基于生态系统服务功能的汉江流域中下游生态分区演变特征及驱动能力研究.pdf

第4 3卷第4期2 0 2 3年8月水土保持通报B u l l e t i no fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.4 3,N o.4A u g.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-1 0-1 3 修回日期:2 0 2 2-1 1-3 0 资助项目:中央高校基本科研业务费专项基金“乡村振兴背景下的田园景观绿色营建技术与工艺研究”(2 6 6 2 0 1 9 FW 0 0 5)第一作者:梁华秋(1 9 9 7),男(汉族),山东省泰安市人,硕士研究生,研究方向为绿色风景园林工程营建技术、生态系统服务。E m a i l:1 7 9 6 6 0 3 5 9 4q q.c o m。通讯作者:李松(1 9 7 7),男(汉族),湖北省钟祥市人,硕士,副教授,研究方向为绿色风景园林工程营建技术。E m a i l:l i s o n g m a i l.h z a u.e d u.c n。基于生态系统服务功能的汉江流域中下游生态分区演变特征及驱动能力研究梁华秋,李 松(华中农业大学 园艺林学学院,湖北 武汉4 3 0 0 7 0)摘 要:目的对汉江流域中下游生态分区演变特征及驱动能力进行研究,为汉江流域中下游区域水生态环境可持续发展提供科学依据。方法基于I n V E S T模型、聚类以及相关性分析的方法,以水环境相关生态系统服务为切入点进行了多年生态系统服务变化及分区特征的分析,并进行各生态分区转移区域内生态系统服务与环境变量关联特征的研究。结果2 0 1 0,2 0 1 5和2 0 2 0年生态分区主导区域分别为第3,3,2类区域,面积所占比例分别为7 0.5 4%,7 2.9 2%和4 5.5 3%。与第3类区域相比,第2类区域水源涵养量以及土壤保持强度均更大。相关性分析表明,降雨量变化与水源涵养量、土壤保持强度变化相关性均较显著;而各土地利用类型中农田与建设用地面积变化对生态系统服务变化相关性较为显著。在生态分区发生转变区域的解释变量贡献率研究中,降雨变化量解释率较大的区域比例较高且主要位于中部及南部,土地利用变化解释率较大的区域主要位于研究区域西侧及西北侧。结论降雨量变化相较于土地利用变化对生态系统服务以及生态分区变化的影响较大,通过明确生态分区变化的关键影响因子可在未来以针对性的土地利用类型布局优化或绿色、灰色基础设施的建设增强生态系统的稳定性。关键词:生态系统服务;水源涵养服务;土壤保持服务;冗余分析;汉江流域文献标识码:A 文章编号:1 0 0 0-2 8 8 X(2 0 2 3)0 4-0 2 5 6-1 1 中图分类号:S 1 5 7,TU 9 8文献参数:梁华秋,李松.基于生态系统服务功能的汉江流域中下游生态分区演变特征及驱动能力研究J.水土保持通报,2 0 2 3,4 3(4):2 5 6-2 6 6.D O I:1 0.1 3 9 6 1/j.c n k i.s t b c t b.2 0 2 3.0 4.0 3 1;L i a n gH u a q i u,L iS o n g.E v o l u t i o n a r yc h a r a c t e r i s t i c sa n dd r i v i n gc a p a c i t yo fe c o l o g i c a lz o n i n gi n m i d d l ea n dl o w e rr e a c h e so fH a n j i a n gR i v e rb a s i nb a s e do ne c o s y s t e ms e r v i c ef u n c t i o n sJ.B u l l e t i no fS o i la n d W a t e rC o n s e r v a t i o n,2 0 2 3,4 3(4):2 5 6-2 6 6.E v o l u t i o n a r yC h a r a c t e r i s t i c sa n dD r i v i n gC a p a c i t yo fE c o l o g i c a lZ o n i n g i nM i d d l ea n dL o w e rR e a c h e so fH a n j i a n gR i v e rB a s i nB a s e do nE c o s y s t e mS e r v i c eF u n c t i o n sL i a n gH u a q i u,L iS o n g(C o l l e g eo fH o r t i c u l t u r ea n dF o r e s t r yS c i e n c e s,H u a z h o n gA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y,W