2000—2020年漓江流域生态服务价值时空

第42卷第5期2022年10月
水土保持通报
B u l l e t i no f S o i l a n d W a t e r
C o n s e r v a t i o n
V o l .42,N o .5
O c t .,2022
收稿日期:2022-02-06 修回日期:2022-04-13
资助项目:国家自然科学基金项目 绿洲城市扩张对MO D S 格局的生态胁迫机理研究 (41761030);广西社科基金(20F J Y 006,21F Y J 057
) 第一作者:张军民(1964 ),男(汉族),新疆维吾尔自治区吐鲁番市人,教授,博士,主要从事土地利用与区域规划研究㊂E m a i l :z j
m _t e a @163.c o m ㊂2000 2020年漓江流域生态服务价值时空分异
张军民,荣城,董国松
(广西师范大学环境与资源学院,广西桂林541000
)摘 要:[目的]研究2000 2020年漓江流域生态服务价值(E S V )时空分异格局及变化规律,为优化土地利用结构和实现 双碳 目标提供空间治理方法㊂[方法]基于遥感信息挖掘和地理信息分析平台,用价值核算及其动态度㊁敏感性分析方法评估生态服务价值,用空间自相关方法研究E S V 时空格局,用地理探测方法诊断E S V 分异的主导因素及驱动机制㊂[
结果]①漓江流域土地利用/覆盖空间异质性显著;林地㊁耕地面积最大,但变化平稳,建设用地增长迅速㊂②漓江流域生态服务价值约合3.75ˑ10
7
元,其中林地㊁草地的E S V 值最高,占总价值的52.44%㊂其变化呈先迅速增加㊁后缓慢减少的趋势,其中原材料生产㊁水土保持价值增强显著,而食物供给㊁水源涵养价值降低明显㊂③E S V 总体上呈中游低值与上㊁下游高值的分异格局,表现为正向的空间集聚特征㊂[结论]城镇扩张是漓江流域E S V 时空分异及其动态变化的核心驱动,人类活动对E S V 的扰动趋向增强㊂
关键词:土地利用;生态服务价值;时空分异;漓江流域
文献标识码:A 文章编号:1000-288X (2022)05-0256-09
中图分类号:U 412.1+4,Q 146
文献参数:张军民,荣城,董国松.2000 2020年漓江流域生态服务价值时空分异[J ].
水土保持通报,2022,42(5):256-264.D O I :10.13961/j .c n k i .s t b c t b .2022.05.032;Z h a n g J u n m i n ,R o n g C h e n g ,D o n g G u o s o n g .S p a t i o -t e m p o r a l v a r i a t i o no fe c o l o g i c a l s e r v i c ev a l u e s i nL i j i a n g R i v e rb a s i nd u r i n g 2000 2020[J ].B u l l e t i no f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o n ,2022,42(5):256-264.
S p a t i o -t e m p o r a lV a r i a t i o no fE c o l o g
i c a l S e r v i c eV a l u e s i n L i j i a n g R i v e rB a s i nD u r i n g 2
000 2020Z h a n g J u n m i n ,R o n g C h e n g ,D o n g G u o s o n g
(C o l l e g e o f E n v i r o n m e n t a n dR e s o u r c e s ,G u a n g x iN o r m a lU n i v e r s i t y ,G u i l i n ,G u a n g
x i 541000,C h i n a )A b s t r a c t :[O b j e c t i v e ]T h e s p a t i o -t e m p o r a l v a r i a t i o n p a t t e r n a n d c h a n g e l a wo f e c o l o g
i c a l s e r v i c e v a l u e (E S V )i n t h eL i j i a n g R i v e r b a s i n d u r i n g 2000 2020w e r e d e t e r m i n e d i n o r d e r t o p r o v i d e a s p a t i a l g o v e r n a n c em e t h o d f o r o p t i m i z i n g l a n du s e s t r u c t u r e a n d a c h i e v i n g t h e d u a l c a r b o n g o a l .[M e t h o d s ]B a s e do nr e m o t e s e n s i n g i n f o r m a t i o nm i n i n g a n d a g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o na n a l y s i s p l a t f o r m ,e c o l o g i c a l s e r v i c ev a l u e sw e r e e v a l u a t e d b y v a l u e a c c o u n t i n g a n d i t sd y n a m i ca n ds e n s i t i v i t y a n a l y s i sm e t h o d s .T h es p a t i o -t e m p
