生态系统服务供需视角下科尔沁沙地人地系统可持续性评价

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00113

摘要/Abstract

摘要：

研究生态系统服务的供需关系有助于科学评估人类对生态系统的依赖程度及区域可持续性，为资源管理与生态保护提供决策依据。科尔沁沙地属于中国北方典型的农牧交错带，生态问题突出，但目前缺乏对该区域生态系统服务供需测算和人地系统可持续性的精细评价。通过构建生态系统服务供给指数（ESSI）和人类需求指数（HMDI）指数，识别了2000—2023年科尔沁沙地生态系统服务供需演化和空间匹配性，基于供需平衡指数评价了人地系统可持续性。结果表明：（1）草地生态系统服务供给在所有土地利用类型中占比最高，供给和调节服务在2005年之前波动较大，之后保持稳定；（2）生态系统服务供给与需求的空间格局基本稳定，需求增长显著区域主要在防风固沙生态功能区外围，功能区内部下降明显；（3）生态系统服务供需存在显著的空间错配现象，其中低供给-高需求占比约29%，集中分布在科尔沁沙地南部和东部片区；（4）大部分地区的人地系统可持续性变化不显著，显著下降区域占比2.55%，显著上升区域占比2.96%；（5）从动态变化视角看，2000—2023年生态系统服务和人类需求之间的协同面积占比（79.94%）远大于权衡占比（20.07%），但是基本都属于负向协同演化（即人类需求和生态供给同步下降），同时功能区的权衡占比要远低于非功能区。

关键词: 人地系统, 生态系统服务供需, 冲突与协调, 可持续性评价, 科尔沁沙地

Abstract:

Understanding ecosystem service （ES） supply-demand relationships is crucial for scientifically evaluating human-ecosystem interdependencies and regional sustainability， thereby informing resource management and ecological conservation strategies. As a representative agro-pastoral ecotone in northern China， Horqin Sandy Land faces severe ecological challenges， yet comprehensive assessments of ES flows and human-earth system sustainability remain scarce. This study developed Ecosystem Service Supply （ESSI） and Human Demand （HMDI） indices to quantify ES evolution and spatial matching patterns （2000-2023）， evaluating sustainability through supply-demand balance diagnostics. Key findings reveal：（1） Grasslands contributed most significantly to ES provision， with supply services and regulation services stabilizing post-2005 after earlier fluctuations；（2） Spatially consistent patterns featured accelerated demand growth along functional zone peripheries， contrasting with declining internal supply；（3） Pronounced spatial mismatches emerged， particularly low-supply/high-demand zones （29%） concentrated in southern-eastern sectors；（4） Limited sustainability transitions occurred （2.55% significant degradation vs. 2.96% improvement）；（5） Synergistic areas dominated （79.94%）， characterized predominantly by negative synergies （concurrent ES-demand declines）， while trade-offs were minimized within functional zones.

Key words: human-earth system, ecosystem service supply-demand dynamics, conflict and coordination, sustainability assessment, Horqin Sandy Land

中图分类号:

Q148

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图/表 11

图1 科尔沁沙地研究区示意图注：基于自然资源部标准地图服务网站GS（2019）1822号标准地图制作，底图边界无修改。土地利用数据（2023年）和防风固沙功能区数据来源于中国生态功能保护区官网（www.resdc.cn）

Fig.1 Horqin Sandy Land map

表1 科尔沁沙地单位面积生态系统服务价值当量

Table 1 Ecosystem service value equivalent factors per unit area in Horqin Sandy Land

土地利用类型	供给服务			调节服务				支持服务			文化服务
土地利用类型	食物生产	原料生产	水资源供给	气体调节	气候调节	净化环境	水文调节	土壤保持	维持养分循环	生物多样性	美学景观
旱作农田	0.85	0.40	0.02	0.67	0.36	0.10	0.27	1.03	0.12	0.13	0.06
水田	1.36	0.09	-2.63	1.11	0.57	0.17	2.72	0.01	0.19	0.21	0.09
森林	0.25	0.58	0.30	1.91	5.71	1.67	3.74	2.32	0.18	2.12	0.93
草地	0.23	0.34	0.19	1.21	3.19	1.05	2.34	1.47	0.11	1.34	0.59
水域	0.80	0.23	8.29	0.77	2.29	5.55	102.24	0.93	0.07	2.55	1.89
湿地	0.51	0.50	2.59	1.90	3.60	3.60	24.23	2.31	0.18	7.87	4.73
建设用地	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
沙地	0.01	0.02	0.01	0.07	0.05	0.21	0.12	0.08	0.01	0.07	0.03

表2 人类需求指标体系

Table 2 Hierarchical classification system of human demand indicators

人类需求维度	指标	单位
生产生活需求	人口	人
	地区生产总值	元
	夜间灯光指数	—
用地需求	建设用地面积	km²
	耕地面积	km²
	草地面积	km²
用水需求	农业用水	m³
用水需求	工业和生活用水	m³
排污消纳需求	碳排放	t
	PM_2.5浓度	μg·m^-3
	废水排放	m³

图2 生态系统服务供给与人类需求权衡与协同识别的象限图

Fig.2 Four-quadrant diagram characterizing trade-offs and synergies between ecosystem service supply and human demand

图3 科尔沁沙地及防风固沙功能区生态系统服务供给与需求的时间演变

Fig.3 Temporal evolution of ecosystem service supply and demand in Horqin Sandy Land and its windbreak-sand fixation functional zone

图4 科尔沁沙地生态系统服务不同供给类别的演化

Fig.4 Divergence patterns in ecosystem service supply categories across temporal gradients within Horqin Sandy Land

图5 科尔沁沙地生态系统服务供给与需求的空间格局演化注：基于自然资源部标准地图服务网站GS（2019）1822号标准地图制作，底图边界无修改

Fig.5 Spatiotemporal dynamics of ecosystem service supply-demand spatial coupling in Horqin Sandy Land

图6 科尔沁沙地生态系统服务供给和人类需求的空间错配注：基于自然资源部标准地图服务网站GS（2019）1822号标准地图制作，底图边界无修改

Fig.6 Spatial mismatch patterns between ecosystem service supply and human demand in Horqin Sandy Land

图7 2000—2023年科尔沁沙地人类和自然系统耦合的可持续性评估注：基于自然资源部标准地图服务网站GS（2019）1822号标准地图制作，底图边界无修改

Fig.7 Sustainability assessment of coupled human-natural system dynamics in Horqin Sandy Land， 2000-2023

图8 2000—2023年科尔沁沙地区县级尺度人地系统可持续性评估注：基于自然资源部标准地图服务网站GS（2019）1822号标准地图制作，底图边界无修改

Fig.8 Multi-dimensional sustainability evaluation of human-nature system interactions at county-level units in Horqin Sandy Land， 2000-2023

图9 科尔沁沙地生态系统服务和人类需求之间的权衡和协同注：基于自然资源部标准地图服务网站GS（2019）1822号标准地图制作，底图边界无修改

Fig.9 Dynamic trade-off and synergy interactions between ecosystem services and human demands in Horqin Sandy Land

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