喀斯特山地城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值地形梯度響應(yīng)
——以貴陽市中心城區(qū)為例

周寒冰,王志泰,2,王志杰,包 玉,2

(1.貴州大學 林學院,貴陽 550025;2.貴州大學 風景園林規(guī)劃設(shè)計研究中心, 貴陽 550025;3.貴州大學 生命科學學院,貴陽 550025)

人類從自然生態(tài)系統(tǒng)中獲得的直接或間接福利稱為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，包含人類賴以生存的各項資源和條件[1]。對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算有利于人類理解自然系統(tǒng)，促進人與自然和諧共處，對人類生計及經(jīng)濟增長等至關(guān)重要[2-3]。過去40 a里，快速城市化進程中以經(jīng)濟發(fā)展為導向的密集土地利用方式和人類高度城市化的發(fā)展策略[4]造成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的嚴重退化[5]。而城市人口的激增以及自然體驗的喪失，使得城市居民對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的需求與日俱增[6]。當前，世界各國對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重視提升到又一個新高度，越來越多的研究團隊參與其中，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)現(xiàn)已成為國際生態(tài)學研究的熱點與前沿領(lǐng)域[7]。盡管在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估和權(quán)衡與空間規(guī)劃相結(jié)合方面已有一些實踐嘗試[8]，但由于相關(guān)研究存在不足，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)尚未被有效地利用到城市及區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展實踐中[9]。地形是自然空間要素的綜合體現(xiàn)，在很大程度上影響人類對土地的利用方式及決策方向，進而影響相關(guān)區(qū)域生態(tài)環(huán)境[10-11]?；诘匦翁荻鹊纳鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值探究，可為山地區(qū)域生態(tài)規(guī)劃提供參考。目前針對地形梯度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值研究，主要集中在淺山丘陵地區(qū)[11-13]、水域及流域[14-15]，且多以縣域為尺度[16]，而在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需矛盾突出的城市中心城區(qū)，基于地形梯度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值研究鮮見報道。不同的地形地貌決定不同的城市空間形態(tài)，以及城市生態(tài)斑塊(尤其是自然或近自然生態(tài)斑塊)數(shù)量與空間格局。黔中巖溶地區(qū)特殊的喀斯特峰林盆地(洼地)背景下形成的“城山鑲嵌體”景觀格局具有獨特的區(qū)域特色，大量的自然或近自然的生態(tài)斑塊依托喀斯特峰林鑲嵌于城市中心城區(qū)內(nèi)部，能夠向城市提供非常重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。貴陽市地處黔中巖溶地區(qū)腹地，遺存于城市的喀斯特山體資源豐富，形成典型的“城在山間，山在城中”喀斯特山地城市[17]。截至2018年。有527座錐狀、塔狀喀斯特山體星羅棋布鑲嵌于中心城區(qū)建成區(qū)內(nèi)部及周邊，總面積44.93 km2，因此貴陽市中心城區(qū)除了整體下墊面的地形變化外，還有數(shù)量眾多的局部地形突起?；诖?，本文以貴陽市中心城區(qū)建成區(qū)為研究對象，探究城市建成環(huán)境中的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的地形梯度響應(yīng)，旨在豐富不同地貌背景下的地形梯度對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的相關(guān)研究，為城市由粗放式的“增量”發(fā)展向精明化的“存量”發(fā)展轉(zhuǎn)型期[18]、巖溶地區(qū)山地城市更新與城市空間規(guī)劃提供權(quán)衡決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

貴陽市為貴州省省會，地處東經(jīng)106°07′—107°17′，北緯26°11°—26°55′，市域內(nèi)殘留有較廣闊的山盆期剝夷面，以盆區(qū)景觀為主，低山次之[19]，是西南地區(qū)重要的中心城市之一。貴陽市屬于亞熱帶濕潤溫和型氣候，年平均氣溫為15.3℃，年平均總降水量為1 129.5 mm。2010年后城市進入高速發(fā)展階段，5 a擴增速度高達27.40 km2/a[20]，導致脆弱的自然生態(tài)破壞較為嚴重。至2018年底，貴陽市常住人口為418.45萬人，建成區(qū)綠地率為38.08%，綠化覆蓋率為40.8%，人均公園綠地面積為13.16 m2/人，國內(nèi)生產(chǎn)總值為3 798.46億元。通過對2018年遙感影像解譯，參照《貴陽市城市總體規(guī)劃(2009—2020年)》《貴陽市中心城區(qū)綠地系統(tǒng)規(guī)劃(2015—2020年)》《貴陽市公園城市建設(shè)規(guī)劃(2015年)》《貴陽市山體公園規(guī)劃(2015—2020年)》《貴陽市中心城區(qū)山體保護利用專項規(guī)劃(2016—2030年)》等相關(guān)資料，劃定集中連片已建和在建區(qū)域作為本研究所確定的2018年城市建成區(qū)范圍，包括白云區(qū)、烏當區(qū)、云巖區(qū)、觀山湖區(qū)、花溪區(qū)、南明區(qū)6個城區(qū)，最高海拔為1 426 m，最低海拔為993 m，面積468.31 km2。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

