林业科学  2014, Vol. 50 Issue (5): 17-26   PDF    
DOI: 10.11707/j.1001-7488.20140503
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文章信息

马骏, 马朋, 李昌晓, 彭月, 魏虹
Ma Jun, Ma Peng, Li Changxiao, Peng Yue, Wei Hong
基于土地利用的三峡库区(重庆段)生态系统服务价值时空变化
Temporal and Spatial Variation of Ecosystem Service Value in the Three Gorges Reservoir Region (Chongqing Section) Based on Land Use
林业科学, 2014, 50(5): 17-26
Scientia Silvae Sinicae, 2014, 50(5): 17-26.
DOI: 10.11707/j.1001-7488.20140503

文章历史

收稿日期:2013-10-26
修回日期:2014-03-28

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马骏
马朋
李昌晓
彭月
魏虹

基于土地利用的三峡库区(重庆段)生态系统服务价值时空变化
马骏1, 马朋1, 李昌晓1, 彭月2, 魏虹1    
1. 西南大学生命科学学院 三峡库区生态环境教育部重点实验室 重庆市三峡库区植物生态与资源重点实验室 重庆 400715;
2. 重庆市林业科学研究院 重庆 400036
摘要:基于土地利用数据,采用Costanza的生态系统服务价值计算方法,结合中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表,对1986—2010年三峡库区(重庆段)生态系统服务价值的时空变化进行研究。结果表明:近25年来,研究区生态系统服务价值呈先降后增的V字型趋势,1986年为953亿元,1995年下降至948亿元,2000年持续下降至943亿元,2010年大幅增加至整个研究时段的最高值968亿元,其中林地是研究区内生态服务价值最高的土地利用类型。生态系统服务价值的空间格局大致以巫溪至江津一线为界,呈现东南高、西北低的特征。研究时段内区域生态系统服务价值重心随时间总体上向东南迁移。空间自相关分析结果显示,1986—2010年间研究区生态系统服务价值的空间分布具有一定的集聚性。敏感性分析说明生态系统服务价值对所采用的价值系数缺乏弹性,研究结果具有可信性。通过生态系统服务价值与社会经济指标之间的回归分析,发现生态系统服务价值与GDP、人口密度、城镇化率具有极显著的线性负相关关系,而与农林牧渔业GDP呈极显著的线性正相关。在库区未来生态环境管理中,应更多地考虑生态系统服务功能,合理规划土地利用,尤其是应多保护天然林地、草地和水体等生态服务价值系数高的用地类型,发展高效绿色生态产业,控制城市无序扩张,实现库区社会经济与自然生态相协调的可持续性发展。
关键词三峡库区(重庆段)    生态系统服务价值    时空变化    
Temporal and Spatial Variation of Ecosystem Service Value in the Three Gorges Reservoir Region (Chongqing Section) Based on Land Use
Ma Jun1, Ma Peng1, Li Changxiao1, Peng Yue2, Wei Hong1     
1. Key Laboratory for Eco-Environment of the Three Gorges Reservoir Region of Ministry of Education Chongqing Key Laboratory of Plant Ecology and Resources Research in the Three Gorges Reservoir Region College of Life Sciences, Southwest University Chongqing 400715;
2. Chongqing Forestry Research Institute Chongqing 400036
Abstract: Ecosystem services provide a wide range of essential goods and services to humanity. With deeply understanding of coupled human and natural systems, evaluation of ecosystem service value is becoming a hot spot of ecological economics and environmental economics. Based on land use data, ecosystem service value of the Three Gorges Reservoir Region (Chongqing Section) from 1986 to 2010 was calculated by using Costanza's method and modified ecosystem service value coefficients. The temporal and spatial variation of ecosystem service value was quantitatively analyzed to understand the ecosystem service value change and to provide useful information for policymakers concerned with sustainable development of the Three Gorges Reservoir Region. Results showed that during the past 25 years the ecosystem service value of the study area decreased at first and then increased across 1986 and 2010. Especially, after entering into the 21st century, change rate of the ecosystem service value was greatly increased. The ecosystem service value of the Three Gorges Reservoir Region (Chongqing Section) was 9.53×1010 Yuan, 9.48×1010 Yuan, 9.43×1010 Yuan, 9.68×1010 Yuan in 1986, 1995, 2000, and 2010, respectively. Forest land was the main provider for the ecosystem service value of the study region, and also contributed most to the total ecological service value. The spatial pattern of ecosystem service value indicated that high value areas mainly located in the east and south of the study region, and low value areas were in the west and north. Overall, in the past 25 years, the core of ecosystem service value moved to the southeast. The global spatial autocorrelation index ranged from 0.473 to 0.498 during the study period, and local spatial autocorrelation showed that ecosystem service value had a spatial connection. Sensitivity analysis indicated that the estimated ecosystem service value in the study area was inelastic to the value coefficients, and the results were credible. Linear regression analysis revealed that ecosystem service value had a significant negative correlation with population density, GDP and urbanization rate, whereas the value had a significant positive correlation with farming, forestry, animal husbandry and fishery GDP. In respect to future ecological environmental management of the Three Gorges Reservoir Region, more attentions should be paid to ecosystem services, especially for the forest land, grassland, and water area. It is also important to develop an efficient ecological industry, to control unreasonable city expansion, and to implement the sustainable development with social economy harmony with natural environment.
Key words: the Three Gorges Reservoir Region (Chongqing Section)    ecosystem service value    temporal and spatial variation    

