基于NPP的重慶市“一圈兩群”生態(tài)系統(tǒng)服務重要性評價及其機理研究

李輝, 王福海, 羅胤晨

基于NPP的重慶市“一圈兩群”生態(tài)系統(tǒng)服務重要性評價及其機理研究

李輝1,2,*, 王福海1,2, 羅胤晨1,2

1. 生態(tài)環(huán)境空間信息數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)集成重慶市重點實驗室, 重慶 401320 2. 重慶財經(jīng)學院, 重慶 401320

生態(tài)系統(tǒng)服務功能重要性的研究可為生態(tài)功能定位及生態(tài)環(huán)境的建設和保護提供重要的科學依據(jù)。采用NPP定量指標評價法, 評價重慶市2018年水源涵養(yǎng)服務、水土保持服務、生物多樣性服務與生態(tài)系統(tǒng)綜合服務重要性, 識別生態(tài)系統(tǒng)服務熱點區(qū)域, 從土地利用及主控因子識別方面對重慶市“一圈兩群”發(fā)展格局下生態(tài)系統(tǒng)服務功能進行綜合研究, 揭示研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務重要性的內在機理。結果表明:(1)水源涵養(yǎng)與生物多樣性重要性級別中, 重慶市主城區(qū)都市圈級別較低, 渝東南武陵山區(qū)城鎮(zhèn)群和渝東北三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)群級別較高, 水土保持重要性級別則相反。(2)重慶市生態(tài)系統(tǒng)綜合服務中等重要區(qū)域面積最大, 占總面積的44.70%, 一般重要區(qū)域面積最小, 占比4.92%, 空間上呈現(xiàn)出中部及東南部較高, 西北部較低的分布態(tài)勢; (3)研究區(qū)一類服務熱點區(qū)占總面積的39.6%, 主要分布在主城區(qū)都市圈的西北和東南處, 二類占35.3%, 主要分布在渝東南城鎮(zhèn)群的西南處和渝東北城鎮(zhèn)群的東南處, 三類占6.8%, 零散分布于渝東北城鎮(zhèn)群; (4)耕地與林地在研究區(qū)整體與各區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)綜合服務重要性級別中占比最大, 均為不同重要性級別區(qū)域的主要用地類型; (5)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務重要性各級別區(qū)域內主控因子存在差異, 但NPP、坡度、海拔對研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)綜合服務重要性結果影響較大。客觀評價和揭示了重慶市生態(tài)系統(tǒng)服務功能在重要性特征及其內在機理, 以期為重慶市分區(qū)發(fā)展過程中的生態(tài)保護提供科學依據(jù)及理論支持。

生態(tài)系統(tǒng)服務; NPP; 熱點區(qū); 重慶市

0 前言

生態(tài)系統(tǒng)由錯綜復雜的生物與非生物組成, 為生物生存提供空間與物質條件[1]。隨著生態(tài)學科的蓬勃發(fā)展, 生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用的生態(tài)系統(tǒng)服務相關研究逐漸成為熱點領域[2]。Rui Han等以回歸模型衡量人為干擾下生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化程度以探究生態(tài)系統(tǒng)服務于人類干擾之間的空間異質關系[3]。Ferdouz Cochran等將30 m和1 m的土地覆蓋產品與人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)及其他地理空間數(shù)據(jù)相結合, 以構建有助于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標設定的生態(tài)系統(tǒng)服務綜合指標[4]。Xibao Xu等運用RUSLE、CASA和InVEST模型定量計算土壤保持、固碳與生物多樣性三類生態(tài)系統(tǒng)服務功能以評價長江三角洲國家自然保護區(qū)的有效性[5]。Fengqin Yan等以當量法研究了中國大陸海岸線運動變化期間內的生態(tài)系統(tǒng)服務價值, 定量評估響應海岸線運動的生態(tài)系統(tǒng)服務價值損失[6]。丁肇慰等采用相對生物量密度、相對植被指數(shù)以及生態(tài)系統(tǒng)評估模型, 研究2000—2015年長江流域生態(tài)系統(tǒng)質量及服務變化特征[7]。相關研究成果豐富了生態(tài)系統(tǒng)服務功能的研究內容, 加深了學術界對生態(tài)系統(tǒng)服務功能的認識。雖然國內外學者從不同層面采用定性或定量的方法對生態(tài)系統(tǒng)服務進行評價, 但忽略了針對區(qū)域典型生態(tài)系統(tǒng), 分析其服務功能的空間分異特征和明確重要區(qū)域空間分布的生態(tài)系統(tǒng)服務重要性評價研究。同時, 已有的生態(tài)系統(tǒng)服務重要性評價則多以評價單元為主, 難以反映生態(tài)系統(tǒng)服務真實情況, 且部分定量方法計算過程繁雜、數(shù)據(jù)難以獲取, 因此快速、準確計算大尺度下生態(tài)系統(tǒng)服務價值并分析其內在機理需要進一步研究。

