基于生态系统服务优先保护区的青藏高原生态网络对气候变化与土地利用的响应机制研究

《Global Ecology and Conservation》：Unraveling the Influence of Climate and Land Use Change on Ecological Networks based on Ecosystem Services Priority Conservation Areas

本研究针对当前生态网络构建中常忽视生态系统服务保护的问题，以青藏高原为研究对象，通过评估SSP119、SSP245、SSP585三种气候情景下的生态系统服务，识别优先保护区（PCAs）作为生态源区，结合PLUS模型模拟经济发展（ED）、生态保护（EP）和自然发展（ND）情景下的土地利用变化，构建最小成本路径生态网络，并利用平均度、接近中心性、中介中心性等指标及鲁棒性分析揭示网络结构动态。结果表明，SSP585情景下PCAs面积扩大41.1%，网络复杂度更高但长期崩溃风险显著；生态保护情景能有效维持网络稳定性。该研究为高海拔地区生态适应策略提供了多尺度模拟依据。

　　

在全球气候变化与人类活动加剧的背景下，生态系统正面临前所未有的压力。作为"地球第三极"的青藏高原，不仅是全球气候调节的关键区域，更是亚洲水塔和生物多样性宝库。然而，近年来该地区正经历着气温骤升、冰川退缩、降水格局改变等严峻挑战，叠加过度放牧、旅游开发等人类活动影响，生态系统服务功能持续退化。尽管生态网络构建已成为理解生态系统相互作用的重要手段，但现有研究多局限于历史数据分析，缺乏对未来情景的系统预测，更鲜有将生态系统服务优先保护区纳入网络分析的综合性探索。

为破解这一难题，Yuejun Liu等人发表在《Global Ecology and Conservation》的研究，创新性地将共享社会经济路径（SSP119、SSP245、SSP585）与土地利用变化模拟相结合，通过识别碳储存、土壤保持、产水量、生境质量和游憩潜力等关键生态系统服务的优先保护区，构建了2000-205年跨时间尺度的青藏高原生态网络。研究团队运用Patch-generating Land Use Simulation (PLUS)模型预测了经济发展（ED）、生态保护（EP）和自然发展（ND）三种情景下的土地利用格局，并采用最小成本路径法构建生态网络，进而通过复杂网络理论指标（平均度、平均接近中心性、平均中介中心性）和鲁棒性分析（随机攻击与针对性攻击模拟）深度解析网络结构与功能稳定性。

关键技术方法包括：（1）基于多源遥感与气象数据（NASA、国家青藏高原科学数据中心等）的生态系统服务评估；（2）结合SSP气候情景与PLUS模型的土地利用模拟；（3）以优先保护区为生态源的最小成本路径网络构建；（4）复杂网络理论指标量化与鲁棒性攻击模拟。研究覆盖青藏高原2.5×10⁶ km²区域，时间跨度达50年。

3.1. 生态系统服务优先保护区的识别

研究发现青藏高原碳储存呈现东南向西北递减的格局，SSP119情景下中东部地区碳储量显著增加，而SSP585情景下高值区明显萎缩。土壤保持服务的高值区集中于东南部，SSP585情景下虽短期提升但2050年低值区扩张。产水量空间波动性最强，生境质量在SSP245和SSP585情景下改善明显。优先保护区主要分布在高原东南缘、西部和北部边缘，SSP585情景下总面积较SSP119和SSP245扩大41.1%，但空间分布更分散。

3.2. 生态网络构建

2000-2020年生态源数量从399个增至413个，但未来情景下均呈现波动下降趋势。生态阻力面显示ED情景下高阻力区显著扩张，而EP情景则维持较低阻力格局。SSP585情景下生态网络边数量最多，连通性最高，但2040年后网络结构出现剧烈重组，南部和东南部连接复杂性增强，中部始终稀疏。

3.3. 生态网络分析

3.3.1. 网络指标分析

SSP585情景在2030年呈现最高的平均度、中介中心性和接近中心性，表明短期网络连通性最优。但2040年后指标值断崖式下跌，揭示其结构脆弱性。相反，SSP119_EP情景虽初始连通性较低，但随时间推移表现出更强的稳定性，网络指标波动幅度最小。

3.3.2. 网络鲁棒性分析

随机攻击下网络连通性缓慢下降，SSP585情景在100次攻击后仍保持0.3以上连通性；而针对高度数节点的针对性攻击可使网络在80步内崩溃。SSP119和SSP245情景下网络更脆弱，针对性攻击后连通性骤降至0.1以下。值得注意的是，低连通度网络（如SSP119）反而对针对性攻击更具抵抗力，因其节点重要性分布更均衡。

研究结论强调，SSP585情景虽短期内通过气候因子（如CO₂浓度升高促进光合作用）扩张了生态源区，但长期看这种"虚假繁荣"隐藏着更高崩溃风险。生态保护（EP）政策能有效提升网络冗余度，而经济发展（ED）情景下的人类活动干扰会放大气候变化的负面效应。中介中心性高的优先保护区作为网络"桥梁"，其保护优先级应显著提升。

该研究的创新性在于将动态情景模拟、生态系统服务评估与复杂网络理论深度融合，揭示了高排放情景下生态网络的非线性响应特征。研究成果不仅为青藏高原生态安全格局优化提供了科学依据，更开创了"气候-土地利用-生态网络"多尺度耦合分析的新范式，对全球高海拔地区生态适应策略制定具有重要参考价值。