土地利用數(shù)據(jù)基于2018年研究區(qū)范圍Pleiades衛(wèi)星影像圖(0.5 m空間分辨率，含DEM高程圖)，參照《土地利用現(xiàn)狀分類標準(GB/T21010—2017)》《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標準(GB50137—2011)》等相應(yīng)的國家標準和《貴陽市城市總體規(guī)劃(2009—2020年)》，根據(jù)相關(guān)文獻[12-14]、中國科學院資源環(huán)境數(shù)據(jù)庫土地利用分類體系，結(jié)合研究區(qū)土地類型分異情況，將土地利用類型分為林地、草地、耕地、建設(shè)用地、水域以及裸地6類，在ArcMap 10.2平臺上對遙感影像進行人工目視解譯，結(jié)合實地調(diào)查，對各景觀斑塊進行復(fù)查和修正，建立城市土地利用空間數(shù)據(jù)庫。以DEM圖像為數(shù)據(jù)源提取高程、坡度數(shù)據(jù)，建立地形因子數(shù)據(jù)庫。2018年貴陽市相關(guān)社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于《2019貴陽統(tǒng)計年鑒》。數(shù)據(jù)庫采用Excel軟件構(gòu)建，統(tǒng)計分析在SPSS Statistics 20軟件中實現(xiàn)。

1.3 研究方法

1.3.1 地形位指數(shù)與地形分布指數(shù) 地形條件的空間分異，并不只是高程或坡度單方面的作用結(jié)果，往往需要綜合考慮相關(guān)地形因子才能體現(xiàn)地形的復(fù)雜性[21]。貴陽市具典型巖溶地貌，高原山地、丘陵、盆地、臺地等多種地形在市域內(nèi)錯綜分布[19]，采用地形位指數(shù)可以綜合表征貴陽市喀斯特地形地貌特點，公式如下[12,21-22]：

(1)

利用地形位指數(shù)將地形特征表征為不同土地利用類型組分的分布頻率比值，其中仍存在各地形梯度面積以及各類土地利用類型面積的比重及量綱差異問題[21]，采用標準化無量綱的地形分布指數(shù)來比較不同區(qū)間或不同土地利用類型的空間地形差異，公式如下[12,15]：

Pie=(Sie/Si)/(Se/S)

(2)

式中:Pie為地形分布指數(shù);S為土地利用類型總面積;i為某種土地利用類型;e為地形梯度層級別。Pie>1的區(qū)間表示該類土地利用類型為地形位優(yōu)勢分布區(qū)間,Pie越大表明該土地利用類型出現(xiàn)的頻率越高。

1.3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估 本研究采用謝高地等[23-25]在前人基礎(chǔ)[26-27]上改進的方法，即設(shè)定1 hm2農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)糧食生產(chǎn)的服務(wù)價值為1，并以此為衡量標準制定“中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量表”，根據(jù)研究區(qū)1個當量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為當年平均單產(chǎn)糧食價值量的1/7的測算標準進行計算，其計算公式如下：

(3)

式中:D為研究區(qū)單位標準因子當量的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量;k為主要糧食種類；Ak為第k類糧食種植面積;pk為第k種糧食平均價格;qk為第k種糧食單產(chǎn)量;A為糧食總種植面積。根據(jù)相關(guān)資料測算得出,2018年貴陽市單位標準因子當量的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量為1 569.68元/hm2。

生態(tài)服務(wù)功能貨幣計算公式如下[2]：

ESV=∑(Si×VCi)

(4)

