三峽庫區(qū)(重慶段)地表起伏度及其對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響

郭曉娜，蘇維詞,3①，李 強(qiáng)，潘真真

(1.重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，重慶 400047；2.重慶市三峽庫區(qū)地表過程與環(huán)境遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 401331；3.貴州科學(xué)院山地資源研究所，貴州 貴陽 550001；4. 河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，河南 開封 475001)

?

三峽庫區(qū)(重慶段)地表起伏度及其對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響

郭曉娜1,2，蘇維詞1,2,3①，李 強(qiáng)4，潘真真1,2

(1.重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，重慶 400047；2.重慶市三峽庫區(qū)地表過程與環(huán)境遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 401331；3.貴州科學(xué)院山地資源研究所，貴州 貴陽 550001；4. 河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，河南 開封 475001)

地表起伏度與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值密切相關(guān)。地表起伏度決定或直接影響土地利用類型，造成不同地表起伏度地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值不同。利用ASTER GDEM V2全球數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)，通過窗口分析法獲得三峽庫區(qū)(重慶段)地表起伏度。利用土地利用數(shù)據(jù)，參照中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表，計算三峽庫區(qū)(重慶段)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，定量分析地表起伏度與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的相關(guān)性。結(jié)果表明：(1)研究區(qū)地貌復(fù)雜，地表起伏較大，整體來說東部高于西部，其中地表起伏度最大的是巫溪(1.360 3)，最小的是渝中(0.289 0)。(2)研究區(qū)人均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間分布不均，東部為天然林保護(hù)區(qū)和水源涵養(yǎng)區(qū)，人均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值高。西部為都市重點(diǎn)開發(fā)區(qū)和城市發(fā)展新區(qū)，人均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值低。(3)地表起伏度與人均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈正相關(guān)，對其影響程度由大到小依次為原材料生產(chǎn)、食物生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、價值總量、水文調(diào)節(jié)、保持土壤、提供美學(xué)景觀、維持生物多樣性和廢物處理。研究表明，加強(qiáng)對位于高地表起伏度區(qū)的天然林保護(hù)區(qū)和水源涵養(yǎng)區(qū)的保護(hù)是維護(hù)和提高庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的有效途徑。

三峽庫區(qū)(重慶段)；地表起伏度；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；價值

近年來,關(guān)于地表起伏度(relief degree of land surface,RDLS)的研究主要集中在地表起伏度的計算與分析[1],地表起伏度對人口分布、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人居環(huán)境適宜性的影響[2-5]方面。

地表起伏度作為區(qū)域地形特征的宏觀表現(xiàn)因子,對土地利用、植被類型與分布等有重要影響。地表起伏度空間特征影響著土地利用的方式和空間格局的分布,建設(shè)用地多分布在地表起伏度較小的地區(qū),林地主要分布在地形復(fù)雜地區(qū)[6],耕地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地、水利設(shè)施用地以及其他土地多集中在地表起伏和緩區(qū)[7]。地形起伏影響森林生物量及其空間分布[8-9]。地形起伏度作為影響植被生長狀況最重要的因素之一,從根本上決定了植被的空間分布與變化軌跡[10]。地形起伏對針葉林和闊葉林影響最大,其次為草地、灌木林和園地[11]。

國外關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究起步較早,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的概念最早由WESTMAN[12]提出,之后DAILY[13]對其進(jìn)行了更為詳細(xì)的論述。國內(nèi)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究主要涉及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計算[14]、在土地利用變化的基礎(chǔ)上對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空特征進(jìn)行分析[15]以及對某種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的分析[16-17]等方面。關(guān)于三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究主要集中在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的評估[18]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空演變及驅(qū)動力[19]以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評價[20]等方面。

關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究已經(jīng)很多,相關(guān)研究多集中在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的評估與時空變化方面,其驅(qū)動力及影響因素研究很少。有關(guān)地表起伏度的研究也由來已久,但是將地表起伏度與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)合起來,研究地表起伏度對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值影響方面的研究則鮮見報道。三峽庫區(qū)(重慶段)作為長江流域的重要生態(tài)走廊,地表起伏大,地貌類型復(fù)雜,屬于生態(tài)系統(tǒng)敏感區(qū)與脆弱區(qū)。筆者以土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),研究三峽庫區(qū)(重慶段)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間分布特征及地表起伏度對其的影響,豐富三峽庫區(qū)生態(tài)問題研究,為合理配置土地資源、劃分生態(tài)保護(hù)區(qū)、科學(xué)布局生態(tài)建設(shè)及生態(tài)工程以及因地制宜地維護(hù)和改善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

