1990—2020年土地利用和氣候變化對青藏高原生態系統調節服務的影響

何再軍， 程江浩， 劉悅俊， 張燕杰

（1. 大理大學 農學與生物科學學院，云南 大理 671003； 2. 大理大學 蒼山洱海一體化保護與流域綠色發展云南省高校協同創新中心，云南 大理 671003）

0 引言

生態系統服務是人類從生態系統中獲得的各種惠益，是人類社會生存和發展的基礎，對人類福祉具有重要意義［1-2］。然而，千年評估的24 項生態系統服務中，有15項（約占60%）處于退化或不可持續的狀態，土地利用和氣候變化是其主要影響因素［3-4］。生態系統服務包括供給服務、調節服務、支持服務和文化服務四大類［5］，水土保持服務（soil retention service）和防風固沙服務（sand fixation service）是重要的調節服務，指生態系統防止土壤水力侵蝕的調控能力和生態系統對風沙的抑制和固定作用［6］。土壤侵蝕問題是人類生存發展過程中所面臨的重大環境問題，它極大地影響著人類社會的可持續發展［7-8］。加劇的土壤侵蝕會造成土壤肥力下降，荒漠化增加，進而造成耕地面積減少，資源流失等問題［9］。全球超過15%的陸地受到不同程度的水力和風力侵蝕，中國西北部是世界上的土壤侵蝕嚴重區［10-11］。水土保持服務和防風固沙服務是生態系統提供的重要防護型服務，探明其背后的影響因素及影響機制對區域風沙災害治理、生態環境恢復具有重要意義［12-13］。

氣候變化和土地利用是生態系統服務變化的主要影響因素［14-16］。氣候變化通過改變生態系統的生物物理過程而影響生態系統的結構和分布，氣候變化預計將越來越多地影響生態系統服務［17］。近年來，以降水，氣溫和風速為代表的氣候因素對水土保持服務和防風固沙服務的影響是研究熱點。Wang 等［18］發現1989—2011 年氣候變化使內蒙古草地的生態系統服務總量下降了33%。此外，研究發現降水和氣溫的變化會影響植被的變化從而對生態系統服務產生影響［19-21］。同時，土地利用通過改變生態系統的結構和過程，直接或間接影響生態系統服務的供應［22］。Yang 等［23］和Gong 等［24］研究發現，農田轉變為草地和林地能增加水土保持和防風固沙服務，而草地向裸地的轉化則相反。由于耕地恢復為草原，2000—2010 年中國內蒙古的固沙量提高了約2.5×1011kg［25］。然而，現有研究在探討氣候變化和土地利用對生態系統服務的影響時，很難量化區分氣候變化和土地利用對生態系統服務的影響。青藏高原是我國重要的國家生態安全屏障，其脆弱的生態系統對氣候變化和人類活動十分敏感［26］。在人類活動和氣候變化的影響下，青藏高原的生態環境面臨威脅，植被退化、土壤侵蝕加劇，使生態系統服務日益退化［27］。在這一背景下，生態修復成為重要舉措，而生態修復的前提是厘清生態系統服務變化的影響因素及其影響機制。然而，青藏高原生態系統服務的影響因素研究較少，而且將土地利用和氣候變化分別對生態系統服務的影響定量化是此類研究中的難點。

因此，本研究運用生態系統服務與權衡綜合評估模型（InVEST）和修正土壤風蝕方程（RWEQ）評估青藏高原1990—2020 年水土保持和防風固沙服務；并通過情景模擬，量化氣候變化和土地利用影響兩項服務變化的貢獻度，探討年降水量、年均氣溫、年均風速和土地利用等因素對兩項生態系統服務的影響。本研究量化解析土地利用和氣候變化因素對生態系統服務的影響，有助于深入理解土地利用和氣候變化對青藏高原生態系統的影響機制，對青藏高原的土地利用政策及生態修復決策具有重要的意義。