生态系统服务是指通过生态系统的结构、功能和过程直接或间接地提供生命支持产品(如原材料和食物等)和服务(如栖息地的提供等),包括人类生活所必需的生态产品和保证人类生活质量的生态功能两部分(Costanza et al.,1997)。全人类的生存和发展,都要依赖于生态系统服务(Daily,1997; 张志强等,2001)。而人类活动对生态系统的影响日益增强,几乎所有生态系统都受到了人类不同程度的干扰,生态系统服务功能也随之发生变化(Vitousek et al.,1997; 杨光梅等,2006; 伍星等,2009; 吴大千等,2009)。随着经济手段对自然资源配置进行调节需求的不断增大,将生态系统服务价值核算引入到生态管理决策当中,可以促进自然资源的合理开发和可持续利用,推动自然生态系统和社会经济系统长期协调发展(欧阳志云等,1999; 王大尚等,2013)。目前,生态系统服务价值的动态变化已成为可持续发展研究的热点之一,国内外学者非常重视并已经开展不同尺度上的生态系统服务价值定量评估研究(Daily et al.,2000; Costanza et al.,2004; 王宗明等,2004; Millennium Ecosystem Assessment,2005; 何浩等,2005; 闵捷等,2006; Du et al.,2009; Li et al.,2010; 张振明等,2011)。

三峡库区(重庆段)是长江上游重要的生态功能区,其生态系统服务功能的维持和改善对三峡库区以及长江流域生态安全意义重大(李月臣等,2013)。三峡库区(重庆段)生态系统长期承受着人类活动造成的巨大压力,尤其是重庆市设立直辖市以后,工业化与城镇化快速推进,加上三峡工程成库蓄水以及移民安置,该区域的土地利用出现剧烈变化,使得三峡库区(重庆段)生态系统类型、结构和生态过程发生明显改变,进而对生态系统服务功能产生巨大影响。针对三峡库区(重庆段)生态系统服务价值开展研究,可以进一步认识三峡库区生态系统的健康状况,协调库区紧张的人地关系,促进当地可持续发展。目前已有的关于三峡库区(重庆段)生态系统服务价值方面的研究,多集中于局部地区,并且主要偏向于静态价值计算,没有充分反映出区域生态系统服务价值的时空动态及内部差异性变化(张宝雷等,2007; 姜永华等,2008; 杜加强等,2008曹银贵等,2010; 田耀武等,2010; 王刚等,2011; 姚琳等,2012)。因此本研究基于土地利用数据,定量评估1986—2010年三峡库区(重庆段)生态系统服务价值的时空变化,旨在把握中长期时间范围内三峡库区生态系统服务价值的动态变化规律,探讨库区生态系统服务价值与人类社会经济影响因素之间的关系,从而为三峡库区生态建设规划、维持和提升区域生态系统服务功能提供一定的科学依据。

1 研究区概况

三峡库区(重庆段)位于28°31'—31°44' N、 105°49'—110°12' E,共包括了重庆市的巫山、巫溪、奉节、云阳、开县、万州、忠县、丰都、石柱、涪陵、武隆、长寿、渝北、巴南、江北、南岸、渝中、沙坪坝、北碚、九龙坡、大渡口和江津等22个区、县(自治县),幅员面积约4.62万km2,其中渝北、巴南、江北、南岸、渝中、沙坪坝、北碚、九龙坡、大渡口等9区为重庆市主城范围(图 1)。该区处于大巴山褶皱带、川东平行岭谷和川鄂湘黔隆起褶皱带三大构造单元的交汇处,地貌以山地、丘陵为主。气候类型属中亚热带湿润季风气候,受峡谷地形影响十分显著,具有冬暖、春早、夏热、秋雨、光照少、云雾多、霜雪少等特征。库区植被类型多样,主要以亚热带常绿阔叶林为主,除此之外还有常绿落叶阔叶混交林、落叶阔叶林、针叶林、针阔混交林、竹林、灌草丛等植被类型分布。土壤类型主要有黄壤、黄棕壤、紫色土、石灰(岩)土、水稻土、冲积土、粗骨土和潮土等。

图 1 研究区位置 Fig. 1 Location of the study area
2 研究方法及数据 2.1 数据源和预处理

研究主要数据来源于重庆市1986,1995,2000和2010年土地利用矢量专题图,比例尺为1∶10万。利用ArcGIS10.0建立研究区土地利用数据库,参照国家通用的土地分类系统及实际情况,将土地利用分为6种类型: 1)耕地; 2)林地; 3)草地; 4)水体; 5)建设用地; 6)未利用地。以此作为三峡库区(重庆段)25年来生态系统服务价值研究的基础。另有研究时段内四川省和重庆市统计年鉴收录的相关统计数据(重庆市1997年成为直辖市之前属于四川省管辖范围)。

