三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空變化及權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系研究

孟浩斌，周啟剛，李明慧，周 浪，劉栩位，彭春花

(1.重慶工商大學環(huán)境與資源學院，重慶 400067；2.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；3.重慶工商大學公共管理學院，重慶 400067)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指生態(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)境條件和效用，是通過生態(tài)系統(tǒng)功能直接或間接得到的產(chǎn)品和服務(wù)[1]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型多樣，包括維持生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)平衡的支持服務(wù)和調(diào)節(jié)服務(wù)，維持人類生存與發(fā)展的供給服務(wù)，以及愉悅?cè)祟惥竦拿缹W、教育、宗教等文化服務(wù)[2]。各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)并不是獨立的，而是相互影響的，往往表現(xiàn)為此消彼長的權(quán)衡關(guān)系和相互增益的協(xié)同關(guān)系[3]。隨著人類社會對自然生態(tài)系統(tǒng)控制力不斷提高，某些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平被迫下降，極大地削減了當代及后代從生態(tài)系統(tǒng)中獲取的利益，致使全球許多地區(qū)面臨生態(tài)危機[4]。

探究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分布規(guī)律，揭示不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系的時間變化特征，對促進區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)管理、實現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟社會與自然協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。近年來，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系研究已成為地理學、生態(tài)學及生態(tài)經(jīng)濟學等多個學科的前沿領(lǐng)域[5]，國內(nèi)外學者對其從不同角度進行了一定探索。從研究內(nèi)容上看，主要集中于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系的理論基礎(chǔ)、變化特征及驅(qū)動因素等方面[6-8]；從研究方法上看，以情景模擬法、空間分析方法和統(tǒng)計學方法進行分析為主[9-10]。針對三峽庫區(qū)的研究則主要集中在氣候、地形和土地利用方式等方面對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其價值的影響[11-12]，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡及協(xié)同關(guān)系少有涉及。同時，三峽庫區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系區(qū)域異質(zhì)性及區(qū)域差異動態(tài)變化方面的研究還較薄弱，亟需開展不同尺度下生態(tài)系統(tǒng)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系的對比，以更好理解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的復雜關(guān)系。

三峽庫區(qū)是我國典型生態(tài)脆弱和敏感區(qū)，同時也是長江中下游生態(tài)安全屏障區(qū)[13]。由于快速城市化下的“自然-人工”二元干擾，三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)受損情況日益凸顯，出現(xiàn)了消落帶水土流失加重、地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)、生物多樣性減少和生態(tài)風險加大等一系列生態(tài)環(huán)境問題[14]。以三峽庫區(qū)為研究區(qū)，基于2000、2010和2018年遙感影像、歸一化植被指數(shù)(NDVI)、氣象和社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分析水源涵養(yǎng)、土壤保持、碳固持和生物多樣性維持4類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空變化規(guī)律，識別不同類別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點區(qū)分布特征，并采用相關(guān)系數(shù)法從全域尺度和基于熱點區(qū)的綜合分區(qū)2種尺度上探究三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系變化特征，旨在為促進區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學依據(jù)和理論參考。

1 研究區(qū)概況

三峽庫區(qū)指按三峽大壩正常蓄水位175 m淹沒范圍所涉及的26個區(qū)域，包括重慶的22個區(qū)、縣以及湖北省所轄的4個區(qū)、縣[15]。三峽庫區(qū)位于我國第2級階梯東部，大巴山褶皺帶、川東平行嶺谷和川鄂湘黔隆起褶皺帶3大構(gòu)造單元交匯處，北靠大巴山南麓，南抵云貴高原北緣，總面積約為5.8×104km2(圖1)。研究區(qū)氣候溫暖濕潤，年均氣溫為17～19 ℃，年降水量為1 000～1 200 mm，水熱條件良好。植被類型有適于偏濕性常綠闊葉林、亞熱帶常綠和落葉闊葉混交林、亞熱帶常綠針葉林、熱性灌草叢以及竹林等[16]。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

