西部大开发政策的实施为关中-天水经济区的经济发展提供了动力,与此同时,经济和人口的增长也带来了许多生态问题,如:大量生态用地遭到侵占、碳排放量激增以及水土流失问题加剧等。2002年,退耕还林工程全面实施,它是中国乃至世界上的一项重大生态建设工程,该工程对于关中-天水经济区的生态恢复与重建具有重大影响。以退耕还林工程为背景,分析土地利用格局与生态系统服务之间、生态系统服务与生态系统服务之间的相互作用关系,是实现区域生态系统服务的高效管理的有效方法。因此,本文将关中-天水经济区作为研究区,定量化模拟区域粮食生产服务、固碳服务和土壤保持服务,分析退耕还林背景下,各地形地貌、气候及社会人口因子对三种生态系统服务的影响机制,探讨不同生态系统服务之间的权衡协同关系,结合不同目标生态系统服务效率,给出区域生态系统服务的空间格局优化策略,为其他地区和环境下管理新兴的土地竞争提供直观的科学参考。本研究主要内容包括:(1)计算2015年关中-天水经济区粮食生产、固碳和土壤保持生态系统服务量,分析三种生态系统服务的空间分布特征;(2)基于贝叶斯网络和生态过程建立生态系统服务网络模型,确定粮食生产、固碳和土壤保持间的状态概率分布;(3)设计退耕还林背景下的土地利用情景,基于贝叶斯网络计算各情景下三种生态系统服务的状态概率分布;(4)根据三种服务之间的权衡协同关系和不同的生态系统服务需求,制定研究区不同目标生态系统服务效率下的空间格局优化策略。通过研究得出的主要结论如下:(1)关中-天水经济区各生态系统服务的空间分布存在差异。2015年全部粮食产量为9.42×106t,平均每公顷粮食产量为1.18t。研究区中,渭南市的粮食总产量最高,该市尤以富平县、蒲城县和临渭区的区县总产量最高;研究区固碳能力最强的市级行政区为宝鸡市,最弱的是铜川市和杨凌区;凤县、太白县、宝鸡市渭滨区和天水市麦积区及陇县为固碳能力最强的区县,其单位面积固碳量均超过了 50t/ha;2015年关中-天水经济区全部土壤保持量为2.36×109t,宝鸡市的土壤保持能力是最强的,2015年土壤保持总量为8.16×108t,单位面积的平均土壤保持量为450.74t/ha。(2)生态系统服务与生物环境因子之间、两两生态系统服务之间的相关关系各不相同。粮食生产与坡度、土地利用、植被覆盖和土壤可蚀性相关性较高;固碳与NDVI、NPP、土壤呼吸、土壤有机碳呈较强的正相关关系,与水土保持措施因子呈较强的负相关关系;土壤保持与坡度、NDVI、降雨、水土保持措施因子、降雨侵蚀相关性相对较强。粮食生产与土壤保持服务、粮食生产与固碳服务呈权衡关系,土壤保持与固碳服务呈显著的协同关系。(3)退耕还林政策的实施对生态系统固碳和土壤保持服务的提升具有重要意义但也同时削弱了粮食生产服务。在所有土地利用情景中,粮食生产服务的期望最大值为2.085696,低于2015年的粮食生产期望值,固碳服务期望的最小值为2.728526,高于2015年的固碳服务期望值,土壤保持2015年的期望值位于各情景的最高值与最低值之间;粮食生产服务期望值最大的情景下,无论是人口减少区、人口稳定区、还是人口增长区,坡度低于25°的地方都保持耕地类型不变,在坡度大于25°的地方,人口增长区的耕地类型转换为草地,人口减少区和稳定区将休耕地转为林地,该情景的休耕地土地利用类型转换方案为退耕还林大背景下,满足社会粮食生产的需求提供了参考;固碳服务和土壤保持服务期望值最大的情景下,无论人口变化和坡度高低区域如何分布,休耕地全部转为林地,该情景的休耕地土地利用类型转换方案为退耕还林大背景下,固碳服务和土壤保持服务的优先发展提供了参考。(4)仅考虑单一生态系统服务效率时:粮食生产核心保护区主要分布在研究区东南部商洛市、中部杨凌区、宝鸡市凤县、眉县以及南部西安市周至县、户县和长安区等;固碳核心保护区主要分布在咸阳市旬邑县、宝鸡市渭滨区和陈仓区南部、天水市秦州区南部、西安市长安区南部和蓝田县以及商洛市柞水县的部分区域;土壤保持核心保护区主要分布在研究区南部秦岭北麓的宝鸡市凤县和太白县、西安市周至县、户县和长安区,以及商洛市柞水县部分区域。考虑双目标生态系统服务效率时,粮食生产与固碳服务、粮食生产与土壤保持服务的双目标效率曲线上任意一点对应的土地利用配置情景都是同时考虑到双目标生态系统服务效率与权衡作用的最佳情景;固碳与土壤保持间的最优土地利用配置情景是LS9MS9HS9,该情景下固碳期望值与土壤保持期望值同时达到最大。考虑多目标生态系统服务效率时,林地面积最大的土地利用情景下粮食生产、土壤保持与固碳服务的总体效益最高,将陡坡区域和人口稳定区的休耕地转化为林地,其余休耕地保持耕地类型不变,将有助于实现三种生态系统服务的均衡发展。本文的主要特色在于:(1)构建了 729种土地利用情景,充分考虑了人口分布变化率和退耕还林政策等人类活动对生态系统服务模拟与服务之间权衡与协同关系的影响。(2)提供了一种开放式的生态系统服务贝叶斯网络框架,分别从单目标、双目标和多目标生态系统服务效率出发,量化不同目标生态系统服务效率,全面优化生态系统服务。