1 研究區概況

青藏高原平均海拔4 000 m 以上，被稱為“世界屋脊”和“地球第三極”（圖1）。青藏高原面積約為257.4×104km2，包括我國西藏自治區、青海省，以及甘肅、新疆、四川和云南省的部分區域，占我國陸地總面積的23%［28］。青藏高原西部和西北部主要為高寒草原，占其總面積43%；位于東部的高寒草甸占總面積的28%；其他地區主要分布著灌叢、闊葉林、針葉林、裸地和溫帶草原［29］。青藏高原東西部氣候差異較大，東南部年平均氣溫在20 ℃左右，降水量也相應可以達到2 000 mm；而西北地區氣溫可降至-6 ℃以下，降水量減至50 mm 以下［30］。青藏高原平均風速隨地形呈西北向東南減小的趨勢，且季節差異十分明顯，春季平均風速最大，最大可達3.3 m·s-1，其次是夏季和冬季，一年中秋季最小［31］。

圖1 研究區概況Fig. 1 The study area

2 數據與方法

2.1 數據來源及處理

基于145個青藏高原國家氣象監測臺站1990—2020 年的日尺度降水、氣溫和10 m 處風速數據（中國氣象科學數據共享服務網，http：//cdc. cma. gov.cn），將日尺度數據累加或平均得到各臺站的月尺度數據；然后運用ANUSPLIN 進行插值得到青藏高原1 km柵格的月降水量、月平均氣溫和10 m處月平均風速；再由月數據得到年降水量、年均氣溫和年均風速。其中，由于RWEQ 的風因子在計算時需要風速數據為2 m 處風速，因此，本研究通過七分之一定理將風速數據進行轉換［32-33］。

土地利用數據來自中國科學院資源環境科學與數據中心（http：//www. resdc. cn），在1990—2020年每5 年一期的1 km 柵格全國土地利用基礎上提取青藏高原土地利用數據。此數據源的土地利用類型一級分類為耕地、草地、林地、水域、建筑用地和未利用土地。其中，未利用土地是指農用地（直接用于農業生產的土地，包括耕地、林地、草地等）和建設用地以外的土地，主要包括荒草地、鹽堿地、沼澤地等。此外，當土地用途變更、土壤貧瘠或退化等導致草地不再適合用于農業或畜牧業時，將此類土地視為未利用土地［34］。為了準確反映土地利用類型的變化情況，本研究將沼澤地單獨分類，并將草地按數據源二級分類分為高、中、低覆蓋度草地。

土壤數據來源于全國第二次土壤普查典型土種的剖面數據庫，及中國1∶100 萬土壤數據庫（http：//www.geodata.cn）［35］。土壤最大根系埋藏深度用土壤深度來代替［36］，土壤深度數據來源于聯合國糧農組織（FAO）和維也納國際應用系統研究所（IIASA）構建的世界和諧土壤數據庫（Harmonized World Soil Database， HWSD）（http：//www.geodata.cn）。

2.2 生態系統服務評估及分析方法

2.2.1 水土保持服務評估

本研究運用InVEST模型的泥沙持留模塊（Sediment delivery ratio model，SDR）模擬潛在和實際土壤流失量，將潛在土壤流失與實際土壤流失的差作為土壤保持量，即水土保持服務。InVEST 模型SDR模塊的原理即通用土壤流失方程：

式中：SR為土壤保持量；SL為土壤流失量（SLusle為實際土壤流失量，SLrkls為潛在土壤流失量）；R為降雨侵蝕力因子；K為土壤可蝕性因子；LS為坡長和坡度因子；C為植被覆蓋因子；P為水土保持措施因子。

InVEST 模型土壤流失模塊輸入數據和參數包括：柵格數據數字高程模型（DEM）（用于計算坡長和坡度因子LS）、降雨侵蝕力因子（R）、土壤可蝕性因子（K）和土地利用/覆被；矢量數據一級流域、次級流域，以及生物物理系數表（包括土地利用類型代碼，植被覆蓋因子C和水土保持措施因子P）。本研究運用月降雨量和年降雨量計算降雨侵蝕力因子［37］，運用Sharpley 等［38］的方法估算土壤可蝕性因子，基于歸一化植被指數（NDVI）運用像元二分法計算植被覆蓋因子。

2.2.2 防風固沙服務評估

防風固沙服務是指一定時期內生態系統防風蝕能力，風蝕指在風作用下地表土壤中的小顆粒和營養物質被吹走、運輸和沉積的過程［39］。修正土壤風蝕方程（RWEQ）［40］充分考慮了天氣（weather，WF）、土壤可蝕性（soil erodibility，EF）、土壤結皮（soil crust，SCF）、表面粗糙度（surface roughness，K'）和植被（vegetation，C）等因素計算土壤風蝕量。