2.2 生态系统服务价值评估

Costanza等(1997)发表在《Nature》杂志上的研究成果使生态系统服务价值评估的原理和方法从科学意义上得以明确,被认为是近年来生态学界最有影响力的科研成果之一。但由于其研究是基于全球水平上的,某些数据还存在偏差,因此国内学者谢高地等(2003; 2008)针对其存在的不足,同时参考其可靠的部分成果,在对中国生态学者进行问卷调查的基础上,建立了中国陆地生态系统服务价值当量因子表,并在国内生态系统服务价值研究中得到广泛应用和良好验证(肖玉等,2003; 闵捷等,2006; 徐立等,2009; 孙慧兰等,2010; 李峰等,2011; 李晋昌等,2011; 赵永华等,2011; 陈美球等,2012; 赵亮等,2013)。

考虑到研究区的具体情况和当前的研究进展,采用谢高地等(2008)最新修订的中国生态系统单位面积生态服务价值当量因子表,并结合三峡库区(重庆段)实际特征进行修正。基于谢高地等(2003)的研究成果,1个生态服务价值当量因子的经济价值量等于平均粮食单产市场价值的1/7,本研究以重庆市1986—2010年平均粮食单位面积产量4 149 kg·hm-2为基准粮食单位产量。为了消除各时期价格变动的影响,便于各时期的对比研究,以2010年重庆市粮食平均收购价格2.06元·kg-1为基准不变价格,计算出三峡库区(重庆段)1个生态服务价值当量因子的经济价值量为1 222.06元。根据相关研究成果,将生态系统类型与最接近的土地利用类型联系起来,农田、森林、草地、水域和荒漠分别对应为耕地、林地、草地、水体和未利用地,建设用地生态服务价值为0(Healey et al.,2000; 顾芗等,2009; 蒋晶等,2010; 许倍慎等,2011; 程琳等,2011; 吴海珍等,2011; 潘影等,2011; 刘金勇等,2013; 许诺等,2013),从而得到三峡库区(重庆段)不同土地利用类型单位面积生态服务价值(表 1)。

表 1 三峡库区(重庆段)不同土地利用类型单位面积生态服务价值 Tab.1 Ecosystem service value of different land use types in the Three Gorges Reservoir Region (Chongqing Section)

生态系统服务价值(ecosystem service value,ESV)的计算模型(Costanza et al.,1997):

$ ESV = \sum\limits_{i = 1}^n {{A_i} \times V{C_i},} $

式中: ESV为研究区生态系统服务总价值(元); Ai为研究区内土地利用类型i的分布面积(hm2); VCi为土地利用类型i的生态系统服务价值系数,即单位面积上土地利用类型i的生态系统服务价值(元·hm-2)。

为了利于深入研究生态系统服务价值的空间变化,利用ArcGIS10.0生成5 km×5 km正方形格网单元,将格网分别与各时期的土地利用图进行叠加,计算各个格网单元内的生态系统服务价值。

2.3 重心模型

引入重心模型对研究区域生态系统服务价值动态变化进行分析。重心迁移反映生态系统服务价值在空间上的变化轨迹,如果生态系统服务价值各方向均衡发展,则其重心基本不变; 若在某一方向上增减比较明显,则其重心发生明显偏移(朱会义等,2003; 彭月等,2011; 2012)。重心模型如下:

$ {X_t} = \frac{{\sum\limits_{i = 1}^n {\left({{C_{ti}} \times {X_i}} \right)} }}{{\sum\limits_{i = 1}^n {{C_{ti}}} }},{Y_i} = \frac{{\sum\limits_{i = 1}^n {\left({{C_{ti}} \times {Y_i}} \right)} }}{{\sum\limits_{i = 1}^n {{C_{ti}}} }} $

式中: Xt,Yt分别表示第t年生态系统服务价值重心的地理坐标,Cti表示第t年第i个网格单元的生态系统服务价值,Xi,Yi分别表示第i个网格单元的地理坐标。

2.4 空间自相关

空间自相关分析是指空间变量的取值与相邻空间单元上该变量取值的相似性程度分析。空间自相关性分为全局和局部2种度量指标,全局空间自相关是用来分析在整个研究范围内指定的属性是否具有自相关性; 局部空间自相关是用来分析在特定的局部地点指定的属性是否具有自相关性(赵亮等,2013; 胡红兵等,2013)。表示空间自相关的指标和方法很多,其中最常用的是Moran’s I指数。Moran’s I值介于-1~1之间,大于0为正相关,小于0为负相关,值越大表示空间分布的相关性越大,即在空间上有聚集分布的现象; 反之,值越小表示空间分布相关性越小,当值趋于0时,即代表空间系完全的随机分布。本研究使用ArcGIS10.0软件,分别分析三峡库区(重庆段)1986,1995,2000,2010年4个时期生态系统服务价值的全局空间自相关和局部空间自相关,并进行显著性检验。

