青藏高原实现可持续发展的路径：在气候变化背景下评估生态系统服务，以确定保护优先区域

《Ecological Engineering》：A pathway to sustainability on the Tibetan Plateau: Assessing ecosystem services under climate change to identify conservation priority areas

青藏高原2000-2050年五类生态系统服务时空演变及优先保护区评估显示，东南部服务供给能力显著优于西北部，SSP585情景下碳储量和径流量增幅最大但加剧区域失衡。研究构建了情景驱动服务量化框架，通过多目标优化识别CPA和NNR重叠区，揭示低排放路径（SSP119）在提升保护效能（水土保持效率达89%）和优化空间配置（覆盖率达37%）方面的综合优势，为全球高海拔生态保护提供决策模型。

　　

刘月军|张艳杰|季向林|潘颖|吴俊熙

中国大理大学农业与生物科学学院，大理671003

摘要

气候变化对生态系统服务的影响直接关系到人类福祉和可持续发展，尤其是在环境敏感的青藏高原地区。本研究采用基于情景的框架，量化了2000–2020年和2030–2050年期间在三种共享社会经济路径（SSP119、SSP245和SSP585）情景下五种关键生态系统服务（土壤保护、碳储存、水资源产出、栖息地质量和休闲潜力）的时空动态。随后，我们根据生态系统服务的相对重要性划分了各服务的保护优先区域（CPAs），并评估了综合生态系统服务保护优先区域（IES_CPAs）、国家自然保护区（NNRs）和综合保护优先区域（ICPAs）在时间变化和保护效率方面的表现。结果显示，东南地区的生态系统服务水平较高，而西北地区面临更大的生态挑战，特别是在SSP585情景下，碳储存和水资源产出的增加伴随着空间差异的加剧。保护优先区域的范围持续扩大，在SSP585情景下增长最快；然而，SSP119情景下的保护优先区域覆盖面积最大，实现了更平衡的生态系统服务保护空间配置。尽管不同情景下的保护区域空间分布大致相似，但其保护效率存在差异：SSP119下的国家自然保护区和综合保护优先区域在保障水资源产出和土壤保护方面表现出显著更高的效率，而SSP245和SSP585情景下的保护效果较差，这是由于生态压力不断增加所致。这些发现表明，低排放路径（SSP119）不仅能够维持更高的保护效率，还能实现更连贯的保护区域空间分配。本研究证明，将生态系统服务评估与基于情景的空间优先级划分相结合，可以产生更加协调和高效的保护区域配置。该框架为协调现有国家自然保护区与服务优先级之间的矛盾提供了一种新的方法，为未来的生态系统服务研究提供了方法论指导。

引言

气候变化对全球可持续性和人类福祉构成了严重威胁（Corvalan等人，2005；Heltberg等人，2009；Mora等人，2018）。它改变了生态系统的碳吸收能力，从而破坏了全球碳循环（Kondrat'ev等人，2003）。降水模式的变化，包括更频繁的干旱和暴雨，影响了与水相关的生态过程（Beier等人，2012）。气温上升和天气变化可能导致各种物种的栖息地和分布发生改变，进而影响生态系统结构和生物多样性（Grimm等人，2013）。这些复合影响凸显了阐明气候变化驱动生态系统变化机制的紧迫性。理解这些潜在机制对于理清气候驱动因素、生态过程和反馈循环之间的复杂相互作用至关重要，从而为土地利用规划、生物多样性保护和资源管理提供基础。

生态系统服务是指生态系统通过其过程和功能为人类提供的利益和价值（Costanza等人，1997）。人类活动的扩张和气候变化的影响给生态系统服务带来了巨大压力，威胁到了全球的生态平衡，并导致了广泛的生态系统退化（Alcamo等人，2005；Mahmoud和Gan，2018；Pecl等人，2017；Cord等人，2017；H?yh?等人，2015；Ba?kent，2023）。在这种背景下，恢复和保护生态系统服务变得日益紧迫，从生态系统服务的角度识别保护优先区域（CPAs）至关重要。

