Impacts of landscape structure changes on ecosystem services in the Hunshandake Sandy Land

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00214

Journal of Desert Research ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (4): 99-109.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00214

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Impacts of landscape structure changes on ecosystem services in the Hunshandake Sandy Land

Jing Luo¹(), Xiaoxia Huang¹(), Hong Cheng²(), Ning Jiang², Xuyu Mo³, Xiuyu Wang¹

^1.School of Earth Sciences / Key Laboratory of Atmospheric Environment and Processes in the Boundary Layer Over the Low-latitude Plateau Region，Yunnan University，Kunming 650091，China
^2.State Key Laboratory of Earth Surface Processes and Resource Ecology / Faculty of Geographical Science，Beijing Normal University，Beijing 100875，China
^3.Yunnan Atmospheric Observation Technology Support Centre，Yunnan Meteorological Bureau，Kunming 650034，China

Received:2021-09-29 Revised:2021-12-12 Online:2022-07-20 Published:2022-08-29
Contact: Xiaoxia Huang,Hong Cheng

Abstract

Abstract:

As one of the huge national ecological restoration projects aimed at social-ecological sustainability， the Beijing-Tianjin Sand Source Control Project （BTSSCP） has been launched for nearly 20 years， which significantly improved the environmental status in the Beijing-Tianjin-Hebei region. The spatial and temporal changes of ecosystem services （ESs） were assessed since the BTSSCP was carried out in the study area. There were eight indicators of ESs， i.e. wind erosion control， water erosion control， vegetation carbon sequestration， soil carbon storage， livestock production， food production， natural habitat diversity， and population residence supporting services， along with the multiple ecosystem services landscape index （MESLI）， as well as four landscape structure indexes were used for the analysis. And redundancy analysis （RDA） and variation partitioning method were used to analyze the relationship between ESs and vegetation landscape patterns. The main results were as follows，（1） from 2000 to 2015， the area of woodland and grassland in Hunsandak Sandy Land decreased， while the sandy land area increased by 110%. However， the landscape structure of woodland was improved， while grassland and sandy land fragmentation increased with the connectivity index decreased. （2） The improvement of ESs was in the eastern and southern parts of the study area with MESLI increasing from 19% to 85%， which related to the improvement of the spatial configuration of woodland； the ESs provision was worse in the central and western parts with MESLI decreasing of 28% to 43%， owing to landscape fragmentation with grassland degradation and sandy land expansion. （3） It was explained by landscape pattern for the provision of regional ESs increased from 60.88% in 2000 to 69.21% in 2015， with an increase in co-explained variation of landscape composition and configuration， and the landscape composition component contributed more than that of configuration component. The relative contribution of vegetation landscape configuration to ecosystem services increased， indicating that the implementation of vegetation restoration projects， has enhanced the effectiveness of sand fixation in terms of landscape spatial structure and improved regional ESs. The above results can provide macro-level management and design references for desert management in the BTSSCP region.

Key words: ecosystem services, landscape composition, landscape configuration, land use change, sand source region to Beijing-Tianjin

CLC Number:

X826

Jing Luo, Xiaoxia Huang, Hong Cheng, Ning Jiang, Xuyu Mo, Xiuyu Wang. Impacts of landscape structure changes on ecosystem services in the Hunshandake Sandy Land[J]. Journal of Desert Research, 2022, 42(4): 99-109.

Figures/Tables 8

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数据指标	数据来源	分辨率	说明	支持的ES指标	ES类型
DEM	SRTM https://cgiarcsi.community/	90 m×90 m	在ArcGIS v10.2生成坡向、坡度、坡长栅格数据	土壤风蚀防治土壤水蚀防治植被固碳土壤碳存储	生态调节
气象数据	中国气象科学数据共享网 http://data.cma.cn	2000年和2015年月度数据	在ArcGIS v10.2中进行kriging插值，得到250 m×250 m的气象数据栅格
NDVI数据	MODIS https://earthdata.nasa.gov/	250 m×250 m 16 d间隔	Terra Vegetation Indices陆地植被指数产品
土壤属性数据	SoilGrids https://www.isric.org/	250 m×250 m	土壤类型、土壤质地、土壤水分、土壤有机质含量
粮食产量	内蒙古自治区统计年鉴	旗/县	2000年和2015年数据	粮食生产	生态供给
牲畜养殖量	内蒙古自治区统计年鉴	旗/县	2000年和2015年数据	牲畜养殖	生态供给
人口统计数据	内蒙古自治区统计年鉴	旗/县	2000年和2015年数据	人口居住支持	生境支持
土地利用类型	中国科学院遥感研究所	30 m×30 m	2000年和2015年数据	生境多样性支持	生境支持
行政区划数据	生态环境部卫星环境应用中心	乡镇/苏木	作为计算的基本统计单元	生态系统服务复合指数	综合指标

