2022年, 第50卷, 第4期　刊出日期：2022-07-10

  

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生态系统服务专刊
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  内陆河流域生态系统服务研究进展

  张凌格, 胡宁科

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(4): 1-12.

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  干旱区内陆河流域生态系统与人类社会的发展紧密相关，流域内生态系统服务的可持续供给对于区域、国家以及全球的生态安全格局构建具有深远影响，内陆河流域生态系统服务研究可为人与流域生态的协调发展提供重要参考。为此,系统综述了国内外干旱区内陆河流域生态系统服务研究现状，基于内陆河流域的特征明确了该区域生态系统服务内涵，从内陆河流域生态系统服务研究的评估方法、影响机制和管理应用三个方面对当前进展进行了梳理总结，剖析了研究中存在的不足，对内陆河流域生态系统服务的未来研究方向进行了展望，以期加强内陆河流域生态系统服务研究的理论基础，构建科学全面且适用内陆河流域生态系统服务评估的框架，为今后内陆河流域的优化管理提供有力支撑。
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  秦巴山区典型生态系统固碳服务域外效应及其生态补偿研究

  余玉洋, 李晶

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(4): 13-20.

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  引入生态辐射力概念模拟区域固碳服务的域外效应，从受偿方和补偿方两个视角解析秦巴山区的横向生态补偿价值，促进秦巴山区社会-生态和谐发展。结果表明：秦巴山区固碳服务总供给量大于总需求量，供需量分别为20.42×107t和68.77×106t，在区域内的空间分布存在显著差异性；固碳服务处于盈余状态，盈余量大约为82.34×108t，可为域外效应提供良好支撑；区域横向生态补偿支付总额为1.25×108元，补偿方资金分配密度为285.75 元/km2，受偿方资金分配密度为585.22 元/km2，并在市县域之间存在显著差异性。该研究是将生态辐射运用到生态补偿方面的一种尝试，可以使自然资源丰富地区的生态系统服务价值得以实现，为供给区的生态补偿提供相关的科学参考。
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  生态系统服务流模拟与特征分析——以泾河流域土壤保持服务为例

  郑婷, 周自翔, 白继洲

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(4): 21-33.

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  以黄土高原泾河流域土壤保持服务为例，基于SWAT模型模拟泾河流域2003—2018年产沙量，将土壤保持服务划分为减轻泥沙淤积、保护土壤肥力、减少土地废弃三部分，分析子流域土壤保持服务盈亏状态；并以减轻泥沙淤积服务为例，从坡面、河道、子流域尺度刻画其空间流动路径并计算流量。结果表明：年际变化上，减轻泥沙淤积、保护土壤肥力和减少土地废弃服务均呈波动增加趋势；空间上，植被覆盖好、地形平坦区域的土壤保持服务量较高；各子流域生态系统土壤保持服务盈亏状态受地形约束明显，地形平坦区域多数年份处于盈余状态，地形复杂区域多数年份处于亏损状态；土壤保持服务中的减轻泥沙淤积服务属于定向服务流，依赖土壤侵蚀-搬运-沉积路径自然传递。
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  食物供给视角下黑河流域中下游生态系统服务间的关系

  杜可心, 张福平, 冯起, 魏永芬, 杨嘉炜

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(4): 34-44.

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  黑河流域中下游是河西走廊的重要食物供给区，其食物供给功能变化对流域生态建设及经济社会健康发展具有重要影响。基于食物供给视角，对2000—2018年黑河流域中下游地区产水、土壤保持、植被固碳和食物供给等生态系统服务进行测算，探讨彼此之间的权衡协同关系，并进行食物供给服务热点区划分，从而提出提升食物供给功能的建议。结果表明：2000—2018年研究区产水能力下降，但土壤保持、植被固碳和食物供给能力上升；不同土地利用类型条件下生态系统服务间关系不同，但总体为协同关系；食物供给服务第4类热点区面积最大，研究期间热点区结构得到一定优化，且不同热点区生态系统服务间关系差异明显。研究结果对揭示黑河流域食物供给区生态系统服务间关系、提升区域食物供给能力具有重要作用。
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  秦巴山区人类活动对生态系统质量的影响——以汉中市为例

  郑碧军, 刘晓芳, 周忠学

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(4): 45-58.