未来的气候变化对土地利用有着深远的影响。作为土地利用的一种重要形式，保护区域体现了在保护自然资源和文化资源的同时，强调科学规划和管理的重要性。尽管建立了这些区域对于促进土地资源的可持续利用至关重要，但尽管保护区域有所扩大，全球范围内的生物多样性丧失和森林衰退仍然持续存在（Lu等人，2020；Maxwell等人，2020），这突显了实现生物多样性保护和可持续发展目标的持续挑战。国家自然保护区（NNRs）是这些努力的核心，但传统策略往往侧重于物种多样性或生态系统类型，而忽视了生态系统服务对人类福祉的重要性（Costanza等人，1997；Daily，1997）。因此，确定用于生态系统服务恢复和保护的保护优先区域已成为关键的研究焦点（Wang等人，2021；Yin等人，2022）。这种方法加强了保护规划，增强了生态和生物多样性效益，并符合联合国可持续发展目标（SDGs），特别是SDG 13（气候行动）和SDG 15（陆地生命），从而强化了保护策略在土地管理中的长期相关性。

青藏高原被称为“第三极”，由于气候变化和人类活动，其生态系统服务面临着前所未有的挑战（Chen等人，2013；Hua等人，2021；Yao等人，2012）。气温上升导致冰川退缩，进而影响了水资源的可用性和当地社区的生计（Shen等人，2009）。过度放牧和不可持续的土地利用实践导致的生态系统退化进一步加剧了这些挑战（Dong等人，2020；Shang等人，2014）。这些生态系统服务对当地生计至关重要，对亚洲乃至全球的气候调节和生态保护都十分重要（Huang等人，2018；Li等人，2020）。尽管实施了自然保护区、森林公园、地质公园、湿地公园和风景名胜区等保护措施，但基于科学调查和全面评估，生态退化仍然存在（Guo等人，2020；Huang等人，2019；Liu等人，2020；Mu等人，2020；Shen等人，2022；Zhang等人，2023）。这种持续的环境退化阻碍了实现可持续发展目标的进展。为了解决这些差距，本研究引入了一个多服务、基于情景的框架，将气候和土地利用与生态系统服务动态和保护规划联系起来（图1），建立了一个系统路径，连接了驱动因素、生态系统过程、生态系统服务、生态保护和政策反馈。该研究量化了青藏高原在三种SSP情景下五种关键生态系统服务（包括土壤保护、碳储存、水资源产出、栖息地质量和休闲潜力）的过去和未来动态。它还确定了用于恢复和保护的保护优先区域，评估了保护优先区域和国家级自然保护区内的保护效率和生态系统服务变化，为适应性管理提供了政策相关的指导。

研究区域

青藏高原，常被称为“世界屋脊”（Tang等人，2009），是位于中亚的一个广阔且生态多样的地区（Zhang等人，2018），面积约为250万平方公里。平均海拔超过4500米（图2），是地球上最高和最大的高原，具有独特的地理、气候和生物多样性特征。其独特的地理环境孕育了多样的生态系统，从高山草甸到针叶林都有分布。

未来情景下青藏高原生态系统服务的时空动态分析

青藏高原的生态系统服务表现出明显的时空异质性（图4），在SSP119、SSP245和SSP585情景下，空间梯度稳定，但发展轨迹不同。2000年至2020年的历史趋势作为基准，表现为土壤保护的波动、栖息地质量的持续下降、水资源产出的适度增加以及碳储存的逐渐增加（图5）。

在2000–2050年期间，不同情景下……

不同情景下青藏高原生态系统服务的变化与维持

青藏高原的生态系统服务对生态平衡和人类福祉至关重要，受到气候变化、土地利用和保护措施的影响。由于降水量增加、植被茂密和气候温和，从西北到东南，土壤保护和碳储存有所增加（Ding等人，2007；Chang，1981；Wang等人，2023）。

在SSP119和SSP245情景下，土壤保护和碳储存都有所改善，这反映了较低的人口压力、较强的保护投资和适度的……

结论

在不同情景下，东南地区的生态系统服务表现最佳，而西北地区的差异仍然明显。在SSP585情景下，碳储存和水资源产出的增加最为显著；在SSP245情景下，栖息地质量有所改善；所有情景下休闲潜力均持续下降。保护优先区域（CPAs）稳步扩大，到2050年，SSP585情景下的增长最快。然而，国家级自然保护区的分布……

CRediT作者贡献声明

刘月军：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，验证，软件，资源，概念化。张艳杰：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，软件，资源，资金获取，概念化。季向林：撰写 – 审稿与编辑，软件，资源。潘颖：软件，资源。吴俊熙：验证，软件，资源。

伦理批准

我们确认该手稿尚未在其他地方发表，也没有被其他期刊全部或部分接受审稿。该手稿不包含人类或动物研究内容。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：42101292）和大理大学博士科学研究基金（项目编号：KYBS2021071）的支持。