丝绸之路中国段生态系统服务时空演变机制及其非线性阈值

doi:10.12118/j.issn.1000-6060.2025.503

干旱区地理 ›› 2026, Vol. 49 ›› Issue (7): 1445-1456.doi: 10.12118/j.issn.1000-6060.2025.503 cstr: 32274.14.ALG2025503

丝绸之路中国段生态系统服务时空演变机制及其非线性阈值

周莹洁¹^,²^,³(), 陈浩¹^,²^,³()

¹ 广州市城市规划勘测设计研究院有限公司，广东广州 510060
² 广州市资源规划和海洋科技协同创新中心，广东广州 510060
³ 广东省城市感知与监测预警企业重点实验室，广东广州 510060

收稿日期:2025-08-19 修回日期:2025-09-28 出版日期:2026-07-25 发布日期:2026-07-07
通讯作者: 陈浩（1995-），男，硕士，工程师，主要从事自然资源数据监测及分析. E-mail: chen_giser@163.com
作者简介:周莹洁（1997-），女，硕士，工程师，主要从事城市规划理论与方法研究. E-mail: zhouyj36@126.com
基金资助:
国家重点研发计划(2022YFC3800704-2)

Spatiotemporal evolution mechanisms and nonlinear thresholds of ecosystem services in the Chinese section of the Silk Road

ZHOU Yingjie¹^,²^,³(), CHEN Hao¹^,²^,³()

¹ Guangzhou Urban Planning & Design Survey Research Institute Co. Ltd., Guangzhou 510060, Guangdong, China
² Collaborative Innovation Center for Natural Resources Planning and Marine Technology of Guangzhou, Guangzhou 510060, Guangdong, China
³ Guangdong Enterprise Key Laboratory for Urban Sensing Monitoring and Early Warning, Guangzhou 510060, Guangdong, China

Received:2025-08-19 Revised:2025-09-28 Published:2026-07-25 Online:2026-07-07

摘要/Abstract

摘要：

丝绸之路中国段地处中国西北内陆，既是连接亚欧大陆的重要经济与文化通道，也是国家关键生态安全屏障，兼具高度生态敏感性与多元化生态服务功能。基于InVEST模型与约束线法，系统评估了1990—2024年丝绸之路中国段5项生态系统服务供应（水源涵养、水土保持、固碳、水质净化、生境支持）的时空演变特征和驱动机制及其阈值。结果表明：（1）丝绸之路中国段5项生态系统服务具有显著的时空异质性，空间上以“新疆北部-河西走廊”为高值核心区，整体呈“西高东低”的分布格局；时间上，除水源涵养服务（先增后减）、固碳服务（持续减弱）外，水土保持、水质净化、生境支持服务整体呈波动增强趋势。（2） 5项生态系统服务受10个生态-社会经济驱动因素影响，其中气候（年平均降水量、年平均蒸散量）与土地利用（林草、耕地、建设用地面积占比）作用最显著；驱动因素对生态系统服务呈现4类非线性（抛物线型、正凸型、凸波型、反指数型）和2类线性（正线型、反线型）约束作用，共识别出22个关键阈值。研究揭示了干旱区生态服务驱动的非线性机制与安全阈值，完善了干旱区生态系统服务阈值理论，可为丝绸之路中国段生态-经济协同管理及生态安全屏障建设提供方法参考与量化决策依据。

关键词: 生态系统服务, 驱动因素, 非线性阈值, 约束线法, 丝绸之路中国段

Abstract:

The Chinese section of the Silk Road, situated in northwest China, functions as both a pivotal economic-cultural corridor connecting Eurasia and a critical ecological security barrier, distinguished by its high ecological sensitivity and diverse ecosystem services. This study employed a systematic approach to assess the spatiotemporal dynamics, drivers, and thresholds of five ecosystem services (water conservation, soil retention, carbon sequestration, water purification, and habitat support) from 1990 to 2024. InVEST models, in conjunction with the constraint line method, were utilized to conduct this analysis. The results indicate that (1) The five services exhibited significant spatial-temporal heterogeneity, with a high-value core in northern Xinjiang and the Hexi Corridor, forming a “high west-low east” pattern. The temporal dynamics of the water conservation exhibited an initial increase, followed by a subsequent decline. Concurrently, the carbon sequestration exhibited a continuous decrease, while soil retention, water purification, and habitat support demonstrated fluctuating increases. (2) Five ecosystem services are influenced by ten eco-socioeconomic factors, among which climate (mean annual precipitation and mean annual evapotranspiration) and land use (the proportion of forest-grassland, cropland, and construction land area) played dominant roles. The services responded to drivers via four nonlinear (parabolic, convex, wavy, and inverse exponential) and two linear patterns. A total of 22 key thresholds were identified. This study underscores the nonlinear mechanisms and safety thresholds of ecosystem services in arid regions, contributes to the advancement of threshold theory, and offers methodological and quantitative insights into eco-economic management and the construction of ecological security barriers in the Silk Road region.

Key words: ecosystem services, driving forces, nonlinear threshold, constraint line method, Chinese section of the Silk Road

周莹洁, 陈浩. 丝绸之路中国段生态系统服务时空演变机制及其非线性阈值[J]. 干旱区地理, 2026, 49(7): 1445-1456.

ZHOU Yingjie, CHEN Hao. Spatiotemporal evolution mechanisms and nonlinear thresholds of ecosystem services in the Chinese section of the Silk Road[J]. Arid Land Geography, 2026, 49(7): 1445-1456.

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数据名称	分辨率	来源
高程数据	30 m	中国科学院资源环境科学数据平台（http://www.resdc.cn/）
坡度数据	30 m	中国科学院资源环境科学数据平台（http://www.resdc.cn/）
土地利用数据	30 m	中国科学院资源环境科学数据平台（http://www.resdc.cn/）
年降水量数据	1 km	青藏高原数据中心（https://data.tpdc.ac.cn）
年平均蒸散量	1 km	青藏高原数据中心（https://data.tpdc.ac.cn）
土壤数据	500 m	世界土壤数据库（https://poles.tpdc.ac.cn/zh-hans/data/844010ba-d359-4020bf76-2b58806f9205/）
年最大归一化植被指数逐月数据	1 km	MOD13Q1数据产品（https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/）
GDP数据	1 km	地理空间数据云（http://www.gscloud.cn/sources）
人口密度数据	1 km	全球人口数据集（https://www.nature.com/articles/sdata20174/）

类型	潜在驱动因素	选择原因
气候	年平均气温、年最高气温、年平均降水量、年平均蒸散量	影响区域植被生长发育、大气环流和水循环
地形	高程、坡度	影响区域降水量、气温、蓄水量等发生垂直或者横向变化
植被覆盖	年最大归一化植被指数	准确反映地表植被覆盖状况
土地利用	1 hm²栅格内的草地、耕地、建设用地、林地面积占比	反映人类干预自然行为，与维持生态系统运转的生物物理过程相关
社会-经济活动	GDP、人口密度、夜间灯光指数、道路密度、与道路距离、河网水系密度、与河网水系距离	表征了生态系统服务需求的强度，反映了人类对自然资源的利用程度；揭示人类对自然系统的干预程度及其改造潜力

丝绸之路中国段生态系统服务时空演变机制及其非线性阈值

Spatiotemporal evolution mechanisms and nonlinear thresholds of ecosystem services in the Chinese section of the Silk Road

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