云貴高原巖溶區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性空間分異研究

肖玖軍吳 凱張藍(lán)月李可相陳 陽(yáng)謝 剛

(1.貴州科學(xué)院 山地資源研究所,貴州 貴陽(yáng)550001;2.貴州省土地綠色整治工程研究中心,貴州 貴陽(yáng)550001;3.貴州省黔西南州自然資源局,貴州 興義562400)

生態(tài)系統(tǒng)形成和維持了人類賴以生存和發(fā)展的自然環(huán)境條件[1-2],生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(ecosgstem service)支持了現(xiàn)代社會(huì)日益增長(zhǎng)的需求[3]。2000年,聯(lián)合國(guó)開(kāi)展了迄今為止對(duì)地球生態(tài)系統(tǒng)健康狀況最大規(guī)模的“新千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估”(millennium ecosystem assessment,MEA)[4],從此生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)注度直線上升,人們也越來(lái)越認(rèn)識(shí)到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要性[5]。然而由于人為干擾,地球上的大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力都在下降[6],MEA研究指出全球近60%的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)正在退化和不可持續(xù)利用[4],其主要原因之一是缺乏對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的有效管理。如何加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能管理、引導(dǎo)和規(guī)范人類活動(dòng),進(jìn)而協(xié)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能保護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系是人類發(fā)展面臨的一個(gè)重要議題[7]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間分異是空間決策的基礎(chǔ)[8-9],是生態(tài)退化和管理的核心問(wèn)題之一[10],有證據(jù)表明,許多生態(tài)產(chǎn)品的分布很可能呈現(xiàn)出諸如聚集的空間模式[11-12]。

云貴高原地勢(shì)起伏大、山地眾多、土地利用結(jié)構(gòu)復(fù)雜,導(dǎo)致地理環(huán)境差異顯著[13-15],形成了豐富的生物多樣性資源以及復(fù)雜多樣的生態(tài)系統(tǒng)[16],由于其開(kāi)發(fā)時(shí)間短、范圍小和程度淺,至今仍保存較好的生態(tài)環(huán)境,為長(zhǎng)江和珠江中下游提供了重要的生態(tài)功能產(chǎn)品[17-18]。但在近現(xiàn)代開(kāi)發(fā)進(jìn)入了高潮,生態(tài)行為和資源利用模式發(fā)生了紊亂,生態(tài)問(wèn)題日益突出[19]。我國(guó)是世界巖溶大國(guó),巖溶面積總和達(dá)3.44×106km2,與北方巖溶主要為覆蓋型巖溶地貌相比,南方巖溶則主要為裸露型巖溶地貌[20],其豐富的自然生態(tài)系統(tǒng)以及多雨的氣候特點(diǎn)為該區(qū)域提供了水源涵養(yǎng)、土壤保持等多種重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[21-22],同時(shí)該區(qū)域生態(tài)承載力總體偏小[23]、土地退化問(wèn)題嚴(yán)重,是典型的生態(tài)脆弱區(qū)[24]。石漠化是生態(tài)退化的重要表象,會(huì)引起水土流失加劇、土壤肥力下降、生物多樣性降低等生態(tài)問(wèn)題[25],減少和損失了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[25-26],降低了生態(tài)系統(tǒng)容量,加劇了生態(tài)系統(tǒng)脆弱性,不利于區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展[27]。目前,學(xué)者們圍繞生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的種類和價(jià)值化測(cè)算[28-29]等方面開(kāi)展了卓有成效的研究,如謝高地等[30]基于擴(kuò)展的勞動(dòng)價(jià)值論原理對(duì)中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)提供的11種生態(tài)服務(wù)類型價(jià)值進(jìn)行核算;對(duì)云貴高原巖溶區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)研究多集中于石漠化的形成原因、發(fā)生機(jī)制以及治理等方面[18,23,27,31-32]。如何在云貴高原巖溶區(qū)從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性角度出發(fā)推進(jìn)生態(tài)保護(hù),來(lái)構(gòu)建生態(tài)安全格局方面,較少受到關(guān)注。云貴高原巖溶區(qū)兼具高原大地貌和巖溶地質(zhì)背景的普遍性和特殊性,根據(jù)歐陽(yáng)志云等[33]研究,該區(qū)域在水源涵養(yǎng)、土壤保持、生物多樣性維護(hù)等功能表現(xiàn)突出?；诖?本研究以云貴高原巖溶區(qū)典型代表貴州省黔西南州為對(duì)象,測(cè)算該區(qū)域主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,評(píng)價(jià)單項(xiàng)功能重要性,探求研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性空間分異規(guī)律及影響因素,為云貴高原巖溶區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)有效管理、生態(tài)恢復(fù)治理和生態(tài)安全格局構(gòu)建等提供參考[34-35]。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