近年來, 重慶市正在積極探尋新興產業(yè), 堅定信心推進高質量發(fā)展, 加快落實“兩點”定位、“兩地”、“兩高”目標。但在城市擴張過程中, 生態(tài)用地建少的情況及對生態(tài)系統(tǒng)造成不同程度的影響和破壞屢見不鮮[8-9], 同時, 水土流失、石漠化等生態(tài)環(huán)境突出, 因此需要加強對重慶市重點生態(tài)功能的識別及劃分, 降低因城市邊界擴張所帶來的生態(tài)風險。因此, 本文采用環(huán)發(fā)[2015]56號《生態(tài)保護紅線劃定技術指南》中的NPP定量指標評價法[10-12]對重慶市生態(tài)系統(tǒng)服務重要性進行評價, 通過定量劃分級別, 分析各級別生態(tài)系統(tǒng)服務的數(shù)量與空間特征, 識別出生態(tài)系統(tǒng)綜合服務重要性的熱點區(qū)域, 研究不同級別內土地利用分布規(guī)律, 識別生態(tài)系統(tǒng)綜合服務重要性區(qū)域主控因子, 從而分析重慶市生態(tài)系統(tǒng)綜合服務重要性的內在機理, 以期為重慶市的生態(tài)空間管控與區(qū)域發(fā)展過程中的生態(tài)保護提供理論和數(shù)據(jù)支撐。同時, 將生態(tài)系統(tǒng)和人類福祉協(xié)同發(fā)展的綜合視角引入到自然保護領域, 可在一定程度上促進生態(tài)保護理論、方法和應用的發(fā)展與完善。

1 研究區(qū)概況

重慶市地處四川盆地的東南部(東經(jīng)105°11′—110°11′、北緯28°10′—32°12), 地理位置如圖1, 是長江上游地區(qū)的經(jīng)濟中心。研究區(qū)海拔范圍73.1—2796.8 m, 平均海拔為400 m, 年平均氣溫在16—18 ℃之間, 年平均降水量在1000—1350 mm之間, 屬于亞熱帶季風性濕潤氣候。植被覆蓋高, 礦產資源豐富, 生態(tài)環(huán)境質量良好。重慶市規(guī)劃委員會暨重慶市歷史文化名城保護委員會會議中提出構建“一圈兩群”三大片區(qū)協(xié)同發(fā)展發(fā)展格局, 完善分區(qū)協(xié)同發(fā)展機制、促進產業(yè)協(xié)同發(fā)展, 其中“一圈”為主城區(qū)都市圈, “兩群”分別為渝東北三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)群和渝東南武陵山區(qū)城鎮(zhèn)群。文章以重慶市為研究對象, 分析“一圈兩群”發(fā)展格局下的生態(tài)系統(tǒng)服務重要性, 對于山地城市生態(tài)系統(tǒng)服務重要性研究具有較好的理論與實踐意義。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究所采用的數(shù)據(jù)如表1所示, 于各數(shù)據(jù)網(wǎng)站收集與下載后在ArcMap10.5中對原始數(shù)據(jù)進行提取、整理等工作, 從而獲取所需要的評價因子: (1)mean(多年平均凈初級生產力); (2)多年年平均氣溫因子tem; (3)多年平均降水因子pre; (4)坡度因子slo; (5)海拔因子alt; (6)土壤可蝕性因子; (7)土壤滲透能力因子sic。將上述評價因子空間分辨率統(tǒng)一為1 km。