o r a l p a t t e r no fE S V w a s s t u d i e db y s p a t i a l a u t o c o r r e l a t i o n m e t h o d s .T h e l e a d i n g f
a c t o r s a n dd r i v e r so fE S Vd i f f e r e n t i a t i o nw e r e d i a g n o s e d
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c
d
e t e c t i o nm e t h o d s .[R e s u l t s ]①T h e s p a t i a l h e t e r o g e n e i t y o
f l a n du s e /c o v e r i n t h e L i j i a n
g R i v e r b a s i nw a s s i g n i f i c a n t .T
h ea r e ao f f o r e s t l a n da n dc u l t
i v a t e d l a n dw a s t h e l a r g e s t ,a n dc h a n g
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i c a l s e r v i c ev a l u e f o r t h eL i
j i a n g R
i v e r b a s i nw a sa b o u t3.75ˑ107
y u a n .T h eE S V o f f o r e s t l a n da n d g r a s s l a n d w a st h eh i g h e s t ,a c c o u n t i n g f o r 52.44%o f t h e t o t a l v a l u e .T h e o v e r a l l c h a n g e i n i t i a l l y i n c r e a s e d r a p i d l y a n d t h e nd e c r e a s e d s l o w l y
.T h e v a l u e o f r a w m a t e r i a l p r o d u c t i o na n ds o i l a n dw a t e rc o n s e r v a t i o n i n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y
,w h i l e t h ev a l u eo f f o o d s u p p l y a n dw a t e r c o n s e r v a t i o nd e c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y
.③I n g e n e r a l ,E S Vs h o w e d a p a t t e r no f l o wv a l u e s i n t h em i d s t r e a mr e g i o na n dh i g hv a l u e s i n t h eu p s t r e a ma n dd o w n s t r e a mr e g i o n s ,e x h i b i t i n g a p o s i t i v e s p a t i a l a g g l o m e r a t i o nf e a t u r e .[C o n c l u s i o n ]U r b a n e x p a n s i o ni st h ec o r e d r i v i n g f o r c e o ft h es p a t i o -t e m p o r a l d i f f e r e n t i a t i o no fE S V a n di t sd y n a m i cc h a n g e s i nt h eL i j i a n g R i v e rb a s i n .D i s t u r b a n c eo fE S V b y h
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a c t i v i t i e s i s i n c r e a s i n g o v e r t i m e.