式中:ESV為生態(tài)服務(wù)總價值;VCi為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù);Si為土地利用類型總面積;i為某種土地利用類型。由上述公式結(jié)合貴陽市2018年土地利用類型進行系數(shù)修正(由于城市中生態(tài)斑塊除占比較少的耕地能提供較多食物生產(chǎn)及原料生產(chǎn)服務(wù)價值,其他用地類型不以提供這兩種生態(tài)服務(wù)為主,因此暫不考慮這兩種生態(tài)服務(wù)價值),得到貴陽市中心城區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)(表1)。

表1 貴陽市中心城區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù) 元/hm2

1.3.3 各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值大小分布指數(shù) 地形梯度層上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值由于大小不均的關(guān)系，可能無法顯示其差異性，為了更好地比較不同梯度單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，合理定位優(yōu)勢區(qū)間，本研究參照地形分布指數(shù)，引入生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值大小分布指數(shù)[12,15]，公式如下：

(5)

式中:LESVie為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值大小分布指數(shù);ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值;S為土地利用類型總面積;i為某種土地利用類型;e為地形梯度層級別。LESVie>1的區(qū)間表示該類土地利用類型為地形位優(yōu)勢分布區(qū)間,LESVie越大表明在該梯度層此種生態(tài)服務(wù)類型價值越高。

1.3.4 敏感性指數(shù)分析 根據(jù)相關(guān)參考文獻[28]，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值之間使用敏感性指數(shù)分析，有利于探討兩者間的準確性。若CS>1，則表明ESV對于VC具有彈性；若CS<1，則表明ESV不具彈性，比值越大，對生態(tài)服務(wù)功能價值指數(shù)的準確性就越關(guān)鍵。具體公式如下：

(6)

式中:CS為敏感性指數(shù);a，b分別為初始數(shù)值和調(diào)整后數(shù)值;ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值;VC為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)。其中,各類土地利用類型的價值指數(shù)將調(diào)整50%,以用來預(yù)估總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用類型空間分異特征

貴陽市中心城區(qū)2018年土地利用類型分布情況見圖1，相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。結(jié)果表明，土地利用類型在貴陽市各區(qū)域分布有明顯差異。其中，建設(shè)用地占比最多，超過貴陽市城區(qū)面積一半，建設(shè)用地占比最高的幾個區(qū)分別為花溪區(qū)、南明區(qū)以及白云區(qū)；林地次之，占比為24.77%，主要來源于喀斯特孤立峰林、喀斯特峰叢、山體公園中的林地以及城市中的園林綠化形成的林地等，南明區(qū)、白云區(qū)及烏當區(qū)多連綿山體，因此林地主要分布于這3個區(qū)域；草地占比為10.84%，多為伴隨自然山體生長的野生草地及人工園林綠化中的種植草坪，主要分布在南明區(qū)和花溪區(qū)；水域占比為1.71%，花溪區(qū)、南明區(qū)及烏當區(qū)內(nèi)的水系是水域面積主要貢獻源，還有水庫、坑塘等分布于各區(qū)域；裸地占研究區(qū)面積的3.10%，主要為尚未形成建設(shè)用地且植被覆蓋度5%以下的土地，較多分布在南明區(qū)、觀山湖區(qū)及白云區(qū)。因喀斯特特有地貌而形成的土地利用類型在各區(qū)域分布顯示出其區(qū)域特點。

