生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化和權(quán)衡及其與人類活動(dòng)強(qiáng)度關(guān)聯(lián)性分析
——以慈利縣為例

武彥珍, 王新闖, 王順忠

(1.河南理工大學(xué) 測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院, 河南 焦作 454000; 2.中國(guó)科學(xué)院 植物研究所 植被與環(huán)境變化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100093)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指人類通過生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和過程直接或間接獲取維持人類生存和生活所需的產(chǎn)品或惠益[1]。20世紀(jì)末Costanza等[2]將休閑娛樂、水調(diào)節(jié)和氣體調(diào)節(jié)等17個(gè)服務(wù)作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的構(gòu)成，對(duì)全球各生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值進(jìn)行了估算。隨著國(guó)外理論的進(jìn)步，各研究體系與相關(guān)概念陸續(xù)引進(jìn)國(guó)內(nèi)，使得國(guó)內(nèi)相關(guān)研究工作也有了跨越性的發(fā)展[3]。謝高地等[4-6]參考相關(guān)學(xué)者意見，并經(jīng)過一系列的實(shí)踐和修訂，制作了單位面積價(jià)值當(dāng)量因子表，建立了一個(gè)相對(duì)完整和精確的評(píng)估體系，將現(xiàn)有的各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型和功能包括在內(nèi)，其原理為將生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)凈利潤(rùn)作為該生態(tài)系統(tǒng)所能提供的生產(chǎn)價(jià)值。不同的區(qū)域作物種植種類不同，價(jià)格差異較大，因此區(qū)域修正必不可少，眾多學(xué)者在當(dāng)量修正和改進(jìn)的基礎(chǔ)上開展了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估工作[7-9]。然而僅對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行靜態(tài)評(píng)估已滿足不了目前研究人類福祉與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間關(guān)系的迫切需求。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)包括供給、調(diào)節(jié)、支持和文化服務(wù)，各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)通常呈現(xiàn)為此消彼長(zhǎng)的權(quán)衡關(guān)系和相互增益的協(xié)同關(guān)系[10]。千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估(MA)認(rèn)為自然提供給人類的各項(xiàng)服務(wù)中，大約有2/3的服務(wù)呈下降趨勢(shì)，主要是受到人類活動(dòng)的干擾[11]。近年來我國(guó)實(shí)施各種生態(tài)保護(hù)政策來正向影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，期望生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)效益能夠有所回升。權(quán)衡協(xié)同關(guān)系不僅存在于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)內(nèi)部，也存在于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類活動(dòng)之間，并且具有顯著的地域差異性和動(dòng)態(tài)變化性[12]。目前生態(tài)退化和人類活動(dòng)干擾強(qiáng)烈是全球范圍內(nèi)普遍存在的問題，研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類活動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)聯(lián)性，對(duì)于提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)發(fā)展的同時(shí)，保證生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)效益具有重要意義[13]。因此，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡成為眾多學(xué)者研究的方向[14-16]。

2000年以前，由于森林尤其是天然林的過度采伐、人類活動(dòng)的過度干擾，致使湖南省水土流失嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境日益惡化、自然災(zāi)害頻繁發(fā)生。1998年湘、資、阮、澧四水及洞庭湖區(qū)發(fā)生歷史上罕見的特大洪災(zāi)，給人民的生命和財(cái)產(chǎn)造成了巨大的損失，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)329億元之多[17]。1999年黨中央、國(guó)務(wù)院發(fā)出長(zhǎng)江上游和黃河上中游天然林禁伐、限伐的指示，以及實(shí)施退耕還林的戰(zhàn)略決策。2000年，慈利縣天然林保護(hù)工程正式實(shí)施；2001年慈利縣退耕還林工程開始實(shí)施?？h域作為一種行政區(qū)劃區(qū)域，是一個(gè)較為完整的生態(tài)系統(tǒng)管控主體，有一定的相對(duì)獨(dú)立性和能動(dòng)性。它是全國(guó)實(shí)施主體功能區(qū)規(guī)劃的基本單元，也是生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)程中重要的實(shí)踐單元[18]。因此，在縣域尺度上進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估研究，具有一定的實(shí)踐意義和參考價(jià)值。慈利縣森林資源豐富，林地占總面積半數(shù)以上，是一個(gè)典型林業(yè)縣域。本文以慈利縣為例，開展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估，分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系以及人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響，為林業(yè)縣域集約、節(jié)約利用土地，提高生態(tài)效益提供依據(jù)，為生態(tài)服務(wù)可持續(xù)發(fā)展以及天然林保護(hù)工程、退耕還林等相關(guān)政策的效益評(píng)估提供科學(xué)支撐。

