不同健康状况下的宁夏草地生态系统服务分析

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生态系统服务和生态系统健康已成为人类关注的焦点和热点。草地生态系统是宁夏最主要的生态系统类型。目前,草地退化导致宁夏回族自治区的区域生态问题越来越突出,研究宁夏草地生态系统健康状况,评价该区域草地资源生态服务功能及其经济价值,分析不同健康状况下草地生态系统服务变化,可为制定草地生态系统保护与恢复政策提供科学依据。本文在分析宁夏草地生态系统时空格局的基础上,利用VOR模型研究了宁夏草地生态系统健康状况,利用RWEQ、水分平衡模型和CASA模型模拟分析了宁夏草地生态系统防风固沙、水源涵养、土壤碳累积和有机物生产等4项生态系统服务的物质量和价值量时空动态,探讨了不同健康状况下的草地生态系统服务差异。主要结论如下:  (1)宁夏回族自治区土地资源利用呈现“草地-耕地”为主导的地域结构,35年间的草地面积共减少了2.59×109m2。草地主要分布在宁夏回族自治区东北部、中部和南部。温度是影响草地质量变化的重要因子,人口因子则是草地面积变化的重要驱动因子,人均GDP、煤炭开采占比和牧业占比是草地面积变化的重要影响因子。  (2)2000-2015年宁夏草地生态系统活力指数在0.07~0.77之间,组织力指数在0~1之间,恢复力指数在0.15~88.02之间,生态系统健康指数平均值为3.44~7.98。南部和西北部地区草地生态系统健康指数较高,中部地区草地生态系统健康指数较低,草地健康指数分布主要的特点是“南高中低、西高东低”。草地健康状况经历了“恶化-好转-恶化”的过程。健康等级为“中等健康”及以上的草地面积占比达55%~91%,健康等级为“较不健康”和“比较健康”的草地年际间波动幅度最大,草地健康状况呈现“两极分化”的变化趋势。对于宁夏草地的管理和治理,需要更加关注健康等级显著降低的中部和西部草地生态系统。  (3)2000-2015年宁夏草地潜在风蚀总量为23.71×109~93.91×109kg·a-1,实际风蚀总量为6.96×109~53.06×109kg·a-1,平均实际风蚀强度为0.31~2.34kg·m2·a-1;草地防风固沙物质总量共减少了48.35×109kg·a-1,平均单位面积防风固沙物质量在0.64~2.77kg·m2·a-1之间;草地防风固沙能力等级以“中等”和“较弱”为主,占总固沙量的53%~96%;防风固沙能力等级为“中等”及以上的草地面积显著下降,占比不断减小,“弱”和“较弱”等级的草地面积则不断上升,占比增加;北部灌区和中部干旱区草地防风固沙量占防风固沙总量的90%以上,但随时间显著下降,共降低了46.99×109kg·a-1,南部山区草地防风固沙量则呈现先增加后减少的趋势,共降低了1.46×109kg·a-1。对于宁夏草地的管理和治理,需要更加关注防风固沙能力显著降低的宁夏北部灌区和中部干旱区。  (4)2000-2015年宁夏年降雨量平均值在245.46~298.48mm之间,单位面积径流量平均值在15.46~18.88mm之间,草地平均潜在蒸散发强度为1024.13~1158.26mm,平均实际蒸散发强度为122.79~181.00mm。草地整体水源涵养功能显著上升,水源涵养总量在18.23×106~25.89×106m3之间,随时间变化共增加了4.07×106m3;平均单位面积水源涵养量在75.62~107.28mm之间,单位面积水源涵养量明显上升;单位面积水源涵养量较高的区域集中在南部,单位面积水源涵养量较低的区域则主要分布在宁夏北部和中部,在空间变化上呈现出“西南降低,东北增加”的特点。草地水源涵养能力等级以“强”和“较强”为主,占总水源涵养量的53%~73%;南部山区和中部干旱区草地在宁夏草地水源涵养服务中发挥的作用相对较高;相较于2000年3大区域草地水源涵养能力均有所提升。  (5)2000-2015年宁夏草地生态系统土壤碳累积总量为249.49×109~252.95×109kg,单位面积土壤碳累积量在2.43~138.59kg·m-2之间,单位面积土壤碳累积量平均值为10.99~11.03kg·m-2。草地整体土壤碳累积波动式降低,土壤碳累积总量共降低了0.36×109kg,单位面积土壤碳累积量有所上升;主要草地土壤碳累积等级以“强”和“较强”为主;北部灌区和中部干旱区草地在宁夏草地土壤碳累积服务中发挥的作用相对较高;相较于2000年,北部灌区草地土壤碳累积能力提升但总量减少,中部干旱区和南部山区草地土壤碳累积能力降低但总量增加。未来需要加大对退化草地的修复力度,恢复草地面积及功能,维持和加强草地生态系统的土壤碳累积量。  (6)2000-2015年宁夏草地生态系统NPP为7.71~851.16gC·m-2·a-1,平均值为138.56~173.24gC·m-2·a-1,年NPP总量在33.17×109~43.44×109gC·a-1之间。2000-2015年间宁夏草地NPP呈波动式增加趋势,NPP年总量共增加了4.58×109gC·a-1。单位面积草地生产力提升;南部山区草地生态系统生产力最高,其次是中部干旱区,北部灌区草地生产力较低。  (7)2000-2015年宁夏草地生态系统防风固沙价值总量在186.23~810.52亿元·a-1之间,随时间变化呈“降低-增加-降低”的波动式变化趋势,近15年间共减少了624.29亿元。水源涵养总价值量在87.95~125.37亿元·a-1之间,近15年间共增加了19.42亿元。草地生态系统土壤碳累积价值总量为14.99~15.20亿元·a-1,近15年共降低了0.02亿元;有机物质生产的价值总量在28.15~36.84亿元·a-1之间,近15年间共增加了3.82亿元,4项服务的总价值量共降低了601.24亿元。  (8)2000-2015年宁夏草地水源涵养、土壤碳累积和有机物生产服务物质量与价值量与健康等级成正比,健康等级较高的草地生态系统水源涵养和土壤碳累积价值量较高,并能提供更高的植物生产力;健康等级为“中等”及以下的草地由于受到更大的风蚀威胁而发挥了更大的防风固沙功能。生态系统服务单位面积价值量和总量较高的草地生态系统健康等级在提升,由“中等”及以下变为“中等”及以上;然而不同健康等级草地的生态系统服务单位面积价值量均显著下降,特别是“中等健康”草地的生态系统服务单位面积价值量和总价值量下降幅度最大。  未来对于宁夏草地生态系统研究需要进一步进行模型参数本地化,提高模型模拟精度,同时对于具体草地生态系统类型的健康及生态系统服务差异还有待更深入的研究。另外由于考虑到宁夏草地变化的时空差异,以及2000年以后开始实施的各项草地保护政策,论文仅研究了2000-2015年间宁夏草地生态系统健康和生态系统服务的差异,对于2000年以前的相关研究还需要后续研究作进一步的探讨。
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