喀斯特地區(qū)退耕還林工程下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化與關(guān)系分析

高 敏, 王 勇, 高 潔, 王家錄, 毛 泳

(1.西南大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院, 重慶 400715; 2.三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400715; 3.安順學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院, 貴州 安順 561000)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指人類從生態(tài)系統(tǒng)所獲得的所有益處，包括供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)[1]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有很強(qiáng)的地域性，喀斯特地區(qū)因地質(zhì)背景復(fù)雜、巖溶作用強(qiáng)烈等特殊的生態(tài)環(huán)境導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)具有環(huán)境容量低、敏感度高、穩(wěn)定性差等特點(diǎn)[2]。近年來，隨著喀斯特地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化的加劇以及對(duì)生態(tài)系統(tǒng)需求的不斷增加，該區(qū)域的水土流失、石漠化、旱澇等自然災(zāi)害加劇，生態(tài)系統(tǒng)功能退化，提供服務(wù)的能力下降，喀斯特生態(tài)系統(tǒng)是世界上的一個(gè)典型的脆弱生態(tài)系統(tǒng)[3]。

隨著國家的重視和人們生態(tài)意識(shí)的提高，1999年實(shí)施退耕還林工程。通過恢復(fù)植被、減少水土流失、增加碳儲(chǔ)存和改善生態(tài)環(huán)境，從而恢復(fù)受干擾的生態(tài)系統(tǒng)，減輕人類對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的壓力、改善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[4]。然而生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)整體，某一服務(wù)功能的減少或增強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能朝相反方向變化(權(quán)衡)，或者朝同一方向變化(協(xié)同)，這種復(fù)雜的相互關(guān)系可能會(huì)超出可承受的范圍，產(chǎn)生不可逆的影響[5-7]。因此，明晰生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間權(quán)衡和協(xié)同關(guān)系不僅是國際生態(tài)學(xué)、地理學(xué)等學(xué)科研究的熱點(diǎn)[8]，同時(shí)對(duì)促進(jìn)區(qū)域多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的協(xié)調(diào)發(fā)展，提高生態(tài)系統(tǒng)管理效率，穩(wěn)定脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，合理進(jìn)行國土規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的“雙贏”等具有重要意義。目前，在其他地區(qū)各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的相互關(guān)系研究較多[9-14]，但在喀斯特地區(qū)大多數(shù)研究結(jié)果都局限于退耕還林(草)工程對(duì)單一生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值的影響[15-18]，對(duì)多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的相互關(guān)系研究較少[19-20]。因此，準(zhǔn)確、全面地評(píng)價(jià)喀斯特地區(qū)退耕還林(草)工程下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化和權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系，為生態(tài)恢復(fù)以及新形勢(shì)下退耕還林工程的實(shí)施提供依據(jù)和指導(dǎo)。

普定縣位于貴州省安順市，是我國典型的喀斯特地區(qū)，石漠化、水土流失等情況嚴(yán)重。2000年國家林業(yè)局確定貴州省普定縣是退耕還林(草)試驗(yàn)縣。從此，退耕還林工程在此縣全面展開。本文基于InVEST模型研究1990年、2000年、2010年及2017年的產(chǎn)水量、土壤保持、碳儲(chǔ)存及生境質(zhì)量4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，并探索時(shí)空演變特征。基于3S技術(shù)探討該區(qū)主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在退耕還林(草)前后的時(shí)空分布特征以及識(shí)別4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的熱點(diǎn)區(qū)。采用相關(guān)系數(shù)法對(duì)4種服務(wù)之間的權(quán)衡和協(xié)同進(jìn)行探究。為喀斯特地區(qū)退耕還林(草)工程的進(jìn)一步實(shí)施提供理論支持。并為該地區(qū)及相關(guān)地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供決策。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

