甘肅省生態(tài)服務(wù)供需關(guān)系及影響因子研究

趙曉冏,蘇軍德,王 建,晉王強(qiáng),陳 鍔,張 娟,項(xiàng) 明

甘肅省生態(tài)服務(wù)供需關(guān)系及影響因子研究

趙曉冏1,2,3,蘇軍德4,王 建1*,晉王強(qiáng)3,陳 鍔5,張 娟5,項(xiàng) 明5

(1.中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院,甘肅 蘭州 730000；2.中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049；3.甘肅省生態(tài)環(huán)境科學(xué)設(shè)計(jì)研究院,甘肅 蘭州 7300206；4.甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院,甘肅 金昌 737100；5.甘肅省環(huán)境監(jiān)測中心站,甘肅 蘭州 7300203)

以甘肅省為例分析,采用分區(qū)域生態(tài)服務(wù)供需評價(jià)矩陣,在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系研究基礎(chǔ)上,基于地理探測器從自然因素和社會經(jīng)濟(jì)因素兩個(gè)方面研究了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需指數(shù)的影響,揭示了供需格局的時(shí)空變化規(guī)律. 結(jié)果表明: 在甘肅省中部和南部,生態(tài)系統(tǒng)供給與需求具有明顯的空間分布錯(cuò)位,呈現(xiàn)出高供給-低需求和低供給-高需求的狀態(tài),供需服務(wù)高度不平衡區(qū)域主要集中在甘肅中部區(qū)域. 甘肅省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力和供需指數(shù)之間權(quán)衡和協(xié)同關(guān)系并存,而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求強(qiáng)度和供需指數(shù)之間都為權(quán)衡關(guān)系. 從地理探測結(jié)果看,年均降水量和植被類型對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力影響的解釋力q值在50%以上,是導(dǎo)致空間分異的主要原因; 而人口數(shù)量對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求強(qiáng)度影響的解釋力最高,q值超過40%,對供需指數(shù)的影響中,社會經(jīng)濟(jì)因子中的人口數(shù)量和自然因子中的降水量解釋力最高,q值超過35%. 影響因子對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力(需求強(qiáng)度、供需指數(shù))的影響是多種因子共同作用的結(jié)果,其影響均為非線性增強(qiáng).

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需；甘肅省；聚類分析；地理探測器

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)功能為人類提供的直接或者間接惠益[1-3],它是連接生態(tài)系統(tǒng)和社會系統(tǒng)的橋梁[4-5].快速的工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)開發(fā)活動對區(qū)域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大沖擊并影響著區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給是指特定地區(qū)提供生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和服務(wù)的能力[6],生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求代表社會所需服務(wù)的數(shù)量[7].工業(yè)化和城鎮(zhèn)化造成生態(tài)環(huán)境破壞,進(jìn)而導(dǎo)致許多地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需失衡,這種失衡造成了生態(tài)赤字.因此,開展區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)供給、需求服務(wù)研究,包括數(shù)量上的供需均衡關(guān)系和空間關(guān)聯(lián)格局及其影響因素,是制定區(qū)域、流域可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的前提,具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義[8].

當(dāng)前研究主要集中在單一生態(tài)系統(tǒng)類型的服務(wù)供給和需求研究上,研究范圍從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)品供給[6,9-12]到生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)[13-15]和生態(tài)系統(tǒng)文化服務(wù)[16-18]均有涉及.這些對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求的研究尺度小至小流域研究,大至城市、區(qū)域案例研究[6,17,19],而在經(jīng)濟(jì)落后、生態(tài)脆弱的區(qū)域尺度上的研究較少.此外,還有一些研究主要集中在自然資源的消耗上,并定量描述了其供需之間的負(fù)荷關(guān)系[11,20-21],但從數(shù)量匹配和空間匹配角度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需研究鮮見.上述研究的方法包括專家經(jīng)驗(yàn)判別法[6,22]、模型計(jì)算法[13,23]、生態(tài)足跡法[11,24].除了專家經(jīng)驗(yàn)判別法,其他方法存在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)需求多,參數(shù)復(fù)雜的特點(diǎn)而難以實(shí)現(xiàn),Burkhard[25]提出的“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系矩陣法”作為專家經(jīng)驗(yàn)判別法的一種,已經(jīng)成功應(yīng)用于德國Bornhoveder湖[26]、泰國Phang Nga灣[27]和我國長三角[28]等地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究,但是國內(nèi)研究方法多直接采用國外的經(jīng)驗(yàn)參數(shù),并沒有針對研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行修正或者存在區(qū)域參數(shù)均一化,其評估結(jié)果往往容易存在較大不確定性.

當(dāng)前在驅(qū)動因子研究中,大多以定性分析與相關(guān)分析方法為主,定量化探討生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需匹配的驅(qū)動研究并不多見,影響因子的定量化識別及其之間的交互作用機(jī)制的認(rèn)識,對于有效開展區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理及其相關(guān)政策制定具有重要意義.地理探測器是一種新型的空間統(tǒng)計(jì)方法,目前被廣泛應(yīng)用在生態(tài)服務(wù)價(jià)值[29-30]、植被保護(hù)[31-33]、城市化[34-35]等研究方面.但在省域尺度上應(yīng)用地理探測器方法開展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系的空間分異研究尚無先例.

甘肅省為中國典型的生態(tài)脆弱地區(qū)和經(jīng)濟(jì)落后地區(qū),地處黃河流域上游,生態(tài)環(huán)境區(qū)域分異顯著,在黃河流域高質(zhì)量保護(hù)與發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施的背景下,甘肅省處于保護(hù)生態(tài)環(huán)境與發(fā)展社會經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵時(shí)期,如何實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境分異下的資源-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)合理高效發(fā)展是當(dāng)前甘肅省面臨的重大課題.因此,本文以甘肅省為例,采用區(qū)域分異下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價(jià)矩陣,從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需入手,識別區(qū)域各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給與需求區(qū)域,明晰供需指數(shù)的空間格局變化、驅(qū)動因素,進(jìn)而揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需差異.這不僅可豐富復(fù)雜生態(tài)環(huán)境條件下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)研究,還可為優(yōu)化區(qū)域生態(tài)服務(wù)供需格局、構(gòu)建西北生態(tài)安全屏障等規(guī)劃管理提供科學(xué)依據(jù)與理論支撐.