K e y w o r d s:l a n du s e;e c o l o g i c a l s e r v i c e v a l u e(E S V);s p a t i o-t e m p o r a l d i f f e r e n t i a t i o n;L i j i a n g R i v e r b a s i n
土地利用/覆被变化(l a n du s ea n dl a n dc o v e r c h a n g e,L U C C)影响全球和区域生态安全,是自然价值和生态服务研究的主要内容[1]㊂生态系统服务是人类直接或间接从生态系统中获取的收益[2],具有巨大的自然㊁社会和美学价值[3]㊂自C o s t a n z a首次将生态服务概念分为气候调节㊁控制侵蚀等17种价值类型后[2],生态服务价值(E S V)受到生态学㊁地理学㊁土地环境等学科的广泛关注并成为跨学科研究的热点领域㊂如D eG r o o t等[4]和联合国千年生态系统评估计划[5]细分了E S V功能并量化了其核算方法及关系结构,生态功能四分法及土地(景观)价值核算成为E S V研究的基本范式,不同时空尺度的E S V分类评价㊁驱动胁迫㊁生态效应及其与人类福祉关系等成为研究热点[6]㊂
国内研究尚处于跟踪阶段,主要参照C o s t a n z a[2]和谢高地等[7]的分类方法和估算标准开展实证研究[3,8]㊂如根据人工扰动强弱将土地利用分为供给和需求类型,并根据各地类变化特征分析供给与需要关系变化的生态效应[9];根据城乡土地利用类型梯度分异划分供给㊁需要类型,用地理信息系统的空间制图和属性融合方法,开展生态价值的统计分析[10];通过价值重构建立动态估算方法,评价多元时空尺度融合的流域生态安全格局,并据此研究城镇化进程中的土地利用结构优化途径[8];谢高地等[11]改进了土地利用类型价值估算方法及评估体系,并对中国陆地生态系统服务进行了多时空尺度的动态评估;用修订的当量因子和权衡协同模型等空间分析方法,研究了流域生态服务价值的权衡协同关系及优化策略[12];基于遥感信息和G I S技术研究不同地形梯度分异和行政区划单元的生态系统服务价值时空分异规律,为南方丘陵山区城镇化空间扩张提供了技术支撑[13];比较静态和改进的动态当量因子,研究关键土地类型和敏感生态功能的服务价值估算体系,使评价成果更有针对性和地域性实效[14]等㊂
针对漓江流域的土地利用变化的生态服务价值评估的研究相对较少,对其时空分异及动态驱动机制的研究极为薄弱,无法满足岩溶区自然价值评估㊁生态修复及空间规划管理等需要㊂如用遥感分类和景观指数评价方法研究漓江上游土地利用变化特征及演变趋势[15],分析漓江流域土地利用及景观格局变化特征[16],用生态服务价值评估旅游活动对景观格局的扰动规律[17],模拟流域土地利用结构优化模式[18];用G I S和遥感生态指数方法,研究漓江流域生态环境质量状态及变化特征[19],少数学者用地理探测器方法分析漓江流域中下游城镇化及旅游活动对景观生态服务的影响规律及作用机制等[20],缺少覆盖全流域㊁长序列的多时空定量研究成果㊂
综上所述,国内生态系统服务成果主要集中在生态功能识别和标度㊁土地利用变化与生态功能评价,主要服务于土地利用管理㊁国土空间规划㊁流域生态修复等领域[21]㊂漓江流域属于典型的岩溶生态脆弱区,是国际知名的风景旅游名胜地,景观资源具有重要的自然保护和生态服务价值㊂要建成国际旅游目的地,需要在严格保持流域景观生态价值的基础上,不断挖掘流域宝贵的自然景观价值,丰富和完善L U C C的多元生态功能㊂据此,本项目基于3S空间信息平台,用时空结构变化分析方法,实证评估了漓江流域土地利用变化的生态服务价值及其时空分异规律,定量探测了其动力因子及驱动机制,从多元时空统一角度,揭示了漓江流域景观自然价值及其生态功能,可为流域空间治理㊁生态修复和景观重构提供科学依据㊂
1数据处理与研究方法
1.1研究区概况
漓江流域位于广西壮族自治区(以下简称 广西 )东北部的桂林市境内(地理坐标:110ʎ07'39ᵡ 110ʎ42'57ᵡE,24ʎ38'10ᵡ 25ʎ53'59ᵡN),属珠江流域西江水系桂江上游主要支流,发源于南岭西北部越城岭主峰猫儿山湿地,从北往南流经桂林市的兴安县㊁灵川县㊁桂林市区㊁阳朔县,在平乐县平乐镇与荔浦河㊁恭城河汇合成桂江,有桃花江㊁小东江㊁南溪江㊁相思江等大小19条支流,全长约295.27k m,多年平均径流量408.9m3/s,流域面积约6353.62k m2㊂漓江流域属于典型的岩溶区和亚热带季风湿润气候,雨热同期,年均温19ħ,年降水量1838~1941mm;流域峰丛林立㊁山峰陡峭,山高谷深㊁沟谷狭长㊁地形破碎㊂1.2数据处理
1.2.1数据来源与处理本研究使用的2000,2010, 2020共3期土地利用/覆被(L U C C)数据来源于中华人民共和国自然资源部提供的30m全球地表覆盖数据G l o b e l a n d30数据源(w w w.g l o b a l l a n d c o v e r.
c o m),数据合成经过了辐射定标㊁大气校正㊁几何校正等处理,数据的总体精度为85.72%,k a p p a系数0.82㊂基础地理数据来源于中国国家基础地理信息
752
第5期张军民等:2000 2020年漓江流域生态服务价值时空分异
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中心(h t t p :