本研究運用RWEQ 方程，基于1 km 柵格數據先進行月尺度土壤風蝕量計算，再將月尺度數據累加獲得年風蝕量。同時計算裸地土壤風蝕量，將裸地土壤風蝕量與植被覆蓋的土壤風蝕量之差作為防風固沙量，即防風固沙服務。RWEQ方程如下：

式中：SL為土壤風蝕模數（kg·m-2）；Qmax為風力的最大輸沙量（kg·m-1）；S為關鍵地塊長度（m）；Z為地塊距上風口的距離（m），本研究取50 m。WF為氣象因子；EF為土壤可蝕性因子；SCF為土壤結皮因子；K′為地表粗糙度因子；COG為綜合植被覆蓋因子。

氣象因子是風因子、空氣密度、土壤濕度及雪蓋因子等對風蝕的綜合影響，各因子的具體計算方法參考Fryrear 等［41］的計算公式；土壤可蝕性因子和土壤結皮因子運用土壤結構含量數據進行計算；地表粗糙度因子根據地形坡度進行計算；綜合植被因子運用NDVI 提取生長植被和枯萎植被數據進行計算［42］。

2.2.3 定量氣候變化和土地利用對生態系統服務的影響

本研究的研究時段為1990—2020 年，每5 年為一個時期，共6個時期，每個時期進行3種情景模擬。情景1：生態系統服務變化僅由氣候變化引起（EScli，水土保持服務為ES（SR）cli，防風固沙服務為ES（SF）cli）；情景2：生態系統服務變化僅由土地利用變化引起（ESlu，水土保持服務為ES（SR）lu，防風固沙服務為ES（SF）lu）；情景3：生態系統服務變化由土地利用變化和氣候變化共同引起（研究期初始狀態記為ES1，期末記為ES2）。以1990—1995年為例，具體見表1。

表1 土地利用和氣候變化情景設置（以1990—1995年為例）Table 1 Land use and climate change scenarios setting（1990—1995）

由此經過進一步計算，分別得到氣候變化和土地利用引起的生態系統服務變化量（ΔEScli和ΔESlu，水土保持服務為ΔES（SR）cli和ΔES（SR）lu，防風固沙服務為ΔES（SF）cli和ES（SF）lu）。計算方法如下：

式中：ES1為研究期初始狀態的生態系統服務值；EScli為情景1 的生態系統服務值；ESlu為情景2 的生態系統服務值；ΔEScli為氣候變化引起的生態系統服務變化；ΔESlu為土地利用變化引起的生態系統服務變化。

氣候變化和土地利用對生態系統服務的貢獻度用以下公式進行量化：

式中：Rcli為氣候變化對生態系統服務的貢獻度；Rlu為土地利用對生態系統服務的貢獻度；ΔEScli為氣候變化引起的生態系統服務變化量；ΔESlu為土地利用變化引起的生態系統服務變化量。

3 結果與分析

3.1 青藏高原水土保持和防風固沙服務的時空格局

青藏高原的水土保持服務呈現由東南向西北遞減的空間格局［圖2（a）］，其主要原因是年降水量由東南向西北遞減。水土保持服務高值主要集中在東南部地區（＞100 t·hm-2），低值集中在西北部地區（＜5 t·hm-2）；且隨時間變化，西北部水土保持服務呈減少趨勢。防風固沙服務的空間變化由西北向東南遞減［圖2（b）］，其主要原因是年均風速由西北向東南遞減。防風固沙服務高值主要集中在西北部地區（＞3.5 t·hm-2），而低值主要集中在東南部地區（＜0.1 t·hm-2）；且隨時間變化，西北部防風固沙服務呈減少趨勢。

圖2 1990—2020年青藏高原水土保持服務和防風固沙服務的空間分布Fig. 2 Spatial distribution of soil retention and sand fixation service in the Qinghai-Xizang （Tibet） Plateau from 1990 to 2020