2000、2010和2018年3期土地利用數(shù)據(jù)均由中國科學院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(http:∥www.gscloud.cn)獲取的Landsat系列衛(wèi)星遙感數(shù)字產(chǎn)品解譯而來?？臻g分辨率為30 m，并根據(jù)中國科學院土地利用覆蓋分類體系劃分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地6類，分類精度均高于92.3%。氣象觀測數(shù)據(jù)，包括降水量和氣溫，來源于國家氣象數(shù)據(jù)中心(https:∥data.cma.cn/site/index.html)。DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(http:∥www.gscloud.cn)提供的ASTER GDEMV2數(shù)據(jù)，空間分辨率為30 m。NDVI數(shù)據(jù)來源于美國國家航空航天局MOD13Q1 NDVI數(shù)據(jù)(https:∥ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov)，空間分辨率為250 m，時間分辨率為16 d，每年23景影像，共69景影像，并用MODIS reprojection tool (MRT)軟件對數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換、投影轉(zhuǎn)換及拼接等預(yù)處理。土壤數(shù)據(jù)，包括土壤類型和土壤有機碳含量，來源于世界土壤數(shù)據(jù)庫(harmonized world soil database，HWSD)中國土壤數(shù)據(jù)集(v1.1)(http:∥westdc.westgis.ac.cn)。將以上空間數(shù)據(jù)投影統(tǒng)一為UTM投影，空間分辨率統(tǒng)一重采樣為30 m。

2.2 研究方法

2.2.1水源涵養(yǎng)服務(wù)

水源涵養(yǎng)是一定時空范圍和條件下，生態(tài)系統(tǒng)將水分保持在系統(tǒng)內(nèi)的過程和能力，具有空間異質(zhì)性和動態(tài)復雜性[17]，計算公式[18]為

Q=S×J×r，

(1)

J=J0×k。

(2)

式(1)～(2)中，Q為與裸地相比較，林地、草地和耕地等生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水分的增加量，mm·km-2·a-1；S為生態(tài)系統(tǒng)面積，km2，來源于土地利用類型轉(zhuǎn)換；J為多年年平均產(chǎn)流降水量，mm；r為與裸地比較，各土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)減少徑流的效益系數(shù)，數(shù)據(jù)來自鄧偉等[12]的研究成果；J0為多年年平均降水量，mm；k為產(chǎn)流降水量占降水總量的比例，取0.556[18]。

2.2.2土壤保持服務(wù)

土壤保持是森林、草地等地表植被具有的防治與減少土壤侵蝕功能，在維持區(qū)域生態(tài)安全與可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮重要作用[19]，計算公式[20]為

A=R×K×L×S×C×P。

(3)

式(3)中，A為年平均土壤侵蝕量，t·hm-2·a-1；R為降雨侵蝕力因子，MJ·mm·hm-2·h-1·a-1；K為土壤可蝕性因子，t·h·MJ-1·mm-1；L和S為地形因子，包括坡長因子L和坡度因子S；C為植被覆蓋與管理因子；P為水土保持措施因子。土壤保持服務(wù)功能以土壤保持量(Ac)表示，其為潛在土壤侵蝕量(Ap)與現(xiàn)實土壤侵蝕量(Ar)的差值。其中，潛在土壤侵蝕量為沒有地表植被覆蓋和任何水土保持措施條件下的土壤侵蝕量，即C=1和P=1；現(xiàn)實土壤侵蝕量為有地表植被覆蓋和采取一定水土保持措施條件下的土壤侵蝕量。Ac計算公式[21]為

Ac=Ap-Ar=R×K×L×S×(1-C×P)。

(4)

式(4)中，R值計算采用周伏建等[22]的方法；L、S值計算采用王玉瑩等[23]的方法；C、P值數(shù)據(jù)來自龍?zhí)煊宓萚24]的研究成果；K值數(shù)據(jù)來自吳昌廣等[21]的研究成果。

2.2.3碳固持服務(wù)

碳固持服務(wù)是自然植被將大氣中CO2捕獲并封存的過程[25]。采用InVEST模型估算研究區(qū)碳固持[26]，其計算公式為

Ctotal=Cabove+Cbelow+Csoil+Cdead。

(5)

式(5)中，Ctotal為碳固持總量，t·hm-2；Cabove為地上生物碳儲量，t·hm-2；Cbelow為地下生物碳儲量，t·hm-2；Csoil為土壤碳儲量，t·hm-2；Cdead為死亡有機碳儲量(或枯落物碳儲量)，t·hm-2。該研究將地上生物碳儲量和地下生物碳儲量合并為植被碳儲量，而死亡有機碳儲量難以觀測且其儲量相對較小，暫且不考慮。碳密度數(shù)據(jù)來自李義平[27]的研究成果。

