基于土地利用/覆被变化的伊河流域生态系统服务供需风险时空演变

孟庆香,张莉坤,位贺杰,*,蔡恩香,董孝斌

1 河南农业大学资源与环境学院, 郑州 450002 2 北京师范大学地理科学学部, 北京 100875

生态系统服务是指由自然生态系统组成的可供人类直接利用或者消费的自然资源和商品[1—3],维持着人类生存和发展的环境条件[4—5],是人类赖以生存和发展的资源与环境基础[6]。长期以来,由于人们对生态系统服务的重要性缺乏认识,对自然资源的过度使用造成了诸多问题,并影响了区域乃至全球的生态安全[7]。区域生态环境问题主要源自城市化和土地类型及土地覆盖的变化对区域生态系统结构和格局的改变,人类活动直接影响生态系统服务变化[8—9],是生态系统服务变化的重要驱动力[10—12]。但其实质是区域生态系统服务供需关系的空间差异或失衡[13—14]。因此,对生态系统服务供需关系测度及供需风险的识别就尤为重要,是对自然资源有效配置和生态系统服务管理的一项重要工作,可以缓解区域生态危机、建设美丽家园、实现永续发展提供强有力的科学支撑。

生态系统服务供需风险评价是将生态系统服务的供给与需求关联起来,将生态系统的变化限制在生态阈值之内,建立起的生态风险预警系统。其关注点主要是对生态系统服务变化、生态问题和生态风险之间的内在联系,有助于设计有效的区域生态系统管理方法。生态系统的供需风险是自然生态系统与人类社会系统相结合的产物。随着生态系统服务的研究逐渐成为热点,生态系统服务供需关系的制图和量化已经取得了很大的进展,并且一些研究尝试在生态系统服务上对风险进行研究,基于生态系统服务的风险分析受到众多学者的关注。Galic等[15]应用生态系统服务概念解决生态风险分析,不仅描述了生态系统的内部机制,而且还涉及诸如人类福祉之类的外部驱动因素如何影响生态系统。Abson等[16]提出了基于生态系统服务供给风险和利益之间的概念框架。Maron等[17]结合了关于生态系统服务供求状况和趋势变化,提出了评估特定生态系统服务供应受到威胁程度的概念框架。Li等[18]等构建了一个产水生态系统服务流模型,利用水资源安全指数对京津冀地区产水服务供需风险进行分析。Dong等[19]基于生态系统服务功能的形成、变化、风险和管理,建立了生态系统服务功能风险评估框架,并在长江流域上游甘孜地区进行了生态系统服务功能区域生态预警试验。但从文献检索来看,关于生态系统服务供求风险的理论讨论很多,且研究主要以服务供给为度量指标,区域规模的生态系统服务供需风险评价研究和应用仍有待进一步发展。

尽管国内外对生态系统服务和生态风险做过大量的研究和工作,然而,传统的生态风险评估主要基于生态实体的特征,如区域景观格局的变化,却忽略了与实体功能属性密切相关的人类福祉因素,在区域范围内缺乏对生态系统服务供求的风险评估的实践和应用,并且尚未形成统一的评估框架。流域是自然过程和人类活动相互作用强烈的地区,有复杂的生态系统结构和服务类型,是研究生态系统服务供需最佳地域单元[20—21]。笔者以伊河流域为研究区域,采用矩阵法对1980年、2000年及2018年的生态系统服供需空间制图,利用构建的生态系系统服务供需风险评估框架对伊河流域生态系统服务风险进行时空演变分析。研究结果可为生态系统服务供需风险研究与管理提供决策支持,为区域可持续发展及土地合理利用规划作出贡献。

1 材料和方法

1.1 研究区域

伊河是黄河南岸支流洛河的支流之一,地理坐标为N 33°39′—34°41′、E 111°19′—112°54′(图1),全长264.88 km,流域面积约为6100 km2,源于熊耳山南麓的栾川县陶湾镇,流经嵩县、伊川,蜿蜒于熊耳山南麓,伏牛山北麓,穿伊阙而入洛阳,东北至偃师注入洛河。从上游至下游构成了独特的“山地—丘陵—平原”景观生态系统,生态环境既具有复杂性,又具有脆弱性。随着经济的发展和河南省土地整治等工程的推进,流域内土地利用类型也发生巨大变化,生态系统服务供需关系也发生着重大变化。从行政区划来看,主要涉及偃师市、嵩县、伊川县和栾川县,宜阳县、汝阳县、登封市和洛龙区部分也在研究区域内。伊河流域在2018年总人口数为241.4万,国民生产总值1336.37亿元。