ʊn g c c .s b s m.g o v .c n )和地理空间数据云(w w w.g s c l o u d .c n ),部分数据来自桂林市经济社会统计年鉴,从中提取研究区流域界限㊁高程坡度㊁行政界限及人口经济等数据㊂
根据中国土地利用/覆被遥感监测数据分类系统
和‘土地利用现状分类(G B /T 21010_2007)“,结合研究区实际,将土地利用/景观类型分为耕地㊁林地㊁草地㊁湿地㊁水域㊁建设用地㊁裸地共7类,编码分别设置为1 7,并以此建立土地利用类型数据库,开展流域系统L U C C 时空变化分析㊂
1.2.2 空间分析单元 根据研究区景观结构特征㊁
遥感分类精度,首先用A r c G I S 创建3k mˑ3k m 的规则格网矢量数据,作为分析总体特征的空间单元;从流域D E M 数据中提取地形高程㊁
坡度数据,从流域矢量中提取县域界限作为行政单元㊂时间节点选择2000
,2010,2020这3个年份,动态变化选择2020 2000年
间,将各类景观要素赋值到矢量属性表中,构建标准
格网㊁地形㊁行政区3级时空分析单元数据库㊂
1.3 研究方法
1.3.1 生态服务价值评估 C o s t a n z a 在2014年修订的生态系统服务价值系数被用于世界不同尺度㊁类型的生态服务价值评估,能很好地反映生态服务的多
重价值及保护意义[22-23
],根据漓江流域自然环境本底
及城镇化发展特征,采用价值当量法,以桂林市2019年单位面积粮食产量为基准计算生态服务价值当量㊂
稻谷产量占桂林市粮食的80%以上,故用稻谷作为粮食产量及价格计算依据;考虑到漓江流域城镇规模小,城镇绿化比例高,城镇绿地面积普遍超过70%,
对建设用地价值当量做了适当调整㊂2019年桂林市粮食作物产量6165.25k g /h m 2/a ,广西当年平均粮食收购价格2.826元/k g ,得到漓江流域一个标准生态服务价值当量因子为2488.9995元/h m 2/a ,据此可得到漓江流域单位面积各类用地生态服务价值
(V C )
(表1 2)㊂表1 漓江流域各地类生态服务价值
元/(k m
2
㊃a )生态服务类型生态服务指标生态服务价值
耕地林地湿地草地建设用地水域裸地供给服务食物供给X 1
24.891.49
11.95
12.20
0.25
1.24
0.25
原材料生产X 22.240.75
3.73
0.500.250.25
0.75
调节服务
气候调节X 34.2322.15
57.99
0.509.710.25
5.23
水环境调节X 48.46
1.741750.261.49
0.25109.7612.94水土保持X 56.72
3.7342.060.50
0.250.253.24支持服务水源涵养X 6
0.250.50184.190.250.250.250.25生物多样性保护X 711.7016.68186.9226.130.25
0.25
2.99文化服务
文化娱乐X 8
1.00
9.21
23.40
1.99
61.4823.15
1.24
合 计
59.4956.252260.51
43.5672.68
135.40
26.88
表2 漓江流域调整后的生态服务价值评价
元/(k m
2
㊃a )生态服务类型生态服务指标生态服务价值评价
耕地林地湿地草地建设用地水域裸地供给服务食物供给X 125.14
2.12
16.61
12.68
0.13
1.740.24
原材料生产X 21.880.654.820.640.320.271.12调节服务
气候调节X 3
3.7725.0362.05
0.6511.16
0.31
6.17
水环境调节X 4
7.95
1.13
2100.321.13
0.1368.0516.96水土保持X 54.84
1.98
45.010.53
0.280.283.95支持服务水源涵养X 60.200.30261.540.310.330.130.30生物多样性保护X 712.5222.51162.6214.640.25
0.294.15文化服务
文化娱乐X 8
1.35
5.89
30.422.19
89.7622.22
0.81 生态系统服务价值评估公式[2
4]
:E S V=ðn
i =1
A i ˑC i
(1
)式中:E S V 为研究区生态服务价值;A i ,C i 分别表示
第i 种土地利用类型的面积及生态服务价值系数㊂
1.3.2 结构动态变化
(1)变化强度㊂用年均变化速度表征E S V 变化
的活跃程度:
V =(P b -P a )/T
(2
)式中:V 为某时段E S V 的变化强度;P b ,P a 分析表示E S V 末期㊁初期的价值量,T 为研究时段,V 值可反映某时段E S V 的变化强度及方向㊂
(2
)敏感度检验㊂生态系统服务价值存在着显852 水土保持通报 第42卷
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著的时空异质性,同时其价值当量及系数也存在区域差异,因此还需要验证E S V 对研究区的适宜性㊂借鉴经济学中的价格敏感性概念计算E S V 弹性系数
C E ,
弹性系数小于1则表明1%的价值系数变化将引起E S V 小于1%的变动,即E S V 对价值系数变化缺乏弹性,计算结果可信㊂
C E =
(E S V j -E
S V i )/E S V i (V E j
c -V E i c )/V E i c (3