1 研究區(qū)概況

慈利縣隸屬于湖南省張家界市，位于武陵山脈東部邊緣，東北鄰石門縣，東南鄰桃源縣，西北鄰桑植縣，西南鄰永定區(qū)[19]。慈利縣位于東經(jīng)110°27′—111°20′，北緯29°04′—29°41′。慈利縣總面積3 480 km2，東西最大距離72.2 km，最大南北距離69 km。慈利縣處于澧水中游，屬于山區(qū)與平原過渡地帶，地勢(shì)從西北高處向東南低處傾斜，地貌類型多樣，林地在慈利縣境內(nèi)占比最高[20]。自2000年慈利縣天然林保護(hù)工程實(shí)施以來，慈利縣公益林建設(shè)有序進(jìn)行，2014年，慈利縣公益林面積達(dá)128 618.8 hm2，重點(diǎn)公益林面積77 157.9 hm2，一般公益林面積為51 458.9 hm2[21]。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)源

慈利縣1980年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年、2018年8期土地利用覆蓋遙感解譯數(shù)據(jù)來源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn)[22]。基于Landsat-TM/ETM和Landsat-8遙感影像，通過人機(jī)交互式目視解譯獲得，遙感解譯總體精度為88.95%。根據(jù)慈利縣實(shí)際土地利用分布情況，按照研究數(shù)據(jù)需求進(jìn)行重分類，分為旱地、水田、草地、林地、灌木林、水域、建設(shè)用地7種地類。1980—2018年慈利縣土地利用狀況見表1。社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源于《湖南統(tǒng)計(jì)年鑒》、《張家界市統(tǒng)計(jì)年鑒》和《慈利縣志》。

表1 1980-2018年慈利縣土地利用狀況 hm2

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算方法

采用謝高地等的價(jià)值當(dāng)量換算法對(duì)慈利縣境內(nèi)生態(tài)服務(wù)價(jià)值做出評(píng)估[23]，將農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積糧食生產(chǎn)凈利潤(rùn)當(dāng)作1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量[24]，中國(guó)2010年單位面積生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值當(dāng)量值為3 406.50元，由于慈利縣數(shù)據(jù)較難獲得，以張家界市單位面積糧食產(chǎn)量作為慈利縣單位面積糧食產(chǎn)量，從《湖南統(tǒng)計(jì)年鑒20 11》中獲得2010年張家界市單位面積糧食產(chǎn)量為4 501元/hm2，與2010年全國(guó)單位面積糧食產(chǎn)量4 973.58元/hm2相比，確定其修正系數(shù)為0.905，由此可得慈利縣單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量為3 082.88元。根據(jù)謝高地等確定的不同區(qū)域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物量因子表，對(duì)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量作區(qū)域修正[25](其中湖南省的修正系數(shù)為1.95)。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算公式為

(1)

(2)

式中:V為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值;Si為第i種土地利用類型的面積(hm2);VCi為第i種土地利用類型的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量(元/hm2);Vf為第f項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值(元);VCfi為第i種土地利用類型第f項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值當(dāng)量(元/hm2);n為土地利用類型數(shù)量。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)性

相關(guān)性分析描述兩種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間線性相關(guān)關(guān)系[26]。數(shù)值大小，為相關(guān)性強(qiáng)弱程度；數(shù)值>0，為正相關(guān)，否則為負(fù)相關(guān)，計(jì)算公式如下：

(3)

式中:Rxy為兩種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的相關(guān)性系數(shù);x和y分別為兩種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值;n為樣本個(gè)數(shù);xi為x的第i個(gè)值;xmean為x的平均值;yi為y的第i個(gè)值;ymean為y的平均值。

2.4 人類活動(dòng)強(qiáng)度指數(shù)評(píng)估模型與雙變量空間自相關(guān)模型

為了定量化描述生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)受人類活動(dòng)的影響程度，本文引入人類活動(dòng)強(qiáng)度指數(shù)模型，其計(jì)算公式如下：

