1990—2020年土地利用和气候变化对青藏高原生态系统调节服务的影响

何再军， 程江浩， 刘悦俊， 张燕杰

（1. 大理大学 农学与生物科学学院，云南 大理 671003； 2. 大理大学 苍山洱海一体化保护与流域绿色发展云南省高校协同创新中心，云南 大理 671003）

0 引言

生态系统服务是人类从生态系统中获得的各种惠益，是人类社会生存和发展的基础，对人类福祉具有重要意义［1-2］。然而，千年评估的24 项生态系统服务中，有15项（约占60%）处于退化或不可持续的状态，土地利用和气候变化是其主要影响因素［3-4］。生态系统服务包括供给服务、调节服务、支持服务和文化服务四大类［5］，水土保持服务（soil retention service）和防风固沙服务（sand fixation service）是重要的调节服务，指生态系统防止土壤水力侵蚀的调控能力和生态系统对风沙的抑制和固定作用［6］。土壤侵蚀问题是人类生存发展过程中所面临的重大环境问题，它极大地影响着人类社会的可持续发展［7-8］。加剧的土壤侵蚀会造成土壤肥力下降，荒漠化增加，进而造成耕地面积减少，资源流失等问题［9］。全球超过15%的陆地受到不同程度的水力和风力侵蚀，中国西北部是世界上的土壤侵蚀严重区［10-11］。水土保持服务和防风固沙服务是生态系统提供的重要防护型服务，探明其背后的影响因素及影响机制对区域风沙灾害治理、生态环境恢复具有重要意义［12-13］。

气候变化和土地利用是生态系统服务变化的主要影响因素［14-16］。气候变化通过改变生态系统的生物物理过程而影响生态系统的结构和分布，气候变化预计将越来越多地影响生态系统服务［17］。近年来，以降水，气温和风速为代表的气候因素对水土保持服务和防风固沙服务的影响是研究热点。Wang 等［18］发现1989—2011 年气候变化使内蒙古草地的生态系统服务总量下降了33%。此外，研究发现降水和气温的变化会影响植被的变化从而对生态系统服务产生影响［19-21］。同时，土地利用通过改变生态系统的结构和过程，直接或间接影响生态系统服务的供应［22］。Yang 等［23］和Gong 等［24］研究发现，农田转变为草地和林地能增加水土保持和防风固沙服务，而草地向裸地的转化则相反。由于耕地恢复为草原，2000—2010 年中国内蒙古的固沙量提高了约2.5×1011kg［25］。然而，现有研究在探讨气候变化和土地利用对生态系统服务的影响时，很难量化区分气候变化和土地利用对生态系统服务的影响。青藏高原是我国重要的国家生态安全屏障，其脆弱的生态系统对气候变化和人类活动十分敏感［26］。在人类活动和气候变化的影响下，青藏高原的生态环境面临威胁，植被退化、土壤侵蚀加剧，使生态系统服务日益退化［27］。在这一背景下，生态修复成为重要举措，而生态修复的前提是厘清生态系统服务变化的影响因素及其影响机制。然而，青藏高原生态系统服务的影响因素研究较少，而且将土地利用和气候变化分别对生态系统服务的影响定量化是此类研究中的难点。

因此，本研究运用生态系统服务与权衡综合评估模型（InVEST）和修正土壤风蚀方程（RWEQ）评估青藏高原1990—2020 年水土保持和防风固沙服务；并通过情景模拟，量化气候变化和土地利用影响两项服务变化的贡献度，探讨年降水量、年均气温、年均风速和土地利用等因素对两项生态系统服务的影响。本研究量化解析土地利用和气候变化因素对生态系统服务的影响，有助于深入理解土地利用和气候变化对青藏高原生态系统的影响机制，对青藏高原的土地利用政策及生态修复决策具有重要的意义。