普定縣城位于貴州省的西南部(105°27′49″—105°58′51″E，26°26′36″—26°31′42″N)(圖1)，距安順市28 km。轄區(qū)總面積為1 079.93 km2。截至2017年，普定縣共有3個(gè)街道、6個(gè)鎮(zhèn)、3個(gè)民族鄉(xiāng)，總?cè)丝跀?shù)為50.54萬人，人口密度達(dá)到313人/km2。地處云貴高原東坡，地勢(shì)東北西最高，南部次之，中部河谷流域最低，海拔1 058～1 806 m，巖溶地貌發(fā)育非常典型,巖溶面積占全縣總面積的84%，境內(nèi)植被以亞熱帶種類為主，農(nóng)作物以水稻、玉米為主，屬于亞熱帶季風(fēng)性氣候，年平均氣溫是15.1℃，年平均日照時(shí)數(shù)是1 165 h，無霜期289 d，年平均降水1 378 mm，屬全省降雨中心地區(qū)之一[21]。

圖1 研究區(qū)DEM

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文應(yīng)用InVEST模型中的產(chǎn)水量、土壤保持、碳儲(chǔ)存和生境質(zhì)量4個(gè)模塊。InVEST模型所涉及的土地利用類型數(shù)據(jù)，氣象數(shù)據(jù)來源于普定縣國土資源局、安順市氣象局、中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)；土壤數(shù)據(jù)來源于“黑河計(jì)劃數(shù)據(jù)管理中心”并經(jīng)實(shí)地調(diào)研糾正所得(http:∥westdc.westgis.ac.cn)；DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn/)。

2 研究方法

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)測(cè)算

2.1.1 產(chǎn)水量服務(wù) 本文采用InVEST模型中的產(chǎn)水模塊計(jì)算普定縣的產(chǎn)水量。該模塊基于水量平衡原理，利用降雨量減去實(shí)際蒸散發(fā)后的水量得出每個(gè)柵格的產(chǎn)水量[22]，計(jì)算公式如下：

(1)

式中：Y(x)為柵格單元x的年產(chǎn)水量(mm)；AET(x)為柵格單元x的年實(shí)際蒸發(fā)量(mm)；P(x)為柵格單元x的年降水量(mm)[22]。

2.1.2 土壤保持服務(wù) 土壤保持模塊不僅可以根據(jù)土壤流失方程計(jì)算潛在土壤流失和實(shí)際土壤侵蝕，還可以估算地塊自身產(chǎn)生的沉積物保留量與該地塊攔截上游地塊的沉積物量之和[22]。計(jì)算公式如下：

SRET=(RKLS-USLE)+ups_retain

(2)

RKLS=R×K×LS

(3)

USLE=R×K×LS×C×P

(4)

式中：SRET為地塊沉積物保持量(t)；ups_retain為攔截上游地塊的沉積物量(t)；RKLS為潛在土壤流失量(t)。USLE為實(shí)際土壤侵蝕量(t)；R(根據(jù)章文波算法[23])為多年平均降雨侵蝕力[MJ·mm/(hm2·h·a)]；K，LS，C，P分別為土壤可蝕性因子、坡長坡度因子、植被覆蓋因子、水土保持措施因子[24]。

2.1.3 碳儲(chǔ)量服務(wù) 陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量模塊取決于4大碳庫，即：地上生物碳(Cabove)、地下生物碳(Cbelow)、土壤碳(Csoil)和死亡有機(jī)碳(Cdead)[22]。碳儲(chǔ)存模塊使用土地利用/覆蓋類型或植被類型作為評(píng)估單元，并且4個(gè)碳庫是將平均碳密度乘以每個(gè)評(píng)估單位的面積，以估算區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量。計(jì)算公式如下：

Ctot=Cabove+Cbelow+Csoil+Cdead

(5)

式中：Ctot為總的碳儲(chǔ)量(t/hm2)。模型所需碳庫表中的碳密度數(shù)據(jù)，主要參考相近區(qū)域的相關(guān)文獻(xiàn)所得[25-26]。

2.1.4 生境質(zhì)量服務(wù) 生境質(zhì)量模塊是根據(jù)一個(gè)地區(qū)土地利用方式和格局的情況建立的。該模塊的生境質(zhì)量是在計(jì)算生境退化程度上進(jìn)行的[27]。生境質(zhì)量計(jì)算公式如下：

(6)

式中：Dxj為生境退化程度；Qxj，Hj分別為土地利用類型圖j中柵格x的生境質(zhì)量和生境屬性；k為半飽和常數(shù)，通常設(shè)定為生境退化程度最大值的1/2[27]。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化指數(shù)(ESCI)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化指數(shù)(ESCI)表示各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在一定時(shí)間段內(nèi)的相對(duì)增益或損失。ESCI值為0表示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)即無增益也無減損；為負(fù)數(shù)時(shí)表示減損狀態(tài)；正數(shù)時(shí)表示增益狀態(tài)[28]。其計(jì)算公式為：