三峽庫區(qū)(重慶段)位于28°31′～31°44′ N,105°49′～110°12′ E,下轄重慶市22個區(qū)縣,分別是渝中、沙坪壩、北碚、九龍坡、大渡口、巫山、巫溪、奉節(jié)、云陽、開縣、萬州、忠縣、豐都、石柱、涪陵、武隆、長壽、渝北、巴南、江北、南岸和江津,其中渝中、沙坪壩、北碚、九龍坡、渝北、巴南、江北、南岸和大渡口為重慶主城區(qū),總面積約為4.62萬km2。該區(qū)處于川東平行嶺谷、大巴山褶皺帶和川鄂湘黔隆起褶皺帶3大構(gòu)造單元的交匯處,地貌以丘陵和山地為主,地勢東南高西北低,最高點(diǎn)海拔為2 796.8 m,最低點(diǎn)海拔為73.1 m,相對高差2 723.7 m。氣候類型屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候,因受地形影響而多雨和云霧。庫區(qū)河流眾多,水資源豐富。植被類型多樣,以亞熱帶常綠闊葉林為主,其中,闊葉林主要包括絲栗栲、甜櫧林、青岡櫟林、巴東櫟林、刺葉櫟林和楨楠林等,針葉林包括馬尾松、柏木林、巴山松林、華山松林、杉木林、黃杉林、油杉林、水杉林、銀杉林、云杉林和巴山冷杉林。土壤類型主要有黃壤、黃棕壤、紫色土和水稻土等。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

2.1.1 地表起伏度數(shù)據(jù)

地表起伏度數(shù)據(jù)基于精度為30 m的重慶數(shù)字高程數(shù)據(jù)和三峽庫區(qū)(重慶段)矢量數(shù)據(jù)。首先在地理空間數(shù)據(jù)云平臺(http:∥www.gscloud.cn/)下載整個三峽庫區(qū)(重慶段)ASTER GDEM V2全球數(shù)字高程模型(digital elevation model,DEM)數(shù)據(jù),然后采用ENVI 5.0軟件進(jìn)行拼接,采用ArcGIS 10.0軟件進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換,提取三峽庫區(qū)(重慶段)DEM數(shù)據(jù),為下一步研究做準(zhǔn)備。

2.1.2 土地利用數(shù)據(jù)

土地利用數(shù)據(jù)來自重慶市 2010 年土地利用專題圖,比例尺為1∶10萬。采用ArcGIS 10.0軟件建立研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)庫,按照國家土地分類系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況,將土地利用類型分為耕地(水田和旱地)、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地6種,以此作為研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 地表起伏度提取

在封志明等[21]研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合重慶地形實(shí)際情況,將三峽庫區(qū)(重慶段)坡度小于5°的區(qū)域統(tǒng)稱為平地,采用ArcGIS 10.0軟件的鄰域統(tǒng)計工具計算地表起伏度(Ds),計算公式為

Ds=hav/1 000+[(hmax-hmin)×(1-Ap/A)]/500。

(1)

式(1)中,hav為一定區(qū)域內(nèi)平均海拔,m;hmax為區(qū)域內(nèi)最高海拔,m;hmin為區(qū)域內(nèi)最低海拔,m;Ap為區(qū)域內(nèi)平地面積,km2;A為區(qū)域總面積,km2。

2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算

借鑒謝高地等[22]最新修訂的中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子表,并結(jié)合三峽庫區(qū)(重慶段)具體情況進(jìn)行修正。根據(jù)重慶市2010年統(tǒng)計年鑒,統(tǒng)計得到2010年重慶市各區(qū)縣人口數(shù)、重慶市糧食平均收購價格(2.06元·kg-1)和重慶市單位面積糧食產(chǎn)量(5 152.4 kg·hm-2)。依據(jù)1個生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價值量等于平均糧食單產(chǎn)市場價值的1/7,計算得到三峽庫區(qū)(重慶段)1個生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價值量為1 516.28 元。根據(jù)文獻(xiàn)[23],將每種土地利用類型與最接近的生態(tài)系統(tǒng)類型聯(lián)系起來。其中,耕地對應(yīng)農(nóng)田,林地對應(yīng)森林,水域?qū)?yīng)水體,未利用地對應(yīng)荒漠,建設(shè)用地生態(tài)服務(wù)價值均取值為0[24],計算研究區(qū)不同土地利用類型單位面積生態(tài)服務(wù)價值?？紤]到研究區(qū)區(qū)、縣人口差異大,為消除區(qū)域差異對結(jié)果可信度的影響,以人均享有價值來反映各區(qū)縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(ecosystem services value,ESV),計算得到各區(qū)縣人均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,以下結(jié)果分析中所指生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值均為人均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。具體計算公式如下:

Ve,s,k=∑(Ak×Cv,k),

(2)

Ve,s,f=∑(Ak×Cv,f,k),

(3)

Ve,s,av,f=Ve,s,f/P。

(4)

式(2)～(4)中,Ve,s,k和Ve,s,f分別為第k類和第f項(xiàng)土地服務(wù)價值,元;Ak為研究區(qū)第k類土地利用面積,hm2;Cv,k為第k類土地利用單位面積服務(wù)價值系數(shù),元·hm-2·a-1;Cv,f,k為第k類土地利用對應(yīng)的第f項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能單位面積服務(wù)價值系數(shù),元·hm-2·a-1;Ve,s,av,f為第f項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能的人均享有價值量,元·人-1;P為各區(qū)縣人口數(shù)。

