景观格局变化下青海湖流域生态价值与风险的相关性研究.pdf

40青海科技202304高原生态青海科技INGHAI SCIENCE AND TECHNOLOGY气候变化以及过度的人为活动会干扰生态系统的稳定性，破坏生态系统的结构和功能，增加生态压力与风险，对生态安全和人类福祉构成严重威胁1-3。生态系统服务（EcosystemServices,ES）通过生态系统的结构、过程等向人类提供益处和服务4。研究生态系统服务与景观生态风险的关系可关联生态系统与人类福祉，维护区域生态系统服务功能，能够为构建区域生态安全格局、保护和修复生态风险区提供科学依据。将生态系统服务纳入生态风险评价已逐渐成为研究热点。如欧阳晓等5和蒋蕾等6基于生态系统服务价值研究生态风险，为区域可持续发展提供理论依据；Gong 等7将生态系统服务功能与生态风险叠加分析，做适应性分区管控。然而对于生态系统服务与生态风险的相关性研究关注较少。青海湖流域是青藏高原东北部重要生态功能区，对于维护青藏高原东北部的生态健康具有重要意义。探讨青海湖流域生态系统服务价值与生态风险的空间相关性，对于维护区域生态安全、实现区域可持续发展具有实践意义；同时对今后青海湖国家公园的建设具有一定的参考价值。当前学者对青海湖流域的研究多集中在对生态系统服务价值与生态风险的单独评估8-11，缺乏对流域生态系统服务价值与生态风险的相关性研究。因此，本文以青海湖流域为研究区，分析 2010-2020 年的景观生态格局变化，研究其近十年生态价值与生态风险的空间分布特征，并使用双变量空间自相关分析揭示二者的空间异质性特征，以期为青海湖流域区域生态保护提供依据。1 材料与方法1.1 研究区概况青海湖流域（3615-3820N，9750-10120E）地处青海省东北部，流域内有布哈河、哈尔盖河、基金项目:青海省科技基础研究项目(2020-ZJ-605)。作者简介:李荣杰(1997-),女,在读硕士,研究方向:生态系统服务。E-mail:。*通信作者:李惠梅(1980-),女,博士,教授,从事生态系统服务与福址、国家公园等相关研究。E-mail:。景观格局变化下青海湖流域生态价值与风险的相关性研究李荣杰 李惠梅*王诗涵（青海民族大学 政治与公共管理学院，西宁 810007）摘 要：生态系统服务价值（EcosystemServicesValue）与生态风险相关性的研究对流域生态保护具有重要意义。文章探究了 2010-2020 年青海湖流域景观格局变化下的生态系统服务价值与生态风险的相关性。结果表明：在2010-2020 年，青海湖流域景观破碎程度以及多样性和复杂性增强，连通度降低；研究区生态系统服务价值增加 18.61 亿元，在空间上生态系统服务价值较低值区和高值区分布范围较广；生态风险在一级和二级区域分布范围较大；研究区生态系统服务价值与生态风险呈显著负相关关系。关键词：景观指数；生态系统服务价值；生态风险；双变量空间自相关；青海湖流域中图分类号：X171.1 文献标识码：A 文章编号：1005-9393(2023)04-0040-0641青海科技202304高原生态青海科技INGHAI SCIENCE AND TECHNOLOGY希格尔曲河等河流，包括海晏、刚察、天峻、共和四县的部分区域，总面积达 2966251hm2。年均温度在-4.64.0，年均降水量在 291.0579.0mm12。1.2 数据来源与研究方法1.2.1 数据来源与处理景观数据源于中国科学院资源环境科学数据中 心（http:/ 度 90%以 上13，将其重分类为六种地类，分别为耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地，其中未利用地包括沙地、戈壁、盐碱地、沼泽地等。社会经济数据源于 2010-2020 年青海统计年鉴、2020年全国农产品成本资料汇编。参考孟晓露等14的研究，以平均斑块面积的 25 倍为参考，选取3.5 km3.5 km 的格网对研究区进行划分，共形成2562 个评价单元。使用 ArcGIS 将生态系统服务价值与生态风险指数赋值到各格网中，得到其空间分布状况。根据相关文献15，本文选取斑块数量、斑块密度、斑块面积比例、最大斑块指数、景观形状指数、景观蔓延度指数、香农多样性指数、香农均匀度指数、景观聚合度指数等进行景观格局分析。1.2.2 生态系统服务价值评估方法本文基于谢高地等16的生态系统服务价值当量，参考肖建设等17对生态系统服务价值系数的调整，对青海湖流域生态系统服务价值当量进行修正。其中，耕地以旱地为标准；草地以草原、灌草丛、草甸的平均值取当量因子；鉴于永久性冰川雪地占地面积极小，故水域取水系的值；参照熊侣英等18的研究，建设用地 ESV 取 0；参照王佩榆在修正 ESV 时的算法19，青海湖流域的未利用地中，沼泽地与戈壁、盐碱地等地类的面积比约为 3:7，故未利用地取湿地与裸地按照 3:7 的比例计算。青海省在研究期平均粮食单产为 3 688.62kg/hm2，基于刘海等20对当量因子的计算，计算得知青海湖流域一个当量因子价格为 1291.02 元/（hm2a），得到青海湖流域生态系统服务价值系数。1.2.3 景观生态风险评估方法参考张学斌等21的成果，本文研究青海湖流域生态风险指数计算如下:（1）（2）（3）式中：ESR 是景观生态风险指数；n 是景观类型个数；Sij是单位尺度 i 中 j 景观的面积（m2）；Si是评价单元 i 的面积（m2）；R 是景观损失度指数；M 是景观干扰指数；N 是景观脆弱度指数；C、D、N 分别为破碎度、优势度和分离度指数，o、p、q是三者权重，分别赋值 0.5、0.2 和 0.3。