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

甘肅省地處西北內(nèi)陸,位于青藏塊體的東北緣,東接陜西,南鄰四川,西連青海、新疆,北與寧夏、內(nèi)蒙古自治區(qū)和蒙古國接壤,全省下轄12個(gè)地級市、2個(gè)自治州,土地總面積為42.58萬km2(圖1).全省地形包括隴東黃土高原、隴西黃土高原、隴南山地、甘南高原、河西走廊、戈壁和沙漠等6個(gè)類區(qū),主要山系有阿爾金山、祁連山、岷山、秦嶺、子午嶺、六盤山、合黎山和龍首山等[36].植被類型從東南向西北分為常綠闊葉林帶、落葉闊葉混交林帶、落葉闊葉林帶、森林草原帶、草原帶、荒漠草原帶、荒漠帶和高原草甸草原帶.甘肅省生態(tài)地位極其重要,是國家“兩屏三帶”生態(tài)安全戰(zhàn)略格局中的青藏高原生態(tài)屏障、黃土高原-川滇生態(tài)屏障和北方防沙帶,是長江、黃河上游重要的水源涵養(yǎng)地和補(bǔ)給區(qū)[37].

圖1 甘肅省地理區(qū)位及土地利用/土地覆被

1.2 數(shù)據(jù)來源與方法

土地利用/土地覆被類型數(shù)據(jù).該數(shù)據(jù)來源于生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星應(yīng)用中心,時(shí)段為2000年、2005年、2010年和2015年,根據(jù)甘肅省實(shí)際情況和研究需要,將研究區(qū)土地利用/土地覆被類型整合為7個(gè)一級類(森林、灌叢、草地、耕地、濕地、建設(shè)用地、荒漠)和 21個(gè)二級類(落葉闊葉林、常綠針葉林、針闊混交林、落葉闊葉灌叢、草甸、草原、其他草地、水田、旱地、園地、草本濕地、湖泊、水庫、河流、城市綠地、建設(shè)用地、裸巖、裸地、沙漠、鹽堿地、冰川)(圖1),數(shù)據(jù)分辨率為30m,根據(jù)2508個(gè)地面驗(yàn)證點(diǎn)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)整體精度達(dá)到85%以上[38].

通過與Burkhard等[25]研究中采用的歐盟環(huán)境協(xié)調(diào)(CORINE)土地分類法比對后進(jìn)行了相應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)類型的調(diào)整與歸并,確定了本研究的生態(tài)系統(tǒng)分類體系(表1).

表1 土地利用/土地覆被類型整合

地理探測因子數(shù)據(jù).參考前人研究成果[39-40]和甘肅省社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r,本文所用到的地理探測因子數(shù)據(jù)包括DEM(數(shù)字高程模型)、坡度、坡向、年均氣溫、年均降水量、植被類型等6種自然因子和GDP、人口數(shù)量、人口密度、人均GDP、耕地面積、農(nóng)作物播種面積、年末大牲口數(shù)量、化肥施用量、農(nóng)林牧總產(chǎn)值、有效灌溉面積等10種社會經(jīng)濟(jì)因子.其中,DEM數(shù)據(jù),來源于美國對地觀測全球高程數(shù)據(jù),分辨率90m,按照自然斷點(diǎn)法重新分為5類;坡度和坡向數(shù)據(jù)由DEM生成,坡向在生成時(shí)自動分為10類,坡度根據(jù)1984年中國農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會頒發(fā)的《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》,分為5級[31];年均氣溫、年均降水量數(shù)據(jù)是在甘肅省氣象站點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,經(jīng)過反距離加權(quán)平均的方法內(nèi)插和DEM校正得到,按照自然斷點(diǎn)法重新分為5類;植被類型分布數(shù)據(jù)來源于1:100萬植被圖數(shù)字化成果,甘肅省境內(nèi)植被大類主要包括針葉林、針闊葉混交林、闊葉林、灌叢、荒漠、草原、草叢、草甸、沼澤、高山植被、栽培植被和無植被地段12類,故植被類型數(shù)據(jù)被重分類為12類;GDP和人口密度數(shù)據(jù)為1km網(wǎng)格的空間分布數(shù)據(jù),來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)注冊與出版系統(tǒng)(http://www.resdc.cn/DOI),按照自然斷點(diǎn)法重新分為5類;人口數(shù)量、人均GDP、耕地面積、農(nóng)作物播種面積、年末大牲口數(shù)量、化肥施用量、農(nóng)林牧總產(chǎn)值、有效灌溉面積等數(shù)據(jù)來源于2015年的甘肅省統(tǒng)計(jì)年鑒中各縣區(qū)數(shù)據(jù),在ArcGIS中,將各因子與甘肅省縣級行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián),根據(jù)屬性表,選擇自然斷點(diǎn)法將各因子分為5類.以上所有數(shù)據(jù)在ArcGIS中利用重采樣工具將分辨率均統(tǒng)一為1km×1km.

1.3 分析方法

1.3.1 重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型選擇 基于Costanza等[2],de Groot 等[41],MA[1],Burkhard等[6]對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類的研究成果,將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為:供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù).具體來說,供給服務(wù)主要考慮農(nóng)作物、牲畜、淡水;調(diào)節(jié)服務(wù)主要考慮局地氣候調(diào)節(jié)、空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)、地下水補(bǔ)給、土壤保持、防風(fēng)固沙、水凈化;文化服務(wù)主要考慮娛樂美學(xué)價(jià)值.對于三大類服務(wù),不僅考慮了生態(tài)系統(tǒng)所能提供的通常意義上的服務(wù),還著重考慮了具有區(qū)域生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)的服務(wù),如地下水補(bǔ)給服務(wù)、防風(fēng)固沙服務(wù),因甘肅省西北部的河西走廊地區(qū),地處綠洲荒漠區(qū),水資源匱乏,地下水開采過度、沙化形勢嚴(yán)峻,地下水補(bǔ)給服務(wù)和防風(fēng)固沙服務(wù)也將顯得更加重要,故本研究中也將其考慮在內(nèi).同時(shí)考慮到甘肅省生物多樣性豐富,其作為生態(tài)資源的重要組成部分,具有重要價(jià)值,將生物多樣性維護(hù)價(jià)值服務(wù)也納入研究.