(4)

式中:HAI為人類活動(dòng)強(qiáng)度指數(shù);n為土地利用類型的數(shù)量;Si為第i種土地利用類型的面積;Ci為第i種土地利用類型的人類活動(dòng)強(qiáng)度系數(shù);S為研究區(qū)的總面積。

人類活動(dòng)對(duì)于不同土地利用類型的影響程度不同，利用人類活動(dòng)強(qiáng)度系數(shù)來定量描述這種程度[27](表2)，并將其代入上述人類活動(dòng)強(qiáng)度指數(shù)評(píng)估模型進(jìn)行計(jì)算。

表2 不同土地利用類型的人類活動(dòng)強(qiáng)度系數(shù)

采用雙變量空間自相關(guān)分析度量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類活動(dòng)強(qiáng)度的空間相關(guān)程度[28]。其計(jì)算公式如下：

(5)

(6)

將慈利縣劃分成1 km×1 km的格網(wǎng)單元，獲取各個(gè)格網(wǎng)單元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和人類活動(dòng)強(qiáng)度指數(shù)。利用Geoda軟件進(jìn)行雙變量局部自相關(guān)分析，計(jì)算1980—2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類活動(dòng)強(qiáng)度的空間自相關(guān)指數(shù)，得到慈利縣Moran′sI散點(diǎn)圖、顯著性地圖和LISA聚類圖，分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與人類活動(dòng)強(qiáng)度權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的局部空間自相關(guān)格局，其中高高集聚和低低集聚表示協(xié)同關(guān)系，高低集聚和低高集聚表示權(quán)衡關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

3.1.1 單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值變化 慈利縣在1980—2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值呈上升狀態(tài)，從315.62億元增加至328.89億元，共增加13.27億元，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單項(xiàng)的價(jià)值變更較為明顯(表3)。其中食物生產(chǎn)從2000年開始呈減少趨勢(shì)，總共減少了0.08億元，主要原因?yàn)橥烁€林政策使耕地面積有所減少；原料生產(chǎn)功能在40年間有微小波動(dòng)，氣體調(diào)節(jié)和維持養(yǎng)分循環(huán)功能基本保持穩(wěn)定狀態(tài)；其他服務(wù)功能的價(jià)值都呈上升趨勢(shì)，且逐年遞增，其中水文調(diào)節(jié)的價(jià)值上升最為明顯，在2000年以前大幅度增加，2000年以后緩慢增加，1980—2018年共增加了10.58億元；其次是水資源供給雖然總值為負(fù)，但在1995—2000年快速增長(zhǎng)，其他時(shí)間段也有緩慢增加，共增加了1.15億元，其原因?yàn)樗蛎娣e在1995—2000年有了大幅度上升，增加了1 115 hm2。

表3 慈利縣1980-2018年生態(tài)系統(tǒng)單項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值變化 億元

旱地1980—2000年減少了184 hm2， 2000—2018年減少629 hm2；水田1980—2000年減少了717 hm2，2000—2018年減少939 hm2。因此耕地的價(jià)值始終是減少狀態(tài)，其中旱地減少0.19億元，水田減少0.39億元。然而，林地的生態(tài)價(jià)值卻在逐年增加，1980—2018年增加了1.33億元；灌木林在天保工程實(shí)施前價(jià)值有所增加，實(shí)施后一直呈現(xiàn)遞減狀態(tài)，總價(jià)值共減少0.5億元，其原因?yàn)榱值卣加昧斯嗄玖?.02%的面積，以及有2.29%灌木林轉(zhuǎn)變?yōu)楦亍２莸氐膬r(jià)值同灌木林一樣也是先增后減的狀態(tài)，在天保工程實(shí)施前生態(tài)服務(wù)價(jià)值增加0.11億元，實(shí)施后減少0.4億元，40年間總計(jì)減少0.29億元，主要原因?yàn)橛?.76%的草地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值?。水域價(jià)值在1995—2000年驟增，增加了8.42億元，其原因?yàn)榻瓐核畮?kù)的建設(shè)使水域的面積大幅度增加。建設(shè)用地價(jià)值同樣有所增加，增加量為0.8億元，其面積增加了1 185 hm2，相較于1980年增幅達(dá)82.7%，可見40年間建設(shè)用地?cái)U(kuò)張明顯，城市化水平迅速提升，至2018年慈利縣城市化水平已達(dá)46.97%(表4)。