u h a n,H u b e i4 3 0 0 7 0,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eT h ee v o l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dd r i v i n gc a p a c i t yo f e c o l o g i c a l z o n e s i nt h em i d d l ea n dl o w e r r e a c h e so f t h eH a n j i a n gR i v e rb a s i nw e r es t u d i e d i no r d e r t op r o v i d eas c i e n t i f i cb a s i sf o rt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f t h ew a t e re c o l o g i c a le n v i r o n m e n to ft h i sr e g i o n.M e t h o d sW eu s e dt h eI n V E S T m o d e l,c l u s t e r i n g,a n dc o r r e l a t i o na n a l y s i s t oc o n d u c t am u l t i-y e a ra n a l y s i so f e c o s y s t e ms e r v i c ec h a n g e sa n dz o n i n gc h a r a c t e r i s t i c sb a s e do nw a t e r e n v i r o n m e n t-r e l a t e de c o s y s t e ms e r v i c e s,a n dt os t u d yt h ea s s o c i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f e c o s y s t e ms e r v i c e s a n de n v i r o n m e n t a l v a r i a b l e sw i t h i ne a c he c o l o g i c a l z o n i n g t r a n s f e r a r e a.R e s u l t sI n2 0 1 0,2 0 1 5,a n d2 0 2 0,t h ed o m i n a n te c o l o g i c a lz o n i n ga r e a sw e r et h et h i r d,t h i r d,a n ds e c o n dc a t e g o r ya r e a s,r e s p e c t i v e l y,w i t ha r e as h a r e so f7 0.5 4%,7 2.9 2%,a n d4 5.5 3%.T h es e c o n dc a t e g o r ya r e a sh a dg r e a t e rw a t e rc o n t e n ta n ds o i lc o n s e r v a t i o ni n t e n s i t yt h a nt h et h i r dc a t e g o r ya r e a s.C o r r e l a t i o na n a l y s i ss h o w e dt h a tr a i n f a l lc h a n g e s w e r es i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e d w i t hc h a n g e si n w a t e rc o n s e r v a t i o na n ds o i lc o n s e r v a t i o n i n t e n s i t y.C h a n g e s i nt h ea r e a so f a g r i c u l t u r a l l a n da n dc o n s t r u c t i o nl a n df o re a c hl a n du s et y p ew e r es i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e d w i t hc h a n g e si ne c o s y s t e m s e r v i c e s.R e g a r d i n gt h ec o n t r i b u t i o nr a t eo fe x p l a n a t o r yv a r i a b l e s i nt h ea r e