研究背景

生态系统服务的多样性和人类活动导致的土地利用变化，造成了不同生态系统服务之间的相互权衡或协同关系。要实现改善人类福祉和发展可持续生态系统的双重目标，理解并理清生态系统服务间的权衡/协同关系是关键。近年来，生态系统服务权衡成为生态系统服务研究的重点，许多学者从生态系统服务相互作用、权衡机制、尺度效应和情景模拟等角度进行了广泛研究，尽管如此，生态系统服务权衡仍是一个悬而未决的问题。目前，对生态系统服务权衡驱动机制的理解还处于起步阶段，权衡分析方法不成体系，统计分析的方法难以量化生态系统服务的空间关系，空间制图方法研究结果的稳定性和可靠性有待商榷。

中国是世界上喀斯特地貌分布面积最大的国家。中国西南喀斯特地区面积达50多万平方公里。喀斯特生态系统是一种环境容量小、抗干扰能力低的脆弱的生态系统类型，近半个世纪以来，由于喀斯特地区自身脆弱的生态条件、人为干扰和资源的不合理利用，导致区域内的植被持续退化、水土流失加重、石漠化加剧、旱涝等自然灾害频发，生态系统服务受到极大的削弱。但是，对喀斯特山区生态系统服务权衡关系的研究仍然很少。

研究内容

本篇发表在Water 期刊的论文，使用InVEST模型和生产可能性边界曲线方法对中国喀斯特山区生态系统服务的时空变化进行评价，并进一步分析生态系统服务之间的权衡与协同关系。InVEST模型既可以实现生态系统服务定量评估空间化，也可以解决生态系统服务动态评估的问题。本文选择产水量、土壤保持、碳存储和营养截留模块评估喀斯特山区的生态服务功能。产水量 (Water Yield) 模块是一个简化的水文循环模型，其实质是各栅格单元的降雨量减去实际蒸散发后的水量即为该栅格产水量；土壤保持 (Sediment Delivery Ratio) 模块根据地形地貌和气候条件评估潜在土壤流失量，通过通用土壤流失方程评估土壤保持能力; 碳储量 (Carbon) 模块计算地上部分碳、地下部分碳、土壤碳和死亡有机碳的总和; 营养截留 (Nutrient Retention) 模块是利用氮和磷的总量来表征水质状况，是通过评估生态系统中植被和土壤对营养物质的截留能力来评估其水质净化的能力。

生产可能性边界 (Production-possibility Frontier) 可用来表示经济社会在既定资源和技术条件下所能生产的各种商品最大数量的组合，通常为两种商品的生产可能性比较，分析产品生产的最优组合。生产可能性边界是一个生产概念，而生态服务功能也是对环境的输出，为人类生产生活和生态系统提供服务，因此，可以将生态服务功能权衡作为一个经济学问题来分析，本文用生产可能性边界曲线描述两种生态服务功能之间此消彼长的关系。

研究表明，1990至2010年，中国喀斯特地区年平均产水量、土壤保持、碳储量和营养截留分别变化了2.47、39.43、-0.34和-1.16%。喀斯特山区产水量和土壤保持、产水量和营养截留、碳储量和产水量、土壤保持和营养截留存在权衡关系，碳储量和营养截留、碳储量和土壤保持存在协同关系。

研究总结

本文通过对生态系统服务进行评价、厘清其变化以及进行生态系统服务权衡分析，可为喀斯特山区经济可持续发展和建立生态平衡提供基础。本文将生产可能性边界引入到权衡分析中，该方法从经济角度分析了生态系统服务权衡/协同关系，为生态系统服务权衡/协同研究提供了新思路。

原文选自 Water 期刊

Lang, Y.; Song, W. Trade-off Analysis of Ecosystem Services in a Mountainous Karst Area, China. Water 2018, 10, 300.

撰稿人：宋伟

专栏简介

“土地科学面面观”专栏由 IJERPH 期刊编委宋伟副研究员 (中国科学院地理科学与资源研究所) 主持，专注于土地利用变化科学领域的前沿进展。

专栏编辑

宋伟 副研究员

中国科学院地理科学与资源研究所

长期从事土地利用变化科学的相关研究工作，具体研究方向包括土地利用变化检测、土地利用变化建模与模拟、土地利用政策、土地利用变化的生态效应以及土地整治、土地利用规划等。截至2022年9月，已在国内外学术期刊发表论文110余篇，其中第一/通讯作者SCI/SSCI收录论文80余篇，在Web of Science核心集中被引近2400次，单篇最高被引305次。第一/通讯作者论文中有3篇入选ESI高被引论文，1篇入选Ecological Modelling 的2014至2018年Most Cited论文。

担任国际期刊IJERPH (IF 4.614) 和Scientific Reports (IF 4.996) 编委。获省部级奖励6次 (其中第一完成人二等奖1次)、获第十四届全国青年地理科技奖。参与了《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划 (2021~2035年)》、《大运河生态环境保护修复专项规划》等规划的编制工作，参与撰写的3份咨询报告得到中办采用。