1.3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需評價(jià)矩陣 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求評價(jià)參考Burkhard 和Kroll提出的基于土地利用/土地覆蓋類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間評價(jià)方法,在咨詢蘭州大學(xué)、中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院、西北師范大學(xué)等科研院所熟悉甘肅省生態(tài)狀況的12名生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者基礎(chǔ)上,分別對每種生態(tài)系統(tǒng)類型的服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評分(0～5分),0分表示生態(tài)系統(tǒng)類型無提供特定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的相關(guān)能力,1為低相關(guān)能力,2為一般相關(guān)能力,3為中等相關(guān)能力,4為高相關(guān)能力,5為極高相關(guān)能力[42].

表2 甘肅省生態(tài)系統(tǒng)潛在供給、實(shí)際供給和需求服務(wù)評分矩陣

續(xù)表2

注:1落葉闊葉林;2常綠針葉林;3針闊混交林;4落葉闊葉灌叢;5草甸;6草原;7其他草地;8水田;9旱地;10園地;11草本濕地;12湖泊;13水庫;14河流;15城市綠地;16建設(shè)用地;17裸巖;18裸地;19沙漠;20鹽堿地;21冰川

A:農(nóng)作物;B:牲畜;C:淡水供給;D:局地氣候調(diào)節(jié);E:空氣質(zhì)量調(diào)節(jié);F:地下水補(bǔ)給;G:土壤保持;H:防風(fēng)固沙;I:水凈化;J:傳粉;K:娛樂美學(xué)價(jià)值;L:生物多樣性維護(hù)價(jià)值

具體做法為:本研究首先從CORINE案例中列出的44種土地利用類型中識別出與論文研究選取的21種生態(tài)系統(tǒng)類型所對應(yīng)土地利用/土地覆被類型;其次,對Burkhard和Kroll等[40]列出的29種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行比對,結(jié)合研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)格局特征,對各生態(tài)系統(tǒng)類型的供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)和文化服務(wù)的潛在供給能力進(jìn)行評分賦值.第三,在潛在供給能力評分矩陣(表2)確定的基礎(chǔ)上,綜合相關(guān)研究成果[43]和甘肅省主體功能區(qū)規(guī)劃成果,將甘肅省域劃分為三大區(qū)域(一般區(qū)域、荒漠化土地分布區(qū)和黃土高原區(qū)),其中荒漠化土地分布區(qū)主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能為防風(fēng)固沙功能;黃土高原區(qū)主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能為土壤保持功能.根據(jù)三大區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)特點(diǎn)分片區(qū),制定實(shí)際供給能力評分矩陣和需求強(qiáng)度評分矩陣(表2).

表2中,若評分矩陣單元格中有3行值,表示潛在供給服務(wù)、實(shí)際供給服務(wù)和需求服務(wù)的分值不完全為0;若只有一個(gè)分值,表明某生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型的潛在供給服務(wù)、實(shí)際供給服務(wù)和需求服務(wù)的分值均為0;若某單元格的1行中有3個(gè)分值(例如,4/5/5),表示某生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型在3個(gè)區(qū)域有不同的分值.

1.3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需指數(shù) 以網(wǎng)格為評價(jià)單元來測度甘肅省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系.利用ArcGIS空間分析工具對甘肅省進(jìn)行網(wǎng)格化,提取大小為1km×1km的網(wǎng)格,該評價(jià)網(wǎng)格尺度相對更接近甘肅省典型村鎮(zhèn)單元的平均大小,其評價(jià)結(jié)果對決策管理也更有參考價(jià)值.

依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需評價(jià)矩陣(表2),構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)潛在供給能力(E)、實(shí)際供給能力(￠)和需求強(qiáng)度(E)模型(式1),進(jìn)而利用式2,計(jì)算供需指數(shù)[28],對比不同時(shí)期生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)整體特征.供需指數(shù)用來反映生態(tài)系統(tǒng)實(shí)際供給和人類需求之間的平衡狀態(tài).計(jì)算公式分別為:

式中:E表示每個(gè)網(wǎng)格類生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)供給能力或需求強(qiáng)度評分值;M為網(wǎng)格中生態(tài)系統(tǒng)類型的面積;為網(wǎng)格中生態(tài)系統(tǒng)類型數(shù)量;M為網(wǎng)格面積.

式中:是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需指數(shù).供需指數(shù)越大,說明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需盈余越多.

由于流域是相對獨(dú)立和完整的單元,本文采用ArcGIS中水文分析工具,將全省劃分為更小的子流域,作為后續(xù)分析評價(jià)的單元,并將小于5km2的流域合并至相鄰流域中,最終全省劃分整合為700個(gè)子流域.按照每個(gè)子流域統(tǒng)計(jì)其供給能力、需求強(qiáng)度值以及供需指數(shù)的平均值.

1.3.4 地理探測器模型 本研究采用王勁峰等[44]提出的地理探測器模型進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系影響因子分析.地理探測器模型包括因子探測、交互作用探測、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)探測和生態(tài)探測4個(gè)模塊.本文運(yùn)用因子探測和交互作用探測模塊來識別自然因素和社會經(jīng)濟(jì)因素對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系的影響因子以及解釋影響因子對供給能力(需求強(qiáng)度或供需指數(shù))的交互作用,以增強(qiáng)服務(wù)的空間傳遞.