生物多樣性維持功能關(guān)系到區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平，在一定程度上受制于生境質(zhì)量[28]。采用InVEST模型生境質(zhì)量模塊測算生物多樣性服務(wù)，計算公式[29]為

Qxj=Hj{1-[Dxjz/(Dxjz+kz)]}，

(6)

(7)

irxy=1-dxy/dr，max。

(8)

式(6)～(8)中，Qxy為土地利用類型j中柵格x的生境質(zhì)量，范圍為0～1；Hj為生境類型j的生境適宜性；Dxj為土地利用類型j中柵格x的生境脅迫水平；z為歸一化常量，取2.5；k為縮放參數(shù)；R為脅迫因子數(shù)；Yr為脅迫因子柵格數(shù)；Wr為脅迫因子r權(quán)重；ry為地類圖層中每個柵格上脅迫因子數(shù)；irxy為柵格y中脅迫因子r(ry)對柵格中生境的脅迫作用；bx為柵格x可達性水平；Sjr為土地利用類型j對脅迫因子r的敏感性；dxy為柵格x與y之間的線性距離，km；dr，max為脅迫因子r最大有效威脅距離，km。脅迫因子數(shù)據(jù)來自幸瑞燊[30]的研究成果。

2.2.5生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點區(qū)的識別

將研究區(qū)水源涵養(yǎng)、土壤保持、碳固持和生物多樣性維持4類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的值超過當年各自平均值的區(qū)域視為該類服務(wù)的熱點區(qū)，將這4種熱點區(qū)進行疊加后得到三峽庫區(qū)多重生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點區(qū)分布狀況[31]。其中，1、2、3和4類服務(wù)熱點區(qū)分別對應(yīng)能夠提供1、2、3和4種超過全域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平均值的區(qū)域，若區(qū)域各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)均小于相應(yīng)平均值，則為非熱點區(qū)。

2.2.6生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點區(qū)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系分析

后兩個測點C、D相對于車輛懸浮架的坐標分別為 (x3,z3) 、 (x4,z4)。通過C、D兩點做直線，同理可得直線方程：

以2000、2010和2018年三峽庫區(qū)4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)柵格圖為基礎(chǔ)，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)值進行分區(qū)采樣，采樣點距離為1.5 km，基于SPSS 24.0軟件進行相關(guān)性分析。若2種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)系數(shù)在0.01置信水平上為正值，則兩者之間呈顯著協(xié)同關(guān)系；若相關(guān)系數(shù)為負值，且通過顯著性檢驗，則兩者之間呈顯著權(quán)衡關(guān)系；若未通過顯著性檢驗，則相關(guān)性不強，兩者之間呈弱權(quán)衡或弱協(xié)同關(guān)系[32]。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空變化

分別計算2000、2010和2018年三峽庫區(qū)水源涵養(yǎng)、土壤保持、碳固持和生物多樣性維持4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，結(jié)果見表1和圖2。

三峽庫區(qū)水源涵養(yǎng)服務(wù)時空變化明顯。從時間變化來看，水源涵養(yǎng)服務(wù)數(shù)值呈現(xiàn)先降低后上升趨勢，最高值和最低值分別出現(xiàn)在2000和2010年。從空間分布上來看，其高值區(qū)和低值區(qū)分別集中于庫區(qū)北部和東部。2000—2010年，開縣、萬州區(qū)和云陽縣等地涵養(yǎng)水分能力大幅降低，2018年重慶市主城區(qū)水源涵養(yǎng)低值區(qū)面積仍在不斷擴增，但由于水源涵養(yǎng)高值空間分布明顯增多，研究區(qū)水源涵養(yǎng)服務(wù)平均值較2010年有一定上升。

三峽庫區(qū)土壤保持服務(wù)平均值呈先降低后上升趨勢，均值為1.46×105t·km-2，其中高值區(qū)出現(xiàn)在石柱縣、巫溪縣、巴東縣和秭歸縣，低值區(qū)主要集中于庫區(qū)東部。2010年江津區(qū)、長壽區(qū)和萬州區(qū)等三峽庫區(qū)中部和北部區(qū)、縣土壤保持服務(wù)較2000年出現(xiàn)較明顯退化，2018年土壤保持空間分布與2010年基本一致，但整體上數(shù)值有所提升。