图1 研究区概况

1.2 数据来源

本研究使用的数据主要包括流域的基础地理数据(行政区、水系等)、数字高程模型(DEM)、土地利用/覆被变化(LUCC)及社会经济统计数据等。其中1980年、2000年和2018年土地利用数据来源于中国科学院资源环境数据中心,分辨率30 m,经野外选点验证整体精度在85%以上；DEM来源于地理空间数据云；社会经济数据主要包含人口和经济数据,通过统计年鉴和地方志获取。

按照 “中国20世纪土地利用/土地覆被变化(LUCC)时空平台”的LUCC分类系统,土地利用类型分为6个一级类和22个二级类,比对Burkhard等使用的CORINE(欧盟环境协调)土地分类法,结合区域特点进行相应地类的归并与调整,确定伊河流域的土地利用类型体系表(表1)。

表1 土地利用类型划分体系[22]

1.3 研究方法

土地利用覆被/变化与生态系统服务供需制图有着密不可分的关系,土地利用结构的变化间接影响着人类福祉的变化。本文在借鉴生态系统服务的威胁分类框架和以往相关研究的成果基础上[23—24],构建了生态系统服务供需风险评估框架(图2)。框架以土地利用/覆被变化为基础,通过模型计算对生态系统服务的供给与需求进行制图,分析生态系统服务供需的时空变化并探讨土地利用结构的变化对生态系统服务供给与需求的影响；其次,结合供给动态趋势、需求动态趋势、供需比及供需趋势比4个指标对生态系统服务供需风险程度进行分析并构建风险分区,进一步提出不同风险区的管理政策。

图2 生态系统服务供需风险评估框架

1.3.1基于LUCC的生态系统服务矩阵

土地利用/覆被变化被认为是影响生态系统服务的重要因素之一[25],根据生态系统的供求关系,专家根据不同的LUCC类型将空间的生物物理景观单位与生态完整性和生态系统服务的供求联系起来,揭示了不同社会生态系统在土地利用/覆被变化下提供生态系统服务的能力[26]。

生态系统服务主要分为支持服务、供给服务、调节服务以及文化服务[27],而支持服务作为后3种服务的前提和基础,与人类福祉无直接联系。为避免重复计算问题,因此本文中的生态系统服务矩阵仅考虑3种服务类型18项服务,供给服务包括农作物、饲料、木材等在内的6项服务,调节服务包括当地气候调节、洪水防护、地下水供给等在内的8项服务,文化服务包括娱乐美学价值、休闲生态旅游和知识体系等在内的4项服务。

随后,根据研究区域LUCC特点,构建研究区生态系统服务供给矩阵及生态系统服务需求矩阵。参考Burkhard等[28—29]研究成果,矩阵得分为0—5分,相应的土地利用类型分表示为:0=无相关生态系统服务供给/需求,1=低水平的生态系统服务供给/需求,2=一般水平的生态系统服务供给/需求,3=中等水平的生态系统服务供给/需求,4=高水平的生态系统服务供给/需求,5=极高水平的生态系统服务供给/需求。为获取伊河流域生态系统服务供需数据,团队于2019年12月邀请生态学领域的相关专家对伊河流域各土地利用类型的供需进行打分,具体步骤如下:

(1)邀请受访专家。专家组成员7名,包括洛阳市土地储备整理中心管理干部2名,河南省国土资源调查规划院从事土地整理评估工作的专家1名,河南大学区域生态系统服务评价的专家2名,河南农业大学生态学专家1名、北京师范大学从事生态经济与区域可持续发展研究的专家1名。