1 研究区概况

青藏高原平均海拔4 000 m 以上，被称为“世界屋脊”和“地球第三极”（图1）。青藏高原面积约为257.4×104km2，包括我国西藏自治区、青海省，以及甘肃、新疆、四川和云南省的部分区域，占我国陆地总面积的23%［28］。青藏高原西部和西北部主要为高寒草原，占其总面积43%；位于东部的高寒草甸占总面积的28%；其他地区主要分布着灌丛、阔叶林、针叶林、裸地和温带草原［29］。青藏高原东西部气候差异较大，东南部年平均气温在20 ℃左右，降水量也相应可以达到2 000 mm；而西北地区气温可降至-6 ℃以下，降水量减至50 mm 以下［30］。青藏高原平均风速随地形呈西北向东南减小的趋势，且季节差异十分明显，春季平均风速最大，最大可达3.3 m·s-1，其次是夏季和冬季，一年中秋季最小［31］。

图1 研究区概况Fig. 1 The study area

2 数据与方法

2.1 数据来源及处理

基于145个青藏高原国家气象监测台站1990—2020 年的日尺度降水、气温和10 m 处风速数据（中国气象科学数据共享服务网，http：//cdc. cma. gov.cn），将日尺度数据累加或平均得到各台站的月尺度数据；然后运用ANUSPLIN 进行插值得到青藏高原1 km栅格的月降水量、月平均气温和10 m处月平均风速；再由月数据得到年降水量、年均气温和年均风速。其中，由于RWEQ 的风因子在计算时需要风速数据为2 m 处风速，因此，本研究通过七分之一定理将风速数据进行转换［32-33］。

土地利用数据来自中国科学院资源环境科学与数据中心（http：//www. resdc. cn），在1990—2020年每5 年一期的1 km 栅格全国土地利用基础上提取青藏高原土地利用数据。此数据源的土地利用类型一级分类为耕地、草地、林地、水域、建筑用地和未利用土地。其中，未利用土地是指农用地（直接用于农业生产的土地，包括耕地、林地、草地等）和建设用地以外的土地，主要包括荒草地、盐碱地、沼泽地等。此外，当土地用途变更、土壤贫瘠或退化等导致草地不再适合用于农业或畜牧业时，将此类土地视为未利用土地［34］。为了准确反映土地利用类型的变化情况，本研究将沼泽地单独分类，并将草地按数据源二级分类分为高、中、低覆盖度草地。

土壤数据来源于全国第二次土壤普查典型土种的剖面数据库，及中国1∶100 万土壤数据库（http：//www.geodata.cn）［35］。土壤最大根系埋藏深度用土壤深度来代替［36］，土壤深度数据来源于联合国粮农组织（FAO）和维也纳国际应用系统研究所（IIASA）构建的世界和谐土壤数据库（Harmonized World Soil Database， HWSD）（http：//www.geodata.cn）。

2.2 生态系统服务评估及分析方法

2.2.1 水土保持服务评估

本研究运用InVEST模型的泥沙持留模块（Sediment delivery ratio model，SDR）模拟潜在和实际土壤流失量，将潜在土壤流失与实际土壤流失的差作为土壤保持量，即水土保持服务。InVEST 模型SDR模块的原理即通用土壤流失方程：

式中：SR为土壤保持量；SL为土壤流失量（SLusle为实际土壤流失量，SLrkls为潜在土壤流失量）；R为降雨侵蚀力因子；K为土壤可蚀性因子；LS为坡长和坡度因子；C为植被覆盖因子；P为水土保持措施因子。

InVEST 模型土壤流失模块输入数据和参数包括：栅格数据数字高程模型（DEM）（用于计算坡长和坡度因子LS）、降雨侵蚀力因子（R）、土壤可蚀性因子（K）和土地利用/覆被；矢量数据一级流域、次级流域，以及生物物理系数表（包括土地利用类型代码，植被覆盖因子C和水土保持措施因子P）。本研究运用月降雨量和年降雨量计算降雨侵蚀力因子［37］，运用Sharpley 等［38］的方法估算土壤可蚀性因子，基于归一化植被指数（NDVI）运用像元二分法计算植被覆盖因子。