(7)

式中：ESCIX為單個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化指數(shù)；ESCURX，ESHISX為最后和初始狀態(tài)下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[28]。

2.3 主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

本文使用z-sore方法[29]來標(biāo)準(zhǔn)化4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，并利用Envi軟件的波段運(yùn)算功能計(jì)算出各柵格中4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的最大值，以此代表各柵格的主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，并對(duì)其進(jìn)行空間化制圖。

2.4 相關(guān)性分析

計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的相關(guān)系數(shù)矩陣，并在SPSS 20.0中測(cè)試回歸系數(shù)。當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的相關(guān)系數(shù)為正，且通過0.10(或0.05)水平的顯著性檢驗(yàn)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間存在協(xié)同關(guān)系；相反，如果為負(fù)時(shí)，為權(quán)衡關(guān)系。

2.5 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點(diǎn)區(qū)

將普定縣的產(chǎn)水量、土壤保持、碳儲(chǔ)量和生境質(zhì)量服務(wù)超過當(dāng)年平均值的區(qū)域認(rèn)定為這種服務(wù)的熱點(diǎn)。其中，“1，2，3，4類服務(wù)熱點(diǎn)”對(duì)應(yīng)的是能夠提供超過區(qū)域平均值的1，2，3，4類服務(wù)的區(qū)域[30]。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化狀況

為了解普定縣退耕還林(草)政策下1990—2017年的4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化情況，將1990年、2000年和2010年數(shù)據(jù)作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的初始狀況，2000年、2010年和2017年數(shù)據(jù)作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的最終狀況。獲得了1990—2000年、2000—2010年和2010—2017年3個(gè)時(shí)段的4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的ESCI(表1)。利用ArcGIS 10.2對(duì)4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的ESCI進(jìn)行空間化制圖(圖2)。

表1 2000-2017年普定縣4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的ESCI

土壤保持在3個(gè)時(shí)段內(nèi)ESCI的數(shù)值及總體分布格局大致相似，3個(gè)時(shí)段的增益面積、無增益無損失面積、損失面積比例見表2。3個(gè)時(shí)段無增益無損失面積比例最大，損失面積比例最小。3個(gè)時(shí)段增益地區(qū)主要集中在普定縣草地、林地及灌叢覆被處，并與坡度大于25°所在地相吻合，這與該縣在坡度大于25°地方實(shí)施退耕還林政策有關(guān)。既無增益也無損失范圍主要集中在普定縣較為平坦的中部、南部及西北部的土壤保持量較低的耕地地區(qū)。損失地區(qū)主要集中在中部、最南部的小部分地區(qū)及西南地區(qū)，這些地區(qū)主要為城市建設(shè)用地，且隨著西南及南部村落的發(fā)展，損失面積逐漸擴(kuò)大。損失區(qū)除集中地外，還呈現(xiàn)分散的形式分布在普定縣的各個(gè)地區(qū)，這些分散地區(qū)也主要位于村落及公路建設(shè)用地處。1990—2000年時(shí)段的中部流域地區(qū)出現(xiàn)了較大面積的損失，是由于在1990年此地為耕地和草地，還未建成水庫，水庫的土壤保持能力小于耕地及草地地區(qū)。

圖2 研究時(shí)段內(nèi)普定縣各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)ESCI空間分布