(1)因子探測.因子探測是通過比較某個(gè)影響因素與供給能力(需求強(qiáng)度或供需指數(shù))的變化在空間上是否具有顯著的一致性,若它們的變化具有一致性,則說明這種因素對供給能力(需求強(qiáng)度或供需指數(shù))的空間分異具有決定意義[29].

(2)交互作用探測.交互作用探測可以定量表征兩個(gè)影響因子對供給能力(需求強(qiáng)度或供需指數(shù))的作用關(guān)系.首先計(jì)算單因子作用時(shí),某兩個(gè)影響因素對供給能力(需求強(qiáng)度或供需指數(shù))的(1)和(2)值;其次,計(jì)算影響因子兩兩交互的(12)值,對(12)與(X)和(X)進(jìn)行比較來判斷兩種因子之間的關(guān)系.若min((1)(2))<(12)X)(2))且(12)<(1)(2),說明1和2交互后互相增強(qiáng);若(12)(1)(2),說明1和2交互后非線性增強(qiáng);若(12)(1)(2),說明1和2相互獨(dú)立[30].

本文相關(guān)結(jié)果以2015年為例,基于GeoDetector 工具的“因子探測器”和“交互作用探測器”模塊,以供給能力(需求強(qiáng)度或供需指數(shù))為因變量,以影響因素為自變量,輸入地理探測器進(jìn)行影響因素貢獻(xiàn)率及影響因素之間交互作用的定量分析.具體做法為:在ArcGIS中,按照隨機(jī)點(diǎn)之間的距離不小于1km的原則,隨機(jī)生成3123個(gè)采樣點(diǎn)文件,根據(jù)隨機(jī)采樣點(diǎn)分別提取供給能力(需求強(qiáng)度或供需指數(shù))和所有影響因素?cái)?shù)據(jù)的屬性,生成屬性表,分別獲取對應(yīng)的供給能力(需求強(qiáng)度或供需指數(shù))與各因素之間的定量關(guān)系.

2 結(jié)果分析

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需指數(shù)空間格局

基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需評價(jià)矩陣、土地利用/土地覆蓋類型,計(jì)算了供給能力、需求強(qiáng)度和供需指數(shù)(圖1).供給能力整體上從東南到西北逐漸降低,隴南和甘南供給能力最高;2000～2015年,甘肅南部流域的供給能力從低值區(qū)向高值區(qū)逐漸轉(zhuǎn)化,尤其是2010年以來,甘南、定西、天水供給能力增加趨勢明顯.需求強(qiáng)度一方面從甘肅中部向外圍逐漸降低,主要分布在張掖、武威、天水、平?jīng)龅鹊?綜合來看,甘肅省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給和需求區(qū)域在空間位置上并未完全重合.

從甘肅省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需指數(shù)分布(圖2)可以看出,甘肅省中部蘭州、白銀、定西、天水等所在的流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需指數(shù)較低,部分區(qū)域處于負(fù)值,說明這些區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需處于或接近赤字狀態(tài),這些區(qū)域建設(shè)用地面積大,人類對生態(tài)系統(tǒng)的需求服務(wù)旺盛.甘肅省西北部的武威、金昌、張掖等地,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需指數(shù)處于較低水平的區(qū)域主要位于綠洲區(qū),說明綠洲區(qū)生態(tài)系統(tǒng)需求服務(wù)旺盛,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需趨于赤字狀態(tài).

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需聚類分析

基于Geoda軟件,根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力、需求強(qiáng)度及供需指數(shù)的組內(nèi)最小偏差和組間最大偏差的原則進(jìn)行聚類分析,最終分別確定了2000～2015年4個(gè)時(shí)段生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、需求和供需指數(shù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)簇(圖3).其中,供需指數(shù)的4個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)簇分別為高度不平衡區(qū)域、輕度不平衡區(qū)域、中度協(xié)調(diào)區(qū)域、高度協(xié)調(diào)區(qū)域.總體來看,平均服務(wù)供給能力從B1～B4逐漸增加,平均服務(wù)需求強(qiáng)度從B1～B4逐漸增加,而供需指數(shù)從B1～B4逐漸減小.

從供需指數(shù)的空間分布來看,供需高度匹配區(qū)域(B1),主要分布在甘南高原、隴南南部,此外,河西走廊北部和西部也是高度協(xié)調(diào)區(qū)域的主要分布區(qū),其面積占比從2000年的57.73%減少到2015年的56.38%.該區(qū)域分布有大量的自然保護(hù)地,自然保護(hù)地面積是四類服務(wù)簇中最高的,占到自然保護(hù)地總面積的78.24%.該區(qū)域平均林草覆蓋面積占到區(qū)域林草總面積的37.57%,低于B2和B4區(qū)域的林草覆蓋率,主要原因是河西走廊分布有大片荒漠區(qū),雖然林草覆蓋率不高,但是建立的保護(hù)荒漠生態(tài)系統(tǒng)的自然保護(hù)地分布范圍廣,人口稀少,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求低,受人類活動擾動較小.通過空間疊加供給服務(wù)簇和需求服務(wù)簇,可知,該區(qū)域供給服務(wù)為B4,需求服務(wù)簇為B1.

供需中度協(xié)調(diào)區(qū)域(B2),主要分布在隴中、隴東及祁連山地區(qū)和河西走廊綠洲區(qū),其面積占比從2000年的29.01%,減少到2015年的28.90%.該區(qū)域自然保護(hù)地面積占到自然保護(hù)地總面積的18.06%,林草覆蓋面積占到區(qū)域面積的56.83%,為占到區(qū)域面積的25.55%;建設(shè)用地面積占區(qū)域面積的3.01%.通過疊加供給服務(wù)簇和需求服務(wù)簇可知,該區(qū)域供給服務(wù)為B2,需求服務(wù)簇為B2.

