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生态系统是指生活在特定区域的所有生物体及生物体相互作用的环境的物理组成部分 [1] 。生态系统服务被认为是人类从生态系统中获得的福利，即人类直接或间接地从保障其生存和生活质量的生态系统中获得的利益，包括供给服务、调节服务和直接造福人类的文化服务，以及生态系统生产所有其他服务所必需的支持服务。
近年来，随着生态系统服务理论研究的不断深入，主流观点认为，生态系统服务与人类社会经济发展息息相关，其具有调节自然环境的功能，不仅为人类提供了适宜生存的生态环境，而且是人类经济发展所需生产资料的主要来源。在人类社会经济发展与生态系统服务保护之间的平衡中，粮食生产问题最为典型。20世纪，全球范围内的粮食产量一直保持较高的增速，可满足世界人口的需求。但未来人口发展研究的预测结果显示，到2030年，全球人口将增加到近80亿人左右，新增人口部分的粮食需求庞大，如何在现有环境成本与高农业生产效率的基础上保持粮食生产速度以满足人类需要，是全球生态系统与人类共同面临的巨大挑战 [2] 。
在生态系统服务理论中，粮食生产作为人类社会经济发展的根基，不仅直接影响农产品供给，还与生物多样性、水源涵养、养分循环、固碳释氧等诸多生态系统服务密切相关。具体到区域尺度的生态系统，农业供给、牧业供给等是具有代表性的粮食生产生态系统服务，要了解并掌握其所提供服务量的大小、空间分布情况，需要对其时空演化规律进行深入研究。因不同地域的自然生态环境存在差异，其所依赖的关键生态系统服务类型也不尽相同，在提高区域粮食生产能力时，需要对其进行甄别与具体的量化研究。世界自然资源有限的客观现实和粮食产量持续增加的重要发展需求，势必会影响甚至损失部分相关联的生态系统服务，其最终产生的影响是正面的还是负面的？损耗其他生态系统服务将有怎样的代价与利弊？这些是管理者和利益相关者所面临的主要研究任务。由此可见，包括农业供给、牧业供给在内的区域关键生态系统服务组合的空间演化、权衡与协同关系、影响机制已成为备受关注并亟待解答的科学问题。
未来主要研究方向如下。
（1）区域尺度的生态系统服务差异性供给研究为地区社会经济发展提供必要性支持。区域尺度的生态系统服务的重要研究目标是发现并量化人类从区域自然环境中实际获取的各种福利，即确定可获取的主要生态系统服务的组成、结构类型及大小等。区域间生态系统类型组合和社会经济发展程度的差异，使得不同区域生态系统服务的主导类型和服务簇（同一区域内，由多种生态系统服务构成的组合 [3] ）的多样性构成均存在显著差异。例如，农业产业布局与分区管理多围绕与农业生产相关的要素条件展开，但在实际管理中，不仅要发展现代高效农业，还要关注有可能引发的各种生态系统问题。在生态系统服务理论研究中，对生态系统服务簇的供需进行匹配度和协调度量化研究，可重新解释农业生态分区管理，实现生态环境保护与农业资源高效利用之间的合理调配及可持续利用理念 [4] 。
（2）优化区域的生产、生活与生态空间布局，实现资源合理配置已成为区域社会经济发展的重要管理目标 [5] 。生态系统服务理论具有独特的生态系统服务空间分布视角，能很好地解读区域的“三生”功能 [6] ，为我国的国土空间开发提供重要的理论支持 [7] 。区域生态系统服务的时空演化差异直接影响区域国土空间开发中生产、生活、生态空间的布局 [8] 。以生境差异较大的内蒙古自治区（以下简称内蒙古）为例，通过对粮食供给、肉类供给、羊毛供给、产水、土壤保持、生境维持和固碳释氧等主要生态系统服务进行量化及空间分异研究，将其划分为西部荒漠生态脆弱区、中部草原水土保持区、东部草原牧业盈余区、东部森林生态均衡区4种生态功能分区，以保证区域生产与生态之间的良性循环 [9] 。其中，东部草原牧业盈余区存在内部功能空间分异，其具有代表性的生态系统服务的时空演化趋势是本书的研究目标之一。
（3）区域生态系统服务间复杂的权衡与协同关系研究是可持续发展理论的应用方向。在管理和利用有限的自然资源时 [10] ，势必要在实现众多生态系统服务目标所需的消耗成本中做出取舍 [11，12] ，即在生态系统服务间权衡利弊。因此，厘清区域尺度生态系统服务权衡与协同关系，进而了解人类活动对自然生态环境演化规律可能的影响，可为实现区域可持续发展提供科学依据。
内蒙古西辽河平原区位于北方生态安全屏障带的东北区，以草地生态系统和农业生态系统为主，具有很高的生态系统调节服务和供给服务价值，也是重要的国家粮食安全保障区 [13] 。因西辽河平原区地处干旱、半干旱地区，自然环境条件年际和季节变化较大，加之受人类活动影响的大小和范围逐年增加 [14] ，因此其提供的生态系统服务之间更容易产生权衡或协同作用，其作用程度也会随着自然和社会环境的变化不断发生改变。