(2)生态系统服务供需得分值获取。为避免理解误差,对7位专家分别进行面对面访谈,提前告知访谈目的、生态系统服务供给和需求的定义、每种土地利用类型相关生态系统服务供给和需求能力的分值区间以及各分值所代表的含义。②向专家提供伊河流域生态系统服务供给和需求矩阵评分表,受访专家对每种土地利用类型的不同生态系统服务供需能力单独评分。③将首轮打分结果进行算术平均和四舍五入算总整数处理,反馈给专家组进行修正,经过专家组的讨论取得一致意见,最终确定了伊河流域生态系统服务供给和需求能力值,获得伊河流域的生态系统服务供给矩阵(表2)和生态系统服务需求矩阵(表3)。

表2 伊河流域的生态系统服务供给矩阵

表3 伊河流域的生态系统服务需求矩阵

1.3.2生态系统服务供给与需求趋势

生态系统服务供给与需求趋势是通过不同年份的生态系统服务供给量或需求量的差值计算的。生态系统服务供给/需求趋势可以表达区域生态系统服务供给/需求的绝对变化,如果差值大于0,则表明该时期内生态系统服务的供给/需求关系呈上升趋势；如果差值为0,则意味着在此期间生态系统服务的供给/需求保持不变；如果差值小于0,则表明该时期内生态系统服务供给/需求呈下降趋势。计算公式如下:

St=Sm-Sn

(1)

Dt=Dm-Dn

(2)

式中,St和Dt分别为生态系统服务供需不同年份间的供给量差值和需求量差值,Sm和Sn分别为m年和n年生态系统服务供给量,Dm和Dn分别为m年和n年生态系统服务需求量。

1.3.3生态系统服务供需比与供需比趋势

生态系统服务供给与需求的比值(即供需比)可以表达一定时空内供需的空间匹配[30—31],而供需比的变化可以反映出一定时空内的生态系统服务的相对变化。若供需比大于等于1,则生态系统服务供给能满足需求；若供需比在0到1之间,则意味着生态系统服务供应不能满足需求；若比值小于0,则说明该区域不提供服务。生态系统服务供需比趋势是根据两个不同年份的生态系统服务供需比的差值来计算,如果供需比趋势大于0,则说明生态系统服务供需比在该时间段内呈上升趋势；如果供需比趋势等于0,则说明生态系统服务供需比在该时间段内保持不变；如果供需比趋势小于0,则说明生态系统服务供需比在该时间段内呈下降趋势。

(3)

Rt=Rm-Rn

(4)

式中,R为生态系统服务供给量与需求量的比值,Rt供需比的差值,Rm和Rn分别为第m年和第n年生态系统服务的供需比。

1.3.4生态系统服务供需风险等级划分

根据生态系统服务供给动态趋势、需求动态趋势、供需比及供需比趋势4个指标构建生态系统服务供需风险指标体系并划分生态系统服务供需风险等级。借鉴Maron等[17,24,32]分类标准,为空间制图需要,将生态系统服务供需风险划分7个等级(表4)。高风险等级代码为Ⅰ-Ⅴ,低风险等级代码为Ⅵ、Ⅶ。

表4 生态系统服务供需风险等级

2 结果与分析

2.1 伊河流域生态系统服务供需时空演变特征

2.1.1生态系统服务供给时空演变特征

1980—2018年伊河流域生态系统服务供给的空间格局基本稳定,区域总体生态系统服务供给呈现出西南高东北低的状态,上游的生态系统服务供给水平较高(图3)。总体来看,伊河流域生态系统服务供给呈下降趋势,2018年相较于1980年生态系统服务供给水平降低了0.87%,其中2000年相较于1980年生态系统服务供给水平降低了0.29%,2018年相较于2000年生态系统服务供给水平降低了0.58%,生态系统服务供给水平缓慢下降。

图3 1980—2018年伊河流域生态系统服务供给水平空间分布

分区域来看,上中下游的生态系统服务供给差异十分显著,1980—2018年生态系统服务供给水平依次为上游>中游>下游,上游与下游的生态系统服务供给水平呈下降趋势,中游生态系统服务供给在2018年有所增加,出现先下降后上升的变化,但减少量大于增加量,整体依旧处于下降趋势。1980—2018年的生态系统供给服务的供给水平为东北高西南低,供给服务总量最高的地区为上游,下游单位面积供给服务水平最高,供给服务潜力较大。1980—2018年的调节服务供给水平空间格局整体为西南高东北低的状态,调节服务供给水平为上游>中游>下游。伊河流域生态系统文化服务供给水平整体空间分布较为均衡,1980—2018年间,中下游的变化较上游略微明显,上游的文化服务供给水平在2000年有所增加,但1980—2018年上中下游整体均为下降趋势。