2.5 敏感性指数

为了验证各种土地利用类型对生态系统类型的代表性和价值的准确性,也为了检验所选用的生态系统服务价值系数是否适合本研究区,借助经济学意义上的弹性理论,采用敏感性指数(coefficient of sensitivity,CS)来确定生态系统服务价值(ESV)随时间的变化情况对价值系数(value coefficient,VC)的依赖程度。CS的含义是指VC变动1%引起ESV的变化情况,如果CS>1,说明ESV对VC富有弹性,如果CS<1,说明ESV对VC缺乏弹性。CS值越大,表明VC的准确性越关键(Kreuter et al.,2001; 周德成等,2010; 李正等,2012)。本研究拟将各土地利用类型的VC分别上下调整50%来衡量ESV的变化情况。敏感性指数(CS)计算公式如下:

$ CS = \frac{{\left({ES{V_j} - ES{V_i}} \right)/ES{V_i}}}{{\left({V{C_{jk}} - V{C_{ik}}} \right)/V{C_{ik}}}}, $

式中:CS为敏感性指数,ESV为生态系统服务价值,VC为价值系数,i,j分别代表调整前和调整后,k为土地利用类型。

2.6 生态系统服务价值与社会经济因素之间的关系

在一定时间范围内,生态系统及其组成要素的改变多以人类活动为主。三峡库区(重庆段)人类活动剧烈,对生态系统的作用最直接体现就是土地利用的变化。但是由于生态系统服务价值的评估是基于不同土地利用类型的面积及其价值系数,土地利用的变化仅是从表面上反映生态系统服务价值的变化,实质上无法揭示生态系统服务价值变化的内在驱动因子(蔡邦成等,2006; 姚成胜等,2009; 李惠梅等,2012)。为此,本研究选取人口密度、GDP、城镇化率指标分别代表人口、经济和社会发展状况,农林渔牧业GDP指标反映生态产业发展状况,利用4个时期生态系统服务价值和上述4个社会经济指标的面板数据进行回归分析,从定量的角度进一步分析生态系统服务价值与社会经济因素之间的关系。1986年主城9区的行政区划相比后3个时期有所不同,所以1986年取14个区县的数据,1995,2000,2010年取三峡库区(重庆段)22个区县的面板数据,以上社会经济指标数据来源于1987,1996年四川省统计年鉴和2001,2011年重庆市统计年鉴,其中GDP和农林渔牧业GDP转化为2010年的不变价。由于各指标的单位、量纲存在差异,利用极差值法将指标数据进行标准化处理,使其值范围在0~10之间。

3 结果与分析 3.1 生态系统服务价值时间动态变化

1986,1995,2000和2010年三峡库区(重庆段)生态系统服务价值分别为953亿元、948亿元、943亿元和968亿元(表 2)。从生态系统服务价值的构成来看,林地的生态服务价值占总价值的60%以上,表明林地对生态系统服务价值的贡献占据绝对优势,是研究区生态系统服务价值构成的主体部分。从不同时段来看,研究区生态系统服务价值呈先降低后增加的V字型趋势。1986—1995年,生态系统服务总价值减少468亿元,林地的生态服务价值减少是导致该时段生态系统服务总价值降低的最主要原因,其次是耕地和水体生态服务价值的减少,与此同时,草地和未利用地的生态服务价值增加从一定程度上补偿了总生态系统服务价值的部分损失。1995—2000年,生态系统服务总价值减少544亿元,引起该时段生态系统服务价值损失的主要因素同样是林地的生态服务价值减少,其次是草地和未利用地的生态服务价值减少,耕地和水体的生态服务价值增加抵消了生态系统服务总价值的部分损失。2000—2010年,生态系统服务总价值增加25亿元,虽然草地、耕地和未利用地的生态服务价值减少带来部分损失,但是林地和水体的生态服务价值大幅度增加,不仅补偿了生态系统服务总价值的损失,而且使其总量得以增加。综合来看,整个研究时段内林地生态服务价值的变化量占总价值变化量的比重最大,说明林地的生态系统服务价值的变化在很大程度上决定了研究区生态系统服务总价值的变化。

表 2 不同时期三峡库区(重庆段)生态系统服务价值 Tab.2 Ecosystem service value at different time in the Three Gorges Reservoir Region (Chongqing Section)
3.2 生态系统服务价值空间动态变化 3.2.1 生态系统服务价值空间分布特征

根据计算出来的格网单元的生态系统服务价值的数值序列特征,按照标准差分级法划分为: Ⅰ级(<1.80×107元),Ⅱ级(1.80×107~3.70×107元),Ⅲ级(3.70×107~5.60×107元),IV级(5.60×107~7.50×107元),V级(>7.50×107元)5个等级,划分等级可以更加清晰反映生态系统服务价值的空间分布情况。图 2 显示,1986 —2010年,三峡库区(重庆段)生态系统服务价值的地域分布大致以巫溪至江津一线为界,该界东南部价值高,西北部价值低。极低值区位于都市区中心地带,低值区主要集中于主城区、长寿、万州、开县等地以及长江沿岸部分地区,中值区是研究区内分布面积最广的类型,其广泛存在于库区各个区县,高值区主要分布于江津、武隆、丰都、石柱、奉节、巫山、巫溪等区县,极高值区集中于江津南缘的四面山、武隆—丰都—石柱等地南部的七曜山、方斗山和奉节—巫山—巫溪等地东部的大巴山、巫山等地。

图 2 不同时期生态系统服务价值空间分布 Fig. 2 Spatial distribution of ecosystem service value at different time
3.2.2 生态系统服务价值重心转移