2.2.3 生態(tài)區(qū)位計算

為更好地說明地表起伏度對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間差異性的影響,增加生態(tài)區(qū)位方面的內(nèi)容,探討不同地表起伏度區(qū)域生態(tài)區(qū)位與生態(tài)服務(wù)價值的關(guān)系。生態(tài)區(qū)位用生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)度指數(shù)(VEEH)來衡量表現(xiàn)[25]。VEEH指研究期內(nèi)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化率(VES,pr)與單位面積 GDP變化率(VGDP,pr)之比。由于研究數(shù)據(jù)為一期,故用同一期數(shù)據(jù),即2010年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(ESV)與GDP之比作為生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)度指數(shù)來反映生態(tài)區(qū)位。

3 結(jié)果與分析

3.1 地表起伏度及生態(tài)區(qū)位空間分布特征

三峽庫區(qū)(重慶段)各區(qū)縣地表起伏度見圖1和表1,不同土地利用類型單位面積生態(tài)服務(wù)價值見表2。

由圖1和表1可知,三峽庫區(qū)(重慶段)22個區(qū)縣地表起伏度空間差異大。地表起伏度從東到西、從南到北呈降低趨勢,起伏度較大的區(qū)域包括渝東北地區(qū)的巫山、巫溪和奉節(jié)3個縣以及渝東南武陵山區(qū)的石柱和武隆2個縣,起伏度介于1.077 1～1.360 3之間,這些地區(qū)多為山區(qū),地形破碎、崎嶇,故起伏度大;起伏度居中的區(qū)縣包括位于三峽庫區(qū)(重慶段)腹地的開縣、云陽、萬州、涪陵和豐都,起伏度介于0.584 7～0.721 4之間,這些地區(qū)處于山區(qū)向都市區(qū)過渡地段,故起伏度居中;起伏度較小的區(qū)縣包括位于西部的重慶主城區(qū)(渝中區(qū)、大渡口區(qū)、江北區(qū)、沙坪壩區(qū)、九龍坡區(qū)、南岸區(qū)、北碚區(qū)、渝北區(qū)和巴南區(qū))以及江津、長壽和忠縣等,起伏度介于0.289 0～0.484 4之間,這些地區(qū)多為都市區(qū),地勢相對平緩,故起伏度小。

海拔是地表起伏度的重要表征因子之一,它不僅反映地表的切割剝蝕程度大小,還表征區(qū)域內(nèi)構(gòu)造活動強(qiáng)度的差異狀況,同時也是影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的重要因子。由表1可知，海拔與地表起伏度的空間分布具有一致性,平均海拔較高的區(qū)域亦為地表起伏度較大的區(qū)域,分別是渝東北的巫山、巫溪、奉節(jié)以及渝東南武陵山區(qū)的石柱、武隆,平均海拔在974～1 316 m之間;海拔居中的區(qū)縣包括庫區(qū)腹地的開縣、云陽、萬州、涪陵和豐都,平均海拔在565～762 m之間,這些地區(qū)也是起伏度居中區(qū)域;海拔較低的區(qū)縣包括西部的重慶主城區(qū)(渝中區(qū)、大渡口區(qū)、江北區(qū)、沙坪壩區(qū)、九龍坡區(qū)、南岸區(qū)、北碚區(qū)、渝北區(qū)和巴南區(qū))以及江津、長壽和忠縣等,平均海拔介于249～457 m,這些地區(qū)多為起伏度小的都市區(qū)。

表1顯示,三峽庫區(qū)(重慶段)各區(qū)縣不同地表起伏度地區(qū)的生態(tài)區(qū)位狀況各不相同。渝東北的巫山、巫溪,渝東南的石柱、武隆、豐都以及云陽這6個地表起伏度大的區(qū)縣生態(tài)區(qū)位(以生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)度指數(shù)來衡量)較大,介于1.302 3～3.762 9之間;庫區(qū)腹地的開縣、忠縣、長壽、萬州、涪陵,西部主城區(qū)的北碚、巴南以及奉節(jié)、江津9個區(qū)縣起伏度居中,其生態(tài)區(qū)位亦處于中位,介于0.215 6～0.697 3之間;地表起伏度較小的西部主城區(qū)包括渝中、大渡口、江北、沙坪壩、九龍坡區(qū)、渝北和南岸7個地區(qū),其生態(tài)區(qū)位也較小,介于0.000 7～0.171 8之間。

圖1 三峽庫區(qū)(重慶段)各區(qū)縣地表起伏度空間分布

表1 三峽庫區(qū)(重慶段)各區(qū)縣地表起伏度

Table 1 RDLS in various counties and districts of the Three Gorges Reservoir Region (Chongqing Section)