表1 三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)情況

三峽庫區(qū)碳固持服務(wù)逐年上升，由2000年552.64 g·m-2提升至2018年615.92 g·m-2?？臻g上，碳固持服務(wù)分布格局較為規(guī)律，2000年以長江水域為界，北部碳固持數(shù)值低，南部數(shù)值高，2010和2018年庫區(qū)碳固持能力明顯提高，長江兩側(cè)差異變小。

生物多樣性維持服務(wù)空間分布格局在2000—2018年基本保持不變，2018年數(shù)值出現(xiàn)輕微降低。高值區(qū)主要分布在石柱縣、武隆縣和巫溪縣，區(qū)域開發(fā)程度低，生境質(zhì)量好；低值主要出現(xiàn)在庫區(qū)西側(cè)的江津區(qū)、主城區(qū)和長壽區(qū)，區(qū)域由于受人類活動影響，數(shù)值偏低。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點區(qū)識別

對不同年份各種熱點區(qū)進行像元統(tǒng)計，2000—2018年4類熱點區(qū)面積最小，3類熱點區(qū)面積最大。2000和2010年三峽庫區(qū)各種熱點區(qū)面積占比由小到大為4類熱點區(qū)<1類熱點區(qū)<2類熱點區(qū)<非熱點區(qū)<3類熱點區(qū)，2018年各種熱點區(qū)面積占比由小到大為4類熱點區(qū)<非熱點區(qū)<1類熱點區(qū)<2類熱點區(qū)<3類熱點區(qū)。由表2可知，三峽庫區(qū)非熱點區(qū)、2類熱點區(qū)和4類熱點區(qū)面積占比先上升后下降，1類熱點區(qū)和3類熱點區(qū)面積占比先下降后上升。

表2 三峽庫區(qū)多重生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點區(qū)面積及占比

三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點區(qū)分布見圖3。如圖3所示，非熱點區(qū)大多分布在重慶市主城區(qū)、江津區(qū)北部和長壽區(qū)，該區(qū)域開發(fā)程度高，建筑用地為主要土地利用類型，提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力較低。同時，三峽水庫水位線145～175 m范圍內(nèi)因常年被淹，提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力同樣較差，因此長江兩側(cè)也有非熱點區(qū)分布。1類熱點區(qū)以提供碳固持服務(wù)為主，2類熱點區(qū)以提供水源涵養(yǎng)和生物多樣性維持服務(wù)為主，這2種熱點區(qū)面積占比小，分布較為離散，空間規(guī)律不明顯。3類熱點區(qū)主要提供水源涵養(yǎng)、土壤保持和生物多樣性維持服務(wù)，集中分布在高海拔地區(qū)，如九峰山、縉云山和中梁山等山脈沿線以及武隆區(qū)、石柱縣、巫溪縣、興山縣和巴東縣等區(qū)域。4類熱點區(qū)土壤優(yōu)良、植被覆蓋度高、生境質(zhì)量好，具有較高的水源涵養(yǎng)、土壤保持、碳固持和生物多樣性維持服務(wù)能力，其分布情況和3類熱點區(qū)類似，但密集程度較低。

3.3 不同尺度下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系分析

3.3.1全域尺度

三峽庫區(qū)全域尺度下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)系數(shù)見表3。表3顯示，4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間相關(guān)系數(shù)均呈顯著正相關(guān)，即呈現(xiàn)協(xié)同關(guān)系，且2000—2018年，三峽庫區(qū)全域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系無突變發(fā)生。具體來看，水源涵養(yǎng)與土壤保持、水源涵養(yǎng)與生物多樣性維持以及土壤保持與生物多樣性維持之間相關(guān)系數(shù)較高，相關(guān)性較好，但水源涵養(yǎng)與土壤保持之間相關(guān)系數(shù)在2018年有所降低；水源涵養(yǎng)與碳固持、土壤保持與碳固持、碳固持與生物多樣性維持之間相關(guān)系數(shù)偏低，相關(guān)性較弱，但仍保持協(xié)同關(guān)系。

表3 三峽庫區(qū)全域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同相關(guān)系數(shù)

