生态系统服务流基本特征解析:空间构成、流动方式与尺度效应 - PenJing8

生态系统服务流基本特征解析:空间构成、流动方式与尺度效应

2023-10-07 肖华斌3
核心提示:本文系统阐述了生态系统服务流(ESF)的空间特征与尺度效应。详细解析了由服务供给区(SPA)、受益区(SBA)和服务连接区(SCA)构成的水平结构,并探讨了原位与非原位流动(全方位及定向性)的差异。文章深入分析了ESF在不同地理尺度(从景观斑块到全球)与时间尺度(短期至长期)下的动态模式,揭示了景观异质性、空间连通性及时间时滞效应对服务流向与流量的关键影响。该研究为理解生态系统服务的空间流转机制及跨尺度评估提供了理论指导。
生态系统服务流的基本特征

1.1 生态系统服务流的空间特征

生态系统服务流(ESF)的空间构成要素与水平流动方式示意图
图2:生态系统服务流(ESF)的空间构成要素与水平流动方式示意图

生态系统服务的流动涉及“供给—流动—需求”过程,根据生态系统服务传播特征和空间特性,在水平结构上有服务供给区(service providing area, SPA)、服务受益区(service benefiting area, SBA)、服务连接区(service connecting area, SCA)3类组成要素;在水平过程上有原位服务和非原位服务两类流动方式,后者依据流动方向分为全方位服务和定向性服务[5,9](图2)。提供生态系统产品和服务的空间单元为SPA,通常是景观格局里的“源”(source)。

能够利用生态系统服务产生人类惠益的空间单元为SBA,该区域无法产生生态系统服务,必须依靠外部的流入才能满足内部需求(非原位服务流动下),由于供需错位,存在实际SBA和潜在SBA,根据城市规划、人居环境及生态系统服务方向性流动相应可产生使用区(use area, UA)和服务获取区(service access area, SAA)[3]。

当SPA与SBA在空间上不重叠时,即非原位服务流动时,连接两者的空间单元即为SCA,是生态系统服务流动主要路径所在的区域,也是对ESF造成阻碍的“汇”(sink)可能存在的区域[10]。此外,人类活动也会在一定程度上对ESF产生积极或消极的影响[11]。

1.2 生态系统服务流的尺度效应

ESF受不同时空尺度下自然系统和人类社会的共同作用,涉及跨尺度交互。ESF除了受景观格局尺度下斑块、地方、区域、国家、全球等的影响,也受城市规划尺度下场地、邻里、街区、城区、城市等的影响[12-14]。ESF研究的空间尺度选取往往取决于研究目的和ES类型,并影响数据源的选择和评估方法。

不同尺度下ESF的流向、流速、流量或空间特征的变化也不尽相同,小尺度ESF的变化往往不会以相同的方向或相似的程度表现在更大尺度上,通常运用空间插值、核密度、价值转移等方法外推到更大尺度的区域,但往往容易忽视景观等级结构、生态系统空间异质性及斑块之间非线性相互作用所带来的影响[15]。地方或区域尺度的研究集中在碳储量和碳汇、淡水供给、水土保持等的评估模拟方面,跨区域尺度的ESF研究大多是根据贸易商品或社交信息的统计数据进行量化分析。

ESF不是静态的,而是随时间变化的,忽略ESF的时间尺度效应可能会产生误导性评价结果。ESF时间尺度包括短期、中期、长期以及月度、季度、年度等单位,ESF随时间发展可能产生渐近、线性、单峰和随机等动态模式[17]。

研究方式多根据特定研究系统、空间尺度和时间粒度的经验值设定,短期研究依赖于实验数据和样本对照,长期研究则依赖遥感数据和模型模拟[18]。值得注意的是,ESF存在时滞效应,ESP作用的空间尺度越大,ESF实现效益的时间越久。

常见问题(FAQ)

什么是生态系统服务流(ESF)的三大空间构成要素?
ESF在水平结构上由三大空间要素构成:1)服务供给区(SPA):产生生态系统服务的“源”;2)服务受益区(SBA):利用服务产生人类惠益的区域,依赖于外部服务流入;3)服务连接区(SCA):当SPA与SBA不重叠时,连接两者的空间路径,是潜在阻碍(“汇”)存在的区域。
“原位服务”与“非原位服务”流动有何区别?
原位服务流动指服务产生与受益在同一空间单元内完成(SPA与SBA重叠)。非原位服务流动指服务在空间上从SPA转移到SBA,又可根据流动方向分为全方位(如气体调节)和定向性(如淡水供给)两种类型。
ESF的“尺度效应”具体指什么?在研究中如何体现?
尺度效应指ESF受不同时空尺度(如斑块-区域-全球,或短期-长期)自然与人类系统的共同作用,其流向、流速、流量特征会随之变化。在研究中体现为:空间上,小尺度变化不一定线性反映到大尺度;时间上,存在时滞效应,空间作用尺度越大,实现效益时间越久。研究需根据目的选择合适的时空尺度与数据方法。
为什么说忽略ESF的时间尺度效应会产生误导性结果?
因为ESF是动态的,随时间呈渐近、线性、单峰或随机等模式变化。短期效应(如实验数据)与长期趋势(如模型模拟)可能截然不同。忽略时间动态,仅基于某一时间点的评估,无法准确反映服务的可持续性和长期效益,可能导致决策失误。
 
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