圖1 貴陽市中心城區(qū)2018年土地利用類型分布

表2 貴陽市中心城區(qū)各分區(qū)2018年土地利用類型面積 hm2

按照地形位指數(shù)計算公式得出，貴陽市城區(qū)地形位指數(shù)TPI為0.26～1.27(圖2)，參考前人研究[12,15]，將其按等間距法劃分為50個梯度層，并根據(jù)地形分布指數(shù)優(yōu)勢區(qū)間分為低地形位區(qū)間(1～10)，中地形位區(qū)間(10～20)，高地形位區(qū)間(20～50)。貴陽市中心城區(qū)地形差異明顯，總體上呈東西高，南北低的地貌特征。由圖2—3可知，貴陽市中心城區(qū)各區(qū)域及土地利用類型在地形位級別上具顯著分異特征。低地形位區(qū)間主要集中在花溪區(qū)、白云區(qū)、南明區(qū)南部、南明區(qū)東部及云巖區(qū)中部，此研究區(qū)由于地勢低洼，地形平坦，較有利于建設(shè)用地及水域的形成，而建設(shè)用地聚集密度影響人口數(shù)量，在一定程度上對耕地的形成影響最大[12]，因此水域、耕地、草地、建設(shè)用地在該區(qū)位具有明顯優(yōu)勢；中地形位區(qū)間在各區(qū)域均有分布，裸地、耕地在中區(qū)位具有優(yōu)勢，可能是由于中區(qū)位雖不十分利于建設(shè)用地的形成，但適宜的地形較適合人為活動，所以有此結(jié)果；高地形位區(qū)間主要集中在烏當區(qū)、云巖區(qū)東部及西部、觀山湖區(qū)以及南明區(qū)，林地在該區(qū)間有顯著優(yōu)勢，大體呈上升趨勢，草地在20～27區(qū)間有一定優(yōu)勢，在高區(qū)位呈一定起伏波動狀態(tài)。主要原因是這些地段的城市鑲嵌山體較多，依托山體而存在的自然或近自然的林地和草地在城市人工建成環(huán)境中得以保留，且因錐狀或塔狀喀斯特山體坡度陡導致人為干擾較小，但林地在48處地形位優(yōu)勢有所降低，究其原因為山體坡度過大，且部分地區(qū)石漠化較嚴重，以及受風化等自然因素影響，植被類型多為灌草或草本，在近山頂部分植被覆蓋度低，巖石裸露率高，因而有此現(xiàn)象。另外，在最高地形位(50)時，草地呈激增變化，說明在該地形位，草地伴隨林地生長，兩者在此地形位具有絕對優(yōu)勢?？傮w而言，隨著地形梯度的增加，由以水域、耕地、草地、建設(shè)用地主導的地形優(yōu)勢區(qū)逐漸轉(zhuǎn)為以林地為主導的地形優(yōu)勢區(qū)，可以看出地形因素對提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)斑塊的空間分布起著主導作用[14]。

圖2 貴陽市中心城區(qū)地形位指數(shù)分布

2.2 土地利用類型與地形梯度相關(guān)關(guān)系

為探究土地利用類型受地形影響程度，運用SPSS軟件對各土地利用類型地形分布指數(shù)與地形位級別進行回歸分析，結(jié)果見圖4。隨著地形位級別增大，各土地利用類型變化不一。林地、建設(shè)用地與地形位級別呈極顯著擬合(R2>0.9)，林地隨地形增加而上升，建設(shè)用地隨地形增加而下降，林地與建設(shè)用地呈相反變化趨勢；耕地、水域及裸地對地形位級別有一定響應(yīng)(R2>0.5)；草地與地形位級別擬合程度不明顯(R2=0.355)，說明草地的形成不受地形位的限制，但受其他因素影響較大。

圖3 不同地形梯度各土地利用類型分布情況

圖4 各土地利用類型地形分布指數(shù)與地形梯度關(guān)系

2.3 不同區(qū)域及地形梯度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估

根據(jù)各土地利用類型分布面積結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)，得出各城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(表3)。貴陽市城區(qū)2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值為7.23億元，其中林地提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)最多(4.02億元)，約占整個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的55.54%，裸地提供價值最小，約0.06%，僅46.0萬元(建設(shè)用地暫不考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值)。從貴陽市中心城區(qū)各區(qū)域來看，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值各有差異，按價值大小分布順序為：南明區(qū)>花溪區(qū)>白云區(qū)>烏當區(qū)>觀山湖區(qū)>云巖區(qū)。南明區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最多，為2.19億元，而云巖區(qū)最少，僅約0.71億元。價值系數(shù)對各區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值起到?jīng)Q策性作用，因此林地、草地、水域在各區(qū)域的分布面積決定了該區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的多寡。

表3 貴陽市中心城區(qū)各區(qū)域2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值

由圖5可知，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在不同地形梯度上呈波動狀態(tài)，主要表現(xiàn)為先升高后降低。在第9地形位前，各地形位上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈S型曲線增長，于第9地形位達到峰值(0.329億元)，隨后總體呈下降趨勢，在第50地形位處的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最小(7.87萬元)，說明在地形位上整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值差異性較大。為更好顯示地形梯度上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分布特征，消除面積干擾，本文利用單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值探究地形梯度的影響情況。由圖5可知，單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在總體呈升高—降低—升高波動趨勢，于第2地形位達到最大波峰值(3.85萬元)，在第48地形位達到二次波峰(3.37萬元)。地形位單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值波動趨勢呈一定負相關(guān)關(guān)系，說明地形梯度上的土地利用面積對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值影響顯著。在低地形位區(qū)間，由于建設(shè)用地分布多，人口密度較大，人類活動頻繁[16]，因此引起單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值波動較大；在中低地形位區(qū)間及高地形位區(qū)間，隨著地形起伏的增大，人為活動及建設(shè)面積逐漸減少[29]，因此單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值逐漸增多；在49—50地形位間，由于處于貴陽市最大地形梯度區(qū)，受自然因素影響較大，生態(tài)脆弱，因此單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值有衰減趨勢?？傮w來說，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在地形梯度影響下具有明顯差異變化。