圖1 研究區(qū)概況

Figure 1 Overview of the study area

表1 數(shù)據(jù)來源與預處理

2.2 研究方法

2.2.1 NPP定量指標評價法

該評價方法以定量指標NPP為主要參數(shù), 結合自然地理要素進行評價, 在其適用范圍內具有客觀公正且準確, 操作較為簡便快捷的特點, 綜合分析本研究區(qū)實地情況, 該評價方法由較高的準確性[15]。NPP定量指標評價法分為兩個過程, 首先計算出生態(tài)服務能力指數(shù), 然后對生態(tài)系統(tǒng)服務重要性進行分等定級。

水源涵養(yǎng)服務能力指數(shù)(WR)計算, 從植被截流降水、增強土壤下滲、抑制地表蒸發(fā)、減緩地表徑流和增加降水等方面考慮[16], 選取的主要因子進行計算重慶市水源涵養(yǎng)服務能力指數(shù), 從而實現(xiàn)對重慶市水源涵養(yǎng)服務重要性的評價; 水土保持服務能力計算指數(shù)(Spro)計算, 通過水蝕導致土壤侵蝕作用、土壤侵蝕作用和減少地表土壤隨降水流失進入溝壑的能力綜合分析[17], 選取主要因子進行計算重慶市水土保持服務能力指數(shù), 從而實現(xiàn)對重慶市水土保持服務重要性的評價; 生物多樣性保護服務能力指數(shù)(Sbio)計算, 以生態(tài)系統(tǒng)對生物多樣性的維持、對氣候的影響、洪澇與干旱的減輕作用, 對土壤的凈化作用角度思考[18], 從而實現(xiàn)對重慶市生物多樣性服務重要性的評價。生態(tài)系統(tǒng)綜合服務指數(shù)(IESI), 為上述三類單項服務指數(shù)相加之和[19]。按照自然斷點法, 將研究區(qū)分為一般重要、較重要、中等重要、高度重要和極為重要共5類區(qū)域。

2.2.2 熱點分析法

將重慶市水源涵養(yǎng)服務、水土保持服務、生物多樣性保護服務3種生態(tài)系統(tǒng)服務超過多年平均值的地區(qū), 視為該種服務熱點區(qū)[20]。其中, 將能夠提供服務的區(qū)域作為熱點區(qū)域, 即超過平均值的區(qū)域, 劃分為4類“服務區(qū)”, “0”表示3種生態(tài)系統(tǒng)服務都不提供; “1”表示3種生態(tài)系統(tǒng)只提供其中一種服務的區(qū)域; “2”表示3種生態(tài)系統(tǒng)服務提供其中兩種的區(qū)域; “3”表示3種生態(tài)系統(tǒng)都提供服務的區(qū)域。

2.2.3 重要性區(qū)域空間分布規(guī)律內在機理分析方法

首先, 分析評價結果中各個重要性區(qū)域所對應的土地利用現(xiàn)狀, 使用ArcGIS10.5軟件, 將2018年重慶市土地利用一級分類數(shù)據(jù)和生態(tài)系統(tǒng)服務重要性區(qū)域進行疊加分析。統(tǒng)計疊加后重慶市全域與“一圈兩群”分區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)綜合服務重要性評價區(qū)域內的土地利用現(xiàn)狀占比柱狀圖。其次, 選取NPP因子、海拔因子、坡度因子、溫度因子、降水因子、土壤可蝕性因子、土壤滲透能力因子。分析各重要區(qū)域內主要控制因子并進行識別, 分析統(tǒng)計3種生態(tài)系統(tǒng)服務區(qū)域的各種影響因子的平均值, 計算出其偏差, 篩選出偏離程度較高的前幾項影響因子, 將其用于識別重要性區(qū)域的控制因子[21], 計算公式如下:

3 結果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)單項服務重要性評價結果分析

3.1.1 水源涵養(yǎng)服務重要性評價

從數(shù)值上看(表3), 重慶市水源涵養(yǎng)服務一般重要區(qū)域面積為56004.83 km2, 占比最大, 為67.99%; 較為重要區(qū)域和中等重要區(qū)域面積分別為13142.41 km2和7835.30 km2, 占比為15.95%和9.51%; 極為重要和高度重要的區(qū)域面積占比最小, 僅為1.95%和4.60%。