2.2.2 防风固沙服务评估

防风固沙服务是指一定时期内生态系统防风蚀能力，风蚀指在风作用下地表土壤中的小颗粒和营养物质被吹走、运输和沉积的过程［39］。修正土壤风蚀方程（RWEQ）［40］充分考虑了天气（weather，WF）、土壤可蚀性（soil erodibility，EF）、土壤结皮（soil crust，SCF）、表面粗糙度（surface roughness，K'）和植被（vegetation，C）等因素计算土壤风蚀量。

本研究运用RWEQ 方程，基于1 km 栅格数据先进行月尺度土壤风蚀量计算，再将月尺度数据累加获得年风蚀量。同时计算裸地土壤风蚀量，将裸地土壤风蚀量与植被覆盖的土壤风蚀量之差作为防风固沙量，即防风固沙服务。RWEQ方程如下：

式中：SL为土壤风蚀模数（kg·m-2）；Qmax为风力的最大输沙量（kg·m-1）；S为关键地块长度（m）；Z为地块距上风口的距离（m），本研究取50 m。WF为气象因子；EF为土壤可蚀性因子；SCF为土壤结皮因子；K′为地表粗糙度因子；COG为综合植被覆盖因子。

气象因子是风因子、空气密度、土壤湿度及雪盖因子等对风蚀的综合影响，各因子的具体计算方法参考Fryrear 等［41］的计算公式；土壤可蚀性因子和土壤结皮因子运用土壤结构含量数据进行计算；地表粗糙度因子根据地形坡度进行计算；综合植被因子运用NDVI 提取生长植被和枯萎植被数据进行计算［42］。

2.2.3 定量气候变化和土地利用对生态系统服务的影响

本研究的研究时段为1990—2020 年，每5 年为一个时期，共6个时期，每个时期进行3种情景模拟。情景1：生态系统服务变化仅由气候变化引起（EScli，水土保持服务为ES（SR）cli，防风固沙服务为ES（SF）cli）；情景2：生态系统服务变化仅由土地利用变化引起（ESlu，水土保持服务为ES（SR）lu，防风固沙服务为ES（SF）lu）；情景3：生态系统服务变化由土地利用变化和气候变化共同引起（研究期初始状态记为ES1，期末记为ES2）。以1990—1995年为例，具体见表1。

表1 土地利用和气候变化情景设置（以1990—1995年为例）Table 1 Land use and climate change scenarios setting（1990—1995）

由此经过进一步计算，分别得到气候变化和土地利用引起的生态系统服务变化量（ΔEScli和ΔESlu，水土保持服务为ΔES（SR）cli和ΔES（SR）lu，防风固沙服务为ΔES（SF）cli和ES（SF）lu）。计算方法如下：

式中：ES1为研究期初始状态的生态系统服务值；EScli为情景1 的生态系统服务值；ESlu为情景2 的生态系统服务值；ΔEScli为气候变化引起的生态系统服务变化；ΔESlu为土地利用变化引起的生态系统服务变化。

气候变化和土地利用对生态系统服务的贡献度用以下公式进行量化：

式中：Rcli为气候变化对生态系统服务的贡献度；Rlu为土地利用对生态系统服务的贡献度；ΔEScli为气候变化引起的生态系统服务变化量；ΔESlu为土地利用变化引起的生态系统服务变化量。

3 结果与分析

3.1 青藏高原水土保持和防风固沙服务的时空格局

青藏高原的水土保持服务呈现由东南向西北递减的空间格局［图2（a）］，其主要原因是年降水量由东南向西北递减。水土保持服务高值主要集中在东南部地区（＞100 t·hm-2），低值集中在西北部地区（＜5 t·hm-2）；且随时间变化，西北部水土保持服务呈减少趋势。防风固沙服务的空间变化由西北向东南递减［图2（b）］，其主要原因是年均风速由西北向东南递减。防风固沙服务高值主要集中在西北部地区（＞3.5 t·hm-2），而低值主要集中在东南部地区（＜0.1 t·hm-2）；且随时间变化，西北部防风固沙服务呈减少趋势。