黔西南州(104°35′—106°32′E,24°38′—26°11′N)在貴州、云南和廣西3省(區(qū))交界處,位于云貴高原向廣西丘陵山地的斜坡過(guò)渡地帶;出露地層以三疊系和二疊系為主,石炭系、泥盆系、第三系、第四系、白堊系也有少量零星分布;成土母巖主要有砂頁(yè)巖、碳酸鹽巖、泥頁(yè)巖、砂巖、紫色巖、玄武巖及第四紀(jì)黏土等;山嶺縱橫,河谷深切,地形錯(cuò)綜復(fù)雜,烏蒙山支脈馬鞍山自西向東延伸經(jīng)盤州市南部后再折向東南直抵南盤江畔,苗嶺支脈巴東頭經(jīng)紫云縣向南直插望謨縣,形成綿亙北部的馬鞍山,中部的龍頭大山和西部的七捧高原及東南部的河谷地帶;地形西高東低,北高南低,低中山地面積最廣,約占全州國(guó)土總面積的60%,低山地僅分布在南、北盤江和紅水河的河谷地帶;地貌以侵蝕地貌和溶蝕地貌兩大類型為主;屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候,氣候溫和、雨量充沛,水熱同季;主要有紅壤、黃壤、石灰土和水稻土等土壤[36];2020年末戶籍總?cè)丝?01.51萬(wàn)人[37],人口密度179.39人/km2。

研究區(qū)植被過(guò)渡性突出,地帶性明顯,主要以亞熱帶常綠闊葉林、亞熱帶常綠闊葉和落葉混交林為主。同時(shí),生態(tài)系統(tǒng)多樣,其中森林、灌叢、草地、濕地分別占研究區(qū)面積的35.21%,28.64%,2.64%,0.15%[38]。生物種類繁多,植物種類達(dá)3 913種以上,其中珍稀植物300多種,有中草藥資源近2 000種;有野生動(dòng)物12綱542種11亞種以上,其中6種被列入國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物,36種被列入國(guó)家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物[36],目前已劃定有自然保護(hù)區(qū)9個(gè)、森林公園4個(gè)、風(fēng)景名勝區(qū)7個(gè)、地質(zhì)公園1個(gè)、濕地公園6個(gè),自然保護(hù)地體系面積占全州土地總面積的8.48%,主要分布在烏蒙山苗嶺生態(tài)安全屏障帶、西部水源涵養(yǎng)—水土保持區(qū)及南北盤江、紅水河生態(tài)保護(hù)帶,對(duì)我國(guó)乃至世界的生物多樣性及物種種質(zhì)資源保護(hù)具有不可替代的作用。