表4 慈利縣1980-2018年各地類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化 億元

3.1.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分異 慈利縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間異質(zhì)性非常明顯(圖1)?？傮w來看，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最高的地方分布在中部澧水區(qū)域、東南邊緣一些小型水域以及2000年后慈利縣西北部的江埡水庫(kù)；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較高的地方主要分布在北部、中東部以及南部，這些地區(qū)主要地類為林地；價(jià)值居中的地區(qū)主要集中于西北部和南部，主要地類為草地；價(jià)值較低的地區(qū)主要集中于中部，由建設(shè)用地、耕地等地類交叉組成。由于慈利縣是一個(gè)林業(yè)縣域，林地面積占比是水域的33倍，因此林地對(duì)于慈利縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的貢獻(xiàn)率較其他地類來說更高。

圖1 慈利縣1980-2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布

時(shí)間上慈利縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間分布變化并不明顯(圖2)。相對(duì)而言，1995—2000年、2005—2010年慈利縣生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化較為明顯，西北部、中部和南部一些區(qū)域生態(tài)服務(wù)價(jià)值顯著上升，價(jià)值降低的區(qū)域面積較少，且無明顯聚集。1995—2000年西北部?jī)r(jià)值變化極大的區(qū)域即為江埡水庫(kù)的建設(shè)地，江埡水庫(kù)位于澧水一級(jí)支流溇水中游，1998年建設(shè)完成，使慈利縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值有了顯著提高。而1980—1990年、2000—2005年、2010—2015年、2015—2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化較其他兩個(gè)時(shí)間段更弱一些，這與慈利縣這些年土地利用分布變化較少有一定關(guān)系。1980—2018年，慈利縣生態(tài)服務(wù)價(jià)值呈上升趨勢(shì)，上升區(qū)域分布在中部、南部和西北部，但并不集中。

圖2 慈利縣1980-2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化空間分布

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)性

1980—2018年慈利縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)性關(guān)系以協(xié)同關(guān)系為主，其中34組為正向相關(guān)、21組為負(fù)向相關(guān)，協(xié)同關(guān)系占62%(表5)。在0.05水平上顯著正相關(guān)與0.05水平上顯著負(fù)相關(guān)的數(shù)目皆為3組，在0.01水平上顯著正相關(guān)和在0.01水平上顯著負(fù)相關(guān)的數(shù)量差距較大，分別為15組和7組，表明協(xié)同關(guān)系在生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系中占主導(dǎo)地位。供給服務(wù)與各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系較為均衡，協(xié)同占55.5%，權(quán)衡占44.5%，其中食物生產(chǎn)與除維持養(yǎng)分循環(huán)功能之外的服務(wù)均呈權(quán)衡關(guān)系，原料生產(chǎn)與除食物生產(chǎn)和維持養(yǎng)分循環(huán)之外皆為相互增益的協(xié)同關(guān)系，水資源供給與其他服務(wù)關(guān)系中也是協(xié)同為主。支持服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)和文化服務(wù)與其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)系中，均是協(xié)同占主導(dǎo)地位。調(diào)節(jié)服務(wù)中氣體調(diào)節(jié)與其他服務(wù)關(guān)系較為均衡，且不顯著；氣候調(diào)節(jié)與食物生產(chǎn)呈顯著的負(fù)相關(guān)，與原料生產(chǎn)、土壤保持和生物多樣性呈顯著的正相關(guān)；凈化環(huán)境與支持服務(wù)和文化服務(wù)較為顯著；水文調(diào)節(jié)與水資源供給、凈化環(huán)境、生物多樣性和美學(xué)景觀為顯著的正相關(guān)。支持服務(wù)中土壤保持與原料生產(chǎn)、氣候調(diào)節(jié)和生物多樣性之間協(xié)同關(guān)系顯著；維持養(yǎng)分循環(huán)與水資源供給、凈化環(huán)境、水文調(diào)節(jié)、生物多樣性以及美學(xué)景觀權(quán)衡關(guān)系顯著；生物多樣性與除食物生產(chǎn)和維持養(yǎng)分循環(huán)之外的服務(wù)都為協(xié)同關(guān)系。文化服務(wù)與食物生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)和維持養(yǎng)分循環(huán)呈權(quán)衡關(guān)系，其余為協(xié)同關(guān)系，與凈化環(huán)境關(guān)系最為顯著。