2.1.2生态系统服务需求时空演变特征

1980—2018年伊河流域生态系统服务供给的空间格局基本稳定,生态系统服务需求服务高的空间分布较散且分布在下游地区居多,需求服务较低的集中在上游地区(图4)。总体来看,伊河流域生态系统服务需求呈上升趋势,2018年伊河流域生态系统服务需求总量较1980年增长了6.83%,较2000年增长了4.55%。

图4 1980—2018年伊河流域生态系统服务需求水平空间分布

伊河流域生态系统服务需求的空间差异也较为明显,1980—2018年生态系统服务需求量从大到小依次为下、中、上游。上游的南部区域、中游的中部区域和下游的北部区域在空间上有明显的增加趋势。1980—2018年的供给服务需求量分布为东北高于西南地区,下游对供给服务需求量最大,其次是中游地区,上游地区最小但是上游的变化量最大,1980—2018年上游地区对供给服务需求量增长了18.81%。1980—2018年的调节服务需求量低值主要集中在上游地区,高值区零散分布且上游分布较多,1980—2018年间调节服务的需求为上升趋势,且上中下游地区对调节服务需求量分别增长了8.03%、3.00%和1.80%。1980—2018年的生态系统文化服务需求量以低值为主,低值广泛分布,高值集中在下游地区。1980—2018年生态系统服务文化服务需求量均为下游>中游>上游,其中,下游对文化服务需求量在不同年份的占比分别为58.76%、58.66%和58.14%,下游的文化服务需求量在不同年份的占比有下降趋势,也反映了上中游地区文化服务需求量在研究期内有所增加。

2.2 伊河流域生态系统服务供需匹配分析

从伊河流域生态系统服务供需比来看(图5),2018年伊河流域的生态系统服务供给不足的区域占全流域总面积的比值相较于1980年增加了2.04%,较2000年增加了1.51%。整体来看,供需比变化较为稳定,从西南向东北方向供需比逐渐降低。分区域来看,供给不足的区域多在下游地区分布,上游地区一直保持较高的供需比,供给远大于需求,中游大部分地区的生态系统服务供给基本能够满足需求。1980—2018年供给服务的供需比整体来看上游地区高于中下游地区,供给不足的区域主要集中在下游地区。上中下游供给服务供给不足区域逐渐增加,2018年供给不足的区域占全流域总面积的比值相较于1980年增加了2.13%,较2000年增加了1.59%。1980—2018年调节服务的供需比高值区集中在上游地区,但是上游的供给不足区域近20年有所扩大,下游供给不足集中区有所转移,2018年调节服务供给不足的区域占全流域总面积的比值相较于1980年增加了0.45%,较2000年增加了0.19%。1980—2018年文化服务的供需比空间分布整体较为均衡,下游供给不足区域扩大明显,2018年文化服务供给不足的区域占全流域总面积的比值相较于1980年增加了2.04%,较2000年增加了1.51%。

图5 1980—2018年伊河流域生态系统服务供需比空间分布

从伊河流域生态系统服务供需比变化趋势来看(图6),1980—2018年生态系统服务供需比减小的区域占全流域总面积的比重为4.71%。与1980—2000年相比,2000—2018年生态系统服务供需比减小的区域上升1.59%,达到3.27%。总体来说,研究区域生态系统服务供需比趋势有所改善,1980—2018年生态系统服务供需比差值稳定或增加的区域占全流域总面积的比值95%以上,供需比差值减少的区域占比较少且主要分布在下游。1980—2018年供给服务供需比差值减少的区域占全流域总面积的比重为4.20%,与1980—2000年相比,2000—2018年供给服务供需比差值减小的区域上升1.16%达到2.80%,总体来说,全域供给服务供需比不同时间段几乎处于较高水平且供需比高值区域也在增加。1980—2018年调节服务供需比减少的区域占全流域总面积的比重为4.72%,2000—2018年调节服务供需比减小的区域相较于1980—2000年的1.68%增加了1.59%,1980—2000年调节服务供需比减少的区域多集中在中游地区而2000—2018年调节服务供需比减少的区域在主要分布在上游和下游地区。1980—2018年文化服务供需比减少的区域占全流域总面积的比重为4.05%,2000—2018年文化服务供需比减小的区域相较于1980—2000年的1.48%增加了1.32%,从空间分布来看,1980—2000年文化服务供需比减少区域在中游地区较为集中,2000—2018年文化服务供需比减少区域在上游和下游地区较为显著。