輕度不平衡區(qū)域(B3),集中分布在隴中的定西、天水以及平?jīng)鑫鞅辈?零散分布于其他市州行政駐地所在的區(qū)域(除甘南州),其面積占比從2000年的12.70%增加到2015年的14.24%.該區(qū)域主導(dǎo)土地利用/土地覆蓋類型為耕地,且耕地面積占比為4類服務(wù)簇中最高,達(dá)到52.88%.林草覆蓋面積和建設(shè)用地面積分別占區(qū)域面積的33.02%、3.01%.通過疊加供給服務(wù)簇和需求服務(wù)簇可知,該區(qū)域供給服務(wù)為B2,而需求服務(wù)簇為B4.高度不平衡區(qū)域(B4),主要分布在蘭州、酒泉、嘉峪關(guān)和張掖市的主城區(qū),其面積占比從2000年的0.56%下降到2015年的0.48%.該區(qū)域林草覆蓋率雖然較高,面積占區(qū)域面積的42.38%,但是主導(dǎo)土地利用/土地覆蓋類型為建設(shè)用地和耕地,分別占到區(qū)域面積的16.64%、32.4%.該區(qū)域供需指數(shù)小于0,說明供需狀況已經(jīng)嚴(yán)重不匹配.通過疊加供給服務(wù)簇和需求服務(wù)簇可知,該區(qū)域供給服務(wù)為B2,需求服務(wù)簇為B4.

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系的驅(qū)動分析

2.3.1 基于地理探測器的因子探測分析 因子探測器結(jié)果顯示(表3),甘肅省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力、需求強(qiáng)度和供需指數(shù)在空間上的分布差異受到自然因素和社會經(jīng)濟(jì)因素的共同作用,從而呈現(xiàn)出各異的空間分布特征.總體來看,自然因素中地形因子如植被類型、氣溫、降水對三者的貢獻(xiàn)率較高,社會經(jīng)濟(jì)因素中如大牲口數(shù)量、耕地面積、農(nóng)作物播種面積、人均GDP以及人口數(shù)量對三者的貢獻(xiàn)率較大,其他因子的貢獻(xiàn)率較低.從供給能力來看,各因子按照統(tǒng)計(jì)量的大小進(jìn)行排序?yàn)?年均降水量>植被類型>氣溫>大牲口數(shù)量>人均GDP>有效灌溉面積>農(nóng)林牧總產(chǎn)值>坡度>化肥施用量>海拔>GDP>人口數(shù)量>農(nóng)作物播種面積>耕地面積>坡向>人口密度.從表3來看,自然因素中的年均降水量和植被類型的值最大,分別達(dá)到0.727和0.568,解釋力均在50%以上;社會經(jīng)濟(jì)因素中的大牲口數(shù)量和人均GDP的值最大,分別達(dá)到0.366和0.314,解釋力均在30%以上,其次為氣溫,達(dá)到0.445.因此,年均降水量和植被類型是影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力的主要自然因子, 大牲口數(shù)量和人均GDP是影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力的主要社會經(jīng)濟(jì)因子. 總體來看自然因子的貢獻(xiàn)率(主要為氣候因子)明顯高于社會經(jīng)濟(jì)因子,因此未來在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可持續(xù)管理中,在降低人類活動對生態(tài)系統(tǒng)干擾的同時(shí),要更加關(guān)注降低氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給產(chǎn)生的負(fù)面影響,以獲得穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給.

表3 甘肅省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需驅(qū)動因子探測結(jié)果

注: A1:坡向;A2:DEM;A3:植被類型;A4:年均氣溫;A5:坡度;A6:年均降水量;A7:年末大牲口數(shù)量;A8:GDP;A9:耕地面積;A10:有效灌溉面積;A11:化肥施用量;A12:農(nóng)林牧總產(chǎn)值;A13:農(nóng)作物播種面積;A14:人口密度;A15:人均GDP;A16:人口數(shù)量.

從需求強(qiáng)度來看,各因子按照統(tǒng)計(jì)量的大小進(jìn)行排序?yàn)?人口數(shù)量>植被類型>農(nóng)作物播種面積>年均降水量>耕地面積>人均GDP>大牲口數(shù)量>氣溫>農(nóng)林牧總產(chǎn)值>化肥施用量>有效灌溉面積>海拔>GDP>坡度>人口密度>坡向.

從表3來看,自然因素中的植被類型和年均降水量的值最大,分別達(dá)到0.418和0.407,解釋力均在40%以上;社會經(jīng)濟(jì)因素中的人口數(shù)量和農(nóng)作物播種面積的值最大,分別達(dá)到0.444和0.408,解釋力均在40%以上,其次為耕地面積和人均GDP,分別達(dá)到0.379和0.346.因此,年均降水量和植被類型是影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力的主要自然因子,大牲口數(shù)量和人均GDP是影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力的主要社會經(jīng)濟(jì)因子.總體來看社會經(jīng)濟(jì)因子的貢獻(xiàn)率明顯高于自然因子,而需求強(qiáng)度反映了人類對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的利用程度,為避免出現(xiàn)服務(wù)的過度利用,行政管理部門需要積極引導(dǎo)開發(fā)省域內(nèi)可替代服務(wù),尤其是黃土高原區(qū)域是甘肅省人口分布最多、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)布局地區(qū),需求強(qiáng)度最高,需要逐步調(diào)整該區(qū)域經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)和引導(dǎo)人口合理分布流動以改變需求結(jié)構(gòu).