3.3.2綜合分區(qū)尺度

為探究三峽庫區(qū)不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)系的差異情況，將三峽庫區(qū)按照識別出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點區(qū)進行綜合分區(qū)劃分，并計算各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的相關(guān)系數(shù)(表4)。表4顯示，三峽庫區(qū)各類熱點區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)系數(shù)與全域差異明顯。綜合分區(qū)尺度下6對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)系中，僅水源涵養(yǎng)與土壤保持、土壤保持與碳固持2對關(guān)系在2000、2010和2015年各類熱點區(qū)中全部通過0.01水平顯著性檢驗。就權(quán)衡和協(xié)同角度而言，碳固持與生物多樣性維持之間在各年各類熱點區(qū)均表現(xiàn)為權(quán)衡關(guān)系，其他5對關(guān)系則出現(xiàn)較大差異。

表4 三峽庫區(qū)熱點區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同相關(guān)系數(shù)

具體來看，三峽庫區(qū)非熱點區(qū)土壤保持與生物多樣性維持、碳固持和生物多樣性維持之間為權(quán)衡關(guān)系，水源涵養(yǎng)與水土保持、碳固持和生物多樣性維持之間以及土壤保持與碳固持之間為協(xié)同關(guān)系。由于1類熱點區(qū)提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力較差，不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間相互制約，除水源涵養(yǎng)與土壤保持之間為協(xié)同關(guān)系外，其他5對均為權(quán)衡關(guān)系。2類熱點區(qū)中各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間相關(guān)性較顯著，其中水源涵養(yǎng)與生物多樣性維持服務(wù)、土壤保持與碳固持服務(wù)之間表現(xiàn)為協(xié)同關(guān)系，其他4對為權(quán)衡關(guān)系。3類熱點區(qū)僅水源涵養(yǎng)與土壤保持和生物多樣性維持之間為協(xié)同關(guān)系，其他4對均為協(xié)同關(guān)系。4類熱點區(qū)水源涵養(yǎng)與土壤保持和碳固持之間以及土壤保持與碳固持之間相關(guān)性較顯著，其他3對關(guān)系相關(guān)性均較弱。

4 討論

4.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空變化分析

全面系統(tǒng)地估算和模擬生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是對其進行管理及制定相關(guān)政策的前提。該研究發(fā)現(xiàn)三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)服務(wù)呈現(xiàn)先降低后增加趨勢，這種變化趨勢一定程度上與三峽大壩蓄水后水域面積向兩岸擴張導致部分覆被被淹沒有關(guān)[33]，加之庫區(qū)建設(shè)使部分區(qū)、縣大量林地和草地轉(zhuǎn)化為耕地和建設(shè)用地，導致研究區(qū)水源涵養(yǎng)服務(wù)大幅降低。2012年之后，由于庫區(qū)大力實施長江防護林、庫區(qū)綠化帶建設(shè)以及退耕還林還草工程[34]，植被覆蓋度提高，全域水源涵養(yǎng)服務(wù)能力又逐漸上升。

土壤保持服務(wù)變化情況與水源涵養(yǎng)服務(wù)一致，呈現(xiàn)先降低后增加趨勢，這與田宇等[35]研究結(jié)果較為相似。2010年土壤保持服務(wù)退化區(qū)域主要集中在庫區(qū)中部及北部，這與該區(qū)域快速發(fā)展有一定關(guān)系。同時，該變化趨勢也與降水量有關(guān)，2010年退化區(qū)域降水減少，其通過影響RUSLE方程中降雨侵蝕因子R造成土壤保持服務(wù)數(shù)值在一定幅度上降低。2018年仍有少部分區(qū)域土壤保持服務(wù)退化，但全域植被覆蓋度的提高使得整體數(shù)值有所提升。

2018年碳固持服務(wù)均值較2000年提高11.45%，增幅明顯。雖然2010年主城區(qū)建設(shè)范圍擴大和長江兩岸被淹導致部分區(qū)域固碳能力下降，但三峽庫區(qū)實施的退耕還林工程在保護和利用土地資源上起到較重要作用，使庫區(qū)大部分耕地轉(zhuǎn)為茶園、果園和林地[36]，碳固持服務(wù)能力得到顯著增加，且凈增長量持續(xù)上升。