首先，内蒙古长期以来面临严重的土壤风蚀生态问题 [15] ，而西辽河平原区的防风固沙服务价值较高，在众多生态系统服务类型中具有重要地位 [16] 。引发内蒙古中部地区不同强度土壤风蚀变化的主导控制因素有风场强度变化、归一化植被指数、干燥度等自然环境要素，以及为保护草地生态系统所实施的退耕还林还草、草场围封、禁轮休牧等人为环境要素 [17] 。关于植被固沙能力实验的研究结果显示，植被生物量与防风固沙作用成非线性正相关关系，并与地表粗糙度 [18] 、植被种类、种植格局和植物枝叶特定结构息息相关 [19，20] 。与此同时，具有固沙作用的植被的出苗及生长还会受到风蚀沙埋与水资源的影响 [21] 。因此，综合考虑上述普适性环境因素和特殊区域因素的影响，在了解西辽河平原区的防风固沙服务时空变化的基础上，需要进一步探究如何更好地可持续管理其影响因素，这有助于改善地表环境，避免土壤风蚀加剧，使防风固沙服务能够保持良好增长 [22] 。
其次，西辽河平原区水源涵养服务的自身时空演化及其他生态系统服务间的权衡或协同作用演化趋势是非常重要的研究方向。自2000年以来，受气候变化 [23] 、植被覆盖减少 [24] 、上游来水被过度截留 [25] 、水资源利用不合理等 [26，27] 因素的影响，西辽河平原区出现湖泊和地表径流急剧减少 [28] 及中下游干流持续多年断流 [29，30] 等相关水生态问题，打破了原有的水资源平衡，水源涵养服务供给出现时空分异 [31] 。在水资源循环中，降水量和地表水直接影响地下水补给 [32] ，前者是地下水的最大补给源，直接影响西辽河平原区地下水埋深 [33] ；后者则受降水量的影响，地表水对地下水埋深的补给减少会导致地下水水位出现局部下降。1961—2014年西辽河平原区降水量的变化趋势研究显示，自2000年以来，降水量呈现明显下降趋势 [23，34，35] ；随着西辽河平原区地下水水位逐年下降，地下水埋深无法满足草原植被根系的吸水深度需求 [36，37] ，直接导致植被覆盖度减小，以羊草草原为主的草原植被出现逆向演替及优质牧草种类、产量下降 [38] 等一系列生态问题。水源涵养服务作为一项重要的生态系统调节服务 [39] ，是直接或间接影响其他生态系统服务大小与决定整体生态系统服务质量的基础 [40] ，其时空变化会引起其他生态系统服务间权衡或协同关系的变化 [41] 。导致草地生态系统和农业生态系统的水源涵养服务时空异质变化的原因不尽相同 [42] ，其影响程度也会随自然环境的变化和人类活动强度的变化发生改变 [43] 。
在西辽河平原区内，中部的西辽河干流沿岸基本为灌溉型的农业生态系统；西辽河干流以北以旱作型农业生态系统为主，部分为草地生态系统；西辽河干流以南以草地生态系统为主，小部分为旱作型农业生态系统 [44] 。西辽河平原区生态系统类型的分布特征奠定了第一产业的空间分布格局，由南向北依次为牧业、农业和农牧业 [45] 。其中，西辽河平原区生态系统的供给服务对人类的生存和社会经济发展具有最为直接、有形的影响，主要包括农业供给服务、牧业供给服务、林业供给服务、开发建设服务、人口居住服务等，因为农、牧、林三种供给服务的大小均与植被覆盖度和植被长势密切相关 [46，47] ，所以在计算相应供给服务时，需要考虑纳入归一化植被指数指标。进一步的研究则需要考察各生态系统供给服务间是否存在相关性关系，包括是简单线性相关亦或非线性相关、相关性大小如何，从而判断生态系统供给服务间的权衡与协同关系及变化趋势，为提供最大化的总生态系统供给服务奠定理论基础。
在人类社会经济发展进程中，除了自身生存环境存在诸多生态问题，在获取生态系统供给服务的过程中，在已知或未知情况下引起生态系统调节服务的权衡或协同作用，是否会导致已有生态问题进一步恶化及如何应对等，均为现实生产生活中亟待解决的问题。例如，水资源供需失衡，水资源供给缺口在规模和分布范围上逐渐扩大 [48] ；农业产品的需求量不断增加，但土壤沙化、土壤层变薄导致土壤腐殖质减少，加之干旱等原因，使得作物减产；畜牧业发展面临草地质量下降的客观现实，只能通过草地超载放牧来维持畜牧数量，加剧了草场的进一步退化，进而形成恶性循环；在全球气候变化背景下，区域降水量、气温和大风日数等气象要素正朝着不利于各生态系统服务增加的方向发展；在使生态系统服务提供更多的农业和牧业供给服务的过程中，可能会干扰生态系统调节服务的供给平衡 [49] 。