1995-2015年三峡库区生态系统服务功能时空演变研究

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生态系统服务是人类从生态系统中获得的各种惠益,包括供给、调节、支持以及文化服务,是联系生态系统与社会系统之间的桥梁和纽带。三峡库区作为典型的生态脆弱区、长江中下游重要的生态屏障区和生态经济区,其生态环境对于人居环境和经济建设具有重要意义。三峡大坝的建成与水库的蓄水,导致三峡库区景观格局发生剧烈变化,引发一系列生态环境问题,造成生态系统结构和功能失调并影响生态系统平衡。剧烈变化景观格局背景下的三峡库区,生态系统服务功能时空变化及其影响因素研究尚不清晰。因此了解三峡库区景观格局时空演变,明晰生态系统服务功能演变规律,定量评估各项生态系统服务功能,探明自然/人为不同因子对生态系统服务功能的影响,为三峡库区的生态系统服务功能有效管理、生态系统可持续发展以及生态保护提供科学依据。鉴于此,本研究以三峡库区作为研究区,基于空间分析法与景观生态学原理,研究三峡库区景观格局时空分布与演变特征;基于生态系统服务和权衡的综合评估模型(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs)和中国土壤流失方程等模型,定量评估三峡库区的供给服务(粮食生产)、调节服务(水源涵养、生境质量)、支持服务(土壤保持、水质净化和碳储量)以及文化服务(游憩潜力)等四项生态系统服务功能,分析其时空分布与演变特征,并基于K-means聚类法,划分不同生态系统服务功能区;基于空间自相关分析法,明晰生态系统服务功能空间相关性及分布规律,基于层次分析法、Spearman相关系数和地理探测器法,确定不同类型生态系统服务功能的重要程度、生态系统服务功能的权衡与协同关系以及生态系统服务功能空间分异的驱动机制。主要结论如下:(1)三峡库区整体景观格局呈多样性、复杂性发展趋势,总体上呈现耕地面积减少,林地、建设用地和水域面积增加的趋势;主要景观类型以林地、耕地和草地为主,其中建设用地动态度最大,水域、耕地和建设用地之间发生剧烈转化,旱地转为林地的面积最多。其中建设用地动态度最大,为11.57%,草地、耕地的动态度较小。景观格局指数中多样性和数量面积景观指数整体上呈现上升的趋势,形状和聚集性景观指数整体上呈现下降的趋势。(2)三峡库区四项生态系统服务功能存在高度空间异质性,呈现正相关的空间相关性;各项服务功能均得到改善,而粮食生产功能减弱趋势。供给服务总体呈现下降趋势,呈现中部高、东西部较低空间分布格局,库首部为高粮食生产能力区。调节服务整体呈现上升趋势,其中水源涵养和碳储量功能呈现逐渐上升的趋势,而水质净化能力呈现先增后减的趋势。库腹部为高水源涵养能力区,且N、P污染情况最严重,而库首部为高碳储量地区。支持服务整体呈现上升趋势,其中土壤侵蚀和生境质量得到改善。文化服务整体呈现显著上升趋势。高游憩潜力区集中重庆市区的核心区域,而较低游憩潜力区分布在库首以及部分中部的高海拔地带。(3)各项生态系统服务功能之间密切相关,具体表现为权衡与协同关系同存,整体上以调节服务、支持服务和供给服务为主,而对各项服务功能影响最大的驱动因素为人类活动因子。水源涵养、水质净化、粮食生产与土壤保持功能的协同作用较强,水源涵养和游憩潜力的协同作用较弱。四项生态系统服务功能中调节服务和支持服务占总体服务功能的47.4%和32.9%,而前三位的子服务功能分别为土壤保持、水源涵养以及水质净化功能,分别达到19.1%、16.6%和16.5%。前三位影响生态系统服务功能驱动因子分别为景观类型、DEM和土壤类型,解释因子分别为0.556、0.411和0.347;人类活动因子与其他因子交互对生态系统服务功能最显著,交互作用解释率在前三位分别是:人类活动和自然环境因子交互、人类活动和社会经济因子交互与自然条件因子内部交互作用。
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