表5 慈利縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)關(guān)系

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與人類活動(dòng)強(qiáng)度關(guān)聯(lián)性

3.3.1 人類活動(dòng)強(qiáng)度時(shí)空變化 人類活動(dòng)強(qiáng)度從低到高分為5個(gè)級(jí)別，即低、較低、中、較高和高(圖3)。慈利縣人類活動(dòng)強(qiáng)度以較低為主，集中分布在北部、中部和南部，占地面積極大，主要原因?yàn)榇蟛糠值仡悶榱值兀蝗祟惢顒?dòng)強(qiáng)度低的區(qū)域較少集中分布在西北部和南部的草地區(qū)域；人類活動(dòng)強(qiáng)度適中和較高的區(qū)域分布較為分散，主要分布在水域和耕地周圍；人類活動(dòng)強(qiáng)度高的區(qū)域集中在中北部耕地面積分布較廣的區(qū)域、中部主城區(qū)以及建設(shè)用地和耕地交錯(cuò)區(qū)域。1980—2018年慈利縣人類活動(dòng)強(qiáng)度分布格局變化不大，但2005—2010年人類活動(dòng)低強(qiáng)度區(qū)域面積明顯減少，有向較低強(qiáng)度轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，而中部高強(qiáng)度區(qū)域面積有所增加，表明2005—2010年慈利縣中南部生態(tài)質(zhì)量有惡化的趨勢(shì)。2015年生態(tài)質(zhì)量有所好轉(zhuǎn)，低強(qiáng)度區(qū)域面積增加，高強(qiáng)度區(qū)域減少，表明人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的干擾得到了有效的控制。

圖3 慈利縣1980-2018年人類活動(dòng)強(qiáng)度空間格局分布

3.3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與人類活動(dòng)強(qiáng)度雙變量空間自相關(guān) 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類活動(dòng)強(qiáng)度之間具有明顯的空間負(fù)相關(guān)，Moran′sI散點(diǎn)在4個(gè)象限內(nèi)均有分布，其中第二象限分布較為密集，Moran′sI指數(shù)均為負(fù)數(shù)(圖4)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類活動(dòng)強(qiáng)度之間一直保持負(fù)相關(guān)性，但顯著性不強(qiáng)；相關(guān)性先呈降低趨勢(shì)，2005年開始保持穩(wěn)定狀態(tài)。人類活動(dòng)行為對(duì)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行干擾，對(duì)于林地的干擾程度較弱，對(duì)于耕地和建設(shè)用地的干擾程度較強(qiáng)，然而相對(duì)于耕地和建設(shè)用地，林地和水域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值更高。因此，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和人類活動(dòng)強(qiáng)度一直保持負(fù)相關(guān)性。

圖4 1980-2018年慈利縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類活動(dòng)強(qiáng)度Moran′s I散點(diǎn)圖

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類活動(dòng)之間協(xié)同與權(quán)衡關(guān)系的空間集聚特征總體較為顯著(圖5—6)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類活動(dòng)強(qiáng)度雙變量空間相關(guān)關(guān)系在時(shí)間尺度上變化不明顯，各集聚類型面積無明顯變化，但低—高和高—低呈集聚態(tài)勢(shì)，分別占比17%，18%；高—高集聚和低—低集聚占地面積較少，分別占比4%，10%。LISA聚類分析不顯著區(qū)域面積占比51%左右，在中部和北部林地與其他地類混合區(qū)域。低—高聚集顯著性水平較高，其達(dá)到0.001的區(qū)域和達(dá)到0.01的區(qū)域交叉分布，該區(qū)域地類基本為耕地和建設(shè)用地，分布在中北部和中南部。低—低集聚區(qū)域基本達(dá)到了0.01的顯著性水平，基本分布在草地區(qū)域。顯著性水平為0.05的區(qū)域基本為高—低集聚，分布在南部和東部的林地區(qū)域，該區(qū)域坡度較高，林地較為集中。高—高集聚占地面積極少，分散在慈利縣中部澧水線上。

圖5 1980-2018年慈利縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類活動(dòng)強(qiáng)度雙變量空間自相關(guān)顯著性

