生态系统服务与社会生态因素复杂耦合关系动态变化及人类活动影响:基于网络分析的洞察

【字体: 时间:2025年05月30日 来源:Applied Geography 4.0

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  现有研究多聚焦社会生态因素(SEF)对生态系统服务(ESs)的单独影响,缺乏对耦合动态及人类活动作用的探究。研究人员以海南岛为对象,分析 2000 - 2020 年 ESs 时空变化,借助网络分析和 GAM 揭示耦合关系及人类活动影响。发现 ESs 耦合关系减弱,人类活动强度增加致网络连通性下降,为生态保护提供理论支持。

  在生态环境保护与可持续发展的大背景下,生态系统服务(ESs)作为自然生态系统为人类提供的诸多益处,是连接人类与生态系统的关键纽带。然而,快速的城市化和过度的资源开发,使得生态系统服务面临着退化的严峻挑战。目前,多数关于生态系统服务与社会生态因素(SEF)的研究,主要集中于分析社会生态因素对生态系统服务的单独影响,却没有深入探究它们之间复杂的耦合动态、发展趋势以及人类活动在其中所扮演的角色。这种研究上的局限性,使得我们难以全面、深入地理解社会生态系统在城市化和气候变化等因素影响下的动态变化,进而影响到有效的生态管理策略的制定。为了填补这一研究空白,来自国内的研究人员开展了相关研究,该研究成果发表在《Applied Geography》上。
研究人员以中国第二大岛、具有独特生态环境的海南岛为研究区域,分析了 2000 年至 2020 年期间海南岛生态系统服务的时空变化,具体包括食物生产(FP)、土壤保持(SC)、产水量(WY)、固碳(CS)、水质净化(WP)和生境质量(HQ)。研究中主要运用了网络分析和广义加性模型(GAM)这两种关键技术方法。网络分析将生态系统服务和社会生态因素抽象为网络中的节点,它们之间的联系视为 “边”,以此构建网络来揭示两者的耦合关系,同时还能测量网络的结构特征、评估节点的重要性以及揭示网络的复杂性和连通性;广义加性模型则用于探究生态系统服务与社会生态因素之间的耦合关系及趋势。研究数据涵盖了海南岛这 20 年间相关生态系统服务和社会生态因素的时空数据。

时空动态


研究结果显示,在 2000 - 2020 年期间,海南岛生态系统服务呈现出明显的年际波动。生境质量(HQ)、固碳(CS)和水质净化(WP)在研究期间变化相对较小,而生水量(WY)、土壤保持(SC)和食物生产(FP)则表现出较大的波动。具体而言,生境质量(HQ)和水质净化(WP)呈下降趋势,平均年降幅分别为 0.00005 和 0.00641 kg/hm2;食物生产(FP)呈波动下降,平均年减少 7650 吨;固碳(CS)、产水量(WY)和土壤保持(SC)则有不同的变化趋势,生境质量(HQ)和固碳(CS)在 2000 - 2004 年呈下降趋势,2004 - 2010 年有所恢复,2010 - 2020 年又再次下降,水质净化(WP)则呈现出先波动上升、再下降、又上升的相反趋势。

耦合关系变化


通过网络分析和广义加性模型研究发现,生态系统服务与社会生态因素之间的耦合关系随着时间的推移逐渐减弱,网络的复杂性和连通性也随之下降。生境质量(HQ)、固碳(CS)、归一化植被指数和景观格局因素对网络连通性和复杂性的积极贡献逐渐减少,而社会生态因素中建设用地比例、国内生产总值(GDP)和耕地比例的消极贡献则逐渐增加。

人类活动影响


当评估不同人类活动强度下生态系统服务与社会生态因素耦合关系的变化时发现,随着人类活动强度的增加,网络连通性和复杂性呈现出下降的趋势。

综合研究结果表明,海南岛生态系统服务与社会生态因素的耦合关系在 2000 - 2020 年期间逐渐减弱,人类活动强度的增加对这种耦合关系产生了负面影响。该研究不仅为理解生态系统服务与社会生态因素之间的复杂关系提供了新的视角和 insights,填补了现有研究在耦合动态和人类活动影响方面的空白,而且为海南岛未来的生态保护政策制定提供了坚实的理论支持,有助于推动当地生态系统的可持续管理和发展,对于应对全球范围内类似地区的生态保护与可持续发展问题也具有重要的参考价值。

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