3.2 青藏高原土地利用變化與氣候變化

3.2.1 青藏高原土地利用變化

1990—1995 年，青藏高原土地利用類型變化主要發生在不同覆蓋度的草地和未利用土地之間（圖3）。相較1990 年，1995 年未利用土地和低覆蓋草地的面積發生了擴張，增幅分別為2.88%、11.06%。中覆蓋和高覆蓋草地呈現了減少的趨勢，其變化的幅度分別為7.48%、6.65%。土地利用在西北地區主要由草地向未利用土地轉變，西南地區由中高覆蓋草地類型轉變為低覆蓋草地類型。1995—2000年，土地利用類型變化主要為不同草地類型、未利用土地和沼澤之間的變化。西北部地區植被覆蓋度增加，中、高覆蓋草地的面積擴張了7.91%、6.32%；未利用土地，沼澤和低覆蓋草地的面積減少了3.07%、0.34%和10.69%。另外，東北部地區部分沼澤地區轉變為低覆蓋草地。2000—2010 年，青藏高原的土地利用類型轉變主要發生在林地、城鎮用地、低覆蓋草地和農田之間。其中，低覆蓋草地和城鎮用地的面積發生擴張，林地和農田的面積減少。東北部地區部分農田轉變為城鎮用地；而東南部地區部分林地轉變為低覆蓋度草地。2010—2015 年土地利用類型變化主要發生在城鎮用地、未利用土地和不同覆蓋草地之間。城鎮用地和中、高覆蓋草地的面積發生了擴張，增幅分別為0.12%、6.75%、4.78%，未利用土地和低覆蓋草地的面積減少，減少的幅度分別為6.32%、2.13%。城鎮用地的擴張主要發生在東北部的小部分地區，主要由未利用土地轉變而來，不同覆蓋度草地之間的轉變發生在中部和東南部。2015—2020 年青藏高原土地利用類型的轉變主要發生未利用土地、林地和不同覆蓋度的草地之間。其中，林地、未利用土地和低覆蓋草地三種土地利用類型的增幅分別為0.17%、8.32%、8.74%，而中、高覆蓋草地減少的幅度分別為7.56%、3.32%。林地的擴張主要發生在東南部，主要由高覆蓋草地轉變而來；未利用土地的增加主要發生在西北部，主要是由低覆蓋草地轉變而來。

圖3 1990—2020年青藏高原土地利用類型分布Fig. 3 Distribution of land use types in the Qinghai-Xizang （Tibet） Plateau from 1990 to 2020

3.2.2 青藏高原氣候變化

1990—2020 年，青藏高原不同區域年降水量、年均氣溫和年均風速在不同時期的變化有很大差異（圖4）。西北部地區，1990—1995 年的年降水量和年均氣溫降低，在之后的15 年間呈增加趨勢，到2010 年后又有所下降。年均風速則在1990—1995年間降低，之后的20 年間先增加后降低，直到2015—2020 年間又增加。在西南部地區，年降水量呈減少的趨勢，除了1995—2000 年和2005—2010年間在增加，年均氣溫在1995—2000 年和2010—2015 年兩個時期在降低，年均風速除了在2010—2015年間增加外都呈降低趨勢。東北部地區，1990—1995 年的年降水量和年均氣溫在下降，而后增加至2010年后又持續下降，年均風速在1990—2010年間減少，在之后的5 年又增加，直至2005 年后又持續減少，在2015—2020 年間又增加。東南部地區，1990—1995年年降水量降低，年均氣溫增加；1995—2000年則相反；而后10年，年降水量下降，年均氣溫增加；直至2010—2015 年，年降水量增加而年均氣溫降低；2015—2020 年又呈現相反的趨勢，年均風速則在1990—2000年間減少，2000年后持續增加。

圖4 青藏高原1990—2020年6個時期氣候因素變化量Fig. 4 Climate factors change during 1990—2020 in the Qinghai-Xizang （Tibet） Plateau