圖5 不同地形梯度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化

2.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與地形位級別的相關(guān)性

對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與地形位級別進行回歸分析，并繪制相關(guān)散點圖及回歸方程(圖6)。結(jié)果表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值、單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與地形梯度呈顯著相關(guān)關(guān)系。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值隨地形梯度的增加呈先升后降關(guān)系；單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與地形梯度關(guān)系主要呈M型先升后降隨后又升高關(guān)系，而水源供給及水文調(diào)節(jié)功能呈先升后減倒V型。從擬合程度來看，地形梯度對氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、土壤保持、維持養(yǎng)分循環(huán)、生物多樣性及美學景觀均具顯著影響(R2大于0.95)，說明地形梯度對這7種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值有極大影響；水源供給及水文調(diào)節(jié)價值對梯度的響應(yīng)較為顯著(R2大于0.75)，說明地形梯度是影響這些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要因素之一。受價值系數(shù)及土地利用類型分布面積影響，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值在地形梯度上呈先升高后下降趨勢。受各類土地利用類型分布影響，9項單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值隨地形梯度增加變化態(tài)勢具有一定差異性，如水源供給、水文調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境及美學景觀功能受水域影響顯著，余下5項生態(tài)服務(wù)功能與林地關(guān)系密切，所以，各項單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對地形梯度有不同程度的分布響應(yīng)。

圖6 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與地形梯度關(guān)系

2.5 單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的區(qū)域及梯度效應(yīng)

由表4可知，單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值中占比最大為水文調(diào)節(jié)和氣候調(diào)節(jié)，占比最小的是維持養(yǎng)分循環(huán)。單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值由多到少順序依次為：水文調(diào)節(jié)>氣候調(diào)節(jié)>土壤保持>生物多樣性>氣體調(diào)節(jié)>凈化環(huán)境>美學景觀>水源供給>維持養(yǎng)分循環(huán)。水文調(diào)節(jié)及氣候調(diào)節(jié)為貴陽市提供的生態(tài)服務(wù)最多，說明貴陽市中心城區(qū)各土地利用類型對城市氣候、城市空氣質(zhì)量、水源涵養(yǎng)等方面具有重要影響。在各區(qū)域中，南明區(qū)各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值均高于其他區(qū)域，說明南明區(qū)對貴陽市生態(tài)系統(tǒng)有極大影響，除此之外，白云區(qū)，花溪區(qū)對貴陽市生態(tài)系統(tǒng)也有較大影響，這與各區(qū)域所占面積大小有顯著關(guān)系。

表4 貴陽市中心城區(qū)各區(qū)域2018年單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值

在不同梯度上，單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)大小分布指數(shù)變化隨梯度增加表現(xiàn)有所不同(圖7)。整體而言，在地形梯度上波動較大的為水文調(diào)節(jié)及氣候調(diào)節(jié)，其他7項單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)波動趨勢趨于平緩，說明水文調(diào)節(jié)及氣候調(diào)節(jié)在地形梯度上具有突出作用；在各地形位上均不具優(yōu)勢的單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為水源供給、氣體調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、維持養(yǎng)分循環(huán)、生物多樣性及美學景觀，其中，維持養(yǎng)分的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在各區(qū)間均為最低，說明此6種生態(tài)服務(wù)在地形梯度上發(fā)揮的生態(tài)效益分布均勻。各土地利用類型在地形梯度分布的面積多少決定單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在該區(qū)間是否存在優(yōu)勢。

圖7 不同地形梯度單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分布情況

水文調(diào)節(jié)在2—25區(qū)間具有絕對優(yōu)勢，這與水域地形分布指數(shù)優(yōu)勢區(qū)間呈一定響應(yīng)關(guān)系，說明水文調(diào)節(jié)很大程度受水域的影響；氣候調(diào)節(jié)與林地地形分布指數(shù)變化趨勢較為一致，說明林地對氣候調(diào)節(jié)起到至關(guān)重要的作用，這也可以間接解釋貴陽市號稱“避暑之都”夏天涼爽的原因；其余單項生態(tài)服務(wù)與土地利用類型未見明顯擬合趨勢，說明地形因素并不占據(jù)主導地位，而是自然與人文的疊加效應(yīng)。