)式中:C E 为弹性系数;E S V i ,E S V j 分别代表调整前后的生态服务价值;V E i c ,V E j c 分别表示调整前后的生态服务价值系数,按增加50%作调整系数来验证
E S V 的弹性水平㊂
(3)生态服务价值贡献率㊂生态服务价值贡献率表示某时段某地类生态服务价值对流域总生态服务价值贡献大小及方向,以透视影响区域生态服务价值的主导因素,可作为调控土地利用结构的敏感因子,在参考文献[8,25]的基础上设计贡献率指数:γi j =
V i
ð7
i =1
V i +ΔE S V i j
ð7
i =1
ΔE S V i j
(4
)式中:γi j 为i 类用地或i 项功能在j 时段对生态系统服务价值的贡献率;V i 为第i 类用地或i 项功能生态服务价值在j 时段的变化率;ΔE S V i j 为i 类用地
或功能在j 时段内的生态服务价值变化量㊂
1.3.3 时空分异格局
(1)空间自相关分析㊂空间自相关性是由地理区位或邻接关系产生的空间依赖性和空间异质性表达,是对地域体系内各要素空间分布结构的统计学
测度[
26]
㊂全局莫兰指数(G I S A ): I =
ð
n i =1
ðn
j =1
W i j (
x i - x )(x j - x )S 2ðn
i =1ðn
j =1W i j
(5
)式中:W i j 为i 要素相当于j 的权重;S 2为所有要素权重的集合;x i ,x j 是要素i ,j 的属性值㊂
I 即是全局莫兰指数,是具有空间依赖的一组地理要素在研究区域内表现出的整体空间集聚㊁分散模式㊂I 取值为
0表示空间结构呈随机分布形态,各单元不存在空间相互作用;I 取值为1则表示空间结构完全依赖距离变化,具有显著的地域分异属性㊂
(2
)反距离权重插值分析㊂空间任一点p 的差值的计算公式定义为[
27]
:p =ðn
i Z i W i
ðn
i W i
(6)式中:p 为待插值点估计值;
Z i 为p 点周围点的属性值;W i 为周围点对p 点的权重值,i =1,2,3 ,n 为点群样本数㊂用A r c G I S 空间分析中的反距离权重分析方法(I DW ),分别选择感兴趣属性为计算字段求得权重,输出栅格大小为3k m ,将I DW 的幂值设定为缺省值2,选择搜索半径类型选择点数15㊂(3)地理探测器㊂地理探测器(g
e o d e t e c t o r )一般用q 值来度量分异因子X 在多大程度上解释了变量Y 的空间分异㊂
q =1-ðl i =1N i σ2
i
N σ
2
(7)式中:i 为因变量Y 或因子X 的分层(
类)数;N i 和σi 分别是
i 内的空间单元数和方差;N 和σ分别代表研究对象的单元数和方差㊂q 值ɪ[0,1],其值越大表示两个变量空间分布越一致,自变量X 对因变量
Y 发生空间分异的解释力越强㊂
2 结果与分析
2.1 土地利用结构变化
用公式(1)对计算2000,2010,2020共3期土地利用分类数据得到漓江流域景观类型变化数据并进行分析,得到结果如表3所示㊂
表3 2000—2020年漓江流域景观类型面积及变化
土地利用
类型2000年
面积/k m 2
比例/
%2010年
面积/
k m 2
比例/
%2020年
面积/
k m 2
比例/
%2000 2010年
面积
变化k m 2变化
强度/%2010 2020年
面积
变化/k m 2变化
强度/%2000 2020年
面积
变化/k m 2变化
强度/%耕地1633.4125.711665.0326.211627.4325.61
31.63
1.94
-37.60-0.02-5.97
-0.37
裸地186.622.9412.20
0.192.36
0.04-174.42-93.46-9.84
-0.81-184.26-98.74建设用地105.931.67118.851.87279.034.3912.9212.19160.181.35
173.10163.41林地4189.3365.944310.3267.844203.9866.17120.992.89-106.34-0.0214.640.35
草地158.242.49163.962.58137.382.165.733.62-26.58-0.16-20.85-13.18水体72.001.1376.581.21100.171.584.586.37
23.59
0.3128.1739.13
湿地8.11
0.13
6.690.11
3.290.05
-1.42
-17.54-3.40-0.51-4.82
-59.46合计
6353.62100.006353.62100.006353.62100.00
0.000.000.000.000.000.009
52第5期
张军民等:2000 2020年漓江流域生态服务价值时空分异
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2.1.1现状特征由表3可知,漓江流域土地总面积635
3.62k m2,土地利用类型包括耕地㊁林地㊁草地㊁湿地㊁水体㊁建设用地㊁裸地这7个一级类型,其中林地面积最大,占流域总面积超过65%,其次是耕地,占25%以上,二者合计占流域总面积的90%以上,是土地利用结构的主体;其他类型面积都较小,建设用地仅占
4.39%,草地仅占2.16%,水体占1.58%,湿地㊁裸地占比小于0.05%㊂面积广大的亚热带常绿阔叶林㊁适耕地性较强的水稻土,决定了流域景观基质具有较高的生态价值㊂