数据指标	数据来源	分辨率	说明	支持的ES指标	ES类型
DEM	SRTM https://cgiarcsi.community/	90 m×90 m	在ArcGIS v10.2生成坡向、坡度、坡长栅格数据	土壤风蚀防治土壤水蚀防治植被固碳土壤碳存储	生态调节
气象数据	中国气象科学数据共享网 http://data.cma.cn	2000年和2015年月度数据	在ArcGIS v10.2中进行kriging插值，得到250 m×250 m的气象数据栅格
NDVI数据	MODIS https://earthdata.nasa.gov/	250 m×250 m 16 d间隔	Terra Vegetation Indices陆地植被指数产品
土壤属性数据	SoilGrids https://www.isric.org/	250 m×250 m	土壤类型、土壤质地、土壤水分、土壤有机质含量
粮食产量	内蒙古自治区统计年鉴	旗/县	2000年和2015年数据	粮食生产	生态供给
牲畜养殖量	内蒙古自治区统计年鉴	旗/县	2000年和2015年数据	牲畜养殖	生态供给
人口统计数据	内蒙古自治区统计年鉴	旗/县	2000年和2015年数据	人口居住支持	生境支持
土地利用类型	中国科学院遥感研究所	30 m×30 m	2000年和2015年数据	生境多样性支持	生境支持
行政区划数据	生态环境部卫星环境应用中心	乡镇/苏木	作为计算的基本统计单元	生态系统服务复合指数	综合指标

年份	分区	面积/km²
年份	分区	林地	草地	耕地	建设用地	水体/湿地	沙地
2000	南部	185.1	1 915.9	1 127.8	44.0	92.5	58.4
	西部	743.9	26 224.8	35.9	82.5	86.9	651.9
	中部	3 607.0	37 838.8	674.0	1 249.2	346.5	1 954.5
	东部	3 196.6	9 082.4	804.9	445.2	97.1	627.8
	全区	7 732.5	75 061.8	2 642.6	1 820.9	623.0	3 292.6
2015	南部	75.0	1722.5	1369.4	54.7	147.7	54.3
	西部	593.6	24 136.5	68.7	186.8	134.5	2 705.7
	中部	1 621.6	37 798.0	759.7	1 490.9	605.1	3 394.0
	东部	2 450.5	9371.2	899.6	504.3	262.3	766.4
	全区	4 740.6	73 028.2	3 097.4	2 236.7	1 149.7	6 920.4

年份	分区	面积/km²
年份	分区	林地	草地	耕地	建设用地	水体/湿地	沙地
2000	南部	185.1	1 915.9	1 127.8	44.0	92.5	58.4
	西部	743.9	26 224.8	35.9	82.5	86.9	651.9
	中部	3 607.0	37 838.8	674.0	1 249.2	346.5	1 954.5
	东部	3 196.6	9 082.4	804.9	445.2	97.1	627.8
	全区	7 732.5	75 061.8	2 642.6	1 820.9	623.0	3 292.6
2015	南部	75.0	1722.5	1369.4	54.7	147.7	54.3
	西部	593.6	24 136.5	68.7	186.8	134.5	2 705.7
	中部	1 621.6	37 798.0	759.7	1 490.9	605.1	3 394.0
	东部	2 450.5	9371.2	899.6	504.3	262.3	766.4
	全区	4 740.6	73 028.2	3 097.4	2 236.7	1 149.7	6 920.4

土地利用类型			生态系统服务
土地利用类型			牲畜养殖服务	粮食生产服务	植被固碳服务	土壤碳存储服务	风蚀防治服务	水蚀防治服务	生境多样性支持服务	人口居住支持服务
林地	景观组成	斑块面积百分比	0.160	0.026	0.585^***	0.577^***	-0.373^***	0.340^***	0.936^***	-0.003
	景观组成	斑块密度	0.101	0.049	0.498^***	0.481^***	-0.440^***	0.236	0.784^***	0.084
	景观配置	平均形状指数	0.069	0.097	0.304^***	0.289	-0.147	0.262^***	0.351^***	-0.038
	景观配置	连通度指数	-0.026	-0.061	-0.124	-0.074	0.142	0.080	-0.201	-0.108
草地	景观组成	斑块面积百分比	-0.366^***	-0.518^***	-0.663^***	-0.714^***	0.584^***	-0.507^***	-0.762^***	-0.606^***
	景观组成	斑块密度	0.196	0.334^***	0.566^***	0.557^***	-0.514^***	0.305^***	0.739^***	0.329^***
	景观配置	平均形状指数	-0.039	0.105	0.026	0.026	0.320^***	0.016	-0.063	0.098
	景观配置	CONNECT	-0.274^***	-0.157	-0.382^***	-0.404^***	0.624^***	-0.231	-0.373^***	-0.210
耕地	景观组成	斑块面积百分比	0.364^***	0.643^***	0.322^***	0.415^***	-0.284^***	0.298^***	0.140	0.818^***
	景观组成	斑块密度	0.330^***	0.520^***	0.305^***	0.389^***	-0.285^***	0.326^***	0.187	0.730^***
	景观配置	平均形状指数	0.198	0.290^***	0.582^***	0.574^***	-0.338^***	0.284^***	0.513^***	0.327^***
	景观配置	连通度指数	-0.044	-0.072	-0.023	-0.057	-0.056	-0.061	-0.104	-0.106

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