生物多樣性維持服務(wù)先維持不變，后輕微降低，說明三峽庫區(qū)生態(tài)情況在平穩(wěn)發(fā)展中出現(xiàn)少量下降，這與吳嬌等[37]對三峽庫區(qū)重慶段生物多樣性價值變化規(guī)律的研究結(jié)果基本一致。2010—2018年生物多樣性維持服務(wù)降低區(qū)域幾乎全部分布在重慶市主城區(qū)中部及西部的江北區(qū)、渝北區(qū)、沙坪壩區(qū)和九龍坡區(qū)，結(jié)合重慶主城都市區(qū)發(fā)展趨勢，該區(qū)域隨時間推移會不可避免出現(xiàn)生物多樣性維持服務(wù)下降從而導致庫區(qū)整體下降，因此需多加關(guān)注這些地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化風險。

4.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系及分析

三峽庫區(qū)全域水源涵養(yǎng)、土壤保持、碳固持和生物多樣性維持服務(wù)之間均為協(xié)同關(guān)系(表3～4)，其原因為庫區(qū)水熱條件促進了庫區(qū)周邊植被發(fā)育，提高了土壤抗沖蝕能力，這與戴路煒等[38]和武文歡等[39]部分研究結(jié)論相同。但也有研究[40]表明水源涵養(yǎng)與土壤保持之間為權(quán)衡關(guān)系，這可能是研究區(qū)域自然條件和土地利用方式差異造成的。同時，就三峽庫區(qū)整體視角而言，研究區(qū)范圍較大，這可能會消除生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)內(nèi)部相互影響及外部驅(qū)動效應(yīng)，導致各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間權(quán)衡關(guān)系被削弱。三峽庫區(qū)全域水源涵養(yǎng)與土壤保持、水源涵養(yǎng)與生物多樣性維持、土壤保持與生物多樣性維持之間的協(xié)同關(guān)系較重要，其他3對關(guān)系相關(guān)系數(shù)較低，因此可通過調(diào)節(jié)庫區(qū)水源涵養(yǎng)、土壤保持和生物多樣性維持服務(wù)，以提高各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力，并加強它們之間的協(xié)同效應(yīng)。

4.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系的尺度效應(yīng)

通過對比三峽庫區(qū)全域尺度與綜合分區(qū)尺度下各類熱點區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系(表3～4)，發(fā)現(xiàn)這些關(guān)系會隨著地理環(huán)境空間異質(zhì)性出現(xiàn)尺度效應(yīng)：三峽庫區(qū)非熱點區(qū)生物多樣性維持與土壤保持、生物多樣性維持與碳固持2對服務(wù)關(guān)系與全域相反；4類熱點區(qū)碳固持與水源涵養(yǎng)、碳固持與土壤保持、碳固持與生物多樣性維持3對服務(wù)關(guān)系與全域相反；2類熱點區(qū)水源涵養(yǎng)與生物多樣性維持、土壤保持與碳固持，以及3類熱點區(qū)水源涵養(yǎng)與土壤保持、水源涵養(yǎng)與生物多樣性維持與全域保持一致；而1類熱點區(qū)僅水源涵養(yǎng)與土壤保持1對服務(wù)關(guān)系與全域一致。這說明研究區(qū)全域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系并不能代表內(nèi)部分區(qū)或更加微觀尺度上的關(guān)系，土地利用類型差異和自然資源在空間分布上的差異會導致區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)發(fā)生變化，進而影響各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系，這與京津冀地區(qū)[41]以及秦嶺山地和黃淮海平原過渡地帶[42]的各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間關(guān)系具有明顯空間尺度依賴特征一致。

4.4 三峽庫區(qū)生態(tài)保護建設(shè)與環(huán)境管理對策

由三峽庫區(qū)生態(tài)系服務(wù)及其權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系的時空演變趨勢可以看出，庫區(qū)快速發(fā)展雖擠占了部分生態(tài)空間，但整體上水源涵養(yǎng)、土壤保持和碳固持服務(wù)仍能保持先下降后上升或持續(xù)上升，這說明三峽庫區(qū)生態(tài)保護措施及政策發(fā)揮了一定作用。因此，生態(tài)環(huán)境保護優(yōu)化能夠與城市和社會經(jīng)濟發(fā)展同時進行，這些保護措施和政策將成為影響庫區(qū)未來生態(tài)發(fā)展的重要因素。

