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201.6
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| 編輯推薦： |
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黄河流域生态保育高质量发展是我国重要的国家发展战略，草地是黄河流域占绝对优势的土地利用类型，明确黄河流域草地生态系统服务功能能够为流域生态保护提供科学依据，具有重要的现实意义。本书聚焦黄河流域草地生态系统服务展开时空变化、驱动机制、模拟预测等方面的研究，具有一定的学术价值。
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| 內容簡介： |
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本书基于土地利用/覆被变化与生态系统服务功能的基本关系，以流域土地利用/覆被变化为科学起点，以1990年、1995年、2000年、2005年、2010年和2018年为研究期，采用InVEST模型定量评估产水量、碳储存、土壤保持、生境质量，采用CASA模型评估净初级生产力(NPP)，明晰其时空分异特征，在此基础上明确草地生态系统5项服务功能的时空变化特征，揭示生态系统服务功能对草地利用变化的敏感性，探究生态系统服务功能权衡协同关系及其尺度效应并探究草地生态系统5项服务功能的权衡协同机制及其驱动因素，*后利用CA-Markov模型预测黄河流域未来10年土地利用/覆被变化及其生态系统服务功能的变化，以生态系统服务功能空间格局特征、各功能间权衡协同关系以及未来变化趋势划定黄河流域生态功能分区继而提出草地生态系统管理对策。
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| 關於作者： |
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杨洁，女，甘肃天水人，草学博士，现就职于甘肃农业大学草业学院，任讲师，主要从事草地宏观生态的科研与教学工作。在国内外期刊发表学术论文10余篇。
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| 目錄：
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序言 I
目 录 I
第1章 绪论 - 4 -
1.1问题的提出与研究意义 - 4 -
1.1.1问题的提出 - 4 -
1.1.2研究意义 - 7 -
1.2相关研究进展 - 8 -
1.2.1生态系统服务及草地生态系统服务的研究进展 - 8 -
1.2.2生态系统服务权衡与协同关系的研究进展 - 10 -
1.2.3生态系统服务驱动机制的研究进展 - 14 -
1.2.4气候变化和人类活动对生态系统服务的影响的研究进展 - 16 -
1.2.5研究评述 - 18 -
1.3研究内容 - 19 -
1.4思路与技术路线 - 20 -
第2章 研究区概况与研究方法 - 22 -
2.1黄河流域概况 - 22 -
2.1.1土地利用/覆被特征 - 23 -
2.1.2黄河流域草地概况 - 24 -
2.1.3土壤质地特征 - 25 -
2.1.4气候特征 - 26 -
2.2研究方法 - 27 -
2.2.1产水量 - 27 -
2.2.2 碳储量 - 27 -
2.2.3 土壤保持 - 29 -
2.2.4 生境质量 - 31 -
2.2.5 植被净初级生产力 - 32 -
2.2.7生态系统服务价值评估 - 33 -
2.2.8 空间统计分析 - 34 -
2.3数据来源与处理 - 35 -
2.3.1InVEST 模型输入数据来源 - 35 -
2.3.2数据处理 - 36 -
第3章 黄河流域1990—2018年土地利用/覆被时空演变 - 40 -