區(qū)縣名地表起伏度平均海拔/m生態(tài)區(qū)位1)區(qū)縣名地表起伏度平均海拔/m生態(tài)區(qū)位1)渝中區(qū)0.28902490.0007江津區(qū)0.42144570.3462大渡口區(qū)0.30622830.0128萬州區(qū)0.62166020.2175江北區(qū)0.30542700.0130豐都縣0.72147411.4536沙坪壩區(qū)0.35943500.0185忠縣0.48444500.5316九龍坡區(qū)0.33993230.0769開縣0.68357520.6973南岸區(qū)0.32462990.1718云陽縣0.69176481.4159北碚區(qū)0.40744190.2794奉節(jié)縣1.09159740.3589渝北區(qū)0.42273990.1234巫山縣1.07719891.9254巴南區(qū)0.47184360.2651巫溪縣1.360313163.7629涪陵區(qū)0.58475650.2156武隆縣1.10149881.3023長壽區(qū)0.41533910.4266石柱縣1.150911091.5046

1)以生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)度指數(shù)來衡量。

3.2 人均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間分布特征

由表3可知,三峽庫區(qū)(重慶段)區(qū)縣地表起伏度差異大,土地利用特征不同,功能定位不同,故生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值有差異?？傮w來說,東部多天然林保護(hù)區(qū)和水源涵養(yǎng)區(qū),林地和水域面積占比大且人口密度較小,其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值高。西部多為都市區(qū),建設(shè)用地和交通用地面積占比大且人口密度較大,其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值低。人均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間分布與重慶5大生態(tài)功能區(qū)的劃分具有高度一致性,將生態(tài)功能區(qū)中的都市功能核心區(qū)與都市功能拓展區(qū)合為都市重點(diǎn)開發(fā)區(qū),與城市發(fā)展新區(qū)、渝東北水源涵養(yǎng)林區(qū)、渝東南生態(tài)保護(hù)發(fā)展區(qū)共同構(gòu)成了庫區(qū)人均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間分布格局。

表2 三峽庫區(qū)(重慶段)不同土地利用類型單位面積生態(tài)服務(wù)價值

Table 2 Ecosystem service value per unit of area in the Three Gorges Reservoir Region (Chongqing Section) relative to type of land use

元·hm-2·a-1

表3 三峽庫區(qū)(重慶段)各區(qū)縣各類生態(tài)服務(wù)功能的人均生態(tài)服務(wù)價值

Table 3 Per-capita ecosystem service value in various counties and districts of the Three Gorges Reservoir Region (Chongqing Section) relative to type of ecosystem service

元·人-1

都市重點(diǎn)開發(fā)區(qū)包括主城區(qū)的渝中區(qū)、大渡口區(qū)、江北區(qū)、沙坪壩區(qū)、九龍坡區(qū)、南岸區(qū)、北碚區(qū)、渝北區(qū)和巴南區(qū)。該功能區(qū)人口密度大,林地和農(nóng)用地面積占比極小,食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)為薄弱點(diǎn)。由于該區(qū)林地面積占比較小,在氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)和提供美學(xué)景觀方面缺乏優(yōu)勢。建設(shè)用地和交通用地面積占比大,在保持土壤、水文調(diào)節(jié)、廢物處理和維持生物多樣性方面不夠突出。

城市發(fā)展新區(qū)是未來工業(yè)化城鎮(zhèn)化的主戰(zhàn)場,包括涪陵區(qū)、長壽區(qū)和江津區(qū)。該功能區(qū)是都市延伸區(qū),為城市和農(nóng)村的過渡區(qū),各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在22個區(qū)縣中屬于中等。因緊鄰都市重點(diǎn)開發(fā)區(qū),農(nóng)用地多轉(zhuǎn)化為其他地類,故食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)方面處于劣勢,其他方面處于中等水平。

重要生態(tài)功能區(qū)作為在涵養(yǎng)水源、保持水土、調(diào)蓄洪水、防風(fēng)固沙和維系生物多樣性等方面具有重要作用的生態(tài)功能區(qū)域,其對于防止和減輕自然災(zāi)害、協(xié)調(diào)流域及區(qū)域生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展以及保障國家和地方生態(tài)安全具有重要意義[26]。渝東北水源涵養(yǎng)林區(qū)是長江上游重要生態(tài)屏障,側(cè)重三峽庫區(qū)水源涵養(yǎng),包括萬州、豐都、忠縣、開縣、云陽、奉節(jié)、巫山和巫溪。該功能區(qū)各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值高,在維持生物多樣性、保持土壤、水文調(diào)節(jié)、氣體調(diào)節(jié)和氣候調(diào)節(jié)方面占有絕對優(yōu)勢。

三峽庫區(qū)(重慶段)位于典型的生態(tài)過渡帶上,生態(tài)環(huán)境脆弱,人類不合理開發(fā)使得一些區(qū)域植被覆蓋率下降。由于植被的地域性和不可移動性等特點(diǎn),建立各種類型的保護(hù)地是植被保護(hù)的唯一途徑[27]。渝東南生態(tài)保護(hù)發(fā)展區(qū)(武陵山區(qū))包括武隆縣和石柱縣,是國家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)與重要生物多樣性保護(hù)區(qū)。這2個縣各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)較均衡,總體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在22個區(qū)縣中位居前列。保護(hù)區(qū)內(nèi)村鎮(zhèn)建設(shè)用地面積占比相對較小[28],林地和農(nóng)用地面積占比大,食物生產(chǎn)方面優(yōu)勢明顯,其中武隆縣食物生產(chǎn)服務(wù)功能位居第1。

