赤水河流域生态系统服务权衡/协同的地形梯度解析与机器学习模型应用

　　 摘要:

地形梯度在景观格局的形成与演变过程中发挥着至关重要的作用，它深刻影响区域自然与社会资源的空间分布及要素流动，从而对生态系统服务及其相互关系产生深远影响。以赤水河流域为例，选取产水量、土壤保持、碳储量、生境质量、景观美学和粮食生产6类关键生态系统服务进行评估，运用基于对象的地形梯度分析法和空间叠置法探讨生态系统服务权衡/协同关系的时空演变规律，最后引入XGBoost-SHAP模型进行影响因素分析，揭示各特征变量的贡献程度和作用方向。结果表明：（1）2000年至2020年，赤水河流域生态系统服务平均物质量增加的为粮食产量、土壤保持和产水量，平均物质量下降的为碳储量、生境质量和景观美学，生态系统服务呈现显著的权衡特征。（2）权衡协同表现出地形梯度响应特征：20年来强权衡面积减少，弱权衡面积增加；高协同总体在中低梯度地形区（I、II、III）稳定或略增，在高梯度地形区（IV、V）减少，而低协同在平地与低丘（I）增加，在其他梯度减少；耕地减少、林地恢复会促进弱权衡与高协同，推动全域生态压力梯度递减。（3）植被、人类活动和地形因子是流域生态系统服务权衡/协同关系演变的关键驱动因素。NDVI作为核心生态参数在调控中发挥主导作用，高强度人类活动通过削弱植被健康度以加剧权衡，地形因子决定了生态系统服务空间分布的基础格局，三者共同构成“自然基底-生态表征-人为扰动”的驱动体系。