a sw h e r ee c o l o g i c a l z o n i n gs h i f t so c c u r r e d,t h ea r e a sw i t hl a r g e re x p l a n a t o r yr a t e so f r a i n f a l l c h a n g e sw e r em a i n l y l o c a t e d i n t h e c e n t r a l a n ds o u t h e r np a r t s o f t h e s t u d ya r e a,a n d t h e a r e a sw i t hl a r g e re x p l a n a t o r yr a t e so f l a n du s ec h a n g e sw e r em a i n l y l o c a t e d i nt h ew e s t e r na n dn o r t h w e s t e r np a r t so f t h es t u d ya r e a.C o n c l u s i o nR a i n f a l lc h a n g e sh a dag r e a t e r i m p a c to ne c o s y s t e ms e r v i c e sa n de c o l o g i c a lz o n i n gc h a n g e st h a nl a n du s ec h a n g e s.B yi d e n t i f y i n gt h ek e yd r i v e r so fe c o l o g i c a lz o n i n gc h a n g e s,t h es t a b i l i t yo f e c o s y s t e m sc a nb ee n h a n c e di nt h ef u t u r ew i t ht a r g e t e do p t i m i z a t i o no f l a n du s et y p el a y o u to rc o n s t r u c t i o no fg r e e na n dg r a y i n f r a s t r u c t u r e.K e y w o r d s:e c o s y s t e ms e r v i c e s;w a t e rc o n s e r v a t i o ns e r v i c e s;s o i lc o n s e r v a t i o ns e r v i c e s;r e d u n d a n c ya n a l y s i s;H a n j i a n gR i v e rb a s i n 生态系统服务的概念为人从生态系统中获得的各种惠益1,在联合国千年生态系统评估中生态系统服务被分为供给、调节、支持、文化4类,且随着人类活动的扩张加剧,2 4种主要生态系统服务类型中的1 5种已发生了较大程度的退化2。应用模型法对于生态系统服务进行量化评价与空间化展示,可以明确研究区域的生态现状与亟需提升的区域分布,提升城市可持续发展的能力3。常用模型包括I n V E S T模型、SWAT模型以及A R I E S模型等,如I n V E S T模型中的产水量模块与土壤保持模块在自然社会发展现状不同的区域进行了广泛的应用,进行水供给服务与土壤保持服务的研究4-6;SWAT模型这一分布式的水文 模 型 被 应 用 于 水 量 调 节 服 务 的 研 究 中7;A R I E S模型可通过生态系统服务流动的时空动态分析,应 用 子 模 块S P AN(S e r v i c eP a t h A t t r i b u t i o nN e t w o r k)对“源”“汇”和“使用人”进行分析8-9。生态系统服务簇是共同出现较为频繁的生态系统服务集1 0,可通过聚类的方法实现区域的划定。相关研究集中于不同类型生态系统服务的选取1 1-1 2、多年间生态系统服务簇的转移特征1 3以及不同生态系统服务簇内各生态系统服务类型的驱动因子等1 2,针对生态系统服务簇的研究有利于以不同尺度单元进行研究区域的管理与规划。汉江流域是南水北调中线工程的水源地,同时也是重要的生态屏障区,该区域良好的水资源环境现状是实现区域可持续发展的重要基础。自2 0世纪以来,汉江流域的生态环境都是国家及省市各级部门建设与改善重点,退耕还林还草、林地保护以及水土保持等生态建设工程提升了汉江流域的植被覆盖度,扩大了水系面积,从整体上改善了水循环的效率1 4,但是随着气候变化以及人类活动的加剧,汉江流域降雨量出现了汛期与非汛期不平衡的现状,水资源总量有下降的趋势1 5。其中汉江流域中下游区域城镇化的发展以及灌溉用水需求的增加较为显著,水生态环境发展不平衡的问题日益突出1 4。