3.3 地表起伏度、海撥及生態(tài)區(qū)位對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響

3.3.1 地表起伏度和海拔對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響

由表4可知,地表起伏度與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01,R2>0.5),可見地表起伏度對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量影響重大。三峽庫區(qū)(重慶段)起伏度大的地區(qū)多為生態(tài)保護(hù)區(qū)和水源涵養(yǎng)林區(qū),故生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量大。研究區(qū)起伏度小的地區(qū)多開發(fā)為建設(shè)用地以及交通和水利等基礎(chǔ)設(shè)施用地,故生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量小。

表4 地表起伏度與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的相關(guān)性

Table 4 Correlation between RDLS and land ecosystem service values

項(xiàng)目顯著性水平P回歸方程決定系數(shù)R2價值總量<0.001y=15393x-686.440.5653食物生產(chǎn)<0.001y=367.78x-34.6170.6384原材料生產(chǎn)<0.001y=1701x-404.70.6565氣體調(diào)節(jié)<0.001y=2430.5x-447.360.6168氣候調(diào)節(jié)<0.001y=2245.1x-263.620.5811水文調(diào)節(jié)<0.001y=2127.8x-15.030.5149廢物處理0.003y=879.57x+279.770.3230保持土壤0.001y=1986.4x+86.4080.4115維持生物多樣性0.001y=1994.8x+224.950.3713提供美學(xué)景觀0.001y=882.15x+113.950.3872

x為地表起伏度;y為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。

供給服務(wù)包括食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)。食物生產(chǎn)可定義為將太陽能轉(zhuǎn)化為能食用的植物和動物產(chǎn)品[29]。由表4可知,地表起伏度分別與食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)呈極顯著相關(guān)(P均<0.01，R2均>0.6),說明地表起伏度對食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)有重大影響。起伏度大的地區(qū)多為農(nóng)村山區(qū),農(nóng)用地和林地面積比例大,故食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)量高,起伏度小的地區(qū)多為建設(shè)用地和交通用地,食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)量低。

調(diào)節(jié)服務(wù)在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值中占有較大比例。由表4可知,地表起伏度與氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)和廢物處理之間均呈極顯著相關(guān)(P均<0.01)。地表起伏度與氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)和水文調(diào)節(jié)之間的R2分別為0.616 8、0.581 1和0.514 9,與廢物處理之間的R2為0.323 0,說明地表起伏度與氣體調(diào)節(jié)的擬合效果最理想,與氣候調(diào)節(jié)的擬合效果次之,與水文調(diào)節(jié)的擬合效果適中,與廢物處理的擬合效果一般。起伏度大的地區(qū)多林地和水域,調(diào)節(jié)服務(wù)能力強(qiáng)。起伏度小的地區(qū)多人工設(shè)施,調(diào)節(jié)能力差。庫區(qū)所在的重慶市為中國內(nèi)陸山水城市,森林覆蓋率高,環(huán)境自凈能力強(qiáng),因此主城與區(qū)縣廢物處理差別較小。

由表4可知,地表起伏度與保持土壤、維持生物多樣性均呈極顯著相關(guān)(P<0.01)。地表起伏度與保持土壤和維持生物多樣性之間的R2均小于0.5,說明地表起伏度對保持土壤和維持生物多樣性的影響相對較小。庫區(qū)起伏度大的地區(qū)多為山區(qū),植被覆蓋度大,生物種類多,保持土壤能力強(qiáng)。起伏度小的地區(qū)為人類活動頻繁區(qū),開發(fā)力度大,保持土壤和維持生物多樣性能力相對較弱。

由表4可知,地表起伏度與提供美學(xué)景觀之間呈極顯著相關(guān)(P<0.01,R2<0.5),可見地形起伏度對提供美學(xué)景觀影響相對較弱。三峽庫區(qū)(重慶段)山水縱橫,集山水林田湖于一體,起伏度大的地區(qū)提供自然景觀,起伏度小的地區(qū)提供自然和人文景觀,故無論起伏度大小,美學(xué)價值都很高。

由表5可知,海拔與各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈極顯著正相關(guān),P值均遠(yuǎn)小于0.01。海拔作為地表起伏度的一個重要指標(biāo)因子,同樣對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值有重要影響。其中，海拔對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量有重大影響,R2在0.5以上。庫區(qū)海拔高的地區(qū)多自然山水,故生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量大。海拔低的地區(qū)多建設(shè)用地,故生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量小;海拔與食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)的R2均在0.6以上,說明海拔對兩者影響較大。海拔高的地區(qū)多農(nóng)田、林地,故食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)量高,海拔低的地區(qū)多建設(shè)及交通用地,故食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)量低;海拔對氣體調(diào)節(jié)影響較大(R2=0.635 4),對氣候調(diào)節(jié)影響次之(R2=0.598 2),對水文調(diào)節(jié)影響一般(R2=0.527 2),對廢物處理影響較小(R2=0.327 4)。海拔高的地區(qū)多山水林地,調(diào)節(jié)服務(wù)能力強(qiáng)。海拔低的地區(qū)多水泥硬化設(shè)施,調(diào)節(jié)能力差。研究區(qū)山水相間,植被豐富,凈化環(huán)境能力強(qiáng),故全區(qū)廢物處理差異小;海拔對保持土壤和維持生物多樣性的影響相對較小,R2分別為0.434 0和0.377 8。海拔高的地區(qū)植被繁多,物種多樣,保持土壤能力強(qiáng)。海拔低的地區(qū)人工開發(fā)建設(shè)力度大,保持土壤和維持生物多樣性能力相對較弱;海拔對提供美學(xué)景觀影響相對較小(R2為0.396 6),海拔高的地區(qū)多山、水、林、泉、瀑、峽、洞等自然景觀,海拔低的地區(qū)多文化景觀,故研究區(qū)無論海拔高低,美學(xué)價值都很高。