图2 1990—2020年青藏高原水土保持服务和防风固沙服务的空间分布Fig. 2 Spatial distribution of soil retention and sand fixation service in the Qinghai-Xizang （Tibet） Plateau from 1990 to 2020

3.2 青藏高原土地利用变化与气候变化

3.2.1 青藏高原土地利用变化

1990—1995 年，青藏高原土地利用类型变化主要发生在不同覆盖度的草地和未利用土地之间（图3）。相较1990 年，1995 年未利用土地和低覆盖草地的面积发生了扩张，增幅分别为2.88%、11.06%。中覆盖和高覆盖草地呈现了减少的趋势，其变化的幅度分别为7.48%、6.65%。土地利用在西北地区主要由草地向未利用土地转变，西南地区由中高覆盖草地类型转变为低覆盖草地类型。1995—2000年，土地利用类型变化主要为不同草地类型、未利用土地和沼泽之间的变化。西北部地区植被覆盖度增加，中、高覆盖草地的面积扩张了7.91%、6.32%；未利用土地，沼泽和低覆盖草地的面积减少了3.07%、0.34%和10.69%。另外，东北部地区部分沼泽地区转变为低覆盖草地。2000—2010 年，青藏高原的土地利用类型转变主要发生在林地、城镇用地、低覆盖草地和农田之间。其中，低覆盖草地和城镇用地的面积发生扩张，林地和农田的面积减少。东北部地区部分农田转变为城镇用地；而东南部地区部分林地转变为低覆盖度草地。2010—2015 年土地利用类型变化主要发生在城镇用地、未利用土地和不同覆盖草地之间。城镇用地和中、高覆盖草地的面积发生了扩张，增幅分别为0.12%、6.75%、4.78%，未利用土地和低覆盖草地的面积减少，减少的幅度分别为6.32%、2.13%。城镇用地的扩张主要发生在东北部的小部分地区，主要由未利用土地转变而来，不同覆盖度草地之间的转变发生在中部和东南部。2015—2020 年青藏高原土地利用类型的转变主要发生未利用土地、林地和不同覆盖度的草地之间。其中，林地、未利用土地和低覆盖草地三种土地利用类型的增幅分别为0.17%、8.32%、8.74%，而中、高覆盖草地减少的幅度分别为7.56%、3.32%。林地的扩张主要发生在东南部，主要由高覆盖草地转变而来；未利用土地的增加主要发生在西北部，主要是由低覆盖草地转变而来。

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

3.2.2 青藏高原气候变化

1990—2020 年，青藏高原不同区域年降水量、年均气温和年均风速在不同时期的变化有很大差异（图4）。西北部地区，1990—1995 年的年降水量和年均气温降低，在之后的15 年间呈增加趋势，到2010 年后又有所下降。年均风速则在1990—1995年间降低，之后的20 年间先增加后降低，直到2015—2020 年间又增加。在西南部地区，年降水量呈减少的趋势，除了1995—2000 年和2005—2010年间在增加，年均气温在1995—2000 年和2010—2015 年两个时期在降低，年均风速除了在2010—2015年间增加外都呈降低趋势。东北部地区，1990—1995 年的年降水量和年均气温在下降，而后增加至2010年后又持续下降，年均风速在1990—2010年间减少，在之后的5 年又增加，直至2005 年后又持续减少，在2015—2020 年间又增加。东南部地区，1990—1995年年降水量降低，年均气温增加；1995—2000年则相反；而后10年，年降水量下降，年均气温增加；直至2010—2015 年，年降水量增加而年均气温降低；2015—2020 年又呈现相反的趋势，年均风速则在1990—2000年间减少，2000年后持续增加。

图4 青藏高原1990—2020年6个时期气候因素变化量Fig. 4 Climate factors change during 1990—2020 in the Qinghai-Xizang （Tibet） Plateau