汉江流域水生态及生态系统服务的研究主要集中在以下方面:针对生态系统服务的量化与演变,胡砚霞1 4、陈泽怡1 6以水生态相关的水源涵养与水质净化为重点,进行多年间生态系统服务时空变化的分析,明确了各类生态系统服务的变化特征;针对生态系统服务间的权衡与协同,高艳丽1 7、王鹏涛等1 8对土壤保持服务、产水服务、食物供给服务以及固碳服务等进行了权衡与协同分析,明确了生态系统服务权衡区域与协同区域在汉江流域的分布,并为区域发展与生态保护策略提供依据;针对不同环境变量对汉江流域水环境的影响,森林植被1 9、土地利用2 0以及气象条件等2 1因素都被考虑在内,研究证明森林植被、降雨对水涵养量以及水质均存在积极的影响,而不同的土地利用类型对水质的影响程度不同;针对不同发展情景下的水环境发展前景,H o n g等2 2针对设置的现状、短期规划以及长期规划进行分析,明确了汉江中下游水供给服务易损性以及脆弱性较高的区域。随着国土空间规划的实施,在湖北省国土空间规划(2 0 2 12 0 3 5年)的生态修复重大工程中,汉江流域也被纳入到水生态综合修复与水土保持综合修复的建设中,生态系统服务功能中的水源涵养服务功能与土壤保持服务功能可在量化层面为该区域的研究提供数据支撑。其中前者为生态系统提供的调节径流、拦蓄降雨以及影响降雨量的能力,实质为生态系统对于降雨的存储能力;后者为生态系统提供的减小土壤侵蚀流失与保持储存泥沙的能力。目前汉江流域缺乏以子流域尺度将生态系统服务应用于空间布局与规划的研究,在发展不平衡的汉江中下游区域开展相关生态系统服务的研究对于明确水源涵养的重点区域、实现水资源的可持续发展有重要意义。本研752第4期 梁华秋等:基于生态系统服务功能的汉江流域中下游生态分区演变特征及驱动能力研究究首先应用I n V E S T模型中的产水量模块与土壤保持模块进行多年水源涵养量以及土壤保持强度的研究;其次基于多年降雨量、水源涵养量与土壤保持强度的特征应用聚类的方法在子流域尺度下进行不同生态分区的划定,明确在气候变化背景下的生态分区转移特征;在此基础上选取环境变量,并明确不同生态分区各环境变量与生态系统服务的关联特征。本研究将为未来汉江流域中下游区域的水生态环境可持续发展提供科学依据,在发展的基础上实现生态环境的保护。1 材料与方法1.1 研究区概况汉江 流 域 中 下 游(3 0 4 3 2 5 0 N,1 1 0 1 6 1 1 4 1 7 E)位于湖北省北部,毗邻河南省,连通十堰、神农架、襄阳、荆门等1 0个行政区,占地面积3.6 81 04k m2。该区域地貌以平原、山地、丘陵为主,包含中部地区最大的平原江汉平原以及部分神农架林地的山地,地势较高区域位于研究区域西侧。汉江是南水北调中线工程的水源地,水资源相对比较丰富,气候类型以亚热带季风气候为主,湖北省水利厅数据表明2 0 0 02 0 2 0年该区域降雨量约为7 2 1mm,且呈上升的趋势。综合考虑降雨量变化的周期性特征与土地利用变化的线性特征,本研究考虑到2 0 1 0年后数据较为完善,选取2 0 1 0,2 0 1 5和2 0 2 0年与整体降雨量变化特征较为一致的3a作为研究的时间节点。1.2 数据来源本研究的基础数据包括流域、气象、D EM、土壤、土地利用等。其中流域数据来源于国家冰川冻土沙漠科学数据中心(h t t p:www.n c d c.a c.c n/p o r t a l/),为全国12 5万流域数据集;气象数据来源于国家气象科学数据中心(h t t p:d a t a.c m a.c n),包括研究区域周边5 0个气象站点2 0 0 0,2 0 1 5和2 0 2 0年3a的降雨、气温、湿度、风速、日照时长月值数据;D EM数据来源于地理空间数据云(h t t p:www.g s c l o u d.c n/s e a r c h),为A S T E R G D EM 3 0 m分辨率的高程数据;土壤数据来 源于国家青 藏高 原 科 学 数 据 中 心(h t t p:www.t p d c.a c.c n/z h-h a n s/),为基于HWS D(v 1.2)的土壤数据集;土地利用数据来源于地理国情监测云平台,包括2 0 1 0,2 0 1 5和2 0 2 0年这3a的3 0m栅格土地利用数据。1.3 研究方法1.3.1 水源涵养服务 水源涵养服务以产水量(Y)、地形指数(T I)、土壤饱和导水率(K)、径流流速系数(V)为基础,综合计算得到水源涵养量2 3-2 4。其中I n V E S T模型中的产水量模块被广泛应用于产水量的计算。水源涵养量的计算方法为:Y(x)=1-A E T(x)P(x)P(x)(1)式中:A E T(x)表示栅格单元x的年实 际蒸散量(mm),通过P e n m a n-M o n t e i t h方程计算2 5;P(x)表示栅格单元x的年降水量(mm),蒸散量与降水量通过克里金插值法得到。A E T(x)P(x)=1+P E T(x)P(x)-1+P E T(x)P(x)1/(2)式中:A E T(x)/P(x)即B u d y k o曲线的近似值2 6;P E T(x)表示潜在蒸发量(mm);为经验参数。