生态系统服务对土地转换和气候极端事件的响应波动作为生态系统退化和恢复的指标：以乍得湖和咸海流域为例进行比较

《Ecosystems》：Fluctuations in Ecosystem Services in Response to Land Conversion and Climate Extremes as an Index of Ecosystem Degradation and Restoration: A Comparison of the Lake Chad and Aral Sea Basins

生态系统服务对半干旱区土地覆盖变化和气候极端事件的响应研究，通过集成CA-Markov-MLP模型模拟LCB和ASB的eWBR、CS、C.Seq变化，揭示基线退化、土地转换异质性及温降水协同/拮抗效应，提出功能土地管理、气候适应策略及跨国合作建议。

　　

摘要

土地覆盖变化和极端气候事件严重重塑了生态系统服务（ES）。然而，在半干旱地区，作为生态系统退化或恢复指标的ES对这些驱动因素的响应仍研究不足。本研究评估并比较了乍得湖盆地（LCB）和咸海盆地（ASB）在土地转换和极端气候事件下生态系统水分平衡残差（eWBR）、碳储存（CS）和碳封存（C.Seq）的变化情况，这对实现可持续发展目标（SDGs）具有重要意义。研究目标包括：（i）模拟土地覆盖变化及其相关的ES参数；（ii）识别ES的关键预测因子；（iii）量化ES对土地转换和极端气候事件的响应程度和空间范围。我们结合使用了元胞自动机、马尔可夫链和多层感知器模型来模拟土地覆盖变化，并通过Kappa系数验证了结果。InVEST模型使用针对干旱/半干旱地区的本地化参数来模拟CS、C.Seq和eWBR。这些ES通过Theil-Sen斜率分析趋势，利用普通最小二乘回归识别预测因子，通过像素相关性进行分析，并通过高级地理统计学量化对土地覆盖变化和极端气候事件的响应的空间变异性。主要研究发现表明，两个盆地的生态系统都存在基线退化现象：LCB的C.Seq系数为1.858 gC/m2/y?1，CS系数为-0.025 gC/m2/y?1；ASB的C.Seq系数为-0.025 gC/m2/y?1，CS系数为-0.002 gC/m2/y?1。在LCB中，温度和NDVI预测了eWBR与CS之间的权衡（系数分别为-0.210和-0.011）；而在ASB中，温度和降水则促进了协同效应（系数分别为0.033和0.045）。土地转换的影响各不相同：将灌木地转化为农田会降低CS（-0.017 gC/m2/y?1），而在LCB中，将农田转化为灌木地则能提高CS和C.Seq（分别提高0.23和0.01 gC/m2/y?1）。相比之下，在ASB中，将水域转化为裸地会降低CS（-0.09 gC/m2/y?1），而将裸地转化为农田则能提高CS和C.Seq（分别提高0.090和0.51 gC/m2/y?1）。在LCB中，降水量增加和温度降低有助于恢复CS（0.51–0.54 gC/m2/y?1），但会降低C.Seq（-0.04至-0.97 gC/m2/y?1）；在ASB中，降水量减少有助于恢复CS（0.39 gC/m2/y?1），但会降低eWBR（-0.30 mm/y?1），而温度升高则有助于提高CS（0.31 gC/m2/y?1）和C.Seq（-0.01 gC/m2/y?1）。尽管这些发现仅基于遥感和模型数据，但仍强调了功能性土地管理、耐温耐湿策略以及跨界合作的必要性，以支持ES的恢复并减少退化，为实现SDGs的政策和管理实践提供依据。