中国干旱区生态系统服务供需时空动态与驱动机制研究

本研究针对中国干旱区生态系统服务(ESs)供需失衡问题，通过模型模拟与统计分析揭示了2000-2020年碳固存(CS)、产水量(WY)、土壤保持(SC)和防风固沙(WS)的时空异质性，发现半干旱区ESs协同性更高，并首次通过结构方程模型解析降水、坡度等自然-社会因子的驱动路径，为干旱区生态安全格局优化提供科学依据。

　　

在全球气候变化与人类活动双重压力下，占陆地面积41%的干旱区正面临前所未有的生态挑战。这些看似荒芜的土地不仅养育着全球38%的人口，还通过碳固存(CS)、水源涵养等生态系统服务(ESs)维系着地球生命支持系统。然而，中国干旱区作为全球典型代表，正陷入"生态赤字"困境——降水稀少导致植被恢复困难，人口增长又加剧资源索取，使得生态系统服务供给与人类需求间的剪刀差持续扩大。更棘手的是，不同干旱梯度带（从极干旱到干湿交替区）的ESs供需失衡呈现"东缺西少"的复杂格局，传统研究却难以揭示其深层驱动机制。

北京师范大学的研究团队在《Journal of Arid Environments》发表的最新研究，首次构建了中国干旱区ESs供需关系的"基因图谱"。通过整合InVEST模型、R语言空间分析与结构方程模型(SEM)，团队绘制出2000-2020年CS、WY、SC、WS四大服务的动态供需地图，并破解了自然-社会因子相互作用的"黑箱"。研究发现，三北防护林等工程虽使东南部干湿交替区CS供给增长25%，但同期需求暴增328%，形成新赤字区；而极干旱区因先天不足，WY和SC持续"入不敷出"。令人意外的是，半干旱区成为ESs协同效应"优等生"，这得益于土地利用方式在降水与人口压力间起到的"缓冲器"作用。

关键技术方法
研究采用多尺度融合技术路线：1) 基于气象站与遥感数据计算干旱指数(AI=降水/潜在蒸散PET)划分四类干旱区；2) 运用InVEST模型量化CS、WY、SC、WS的供需量；3) 通过莫兰指数与热点分析揭示空间自相关性；4) 采用结构方程模型(SEM)解析12个自然-社会因子（如坡度、NDVI、人口密度）的驱动路径，其中土地利用作为关键中介变量。

主要研究结果

1. 时空分布特征
• CS服务呈现"东南高西北低"格局，20年间供给量增长24%但需求增速超3倍，导致极干旱区与东南部出现新赤字
• WY与SC在极干旱区持续短缺，而干湿交替区因植被恢复供给量提升18-22%
• WS供需热点集中在黄土高原，与"风沙源区"治理工程空间匹配

2. 服务间权衡协同
• 半干旱区ESs协同度最高，但WY-SC-WS存在"水-土-沙"三角冲突
• 干湿交替区通过退耕还林实现CS-WS双赢，验证了生态工程有效性

3. 驱动机制解析
• SEM显示降水直接影响强度(β=0.47)远超温度(β=0.12)，但通过NDVI产生间接效应
• 15°以上陡坡区SC供给提升37%，揭示地形对水土保持的放大作用
• 人口密度每增加1人/km²
，WS需求增长0.8%，但城镇化通过改变土地利用类型缓解压力

结论与展望
该研究首次绘制了中国干旱区ESs供需的"基因图谱"，揭示出三大规律：1) 生态工程虽提升供给，但需求增速更快，需建立"预警-调控"闭环；2) 土地利用是连接自然与社会系统的"转换器"，优化其格局可放大协同效应；3) 不同干旱梯度区应实施差异化治理，极干旱区需控制开发强度，半干旱区可强化自然解决方案(NBS)。这些发现为《联合国荒漠化防治公约》目标提供了中国案例，也为全球干旱区实现SDGs15(陆地生物)目标指明路径。未来研究可结合机器学习预测气候变化情景下的ESs供需演变，为生态安全格局优化提供动态决策支持。