P E T(x)=Kc(lx)E T0(x)(3)式中:Kc(lx)为栅格单元x中不同土地覆被类型的植被蒸散系数;E T0为参考作物蒸散系数。(x)=ZAWC(x)P(x)+1.2 5(4)T I=l o g2DSP(5)WC(x)=m i n1,2 4 9Vm i n1,0.9T I3m i n1,K3 0 0Y(x)(6)式中:Z为经验常数;AWC(x)为栅格单元x的土壤有效含水量(mm),由土壤估算模型得到2 7;T I为地形指数,通过区域汇水量D、土层深度S(mm)以及坡度比P计算得到2 8;V为流速系数2 8;K为土壤饱和导水率(c m/d)。1.3.2 土壤保持服务 I n V E S T模型中,土壤保持模块在水土流失方程(U S L E)的基础上考虑到地表植被对上游泥沙的拦截,弥补了U S L E模型的不足,并实现精细的空间化表达2 4。模型的主要算法为:S E D R E T(x)=R(x)K(x)L S(x)1-C(x)P(x)+S E D R(x)(7)S E D R(x)=S E(x)x-1y=1U S L E(y)x-1z=y+11-S E(z)(8)U S L E(x)=R(x)K(x)L S(x)C(x)P(x)(9)式中:S E D R E T(x)为栅格x的土壤保持量(t);R(x)为栅格x的降水侵蚀力因子,通过W i s c h m e i e r公式计算得到2 9;K(x)为栅格x的土壤可蚀性因子,通过W i l l i a m s提出的公式计算得到2 9;L S(x)为栅格x的坡度坡长因子;C(x),P(x)分别为栅格x的植被与经营管理因子和水土保持措施因子2 8-2 9;S E D R(x)为栅格x的泥沙持留量(t);S E(x)为栅格852 水土保持通报 第4 3卷x的泥沙持留效率;U S L E(x),U S L E(y)分别为栅格x与其上坡栅格y的实际土壤侵蚀量(t)。1.3.3 生态分区划定 基于研究区域的自然现状与发展需求,选取降雨特征以及与其显著相关的水源涵养功能与土壤保持功能作为生态分区划定的基础。k均值聚类算法是一种结合迭代概念的聚类分析方法,具有简洁性与高效率的特征3 0。生态分区的定义运用S P S S2 7中的k均值聚类工具,分析对象为2 0 1 0,2 0 1 5和2 0 2 0年这3a各子流域降雨、水源涵养量与土壤保持强度值。所得到的不同生态分区在降雨、生态系统服务功能以及土地利用类型的构成方面有着不同的特征,同时多年间同一子流域会发生生态分区的转移。1.3.4 环境变量与生态系统服务的关联特征分析 进行关联特征分析时,现有研究常应用研究区域内随机点或样方的方法进行分析对象的选取,存在一定的偶然性3 1。为保证研究对象可代表研究区域的综合特征,本文将所选分析对象进行1 0k m1 0k m的网格化处理后进行分析。选取响应变量为水源涵养量与土壤保持强度的年间变化值;解释变量综合考虑自然因素以及人为因素,选取年间变化较为明显的降雨变化量以及各土地利用类型面积变化量,探索降雨及土地利用类型变化对生态分区变化的驱动作用。分别应用S p e a r m a n分析与冗余分析的方法,对解释变量解释单一响应变量以及响应变量集的能力进行分析。2 结果与分析2.1 降雨空间格局与变化特征图1展示了2 0 1 0,2 0 1 5和2 0 2 0年降雨空间格局以及相邻两年之间降雨的变化特征。整体来看,3a降雨均呈现自北向南逐渐增加的趋势。2 0 1 5年与2 0 1 0年降雨相比,在研究区域北侧出现了较大面积的减小,幅度达到1 2 0 mm;降雨增加区域多位于研究区域的南侧,幅度多为7 0 mm以上。2 0 2 0与2 0 1 5年降雨相比实现了全域的增加,且增加幅度较大多为3 2 0mm以上,整体呈现东侧相比西侧增加较多的趋势。图1 汉江流域中下游降雨空间格局及变化特征F i g.1 S p a t i a lp a t t e r na n dv a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f r a i n f a l l i nm i d d l ea n d l o w e rr e a c h e so fH a n j i a n gR i v e rb a s i n2.2 E S空间格局与变化特征2.2.1 水源涵养量 图2展示了汉江中下游水源涵养量的空间分布特征,从整体来看,水源涵养量高值位于研究区域西侧以及东侧的山地地区,中部平原地区较低,整体呈现“东西高,中部低;南高北低”的分布格局,其中2 0 1 0与2 0 1 5年的分布格局较为接近。3个年份中,水源涵养量在9 0mm以上的区域分别占研究区域面积的5 7.0 0%,5 6.8 2%,8 2.5 3%。2 0 1 5与2 0 1 0年相比水源涵养量存在明显的增加与降低区域,且变化特征与降雨量的增加减少特征相统一,所占952第4期 梁华秋等:基于生态系统服务功能的汉江流域中下游生态分区演变特征及驱动能力研究面积分别为5 5.0 4%与4 4.9 6%。