產(chǎn)水量在3個(gè)時(shí)段內(nèi)ESCI的最小值變化較小，最大值變化較大，表明局部地區(qū)的產(chǎn)水量服務(wù)變化明顯。3個(gè)時(shí)段增益面積、無增益無損失面積、損失面積比例見表2，增益面積比例在逐漸減小，無增益無損失面積比例除2000—2010年時(shí)段外，其余兩時(shí)段所占面積比例最大。產(chǎn)水量在不同的時(shí)段內(nèi)ESCI的分布格局變化明顯。1990—2000年增益地區(qū)主要集中在普定縣的東北部、中部、西南部及南部小部分地區(qū)，這些地區(qū)主要為城市建設(shè)用地、裸地地區(qū)。建設(shè)用地產(chǎn)水量大是由于下墊面為硬質(zhì)地表，下滲幾乎為零。裸地產(chǎn)水量大是由于該地基巖裸露，無土壤和植被的覆蓋，難以涵養(yǎng)水源。1990—2000年損失地區(qū)主要集中在北部大部分地區(qū)。其中，中部流域地區(qū)出現(xiàn)了較大面積的損失，是由于在1990年還未建成水庫，原本的耕地及草地產(chǎn)水量大于水庫。2000—2010年全縣呈現(xiàn)大面積的損失。因?yàn)镮nVEST模型的產(chǎn)水模塊是基于水量平衡原理的，年降水量是極度敏感因子，降雨量的多少對(duì)產(chǎn)水量有著很大的影響。2010年平均降雨量少于2000年平均降雨量(減少300 mm左右)，因此產(chǎn)水量較少，ESCI出現(xiàn)減損狀態(tài)。2010—2017年全縣由大面積損失轉(zhuǎn)為大面積的無增益無損失狀態(tài)。因?yàn)?017年降雨量相較于2010年相持平，因此無增益無損失面積比例較大。增益地區(qū)在東南部也有所增加，這與此地城鎮(zhèn)化發(fā)展有關(guān)。

碳儲(chǔ)存在3個(gè)時(shí)段內(nèi)ESCI的最小值無變化，最大值變化較大，相差1倍多，表明局部地區(qū)的碳儲(chǔ)存服務(wù)變化大。3個(gè)時(shí)段增益面積、無增益無損失面積、損失面積比例見表2，3個(gè)時(shí)段無增益無損失面積比例最大。碳儲(chǔ)存在3個(gè)時(shí)段的空間分布上表現(xiàn)出南北相反的分布格局：1990—2000年增益地區(qū)分布在南部及西南部地區(qū)的耕地地區(qū)，隨著南部及西南部城鎮(zhèn)化的發(fā)展，碳儲(chǔ)存服務(wù)降低，在2000—2010年及2010—2017年時(shí)段轉(zhuǎn)為損失地區(qū)。無增益無損失范圍主要集中在耕地及草地地區(qū)。1990—2000年損失地區(qū)分布在中部流域地段及東北部地區(qū)，流域地段是由于1990年水庫未修建，水體的碳儲(chǔ)量低于原本耕地的碳儲(chǔ)量，以及普定縣政府實(shí)施的流域附近退耕種草政策有關(guān)，而草地的碳儲(chǔ)量低于農(nóng)田的碳儲(chǔ)量[25-26]。東北部地區(qū)由于持續(xù)的毀林開荒，農(nóng)田碳儲(chǔ)量低于林地的碳儲(chǔ)量，因而呈現(xiàn)減損狀態(tài)。2000—2010年及2010—2017年東北及西北部地區(qū)碳儲(chǔ)量呈現(xiàn)增益狀態(tài)，是由于退耕還林政策的實(shí)施，土地利用類型由耕地、裸地轉(zhuǎn)為了林地。

生境質(zhì)量在3個(gè)時(shí)段內(nèi)ESCI的數(shù)值變化不明顯，增益面積、無增益無損失面積、損失面積比例見表2，除2000—2010年時(shí)段損失面積比例最大外，其余兩時(shí)段無增益無損失面積比例最大。3個(gè)時(shí)段ESCI時(shí)空分布的增益范圍都主要分布在水體、林地、草地所在地。無增益無損失主要集中在耕地所在地。損失地區(qū)主要分布在南部、西南部、東部的建設(shè)用地和西部及東部的裸地處。1990—2000年損失所占面積較小，到2000—2010年時(shí)，損失范圍明顯增大，面積增加，這個(gè)時(shí)段為該地迅速發(fā)展時(shí)期，并從發(fā)展中心向南部及西南部拓展，生境質(zhì)量呈現(xiàn)連片式惡化，但在2010—2017年的發(fā)展時(shí)段里，可以看出這種連片式的惡化得以緩解和隔斷，根據(jù)土地利用轉(zhuǎn)移結(jié)果，這與此地植樹種草有著很大的關(guān)系。

