在高山交通走廊沿线，生态系统服务多功能性中的权衡动态是决定距离阈值的关键因素

《Environmental Impact Assessment Review》：Trade-off dynamics underpin distance thresholds in ecosystem service multifunctionality along alpine transportation corridors

青藏高原交通基础设施通过影响碳固定、栖息地质量和土壤保持三者的协同与权衡，重塑了生态系统服务多功能性（ESM）空间格局。研究发现：碳固定与土壤保持协同性随时间增强，而铁路建设削弱了碳固定与栖息地质量的协同；ESM呈现单峰空间异质性，铁路影响范围更小（4000米内），公路达6000米；驱动机制因永冻土类型和交通线路差异显著，植被指数在连续永冻土区主导作用超85%。该框架为高原适应性管理提供了科学依据。

　　

杨思琪|李启丽|高玉健|刘杰|杨晓文

中国地质大学（北京）水资源与环境学院地下水循环与演变实验室，北京100083

摘要

交通基础设施深刻改变了生态脆弱地区的生态系统结构和功能，可能引发各种生态系统服务之间的权衡。更重要的是，这些权衡对生态系统服务多功能性（ESM）的影响仍知之甚少。本研究开发了一种新的定量框架，将权衡动态纳入综合多功能性评估中。我们将该框架应用于2000年至2020年的青藏公路和铁路走廊，研究了生态系统服务权衡和ESM的时空动态及空间异质性，重点关注碳封存（CS）、栖息地质量（HQ）和土壤保持（SR）。主要发现包括：1）随着时间的推移，CS-SR的协同作用增强，而CS-HQ的协同作用在铁路建设后减弱；2）ESM随距离呈现单峰分布，铁路在约4000米处达到最大值，公路在约6000米处达到最大值，表明铁路的影响更为局部化；3）在不同永冻土区和交通走廊中，驱动因素各不相同，植被和气候因素起关键作用；在岛屿永冻土地区，交通距离对公路ESM的正面影响（17.09%）大于铁路；降水量和温度的影响随永冻土严重程度的增加而变化；在连续永冻土区，主要驱动因素减弱，植被指数成为主要控制因素（>85%）。这些发现强调了基于权衡的多功能性评估在指导高山交通系统适应性管理中的作用。

引言

在生态脆弱地区，快速发展的交通基础设施对生态系统稳定性和恢复力构成了严峻挑战，引发了全球范围内的科学和政策关注（Ascens?o等人，2018年）。作为线性基础设施，道路和铁路对生态系统模式、过程和功能产生独特影响，这对生态安全和可持续发展具有重要意义（Bai和Weng，2023年；Wu和Li，2022年）。现有研究表明，交通走廊通过土地利用转换和景观破碎化改变生态系统模式（Forman，2000年；Grilo等人，2021年；Zheng等人，2025年），影响生态系统过程（如养分循环、土壤侵蚀、群落演替和动物迁移（Maierdiyali等人，2025年；Wang等人，2023年；Yu等人，2024年），以及影响生态系统服务（如生物量生产、土壤保护和空气净化（Ibisch等人，2016年；Yang等人，2023年）。越来越多的证据提高了我们对不同生态系统层级上交通影响的理解（Gallardo等人，2022年）。此外，了解生态系统服务之间的相互作用和累积效应对于有效的景观管理至关重要，这使得在受基础设施影响的地区进行权衡和多功能性评估变得至关重要。

生态系统服务研究为将生物物理变化与服务提供联系起来提供了重要框架，并确定了减轻生态影响和增强恢复力的途径（MEA，2005年；Potschin-Young等人，2018年）。在青藏高原等生态脆弱地区，最近的研究探讨了线性基础设施如何影响多个维度的生态系统结构、过程和服务。在结构层面，生物多样性和群落组成显示出明显的距离效应，高速公路50-100米范围内的多样性最高，250米以外趋于稳定（Liu等人，2021年；Tan等人，2024年）。同样，青藏铁路尽管对气候有积极影响，但仍导致了拉萨周围高山植被的退化（Luo等人，2020年）。在过程层面，生态指标显示交通影响在3公里范围内明显（Yang等人，2023年；Zhang等人，2023年），累积生长季综合植被指数（CGIEVI）表明植被退化和3-3.2米的活跃层阈值限制了高山草地的恢复（Song等人，2018年）。在服务层面，生态系统质量在建设期间下降，但在运营期间在2-2.5公里范围内恢复（Yang等人，2023年；Zhang等人，2023年）。总体而言，这些发现强调了50-250米范围内的显著退化以及几公里范围内的连锁生态效应，但很少有研究探讨这些结构和功能变化如何转化为生态系统服务之间的权衡和多功能性（Gutierrez等人，2021年）。