3.1黄河流域土地利用/覆被时空总体特征分析 - 40 -
3.1.1时间变化特征 - 40 -
3.1.2空间变化特征 - 41 -
3.2黄河流域土地利用/覆被类型转移图谱分析 - 42 -
3.2.11990—2000年土地利用转型图谱分析 - 46 -
3.2.2 2000-2010年土地利用转型图谱分析 - 46 -
3.2.32010-2018年土地利用转型图谱分析 - 46 -
3.3二级流域土地利用结构特征及变迁 - 48 -
3.3.1土地利用组合类型分析 - 48 -
3.3.2地类区位意义分析 - 50 -
3.4总结 - 51 -
第4章 黄河流域草地生态系统服务功能及其空间异质性 - 53 -
4.1黄河流域生态系统服务功能时空演变特征分析 - 53 -
4.1.1产水深度时空动态演变特征分析 - 53 -
4.1.2碳储量时空动态演变特征分析 - 55 -
4.1.3土壤保持的时空动态演变特征分析 - 57 -
4.1.4生境质量时空动态演变特征分析 - 58 -
4.1.5NPP时空动态演变特征分析 - 60 -
4.2草地生态系统服务功能空间自相关分析 - 61 -
4.2.1草地产水量空间自相关 - 61 -
4.2.2草地碳储量空间自相关 - 62 -
4.2.3草地土壤保持空间自相关 - 63 -
4.2.4草地生境质量空间自相关 - 64 -
4.2.5 草地NPP空间自相关分析 - 65 -
4.3草地生态服务功能的地形效应 - 66 -
4.3.1草地产水服务功能 - 66 -
4.3.2草地碳储量服务功能 - 68 -
4.3.3草地系统土壤保持 - 70 -
4.3.4草地系统生境质量 - 72 -
4.3.5草地生态NPP - 74 -
4.4总结 - 75 -
第5章 黄河流域生态系统服务功能对草地利用转型的敏感性 - 77 -
5.1不同土地利用/覆被类型的生态系统服务功能对比 - 77 -
5.2草地生态系服务功能对全域生态系统服务功能的影响研究 - 79 -
5.2.1流域草地面积变化与全域及草地生态系统服务功能关系的定性分析 - 79 -
5.2.2区域生态系统服务功能对草地与其他地类之间转换的敏感性分析 - 83 -
5.3总结 - 85 -
第6章 黄河流域草地生态系统服务功能权衡与协同关系及其驱动因素 - 87 -
6.1研究方法 - 87 -
6.1.1权衡协同研究方法 - 87 -
6.1.2生态系统权衡协同驱动因素 - 88 -
6.2黄河流域生态服务功能不同尺度权衡协同关系 - 93 -
6.2.1全域尺度生态服务功能权衡协同关系 - 93 -
6.2.2流域生态系统服务权衡协同 - 97 -
6.3草地生态服务功能权衡协同关系 - 105 -
6.4草地生态系统服务功能权衡协同的驱动因素 - 108 -
6.4.1基于随机森林的生态系统服务空间分布影响权重 - 108 -
6.4.2基于地理加权回归模型权衡协同驱动因素分析 - 109 -
6.5总结 - 113 -
第7章 黄河流域未来土地利用/覆被变化和生态系统服务多情景模拟 - 115 -
7.1 黄河流域未来土地利用/覆被预测 - 115 -
7.1.1CA-Markov模型原理及预测步骤 - 115 -
7.1.2 2030年土地利用/覆被预测 - 118 -
7.2未来气候变化预测 - 120 -
7.3不同情景下生态系统服务功能 - 122 -
7.3.1黄河流域生态系统服务功能 - 122 -
7.3.2 黄河流域草地生态系统服务功能变化 - 126 -
7.4总结 - 128 -
第8章 黄河流域草地生态系统服务价值时空特征及其地形梯度效应 - 130 -
8.1黄河流域草地生态系统服务基准单价 - 131 -
8.2黄河流域草地生态系统服务总价值 - 131 -
8.3生态系统服务价值的空间分布 - 135 -
8.4黄河流域草地生态系统服务价值的地形梯度分异特征 - 136 -
8.5总结 - 138 -