追踪各时期生态系统服务价值重心的空间位置和迁移情况(表 3) 发现,1986—1995年价值重心向东北方向移动1 656.47 m,1995—2000年价值重心向西南方向偏移372.77 m,2000—2010年价值重心向西南方向迁移1 100.88 m。从整个研究时段来看,三峡库区(重庆段)生态系统服务价值重心最初向东北方向发展,此后持续向南迁移,25年间重心总体向东南方向迁移473.63 m。

表 3 1986—2010年生态系统服务价值重心迁移情况 Tab.3 Changes of ecosystem service value core from 1986 to 2010
3.2.3 生态系统服务价值空间自相关

1986—2010三峡库区(重庆段)生态系统服务价值的全局空间自相关指数Moran’s I值均为正值(表 4),Z检验结果呈极显著,表明研究区生态系统服务价值的空间分布存在正向的空间自相关关系,即生态系统服务价值的空间分布不是随机分布,而是表现出相似值之间的空间集聚。其中1986—2000年间,Moran’s I值逐渐增加,2000年Moran’s I值最高,生态系统服务价值空间集聚趋势明显,但是2010年Moran’s I值有所下降,生态系统服务价值空间集聚性略有减弱。

表 4 不同时期生态系服务价值全局空间自相关指数 Tab.4 Global spatial autocorrelation index of ecosystem service value at different time

全局空间自相关能够判断出现在空间上的整体分布情况,但难以探测出聚集的位置所在及区域相关程度,局部空间自相关分析则可以研究局部区域内的空间自相关的局部空间变异及特定单元与邻接单元的空间联系方式。通过局部空间自相关分析发现,1986—2010年生态系统服务价值的空间自相关分布格局并未发生剧烈改变,仍保持着较稳定的空间分布格局。图 3中红色区域为高-高自相关,即表示区域及其周围区域的生态系统服务价值都较高,空间自相关呈显著正相关(P<0.05),在巫溪、巫山、奉节、忠县、武隆、丰都、石柱和江津等地有连片分布。蓝色区域为低-低自相关,即低生态系统服务价值区被低生态系统服务价值区包围,同样呈显著正相关(P<0.05),其主要分布于主城区及其周边长寿、江津西部、丰都北部等地。以上2种情况说明生态系服务价值呈聚集分布,具有较好的空间均质性。高-低和低-高自相关类型则表示高值由低值围绕或低值由高值围绕,其生态系统服务价值空间分布存在显著负相关(P<0.05),表现出较强的破碎性,空间异质性明显,但是上述2种类型数量极少且仅存在于研究区边缘。

图 3 不同时期生态系统服务价值局部空间自相关格局 Fig. 3 Local spatial autocorrelation pattern of ecosystem service value at different time ①NS: 不显著; HH: 高-高自相关; HL: 高-低自相关; LH: 低-高自相关; LL: 低-低自相关。
NS: Not significant; HH: High-high autocorrelation; HL: High-low autocorrelation; LH: Low-high autocorrelation; LL: Low-low autocorrelation.
3.3 敏感性分析

敏感性分析(表 5)结果表明: 在VC上下调整50%的情况下,CS都小于1。这说明ESV对VC缺乏弹性,即使VC具有不确定性,但是ESV的估算仍是稳健的,研究结果是可信的。其中未利用地的CS值趋近于0,水体和草地的CS值较小,耕地的CS值稍高,林地的CS值最高为0.665,表示当林地的VC增加1%时,对应的ESV增加0.665%,林地的生态服务价值变化对研究区的ESV变化影响程度最高,与之前结果一致。

表 5 三峡库区(重庆段)生态服务价值敏感性指数 Tab.5 Coefficient of sensitivity of ecosystem service value in the Three Gorges Reservoir Region (Chongqing Section)
3.4 生态系统服务价值与社会经济指标的回归分析

生态系统服务价值与4个社会经济指标分别建立的线性回归方程(表 6)表明: 生态系统服务价值与GDP、人口密度、城镇化率的回归系数分别为-0.526,-0.421,-0.833,P值均小于0.01,具有极显著的负相关性,而生态系统服务价值与农林牧渔GDP的回归系数为0.545,在0.01水平上呈极显著线性正相关关系。其中生态系统服务价值与城镇化率的线性回归方程R2=0.572,线性相关性最佳。

表 6 生态系统服务价值与社会经济指标的线性回归分析 Tab.6 Linear regression analysis between ecosystem service value and social economic factors
4 讨论与结论

本研究在参照经典研究成果的同时,结合三峡库区(重庆段)实际情况,修正了研究区各土地利用类型单位面积生态服务价值系数。经过敏感性分析表明:所采用的生态服务价值系数合理,基于此计算方法的生态系统服务价值结果客观可信。利用GIS技术科学分析研究区域1986—2010年间生态系统服务价值,能较好地反映中长时间段内三峡库区(重庆段)生态系统服务价值的时空差异以及动态变化规律。