表5 海拔與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的相關(guān)性

Table 5 Correlation between altitude and land ecosystem service values

項(xiàng)目 顯著性水平P回歸方程決定系數(shù)R2價值總量<0.001y=16.514x-913.990.5788食物生產(chǎn)<0.001y=0.3901x-37.4740.6382原材料生產(chǎn)<0.001y=1.8517x-438.40.6376氣體調(diào)節(jié)<0.001y=2.6178x-489.380.6354氣候調(diào)節(jié)<0.001y=2.4171x-301.910.5982水文調(diào)節(jié)<0.001y=2.2847x-17.6780.5272廢物處理0.005y=0.9397x+269.080.3274保持土壤<0.001y=2.1645x+37.290.4340維持生物多樣性0.002y=2.1352x+198.280.3778提供美學(xué)景觀0.001y=0.4187x+314.780.3966

x為平均海拔;y為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。

3.3.2 生態(tài)區(qū)位對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響

由表1和表3可知,不同生態(tài)區(qū)位其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值不同,總體來說生態(tài)區(qū)位由都市重點(diǎn)開發(fā)區(qū)經(jīng)城市發(fā)展新區(qū)向渝東北水源涵養(yǎng)林區(qū)、渝東南生態(tài)保護(hù)發(fā)展區(qū)方向增大,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值亦是如此。由表6可知,生態(tài)區(qū)位與各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈極顯著正相關(guān),P值均遠(yuǎn)小于0.01。生態(tài)區(qū)位對原材料生產(chǎn)、食物生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)和氣候調(diào)節(jié)影響較大,R2均在0.7以上。生態(tài)區(qū)位對價值總量、水文調(diào)節(jié)、保持土壤、提供美學(xué)景觀和維持生物多樣性影響次之,R2均在0.5～0.7之間。生態(tài)區(qū)位對廢物處理的影響最小,R2為0.420 2。

4 討論與結(jié)論

研究區(qū)地表起伏度(包括海拔)空間差異較大,呈現(xiàn)出東部高于西部、南部高于北部的格局,其中起伏度最大、海拔最高的是東部的巫溪縣,起伏度最小、海拔最低的為西部的渝中區(qū)。

表6 生態(tài)區(qū)位與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的相關(guān)性

Table 6 Correlation between ecological location and land ecosystem service values

項(xiàng)目顯著性水平P回歸方程決定系數(shù)R2價值總量<0.001y=6287x+45300.6603食物生產(chǎn)<0.001y=126x+1060.7633原材料生產(chǎn)<0.001y=667x+1900.7811氣體調(diào)節(jié)<0.001y=996x+3740.7153氣候調(diào)節(jié)<0.001y=907x+5040.7112水文調(diào)節(jié)<0.001y=877x+7300.5687廢物處理0.001y=365x+5730.4202保持土壤<0.001y=854x+7300.5740維持生物多樣性<0.001y=849x+8760.5080提供美學(xué)景觀<0.001y=376x+4010.5333

x為生態(tài)區(qū)位(以生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)度指數(shù)來衡量);y為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。

研究區(qū)人均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間分布不均,渝東南生態(tài)保護(hù)發(fā)展區(qū)和渝東北水源涵養(yǎng)林區(qū)人均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值高于西部的城市發(fā)展新區(qū)和都市重點(diǎn)開發(fā)區(qū)。

地表起伏度對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量影響重大。地表起伏度大的地區(qū)多為天然林保護(hù)區(qū)和水源涵養(yǎng)區(qū),故生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量高,地表起伏度小的地區(qū)多為人類活動頻繁區(qū),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量低。地表起伏度對各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值都有影響,其中，對原材料生產(chǎn)和食物生產(chǎn)影響較大,對廢物處理影響最小。地表起伏度大的地區(qū)多為農(nóng)村山區(qū),林地和農(nóng)用地較多,故原材料生產(chǎn)和食物生產(chǎn)量高。地表起伏度小的地區(qū)多交通和建設(shè)用地,故原材料生產(chǎn)和食物生產(chǎn)量低。庫區(qū)集山水林田湖于一體,環(huán)境自凈能力強(qiáng),無論起伏度大小,廢物處理能力都很大。海拔在一定程度上反映了宏觀區(qū)域的地表起伏特征,其對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響程度與地表起伏度對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響情況一致。其中,海拔對食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)的影響較大,對廢物處理影響最小。

