《Ecological Indicators》：Developing a biodiversity–health–services nexus to reveal how external pressures influence ecosystems: Evidence from Sanjiangyuan National Park
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在气候变化与人类活动的双重压力下，国家公园生态系统正承受前所未有的胁迫，对其生态过程与系统稳定性产生深远影响。作为重要的生态安全屏障和生物多样性保护关键区域，国家公园在维持生物多样性、保障生态稳定性以及支撑人类福祉方面发挥着核心作用。然而，现有研
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在气候变化与人类活动的双重压力下，国家公园生态系统正承受前所未有的胁迫，对其生态过程与系统稳定性产生深远影响。作为重要的生态安全屏障和生物多样性保护关键区域，国家公园在维持生物多样性、保障生态稳定性以及支撑人类福祉方面发挥着核心作用。然而，现有研究大多分别考察生物多样性（BD）、生态系统健康（EH）与生态系统服务（ES）对气候变化和人类活动的响应，对三者之间相互作用及联合响应的系统研究仍然有限。忽视BD、EH与ES之间的过程关联，将使生态响应的表征局限于静态描述，可能导致驱动因子归因偏差，并造成对系统状态变化及其功能后果的误读。为此，本研究提出一个新的生物多样性—健康—服务（BHS）关联框架，以三江源国家公园（SNP）为研究区，采用广义收敛交叉映射（GCCM）与网络分析揭示BHS关联的耦合机制，结合Mantel检验与偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM）解析气候变化与人类活动在不同时期对BHS关联的驱动机制，并运用Zonation分析识别优先保护与管理区域。研究结果表明：BD、EH与ES之间存在正向级联关系，其中EH处于关联网络的核心位置；外部压力主要通过生物多样性介导的路径发挥作用；气候变化以负面效应为主导，而人类活动的影响在不同阶段呈现差异性。识别优先区域有助于提升保护成效。该研究增强了对生态系统内在联系及外部压力传递机制的理解，同时为全球范围内同类敏感生态系统的可持续管理提供了科学依据。
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一、研究背景与科学问题
在全球气候变化与人类活动日益加剧的背景下，国家公园生态系统正面临前所未有的多重胁迫。国家公园作为生态安全屏障和生物多样性保护的关键区域，承载着维持生物多样性、保障生态稳定性以及支撑人类福祉的重要功能。然而，一旦其生态系统稳定性遭到破坏，区域生态风险将随之加剧，甚至可能影响全球生态安全。在可持续发展目标（SDGs）与昆明—蒙特利尔全球生物多样性框架的推动下，国际社会日益关注气候变化与人类活动对国家公园生态过程的影响。
从生态学理论来看，生物多样性（BD）是生态系统的组成属性，反映物种组成、丰富度及功能性状差异；生态系统健康（EH）是系统状态的综合表征，涵盖结构与功能的完整性以及稳定性与恢复能力；生态系统服务（ES）是生态系统过程产生的可测度惠益。现有生物多样性—生态系统功能（BEF）理论与生态系统服务级联（ESC）框架表明，三者之间通过明确且方向性的生态过程相互关联：BD通过功能性状差异、种间互补性和冗余效应影响生态过程的稳定性与系统对干扰的响应，从而改变EH所表征的系统状态；ES的供给依赖于生态系统的稳定运行与持续运作，因此直接受到EH的约束。然而，以往研究大多单独考察这三个维度对气候变化和人类活动的响应，对三者之间相互作用及联合响应的系统研究仍然不足。忽视BD、EH与ES之间的过程关联，将使生态响应的表征局限于静态描述，可能导致驱动因子归因偏差，进而造成对系统状态变化及其功能后果的误读。
三江源国家公园（SNP）位于青藏高原腹地，地处长江、黄河、澜沧江源头，是中国第一个国家公园体制试点（2015年实施），也是全球具有代表性的高寒生态系统。该区域生态脆弱且对外部干扰高度敏感，BD、EH与ES之间的耦合关系对区域生态安全、亚洲水塔维系及下游可持续发展具有重大意义。基于此，研究聚焦以下三个核心科学问题：（1）SNP中是否存在相对稳定的BHS关系结构？（2）气候变化与人类活动如何共同驱动BHS关联的动态变化？（3）在双重外部压力下，如何识别SNP的优先保护与管理区域以支撑适应性管理决策？
二、研究内容与主要结论
该研究以三江源国家公园为研究区，构建了生物多样性—健康—服务（BHS）关联框架，系统揭示了2000—2022年期间外部压力对生态系统的影响机制。研究发现，BD、EH与ES之间存在正向级联关系，其中EH处于关联网络的核心位置；外部压力主要通过生物多样性介导的路径发挥作用；气候变化以负面效应为主导，而人类活动的影响在不同阶段呈现差异性；识别优先保护与管理区域有助于提升保护成效。该研究增强了对生态系统内在联系及外部压力传递机制的理解，为全球同类敏感生态系统的可持续管理提供了科学依据。