2.1.2土地利用变化趋势分析景观面积及其变化强度,得到其变化方向㊁强度及趋势如图1所示㊂
图12000 2020年漓江流域各地类面积及其变化强度
分析图1可知,林地㊁耕地变率小于0.37%,景观基质十分稳定,其他地类变化较大,景观结构变化不显著;其中建设用地㊁水域分别增长了163.41%, 39.13%,而裸地㊁湿地分别减少了98.71%,59.46%;建设用地扩张最剧烈,且呈持续快速增长趋势, 2000 2010年和2010 2020年分别年均扩张1.22%,13.48%,裸地面积减少最明显,但减势减弱㊂表明:漓江流域以林地㊁耕地为主体的景观结构相对稳定,具有较高的自然生态价值;以城镇化驱动下的建设用地快速增长是土地利用变化的主要动因㊂2.2生态服务价值及其变化
2.2.1各地类生态服务价值用公式(1)计算不同年份土地利用生态服务价值(E S V),结果见表4㊂漓江流域2000,2010,2020年E S V总价值分别为
3.20ˑ107,3.77ˑ107,3.75ˑ107元,2000 2020年E S V值累计增长了16.23%㊂
其中2000 2010年间增加了17.61%,2010 2020年间减少了0.66%,总体上呈前10a迅速增加㊁后10a缓慢减少的趋势㊂分析各地类对生态服务价值增益的贡献得出:漓江流域林地㊁草地的生态服务价值最高,分别占总价值的27.49%,24.95%,其次是耕地㊁水体㊁建设用地㊁裸地分别占19.61%,12.74%, 11.79%,2.81%,湿地仅占0.62%;2000 2020年变化强度由高到低分别为裸地(5.15%)㊁湿地(4.98%)㊁建设用地(3.03%)㊁水体(1.34%)㊁耕地(1.17%)㊁草地(0.90%),除林地的E S V值年均减少0.35%,其他地类的E S V值均有上升,变化强度不大㊂还反映出2000 2020年漓江流域E S V值缓慢增长,表现为裸地㊁湿地㊁建设用地E S V明显增长,而林地㊁草地㊁耕地等趋于降低,特别是森林的E S V值减少最明显,变化强度显著增大,E S V对人类扰动的响应趋于敏感,石漠化㊁城镇化是E S V变化的主要动因㊂
表42000 2020年漓江流域各地类生态服务价值(E S V)价值量及变化强度项目年份林地草地耕地水体建设用地裸地湿地小计2000110.3979.2259.5237.6527.525.181.16320.64 E S V价值/105元2010107.7195.7377.1546.8142.375.192.16377.13
2020103.0093.4673.4547.7344.1710.522.31374.64
2010 2000-0.121.041.481.222.700.004.3110.63变化强度/%2020 2010-0.22-0.12-0.240.100.215.140.365.23 2020 2000-0.340.901.171.343.035.154.9816.23
2.2.2各种生态服务功能价值用公式(1)计算各项生态服务价值,结果见表5㊂
由表5可知,漓江流域气候调节(1.01ˑ107)㊁生物多样性保护功能(9.18ˑ106)的生态服务价值最
062水土保持通报第42卷
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高,两项价值对E S V的贡献率达到51.42%;其次是文化娱乐(5.93ˑ106)㊁食物供给(4.828ˑ106)功能,前4项生态功能对E S V的贡献率达到80.13%㊂2000 2010年间各分项生态服务价值缓慢增加,其中原材料生产㊁水土保持等价值量年均增长强度分别为5.33%,3.29%,约占E S V总增长强度的69.90%,其余各项增长强度极小;2010 2020年间除文化娱乐价值年均增长0.92%外,其余各项生态服务价值均缓慢减少,其中水源涵养㊁水环境调节等功能分别年均降低了0.85%,0.48%,占E S V总下降强度的67.52%㊂这表明漓江流域各项生态服务价值经历了先升后降的过程,原材料生产㊁水土保持价值增强显著,而食物供给㊁水源涵养价值降低明显;2000 2020年原材料生产㊁水土保持价值分别年均增长5.11%,3.05%,占总增长强度的69.41%,累计增长1.35ˑ106元,占E S V总增长量的25.06%,而食物供给㊁水源涵养价值分别年均降低0.04%㊁0.66%,累计降低8.90ˑ104元㊂反映了人类对经济林木㊁石漠化治理的高度重视,而生物多样性保护和水生态修复等治理不足㊂
表52000 2020年漓江流域各项生态服务功能的生态服务价值(E S V)及变化强度项目年份食物供给原材料生产气候调节水环境调节水土保持水源涵养生物多样性保护文化娱乐200048.689373.4031593.378932.0089616.459153.6761174.7650548.26428 E S V价值/
105元201049.667097.033102.085641.8636827.295963.8457795.2795750.05471 202048.275126.88159100.872637.8710426.504413.1939691.7560859.28491
2010 20000.105.330.471.543.290.231.370.19变化强度/%2020 2010-0.14-0.11-0.06-0.48-0.14-0.85-0.180.92 2020 2000-0.045.110.400.923.05-0.661.141.14