從供需指數(shù)來看,各因子按照統(tǒng)計(jì)量的大小進(jìn)行排序?yàn)?人口數(shù)量>年均降水量>植被類型>農(nóng)作物播種面積>人均GDP>耕地面積>大牲口數(shù)量>農(nóng)林牧總產(chǎn)值>氣溫>化肥施用量>有效灌溉面積>海拔>GDP>人口密度>坡度>坡向.從表3來看,自然因素中的年均降水量和植被類型的值最大,分別達(dá)到0.352和0.319,解釋力均在30%以上;社會經(jīng)濟(jì)因素中的人口數(shù)量的值最大,達(dá)到0.360,解釋力在30%以上,其次為農(nóng)作物播種面積和人均GDP,分別達(dá)到0.284和0.276.因此,年均降水量和植被類型是影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需平衡的主要自然因子,人口數(shù)量是影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需平衡的主要社會經(jīng)濟(jì)因子.總體來看社會經(jīng)濟(jì)因子的貢獻(xiàn)率明顯高于自然因子,而供需指數(shù)反映了供需匹配程度,故今后需在相關(guān)政策制定時(shí),著重考慮調(diào)整服務(wù)需求結(jié)構(gòu)的同時(shí)減少人類活動的干擾并將人工措施作為輔助手段(如生態(tài)移民,降低黃土高原等生態(tài)脆弱敏感地區(qū)的人口密度)加以促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建,實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的可持續(xù)供給,以達(dá)到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需平衡.

2.3.2 基于地理探測器的因子交互探測分析 利用交互探測器探測驅(qū)動因子之間影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間分異的相互關(guān)系(表4),研究發(fā)現(xiàn),自然因子和社會經(jīng)濟(jì)因子對甘肅省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間分異影響存在交互作用,所有因子中任意兩個(gè)因子的交互作用均大于單個(gè)因子的影響,因子之間交互作用呈現(xiàn)非線性增強(qiáng)關(guān)系,而某一因子單獨(dú)起作用的情況并不存在.

表4 甘肅省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需空間分異驅(qū)動因子的交互探測結(jié)果

驅(qū)動因子A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15A16 A30.4280.5060.418 A40.2700.3360.5040.259 A50.0460.1500.4270.2830.028 A60.4180.5020.5680.4780.4220.407 A70.2730.4190.5390.4490.2780.4790.260 A80.1100.2780.4570.3580.1150.4540.3300.097 需求A90.3890.4200.5800.4430.4010.5680.4830.4680.379 A100.1460.2300.4830.3930.1580.4720.3930.2580.5260.125 A110.1940.2350.5440.3810.2220.5610.4710.3640.4540.3910.177 A120.2080.2710.5460.4420.2440.5500.4470.3710.4620.3880.2950.194 A130.4220.4610.5740.4430.4260.5590.5150.4940.4420.5100.5010.4890.408 A140.0160.1110.4230.2740.0400.4110.2780.1090.3970.1370.1960.2060.4240.012 A150.3540.4100.5570.4380.3690.4990.3900.4400.5040.3970.4900.4830.4990.3590.346 A160.4560.4640.5920.4880.4580.5720.5270.5010.4990.5240.5170.5010.5060.4490.5040.444

驅(qū)動因子A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15A16 A10.004 A20.0930.083 A30.3310.4070.319 A40.1700.2480.3860.157 A50.0410.1240.3280.1870.025 A60.3620.4290.4700.3960.3650.352 供需指數(shù)A70.2260.3110.4110.3180.2270.4260.211 A80.0840.2080.3520.2450.0870.3920.2590.070 A90.2740.3090.4510.3090.2850.4480.3510.3310.260 A100.1380.2100.4030.3040.1420.4100.3580.2310.3870.113 A110.1590.1940.4410.2880.1730.4450.3750.2820.3580.3150.138 A120.2110.2650.4650.3700.2270.4870.3940.3230.3810.3200.2770.184 A130.3010.3440.4460.3160.3110.4450.3690.3560.3050.3910.4020.4100.284 A140.0520.1230.3550.2100.0740.3880.2600.1100.3160.1530.1930.2280.3320.040 A150.2910.3220.4460.3400.3000.4280.3090.3510.3700.3550.3990.4310.3750.3280.276 A160.3810.3940.4870.3920.3810.4880.4320.4010.4250.4540.4790.4650.4230.3920.4450.360

注: A1:坡向;A2:DEM;A3:植被類型;A4:年均氣溫;A5:坡度;A6:年均降水量;A7:年末大牲口數(shù)量;A8:GDP;A9:耕地面積;A10:有效灌溉面積;A11:化肥施用量;A12:農(nóng)林牧總產(chǎn)值;A13:農(nóng)作物播種面積;A14:人口密度;A15:人均GDP;A16:人口數(shù)量.

交互探測結(jié)果顯示,供給能力中,氣溫和年均降水、年均降水和耕地面積、年均降水和人口數(shù)量的交互作用對供給能力的空間分異影響最強(qiáng),因子交互作用的值分別達(dá)到0.783、0.782和0.777,解釋力都在77%以上.植被類型與年末大牲口數(shù)量、耕地面積、有效灌溉面積、化肥施用量、農(nóng)林牧總產(chǎn)值、農(nóng)作物播種面積、人均GDP和人口數(shù)量等諸多社會經(jīng)濟(jì)因子之間的交互作用對供給能力的空間分異影響較強(qiáng),解釋力均在60%以上.總體來看,氣溫、降水、植被類型與其他因子的交互作用明顯強(qiáng)于自然因子內(nèi)部或社會經(jīng)濟(jì)因子內(nèi)部的交互作用.

需求強(qiáng)度中,植被類型和人口數(shù)量、植被類型和耕地面積、植被類型和農(nóng)作物播種面積以及降水量和人口數(shù)量的交互作用對需求強(qiáng)度的空間分異影響最強(qiáng),因子交互作用的值分別達(dá)到0.592、0.580、0.574和0.572,解釋力達(dá)到57%以上,這也解釋了高需求區(qū)域主要分布在黃土高原,該區(qū)域是甘肅省人口、耕地最為集中的地區(qū),這些因子相互作用加劇了區(qū)域需求強(qiáng)度的增加.大牲口數(shù)量與農(nóng)作物播種面積、人口數(shù)量,耕地面積與有效灌溉面積、人均GDP,有效灌溉面積與農(nóng)作物播種面積、人口數(shù)量,化肥施用量與農(nóng)作物播種面積、人口數(shù)量,農(nóng)林牧總產(chǎn)值與人口數(shù)量,農(nóng)作物播種面積與人口數(shù)量,以及人均GDP與人口數(shù)量等社會經(jīng)濟(jì)因子之間的交互作用對需求強(qiáng)度的空間分異影響較強(qiáng),解釋力均在50%以上.總體來看,雖然自然因子與社會經(jīng)濟(jì)因子之間的交互作用值略高于社會經(jīng)濟(jì)因子之間的交互作用,但是社會經(jīng)濟(jì)因子兩兩之間的交互作用多于自然因子與社會經(jīng)濟(jì)因子之間兩兩的交互作用,這也反映了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求主要受人類活動的影響.