從空間分布上看(圖2), 主城區(qū)都市圈內各個重要性級別分布相對集中, 較為重要區(qū)域占比最大; 渝東南武陵山區(qū)城鎮(zhèn)群和渝東北三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)群區(qū)域內, 水源涵養(yǎng)服務級別分別向東南和東北處遞增, 極為重要區(qū)域主要分布在秀山縣、奉節(jié)縣和城口縣三個區(qū)縣境內。為使重慶市全域與3類分區(qū)之間有更為直觀的對比, 制作南丁格爾玫瑰圖。如圖3所示, 從區(qū)域尺度上看, 水源涵養(yǎng)服務能力從高到低依次為渝東北三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)群、渝東南武陵山區(qū)城鎮(zhèn)群、重慶市全域、主城區(qū)都市圈。

表2 生態(tài)系統(tǒng)服務計算方法表

3.1.2 水土保持服務重要性評價

從數(shù)值上看(表3), 重慶市水土保持服務中等重要區(qū)域面積為36659.64 km2, 占比最大, 為44.50%; 高度重要和較為重要區(qū)域面積次之, 分別為20137.18 km2和17971.74 km2, 占比24.45%和21.82%; 一般重要和極為重要區(qū)域占比最小, 分別為8.55%和0.68%。

從空間分布上看(圖2), 主城區(qū)都市圈內水土保持服務中等重要和一般重要區(qū)域占比較大; 渝東南武陵山區(qū)城鎮(zhèn)群和渝東北三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)群區(qū)域內, 水土保持服務級別分別向東南和東北方向呈遞減趨勢; 極為重要區(qū)域主要分布在銅梁縣、大足區(qū)和忠州區(qū)。從區(qū)域尺度上看(圖3), 水土保持服務能力從高到低依次為主城區(qū)都市圈、渝東南武陵山區(qū)城鎮(zhèn)群、重慶市全域、渝東北三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)群。

3.1.3 生物多樣性保護重要性評價

從數(shù)值上看(表3), 重慶市生物多樣性服務較為重要區(qū)域面積最大, 為27941.57 km2, 占比33.92%; 中等重要和高等重要區(qū)域面積分別為21708.48 km2和15942.79 km2, 占比分別為26.35%和19.35%; 一般重要和即為重要區(qū)域面積占比最小, 僅為13.48%和6.89%。

從空間分布上看(圖2), 主城區(qū)都市圈生物多樣性重要級別中, 較為重要區(qū)域和中等重要占比最大; 渝東北三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)群呈現(xiàn)西南區(qū)域(如開州區(qū)、云陽縣等)重要性等級高, 東北區(qū)域(如城口縣、巫溪縣等)等級低的特點; 渝東南武陵山區(qū)城鎮(zhèn)群重要性等級由西向東南方向逐漸提升, 極為重要區(qū)域主要分布在酉陽縣和秀山縣兩個區(qū)縣境內。從區(qū)域尺度上看(圖3), 生物多樣性保護服務能力從高到低依次為渝東南武陵山區(qū)城鎮(zhèn)群、渝東北三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)群、重慶市全域、主城區(qū)都市圈。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)綜合服務重要性評價結果分析

3.2.1 生態(tài)系統(tǒng)綜合服務重要性區(qū)域特征分析

從數(shù)量上看(表3), 生態(tài)系統(tǒng)綜合服務中等重要區(qū)域面積最大, 為36819.13 km2, 占區(qū)域總面積的44.70%; 高度重要和較為重要面積次之, 分別為23091.37 km2和13528.98 km2, 占總面積的28.03%和16.42%; 極為重要區(qū)域和一般重要區(qū)域面積最小, 分別為4883.58 km2和4051.50 km2, 占總面積的5.93%和4.92%。從區(qū)域尺度上看(圖3), 生態(tài)系統(tǒng)綜合服務差別較小, 指數(shù)從高到低依次為渝東南武陵山區(qū)城鎮(zhèn)群、重慶市全域、主城區(qū)都市圈、渝東北三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)群。