2.6 敏感性指數(shù)分析

根據(jù)相關(guān)公式，計算敏感性指數(shù)，能有效判斷研究結(jié)果的準確性。經(jīng)計算得出如下結(jié)果(表5)，裸地及耕地受生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)影響最小，林地對價值系數(shù)有較顯著響應(yīng)，水域及草地在一定程度上依賴于價值系數(shù)，但各土地利用類型敏感性指數(shù)均小于1，說明生態(tài)系數(shù)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值不具彈性，該研究結(jié)果可信。

表5 貴陽市2018年各土地利用類型對生態(tài)服務(wù)總價值敏感系數(shù)

3 討 論

(1)地形地貌是地球通過各種演化而形成的自然產(chǎn)物[30]，在各個方面與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)息息相關(guān)[29]?？λ固氐貐^(qū)由于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地勢垂直分異較大，城市形態(tài)受地形限制嚴重[31]，因此在土地利用的空間分異方面，各土地利用類型在地形梯度的分布特征與其他地區(qū)相比有其異同之處。林地生長在喀斯特地區(qū)受自然因素制約，在48—50地形位呈衰減趨勢，這與非喀斯特地形山地區(qū)域研究不同[12,15]；水域由于坡度及重力影響，較易在低洼處形成，因此在低地形位區(qū)間具有絕對優(yōu)勢，這與戴云哲等[15]研究較為一致；草地受自然和人文的雙重響應(yīng)，所以在高地形位上呈增加趨勢，這與徐煖銀等[11]研究結(jié)果一致；建筑用地由于受地形因素影響較大，因此在地形位較大區(qū)間呈下降趨勢，這印證了周曉芳等[32]的研究?？傮w而言，各土地利用類型分布受喀斯特山地限制，而“城在山間，山在城中”的喀斯特多山城市景觀空間格局，也決定了城市中生態(tài)斑塊的空間分布特征，從而表現(xiàn)出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的地形空間分異。另外，城市遺存喀斯特自然山體具有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值高和生態(tài)脆弱的雙重性，一方面其遺存的自然或近自然的林地向城市提供多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，另一方面，由于在城市人工環(huán)境中形成生態(tài)孤島，在人工干擾下會加劇石漠化進而導致其生態(tài)退化，因此作為得天獨厚的城市生態(tài)資源，喀斯特自然山體的保護與其生態(tài)過程的維持必須引起高度的關(guān)注。建議今后在低地形位區(qū)間加強城市綠化建設(shè)，管控人類形為，多關(guān)注裸地的發(fā)展趨勢，在保證居民生產(chǎn)生活的情況下，合理將裸地轉(zhuǎn)化為林地將有利于增加未來貴陽市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；在中高地形位區(qū)間，應(yīng)保護現(xiàn)有資源，治理石漠化區(qū)域，繼續(xù)實施相關(guān)退耕還林政策，重視林草種植及恢復(fù)，有助于提升區(qū)域環(huán)境生態(tài)質(zhì)量。

(2)以往研究僅從單一地形因素探討喀斯特地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值[33]，或僅探討喀斯特地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性空間分布[34]而未涉及到地形因素，本文基于喀斯特地形空間分異特點對貴陽市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行相關(guān)研究，綜合考慮高程及坡度融合后的地形因子，較全面反映喀斯特地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值地形特征。結(jié)果顯示，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值隨地形梯度變化呈先上升后波動下降趨勢，這與淺山丘陵區(qū)有明顯差異[12]；單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在總體呈升高—降低—升高波動趨勢，這與湘西地區(qū)有所不同[13]；單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值均對地形有顯著響應(yīng)，這與長江中游地區(qū)有所區(qū)別[14]。在地形作用下，水文調(diào)節(jié)及氣候調(diào)節(jié)能發(fā)揮較大作用，與之相關(guān)的土地利用類型為林地和水域，在今后城市管理中，應(yīng)加強保護森林和水域保護，以降低生態(tài)脆弱性和風險性，為居民提供更好的生態(tài)福祉。