根據(jù)2016年第3次石漠化監(jiān)測(cè)結(jié)果,黔西南州石漠化面積占土地總面積的18.07%,其中輕度、中度、重度和極重度4個(gè)等級(jí)的石漠化面積分別占總石漠化面19.30%,60.56%,17.31%和2.84%,呈現(xiàn)類型多樣、面積大、范圍廣、程度重、治理難等特點(diǎn),是西南地區(qū)石漠化等級(jí)程度較嚴(yán)重、代表性最強(qiáng)、綜合治理任務(wù)最艱巨的地區(qū)[25,39]。根據(jù)2020年全國(guó)水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成果顯示,2020年黔西南州水土流失面積占土地總面積的29.03%,其中輕度、中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈和劇烈5個(gè)等級(jí)的水土流失面積分別占總流失面積62.85%,16.41%,13.75%,5.95%和1.04%[40]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究所用的數(shù)據(jù)主要有:①植被覆蓋度采用以中國(guó)科學(xué)院·水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所公開(kāi)的中國(guó)2019年年度歸一化植被指數(shù)(NDVI)數(shù)據(jù)集進(jìn)行測(cè)算。②DEM獲取自地理空間數(shù)據(jù)云的GDEMV2(30 m)數(shù)字高程數(shù)據(jù)。③土壤屬性、土壤滲流等數(shù)據(jù)來(lái)源于中科院全國(guó)土壤數(shù)據(jù)和世界糧農(nóng)組織(HWSD數(shù)據(jù)集)。④光熱條件數(shù)據(jù)來(lái)源于黔西南州氣象局和國(guó)家生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)科技資源服務(wù)系統(tǒng)。⑤石漠化和水土流失數(shù)據(jù)來(lái)源于省級(jí)石漠化、水土流失監(jiān)測(cè)成果。⑥自然保護(hù)地、林地等數(shù)據(jù)來(lái)源于黔西南州林業(yè)局林業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)。⑦生態(tài)系統(tǒng)類型數(shù)據(jù)來(lái)源于黔西南州第三次國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)。為了便于空間運(yùn)算,所有數(shù)據(jù)均統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成2000國(guó)家大地坐標(biāo)系,3度分帶,帶號(hào)35號(hào),高斯克呂格投影的柵格(grid)數(shù)據(jù)參與運(yùn)算。

1.3 研究方法

1.3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià) 本文主要采用《資源環(huán)境承載能力和國(guó)土空間開(kāi)發(fā)適宜性評(píng)價(jià)技術(shù)指南(試行)》[41]和《生態(tài)保護(hù)紅線劃定指南》[42]對(duì)3項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單項(xiàng)功能進(jìn)行測(cè)算并評(píng)價(jià)其重要性,后集成出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合功能重要性。

(1)水源涵養(yǎng)功能。用水量平衡法[43]來(lái)計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)量,以此評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能的相對(duì)重要程度。降水量大于蒸散量較多且地表徑流量相對(duì)較小的區(qū)域,水源涵養(yǎng)功能重要性較高。優(yōu)先將前50%累積水源涵養(yǎng)區(qū)確定為水源涵養(yǎng)極重要區(qū)。

式中:TQ為總水源涵養(yǎng)量(m3);Pi為降雨量(mm);Ri為地表徑流量(mm);ETi為蒸散發(fā)(mm);Ai為i類生態(tài)系統(tǒng)面積(km2);i為研究區(qū)第i類生態(tài)系統(tǒng)類型;j為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型數(shù)。

(2)水土保持功能。植被覆蓋度≥80%的森林、灌叢和草地且坡度≥25°優(yōu)先確定為水土保持極重要區(qū)域;在此范圍外,植被覆蓋度≥60%的森林、灌叢和草地且坡度≥15°優(yōu)先確定為水土保持重要區(qū)域。

植被覆蓋度:

式中:NDVIveg為完全植被覆蓋地表時(shí)的信息;NDVIsoil為無(wú)植被覆蓋地表時(shí)的信息。

(3)生物多樣性維護(hù)功能。采用生物多樣性維護(hù)服務(wù)能力指數(shù)表征生物多樣性維護(hù)功能重要性,計(jì)算公式為:

式中:Sbio為生物多樣性維護(hù)服務(wù)能力指數(shù);NPPmean為年均植被凈初級(jí)生產(chǎn)力;Fpre為年均降水量;Ftem為年均氣溫;Falt為海拔因子。

(4)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性集成。集成參考林子雁等[44]方法,在ArcGIS中疊加分析上述3項(xiàng)單項(xiàng)服務(wù)功能重要性結(jié)果,得到研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性等級(jí)。計(jì)算公式為:

式中:ESi為i空間單元上的生態(tài)服務(wù)功能重要性等級(jí);D1i—Dni為i空間單元上單項(xiàng)服務(wù)功能重要性等級(jí)。

1.3.2 空間自相關(guān)分析 地理學(xué)第一定律(Tobler’s first law,TFL)指出事物間相互聯(lián)系,且近物比遠(yuǎn)物具有更強(qiáng)關(guān)聯(lián)性[45]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能既是生態(tài)問(wèn)題,也是地理問(wèn)題,其水平高低不僅受到自身發(fā)展影響,同時(shí)受到周圍事物影響,因此,將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性比例與空間屬性相結(jié)合,建立空間模型,可有效分析數(shù)據(jù)的空間關(guān)聯(lián)性,這種關(guān)聯(lián)性主要表現(xiàn)在空間數(shù)據(jù)的相互作用與擴(kuò)散作用上[46]?，F(xiàn)今對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間異質(zhì)性研究主要體現(xiàn)為兩方面[47],一是空間分化程度測(cè)量或生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間差異分析[48];二是探討生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)驅(qū)動(dòng)力及驅(qū)動(dòng)機(jī)制[49]。本研究主要采用全局和局部的兩類空間自相關(guān)來(lái)進(jìn)行空間異質(zhì)性分析。

(1)構(gòu)建空間權(quán)重矩陣。本文在Geoda軟件中選擇采用基于距離空間權(quán)重標(biāo)準(zhǔn)定義空間矩陣,采用幾何中心為變量,方法為K-近鄰法(鄰居數(shù)取4)。

(2)全局自相關(guān)。全局自相關(guān)主要是用來(lái)度量某一空間數(shù)據(jù)在整體上表現(xiàn)出來(lái)的空間特征,本文采用Moran’sI指數(shù)表征整體空間特征,反映相鄰數(shù)據(jù)在空間上的相似程度與關(guān)聯(lián)性。

Moran’sI指數(shù)的計(jì)算公式為:

式中:i≠j,I為Moran’sI指數(shù),其值-1到1之間;n為村域個(gè)數(shù);xi,xj為村域i和村域j的指標(biāo)值;ˉx為指標(biāo)平均值;S2為指標(biāo)方差。計(jì)算完后并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

(3)局部自相關(guān)。用局部自相關(guān)來(lái)刻畫空間關(guān)聯(lián)的異質(zhì)性和不穩(wěn)定性,特別是局部地區(qū)空間關(guān)聯(lián)模式,測(cè)度方法包括LISA(local indicators of spatial association),G統(tǒng)計(jì)和散點(diǎn)圖。本文主要采用局部Moran’sI指數(shù)法,計(jì)算公式為:

式中:zi',zj'分別表示指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值,其余指標(biāo)含義與前文一致。檢驗(yàn)方式也與全局自相關(guān)一致。

同時(shí),將Moran散點(diǎn)圖劃分為4個(gè)象限,其中第1象限表示指標(biāo)高的村域被指標(biāo)高的村域包圍,第2象限表示指標(biāo)低的村域被指標(biāo)高的村域包圍,第3象限表示指標(biāo)低的村域被指標(biāo)低的村域包圍,第4象限表示指標(biāo)高的村域被指標(biāo)低的村域包圍。繪制出Moran LISA顯著水平圖(α=0.05),Ii顯著＞0且Zi＞0時(shí)為“高—高”(H-H)類型區(qū),Ii顯著＞0且Zi＜0為于“低—低”(L-L)類型區(qū);Ii顯著＜0且Zi＞0為“高—低”(H-L)類型區(qū);Ii顯著＜0且Zi＜0為“低—高”(L-H)類型區(qū)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性空間分布分析

2.1.1 水源涵養(yǎng)功能 水源涵養(yǎng)功能極重要區(qū)有4 498.68 km2(面積比例為26.76%,圖1),主要分布在望謨西北—貞豐中部—安龍西北—興義一線以北和望謨與冊(cè)亨鄰近紅水河的區(qū)域,具體涉及普安、晴隆、興仁、興義的大部,貞豐北部,安龍、冊(cè)亨和望謨的局部。水源涵養(yǎng)功能重要區(qū)有5 357.92 km2(面積比例31.88%),主要分布在望謨西北—貞豐中部—安龍西北—興義一線以南的區(qū)域,具體涉及安龍、冊(cè)亨和望謨的大部,貞豐和興義南部,普安、晴隆和興仁的小部。