3.3 土地利用和氣候變化引起的生態系統服務變化

3.3.1 土地利用和氣候變化引起的水土保持服務變化

1990—1995 年，氣候變化引起青藏高原西北部和東南部的水土保持服務降低［圖5（a）］，年降水量和年均氣溫降低是其主要影響因素（圖4）。同時，土地利用引起的水土保持服務變化大致呈南增北減的格局［圖5（c）］。此時期內氣候變化對水土保持服務變化的平均貢獻度為72%，而土地利用平均貢獻度為28%。整體上氣候變化主導了青藏高原水土保持服務的變化，土地利用主導的地區主要是西北部由草地向未利用土地轉變的區域（圖3）。1995—2000 年，氣候變化使大部分地區水土保持服務增加，僅在東北和東南的少部分地區減少［圖5（a）］，其主要原因是年降水量和年均氣溫的增加（圖4）。而土地利用引起的水土保持服務變化量則呈南增北減的格局［圖5（c）］。此時氣候變化對水土保持服務變化的平均貢獻度為70%，而土地利用的平均貢獻度為30%。大部分地區水土保持服務變化由氣候變化主導，西南部的部分區域則由土地利用主導［圖5（d）］。2000—2010 年的兩個時期，氣候變化引起水土保持服務在前期呈東北增西南減的格局，而后期則呈東北減西南增的格局［圖5（a）］。此時年降水量的空間變化格局與水土保持服務相似，而年均氣溫在大部分地區都增加，僅在西北的小部分地區有所減少（圖4）；土地利用引起青藏高原大部分地區的水土保持服務增加，僅在西南和西北的小部分區域使水土保持服務減少［圖5（d）］。兩個時期氣候變化對水土保持服務變化的平均貢獻度分別為76%和73%，而土地利用的平均貢獻度分別為24%和27%。大部分地區的水土保持服務變化由氣候變化主導，前期土地利用主導主要發生在中部的小部分地區［圖5（d）］，后期主要發生在東南部的部分地區［圖5（d）］。2010—2020年兩個時期，氣候變化引起水土保持服務在西北地區降低，在東南部和中部則增加。這兩個時期年降水呈現西北減東南增的格局；而年均氣溫在前期大部分地區降低，在東南小部分地區增加，后期則呈南增北減的格局（圖4）。土地利用在前期引起大部分地區的水土保持服務增加，在東南小部分地區減少，后期則呈現出了東南減西北增的格局［圖5（c）］。兩個時期氣候變化對水土保持服務變化的平均貢獻度約為76%，而土地利用的平均貢獻度約為24%；大部分地區水土保持服務變化由氣候變化主導［圖5（b）］，西部則有部分區域由土地利用主導［圖5（d）］。

圖5 不同情景下1990—2020年6個時期水土保持服務的變化量及土地利用和氣候變化的貢獻度［情景1：水土保持服務變化僅由氣候變化引起（a）；氣候變化對水土保持服務變化的貢獻度（b）。情景2：水土保持服務變化僅由土地利用變化引起（c）；土地利用對水土保持服務變化的貢獻度（d）（ΔES（SR）cli為氣候變化引起的水土保持服務變化量，ΔES（SR）lu為土地利用引起的水土保持服務變化量）］Fig. 5 Changes of soil retention service and contributions of land use and climate change under different scenarios in six periods from 1990 to 2020 ［Scenarios 1： soil retention service is caused only by climate change （a）； contribution of climate change to changes in soil retention service （b）. Scenarios 2： soil retention service is caused only by land use change （c）；contribution of land use to changes in soil retention service （d） （ΔES（SR）cli represents the change in soil retention service caused by climate change， ΔES（SR）lu represents the change in soil retention service caused by land use）］