3.3 土地利用和气候变化引起的生态系统服务变化

3.3.1 土地利用和气候变化引起的水土保持服务变化

1990—1995 年，气候变化引起青藏高原西北部和东南部的水土保持服务降低［图5（a）］，年降水量和年均气温降低是其主要影响因素（图4）。同时，土地利用引起的水土保持服务变化大致呈南增北减的格局［图5（c）］。此时期内气候变化对水土保持服务变化的平均贡献度为72%，而土地利用平均贡献度为28%。整体上气候变化主导了青藏高原水土保持服务的变化，土地利用主导的地区主要是西北部由草地向未利用土地转变的区域（图3）。1995—2000 年，气候变化使大部分地区水土保持服务增加，仅在东北和东南的少部分地区减少［图5（a）］，其主要原因是年降水量和年均气温的增加（图4）。而土地利用引起的水土保持服务变化量则呈南增北减的格局［图5（c）］。此时气候变化对水土保持服务变化的平均贡献度为70%，而土地利用的平均贡献度为30%。大部分地区水土保持服务变化由气候变化主导，西南部的部分区域则由土地利用主导［图5（d）］。2000—2010 年的两个时期，气候变化引起水土保持服务在前期呈东北增西南减的格局，而后期则呈东北减西南增的格局［图5（a）］。此时年降水量的空间变化格局与水土保持服务相似，而年均气温在大部分地区都增加，仅在西北的小部分地区有所减少（图4）；土地利用引起青藏高原大部分地区的水土保持服务增加，仅在西南和西北的小部分区域使水土保持服务减少［图5（d）］。两个时期气候变化对水土保持服务变化的平均贡献度分别为76%和73%，而土地利用的平均贡献度分别为24%和27%。大部分地区的水土保持服务变化由气候变化主导，前期土地利用主导主要发生在中部的小部分地区［图5（d）］，后期主要发生在东南部的部分地区［图5（d）］。2010—2020年两个时期，气候变化引起水土保持服务在西北地区降低，在东南部和中部则增加。这两个时期年降水呈现西北减东南增的格局；而年均气温在前期大部分地区降低，在东南小部分地区增加，后期则呈南增北减的格局（图4）。土地利用在前期引起大部分地区的水土保持服务增加，在东南小部分地区减少，后期则呈现出了东南减西北增的格局［图5（c）］。两个时期气候变化对水土保持服务变化的平均贡献度约为76%，而土地利用的平均贡献度约为24%；大部分地区水土保持服务变化由气候变化主导［图5（b）］，西部则有部分区域由土地利用主导［图5（d）］。

图5 不同情景下1990—2020年6个时期水土保持服务的变化量及土地利用和气候变化的贡献度［情景1：水土保持服务变化仅由气候变化引起（a）；气候变化对水土保持服务变化的贡献度（b）。情景2：水土保持服务变化仅由土地利用变化引起（c）；土地利用对水土保持服务变化的贡献度（d）（ΔES（SR）cli为气候变化引起的水土保持服务变化量，ΔES（SR）lu为土地利用引起的水土保持服务变化量）］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 土地利用和气候变化引起的防风固沙服务的变化