從空間分布上看(圖4), 研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)綜合服務差異較為明顯, 數(shù)值上整體呈現(xiàn)出重慶市中部及東南部較高, 東北部較低的分布態(tài)勢。其中, 一般重要區(qū)域主要分布在重慶主城區(qū)及長江水域沿岸, 極少量分布于北部的城口縣和巫溪縣; 較為重要區(qū)域主要分布在重慶北部的城口縣、巫溪縣、巫山縣、云陽縣及奉節(jié)縣, 少量分布于東南部的南川區(qū)、武隆縣、彭水縣等區(qū)域; 中等重要區(qū)域分布較為廣泛, 重慶市全域均有分布; 較為重要區(qū)域主要分布在重慶市中北部的長壽縣、墊江縣、梁平區(qū)及東南部的石柱縣、彭水縣、黔江區(qū)等區(qū)域; 極為重要區(qū)域主要分布在重慶東南部的酉陽縣、秀山區(qū), 少量分布于東北部。生態(tài)系統(tǒng)綜合服務較高值出現(xiàn)的區(qū)域因開發(fā)程度低、植被覆蓋較高, 從而生境質量較好, 生態(tài)系統(tǒng)綜合服務數(shù)值高; 較低值出現(xiàn)的區(qū)域因常年溫度較周圍區(qū)域低, 但高程、降雨量較周圍區(qū)域高, 或處于長江沿岸, 地形特征明顯, 導致生態(tài)系統(tǒng)綜合服務數(shù)值偏低。

表3 生態(tài)系統(tǒng)服務重要性各級別面積占比統(tǒng)計

圖2 生態(tài)系統(tǒng)單項服務重要性評價空間分布

Figure 2 The spatial distribution of the evaluation of the importance of individual ecosystem services

圖3 重慶市全域與分區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務指數(shù)平均值

Figure 3 Average of ecosystem service indexes in Chongqing's entire region and districts

3.2.2 熱點區(qū)識別

根據(jù)ArcMap的統(tǒng)計工具, 得出研究區(qū)水源涵養(yǎng)、水土保持及生物多樣性保護服務能力指數(shù)平均值分別為40.52、388.76、116.14, 按照上述平均值將3類生態(tài)系統(tǒng)服務進行重分類以劃分服務熱點統(tǒng)計區(qū)(圖5)。可以看出, 重慶市生態(tài)系統(tǒng)服務熱點區(qū)具有較為明顯的分區(qū)特征。其中, 一類服務熱點區(qū)約占研究區(qū)總面積的 39.6%, 二類服務熱點區(qū)約占35.3%, 三類服務熱點區(qū)約占6.8%。

從空間上來看, 重慶市主城區(qū)都市圈以水土保持為生態(tài)功能的一類服務熱點區(qū)與水土保持、水源涵養(yǎng)為生態(tài)功能的二類服務熱點區(qū)為主; 渝東南武陵山區(qū)城鎮(zhèn)群以生物多樣性為生態(tài)功能的一類服務熱點區(qū)與生物多樣性、水土保持為生態(tài)功能的二類服務熱點區(qū)為主。渝東北三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)群則主要以水源涵養(yǎng)功能為生態(tài)功能的一類服務熱點區(qū)為主, 以水土保持、水源涵養(yǎng)及生物多樣性保持為主要的生態(tài)系統(tǒng)服務類型的三類服務熱點區(qū)主要分布在包括墊江縣、梁平區(qū)等的三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)群中北部及酉陽縣和秀山縣等東南部。總體來看, 重慶市的多重服務熱點區(qū)大多植被覆蓋度高、生境質量好, 因而具有較好的水土保持、水源涵養(yǎng)及生物多樣性保持能力。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)綜合服務重要性內在機理研究

3.3.1 生態(tài)系統(tǒng)綜合服務重要性區(qū)域空間分布內在機理

對重慶市生態(tài)系統(tǒng)綜合服務不同等級重要性區(qū)域的土地利用類型進行分析, 統(tǒng)計全域尺度和“一圈兩群”區(qū)域尺度下不同土地利用類型在不同等級生態(tài)系統(tǒng)綜合服務重要性區(qū)域的面積占比, 結果如圖6所示。

圖4 生態(tài)系統(tǒng)綜合服務重要性評價結果分布

Figure 4 Distribution of evaluation results of the importance of integrated ecosystem services