2.1.2 水土保持功能 水土保持功能極重要區(qū)有782.67 km2(面積比例4.66%,圖1),主要分布在望謨、冊(cè)亨、貞豐、興義東部與西南部、興仁西南部、普安南部與中北部、晴隆南部。水土保持功能重要區(qū)有5 133.21 km2(面積比例30.54%),主要分布在除晴隆西部—貞豐中部—興仁中部—安龍中部—興義中部的S條形帶之外的區(qū)域。

2.1.3 生物多樣性維護(hù)功能 生物多樣性維護(hù)功能極重要區(qū)有2 053.70 km2(面積比例12.22%,圖1),呈片塊狀分布,主要有南部啞鈴狀的清水河自然保護(hù)區(qū)—仙鶴坪自然保護(hù)區(qū)、冊(cè)亨北部、望謨中北部、貞豐東部、興仁南部、晴隆北部、普安的樓下、地瓜、新店、罐子窯等區(qū)域。生物多樣性維護(hù)功能重要區(qū)有7 945.08 km2(面積比例47.27%),分布在全州大部分區(qū)域,主要涉及望謨、冊(cè)亨、貞豐和晴隆大部,普安北部,興仁東部、東北部和西南部,安龍東部、南部與西部,興義東南部與白龍山。

2.1.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性集成評(píng)價(jià) 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)有6 569.14 km2(面積比例39.08%,圖1),分布在全州大部區(qū)域,主要在除興義南部、安龍中部大部區(qū)域、冊(cè)亨南部、望謨西南部之外的廣大區(qū)域。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要區(qū)有7 152.13 km2(面積比例42.55%),分布在全州大部區(qū)域,興義主要分布在南部和白龍山,其余縣(市)主要在除安龍東南部和西南部、望謨中部、貞豐中部、興仁中部和普安中南部之外的廣大區(qū)域。

圖1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性單項(xiàng)及集成分布

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性空間自相關(guān)分析

以村為單位統(tǒng)計(jì)其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性面積,計(jì)算重要性等級(jí)面積比例,然后在GeoDa軟件中進(jìn)行分析。

2.2.1 全局空間自相關(guān)分析 由表1可知,在研究期內(nèi),1 189個(gè)村級(jí)單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性比例呈正的空間自相關(guān),各功能其重要性的全局Moran’sI指數(shù)均在0.65以上,表明各村生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性比例的空間分布并不是完全隨機(jī)狀態(tài),而表現(xiàn)出空間聚集特性,即具有較高比例的村與具有較高比例的村相鄰或者具有較低比例的村與具有較低比例的村相鄰。

表1 全局Moran’s I指數(shù)

為了檢驗(yàn)Moran’sI是否顯著,在Geoda中采用Monte Carlo模擬999次檢驗(yàn),均通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)(α=0.01)。

2.2.2 單變量空間自相關(guān)分析 為了更加直觀地看出空間分布情況,進(jìn)行了局部相關(guān)分析(圖2—5)。

(1)水源涵養(yǎng)功能。①一般重要。一般重要比例的空間自相關(guān)聚類主要有3種類型(圖2),分別為:高—高聚集類型,主要有2個(gè)條帶,條帶一包括興義西峰林—興義東峰林—安龍德臥—冊(cè)亨巧馬,條帶二包括區(qū)塊二包括普安青山—興仁城區(qū)—貞豐者相—興仁百德;低—低聚集類型,有2個(gè)條帶和1個(gè)區(qū)塊,條帶一包括興義三江口—興義東峰林—安龍德臥,條帶二包括安龍篤山—冊(cè)亨百口,區(qū)塊包括北盤江以東的廣大區(qū)域;不顯著類型涉及區(qū)域較廣,主要分布在黔西南州北部、中部和西南部。②重要。重要比例的空間自相關(guān)聚類主要有三種類型(圖2),分別為:高—高聚集類型,主要分布在黔西南州西部的冊(cè)亨和望謨2縣;低—低聚集類型,主要分布在貞豐、興仁、普安和興義;不顯著類型主要分布在黔西南州東北至西南一線和晴隆中部。③極重要。該比例的空間自相關(guān)聚類結(jié)果與重要比例的聚類結(jié)果除高—高聚集類型與低—低聚集類型分布相反外,其他總體上較為類似。