1990—2000 年的两个时期，气候变化引起防风固沙服务在中部和北部减少，在西北和东南的小部分地区增加［图6（a）］。此时，年均风速在大部分地区减小，仅在西北和东部的小部分地区增加，年均气温在西北部增加，东南部则减小（图4）。土地利用在西北部引起防风固沙服务减少，在东南部则使其增加［图6（c）］。气候变化对防风固沙服务变化的平均贡献程度分别约为75%和92%，土地利用的平均贡献程度分别约为25%和8%。可见，气候变化主导大部分地区的防风固沙服务变化［图6（b）］，但西北部草地转变为未利用土地的区域则由土地利用主导［图6（d）］。2000—2005年，气候变化引起大部分地区防风固沙服务增加，仅在西南的小部分地区减少［图6（a）］。此时青藏高原年均风速在西北、东南和东北等地区增加，西南部分地区减小，年均气温除了西北的小部分地区减小，其余的大部分地区都增加［图4］。土地利用引起防风固沙服务在东南部增加，在西北部减少［图6（c）］。气候变化对防风固沙服务变化的平均贡献度约为93%，土地利用约为7%，气候变化主导了青藏高原大部分地区的防风固沙服务变化［图6（b）］，土地利用主导的地区则集中在西南部的小部分地区［图6（d）］。2005—2020年的3个时期气候引起防风固沙服务在绝大部分地区减少［图6（a）］。土地利用引起防风固沙服务在2005—2015 年的两个时期呈现西北增加东南减小的格局，而在2015—2020 年，土地利用导致大部分地区的防风固沙服务减少，仅在东北和西南的小部分地区增加［图6（c）］。三个时期气候变化对防风固沙服务变化的平均贡献度分别约为89%、82%和83%，土地利用的平均贡献度分别约为11%、18%和17%。可见，青藏高原大部分地区的防风固沙服务主要由气候主导［图6（b）］，土地利用主导的地区则集中在东北部农田变为城镇用地的地区，引起防风固沙服务的增加，东南部草地变为林地的区域引起了防风固沙服务的增加，而在西北和西南部分地区，土地利用的变化主要为草地转变为未利用土地，引起了防风固沙服务的减少［图6（d）］。

图6 不同情景下1990—2020年6个时期防风固沙服务的变化量及土地利用和气候变化的贡献度［情景1：防风固沙服务变化仅由气候变化引起（a）；气候变化对防风固沙服务变化的贡献度（b）。情景2：防风固沙服务变化仅由土地利用变化引起（c）；土地利用对防风固沙服务变化的贡献度（d）（ΔES（SF）cli为气候变化引起的防风固沙服务变化量，ΔES（SF）lu为土地利用引起的防风固沙服务变化量）］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 讨论

气候变化和土地利用对生态系统服务的影响难以量化区分，需要一种能够量化区分其影响的方法。目前，情景分析被广泛应用于生态学不同领域的研究［43］，然而在生态系统服务领域应用则较少。通过控制模型变量，可以对不同气候变化情景和土地利用情景进行模拟［44］，从而得到不同情景下气候变化和土地利用引起的生态系统服务变化量。Yang 等［45］在对美国肯塔基州生态系统服务的驱动因素研究中，通过土地利用和气候变化的不同情景确定了主导因素，并同时计算生态系统服务间的权衡关系值。Fu 等［46］运用情景分析研究了半干旱区生态系统服务的驱动因素，相较之前的研究，其时间跨度长，且对不同地貌分区的研究消除了地貌间影响的差异性，但并未区分主导因素。Peng 等［47］在贵州喀斯特地区生态系统服务研究中，设置了土地利用和气候变化的情景，并通过计算百分比来确定主导因素。但以上研究仅将总研究期分为一个或两个时期，只能分析空间格局，难以分析土地利用和气候变化引起生态系统服务变化的时间变化趋势。而本研究将总研究期分为6 个时期，对每个时期进行情景分析，不仅能够分析土地利用和气候变化影响生态系统服务的空间格局，而且能分析其时间变化趋势。

1990—2020年6个时期的气候变化对青藏高原大部分地区水土保持服务和防风固沙服务的贡献度高于70%［图5（b）、图6（b）］，气候变化是引起水土保持服务和防风固沙服务变化的主导因素。降水和气温会直接影响土壤水分状况，进而影响土壤侵蚀。青藏高原大部分地区，土地利用强度较低，年降水量和年均气温的变化是这些地区水土保持服务变化的主导因素，冯晓玙等［48］对三江源区的研究也发现了相似规律。而年均风速的变化是引起青藏高原大部分地区防风固沙服务变化的主导因素［图4（c）、图6（a）］，主要是因为较高的风速会导致植被破坏和土壤风蚀，直接影响防风固沙服务，Anache 等［49］对巴西塞拉多的研究结果也认为风速是影响防风固沙服务变化的本质因素。另外，气候变化的其他方面，包括降水模式的变化，极端气候的增多等，也会导致了生态系统服务的改变或退化。因此，深入研究气候变化对生态系统服务的影响有助于更好地认识和保护生态系统，为可持续发展提供依据。