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  以汉中市为例，从生态系统生产力、景观格局和生态系统功能的综合视角构建了生态系统质量测度指标体系，采用空间分析和地理探测器方法分析人类活动对生态系统质量的影响。结果表明：（1）2000—2020年，除城市（镇）化和农业转变地区的人类活动强度逐渐增大外，大部分乡村地区人类活动强度大幅下降，人类活动较强区域由南北的秦巴山地丘陵区域逐渐向汉中盆地收缩。（2）生态系统生产力稳定中略有增加（增加5.2%），整体景观破碎化程度和异质性增强，其中以耕地和果园的破碎化程度和异质性增强为主，林地、草地破碎化程度和异质性下降。（3）生态系统功能维持不变或略有下降，生态系统服务总量减少约1.5%，其中食物供给服务和水源涵养服务分别增长24.2%和12.5%，土壤保持服务降低10.4%，生物多样性维持服务基本保持稳定。（4）人类活动对生态系统质量的影响不太显著，其中汉中盆地人类活动和生态系统质量呈弱负相关关系，秦巴中山区的人类活动同生态系统服务和生产力呈弱正向关系。在生态系统优良区域，人类活动强度及其影响范围（即广度）的叠加才是影响生态系统质量的重要原因。（5）土地利用强度和经济活动强度是研究区生态系统质量变化的关键因子，土地利用强度对秦巴中山区的生态系统服务和景观格局的影响明显大于对生态系统生产力的影响。
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  黄淮海平原地下水储量时空变化及其影响因素

  张向蕊, 刘宪锋, 赵安周

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(4): 59-68.

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  基于GRACE(gravity recovery and climate experiment)观测数据和GLDAS(global land data assimilation system)同化数据，辅以趋势分析和随机森林等方法，对2002—2017年黄淮海平原地下水储量时空演变特征进行研究，并从降水量和不同部门用水量等供需视角探究黄淮海平原地下水变化的影响因素。结果表明：（1）联合GRACE和GLDAS反演的黄淮海平原地下水储量与WGHM模型(WaterGAP Global Hydrology Model)输出的地下水储量具有较好的一致性，相关系数达0.76，相关性较高的区域分布在海河流域、淮河流域及山东半岛地区；（2）2002—2017年黄淮海平原地下水储量整体呈现持续下降趋势，下降速率为-9.36 mm/a，黄淮海平原地下水总损失体积达589亿~790亿m3；（3）黄淮海平原地下水储量变化具有明显季节性特征，呈现春季达到最大亏损、夏季缓慢回升、秋季达到最大盈余、冬季缓慢下降的季向循环模式；（4）空间上，除皖北、苏北地区呈略微上升趋势外，黄淮海平原大部分地区地下水呈现下降趋势，其中豫北及冀南等地区的下降趋势最为显著，降速高达-41.29 mm/a；（5）农业用水和工业用水是黄淮海平原地下水储量变化的主导因素，二者贡献率分别为27.04%和23.23%。
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  基于RSEI和景观功能的珠三角地区1986—2019年生态安全格局演变过程及其影响因子

  李婷, 董玉祥,

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(4): 69-80.

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  以珠三角地区为典型研究区，基于遥感生态指数(remote sensing ecological index,RSEI)提取生态源地，综合自然、社会和经济多要素评价生态阻力，运用最小累积阻力（minimum cumulative resistance,MCR）模型和景观连通性指数构建生态网络，模拟1986—2019年生态安全格局演变过程并揭示其主要影响因子。结果表明：（1）珠三角地区1986年、2003年和2019年的RSEI均值分别为0.78、0.84和0.74，生态质量呈先升后降趋势，生态阻力均值持续增长9.49%，生态质量和阻力的空间分异均有所加剧；（2）生态连通性随景观格局演变而动态变化，重要节点和重要廊道分布格局由1986年的东翼集中分布逐渐发展为2019年的外围环绕分布；（3）气候变化、快速城镇化和生态政策实施是珠三角地区生态安全格局演变的主要影响因子，气候暖湿化是1986—2003年生态质量改善的重要原因，建设用地增长对于生态安全的负面影响在2003—2019年逐渐显现，“荒山造林”和“退耕还林”等生态政策实施对生态安全格局演变具有重要影响。
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  基于SWAT模型的无定河流域水供给服务空间流动模拟

  王一达, 李晶, 周自翔, 王玉丹

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(4): 81-91.