供需指數(shù)中,降水量和農(nóng)林牧總產(chǎn)值、降水量和人口數(shù)量、植被類型和人口數(shù)量的交互作用對供需指數(shù)的空間分異影響最強(qiáng),因子交互作用的值分別達(dá)到0.488、0.488和0.487,解釋力都超過了48%.植被類型與大牲口數(shù)量、耕地面積、有效灌溉面積、化肥施用量、農(nóng)林牧總產(chǎn)值、農(nóng)作物播種面積、人均GDP,降水量與大牲口數(shù)量、耕地面積、有效灌溉面積、化肥施用量、農(nóng)作物播種面積、人均GDP,以及人口數(shù)量與大牲口數(shù)量、GDP、耕地面積、有效灌溉面積、化肥施用量、農(nóng)林牧總產(chǎn)值等社會經(jīng)濟(jì)因子之間的交互作用對供需指數(shù)的空間分異影響較強(qiáng),解釋力均在40%以上.總體來看,對供需指數(shù)的空間分異影響,主要受自然因子與社會經(jīng)濟(jì)因子之間的交互作用較強(qiáng),社會經(jīng)濟(jì)因子內(nèi)部之間的交互作用主要集中在人口數(shù)量與其他因子的相互交互作用上.這也解釋了甘肅省由于人口數(shù)量多的城市地區(qū),如黃土高原地區(qū)幾乎所有類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求都處于較高水平,而人口數(shù)量少的地區(qū),如脆弱荒漠區(qū)多處于較低水平.同時(shí),人口集聚通常伴隨著高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求和低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供應(yīng)的人工地表的擴(kuò)張,以及低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求和高供給的自然生態(tài)系統(tǒng)(例如林地,草地,濕地等)的占領(lǐng)和破壞.

在未來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理中,應(yīng)考慮不同驅(qū)動因子的作用特點(diǎn)和各驅(qū)動因子交互增強(qiáng)的效果,采取不同的管理方式,選擇與區(qū)域自然條件、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相適應(yīng)的水土資源開發(fā)利用方式,如甘肅西北部的河西走廊地區(qū)應(yīng)降低對水資源的開發(fā)利用、對脆弱荒漠區(qū)的擾動以及對綠洲的過度開發(fā);隴中隴東黃土高原區(qū)應(yīng)加強(qiáng)退耕還林還草、生態(tài)移民以提高區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)供給能力,降低需求強(qiáng)度,從而避免不合理或強(qiáng)烈人類活動干擾與自然、社會經(jīng)濟(jì)因子協(xié)同作用增強(qiáng)對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)供需平衡造成壓力.

3 討論

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福祉息息相關(guān),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給取決于當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境基底狀況,需求則與人口增長和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有關(guān). Oudenhoven等[45]指出評價(jià)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求關(guān)系的指標(biāo)必須是可量化的、對土地利用變化反應(yīng)靈敏的、在空間和時(shí)間尺度上可擴(kuò)展的,但如何量化人類對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求成為了難點(diǎn).生態(tài)服務(wù)供需評價(jià)矩陣在一定程度上可以滿足當(dāng)前的研究需要,但目前這種評價(jià)方法的不確定性較大,區(qū)域與專家的選擇對矩陣的影響也不可忽略,Burkhard等[25]基于國外當(dāng)?shù)厍闆r的評分結(jié)果與甘肅省不同生態(tài)系統(tǒng)類型的供需得分雖然會有差別,但無論是國外、國內(nèi)還是在甘肅省,建設(shè)用地、農(nóng)業(yè)用地、生態(tài)用地三大地類之間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需得分的相對高低都是較一致的.

考慮到直接將Burkhard等[25]的供需矩陣得分套用在其他地區(qū)可能存在的適用性問題,在本研究中邀請甘肅省內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜裔槍┬杈仃囘M(jìn)行打分,使得這種方法具有更好的適用性.雖然這種半定量的方法不能完全刻畫甘肅省復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需狀況,但可以將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需格局的變化趨勢完整的表現(xiàn)出來,為緩解甘肅省以及其他經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間存在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需矛盾提供一定的科學(xué)依據(jù).

尺度也是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系研究中的一個(gè)重要問題.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求關(guān)系在不同的空間和時(shí)間尺度以及不同的利益相關(guān)者之間有不同的匹配模式.不同的空間尺度下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需雙方存在不同的空間關(guān)聯(lián)特征和權(quán)衡關(guān)系[8].本研究參考關(guān)于土地利用研究中格網(wǎng)構(gòu)建文獻(xiàn)[46-49],最終采用適合甘肅省的1km′1km的格網(wǎng)尺度,在此基礎(chǔ)上以子流域作為分析評價(jià)單元.雖然格網(wǎng)方法可以解決生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系發(fā)生的區(qū)域性特征,也方便將供需關(guān)系空間化,但是格網(wǎng)的大小也會導(dǎo)致尺度效應(yīng)的產(chǎn)生[50],未來研究需要將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需評價(jià)矩陣和供需指數(shù)的構(gòu)建更加細(xì)致化,并結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡和協(xié)同以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的相關(guān)理論來完善當(dāng)前的研究體系.