土地利用也是引起生态系统服务变化的重要因素，土地利用类型和强度的改变能直接影响到生态系统服务［50］。1990—2020 年青藏高原的土地利用变化主要发生在草地和未利用土地、林地之间的转变，相应的转变会引起生态系统服务的变化。草地向未利用土地的转变导致了青藏高原水土保持服务和防风固沙服务的减少，草地向林地的转变则导致其增加［图3、图5（c）、图6（c）］。Liu 等［51］和Yang 等［52］的研究发现水土保持和防风固沙服务和荒漠化扩张密切相关，荒漠化扩张时水土保持和防风固沙服务降低，反之则增加。而在青藏高原，生态保护政策促进了青藏高原植被的优化，对水土保持和风沙防护产生了积极的影响。例如：1989 年以来国家和地方政府先后在横断山区实施了3期长江流域防护林体系建设工程、两期天然林资源保护工程和两期退耕还林还草工程［53-54］，该政策推动了1989—2010 年的植被恢复，草地向林地转化的面积明显，部分未利用土地的面积也向草地转变，植被覆盖度增加，该地区的水土保持服务和防风固沙服务也在土地利用的作用下逐渐上升。2005 年以来，我国先后启动实施了《青海三江源自然保护区生态保护和建设总体规划》和《青海三江源生态保护和建设二期工程规划》［55］，通过实施退牧还草、禁牧封育、草畜平衡管理等措施进行生态保护，使得三江源地区的草地覆盖度增加，林地面积也有所增加，主导了三江源部分地区水土保持服务和防风固沙服务增加。2011 年国家发改委正式批复实施《新疆塔里木盆地周边防沙治沙工程建设规划》［56］，以人工造林和封沙育林为主要措施，在绿洲外围封育天然荒漠植被，营造防风固沙防护林，该项目有效地减少了塔里木盆地流域的风沙。可见，在实施相关生态保护政策的地区，土地利用类型发生了明显的变化，有效增加了部分区域的水土保持和防风固沙服务。

5 结论

本研究分析了1990—2020 年青藏高原土地利用和气候变化的时空趋势，评估了水土保持和防风固沙服务，并量化区分了土地利用和气候变化对水土保持和防风固沙服务的影响。结果表明：青藏高原土地利用类型的转变主要发生在不同覆盖度的草地和未利用土地之间，建设用地也有所增加。青藏高原整体年降水量和年均气温变化量均呈先减后增再减的波动变化趋势，而年均风速则是先减后增的变化趋势；但气候因素在西北、西南、东北和东南部区域不同时期的变化差异很大。气候变化主导了青藏高原大部分区域的水土保持服务和防风固沙服务，年降水量和年均气温是引起水土保持服务变化的主要影响因素，年均风速则是影响防风固沙服务的主要因素。然而在部分土地利用类型转变明显的地区，土地利用成为水土保持和防风固沙服务变化的主导因素。1990—2000 年，青藏高原西北部未利用土地向草地转变的地区，土地利用主导了水土保持和防风固沙服务增加。2000—2010 年，青藏高原东北部的小部分地区，土地利用由农田向城镇用地转变主导了防风固沙服务的增加，西北部的草地向未利用土地转变主导了水土保持服务和防风固沙服务的减少。2010—2020 年，西北部草地转变为未利用土地的地区，以及东南部林地转变为草地的地区，土地利用主导了水土保持和防风固沙服务的减少。可见，将情景分析运用于生态系统服务的影响因素分析，可以量化区分气候变化和土地利用的影响，为区域土地利用开发及生态保护政策的实施提供科学依据。