地表起伏度研究較好地反映了區(qū)域地貌特征,地表起伏度通過影響土地利用類型來影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。亞馬遜地區(qū)熱帶雨林等起伏度小的地區(qū),由于水熱充足,生物種類繁多,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值普遍高[30]。而研究區(qū)由于地域特殊性,區(qū)內(nèi)絕大部分是山地丘陵,人地矛盾突出,起伏度大的地方多自然山水,故生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值高,起伏度小的地方多開發(fā)為居住區(qū)及配套設(shè)施,故生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值低。生態(tài)區(qū)位也是影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的重要因子,不同起伏度地區(qū)其生態(tài)區(qū)位不同,不同生態(tài)區(qū)位上呈現(xiàn)出的生態(tài)服務(wù)功能價值差別很大,這與唐秀美等[31]的研究結(jié)果一致?？偟膩碚f，研究區(qū)生態(tài)區(qū)位高的地區(qū),如巫山、巫溪、石柱、豐都、云陽和武隆等區(qū)縣其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值也高,生態(tài)區(qū)位低的地區(qū),如渝中、大渡口、江北、沙坪壩、九龍坡區(qū)、渝北和南岸等地區(qū)其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值也低。生態(tài)區(qū)位對原材料生產(chǎn)影響最大,對廢物處理影響最小。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值受土地覆被的類型、組成、結(jié)構(gòu)和過程等綜合影響,地表起伏度僅為其中一個影響因素,其作用機(jī)理有待進(jìn)一步研究。科學(xué)掌握地表起伏度與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的定量關(guān)系,將庫區(qū)資源開發(fā)利用與可持續(xù)發(fā)展控制在適度的地表起伏度范圍,對充分發(fā)揮區(qū)域優(yōu)勢,促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要的參考價值。

[1] 王利,王慧鵬,任啟龍,等.關(guān)于基準(zhǔn)地形起伏度的設(shè)定和計算:以大連旅順口區(qū)為例[J].山地學(xué)報,2014,32(3):277-283.

[2] 周自翔,李晶,任志遠(yuǎn).基于GIS的關(guān)中—天水經(jīng)濟(jì)區(qū)地形起伏度與人口分布研究[J].地理科學(xué),2012,32(8):951-957.

[3] 劉穎,鄧偉,宋雪茜,等.基于地形起伏度的山區(qū)人口密度修正:以岷江上游為例[J].地理科學(xué),2015,35(4):464-470.

[4] 于慧,鄧偉,劉邵權(quán).地勢起伏度對三峽庫區(qū)人口及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的影響[J].長江流域資源與環(huán)境,2013,22(6):686-690.

[5] 謝曉議,曾咺,李軍.基于移動窗口法和柵格數(shù)據(jù)的重慶市人居環(huán)境自然適宜性評價[J].長江流域資源與環(huán)境,2014,23(10):1351-1359.

[6] 張瑞.基于DEM的靖邊縣土地利用變化分析[D].西安：西安科技大學(xué),2013.

[7] 谷建立,張海濤,陳家贏,等.基于DEM的縣域土地利用空間自相關(guān)格局分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2012,28(23):216-224.

[8] TIAN X,SU Z,CHEN E,etal.Estimation of Forest Above-Ground Biomass Using Multi-Parameter Remote Sensing Data Over a Cold and Arid Area[J].International Journal of Applied Earth Observation & Geoinformation,2012,14(1):160-168.

[9] 宋巍巍,管東生,王剛.地形對植被生物量遙感反演的影響：以廣州市為例[J].生態(tài)學(xué)報,2012,32(23):7440-7451.

[10]李建國,濮勵杰,劉金萍,等.2001年至2010年三峽庫區(qū)重慶段植被活動時空特征及其影響因素[J].資源科學(xué),2012,34(8):1500-1507.

[11]宋巍巍.基于TM影像與DEM的廣州市植被生物量反演研究[D].廣州:中山大學(xué),2008.

[12]WESTMAN W E.How Much Are Nature′s Services Worth?[J].Science,1977,197(4307):960-964.

[13]DAILY G C.Nature′s Services:Societal Dependence on Natural Ecosystems[M].Washington DC,USA:Island Press,1997:1-10.

[14]謝高地,張釔鋰,魯春霞,等.中國自然草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值[J].自然資源學(xué)報,2001,16(1):47-53.

[15]張鳳太,蘇維詞,趙衛(wèi)權(quán).基于土地利用/覆被變化的重慶城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值研究[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報,2008,24(3):21-25,50.

[16]王兵,魯紹偉,尤文忠,等.遼寧省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2010,21(7):1792-1798.

[17]劉曉輝,呂憲國,姜明,等.濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價值評估[J].生態(tài)學(xué)報,2008,28(11):5625-5631.

[18]姚玲,廖和平,鄧春燕,等.基于土地利用變化的三峽庫區(qū)生態(tài)服務(wù)價值損益分析:以重慶市巫山縣為例[J].西南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2012,34(5):91-96.