2 0 2 0年与2 0 1 5年相比水源涵养量在9 3.5 4%以上区域均实现了提升,增加较高(2 0 0mm)的区域位于山地东侧边缘与中部区域,占总面积的1 6.1 5%。图2 汉江流域中下游水源涵养量空间格局及变化特征F i g.2 S p a t i a l p a t t e r na n dc h a n g ec h a r a c t e r i s t i c so fw a t e rc o n s e r v a t i o ni nm i d d l ea n d l o w e r r e a c h e so fH a n j i a n gR i v e rb a s i n2.2.2 土壤保持强度 图3展示了汉江中下游土壤保持强度的空间分布特征,从整体来看与水源涵养量的分布格局较为类似,两者均呈现出中部较低,两侧较高的分布格局。其中2 0 2 0年为土壤保持强度高值(6 0 0t/h m2)分布最广的区域,占研究区域面积达到1 4.2 7%。2 0 1 5年与2 0 1 0年相比,土壤保持强度减少较多区域位于西侧山地,减少幅度在5 0 0t/h m2以上;在除西侧山地以外区域变化较小,减少量在02 0 0t/h m2之 间;2 0 2 0年 与2 0 1 5年 相 比,土 壤保持强度 在 绝 大 面 积 区 域 增 加,最 大 增 加 幅 度 在5 0 0t/h m2以上,占研究区域总面积的1 0.4 7%。2.3 生态分区划定及特征2.3.1 生态分区空间分布及变化特征 通过k均值聚类的方法在子流域尺度上进行不同降雨量、水源涵养量以及土壤保持强度的生态分区划定,最终划定为5类不同的区域,特征如图45所示。其中第1类区域为土壤保持强度最大的区域,第5类区域为降雨量最大的区域,第2类区域为水源涵养量最大的区域。在3个年份研究区域中比例最大的区域分别为第3类区域、第3类区域、第2类区域,面积比例分别达到了7 0.5 4%,7 2.9 2%,4 5.5 3%。相 较 于2 0 1 0与2 0 1 5年的主导区域类型第3类区域,2 0 2 0年的主导区域类型第2类区域在降雨、水源涵养以及土壤保持上均有增加。生态分区转移特征如图6所示。当某一子流域由第a类区域转变为第b类区域时,将其定义为a b区域,如13区域、11区域。2 0 1 5年与2 0 1 0年相比,生态分区保持不变的占1 0个子流域,面积比例为6 3.2 1%;2 0 1 5年与2 0 2 0年相比,保持不变的占3个子流域,所占面积比例为1 5.4 7%。针对不同生态分区转移特征区域进行土地利用类型变化特征的分析,各区域土地利用类型保持不变的面积均大于8 3%;各土地利用类型中,农田与林地保持不变的面积之和比例均较高,在6 0%9 2%之间。其中2 0 1 02 0 1 5年11区域中,土地利用保持不变的面积比例最大,达到9 6.2 3%;而同样作为生态分区保持不变的区域,2 0 1 52 0 2 0年55区域中土地利用保持不变的面积比例最小,为8 3.3 8%。062 水土保持通报 第4 3卷图3 汉江流域中下游土壤保持强度空间格局及变化特征F i g.3 S p a t i a lp a t t e r na n dc h a n g ec h a r a c t e r i s t i c so f s o i l c o n s e r v a t i o n i n t e n s i t y i nm i d d l ea n d l o w e r r e a c h e so fH a n j i a n gR i v e rb a s i n图4 汉江流域生态分区中心值特征F i g.4 C e n t r a l v a l u ec h a r a c t e r i s t i c so f e c o l o g i c a l z o n i n g i nm i d d l ea n d l o w e r r e a c h e so fH a n j i a n gR i v e rb a s i n2.3.2 生态分区影响因子变化特征 经过对降雨量以及水源涵养量、土壤保持强度年间变化差值的分析,可得到变化量较大的区域均位于研究区域北侧(图7)。3类因子中水源涵养量与降雨量在变化量与变化的正负特征上均较为一致;而土壤保持强度变化特征与降雨量变化特征一致性较差。2.4 生态系统服务与环境变量关联特征2.4.1 生态系统服务变化与环境变量变化的相关性分析 对研究区域整体进行的相关性分析表明,降雨量变化与水源涵养量以及土壤保持强度变化均呈强正相关关系,而在土地利用类型中呈现显著相关的为农田、林地、水体及建设用地(表1)。其中,农田面积变化与水源涵养量及土壤保持强度变化均呈正相关,林地面积变化仅与水源涵养量变化呈弱正相关,水体面积变化仅与水源涵养量变化呈弱负相关,建设用地面积变化与水源涵养量及土壤保持强度变化均呈负相关。