图6 1980—2018年伊河流域生态系统服务供需比趋势空间分布

2.3 伊河流域生态系统服务供需风险分析

1980—2018年生态系统服务供需风险等级主要以Ⅰ、Ⅵ和Ⅶ级为主(图7),高风险(Ⅰ—Ⅴ)区域占全域总面积的比例较低,为3.57%,集中在下游和中游,主要是供给不足所致,分布较散。低风险等级(Ⅵ和Ⅶ)的区域占全域总面积的96.43%,分布广泛,此等级区域内供给水平大于需求水平,流域内大部分地区生态系统服务供给都能满足人类需求。分时段来看,高风险等级由1980—2000年的3.57%增加到2000—2018年的4.10%,高风险等级面积在时间段内出现增加的趋势,伊河流域近20年面临的生态系统服务供需风险相比以往有所升高。

图7 1980—2018年伊河流域生态系统服务供需风险等级空间分布

对伊河流域不同类型生态系统服务供需的风险等级进行划分,1980—2018年供给、调节和文化服务的高风险等级占比分别为3.99%、5.18%和3.57%。2000—2018年的供给、调节和文化服务高风险地区占比均高于1980—2000年,其中下游北部地区高风险地区变化较为明显。低风险等级中,3种服务类型的Ⅶ等级占比最大,虽1980—2000年和1980—2018年内低风险等级占比大致接近,但低风险等级中Ⅵ和Ⅶ级差别较为明显。1980—2000年、2000—2018年和1980—2018年3个时间段,供给服务Ⅶ级占比分别为94.36%、92.67%和91.82%,Ⅵ级分别为5.64%、7.33%和8.18%；调节服务Ⅶ级占比分别为93.18%、91.50%和90.39%,Ⅵ级分别6.82%、8.50%和9.61%；文化服务Ⅶ级占比分别为94.95%、93.11%和92.37%,Ⅵ级分别为5.05%、6.89%和7.63%。低风险中各项服务Ⅶ级占比缓慢减少,Ⅵ级逐渐增加,即脆弱区不断增加,安全区不断减少。

考虑到生态系统服务具有流动性,为了更加清晰地表达出伊河流域生态系统服务供需风险状况,本研究以子流域为单元,分析各个子流域内高风险等级面积占比情况,来分析各个子流域的空间风险状况(图8)。1980—2000年供给服务子流域供需高风险占比达10%以上有7号及26号子流域,2000—2018年,除了7号和26号子流域,3号和4号子流域的风险程度上升也高于10%,此外,5、9、13、15及24号子流域供需高风险占比较上一阶段进一步的扩大。1980—2000年调节服务子流域高风险等级占比高于10%也为7号和26号,同时26号子流域的调节服务供需高风险占比高达33.77%,是全流域中调节服务供需最不匹配地区；2000—2018年调节服务子流域高风险等级占比高于10%为3、4、7及26号,9、13及15号子流域供需高风险占比较上一时段有所扩大。1980—2000年文化服务子流域供需高风险占比高于10%为7和26号,2000—2018年3、4、9、13、15及24号子流域供需高风险占比较上一时段有所扩大。1980—2018年间7号及26号子流域各类服务的风险等级相对本流域而言处于较高的风险程度,近20年伊河各个子流域面临的生态系统服务供需风险相比以往有所升高且集中在下游。高风险地区有着明显特征,供给量不足,需求量又较大,供需比较小导致子流域地区风险程度偏高。