三、主要技术方法
研究人员整合了2000、2005、2010、2015、2020和2022年多源数据，包括土地利用/覆盖、气象条件、社会经济指标、归一化植被指数（NDVI）、土壤属性及净初级生产力（NPP），统一插值至1 km分辨率并构建3 km×3 km均匀网格。研究采用以下关键技术方法：（1）利用广义收敛交叉映射（GCCM）与网络分析构建并验证BHS关联结构，揭示生态系统内部关键要素间的耦合机制；（2）建立并量化气候变化与人类活动的外部压力因子体系；（3）运用Mantel检验结合偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM）解析不同时期外部压力对BHS关联的驱动机制，分析影响路径、方向与强度的变化；（4）在双重压力综合作用下，采用Zonation分析识别SNP的优先保护与管理区域。其中，BD通过InVEST模型的生境质量模块和生物多样性保护服务能力（BCSC）指数量化；EH通过生态系统活力（EV）、生态系统组织（EO）和生态系统恢复力（ER）三个维度表征；ES选取产水量（WY）、土壤保持（SC）和碳储存（CS）等指标评估。
四、研究结果
4.1 BHS关联结构的构建与验证
研究人员基于SNP的生态特征选取代表性指标，构建了BD—EH—ES的级联关系框架：BD通过提升生境质量和调节生态过程，构成EH的基础；较高的BD水平同时增强ES的供给能力，支撑生态系统长期稳定性与人类福祉；EH反映生态系统健康状态，更健康的系统具有更高的稳定性并维持更多样化的ES。通过GCCM与网络分析，研究验证了BHS关联中存在正向级联关系，且EH在关联网络中处于核心位置，表明生态系统健康是连接生物多样性与生态系统服务的关键枢纽。
4.2 外部压力因子体系的建立与量化
研究建立了涵盖气候变化与人类活动的综合外部压力因子体系。气候变化因子包括年均气温、年降水量等水热条件指标；人类活动因子包括土地利用强度、人口密度、夜间灯光指数等社会经济指标。通过量化各因子的时空分布特征，为后续驱动机制分析奠定基础。
4.3 外部压力对BHS关联的驱动机制
运用Mantel检验与PLS-SEM，研究解析了不同时期气候变化与人类活动对BHS关联的驱动机制。结果表明，外部压力主要通过生物多样性介导的路径发挥作用，即外部压力先影响BD，再经由BD传导至EH和ES。气候变化以负面效应为主导，通过改变区域水热条件、干湿循环及极端天气事件频率，导致物种栖息地适宜性下降和群落结构调整，进而削弱生态系统稳定性与恢复力，扰乱ES的供给与可持续性。人类活动的影响呈现明显阶段性差异：在国家公园体制实施前，土地利用变化、基础设施建设与资源过度开发等人类活动对生态系统产生负面效应；而在国家公园体制实施后，在政策支持与生态修复工程推动下，人类活动对生态系统维持与恢复的正面效应逐渐显现。
4.4 优先保护与管理区域识别
在气候变化与人类活动双重压力综合作用下，研究采用Zonation分析识别SNP的优先保护与管理区域。通过综合考虑BD、EH与ES的空间分布及其对外部压力的敏感性，确定了需要优先保护的关键区域，为空间优化与适应性管理提供了科学支撑。
五、讨论与结论
5.1 讨论部分总结
研究讨论指出，BHS关联框架的构建弥补了以往研究将BD、EH与ES割裂考察的不足，能够更全面地揭示生态系统对外部压力的响应机制。外部压力主要通过BD介导路径传导，表明生物多样性是生态系统应对外部干扰的关键调节节点，保护生物多样性对于维护整个BHS关联的稳定性具有战略意义。气候变化负面效应占主导的发现提示，在气候持续变化的背景下，单纯依靠减少人类干扰可能不足以保障生态系统健康与服务供给，需要将气候适应策略纳入国家公园管理框架。人类活动影响在不同阶段的差异性则表明，国家公园体制的实施对生态系统恢复产生了积极效果，验证了制度性保护措施的有效性。研究同时指出，识别优先保护区域能够使有限的保护资源发挥最大效益，提升保护管理的针对性与有效性。
5.2 研究结论翻译
本研究以三江源国家公园为研究区，构建了生物多样性—健康—服务（BHS）关联框架，系统揭示了2000—2022年期间气候变化与人类活动对生态系统的影响机制。主要结论如下：（1）SNP中存在相对稳定的BHS关系结构，BD、EH与ES之间呈现正向级联关系，其中EH处于关联网络的核心位置；（2）外部压力主要通过生物多样性介导的路径发挥作用，气候变化以负面效应为主导，而人类活动的影响在不同阶段呈现差异性，国家公园体制实施后人类活动的正面效应逐渐增强；（3）在双重外部压力下，通过Zonation分析识别优先保护与管理区域，能够有效提升保护成效。该研究深化了对生态系统内在联系及外部压力传递机制的理解，为全球范围内同类敏感生态系统的可持续管理与适应性决策提供了科学依据。