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  利用SWAT(soil and water assessment tool)水文模型，在子流域尺度上探究了2005—2018年无定河流域水供给服务供给与需求的时空关联特征，并定量模拟了水供给服务的空间流动过程。结果表明：（1）2005年、2010年、2015年和2018年无定河流域水供给服务的供给量呈现逐年增多趋势；在空间分布上，流域中下游水供给量较多，上游地区水供给量不足；2005—2018年流域用水需求量也逐年增多，在空间分布上，榆阳区、绥德县、子长市等城镇所在子流域的水需求量较大，上游林地、草地、沙地广布，需水量较少。（2）2005—2018年水供给服务安全格局显示，流域仅有48.67%的面积为服务安全等级，服务安全存在风险，脆弱、易危和濒危地区需要加以关注并采取相关措施。（3）结合供需关系，模拟了流域内3个主要受益区（榆阳区、靖边县、沙尔利格镇及其周边区域）水供给服务流流向与流量的变化。
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  基于自然语言处理的城市公园生态系统文化服务感知

  党辉, 李晶

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(4): 92-102.

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  生态系统文化服务是生态系统保护和人类福祉的核心组成部分，但因其主观性特质难以定量评估,而社交媒体评论数据具有记录每个城市公园文化服务类型及其差异的感知能力，可以用作生态系统文化服务感知的数据源。因此，基于网络爬虫，获取西安市主城区城市公园评论数据，借助自然语言处理进行主题建模，挖掘数据中的潜在主题，基于文档-主题概率进行文化服务感知分类，分析城市公园的生态系统文化服务。结果表明：城市公园的生态系统文化服务可以分为美学体验、文化遗产、科学教育、观光娱乐和精神满足5种类型；各生态系统文化服务在空间维度呈现出极大的多样性，部分城市公园的服务类别具有相似性；城市公园的规模和特征决定着游客的文化服务感知水平，不同城市公园的评论数存在差距，不同城市公园的热度不同。
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  基于生态系统服务价值和人类福祉的湖南省生态补偿分配

  赵燕萍, 李涛, 齐增湘, 李晟, 戈健宅

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(4): 103-114.

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  引入人类福祉指数作为社会整体发展水平的代理指标，考虑人均生态系统服务价值和人类福祉指数来识别生态补偿空间及补偿优先级，综合平均福祉水平下的人均调节服务价值和实际人均调节服务价值核算补偿强度系数和补偿额度，并以生态资源及社会发展存在较大空间差异的湖南省为例进行具体分析。结果表明：(1)2005—2020年，湖南省生态系统服务总值减少127.75亿元，减少率为0.19%，生态系统服务价值呈现西南高、东北低的分布态势；湖南省各地州市的社会发展水平均有所提高，人类福祉指数递增且呈现东北高、西南低的分布态势。(2)张家界市、湘西州、怀化市、邵阳市、永州市、郴州市6个市（州）为受偿主体，常德市、岳阳市、长沙市、湘潭市、衡阳市、株洲市6个市为补偿主体，益阳市、娄底市为协调主体；受偿区域的张家界市、湘西州、怀化市的受偿优先级排名前3，邵阳市受偿优先级排名最后；补偿区域中长沙市、湘潭市、衡阳市补偿优先级排名前3，常德市补偿优先级排名最后。(3)研究期内湖南省的受偿总额为1 013.25亿元，补偿总额为1 644.65亿元，生态补偿盈余631.4亿元；受偿主体永州市的受偿额度最高（343.26亿元），怀化市的受偿额最低（40.22亿元）;补偿主体长沙市的补偿额最高（802.14亿元）；岳阳市的补偿额最低（29.14亿元）。
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  关中平原城市群景观格局指数对PM2.5模拟的影响

  杨可, 周自翔１, 白继洲, 刘焕武

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(4): 115-124.