圖5 重慶市多重生態(tài)系統(tǒng)服務熱點區(qū)分布

Figure 5 Distribution of multiple ecosystem service hot spots in Chongqing

在全域尺度上, 隨著重要性級別的提升, 建設用地、水域、未利用地的面積呈“倒N”型波動下降, 草地、林地及耕地的面積呈“倒V”型趨勢波動上升。在區(qū)域尺度上, 重慶市主城區(qū)都市圈各級別的生態(tài)系統(tǒng)重要性中耕地與林地的面積占比較為突出, 隨著重要性級別的提升, 草地、林地與耕地面積占比呈現(xiàn)先增后減的波動形式, 在中等重要區(qū)域面積達到最大值, 建設用地、水域、未利用地的面積占比呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢。

圖6 重慶市全域與分區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務重要性各級別土地利用類型占比

Figure 6 The proportion of land use types at each level of importance of ecosystem services in Chongqing's entire region and districts

渝東北三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)群各級別的生態(tài)系統(tǒng)重要性中草地占比較為突出, 隨著重要性級別的提升, 草地、林地、耕地、建設用地、未利用地面積占比呈現(xiàn)先增后減的波動形式, 但其面積占比的峰值所在重要性級別的位置不同, 水域的面積占比則持續(xù)降低。渝東南武陵山區(qū)城鎮(zhèn)群各級別的生態(tài)系統(tǒng)重要性中林地和耕地占比較為突出, 隨著重要性級別的提升, 除未利用地外, 草地、林地、耕地、水域及建設用地面積占比均呈現(xiàn)先增后減的波動形式, 且在中等重要區(qū)域面積占比達到峰值。

3.3.2 生態(tài)系統(tǒng)綜合服務重要性區(qū)域主控因子分析

計算研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)綜合服務重要性各級別區(qū)域內影響因子的相對偏差結果, 識別出主控因子, 結果如表4所示。相對偏差的絕對值大小表明各因子對不同重要性級別區(qū)域內部因子的偏差程度, 值越大偏差越大, 則該因子對區(qū)域的影響越大。在全域尺度上, 一般重要區(qū)域內主控因子分別為土壤可蝕性因子、坡度、NPP。較重要區(qū)域與高度重要區(qū)域受地形影響較大, 最為主要的控制因子為坡度, 其次為海拔。中等重要區(qū)域中各因子的相對偏差較小, 各因子對中等重要區(qū)域的影響較為均衡。極為重要區(qū)域的主控因子依次為土壤滲流能力因子、坡度與NPP。

在區(qū)域尺度上, 主城區(qū)都市圈的一般重要區(qū)域內主控因子依次為NPP、坡度、海拔。較重要區(qū)域與高度重要區(qū)域受地形影響較大, 最為主要的控制因子為海拔, 其次為坡度。中等重要與高度重要區(qū)域中各因子的相對偏差較小, 各因子對中等重要區(qū)域的影響較為均衡。極為重要區(qū)域的主控因子主要為NPP與土壤滲流能力因子。渝東北三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)群的一般重要區(qū)域內主控因子依次為坡度、海拔、NPP。較重要區(qū)域最為主要的控制因子為坡度、海拔、溫度。中等重要區(qū)域中各因子的相對偏差較小, 各因子對中等重要區(qū)域的影響較為均衡。高等重要區(qū)域主要控制因子為坡度、海拔。極為重要區(qū)域的主控因子依次為坡度、土壤滲流能力因子、NPP、海拔。渝東南武陵山區(qū)城鎮(zhèn)群的一般重要與較為重要區(qū)域內主控因子依次為坡度、土壤可蝕性因子、土壤滲流能力因子。中等重要區(qū)域中各因子的相對偏差較小, 各因子對中等重要區(qū)域的影響較為均衡。高等重要區(qū)域主要控制因子為坡度。極為重要區(qū)域的主控因子依次為土壤滲流能力因子、坡度、海拔、NPP。