表2 2000-2017年普定縣4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)所占面積比例 %

3.2 主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

4種主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的分布格局也展現(xiàn)出顯著的空間差異(圖3)，但在4個(gè)年份中各主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)分布格局大致相同。以土壤保持服務(wù)為主導(dǎo)的地區(qū)呈東北—西南走向貫穿普定縣中部及最北部。這些地區(qū)為普定縣坡度大于25°的山地林地地區(qū)。以產(chǎn)水量服務(wù)為主導(dǎo)的地區(qū)主要分布在城鎮(zhèn)、村落和裸地地區(qū)，2000年后在西部及東北部的地區(qū)，以產(chǎn)水量服務(wù)為主導(dǎo)的地區(qū)逐步被碳儲(chǔ)量服務(wù)和生境質(zhì)量服務(wù)替代。根據(jù)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣結(jié)果，西部的小部分柵格處土地利用方式由裸地轉(zhuǎn)化為了林地，東北部由裸地轉(zhuǎn)化為了草地。以碳儲(chǔ)量服務(wù)為主導(dǎo)的地區(qū)從2010—2017年分布范圍逐漸擴(kuò)大，主要呈條帶狀分布在林地，且隨著退耕還林面積的增加，碳儲(chǔ)量分布也在不斷擴(kuò)大。以生境質(zhì)量服務(wù)為主導(dǎo)的地區(qū)無論在1990年還是2017年都占據(jù)著較大的面積，在全縣的各個(gè)方位都有分布。水域、林地、草地、農(nóng)田都有以生境質(zhì)量為主導(dǎo)的服務(wù)。4種主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的面積比例見表3。4個(gè)年份中以生境質(zhì)量為主導(dǎo)的服務(wù)所占面積比例最大。以產(chǎn)水量為主導(dǎo)的服務(wù)所占面積比例最小。在2000年實(shí)施退耕還林(草)工程后，產(chǎn)水量主導(dǎo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)面積比例在逐年降低，以碳儲(chǔ)量主導(dǎo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)比例在逐年增加。土壤保持主導(dǎo)的服務(wù)和生境質(zhì)量主導(dǎo)的服務(wù)所占比例面積未發(fā)生較明顯的變化。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡與協(xié)同

普定縣土壤保持與碳儲(chǔ)存、土壤保持與生境質(zhì)量、碳儲(chǔ)存與生境質(zhì)量具有明顯的協(xié)同關(guān)系?；?.01水平的顯著性檢驗(yàn)，1990年、2000年、2010年、2017年三者相關(guān)系數(shù)見表4。土壤保持與產(chǎn)水量表現(xiàn)出較好的協(xié)同關(guān)系，并通過了0.05水平上的顯著性檢驗(yàn)，相關(guān)系數(shù)見表4。

圖3 主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分布情況

表3 主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)面積比例變化 %

在退耕還林(草)的政策下，普定縣土地利用情況的改變，直接導(dǎo)致了其各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的變化，進(jìn)而影響了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡與協(xié)同作用。林地、草地在裸地地區(qū)面積的增加導(dǎo)致研究區(qū)碳儲(chǔ)量的增加，生境質(zhì)量得到改善，同時(shí)也提高了土壤抗雨水沖蝕的能力，土壤保持量得到了提升。同時(shí)，降水、溫度等自然因素也將驅(qū)動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的變化。其余的未呈現(xiàn)顯著的權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系，可能是由于其他土地利用類型的存在，導(dǎo)致在整體上關(guān)系并不明顯。例如城市建成區(qū)的地表一般由瀝青、水泥等構(gòu)成，下滲幾乎為零，因此產(chǎn)水量大。但城市地區(qū)的碳儲(chǔ)存低，土壤保持少，生境質(zhì)量差。隨著建設(shè)用地規(guī)模的擴(kuò)展，建設(shè)用地對(duì)普定縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系影響更為明顯。植樹造林等可以在不同程度上增加生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的穩(wěn)定性，使各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間朝著協(xié)同的方向發(fā)展，而城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展使各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間產(chǎn)生更多的競爭，將不利于生態(tài)系統(tǒng)的平衡。

表4 1990年、2000年、2010年、2017年普定縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)系數(shù)