第9章 黄河流域生态系统服务功能分区及草地生态系统分类管理对策 - 140 -
9.1基于SOM的黄河流域生态系统服务功能分区 - 140 -
9.1.1研究方法 - 140 -
9.1.2结果及分析 - 143 -
9.2草地生态核心功能区及提升重点区域识别 - 144 -
9.2.1识别方法与过程 - 144 -
9.2.2识别结果及分析 - 145 -
9.2.3草地生态功能优化对策 - 148 -
9.3总结 - 150 -
第10章 结论与展望 - 151 -
10.1研究结论 - 151 -
10.2展望 - 153 -
后记 - 154 -
主要参考文献 - 155 -
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| 內容試閱：
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九曲黄河，孕育了中华文明，山水间蕴藏自然法则，也蕴含着发展哲学。 黄河不仅是青藏高原生态保护的屏障，也是黄土高原、西北防沙带的重要屏障。黄河流域在我国社会经济发展和生态安全格局构建方面具有十分重要的地位，流域的生态保护和高质量发展上升为国家重大战略，同时也面临着生态系统退化、水土流失、湿地萎缩等生态问题。这需要进一步更精准、更清晰地明确和刻画黄河流域生态系统服务现状，进而更系统、更深入的了解黄河流域生态系统服务的时空演变特征和规律。过去几十年，人类活动的显著增加及气候明显变暖对其生态环境造成深刻而显著的影响。探究黄河流域生态系统服务功能过去变化、未来趋势及其空间异质性，揭示不同服务功能的权衡协同关系及其尺度效应，明确草地生态系统对全域生态系统服务功能的贡献，对于科学合理开展流域生态治理和生态修复具有重要的科学价值。 本书基于土地利用覆被变化与生态系统服务功能的科学关系，以流域土地利用/覆被变化为研究起点，以1990、1995、2000、2005、2010和2018年为研究对象，应用InVEST模型、CASA模型对产水量、碳储存、土壤保持、生境质量及净初级生产力进行定量评估和分析，明晰其时空分异特征，明确草地生态系统5项服务功能的时空变化特征，揭示生态系统服务功能对草地利用变化的敏感性，探究生态系统服务功能权衡协同关系及其尺度效应并明确草地生态系统5项服务功能的权衡协同机制及其驱动因素，然后利用CA-Markov模型预测未来10年土地利用/覆被变化及其生态系统服务功能的变化，以生态系统服务功能空间格局特征、各功能间权衡协同关系以及未来趋势划定黄河流域生态功能分区继而提出草地生态系统管理对策 本书试图回答以下3个科学问题：（1）在不同区域、不同海拔、不同坡度等研究层次，黄河流域草地生态系统服务表现出怎样的空间异质性，如何解释草地生态系统服务的空间异质性形成的原因？（2）生态系统服务权衡协同关系存在怎样的尺度效应以及不同尺度下权衡协同关系的驱动机制和影响因素为何？（3）如何设置不同情景科学预测黄河流域土地利用/覆被变化并模拟未来某时期不同情景下生态系统服务功能及其权衡协同关系变化，指导优化土地利用/覆被变化从而保障区域生态安全和可持续。 我认为本书有以下几处可能的创新：（1）在探究生态系统服务功能权衡协同关系的基础上明确其关系在空间上的异质性，将空间统计分析方法应用到权衡协同关系的空间识别上，增加了权衡协同关系的空间表达；（2）将草地生态系统服务功能及其权衡协同关系的探究置入全要素生态系统中，更系统的明确草地生态生态系统各项服务功能对全要素生态系统服务功能的贡献，这对黄河流域山水林田湖草生态修复具有重要意义；（3）自组织映射方法一定程度上克服生态功能分区中存在的主观性的缺陷，综合考虑生态系统服务簇的权衡协同关系，分区结果更为科学，结合不同情景的预测结果，有望为黄河流域生态保护提供决策依据。
