太湖流域土地利用优化中的生态系统服务供需响应阈值识别与调控策略

针对快速城市化地区生态系统服务(ES)供需失衡与权衡问题，研究人员以中国太湖流域(TLB)为案例，集成SD-PLUS-InVEST模型，在SSP-RCP情景下(2020-2050)揭示了水产量(WY)、碳汇(CS)和粮食供给(FP)的供需动态，首次确定了建成区(≤6.75%)和林地(≥16.32%)等关键土地利用阈值，为流域尺度"三区三线"空间规划提供了量化依据。该研究发表于《Ecological Indicators》，创新性地构建了"情景预测-阈值识别-策略优化"的多层次调控框架。

　　

在全球气候变化和快速城市化的双重压力下，太湖流域作为中国最具经济活力的区域之一，正面临着严峻的生态系统服务(Ecosystem Services, ES)供需矛盾。随着人口增长和经济发展，流域内水资源短缺、碳汇能力下降和粮食安全等问题日益突出，而传统的土地利用管理往往缺乏量化依据，难以实现ES的协同优化。这种供需失衡不仅威胁区域生态安全，更制约着长三角城市群的可持续发展。

为解决这一科学难题，中国科学院南京地理与湖泊研究所的研究团队创新性地构建了"情景预测-阈值识别-策略优化"的研究框架。通过整合系统动力学(System Dynamics, SDyn)、PLUS土地利用模拟和InVEST生态系统评估模型，在SSP126、SSP245和SSP585三种气候-社会经济情景下，系统分析了2000-205年太湖流域水产量(Water Yield, WY)、碳汇(Carbon Sequestration, CS)和粮食供给(Food Provision, FP)的供需动态变化。研究首次识别出维持ES平衡的关键土地利用阈值，并提出差异化的调控策略，相关成果发表在《Ecological Indicators》期刊。

研究采用多模型耦合的技术路线：首先运用SDyn模型模拟气候-经济-社会-土地系统的交互作用；其次通过PLUS模型实现1km×1km网格的土地利用空间分配；再采用InVEST模型量化ES供给；最后结合广义线性混合模型(GLMM)和分段线性回归，识别关键土地利用阈值。数据来源于国家气象科学数据中心、资源环境科学与数据中心等权威机构，涵盖2000-2020年历史观测和CMIP6未来气候预测数据。

3.1节"土地利用需求预测"显示，不同情景下土地利用变化呈现显著差异：SSP126情景林地增长4.01%，而SSP585情景建成区扩张31%。通过PLUS模型模拟发现，耕地普遍减少(降幅>5%)，主要转为建设用地；SSP126部分耕地转为林地，而SSP585主要表现为耕地城市化。这种差异化的土地利用变化直接影响了ES供给能力。

"ES供需变化特征"(3.2.1节)揭示：SSP585情景WY供给增至387.09×10⁸ m³，但CS供需缺口扩大551.74%。值得注意的是，虽然SSP585的FP缺口最小(仅-0.01×10⁷ t)，但其CS缺口达-18.77×10⁸ t，凸显高排放情景下ES权衡的严峻性。

通过"ES供需平衡表征"(3.2.2节)的空间分析发现：WY赤字区集中在建成区(占流域40.42%)，CS盈余区位于西南林地(占58.62%)。未来情景中，SSP126的CS平衡比例最高(15.15%县域)，而SSP585仅7.58%县域达标，表明低碳路径更有利于维持ES平衡。

研究创新性地在"关键土地利用调控类型"(3.3节)中量化了各类土地的贡献度：建成地对CS的影响达45.42-57.30%，林地对CS的贡献最高(22.2-42.91%)，耕地对FP至关重要(25.32-31.66%)。GLMM分析证实，建成地、林地和耕地是调控ES协同的关键靶点。

最具突破性的发现体现在"土地利用调控阈值"(3.4节)：2020年CS平衡要求建成地≤6.75%且林地≥16.32%；到2050年，SSP126情景建成地阈值放宽至10.39%，但SSP585收紧至3.85%。FP的耕地阈值从2020年的47.27%降至2050年的13.73-20.29%，反映农业技术进步的影响。特别值得注意的是，WY-CS在SSP245/585呈现"U型"协同曲线，当林地超过49%/75%时，两者权衡关系转为协同。

讨论部分(第4章)深入分析了阈值调控的实践意义：在县域尺度，仅SSP585有30.3%县域实现WY平衡；而在1km网格尺度，SSP585达50.25%，凸显精细化管理优势。研究建议采取"控城建、保耕地、增林地"的三向调控策略，例如在SSP126情景保持林地21.73-50%与耕地47.27-75.76%的组合，可同步实现CS-FP协同。

该研究的科学价值在于：首次建立了流域尺度ES供需的阈值调控理论框架，将传统的静态评估升级为动态情景模拟。提出的建成地10.39%、林地21.73%等阈值指标，为《长江三角洲区域一体化发展规划纲要》中的生态保护红线划定提供了量化依据。尽管存在分段回归拟合度不足等局限(如FP-CS协同预测偏差)，但构建的"SD-PLUS-InVEST"模型体系，为应对气候变化的适应性土地管理提供了创新工具。未来研究可结合生态网络分析和ES流模拟，进一步提升阈值调控的精准性。