[19]嚴(yán)恩萍,林輝,王廣興,等.1990—2011年三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值演變及驅(qū)動力[J].生態(tài)學(xué)報,2014,34(20):5962-5973.

[20]李月臣,劉春霞,閔婕,等.三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評價[J].生態(tài)學(xué)報,2013,33(1):168-178.

[21]封志明,唐焰,楊艷昭,等.中國地形起伏度及其與人口分布的相關(guān)性[J].地理學(xué)報,2007,62(10):1073-1082.

[22]謝高地,甄霖,魯春霞,等.一個基于專家知識的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值化方法[J].自然資源學(xué)報,2008,23(5):911-919.

[23]王成,魏朝富,邵景安,等.區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值對土地利用變化的響應(yīng):以重慶市沙坪壩區(qū)為例[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2006,17(8):1485-1489.

[24]李文楷,李天宏,錢征寒.深圳市土地利用變化對生態(tài)服務(wù)功能的影響[J].自然資源學(xué)報,2008,23(3):440-446.

[25]吳建寨,李波,張新時.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化在生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展評價中的應(yīng)用[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2007,18(11):2554-2558.

[26]鄒長新,徐夢佳,等.全國重要生態(tài)功能區(qū)生態(tài)安全評價[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報,2014,30(6):688-693.

[27]周大慶,夏欣,張昊楠,等.中國自然植被就地保護(hù)現(xiàn)狀評價[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報,2015,31(6):796-801.

[28]徐網(wǎng)谷,秦衛(wèi)華,劉曉曼,等.中國國家級自然保護(hù)區(qū)人類活動分布現(xiàn)狀[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報,2015,31(6):802-807.

[29]任繼周,李向林,侯扶江.草地農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)研究進(jìn)展與趨勢[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2002,13(8):1017-1021.

[30]范廣洲.亞馬遜流域生態(tài)系統(tǒng)生理過程對氣候變化的影響[J].中國造紙學(xué)報,2004,19(增刊1):444-446.

[31]唐秀美,陳百明,路慶斌,等.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的生態(tài)區(qū)位修正方法:以北京市為例[J].生態(tài)學(xué)報,2010,30(13):3526-3535.

(責(zé)任編輯： 李祥敏)

Surface Relief Degree and Its Effects on Ecosystem Service Value in the Chongqing Section of the Three Gorges Reservoir Region, China.

GUO Xiao-na1,2, SU Wei-ci1,2,3, LI Qiang4, PAN Zhen-zhen1,2

(1.College of Geography and Tourism, Chongqing Normal University, Chongqing 400047, China;2.Key Laboratory of Surficial Process and Environmental Remote Sensing of Three Gorges Reservoir Area of Chongqing, Chongqing 401331, China;3.Institute of Mountain Resource, Guizhou Academy of Sciences, Guiyang 550001, China;4.College of Environment and Planning, Henan University, Kaifeng 475001, China)

Relief degree of ground surface (RDGS) is closely related to magnitude of the ground surface and hence to land use patterns, which consequently affects service value of the ecosystem in the region. The objective of the study is to examine effect of RDGS on ecosystem service value in the Chongqing Section of the Three Gorges Reservoir Region, China. The ASTER GDEM V2 dataset was used to extract RDGS of the region by means of window analysis. Based on the land use data available, ecosystem service value in the section was worked out using Costanza′s method and the modified ecosystem service value coefficients. Then correlation between the RDGS and land ecosystem services value was quantitatively analyzed. Results show that: (1) The landform is complicated and the RDGS varies sharply in the region. As a whole, RDGS is higher in the east than that in the west, and the highest in Wuxi (1.360 3),and the lowest in Yuzhong(0.289 0). (2) Per capita ecosystem service value distributed unevenly in space. The value is high in the eastern part, for it is composed of natural forest reserves and water conservation and low in the western part, for it consists mainly of key development zones of cities and new urban development areas. (3) A positive relationship is observed between RDGS and per capita ecosystem service values. In terms of effect of RDGS on ecosystem service values, the services display a decreasing order of raw material production> food production> gas regulation> climate regulation> total value> hydrological regulation> soil conservation>provision of aesthetic landscape> maintenance of biodiversity> waste disposal. The study reveals that strengthening the protection of natural forest reserves and water conservation zones in the areas high in RDGS is an effective way to protect and improve the ecosystem service values in the Three Gorges Reservoir Region.

the Three Gorges Reservoir Region (Chongqing Section); relief degree of ground surface; ecosystem service; value

2016-01-27

國家自然科學(xué)基金(41261038)；貴州省科技創(chuàng)新人才團(tuán)隊(duì)(黔科合人才團(tuán)隊(duì)[2014]4014)；貴州省財政廳重點(diǎn)課題

X826；X820.2

A

1673-4831(2016)06-0887-08

10.11934/j.issn.1673-4831.2016.06.004

郭曉娜(1990—),女,河南漯河人,碩士生,主要從事土地資源與土地管理方面的研究。E-mail: gxn15802376539@sina.cn

① 通信作者E-mail： suweici@sina.com