生态系统服务（Ecosystem Services，ESs ）是指生态特征、功能或生态过程所直接或间接提供给人类赖以生存和发展的条件，即人们从生态系统中的获利，包括调节服务（包括气候、洪水、污染、噪音）、供应服务（包括食物、纤维、木材、水）、文化服务（包括娱乐）和支持服务（包括生境），这些服务不仅提供直接的资源如食物、能源、药材等，而且在调节气候、防洪蓄水、保持水土、净化空气、美化环境等方面发挥着不可替代的作用，直接和间接影响人类福祉。随着人类对生态系统服务功能重要性认识的不断加深，这一领域的研究备受重视。对生态系统服务功能进行合理分析和有效评估，有利于人们对生态系统服务功能重要性的深层认知，有助于人类对自然生态系统的可持续开发与利用，促使人们采取有效的生态保护措施和可持续管理手段，因此开展生态系统服务研究对生态系统的科学保育、退化生态系统的恢复和生态资产的增值大有裨益，对于实现可持续发展和实现生态文明具有重要的现实意义。
人类活动与生态系统系统服务功能之间存在非常复杂的关系，一方面一种生态系统服务同时受到不同人类活动的影响，另一方面多个生态系统服务同时受一种人类活动的影响。土地利用/覆被变化反映了人与自然相互影响的最直接关系，人类活动导致土地利用类型、格局和强度发生显著变化从而直接或间接地影响生态系统过程与格局，驱动着生态系统服务功能的变化，其中土地利用类型对生态系统的影响是多方面的，包括能量流动、水分循环、土壤侵蚀与堆积、生物化学循环等生态过程，不同的土地利用格局会产生不同的生态过程，从而对生态系统服务造成影响，当人类干扰特别强烈，土地利用强度较大时，容易造成用土地退化，进而会威胁各种生态系统服务类型的供给。土地利利用变化会改变景观连接度，使生境碎片化，连通性降低，从而直接或间接地影响到生态系统服务的形成。2005年发布的联合核心计划—全球土地计划(GLP)，该计划是由国际地圈生物圈计划(IGBP)与国际全球环境变化人文因素计划(IHDP)联合发布的，该计划将由土地利用变化引起的生态系统服务功能的改变以及由此引起生态系统服务供给作为重点研究专题之一，因此，从土地利用变化的角度出发，由此引起生态系统服务的变化成为国内外全球变化研究领域的核心命题之一。
生态系统服务具复杂性、多样性和空间异质性，而且各生态系统服务之间相互作用关系也很复杂，例如某些生态服务功能加强，可能同时导致其他生态系统服务功能的加强或变弱。土地利用/覆被变化引起的一种生态系统服务功能变强的同时往往会削弱其他生态系统服务功能，尤其调节服务和生物多样性的增加是供给服务降低为代价。同一土地利用变化过程，在不同的尺度对生态系统的影响也不一致，因此土地利用/覆被变化对生态系统服务的影响会随尺度发生变化，正是因为生态系统服务的空间异质性、要素复杂性使得土地利用/覆被对生态系统服务影响具有明显的尺度效应。明晰各项生态系统服务之间的相互关系，不仅可以提出科学管理生态系统的对策，而且还可以使生态系统服务得以可持续发展；也是制定区域绿色经济发展和生态环境等一系列发展政策的理论基础。兼顾多种生态系统服务之间平衡的土地利用方式研究，以及使生态-经济效益最大化的生态系统服务研究，成为了当前地理学和生态学的热点。
黄河流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、陕西、河南和山东9个省（区），其流域面积75万平方公里（包含内流域）。黄河流域构成我国重要的生态屏障，青藏高原生态屏障、黄土高原—川滇生态屏障、北方防沙带等均位于或贯穿于黄河流域，在全国“两屏三带”生态安全战略布局中，承载着重要的生态功能，如涵养水源、防风固沙、生物多样性保护等，该区域生态状况关系华北、东北、西北乃至全国的生态安全，因此维护该区的生态安全具有非常重要的作用。黄河流域幅员辽阔，具有地貌单元复杂、生态系统类型多样化以及气候变化明显等特点，也是全球气候变化相对敏感的区域之一，由于自然和人为因素的干扰影响，黄河流域出现土壤侵蚀严重、天然湿地面积减少、生物多样性下降等问题，给生境质量带来了巨大的压力。水土流失、生态破坏、上游局部地区生态系统退化，产水服务及涵养水源功能下降等问题，因此更需要注重环境保护和可持续性发展。近年，从国家层面进一步明确了黄河流域作为我国重要生态屏障和重要经济地带的地位，黄河流域生态保护与高质量发展上升为国家战略，这就需要对生态保护可持续发展管理提出更高更严的要求。这需要进一步更精准、更清晰地明确和刻画黄河流域生态系统服务现状（包括不同空间尺度、不同土地利用/覆被类型以及不同地貌地形单元），进而更系统、更深入的了解黄河流域生态系统服务的时空演变特征、空间异质性与尺度效应，明确各项生态系统服务功能的权衡协同关系及其驱动因素，预测其未来发展变化趋势，这都将成为黄河流域生态系统科学保育的理论依据。