注：*表示0.05水平上顯著，**表示0.01水平上顯著。

3.4 熱點(diǎn)區(qū)識(shí)別

為進(jìn)一步分析4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在空間上供給能力的差異，對(duì)多重服務(wù)熱點(diǎn)區(qū)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(表5)及空間化制圖(圖4)，1990年、2000年、2010年、2017年4類服務(wù)熱點(diǎn)區(qū)中0類和1類服務(wù)熱點(diǎn)區(qū)所占比重最大。這與當(dāng)?shù)厥鞘^為嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境相符合。1990—2017年，4類、3類服務(wù)熱點(diǎn)區(qū)的面積都有所增加，其中2010年4類和3類服務(wù)熱點(diǎn)區(qū)的面積是1990年的兩倍，2017年4類和3類服務(wù)熱點(diǎn)區(qū)的面積是2010年的兩倍，反映出在縣區(qū)實(shí)行退耕還林(草)后生態(tài)環(huán)境在不斷改善。從空間分異來看，研究區(qū)的南部(馬官鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)、化處鎮(zhèn))由于城鎮(zhèn)的分布及大面積耕地的存在，提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力比其他地區(qū)弱；2010—2017年南部及東部地區(qū)1類服務(wù)熱點(diǎn)區(qū)面積在擴(kuò)展，主要是產(chǎn)水服務(wù)功能的上升，也表現(xiàn)出城鎮(zhèn)化的加快，但在2017年時(shí)，城鎮(zhèn)周圍出現(xiàn)了2類和3類服務(wù)熱點(diǎn)區(qū)，從土地利用轉(zhuǎn)移中可知，林地和草地面積在建成區(qū)的周圍增加，表明普定縣的退耕還林(草)政策的全面開展及人們對(duì)城鎮(zhèn)健康發(fā)展意識(shí)的提高。研究區(qū)4類和3類服務(wù)熱點(diǎn)區(qū)主要集中在山地林地地區(qū)和草地地區(qū)，且呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)。在2017年這一空間變化表現(xiàn)更為明顯，這和該縣在2000年后實(shí)施退耕還林有著密切的關(guān)系。

表5 多重服務(wù)熱點(diǎn)區(qū)面積比例 %

圖4 2000-2017年普定縣多重生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點(diǎn)區(qū)

4 結(jié)論與不足

(1) 1990—2017年，4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的ESCI的值域及時(shí)空變化迥異：其值域表現(xiàn)出不同的變化，如多年持平、年際倍增和年際倍減。在相同時(shí)間段內(nèi)，4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各自的增益及損失狀態(tài)在空間分布上表現(xiàn)出明顯的差異性。在不同的研究時(shí)段內(nèi)，同種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的增益及損失狀態(tài)也不相同。

(2) 4種主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的分布格局也展現(xiàn)出顯著的空間差異，但在4個(gè)年份中各主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)分布格局大致相同。在2000年實(shí)施退耕還林(草)工程后，以產(chǎn)水量為主導(dǎo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)范圍在縮小，以碳儲(chǔ)量主導(dǎo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)范圍不斷擴(kuò)大。

(3) 相關(guān)系數(shù)法分析表明，普定縣土壤保持與碳儲(chǔ)存、土壤保持與生境質(zhì)量、碳儲(chǔ)存與生境質(zhì)量具有明顯的協(xié)同關(guān)系。土壤保持與產(chǎn)水量表現(xiàn)出較好的協(xié)同關(guān)系。

(4) 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間熱點(diǎn)制圖顯示，普定縣存在多重生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的熱點(diǎn)區(qū)，主要集中在山地林地地區(qū)和草地地區(qū)。隨著退耕還林(草)政策的全面開展，4類及3類熱點(diǎn)區(qū)面積逐年增加。

然而，本文在利用InVEST模型測(cè)算4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)，有些參數(shù)的設(shè)置參考了環(huán)境狀況相近地區(qū)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，這在一定程度上導(dǎo)致了誤差的存在。并且，InVEST模型更多依賴于土地利用類型，并且對(duì)每一類型進(jìn)行相同的賦值，這也會(huì)使模擬結(jié)果產(chǎn)生誤差。因此，要全面了解喀斯特地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)還需做出進(jìn)一步的努力。