3.3.2 土地利用和氣候變化引起的防風固沙服務的變化

1990—2000 年的兩個時期，氣候變化引起防風固沙服務在中部和北部減少，在西北和東南的小部分地區增加［圖6（a）］。此時，年均風速在大部分地區減小，僅在西北和東部的小部分地區增加，年均氣溫在西北部增加，東南部則減小（圖4）。土地利用在西北部引起防風固沙服務減少，在東南部則使其增加［圖6（c）］。氣候變化對防風固沙服務變化的平均貢獻程度分別約為75%和92%，土地利用的平均貢獻程度分別約為25%和8%。可見，氣候變化主導大部分地區的防風固沙服務變化［圖6（b）］，但西北部草地轉變為未利用土地的區域則由土地利用主導［圖6（d）］。2000—2005年，氣候變化引起大部分地區防風固沙服務增加，僅在西南的小部分地區減少［圖6（a）］。此時青藏高原年均風速在西北、東南和東北等地區增加，西南部分地區減小，年均氣溫除了西北的小部分地區減小，其余的大部分地區都增加［圖4］。土地利用引起防風固沙服務在東南部增加，在西北部減少［圖6（c）］。氣候變化對防風固沙服務變化的平均貢獻度約為93%，土地利用約為7%，氣候變化主導了青藏高原大部分地區的防風固沙服務變化［圖6（b）］，土地利用主導的地區則集中在西南部的小部分地區［圖6（d）］。2005—2020年的3個時期氣候引起防風固沙服務在絕大部分地區減少［圖6（a）］。土地利用引起防風固沙服務在2005—2015 年的兩個時期呈現西北增加東南減小的格局，而在2015—2020 年，土地利用導致大部分地區的防風固沙服務減少，僅在東北和西南的小部分地區增加［圖6（c）］。三個時期氣候變化對防風固沙服務變化的平均貢獻度分別約為89%、82%和83%，土地利用的平均貢獻度分別約為11%、18%和17%。可見，青藏高原大部分地區的防風固沙服務主要由氣候主導［圖6（b）］，土地利用主導的地區則集中在東北部農田變為城鎮用地的地區，引起防風固沙服務的增加，東南部草地變為林地的區域引起了防風固沙服務的增加，而在西北和西南部分地區，土地利用的變化主要為草地轉變為未利用土地，引起了防風固沙服務的減少［圖6（d）］。

圖6 不同情景下1990—2020年6個時期防風固沙服務的變化量及土地利用和氣候變化的貢獻度［情景1：防風固沙服務變化僅由氣候變化引起（a）；氣候變化對防風固沙服務變化的貢獻度（b）。情景2：防風固沙服務變化僅由土地利用變化引起（c）；土地利用對防風固沙服務變化的貢獻度（d）（ΔES（SF）cli為氣候變化引起的防風固沙服務變化量，ΔES（SF）lu為土地利用引起的防風固沙服務變化量）］Fig. 6 Changes of sand fixation service and contributions of land use and climate change under different scenarios in six periods from 1990 to 2020 ［Scenarios 1： sand fixation service is caused only by climate change （a）； contribution of climate change to changes in sand fixation service （b）. Scenarios 2： sand fixation service is caused only by land use change （c）； contribution of land use to changes in sand fixation service （d） （ΔES（SF）cli represents the change in sand fixation service caused by climate change， ΔES（SF）lu represents the change in soil retention service caused by land use）］

4 討論

氣候變化和土地利用對生態系統服務的影響難以量化區分，需要一種能夠量化區分其影響的方法。目前，情景分析被廣泛應用于生態學不同領域的研究［43］，然而在生態系統服務領域應用則較少。通過控制模型變量，可以對不同氣候變化情景和土地利用情景進行模擬［44］，從而得到不同情景下氣候變化和土地利用引起的生態系統服務變化量。Yang 等［45］在對美國肯塔基州生態系統服務的驅動因素研究中，通過土地利用和氣候變化的不同情景確定了主導因素，并同時計算生態系統服務間的權衡關系值。Fu 等［46］運用情景分析研究了半干旱區生態系統服務的驅動因素，相較之前的研究，其時間跨度長，且對不同地貌分區的研究消除了地貌間影響的差異性，但并未區分主導因素。Peng 等［47］在貴州喀斯特地區生態系統服務研究中，設置了土地利用和氣候變化的情景，并通過計算百分比來確定主導因素。但以上研究僅將總研究期分為一個或兩個時期，只能分析空間格局，難以分析土地利用和氣候變化引起生態系統服務變化的時間變化趨勢。而本研究將總研究期分為6 個時期，對每個時期進行情景分析，不僅能夠分析土地利用和氣候變化影響生態系統服務的空間格局，而且能分析其時間變化趨勢。