2.2.3生态服务价值动态变化
(1)各地类E S V变化的敏感性分析㊂受时空异质性和主观判断的影响,各地类的价值系数V C存在较大的差异,其变动都将对E S V产生影响,因此需要对各地类E S V估算进行检验以确保结果可信㊂借鉴经济学的价格敏感性原理,对各地类生态服务价值系数做50%的上下浮动后,求V C变化1%引起的E S V 各项功能的变化率㊂用公式(3)计算2000,2010,2020年E S V变化的敏感性指数C E㊂当C E<1则E S V因对V C缺乏弹性可以作为评价依据(表6)㊂
表62000 2020年漓江流域各地类生态服务价值(E S V)变化的敏感性指数
项目E S V变化的敏感性指数
耕地裸地建设用地林地草地水体湿地2000年0.2630.2730.2360.2440.1790.2190.623 2010年0.1000.0300.0120.1670.0690.0260.00038 2020年0.2340.1660.0560.4980.3610.3280.0095变化强度/%-0.15-0.54-0.901.270.910.55-3.07生态贡献率/%68.76397221.1078149.5751-24.636957.9222170.12023207.8739
由表6可知,林地㊁草地㊁水体的C E值较大,1%的价值系数变化使林地㊁裸地的E S V值分别变动49.8%,36.1%,32.8%,其次是耕地㊁裸地分别为23.4%,16.6%,而建设用地㊁湿地的敏感性极小;同时近20a林地㊁草地㊁水体的C E值分别年均增强1.27%,0.91%,0.55%,其余地类的敏感度均有小幅降低,表明林地㊁草地㊁水体对E S V的影响较显著,且其影响度呈不断上升之势;而其他地类对E S V的影响相对较弱,且呈不断降低之势,主要因林地㊁草地等地类面积及变化强度较大,需要重点关注及调控C E 值较大地类的变化,维持其他地类的相对稳定㊂尽管漓江E S V对各地类的C E值有较大差异,但C E值均小于1,表明各地类生态价值系数调整对E S V变化的影响缺乏弹性,E S V估算结果可信㊂
(2)各项生态服务的重要性评价㊂各项生态价值的贡献率反映了各项功能对E S V变化的影响程度㊂用公式(4)计算贡献率指数及其变化强度(%),结果见表7㊂
由表7可知,2000 2010年间,各项生态价值排序为:原材料生产>水土保持>生物多样性保护>文化娱乐等服务价值贡献率较高,对流域E S V增益影响最大;而水环境调节㊁气候调节㊁食物供给㊁水源涵养的贡献率较低,对流域E S V变化影响较小㊁相对稳定㊂2010 2020年,贡献率最高的是水环境调节㊁生物多样性保护功能,其他功能贡献率较小㊂2000 2020年各地类对E S V的贡献度排序为:原材料生产
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第5期张军民等:2000 2020年漓江流域生态服务价值时空分异
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>生物多样性保护>水土保持等功能,其他项生态价值的贡献率较小㊂这表明原材料生产㊁生物多样性保护㊁水土保持等功能变化速度快㊁规模大,对流域E S V增益的贡献最大,其次是水环境调节㊁气候调节等功能,文化娱乐㊁食物供给㊁水源涵养等较弱㊂因此,应重点关注原材料生产㊁生物多样性保护㊁水土保持等生态功能的动态变化,维持文化娱乐㊁食物供给㊁水源涵养等服务功能㊂
表72000 2020年漓江流域各项生态价值对E S V的贡献率指数
时段
对E S V的贡献率指数
食物供给原材料生产气候调节水环境调节水土保持水源涵养生物多样性保护文化娱乐
2000 2010年-0.0120.5270.1750.1910.462-0.0680.4170.307 2010 2020年0.6610.1380.5301.9760.4230.9781.552-4.260 2000 2020年0.0250.4900.1910.2970.4550.0210.4730.047
2.3生态服务价值时空分异
2.3.1生态服务价值空间分异结构为了从整体上识别漓江流域E S V的时空分异结构,首先用A r c G I S 构建3k mˑ3k m的标准格网,再用反距离权重法获取E S V插值分布,然后用自然断点法将流域E S V值分为低值㊁较低㊁中值㊁较高㊁高值共5个等级,基于这5个等级,从多元空间融合角度分析其时空分异特征,结果如图2所示㊂
图2漓江流域2000年,2020年E S V值空间插值
由图2可知,漓江流域生态服务价值以低值区为主,高值区缓慢增多,总体上呈现中游低值与上㊁下游高值的分异格局㊂2000年漓江流域E S V值在桂林市区㊁临桂区等形成低值中心,在上㊁下游及周边山地高值连片,低值区面积占18.16%,高值区面积占0.43%㊂2020年E S V分异格局保持不变,其中低值区面积占1.85%,高值区面积占10.47%,低值区面积减少了1019.156k m2,高值区面积增加了627.266k m2㊂表明漓江流域中游河谷地区生态服务价值显著低于周边山地,2000 2020年E S V缓慢增大,城镇化并未对流域生态服务功能产生显著的胁迫压力㊂2.3.2空间自组织分析因行政区划单元难以准确表达E S V的空间异质性特征,本研究采用A r c G I S的标准格法赋值E S V及高程㊁坡度㊁城镇化强度㊁土地利用强度,以精确测度流域自然㊁人文要素与E S V空间分异的关系㊂其中高程㊁坡度等自然要素从流域D E M中提取,城镇化强度㊁土地利用强度分析用单元格建设用地㊁耕地面积除以单元格总面积表征㊂经反复调试和验证,选择3k mˑ3k m格网作时空分析单元,用G e o D a1.18计算2000,2020年全局莫兰指数,结果见表8㊂