4 討論

自然斷點法是Jenks提出的一種地圖分級算法, 其認為數(shù)據(jù)本身有斷點, 從而進行分級得到分界點, 使數(shù)據(jù)組間方差最大、組內方差最小[22]。本文使用自然斷點法, 基于生態(tài)系統(tǒng)服務數(shù)值中固有的自然分組對分類間隔加以識別, 可對相似值進行最恰當?shù)姆纸M, 使生態(tài)系統(tǒng)服務不同等級之間的差異最大化[16]。同時, 對不同等級的生態(tài)系統(tǒng)綜合服務與土地利用及影響其等級評價的主控因子進行統(tǒng)計識別, 進一步探究生態(tài)系統(tǒng)綜合服務重要性的內在機理, 使得對生態(tài)系統(tǒng)綜合服務評價能有一個更加科學直觀的統(tǒng)一認識。

重慶市作為西南地區(qū)唯一的直轄市, 不僅具有很高的經(jīng)濟地位, 而且在全國的生態(tài)安全戰(zhàn)略中同樣具有舉足輕重的作用, 該區(qū)域的生態(tài)安全關乎區(qū)域乃至長江流域的經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展[23-24]。由圖4及圖5可以看出, 研究區(qū)東北端及主城區(qū)等區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)綜合服務等級較低, 針對此類區(qū)域, 可根據(jù)識別出的主控因子采取一定手段進行干預, 從而確保城市發(fā)展進程與生態(tài)環(huán)境保護之間的良性協(xié)調關系, 解決發(fā)展過程中的沖突, 同時還應優(yōu)先考慮生態(tài)價值, 減少生態(tài)規(guī)劃與土地利用的沖突, 及時落實生態(tài)補償[25]。針對生態(tài)系統(tǒng)服務綜合服務等級較高的區(qū)域, 在維持其當前生態(tài)功能的情況下, 結合不同區(qū)域實際情況建立更為完善的生態(tài)系統(tǒng)服務性評估系統(tǒng)。

文章以NPP定量指標評價方法研究從全域與區(qū)域尺度上分析多種重慶市2018年生態(tài)系統(tǒng)服務重要性并劃分重要性等級, 更加突出生態(tài)系統(tǒng)服務重要性內部的差異性; 運用熱點分析, 識別不同生態(tài)系統(tǒng)服務的分布特征; 以不同重要性級別內土地利用類型的面積占比與不同指標因子的相對偏差研究重慶市一圈兩群生態(tài)系統(tǒng)服務重要性的內在機理。研究在基于NPP定量指標評價法計算各類指數(shù)過程中, 因數(shù)據(jù)獲取限制及精度問題。文章基礎數(shù)據(jù)的獲取大多來源于遙感影像的人機交互解譯和GIS空間分析, 數(shù)據(jù)處理存在不可避免的誤差, 在一定程度上影響分析結果的準確性, 使得評價結果會存在少量偏差。但本研究的結果依然具有客觀性和科學性, 能夠反映研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務重要性的空間格局特征。因此, 在后期研究中, 將嘗試獲取高精度數(shù)據(jù)以盡可能減小偏差。同時, 研究僅對重慶市相關因子進行了多年平均值計算, 未探究長時間序列上的生態(tài)系統(tǒng)服務重要性演變情況, 后續(xù)研究將采用多年且連續(xù)的數(shù)據(jù), 以更好地理解研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務重要性區(qū)域的變化規(guī)律, 更加精確地把握研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務變化狀況, 為重慶市的生態(tài)空間管控提供理論依據(jù)。

5 結論

(1)水源涵養(yǎng)與生物多樣性重要性級別由主城區(qū)都市圈向渝東南武陵山區(qū)城鎮(zhèn)群和渝東北三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)群提高, 而水土保持隨著重要性級別則降低。主城區(qū)都市圈突出水土保持服務、渝東北三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)群突出水源涵養(yǎng)服務, 渝東南武陵山區(qū)城鎮(zhèn)群突出生物多樣性保護服務。

(2)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)綜合服務中等重要區(qū)域面積最大, 占區(qū)域總面積的44.70%; 一般重要區(qū)域面積最小, 為4056 km2, 占總面積的5.93%和4.92%。從空間上看, 重慶市生態(tài)系統(tǒng)綜合服務數(shù)值上整體呈現(xiàn)出中部及東南部較高, 西北部較低的分布態(tài)勢。重慶市生態(tài)系統(tǒng)服務熱點區(qū)具有較為明顯的分區(qū)特征, 多重服務熱點區(qū)大多植被覆蓋度高、生境質量好, 因而具有較好的水土保持、水源涵養(yǎng)及生物多樣性保持能力。