表1 汉江流域中下游生态系统服务变化与环境变量变化的相关性分析T a b l e1 C o r r e l a t i o na n a l y s i so f e c o s y s t e ms e r v i c ec h a n g ea n de n v i r o n m e n t a l v a r i a b l ec h a n g e i nm i d d l ea n d l o w e r r e a c h e so fH a n j i a n gR i v e rb a s i n生态系统服务类型降雨量变化农田面积变化林地面积变化草地面积变化水体面积变化建设用地面积变化未利用地面积变化水源涵养量变化 相关系数0.9 4 4*0.2 0 7*0.0 7 5*-0.0 2 4-0.0 0 8*-0.1 8 9*0.0 0 7显著性p0.0 0 00.0 0 00.0 2 60.4 6 30.0 2 30.0 0 00.8 3 9土壤保持强度变化相关系数0.7 6 4*0.2 3 4*0.0 5 3-0.0 2 5-0.0 5 0-0.2 0 4*0.0 2 2显著性p0.0 0 00.0 0 00.1 1 10.4 5 50.1 3 50.0 0 00.5 0 5 注:“*”表示在p0.0 1水平相关性显著;“*”表示在p0.0 5水平相关性显著。162第4期 梁华秋等:基于生态系统服务功能的汉江流域中下游生态分区演变特征及驱动能力研究图5 汉江流域中下游生态分区分布F i g.5 D i s t r i b u t i o no f e c o l o g i c a l z o n i n g i nm i d d l ea n d l o w e rr e a c h e so fH a n j i a n gR i v e rb a s i n图6 汉江流域中下游土地利用类型变化特征F i g.6 C h a r a c t e r i s t i c so f l a n du s e t y p e s c h a n g e i nm i d d l ea n d l o w e rr e a c h e so fH a n j i a n gR i v e rb a s i n图7 汉江流域中下游生态分区影响因子变化特征F i g.7 C h a r a c t e r i s t i c so f c h a n g e s i ne c o l o g i c a l z o n i n g i m p a c t f a c t o r s i nm i d d l ea n d l o w e r r e a c h e so fH a n j i a n gR i v e rb a s i n262 水土保持通报 第4 3卷2.4.2 生态系统服务变化与环境变量变化的冗余分析 对汉江流域中下游2 0 1 02 0 1 5年生态分区发生变化区域的响应变量进行去趋势分析,第一轴长度均小于3适于使用冗余分析,结果如图8所示。由图8可以看出,在不同的区域中降雨量的变化(a)均对模型的贡献率较大。而在土地利用面积变化方面:在13区域水体面积变化(e)对模型的贡献率较大;在14区域草地面积变化(d)、水体面积变化(e)对模型的贡献率较大;在23区域,未利用地面积变化(g)对模型的贡献率较大;在34区域,农田面积变化(b)与未利用地面积变化(g)对模型的贡献率较大;在35区域,农田面积变化(b)、林地面积变化(c)、水体面积变化(e)对模型的贡献率较大。注:A水源涵养量变化(mm);B土壤保持强度变化(t/h m2);a降雨量变化(mm);b农田面积变化(h m2);c林地面积变化(h m2);d草地面积变化(h m2);e水体面积变化(h m2);f建设用地面积变化(h m2);g未利用地面积变化(h m2)。下同。图8 汉江流域中下游生态分区变化区域2 0 1 02 0 1 5年R D A排序图F i g.8 R D As e q u e n c ed i a g r a mo f e c o l o g i c a l z o n i n gc h a n g ea r e a i n2 0 1 02 0 1 5i nm i d d l ea n d l o w e rr e a c h e so fH a n j i a n gR i v e rb a s i n 在冗余分析的基础上对降雨量变化与土地利用变化两组解释变量进行方差分解(图9),明确两组变量对响应变量的解释程度,结果表明23区域与34区域两组变量可共同解释的响应变量变化程度较大,分别为6 8.1%与4 2.5%;23区域降雨量变化解释部分最大,为6 3.9%;14区域土地利用变化解释部分最大,为2 4.6%。对2 0 1 52 0 2 0年生态分区发生变化区域的响应变量进行去趋势分析,第一轴长度均小于3适于使用冗余分析,结果如图1 0所示。结果表明,在不同的区域中降雨量的变化(a)均对模型的贡献率较大。而在土地利用面积变化方面:在31区域水体面积变化(e)、建设用地面积变化(f)对模型的贡献率较大;在32区域林地面积变化(c)、建设用地面积变化(f)对模型的贡献率较大;在41区域农田面积变化(b)对模型的贡献率较大;