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  可入肺颗粒物(PM2.5)与城市空气质量和人类健康密切相关，而土地利用景观格局是影响PM2.5的关键因素之一，探究土地利用景观格局与PM2.5之间的影响机制对环境保护和治理意义重大。基于PM2.5监测站点数据和辅助数据，利用地理加权回归模型模拟分析关中平原城市群2015—2019年PM2.5浓度，使用主成分分析筛选出表征城市群土地景观破碎度的景观蔓延度指数，将其引入地理加权回归模型分析景观格局指数对PM2.5浓度模拟的影响，分别采用空气质量监测站点实测数据和第三方空气污染数据集(CHAP)进行模型精度验证。结果显示：加入景观蔓延度指数后，地理加权回归模型拟合实测数据能力更强，验证精度和稳定性较好，拟合优度综合提升4.65％；这表明引入景观指数所构建的地理加权回归模型能够以较高的空间分辨率和精度模拟关中平原城市群PM2.5浓度。研究结果不仅有助于了解关中平原城市群PM2.5的影响因素及其空间异质性，而且有助于更好地认识景观格局对PM2.5的综合影响，为城市群在景观尺度的大气污染防控提供科学支撑。
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  砒砂岩区不同生态修复措施对土壤碳含量的影响

  李学峰, 饶良懿, 马凯

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(4): 125-135.

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  土壤碳含量是反映土壤碳封存能力的关键因素之一，阐明生态脆弱地区生态修复措施对土壤碳含量的影响，有助于推动生态系统碳汇能力提升和碳达峰碳中和的实现。以内蒙古鄂尔多斯砒砂岩地区为例，选取单因子（油松纯林（Pt）、山杏纯林（As）、沙棘纯林（Hr））和双因子（水平沟油松（PdPt）、水平沟山杏（PdAs）、水平沟沙棘（PdHr））6种典型的生态修复措施，并以荒草地（CK）作为空白对照，探究不同生态修复措施对不同深度下土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)、土壤无机碳(soil inorganic carbon,SIC)、土壤全碳(total carbon,TC)含量的影响。结果表明：（1）0~60 cm土层，双因子措施比单因子措施更能有效提高SOC、TC含量；相较于对照CK，双因子措施提高SOC含量25.34%~134.50%，提高TC含量8.03%~49.70%；相较单因子措施，双因子措施下SOC含量增加2.42%~30.74%，TC含量提高3.08%~15.27%。（2）0~40 cm土层，双因子措施SIC含量比CK低6.00%~17.54%，比单因子措施低7.43%~14.34%；而40~100 cm土层，双因子措施SIC含量比CK高2.06%~25.26%，比单因子措施高3.12%~21.76%。（3）不同生态修复措施未改变SOC、SIC、TC含量的垂直分布趋势；在0~40 cm土层，SOC与SIC呈显著负相关性，SOC含量随深度增加逐级下降（降幅84.29%~88.96%），SIC含量则随深度增加而升高（增幅16.53%~40.14%）；土壤TC含量趋势则与SOC一致（降幅45.84%~58.83%)。
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  模拟降雨条件下枯落物覆盖对坡面地表和壤中流产流过程的影响

  孙旭, 马岚, 张金阁, 王福星, 薛梦华, 宋天翼, 张旖璇, 李浩玉

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(4): 136-144.

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  植被恢复显著改变流域降雨径流过程，但植被对产流的影响机制尚不明确。通过人工模拟降雨试验，在变雨强条件下，分析不同密度（0、300、600、900 g/m2）油松（Pinus tabulaeformis）枯落物覆盖下坡面地表径流和壤中流的产流特征。结果表明：（1）随枯落物覆盖密度的增大，地表产流时间延长，产流量逐渐减小;与裸土坡面相比，枯落物覆盖坡面地表产流时间延长3~8倍，地表径流量减少12.38%~53.73%。（2）裸土坡面无壤中流产生，而枯落物覆盖坡面均有壤中流产生;壤中流产流量随着覆盖密度的增大而增加，最大覆盖密度下壤中流占总径流的比重达12.45%。（3）对于枯落物覆盖坡面，壤中流一般在降雨开始后的0.5~1 h产生，产流峰值出现在降雨结束后1~2 h内，且峰值随枯落物覆盖密度的增大而增大，壤中流产流延续时间可达7~9 d。研究结果可为分析植被覆盖对坡面水分运动的影响提供一定的科学依据。