圖2 水源涵養(yǎng)功能重要性變量局部Moran’s I聚類圖

(2)水土保持功能。該類型功能的3級(jí)重要性比例空間自相關(guān)聚類結(jié)果呈現(xiàn)較大的趨同性(圖3),總體上一般重要的高—高聚集類型和低—低聚集類型與重要的低—低聚集類型和高—高聚集類型相對(duì)應(yīng),呈反向結(jié)果,極重要的高—高和低—低2個(gè)聚集類型主要分布在重要的對(duì)應(yīng)2中聚集類型中。其中重要比例的高—高聚集類型主要分布在冊(cè)亨和望謨2縣;低—低聚集類型主要分布在貞豐北部、興仁北部、晴隆東部、興義中部—安龍東部。

圖3 水土保持功能重要性變量局部Moran’s I聚類圖

(3)生物多樣性維護(hù)功能。該類型的一般重要與重要2比例的空間聚集類型呈相反分布(圖4)。由圖4可以看出,研究區(qū)重要比例的高—高聚集類型主要分布在普安北部—晴隆—貞豐北部、望謨北部—東部—南部、冊(cè)亨北部—中部—東部;低—低聚集類型主要分布在興義除東南的大部—安龍北部—興仁中部—普安南部。極重要比例的低—低聚集類型大體與重要比例聚類結(jié)果相似,高—高聚集類型主要分布在安龍西南部和東南部、貞豐中東部、望謨西部、普安中部。

圖4 生物多樣性維護(hù)功能重要性變量局部Moran’s I聚類圖

(4)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能?？偡?wù)功能與水源涵養(yǎng)在空間聚集上呈較高相似性(圖5),亦存在一定變化,一般重要的高—高聚集類型和低—低聚集類型比水源涵養(yǎng)功能有一定的擴(kuò)大,高—高聚集類型主要增加了興義西部和北部,低—低聚集類型則增加了普安北部和晴隆北部;而總服務(wù)功能的重要和極重要高—高聚集類型和低—低聚集類型則比水源涵養(yǎng)功能有一定縮小。無(wú)論是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的單功能還是總功能,各級(jí)重要性均表現(xiàn)出較強(qiáng)的空間自相關(guān),總體來(lái)說(shuō),一般重要的高—高聚集類型均分布在黔西南州的中西部,低—低聚集類型分布在東部和北部;重要性則與前者成反向分布;水源涵養(yǎng)功能和生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)功能的極重要分布與水土保持功能和生物多樣性維護(hù)功能的分布相反,前兩者高—高聚集類型分布在北部、西部與西南部,低—低聚集類型分布在南部和東部。

圖5 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性變量局部Moran’s I聚類圖

2.2.3 雙變量空間自相關(guān)分析 對(duì)重要以上單功能

進(jìn)行雙變量空間自相關(guān)分析(圖6)。生物多樣性維護(hù)功能分別與水源涵養(yǎng)功能、水土保持功能的聚類結(jié)果存在相似性,高—高聚集類型主要分布在東部的冊(cè)亨和望謨、北部的普安和晴隆以及興義東峰林,低—低聚集類型主要分布在興義—安龍—貞豐—興仁—普安一帶,高—低聚集類型主要分布西南部的興義,低—高聚集類型主要分布望謨以北的北盤江沿線。水源涵養(yǎng)功能與水土保持功能空間自相關(guān)表現(xiàn)為高—高聚集類型主要分布在冊(cè)亨和望謨,低—低聚集類型主要分布在興義—安龍—貞豐—興仁—普安一帶,低—高聚集類型主要分布冊(cè)亨和安龍臨近南盤江一線,高—低聚集類型則零星分布在興義、貞豐、晴隆等區(qū)域。