图8 1980—2018年伊河流域子流域生态系统服务供需高风险占比情况空间分布

3 讨论

3.1 研究方法的优势与局限性

基于LUCC矩阵法是利用专家知识来表征各种土地利用类型中生态服务的供求关系的结果,它已成功应用于许多国家和地区的研究。它可以快速获取各种数据,且适用性强,可适用于不同尺度、数据贫乏和复杂性强的区域[33],应用中可以根据研究区域情况调整生态系统服务供需得分。矩阵法虽是一种半定量的方法,但与其他方法相比可以更全面的评价生态系统服务供需情况,选取的评价指标多其结果也更准确。矩阵法是一种无量纲的评价,可以避免数据单位的整合问题,较为方便的在空间上评估伊河流域生态系统服务供需状况,并对时间维度的动态变化趋势进行研究[34—36]。

虽然通过矩阵法分析了区域的生态系统服务供需时空的变化特征,但仍有着一定的局限性和不确定性。生态系统服务供需矩阵是基于研究区域的特征和土地利用状况确定的,但其得到的分值不可避免的受限于专家的主观能动性[37—38]。此外,需求矩阵中相同土地利用类型的分值相同,但人口密度不均衡,会导致其结果不够精确的表达。由于生态系统服务矩阵受受访专家的经验,知识和态度的影响,因此评估的过程中通过迭代来提高结果的准确性。在本研究中,选择了具有不同专业背景的专家并进行面对面受访,避免了个人的主观性评价,降低了生态系统服务评价矩阵的偏好不确定性。为了提高准确性,剔除异常值,多次迭代取得统一意见,降低误差使评价结果更为科学性。在研究尺度上,对流域尺度本文使用30 m分辨率的栅格,使研究区内的变化能够更准确的反映出来。矩阵法虽不能将生态系统服务供需状况完整的表达,但能将生态系统服务供需关系的变化趋势完全的展现出来,为缓解伊河流域的生态系统供需矛盾提供一定的科学依据。

3.2 生态系统服务供需风险影响因素

流域生态系统服务作为陆地和水生生态系统之间相对较特殊的经济区域系统,使流域成为具有强大完整性和高度空间异质性的生态单元,它也已成为不可替代的区域和国家社会经济发展格局。伊河流域作为黄河流域的支流,对流域的生态系统服务供需风险研究并分析供需风险影响因素对生态系统可持续管理、对黄河流域生态保护和高质量发展实现有着重大意义。影响伊河流域生态系统服务供需风险因素主要有包含自然和社会经济因素两个方面,自然因素影响是流域本身特性,流域的供给和需求具有明显的时空异质性,不同时间与地理区位间的提供的服务种类和服务总量差异导致流域面临的供需风险具有显著时间与空间效应。上游本底生态资源良好,在气候调节、水质净化与水土保持等方面发挥着重要作用,供给水平高。下游地势较为平坦,人口密度大,对供给、调节、文化等多重服务的需求程度高。此外,流域水资源主导性较强,水资源是伊河流域生态系统服务的流动和传输的载体,不同空间区域的流动动态地耦合了生态系统服务供需,并将自然生态系统与人类社会经济系统联系起来,在资源差异条件下,受人类需求意愿的影响等消费的不均衡导致生态系统服务供需不匹配,加剧了生态系统服务的供需风险状况。不同时间节点生态系统服务供需风险的差异主要受人类对资源的利用强度和利用方式的影响,包括制度和政策等经济活动。土地利用变化是影响生态系统服务供需风险短期变化的主要驱动因素之一,土地利用的改变直接对生态系统服务的供给水平有着直接的影响,此外,城市化进程加快、人口逐渐增加和人类需求观念的转变又影响土地利用的变化从而间接对生态系统服务供需风险产生不可忽视的影响。