(3)在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估方面，貴陽市中心城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值僅為貴陽市2018年GDP的0.24%(僅含6個區(qū)域)。有相關(guān)學者研究得出，中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為全國GDP的94.97%，貴州省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為貴州省GDP的229.41%[35]，這與本研究結(jié)果相差甚遠。究其原因，可能是由于本研究區(qū)域位于貴陽市建成區(qū)，且部分潛在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值未能深入探索，城市外部的農(nóng)田、山地、林地等提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值影響更重要，城市化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈一定負面影響，這與唐秀美等[36]研究一致。在進行城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估時，對于美學景觀方面的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可能會低估其價值，國外學者在研究中提出，城市中心房價會隨著離城市綠地的遠近而影響其價值高低，通常與其呈負面影響，即距離城市綠地越近的房價會越高[37-39]，而喀斯特城市山體作為城市中呈自然狀態(tài)的綠地資源，在注重城市環(huán)境品質(zhì)的當前，靠近山體開發(fā)房地產(chǎn)的熱度越來越高，因此城市內(nèi)自然山體還具有城市建設(shè)的經(jīng)濟價值，但并未在本研究中深入挖掘，在今后進行相關(guān)研究時，應(yīng)結(jié)合當?shù)貙嶋H情況進行適宜性評價。

(4)本文對2018年貴陽市城區(qū)生態(tài)性服務(wù)價值進行區(qū)域及梯度研究，對喀斯特地區(qū)未來進行相關(guān)城市生態(tài)規(guī)劃有一定參考價值。但由于本文著重于地形空間9項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分析，對社會經(jīng)濟造成的價值差異研究較為淺顯，喀斯特地區(qū)地貌復(fù)雜，人地關(guān)系矛盾尖銳，更多潛在生態(tài)服務(wù)需深入實地研究?？λ固爻鞘兄凶匀簧襟w是特殊存在，針對散布在喀斯特城市中的錐狀山體能提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，還應(yīng)以山體自身特征結(jié)合城市景觀格局，從點線面進行相關(guān)研究。由于數(shù)據(jù)獲取困難及指標難以量化等原因，本文未能細化相關(guān)生態(tài)服務(wù)價值，希望在今后采用生態(tài)經(jīng)濟學原理結(jié)合城市化程度、多民族文化以及社會人文因素進行適宜性研究，以便探索出人地和諧的共生模式[40]。

4 結(jié) 論

(1)貴陽市城區(qū)內(nèi)土地利用類型面積在各區(qū)域有所差異，并具有顯著的地形梯度響應(yīng)規(guī)律。城區(qū)內(nèi)主要土地利用類型為建設(shè)用地和林地，地形特征整體呈東西高、南北低的狀態(tài)。土地利用類型在空間上呈三段式分布，隨著地形梯度的增加，由以水域、耕地、草地、建設(shè)用地主導的地形優(yōu)勢區(qū)逐漸轉(zhuǎn)為以林地為主導的地形優(yōu)勢區(qū)。林地、建設(shè)用地與喀斯特地形關(guān)系密切，耕地、水域及裸地受地形影響較為顯著，而草地受地形限制不明顯。

(2)2018年貴陽市城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值為7.23億元，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在不同地形梯度上呈先升高后降低波動狀態(tài)，單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈升高—降低—升高波動趨勢。各土地利用類型中林地提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)最多，裸地提供系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)最小(不考慮建設(shè)用地)。各區(qū)中南明區(qū)為貴陽市中心城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值貢獻最大，云巖區(qū)貢獻最小。就地形梯度而言，在第9地形位有最大生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，50地形位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最小。單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值波動趨勢呈一定負相關(guān)關(guān)系，于第2地形位達到最大波峰值，說明面積及地形因素均對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值造成很大影響。

(3)單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值大小呈較大差異化，受地形及面積因素影響顯著，在地形梯度上大小分布指數(shù)優(yōu)勢差別明顯。水文調(diào)節(jié)及氣候調(diào)節(jié)在生態(tài)服務(wù)價值中占比最多；地形梯度對氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、土壤保持、維持養(yǎng)分循環(huán)、生物多樣性及美學景觀有極大影響(R2>0.95)，對水源供給及水文調(diào)節(jié)有較大響應(yīng)(R2>0.75)；受面積影響，水文調(diào)節(jié)及氣候調(diào)節(jié)在地形層級優(yōu)勢顯著，其余7項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分布均勻，且不具優(yōu)勢。