圖6 雙變量局部Moran’s I聚類圖

2.3 地質(zhì)地貌和環(huán)境變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性的影響

2.3.1 生態(tài)問(wèn)題對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性的影響

(1)石漠化。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性等級(jí)與石漠化等級(jí)耦合程度略呈差異(圖7),從潛在石漠化到極重度石漠化,一般重要和重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能比例逐漸增加,極重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能比例逐漸降低,非巖溶區(qū)的一般重要比例相對(duì)較高,極重要比例相對(duì)較低。表明石漠化在一定程度造成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性下降,這與石漠化帶來(lái)的生態(tài)退化相符,由于一些內(nèi)因和外因,致使植被破壞,水源涵養(yǎng)能力下降,水土流失加劇,而造成基巖裸露,成為石漠化,生物多樣性亦隨之下降,李陽(yáng)兵等[21]研究表明石漠化會(huì)使土地生產(chǎn)力嚴(yán)重下降,地表缺水缺土少林草,章維鑫等[50]研究表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對(duì)不同土地利用方式下的石漠化和非石漠化區(qū)的響應(yīng)不一樣,石漠化區(qū)的產(chǎn)水服務(wù)和固碳服務(wù)均小于非石漠化區(qū)。

圖7 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性與生態(tài)問(wèn)題耦合圖

(2)水土流失。水土流失對(duì)重要和一般重要等級(jí)的生態(tài)系統(tǒng)功能影響不大(圖7),極重要等級(jí)隨著水土流失等級(jí)增加呈先減少后增加趨勢(shì),這主要是無(wú)水土流失、輕度水土流失和中度水土流失面積較大,較為明顯地降低了生態(tài)系統(tǒng)功能中的水土保持功能,并在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合功能上得到體現(xiàn),強(qiáng)烈及以上的3個(gè)水土流失等級(jí)面積較小,其影響結(jié)果被水源涵養(yǎng)功能和生物多樣性維護(hù)功能所掩蓋而顯現(xiàn)不突出。

2.3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性分布集聚性受地質(zhì)背景影響 由圖8可知,隨著坡度的增加,極重要等級(jí)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能面積比例從24.43%逐漸增加到68.70%,重要等級(jí)面積比例則是先增加,在20°～25°達(dá)到最大值49.91%后逐漸下降到26.95%,而一般重要等級(jí)則是在0°～5°時(shí)面積比例最大,達(dá)到43.77%,在2°～10°就降到重要和極重要比例之下,后不斷下降,最后比例在5%以下。

圖8 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性與地質(zhì)背景耦合圖

從母巖方面看,泥質(zhì)巖類、紅色風(fēng)化殼上的重要以上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能面積比例相對(duì)較小,比例最高的為基性巖類和石英巖類,極重要面積比例較大的為基性巖類、石英巖類和紫色巖類;地貌成因?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能影響較為明顯,侵蝕—?jiǎng)兾g類型的重要以上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能面積比例最高,溶蝕—侵蝕類型面積比例最低;地貌形態(tài)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性等級(jí)比例影響較為明細(xì),重要以上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能面積比例在中盆地處于最低水平,僅為27.38%,地貌類型向丘陵、山地變化時(shí),重要以上面積比例逐漸增加,在低中山達(dá)到最大(91.44%);山地不同切割深度對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性等級(jí)比例影響不大。

坡度、母巖、地貌成因、地貌形態(tài)、切割深度等地質(zhì)背景對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分布有較強(qiáng)的影響,地質(zhì)背景是環(huán)境條件的重要影響因子,對(duì)水熱再分配、土壤發(fā)育、人為活動(dòng)范圍等都具有較大的影響,同時(shí)地質(zhì)背景在空間上亦呈現(xiàn)突出的集聚性和異質(zhì)性,一定程度上也促使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性具有集聚性和異質(zhì)性。趙筱青等[51]對(duì)滇東南喀斯特山區(qū)研究也表明土地利用類型、自然環(huán)境狀況是造成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合供給能力差異的主要因素。