圖6 1980-2018年慈利縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類活動(dòng)強(qiáng)度雙變量空間自相關(guān)LISA聚類圖

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

慈利縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值整體隨年際變化而增加，這與土地利用變化密切相關(guān)[29]，慈利縣林地和水域都有所增加，而林地和水域具有較高的生態(tài)服務(wù)價(jià)值。在政策引導(dǎo)下，人類活動(dòng)迅速而直觀地改變土地利用模式，從而引起生態(tài)服務(wù)變化，隨著20世紀(jì)80年代改革開放的深入，人民進(jìn)入城市，從零散村落逐步聚集，建設(shè)用地不斷擴(kuò)張和聚集到河流兩岸，1980—2000年慈利縣GDP從1.31億元增至17.99億元，糧食生產(chǎn)地位下降，耕地面積有所減少，但是由于農(nóng)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整，種植作物的改良，糧食生產(chǎn)等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值基本保持穩(wěn)定；2000—2018年慈利縣人口從67.41萬人升至69.95萬人，建設(shè)用地進(jìn)一步擴(kuò)張，而其占用的地類主要為耕地，耕地由于地形位置等因素占用成本較低。雖然，1982年慈利縣制定《慈利縣保護(hù)森林、發(fā)展林業(yè)的暫行規(guī)定》，但是由于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的壓力，2000年前慈利縣林地生態(tài)服務(wù)價(jià)值依舊有所降低。1998年特大洪水的爆發(fā)引起政府和人民對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視，陸續(xù)實(shí)行了退耕還林政策和天然林保護(hù)工程，耕地面積繼續(xù)減少，其減少的面積大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榱值?，使得食物生產(chǎn)等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值有所下降；還有一部分被水域占用，水域面積有所增加，但相較于1980—2000年水域增加量較少，水資源供給、水文調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境等相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值仍然有所提升；由于政策實(shí)施的滯后性以及林地建設(shè)的時(shí)效性，2005年開始，林地面積持續(xù)增加使調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)等服務(wù)的價(jià)值提升較多；2000—2018年慈利縣經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，GDP從18億元增至192億元，增加了近10倍，人均GDP從3 000元增至3.12萬元，而第三產(chǎn)業(yè)占比越來越高(目前旅游收入GDP占比超25%)，這與慈利生態(tài)狀況良好、旅游源豐富密不可分，說明慈利縣開展生態(tài)保護(hù)工作卓有成效，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)的雙贏局面。

慈利縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值表現(xiàn)出了明顯的時(shí)空異質(zhì)性，李輝等[30]對(duì)于三峽庫(kù)區(qū)的研究中同樣表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分異特征比較明顯。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較高的地方分布在西北部、中部、東南部的水域以及北部、中東部和南部的林地集中區(qū)域，水域單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值高于林地，但是由于慈利縣是一個(gè)林業(yè)縣域，林地在慈利縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的貢獻(xiàn)率較水域來說更高；西北部和南部的草地集中區(qū)域價(jià)值居中；價(jià)值較低的地區(qū)主要集中于中部，由建設(shè)用地、耕地等地類交叉組成。在劉鳳蓮等[31]對(duì)武漢市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估結(jié)果中，各地類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)率為水域>耕地>林地>草地>未利用地，與本文評(píng)估結(jié)果林地>水域>耕地>草地>建設(shè)用地有較大的差異。這說明土地利用分布在不同區(qū)域有較大的差異性，武漢市作為城市化率較高、經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的地區(qū)，水域、耕地和林地是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最重要的部分，而慈利縣作為南方丘陵地帶典型的林業(yè)縣域，境內(nèi)大部分區(qū)域?yàn)榱值?，相?duì)來說，人類活動(dòng)干擾較弱，未來的生態(tài)保護(hù)應(yīng)繼續(xù)以林地為主，將生態(tài)保護(hù)重心放在林地的生態(tài)質(zhì)量上，以免因過度關(guān)注生態(tài)用地的面積而導(dǎo)致的生態(tài)質(zhì)量下降。