三峡库区(重庆段)生态系统服务价值从20世纪80年代至21世纪初持续减少,但是在进入21世纪之后,呈现出增加的趋势,说明三峡库区(重庆段)土地利用对生态系统的影响可能从不利状态逐渐转变为有利状态。这主要得益于近年来政府主导的生态建设加强,一系列的生态恢复措施得以实施,加上三峡工程建成蓄水影响,林地、草地和水体等具有较高生态服务价值的土地利用类型数量增加,整体生态系统服务价值随之升高。

近25年来,研究区生态系统服务价值的空间格局大致以巫溪至江津一线为界,东南高、西北低。库区东部和南部地区地势起伏,水系发达,人口稀疏,交通闭塞,城镇发展水平较低,耕地和建设用地等人工干扰相对较少,大部分生态系统保持自然状态,特别是在大巴山、巫山、七曜山、方斗山和四面山等中高山区,少有人为干扰,天然起源的森林或者草地占据主导地位,生态系统结构和功能较为完整。相反,库区西部的山间盆地、平坝和低丘陵区多属经营相对集约的农耕区域,生态系统受人类垦殖行为干扰严重; 主城区及其周边地区是西南地区重要的工商业中心,人口密集,建成区面积大,大量人工设施取代生态系统自然组分,生态系统结构、功能以及各种生态过程受人为破坏严重,生态系统服务功能大幅度降低甚至丧失。

1986—2010年三峡库区(重庆段)生态系统服务价值的重心呈现出由西北向东南方向转移的趋势。这可能是因为研究区东部和南部是三峡库区生态屏障重点建设区域,长江干流生态林工程、天然林资源保护工程和退耕还林还草等生态工程主要集中在该片区实施,一定程度上约束了人为负面干扰活动,自然环境得到更多保护,受损的生态系统经过治理和修复,生态环境质量明显改善,生态系统趋于良性发展,森林覆盖率增加明显(曹银贵等,2008),同时东部和南部水网密布,三峡水库蓄水后水域面积的扩大也是导致生态系统服务价值增加的原因之一。而在西北方向上的主城区及其周边区域是研究区内目前城市活动最为剧烈的地区,受三峡移民迁建和城市扩张(北部新区、两江新区等新型园区的兴建)等因素影响,大量的人口涌入城市,城市建设活动随着时间的推移愈演愈烈,大面积的林地、草地和水体等被占用或毁坏,生态系统遭受的破坏程度加重,生态系统服务价值进一步降低(彭月等,2012; 袁兴中等,2012)。

空间自相关分析结果显示研究时段内三峡库区(重庆段)生态系统服务价值的空间分布具有一定的集聚性和相似性。高-高和低-低自相关是研究区ESV主要的集聚类型,说明ESV较为接近的地区相对集中。在1986—2000年间,ESV空间分布的集聚趋势逐渐增加,而到2010年ESV的空间集聚性却有所降低,开始呈现破碎化的趋势,这可能是由于人类活动的加剧,各土地利用类型之间频繁转换,区域单元间ESV差距减小,导致集聚效果减弱。

段瑞娟等(2006)陈美球等(2012)指出生态系统服务价值变化的原因: 一是土地利用格局改变造成各自然生态系统面积变化; 二是自然生态系统健康程度直接造成单位面积生态系统提供的服务功能价值的变化。已有研究表明: 研究区内土地利用变化的驱动力主要来源于人类社会经济活动(李月臣等,2010)。本研究通过生态系统服务价值与社会经济指标之间的回归分析,验证了人类社会经济活动是驱动研究区生态系统服务价值变化的重要因素。其中GDP、人口密度、城镇化率等指标与ESV呈极显著负相关,即经济越发达、人口越密集、城镇发展水平越高,其生态系统服务价值就越低。这说明在三峡库区(重庆段)经济、人口的快速增长对生态系统造成极大的负担,区域粗放的发展模式在很大程度上是以牺牲自然生态环境为代价,特别是城镇化建设直接导致土地利用格局发生明显改变,人为逆向干扰强度超出自然生态系统的承受阈值,生态系统出现异常,生态系统服务功能减弱,相应的生态系统服务价值降低。而农林牧渔业GDP与ESV呈极显著正相关,充分说明研究区农林牧渔业的发展对ESV具有积极的促进作用。三峡库区(重庆段)生物资源丰富,是西南地区重要的柑橘(Citrus reticulata)、橙(Citrus sinensis)、柚(Citrus maxima)、油桐(Vernicia fordii)、茶叶(Camellia sinensis)等优势产地,发展生态产业在提高当地农民收入的同时也起到了保护生态系统的作用(李建国等,2010),十分有利于生态系统服务价值的提高。

三峡库区(重庆段)地域广阔,生态系统的水平和垂直空间层次结构复杂,生态系统服务存在异质性和不确定性,某些特定区域的生态系统服务可能具有其特定的单位价值(Renetzeder et al.,2010),若要在微观尺度上更加精确,需要进一步研究与考证。根据研究结果结合三峡库区(重庆段)发展定位,研究区应立足生态,着眼长远,合理优化调整土地利用结构,继续推行退耕还林还草、水污染防治等生态建设,保护天然林地、草地和水体等高服务价值的生态系统完整性,发展库区高效绿色生态产业,控制城市用地无序的扩张,以减少对土地资源的浪费和自然环境的破坏,在维持和改善生态系统服务的前提下,满足当地正常生产生活的用地需求,实现区域生态环境和社会经济的可持续发展。

