权衡协同关系，研究结果可为黄土高原生态系统服务综合效益的提升提供科学依据。

关键词

生态系统服务 / InVEST模型 / CSLE模型 / 权衡与协同 / 北洛河流域