協(xié)同關(guān)系在慈利縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡協(xié)同關(guān)系中占主導(dǎo)地位，而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與人類活動(dòng)之間以權(quán)衡為主，與前人的研究結(jié)果基本一致[26,32]。不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)存在相互增益的協(xié)同關(guān)系或者此消彼長(zhǎng)的權(quán)衡關(guān)系。這是由于對(duì)不同服務(wù)起積極影響作用的用地類型不同。例如水域主要對(duì)水資源供給、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境等起積極作用，但是水域面積的增加也會(huì)導(dǎo)致耕地、林地的減少，對(duì)于食物生產(chǎn)等服務(wù)有一定的消極影響，降雨量過多對(duì)于耕地、林地的生態(tài)質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，因此水資源供給與氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境等為協(xié)同關(guān)系，且關(guān)系顯著，與食物生產(chǎn)則為權(quán)衡關(guān)系。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和人類活動(dòng)強(qiáng)度一直保持負(fù)相關(guān)性，說明人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生的影響仍以負(fù)面為主。無論是正面影響還是負(fù)面影響，人類活動(dòng)行為對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響在小區(qū)域都能夠非常迅速的顯現(xiàn)出來。糧食灌溉、防洪泄洪的需求使得慈利縣境內(nèi)興建水利，1980—2019年慈利縣內(nèi)建設(shè)完成了2個(gè)大型水庫(kù)、3個(gè)中型水庫(kù)、84個(gè)小型水庫(kù)，水域面積持續(xù)增加，使得水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值迅速上升，因此人類活動(dòng)強(qiáng)度與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在水域區(qū)域呈現(xiàn)高高集聚的協(xié)同關(guān)系[33]。建設(shè)用地基本不為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供增益，但經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求使得建設(shè)用地的增加不可避免，因此在建設(shè)用地區(qū)域人類活動(dòng)強(qiáng)度與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值則呈現(xiàn)高低集聚的權(quán)衡關(guān)系。研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系對(duì)于滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保證糧食安全的同時(shí)提高生態(tài)效益、合理配置土地資源、生態(tài)與經(jīng)濟(jì)平衡發(fā)展、人與自然和諧共生有重要意義。研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類活動(dòng)強(qiáng)度之間的關(guān)系則有利于于推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，將生態(tài)建設(shè)融入到經(jīng)濟(jì)建設(shè)、政治建設(shè)、文化建設(shè)和社會(huì)建設(shè)的方方面面，進(jìn)一步提高生態(tài)效益，為決策者制定以及相關(guān)利益者更好地實(shí)施生態(tài)保護(hù)政策提供依據(jù)。此外，本文僅以土地利用變化作為評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的因素，事實(shí)上人類活動(dòng)對(duì)于不同生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)質(zhì)量的影響也不可小覷，未來研究中應(yīng)結(jié)合更多數(shù)據(jù)，使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估結(jié)果更加精確。

4.2 結(jié) 論

(1) 慈利縣在1980—2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值呈上升狀態(tài)，共增加26.41億元。其中食物生產(chǎn)功能的價(jià)值先增后減，氣體調(diào)節(jié)功能和維持養(yǎng)分循環(huán)功能基本保持穩(wěn)定狀態(tài)；其他服務(wù)功能的價(jià)值都呈上升趨勢(shì)，且逐年遞增，其中水文調(diào)節(jié)的價(jià)值上升最為明顯。4個(gè)一級(jí)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中，調(diào)節(jié)服務(wù)的比重相較于其他3種服務(wù)來說更大，其次是支持服務(wù)，供給服務(wù)較弱。林地對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)相對(duì)較高。

(2) 慈利縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較高的地方主要集中在東部、中部以及西北部和南部，價(jià)值較低的地區(qū)主要集中于慈利縣中東部，中部、南部和西北部區(qū)域價(jià)值上升較為明顯。

(3) 協(xié)同關(guān)系在慈利縣生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系中占主導(dǎo)地位。供給服務(wù)和其他服務(wù)關(guān)系較為均衡；支持、調(diào)節(jié)和文化這三項(xiàng)服務(wù)與其他服務(wù)均以協(xié)同關(guān)系為主。慈利縣人類活動(dòng)強(qiáng)度以較低為主，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和人類活動(dòng)強(qiáng)度一直保持負(fù)相關(guān)性，以高—低集聚和低—高集聚的權(quán)衡關(guān)系為主。低—高聚集區(qū)表現(xiàn)出較高的顯著性水平，基本分布在耕地和建設(shè)用地。低—低集聚、高—低集聚和高—高集聚分別分布在草地、林地和水域。