理解生态系统服务权衡对于可持续管理至关重要，因为它们揭示了管理选择的成本，并找到了同时提升多种服务的双赢解决方案（Zheng等人，2019年）。虽然权衡分析通常采用相关性分析、均方根偏差和帕累托前沿等定量方法来量化生态系统服务关系（Lu等人，2014年；Richards和Friess，2017年），但这些方法主要关注成对相互作用，往往难以与整体生态系统效益评估相结合。为了解决这一限制，生态系统服务多功能性（ESM）提供了一个更全面的框架，通过整合多种服务的总提供及其权衡来评估生态系统效益（Manning等人，2018年）。这一视角至关重要，因为它认识到生态系统提供了多种相互作用的服务，这些服务共同决定了性能和管理结果（Li等人，2024年；Pashanejad等人，2024年）。然而，当前的多功能性评估框架存在方法学挑战，因为它们通常通过线性叠加单个服务来评估ESM，可能会忽略对立的权衡，从而高估整体生态效应（Bennett等人，2009年；Dade等人，2019年）。此外，这些框架很少适用于具有独特“平行效应”和距离衰减梯度的线性交通走廊。因此，如何应用ESM框架来定量解耦这些复杂、精细尺度的相互作用在敏感的工程环境中仍不清楚。

青藏高原为推进交通走廊多功能性研究提供了绝佳的背景。作为世界最高的高原和全球生物多样性热点，它在调节亚洲气候和水资源方面发挥着关键作用，同时支持适应极端环境条件的独特高山生态系统（Chen等人，2022年；Wang等人，2022年）。青藏公路和铁路分别建于20世纪50年代和21世纪初，代表了一个独特的平行交通系统，横跨超过1100公里的多样化环境梯度，包括覆盖高原约50%的广阔永冻土区域（Jiang等人，2023年；Wu等人，2025年）。这一独特的环境使得可以比较不同交通模式在多种永冻土条件下的生态系统服务关系。然而，对生态系统服务多功能性的空间明确评估仍然缺乏，特别是那些考虑交通类型和永冻土区域变化的评估。

为了解决上述问题，我们开发了一个将权衡整合在内的多功能性框架，明确将服务权衡强度作为ESM评估的核心维度（图2）。这种方法超越了传统的多功能性指标，同时捕捉服务提供水平和所需的生态权衡，并考虑了不同交通类型和永冻土区域的空间异质性。具体目标包括：1）量化2000-2020年间青藏公路和铁路走廊沿线碳封存、栖息地质量和土壤保持之间的协同作用和权衡的时空演变；2）评估综合生态系统服务多功能性（ESM），并确定两种交通模式之间的不同距离衰减阈值和权衡强度转变；3）阐明不同永冻土背景下控制ESM的空间异质性机制。

研究区域

研究区域

青藏走廊的格尔木-拉萨段包括穿越青藏高原的公路和铁路基础设施。研究区域包括这些交通线路两侧10公里的缓冲区，形成了综合交通走廊（ITC）区域（29.55–36.49°N，90.43–95.03°E，图1a）。青藏铁路全长1142公里，其中84%位于海拔4000米以上。年平均温度范围为-6至20°C，年降水量不等

ITC区域生态系统服务权衡的时空模式

总体而言，过去二十年里，CS、HQ和SR显示出广泛的恢复趋势（图3 m–o）。三种ES之间的空间相关性总体较强，但时空上存在异质性（图3）。从北到南，CS-HQ和CS-SR的相关性呈现出逐渐增强的趋势。格尔木-南沙口段（ITC北部）以低值区域为主，相关系数大多在-0.4到0之间。相比之下，安多-那曲-当雄段

交通走廊中生态系统服务权衡和多功能性的特征

CS-SR协同作用的增强表明，随着基础设施的运行，碳封存和土壤保持功能逐渐整合，反映了植被生产力和根系生物量的提高共同促进了碳积累和土壤稳定（Yang等人，2023年；Zhang等人，2023年）。相比之下，铁路建设似乎削弱了HQ-SR协同作用的距离依赖性增加

结论

本研究通过将权衡动态明确纳入多功能性评估，探讨了线性交通基础设施如何重塑高海拔脆弱地区的生态系统服务关系。我们的结果显示，ESM随距离呈现单峰分布，公路在约6000米处达到最大值，而铁路则在约4000米处达到最大值。最显著的是，我们发现了调节约束的空间反转，即权衡强度

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（42507664）、国家自然科学基金（U23A2007）和中央高校基本科研业务费（2023-033-033）的支持。