1990—2020年6個時期的氣候變化對青藏高原大部分地區水土保持服務和防風固沙服務的貢獻度高于70%［圖5（b）、圖6（b）］，氣候變化是引起水土保持服務和防風固沙服務變化的主導因素。降水和氣溫會直接影響土壤水分狀況，進而影響土壤侵蝕。青藏高原大部分地區，土地利用強度較低，年降水量和年均氣溫的變化是這些地區水土保持服務變化的主導因素，馮曉玙等［48］對三江源區的研究也發現了相似規律。而年均風速的變化是引起青藏高原大部分地區防風固沙服務變化的主導因素［圖4（c）、圖6（a）］，主要是因為較高的風速會導致植被破壞和土壤風蝕，直接影響防風固沙服務，Anache 等［49］對巴西塞拉多的研究結果也認為風速是影響防風固沙服務變化的本質因素。另外，氣候變化的其他方面，包括降水模式的變化，極端氣候的增多等，也會導致了生態系統服務的改變或退化。因此，深入研究氣候變化對生態系統服務的影響有助于更好地認識和保護生態系統，為可持續發展提供依據。

土地利用也是引起生態系統服務變化的重要因素，土地利用類型和強度的改變能直接影響到生態系統服務［50］。1990—2020 年青藏高原的土地利用變化主要發生在草地和未利用土地、林地之間的轉變，相應的轉變會引起生態系統服務的變化。草地向未利用土地的轉變導致了青藏高原水土保持服務和防風固沙服務的減少，草地向林地的轉變則導致其增加［圖3、圖5（c）、圖6（c）］。Liu 等［51］和Yang 等［52］的研究發現水土保持和防風固沙服務和荒漠化擴張密切相關，荒漠化擴張時水土保持和防風固沙服務降低，反之則增加。而在青藏高原，生態保護政策促進了青藏高原植被的優化，對水土保持和風沙防護產生了積極的影響。例如：1989 年以來國家和地方政府先后在橫斷山區實施了3期長江流域防護林體系建設工程、兩期天然林資源保護工程和兩期退耕還林還草工程［53-54］，該政策推動了1989—2010 年的植被恢復，草地向林地轉化的面積明顯，部分未利用土地的面積也向草地轉變，植被覆蓋度增加，該地區的水土保持服務和防風固沙服務也在土地利用的作用下逐漸上升。2005 年以來，我國先后啟動實施了《青海三江源自然保護區生態保護和建設總體規劃》和《青海三江源生態保護和建設二期工程規劃》［55］，通過實施退牧還草、禁牧封育、草畜平衡管理等措施進行生態保護，使得三江源地區的草地覆蓋度增加，林地面積也有所增加，主導了三江源部分地區水土保持服務和防風固沙服務增加。2011 年國家發改委正式批復實施《新疆塔里木盆地周邊防沙治沙工程建設規劃》［56］，以人工造林和封沙育林為主要措施，在綠洲外圍封育天然荒漠植被，營造防風固沙防護林，該項目有效地減少了塔里木盆地流域的風沙。可見，在實施相關生態保護政策的地區，土地利用類型發生了明顯的變化，有效增加了部分區域的水土保持和防風固沙服務。

5 結論

本研究分析了1990—2020 年青藏高原土地利用和氣候變化的時空趨勢，評估了水土保持和防風固沙服務，并量化區分了土地利用和氣候變化對水土保持和防風固沙服務的影響。結果表明：青藏高原土地利用類型的轉變主要發生在不同覆蓋度的草地和未利用土地之間，建設用地也有所增加。青藏高原整體年降水量和年均氣溫變化量均呈先減后增再減的波動變化趨勢，而年均風速則是先減后增的變化趨勢；但氣候因素在西北、西南、東北和東南部區域不同時期的變化差異很大。氣候變化主導了青藏高原大部分區域的水土保持服務和防風固沙服務，年降水量和年均氣溫是引起水土保持服務變化的主要影響因素，年均風速則是影響防風固沙服務的主要因素。然而在部分土地利用類型轉變明顯的地區，土地利用成為水土保持和防風固沙服務變化的主導因素。1990—2000 年，青藏高原西北部未利用土地向草地轉變的地區，土地利用主導了水土保持和防風固沙服務增加。2000—2010 年，青藏高原東北部的小部分地區，土地利用由農田向城鎮用地轉變主導了防風固沙服務的增加，西北部的草地向未利用土地轉變主導了水土保持服務和防風固沙服務的減少。2010—2020 年，西北部草地轉變為未利用土地的地區，以及東南部林地轉變為草地的地區，土地利用主導了水土保持和防風固沙服務的減少。可見，將情景分析運用于生態系統服務的影響因素分析，可以量化區分氣候變化和土地利用的影響，為區域土地利用開發及生態保護政策的實施提供科學依據。