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為連接自然生態(tài)系統(tǒng)與人類社會的橋梁,其供給和需求反映生態(tài)系統(tǒng)和人類社會間復(fù)雜的動態(tài)關(guān)聯(lián)[51].生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的時(shí)空變化受生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能、人口、社會經(jīng)濟(jì)等諸多因素的影響.這些因素必然將影響相應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需格局及供需平衡的評估.本文從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、需求和供需平衡3個(gè)方面分別揭示了其與影響因素的耦合關(guān)系,影響因素既有自然因素也有社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素,在一定程度上能夠反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需平衡內(nèi)部機(jī)理與驅(qū)動機(jī)制,這也是本研究從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需的多個(gè)方面揭示驅(qū)動機(jī)制的首次嘗試.其中,影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需的因素是多方面的,諸如政策性因素受到數(shù)據(jù)獲取和定量化的限制并沒有過多考慮,此外,確定各類影響因素在不同地區(qū)的綜合作用機(jī)制以及不同因素的影響作用級別顯得相當(dāng)必要[52],因此對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、需求與影響因素關(guān)系的精確研究將成為未來重要的研究內(nèi)容.

4 結(jié)論

4.1 甘肅省生態(tài)系統(tǒng)供給與需求指數(shù)具有明顯的空間分布錯(cuò)位,尤其是甘肅中部和南部,呈現(xiàn)出高供給-低需求和低供給-高需求的狀態(tài),甘肅中部區(qū)域是供需服務(wù)高度不平衡的主要區(qū)域,雖然2010年以來,這種狀態(tài)逐漸得到改善,但是該區(qū)域依然是供需矛盾最突出的區(qū)域.

4.2 生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù)中,權(quán)衡關(guān)系多存在于產(chǎn)品供給服務(wù)與調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)之間,而協(xié)同關(guān)系則存在于調(diào)節(jié)服務(wù)之間;需求服務(wù)中,需求服務(wù)之間均是協(xié)同關(guān)系并且產(chǎn)品供給服務(wù)與其他服務(wù)之間具有最強(qiáng)的協(xié)同關(guān)系;生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需指數(shù)之間既有權(quán)衡關(guān)系也有協(xié)同關(guān)系,而生態(tài)系統(tǒng)需求服務(wù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需指數(shù)之間均為權(quán)衡關(guān)系.

4.3 本文選取的16個(gè)影響因子對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力(需求強(qiáng)度、供需指數(shù))空間分異特征的解釋力不同.對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力影響較大的因子主要為年均降水量和植被類型等自然因子,而對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求強(qiáng)度影響較大的因子主要為人口數(shù)量等社會經(jīng)濟(jì)因子,對供需指數(shù)的影響中,社會經(jīng)濟(jì)因子和自然因子都有較高的貢獻(xiàn)率.影響因子對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力(需求強(qiáng)度、供需指數(shù))的影響并不是獨(dú)立起作用的,而是多種因子共同作用的結(jié)果,其影響均為非線性增強(qiáng).

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A study on the relationship between supply-demand relationship of ecosystem services and impact factors in Gansu Province.

ZHAO Xiao-jiong1,2,3, SU Jun-de4, WANG-Jian1*, JIN Wang-qiang3, CHEN-e5, ZHANG-Juan5, XIANG Ming5

(1.Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China；2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China；3.Gansu Academy of Eco-environmental Sciences, Lanzhou 730000, China；4.Gansu Vocational & Technical College of Nonferrous Metallurgy, Jinchang 737100, China；5.Gansu environmental monitoring center station, Lanzhou 730020, China)., 2021,41(10)：4926～4941

Natural factors and socio-economic development have a profound impact on the supply and demand of regional ecosystem services, leading to imbalance of regional ecological service supply and demand. This study aims to analyze the pattern of supply-demand of ecosystem services in Gansu Province, and to explore their internal relationship under social and economic development. In this study, the evaluation matrix of regional supply and demand of ecosystem services was used to calculate the supply and demand intensity. The supply-demand index was introduced to represent the matching status of ecosystem services. The impact of both natural and socio-economic factors on the supply-demand index of ecosystem service was studied by using geographical detector, revealing the spatiotemporal changing patterns of supply and demand. Our results show that: the spatial distribution of ecosystem supply-demand index is obviously inhomogeneous in Gansu Province, especially in the central and southern parts of Gansu Province, characterized by high supply-low demand and low supply-high demand, with the strongest mismatch observed in the central region of Gansu Province. Although this situation has been gradually mitigated since 2010, the discrepancy between supply and demand is still prominent in this region; From the perspective of trade-off and synergy of ecosystem services, there are many trade-offs between supply services, regulatory services and cultural services at the service supply side, while the synergy relationship is mainly found in regulatory services; on the service demand side, there is a synergy relationship between demand services and supply services, and the strongest synergy relationship is observed between supply services and other services. There is a trade-off relationship as well as a synergy relationship between the supply and demand indices of ecosystem services, whereas there is a trade-off relationship between demand and the supply-demand index of ecosystem service; The q value of annual precipitation and vegetation types is more than 50% on the impact of ecosystem services supply intensity, which is the main reason for the spatial differentiation. The population has the highest explanatory power on the demand intensity of ecosystem services, and the q value is more than 40%. In terms of the impact on the supply-demand index, the population in the socio-economic factors and the precipitation in the natural factors have the highest explanatory power, and the q value is more than 35%. The impact of factors on the supply capacity of ecosystem services (demand intensity, supply-demand index) is attributable to a variety of factors, and further enhanced nonlinearly.

ecosystem services supply-demand；Gansu Province；the cluster analysis；geographical detector

X32

A

1000-6923(2021)10-4926-16

趙曉冏(1986-),男,甘肅武威人,高級工程師,博士,主要從事生態(tài)環(huán)境遙感研究.發(fā)表論文10余篇.

2021-03-04

甘肅省技術(shù)創(chuàng)新引導(dǎo)計(jì)劃項(xiàng)目(20CX3ZA002);甘肅省青年科技基金計(jì)劃項(xiàng)目(20JR5RA124);甘肅省青年科技基金計(jì)劃項(xiàng)目(18JR3RC420)

* 責(zé)任作者, 研究員, wjian@lzb.ac.cn