由表8可知,双变量全局M o r a n I指数都为正值,检验结果都通过了p<0.001的显著性统计水平,即各要素与E S V空间分异都具有空间依赖性,
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宏观上表现为正向的空间集聚特征,即自变量作用使E S V 空间结构具有高值与高值相邻㊁低值与低值相伴的趋势㊂分析I 值大小可以看出,空间关系由强到弱排序为高程㊁坡度㊁土地利用强度㊁城镇化强度㊂由此可见,自然因子对E S V 空间分异的影响
明显大于人文因子,土地利用结构变化E S V 时空分异的作用大于城镇化㊂2000 2020年I 值都在增长,尤其城镇化强度增幅较大,表明城镇化扩张对E S V 分异的影响不断增大,
城镇土地利用变化作用显著增强㊂
表8 2000 2020年漓江流域全局莫兰指数及其显著性分析
指数
2000年
城镇化土地利用高程坡度2020年
城镇化土地利用高程坡度I
0.564
0.612
0.675
0.654
0.663
0.633
0.717
0.660
P 0.001
0.001
0.001
0.001
0.0010.001
0.0010.001
Z
29.25631.17133.43533.72035.53
31.62635.91
34.026
注:I 为莫兰指数;P 为概率;Z 为标准差倍数㊂
2.3.3 地理探测(1)主导因子探测㊂以A r c G I S 的3k mˑ3k m 标准格网为分析单元,采取经验知识㊁专家决策及自然断点法相结合的分类方法,对4个影响因子进行分
类识别㊂导出属性表并在G e o D e t e c t o r 中计算各因
子与E S V 的关系结构,用G e o D e t e c t o r 探测漓江流域
E S V 的空间异质性及各要道对其影响程度的大小,
结果见表9㊂
表9 2000 2020年漓江流域生态服务价值因子作用探测结果
因子
2000年
高程坡度城镇化强度土地利用强度2020年
高程坡度城镇化强度土地利用强度q 值
0.10706
0.12308
0.1237
0.3079
0.21618
0.1881
0.6487
0.39556
p 值
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
q 值反映了自变量对因变量变化的解释力,
其值越大表明该要到对E S V 空间分异的影响越显著;p <
0.001的置信区间,表明漓江流域E S V 具有显著的空
间异质性㊂分析q 值变化可以看出,2000年土地利用强度与E S V 空间分异的关系最密切,其次是城镇化扩张,二者q 值之和是坡度㊁高程的2.58倍;2020年各要素q 值增大,其中城镇化强度与E S V 空间分异的关系
最密切,其次为土地利用强度,二者q 值之和是高程㊁
坡度的1.88倍㊂表明人类活动始终是E S V 空间分异的核心驱动,城镇化扩张是漓江流域E S V 变化的主导因素,各要素与E S V 空间分异的关系趋于紧密㊂
(2
)因子交互作用探测㊂进一步分析各因子交互作用关系(表10)发现,变量交互作用后的q 值大于单因子作用,主要表现为交互增强的空间溢出关系㊂2000年高程ɘ与土地利用㊁高程ɘ坡度㊁城镇化强度ɘ土地利用表现为非线性增强作用,高程ɘ土地利用㊁城镇化ɘ土地利用利用的交互强度较大;2020
年坡度ɘ土地利用㊁高程ɘ坡度为非线性增强关系,
但坡度ɘ城镇化强度㊁城镇化ɘ土地利用强度的交互关系为线性减弱,表明漓江流域E S V 空间分异是各因子综合作用的结果,各因子交互具有显著的空间溢出关系,但空间溢出强度趋于收敛㊂
表10 2000 2020年漓江流域生态服务价值各因子交互作用探测结果
因子 2000年
高程坡度
城镇化强度土地利用强度
2020年
高程坡度城镇化强度土地利用强度
高程0.10706
0.216180
坡度0.403420.123080.505530
0.18810城镇化强度0.167840.173510.12370.3142200.124470.64870土地利用强度
0.79816
0.24965
0.6566
0.3079
0.238604
0.63783
0.42116
0.39556
3 结论及讨论
(1
)漓江流域林地㊁草地具有较高的自然生态价值,但近20a 降低显著;建设用地E S V 值较小但增长最显著,城镇化扩张成为E S V 时空分异的主要驱动㊂
E S V 分异对人类扰动的响应趋于敏感,
经济林木种植和水土流失治理效果明显,而生物多样性保护和水生态修复等行动不显著㊂
(2
)应关注建设用地㊁耕地的动态变化,重点监测原材料生产㊁生物多样性保护㊁水土保持等对E S V 变化敏感的生态功能状态,维持文化娱乐㊁食物供给㊁
水源涵养等服务功能㊂
3
62第5期
张军民等:2000 2020年漓江流域生态服务价值时空分异
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