参考文献(References)
[1] 蔡邦成,陆根法,宋莉娟,等.2006.土地利用变化对昆山生态系统服务价值的影响.生态学报,26(9): 3005-3010.(1)
[2] 曹银贵,姚林君,郝银,等.2008.区域林地格局、驱动与生态价值研究.水土保持研究,15(2): 73-76,79.(1)
[3] 曹银贵,周伟,袁春.2010.基于土地利用变化的区域生态服务价值研究.水土保持通报,30(4): 241-246.(1)
[4] 陈美球,赵宝苹,罗志军,等.2013.基于RS与GIS的赣江上游流域生态系统服务价值变化.生态学报,33(9): 2761-2767.(2)
[5] 程琳,李锋,邓华锋.2011.中国超大城市土地利用状况及其生态系统服务动态演变.生态学报,31(20): 6194-6203.(1)
[6] 杜加强,王金生,滕彦国,等.2008.重庆市生态系统服务价值动态评估.生态学杂志,27(7): 1187-1192.(1)
[7] 段瑞娟,郝晋珉,张洁瑕.2006.北京区位土地利用与生态服务价值变化研究.农业工程学报,22(9): 21-28.(1)
[8] 顾芗,周生路,张红富,等.2009.南京市生态系统服务价值时间变化及区域差异分析.生态学杂志,28(3): 497-502.(1)
[9] 何浩,潘耀忠,朱文泉,等.2005.中国陆地生态系统服务价值测量.应用生态学报,16(6): 1122-1127.(1)
[10] 胡和兵,刘红玉,郝敬锋,等.2013.城市化流域生态系统服务价值时空分异特征及其对土地利用程度的响应.生态学报,33(8): 2565-2576.(1)
[11] 姜永华,江洪,曾波,等.2008.三峡库区(重庆段)土地利用变化对生态系统服务价值的影响分析.水土保持研究,15(4): 234-237,243.(1)
[12] 蒋晶,田光进.2010.1988年至2005年北京生态服务价值对土地利用变化的响应.资源科学,32(7): 1407-1416.(1)
[13] 李锋,叶亚平,宋博文,等.2011.城市生态用地的空间结构及其生态系统服务动态演变——以常州市为例.生态学报,31(19): 5623-5631.(1)
[14] 李正,王军,白中科,等.2012.贵州省土地利用及其生态系统服务价值与灰色预测.地理科学进展,31(5): 577-583.(1)
[15] 李惠梅,张安录,高泽兵,等.2012.青海湖地区生态系统服务价值变化分析.地理科学进展,31(12): 1747-1754.(1)
[16] 李建国,刘金萍,刘丽丽,等.2010.基于灰色极大熵原理的三峡库区(重庆段)生态系统健康评价.环境科学学报,30(11): 2344-2352.(1)
[17] 李晋昌,王文丽,胡光印,等.2011.若尔盖高原土地利用变化对生态系统服务价值的影响.生态学报,31(12): 3451-3459.(1)
[18] 李月臣,刘春霞,闵婕,等.2013.三峡库区生态系统服务功能重要性评价.生态学报,33(1): 168-178.(1)
[19] 李月臣,刘春霞,熊德芳.2010.重庆都市区土地利用/覆盖变化驱动机制分析.重庆师范大学学报:自然科学版,21(1): 37-46.(1)
[20] 刘金勇,孔繁花,尹海伟,等.2013.济南市土地利用变化及其对生态系统服务价值的影响.应用生态学报,24(5): 1231-1236.(1)
[21] 闵捷,高魏,李晓云,等.2006.武汉市土地利用与生态系统服务价值的时空变化分析.水土保持学报,20(4): 170-174.(2)
[22] 欧阳志云,王如松,赵景柱.1999.生态系统服务功能及其生态经济价值评价.应用生态学报,10(5): 635-640.(1)
[23] 潘影,张茜,甄霖,等.2011.北京市平原区不同圈层绿色空间格局及生态服务变化.生态学杂志,30(4): 818-823.(1)
[24] 彭月,何丙辉,黄世友,等.2011.大都市卫星城镇用地扩张及其驱动力分析——重庆市北碚区为例.资源科学,33(4): 704-711.(1)
[25] 彭月,何丙辉.2012.重庆市主城区1986—2007年用地时空演化特征分析.地球信息科学学报,14(5): 635-643.(2)
[26] 孙慧兰,李卫红,陈亚鹏,等.2010.新疆伊犁河流域生态服务价值对土地利用变化的响应.生态学报,30(4): 887-894.(1)
[27] 田耀武,黄志霖,肖文发,等.2010.基于RS和GIS的退耕还林模式对三峡库区黑沟小流域生态服务价值的影响.水土保持研究,17(3): 97-100.(1)
[28] 王刚,谢世友.2011.基于土地利用变化的重庆市生态系统服务功能价值评估.西南师范大学学报:自然科学版,36(5): 177-181.(1)
[29] 王大尚,郑华,欧阳志云.2013.生态系统服务供给、消费与人类福祉的关系.应用生态学报,24(6): 1747-1753.(1)
[30] 王宗明,张柏,张树清.2004.吉林省生态系统服务价值变化研究.自然资源学报,19(1): 55-61.(1)
[31] 吴大千,刘建,贺同利,等.2009.基于土地利用变化的黄河三角洲生态服务价值损益分析.农业工程学报,25(8): 256-261.(1)
[32] 吴海珍,阿如旱,郭田保,等.2011.基于RS和GIS的内蒙古多伦县土地利用变化对生态服务价值的影响.地理科学,31(1): 110-116.(1)
[33] 伍星,沈珍瑶,刘瑞民,等.2009.土地利用变化对长江上游生态系统服务价值的影响.农业工程学报,25(8): 236-241.(1)
[34] 肖玉,谢高地,安凯.2003.莽措湖流域生态系统服务功能经济价值变化研究.应用生态学报,14(5): 676-680.(1)
[35] 谢高地,鲁春霞,冷允法,等.2003.青藏高原生态资产的价值评估.自然资源学报,18(2): 189-196.(1)