此外，在过去的几十年，针对上游植被退化、中游水土流失，我国政府实施了大规模的生态工程措施，如三江源生态保护和建设工程、山水林田湖草综合治理工程以及退耕还林还草工程，改造退化农田和荒地，恢复森林和草地生态系统等水土保持措施。黄河流域土地利用/覆被类型发生了变化，使得生态系统服务功能发生了时空变化，因此需要对黄河流域过去到现在生态系统服务功能的时空演变特征做进一步的探究。草地是陆地生态系统的重要组成部分，草地生态系统及生态过程非常独特的，是全球大气水循环中最庞杂、最受人类活动影响的部分，草地生态系统为人类提供了多种产品和服务，草地是黄河流域最主要的土地利用类型，因此，需要重点关注草地生态系统的服务功能变化及其协同权衡关系。
正如前文所述，学界普遍认为土地利用/覆被变化是导致生态系统服务功能发生变化最主要原因之一，二者之间存在着相互影响相互制约的关系，土地利用/覆被变化与生态系统服务作为可持续发展研究的核心问题和前沿领域，得到了学术界广泛关注，如何根据土地利用变化进行生态系统服务功能的动态评估，提高评估的准确性和科学性，依然是生态环境可持续发展函待解决的主要问题之一，如何通过土地利用/覆被变化的监测、模拟、预测及决策来实现生态系统服务的可持续发展，以及生态系统服务对全球气候环境的变化的响应，已成为全球范围重点关注的问题；土地利用/覆被变化对生态系统服务的具有尺度效应，同一生态变化过程，在不同尺度上，对生态系统服务的影响也同，系统理解土地利用/覆被变化对生态系统服务影响的尺度特征、尺度差异及尺度关联，对深入土地利用/覆被变化和生态系统服务的尺度效应研究、协调多层次管理机构的制度决策、缓解生态系统服务稀缺对社会经济发展的限制等具有重要意义；不同的研究层面体现不同的生态系统服务会表现出不同的生态格局及生态过程，而且各个层面上生态系统服务间的关系也可能随着时间推移和社会经济利益需求而发生改变，因为研究层面的不同会造成生态系统服务空间差异化，多层面深层次理解生态系统服务间的关系有利于促进经济与生态的协同发展。
综上，本书重点提出以下四个科学问题：一是伴随着全球气候变化以及人类对土地长期性和周期性的经营管理与治理活动，黄河流域长期以来经历了怎样的土地利用/覆被变化？呈现出怎样的时空变化特征？尤其需要明确作为主导土地利用类型的草地的变化规律，这是基于土地利用/覆被变化探究生态系统服务功能的基础；二是在土地利用/覆被变化的影响下，黄河流域生态系统服务功能如何定量评估，生态系统服务功能在空间上的异质性和时间上的变化特征如何？明确该流域生态服务功能是否存在尺度效应，同时需要明确生态系统服务功能在不同研究尺度的特征差异，有助于更深层次认识黄河流域生态系统服务功能，为黄河流域可持续生态管理提供理论认识基础；三是黄河流域生态系统服务功能之间存在怎样权衡、协同关系及其如何随着研究尺度变化？如何刻画不同尺度生态系统结构、过程、功能、服务变化之间的相互作用及其影响因素？准确甄别生态系统服务权衡驱动因子，从而深层次地揭示生态系统服务权衡内在机理。对于解决生态保护与生产利用之间的矛盾具有重要的科学意义；四是为了进一步支撑黄河流域未来生态可持续管理，一方面需要根据生态系统服务功能现状，科学划定生态功能区，另一方面如何根据土地利用/覆被变化历史规律，科学预测全球气候变化背景下土地利用/覆被变化，进而预测未来黄河流域生态系统服务功能变化趋势，为生态系统服务可持续管理和规划实践提供理论依据。
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