就三峽庫區(qū)全域尺度而言，各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間均為協(xié)同關(guān)系，但由于碳固持功能與其他3類服務(wù)協(xié)同相關(guān)系數(shù)較小，因此可主要針對庫區(qū)水源涵養(yǎng)、土壤保持和生物多樣性維持服務(wù)功能進行科學管理和工程措施，提升相應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力。同時，還應(yīng)結(jié)合三峽庫區(qū)整體的經(jīng)濟發(fā)展需要，引入生態(tài)補償措施，緩解城鎮(zhèn)擴張等人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的消極影響。就三峽庫區(qū)綜合分區(qū)尺度而言，非熱點區(qū)和1類熱點區(qū)各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之間協(xié)同關(guān)系最差，亟需進行優(yōu)化管理。這些區(qū)域主要分布在發(fā)展較好的庫區(qū)西部和長江沿岸被淹沒區(qū)域兩側(cè)，針對這些區(qū)域，一方面應(yīng)加強自然資源保護，增加可提升碳固持和生物多樣性維持服務(wù)能力的成熟林和近成熟林；另一方面，可通過結(jié)合當?shù)貧夂虮尘昂土⒌貤l件，在城鎮(zhèn)化水平較高的重慶市主城區(qū)優(yōu)化綠地結(jié)構(gòu)和采取屋頂綠化等措施，提升區(qū)域整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)效益。

該研究根據(jù)三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點區(qū)進行綜合分區(qū)，并分析了庫區(qū)全域和綜合分區(qū)2種尺度下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)系分異規(guī)律。受限于所需數(shù)據(jù)和現(xiàn)有技術(shù)，在研究三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時存在研究年限較短和分析疏漏等問題。同時，相關(guān)性分析結(jié)果僅能反映2種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間存在關(guān)系，不能反映自然-社會-經(jīng)濟對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系變化的驅(qū)動效應(yīng)和機制。因此，進一步在縣域或鄉(xiāng)鎮(zhèn)更小尺度上研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相互關(guān)系及外部因子驅(qū)動機制是后續(xù)工作重點。該研究還討論了庫區(qū)生態(tài)保護和環(huán)境管理對策，但這些對策僅從較宏觀尺度上進行分析，還需考慮三峽庫區(qū)當?shù)丨h(huán)境條件和管理目標，因地制宜地制定管理方案。

5 結(jié)論

(1)2000—2018年，三峽庫區(qū)水源涵養(yǎng)服務(wù)數(shù)值呈現(xiàn)先降低后上升趨勢，高值區(qū)主要分布在庫區(qū)中東部，低值區(qū)主要分布在庫區(qū)西部。土壤保持服務(wù)數(shù)值先降低后上升，高值區(qū)主要分布在巫溪縣、夷陵區(qū)和興山縣，低值區(qū)則主要分布在長江兩岸和主城區(qū)。碳固持服務(wù)能力逐年上升，2018年碳固持均值較2000年提高11.45%，增幅明顯。生物多樣性維持變化較小，空間格局也基本保持不變，但2018年出現(xiàn)少量下降，可能存在生態(tài)退化風險。

(2)三峽庫區(qū)非熱點區(qū)、2類熱點區(qū)和4類熱點區(qū)面積占比先上升后下降，1類熱點區(qū)和3類熱點區(qū)面積占比先下降后上升。非熱點區(qū)大多分布在庫區(qū)東部，受人類活動和長江水域淹沒影響，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力較低。1類熱點區(qū)和2類熱點區(qū)分布較離散，空間規(guī)律不明顯。3類熱點區(qū)集中分布在山脈沿線及高海拔、生態(tài)質(zhì)量較好區(qū)域。4類熱點區(qū)土壤優(yōu)良，植被覆蓋度高，生境質(zhì)量好，分布區(qū)域與3類熱點區(qū)類似，但密集程度較低。

(3)水源涵養(yǎng)、土壤保持、碳固持和生物多樣性維持4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系相關(guān)系數(shù)表明，三峽庫區(qū)全域尺度下各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間均表現(xiàn)為協(xié)同關(guān)系，且并未隨時間變化而改變。綜合分區(qū)尺度下不同熱點區(qū)各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間相關(guān)系數(shù)與全域尺度下相比區(qū)別較大，部分熱點區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系幾乎與全域完全相反，這說明受區(qū)域土地利用類型和自然資源影響，不同尺度下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系存在不同差異。