[36] 谢高地,甄霖,鲁春霞,等.2008.一个基于专家知识的生态系统服务价值化方法.自然资源学报,23(5): 911-919.(1)
[37] 徐立,刘少博,刘云国,等.2009.湘中红壤丘陵区土地利用变化对生态系统服务价值的影响——以长沙市为例.环境科学学报,29(8): 1788-1792.(1)
[38] 许诺,孟伟庆,翟付群,等.2013.天津滨海新区土地利用变化对生态系统服务价值的影响.城市环境与城市生态,26(1): 5-8.(1)
[39] 许倍慎,周勇,徐理,等.2011.湖北省潜江市生态系统服务功能价值空间特征.生态学报,31(24): 7379-7387.(1)
[40] 杨光梅,李文华,闵庆文.2006.生态系统服务价值评估研究进展.生态学报,26(1): 205-212.(1)
[41] 姚玲,廖和平,邓春燕,等.2012.基于土地利用变化的三峡库区生态服务价值损益分析——以重庆市巫山县为例.西南大学学报:自然科学版,34(5): 91-96.(1)
[42] 姚成胜,朱鹤健,吕晞,等.2009.土地利用变化的社会经济驱动因子对福建生态系统服务价值的影响.自然资源学报,24(2): 225-233.(1)
[43] 袁兴中,肖红艳,颜文涛,等.2012.成渝经济区土地利用与生态服务价值动态分析.生态学杂志,31(1): 180-186.(1)
[44] 张宝雷,张淑敏,周启刚,等.2007.土地利用和生态系统服务功能变化研究——以三峡库区大宁河流域为例.长江流域资源与环境,16(2): 181-185(1)
[45] 张振明,刘俊国.2011.生态系统服务价值研究进展.环境科学学报,31(9): 1835-1842.(1)
[46] 张志强,徐中民,程国栋.2001.生态系统服务与自然资本价值评估.生态学报,21(11): 1918-1926.(1)
[47] 赵亮,刘吉平,田学智.2013.近60年挠力河流域生态系统服务价值时空变化.生态学报,33(10): 3169-3176.(2)
[48] 赵永华,张玲玲,王晓峰.2011.陕西省生态系统服务价值评估及时空差异.应用生态学报,22(10): 2662-2672.(1)
[49] 周德成,罗格平,许文强,等.2010.1960—2008年阿克苏河流域生态系统服务价值动态.应用生态学报,21(2): 399-408.(1)
[50] 朱会义,李秀彬.2003.关于区域土地利用变化指数模型方法的讨论.地理学报,58(5): 643-650.(1)
[51] Costanza R,d'Arge R,de Groot R,et al.1997.The value of the world's ecosystem services and natural capital.Nature,387(6630): 253-260.(3)
[52] Costanza R,Stern D,Fisher B,et al.2004.Influential publications in ecological economics: a citation analysis.Ecological Economics,50(3): 261-292.(1)
[53] Daily G C,Söderqvist T,Aniyar S,et al.2000.The value of nature and the nature of value.Science,289(5478): 395-396.(1)
[54] Daily G C.1997.Natures services : Societal dependence on natural ecosystems.Washington D C: Island Press.(1)
[55] Du Z Q,Shen Y D,Wang J,et al.2009.Land-use change and its ecological responses: a pilot study of typical agro-pastoral region in the Heihe River,northwest China.Environmental Geology,58(7): 1549-1556.(1)
[56] Heal G.2000.Valuing ecosystem services.Ecosystems,3(1): 24-30.(1)
[57] Kreuter U P,Harris H G,Matlock M D,et al.2001.Change in ecosystem service values in the San Antonio area,Texas.Ecological Economics,39(3): 333-346.(1)
[58] Millennium Ecosystem Assessment.2005.Ecosystems and Human Well-Being: Synthesis.Washington: Island Press.(1)
[59] Renetzeder C,Schindler S,Peterseil J,et al.2010.Can we measure ecological sustainability? Landscape pattern as an indicator for naturalness and land use intensity at regional,national and European level.Ecological Indicators,10(1): 39-48.(1)
[60] Vitousek P M,Money H A,Lubchenco J,et al.1997.Human domination of earth's ecosystems.Science,277(5325): 494-499.(1)