3.3 生态系统服务供需风险评估的重要性和政策建议

生态系统服务是人类生存和发展的基础,然而如何确定人类是否面临生态系统服务的风险以及风险程度如何并存在怎样的趋势？对这些问题的回答可以对生态系统服务风险管理和相关政策制定提供有力的依据。一些概念模型被创建视图集成生态系统服务的供给方和需求方,例如生态系统服务的 EPPS(ecosystem properties, potentials, services and benefits)框架[39]、生态系统服务传递链[40]、生态系统服务供需综合评估框架[41],这些概念模型的提出为生态系统服务供需风险研究提供了理论和实践基础。对生态系统服务供需风险的评估,是将生态系统服务关系与供需风险联系起来,从风险的角度划分生态系统服务面临的风险程度,为生态系统服务的管理提供一个新的视角。近年来对生态系统服务风险的研究也获得广泛关注,一种是基于生态系统服务供给的风险评估,以供给量的减少程度作为风险划分的依据。另一种是基于生态系统服务供给与需求关系的评估,强调供给与需求的匹配关系。前者过于简单化,缺少对人类需求的思考,使得研究成果难以在实际管理中得到运用,后者又由于需求的识别困难,缺乏实际的案例研究[23]。本文基于LUCC矩阵法,分析供给动态趋势、需求动态趋势、供需比及供需比趋势4个指标,有利于分析时间序列变化状况和区域对自然资源的消耗情况并分析研究区域的生态系统服务供需风险时空演变特征。对生态系统服务供需风险的识别有利于对区域生态系统服务的供需状况有一个整体把握,将有限的资源合理投入到不同风险区等级区域中,促进区域生态系统的可持续发展。

伊河流域位于黄河流域中游南部,处于我国第二梯度向第三梯度的过渡带,上游为山地森林资源丰富、中游黄土丘陵区资源种类较为丰富、下游为平原地区是粮食主产区,研究区的空间异质性强,所以对伊河流域生态系统服务供需风险管控上需要根据不同区域采取不同措施。上游属于核心重点保护区,不需要太多的控制措施,但上游是流域重要的生态功能区,要更加注重水资源与森林资源的保护,上游的生境状况对中下游的风险程度有着直接影响,中下游地区要注重在城市化进程中,掌握供需动态变化趋势,严格防止其退化。下游地区的风险强度较其他地区较高,人口密度大,对水资源等需求程度高,因此,需要形成健全的节水政策法规和标准体系,提高全民节水意识,适时、适度地调整水价,提高水资源的重复率及生态效益率等。伊河流域面临生态系统服务风险等级较低时可采取自留风险的措施,并加强对生态系统服务供需风险等级高的地区的关注,对资源的优化配置有一定的效果。此外,建立多层次的流域生态系统服务上下游补偿机制,由政府主导,鼓励市场和公众参与,以生态系统服务为监督主体,对造成外部经济影响的上游地区进行合理补偿,明确权利和责任均等的原则,使生态补偿体系切实有效。在管理决策和政策设计中,对生态系统服务供求关系研究需更准确的数据,则需加强对生态系统服务供求关系的长期研究和观察。

4 结论

研究根据生态系统服务供需矩阵评估服务供需水平,分析生态系统服务供需的时空格局变化；选取供给动态趋势、需求动态趋势、供需比及供需比趋势4个指标构建生态系统服务供需风险体系对1980—2018年伊河流域生态系统服务供需风险进行评估。结合专家知识的生态系统服务供需评价矩阵可以快速的评估生态系统服务供需风险状况,为流域生态系统服务管理提供科学支撑。研究结果表明:

(1)从空间上看,生态系统调节服务供给水平较高的区域集中在流域上游,供给服务供给水平较高的区域集中在中下游,流域生态系统服务中下游的需求量远大于上游地区的需求量；从时间上看,1980—2018年伊河流域生态系统服务需求水平持续增加,供给水平持续降低。

(2)1980—2018年流域生态系统服务供需低风险区占比为96.43%,高风险区占比为3.57%,高风险区主要集中在下游和中游；分时段来看,高风险等级由1980—2000年的3.57%增加到2000—2018年的4.10%,而低风险等级面积比重减少了0.52%,伊河流域近20年面临的生态系统服务供需风险相比以往有所升高。

(3)对1980—2018年伊河流域26个子流域中的风险程度分析发现高风险等级面积占该子流域面积的10%以上的流域有2个,7号及26号子流域风险等级相对本流域而言处于较高的风险程度,占比在5%—10%之间有7个,2000—2018年相较于上一时段高风险面积占比10%以上子流域增加2个,总体上看,近20年伊河各个子流域的生态系统服务供需风险程度也有所上升。