3 討論與結(jié)論

(1)研究區(qū)整體水平較高生態(tài)系統(tǒng)提供了較好的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)整體水平較高,較高重要性的面積比例高,其中水源涵養(yǎng)功能和生物多樣性維護(hù)功能重要以上的面積比例在55%以上,水土保持功能在重要以上的面積比例為35.20%,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總體功能在重要以上的面積比例達(dá)到81.63%。從功能大小來(lái)看,生物多樣性維護(hù)功能＞水源涵養(yǎng)功能＞水土保持功能。不同的環(huán)境及社會(huì)本底特征形成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給種類和供給量的不同[34]。研究區(qū)生物多樣性豐富,加上經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展欠發(fā)展和原生態(tài)文化等原因?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)的人為干擾相對(duì)較弱,較多原生植被得到保護(hù),同時(shí)大量人員外出務(wù)工,降低了人地矛盾,受損生態(tài)系統(tǒng)也得到不斷恢復(fù),形成了較好的生物多樣性維護(hù)功能。楊渺等對(duì)四川省生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)多功能性進(jìn)行了分析,表明水源涵養(yǎng)能力與植被狀況和降水均有直接關(guān)系,與多樣性指標(biāo)景觀豐度及鄰近距離呈極強(qiáng)正相關(guān),而與景觀豐度密度則呈極強(qiáng)負(fù)相關(guān)關(guān)系[52],本研究區(qū)亦體現(xiàn)了這個(gè)規(guī)律,較好的生物多樣性和水熱條件為水源涵養(yǎng)功能提供基礎(chǔ)條件。

(2)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性表現(xiàn)出較強(qiáng)的空間集聚性和異質(zhì)性。無(wú)論是單項(xiàng)功能還是總體功能,均表現(xiàn)出較強(qiáng)的空間集聚性,整體表現(xiàn)出條帶或區(qū)塊分布,生物多樣性維護(hù)功能分別與水源涵養(yǎng)功能、水土保持功能的聚類結(jié)果存在相似性,具體各功能其各重要性等級(jí)又表現(xiàn)出差異性。這與以往研究結(jié)果一致,景海超等[34]對(duì)青藏高原典型區(qū)研究表明各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之間主要為協(xié)同關(guān)系,趙雪雁等[53]對(duì)黃土高原研究也表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能供給具有較強(qiáng)的空間集聚性。

(3)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性與石漠化和水土流失等生態(tài)問(wèn)題存在耦合性,空間分布集聚性受水熱條件、地質(zhì)背景、人為等因素綜合作用的結(jié)果,在空間分異上,整體來(lái)講東部和東南部為高—高聚集類型的情況較多,該區(qū)域母巖主要為砂頁(yè)巖,且處于河谷地帶,積溫較高,發(fā)育的土壤厚度較大,同時(shí)人口壓力較小,故而保持了較好的植被和具備較快的植被恢復(fù)能力。

綜上所述,云貴高原巖溶區(qū)有較好的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能供給能力,同時(shí)生態(tài)保護(hù)與發(fā)展存在較為突出的矛盾,科學(xué)合理地構(gòu)建生態(tài)保護(hù)安全格局是生態(tài)保護(hù)與發(fā)展的重要基礎(chǔ),而精準(zhǔn)地識(shí)別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、評(píng)估重要性程度以及其演變趨勢(shì)是劃定生態(tài)功能區(qū)的前提。本文受數(shù)據(jù)獲取的限制,采用了多種比例尺的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),總體上能夠滿足中大尺度的規(guī)律分析,但對(duì)巖溶區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能機(jī)理研究還不夠深入、實(shí)證研究也還很不充分,要做到實(shí)施級(jí)的評(píng)估,可進(jìn)一步豐富數(shù)據(jù)來(lái)源、提高數(shù)據(jù)精度,以系統(tǒng)辨識(shí)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間分異影響原因以及變化驅(qū)動(dòng)機(jī)制。同時(shí)村級(jí)單元存在面積不規(guī)則、大小不均衡等現(xiàn)象,可嘗試以大格網(wǎng)為單元,進(jìn)行空間分異研究,以進(jìn)行交互驗(yàn)證。