内蒙古农业大学生态水文与遥感大数据团队研究生在《Earth's Future》以第一作者发文

期刊：Earth's Future

期刊分区：中科院一区top

影响因子：8.2

第一作者：杨林

通讯作者：张圣微教授

发表时间：2026年2月

原文链接：

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025EF006636

文献介绍

  生态要素主要影响生态服务供给，社会要素主要影响人类需求。供求关系描述了社会系统和生态系统之间的相互作用。基于此生态理论，研究构建了以生态系统为路径的要素-结构-生态系统网络框架，如下图所示。

图1 要素-结构-生态系统网络框架图。网络链路使用路径系数进行分级显示，供需关系通过供需比表达

  社会-生态网络的构建包括三个步骤：（a）根据研究背景与目的，选择合适的生态服务功能、社会要素和生态要素作为网络节点。(b)对2000-2020年，计算了生态要素对生态供给以及社会要素对生态需求的路径系数。路径系数可以有效表明多要素对生态服务的共同影响结果。(c)对节点和链接进行了网络组合，以创建网络的可视化。

图4  2000年至2020年的网络动态，网络链接用路径系数表示，其中实线表示正关系，虚线表示负关系，线的粗细是路径系数的大小。(a)为2000年，(b)为 2005年，(c)为 2010年，(d)为2015年，(e)为2020年

生态系统服务（ES）的定量评价。研究利用InVEST模型计算了产水量（WY）、生境质量（HQ）和碳储量（CS）。食物生产（FP）则通过作物种植结构数据与作物NDVI值的空间化处理获得。为分析供需关系，引入了供需比指标（MD-SD）和供需协调指数（CD-SD）。MD-SD大于0表示盈余，小于0表示短缺；CD-SD趋近1表示供需高度协调。

图5 要素-结构-生态系统网络框架图。网络链接使用路径系数分层显示，供需关系用供需比表示

  构建要素-结构-生态网络框架。这是文章的核心方法论。研究采用结构方程模型（SEM）作为底层工具，使用R语言中的lavaan包进行运算。在模型中，社会和生态因子被设定为外生变量（Exogenous variables），而生态系统服务被设定为内生变量（Endogenous variables）。通过对数据进行标准化处理，利用最大似然估计法计算路径系数。这些路径系数不仅代表了影响方向，还直观地反映了影响程度，从而将复杂的社会-生态交互作用转化为可视化的网络连接。

  网络参数的动态演变分析。作者重点提取了网络密度和网络连通性两个指标。分析显示，水资源保育服务在早期受NDVI和降水共同调节，而后期降水成为主导因子。社会经济指标（人口、GDP）对需水量的影响逐渐减弱，网络密度从2000年的5下降到2020年的1，这证明了农业灌溉需水量与宏观社会经济增长的脱钩，即农业结构本身而非人口规模才是决定性因素。

  空间格局分析与政策启示。通过空间叠加分析，作者绘制了2020年各项ES的空间格局图。结果发现高值区多集中在东部和中部。通过路径系数排名，发现NDVI和种植结构对网络稳定性的贡献最大。这提示决策者，优化作物种植配比（如调控耗水作物面积）是实现流域可持续管理的最直接手段

图62020年河套地区生态系统服务及关键要素空间分布。(a)节水供给空间格局(WY)；(b)是栖息地质量的空间格局；(c)显示碳汇供给模式(CS)；(d)是食物供应的空间格局（FP）；(e)为生态要素归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index)的空间格局；(f)为社会要素种植结构的空间格局

研究结论

  以河套所在流域尺度为研究区域，构建了以生态服务功能为桥梁的要素-结构-生态系统网络，探讨了2000 - 2020年河套区域生态及社会要素对生态服务的动态变化，并融入种植结构数据分析生态系统服务供需关系。研究表明，降雨等气象要素对生态供给关系的影响正迅速减弱。在此驱动模式下，社会生态网络表现出显著的解耦趋势。此外，在2000-2010年，以人口和国内生产总值为需求的社会要素发挥着重要作用，2010-2020年人口等社会要素对需求影响较小。在生态服务供需关系中，均表现出盈余，且碳源盈余量较大。种植结构以及土地利用强度表明，生态系统在2010-2020年逐年趋于稳定，但生境质量仍有0.32的退化程度。基于社会-结构-生态系统网络框架，将生态系统服务作为桥梁，为分析社会发展与生态环境协同发展提供了一个新的视角。研究为促进可持续发展提供了有效的参考和政策启示。