(3)研究區(qū)整體與各區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)綜合服務重要性級別中, 耕地與林地的占比大, 均為不同重要性級別區(qū)域的主要用地類型。主城區(qū)都市圈的主控因子依次為NPP、坡度、海拔; 渝東北三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)群的一主控因子主要為坡度、海拔、NPP; 渝東南武陵山區(qū)城鎮(zhèn)群的控制因子主要為坡度、土壤可蝕性因子、土壤滲流能力因子。

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Research on the essential evaluation and mechanism of “One circle, Two groups” ecosystem services in Chongqing based on NPP quantitative index evaluation method

LI Hui1,2, WANG Fuhai1,2, LUO Yinchen1,2

1. Chongqing Key Laboratory of Spatial Information Data Mining and Big Data Integration of Ecological Environment, Chongqing 401320, China 2. Chongqing Finance and Economics College, Chongqing 401320, China

The study of the essence of ecosystem service function can provide an important scientific basis for the ecological function positioning and the construction and protection of the ecological environment. NPP quantitative index evaluation method was used to evaluate Chongqing’s water conservation services, soil and water conservation services, biodiversity services and integrated ecosystem services in 2018, identify hot spots of ecosystem services, and identify Chongqing’s ecosystem service functions and to reveal the internal mechanism of the importance of ecosystem services in the study area. The results show that: (1) Among the importance levels of water conservation and biodiversity, the main urban area of?Chongqing has a lower rank; the urban clusters of Wuling Mountain in southeast Chongqing and the urban clusters of Three Gorges Reservoir in northeast Chongqing have higher ranks, and the importance of soil and water conservation. The opposite is true. (2) Chongqing ecosystem integrated services has the largest medium-sized important area, accounting for 44.70% of the total area, and generally the smallest important area, accounting for 4.92%. The spatial distribution is higher in the central and southeast, and lower in the northwest.(3) The first-class service hot spots in the study area accounts for 39.6% of the total area, mainly distributing in the northwest and southeast of the metropolitan area of the main urban area, and the second-type accounts for 35.3%, mainly distributing in the southwest of the urban cluster in southeast Chongqing and Chongqing. In the southeast of the Northeastern urban agglomeration, the three types account for 6.8%, scattering in the middle and southeast of the study area. (4) Cultivated land and forest land account for the largest proportion of the importance levels of the comprehensive ecosystem services of the entire study area and each region, and both are the main land types in areas with different importance levels. (5) The importance of ecosystem services in the study area differs among the main control factors in each level of the area, but NPP, slope, and altitude have a greater impact on the results of the ecosystem service importance of the study area. The study objectively evaluates and reveals the importance characteristics and internal mechanisms of Chongqing's ecosystem service functions, with a view to providing scientific basis and theoretical support for the ecological protection of Chongqing's regional development process.

ecosystem services; NPP; hotspots; Chongqing

李輝, 王福海, 羅胤晨. 基于NPP的重慶市“一圈兩群”生態(tài)系統(tǒng)服務重要性評價及其機理研究[J]. 生態(tài)科學, 2021, 40(3): 64–73.

LI Hui, WANG Fuhai, LUO Yinchen. Research on the essential evaluation and mechanism of “One circle, Two groups” ecosystem services in Chongqing based on NPP quantitative index evaluation method[J]. Ecological Science, 2021, 40(3): 64–73.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.03.009

X321

A

1008-8873(2021)03-064-10

2020-07-08;

2020-08-01

國家社會科學基金(18CJL031); 2020年重慶市教育委員會人文社會科學研究規(guī)劃項目(20SKGH285); 2019年重慶市社會科學規(guī)劃項目(2019QNGL29); 重慶市科學技術局項目(cstc2020jcyj-msxmX0578)

李輝(1989—), 男, 湖南株洲人, 碩士, 講師, 主要從事生態(tài)環(huán)境評價研究, E-mail:lh25941630@163.com

李輝