1.2.4 空间自相关空间自相关可直观表现某种空间现象的相关性与异质性。全局空间自相关即使用 MoransI 指数来反映，局部空间自相关可通过 Lisa 指标反映局部范围内某种属性的关联度22。双变量空间自相关度量生态系统服务价值与生态风险的空间相关关系。2 结果与分析2.1 景观格局变化特征依据 Fragstats 计算出青海湖流域 2010-2020年部分景观指数（表 1）。从表中可知，景观格局表 1 景观水平指数年份斑块数量/个斑块密度/个每 100hm2最大斑块占景观面积比例/%景观形状指数景观蔓延度指数香农多样性指数香农均匀度指数景观聚合度指数2010 年18850.063523.287544.831165.93461.13400.632998.50812015 年18800.063423.399344.466565.94911.13400.632998.52082020 年19280.065023.283644.874165.82981.13770.635098.506742青海科技202304高原生态青海科技INGHAI SCIENCE AND TECHNOLOGY趋于破碎化和复杂化。斑块数量呈现整体增加趋势，共增加 50 个斑块，斑块密度与斑块数量变化趋势一致，表明研究区景观破碎程度加大。最大斑块占景观面积比例减少，斑块数量增加，表明研究区小面积斑块数量增加，大面积斑块数量减少，景观整体呈现分散趋势。景观形状指数先减后增，景观形状种类趋于复杂和不规则。景观蔓延度指数整体趋于减少，景观聚合度指数降低，表明研究区景观类型连通性逐渐减弱。香农均匀度指数稳定在 0.63左右，表明各斑块类型分布较均匀。香农多样性指数上升，表明景观多样性有所增加。2.2 生态系统服务价值由表 2 可知，2010-2020 年生态系统服务价值共增加 18.61 亿元，研究区生态系统服务价值整体呈上升趋势且各地类生态系统服务价值变化差异较大。在研究期，水域生态系统服务价值总体呈上升趋势，且其前期（2010-2015 年）上升速度较慢，后期（2015-2020 年）上升速度快；其他地类整体呈下降趋势，且水域生态系统服务价值占比最大，其对研究区生态系统服务价值的贡献最大。草地、未利用地次之，其他地类对生态系统服务价值的贡献较少。本文参照熊侣英等18的研究，建设用地取值为 0，故建设用地对生态系统服务价值的贡献最少。其中，水域生态系统服务价值增加最多，未利用地生态系统服务价值减少最多，其他地类变化不大。按照自然断点法将青海湖流域生态系统服务价值划分为五个区域，分别为低值、较低值、中值、较高值和高值区（图 1）。较低值区和高值区分布范围最广，高值区在研究期呈递增趋势。青海湖流域生态系统服务价值空间分布差异较大，高值区主要集中分布在青海湖湖体，这与水域生态系统服务价值系数高相关；低值区零星分布在青海湖湖体周围耕地和建设用地所在地；中值区主要位于河流流经地区；其余大部分区域为较低值区。且从 2010-2020年，高值区向湖体东部扩张，主要由于青海湖水域面积向东部扩张；其他区域变化微弱。青海湖流域生态系统服务价值逐年提高，但较低值区占比仍较大。景观类型生态系统服务价值/亿元生态系统服务价值增量百分比/%2010 年2015 年2020 年2010-2015 年2015-2020 年2010-2020 年耕地2.902.892.89-0.330.16-0.17林地26.9027.6326.892.70-2.66-0.03草地274.82275.60274.270.28-0.48-0.20水域787.62792.42808.980.612.092.71建设用地0.000.000.000.000.000.00未利用地105.76103.38103.57-2.250.19-2.07总计1198.001201.921216.600.321.221.55表 2 不同土地利用类型生态系统服务价值图 1 生态系统服务价值空间分布43青海科技202304高原生态青海科技INGHAI SCIENCE AND TECHNOLOGY2.3 生态风险分析从时间尺度上看，2010-2020 年格网尺度的青海湖流域生态风险指数均值从 0.0122 增长到0.012 3，增加了 0.8%，增幅较小。将青海湖流域2010-2020 年生态风险按照自然断点法从低到高分为五级（图 2）。从空间尺度上看，研究区生态风险指数整体表现为青海湖湖体最低、其余区域由北向南减少的趋势。从图 2 可知，一级生态风险指数主要集中在青海湖湖体。二级生态风险指数主要分布在青海湖湖体北部和南部，吉尔孟乡、舟群乡、织合玛乡、龙门乡、阳康乡南部，江河镇、快尔玛乡北部，以及苏里乡的大部分区域。三级、四级和五级这三个级别的生态风险交叉分布，其主要分布在青海湖流域北部高海拔未利用地聚集区域，生境破碎度高，以及青海湖湖体东部的主要的农业区和居住地。2010-2020 年研究区生态风险指数分布整体变化不显著，但局部区域有一定变化，青海湖湖体西北部、倒淌河镇北部生态风险指数逐年减少；同时在青海湖湖体东部水域面积增加区域生态风险也有微弱减少，这可能与近年来对青海湖湿地保护成效显著有一定关系。吉尔孟乡北部、龙门乡中部生态风险指数有所增加。其他地区变化微弱。2.4 青海湖流域生态系统服务价值与生态风险相关性分析采用双变量自相关关系分析青海湖流域生态系统服务价值与生态风险的关系，2010-2020 年三期 MoransI 分别为-0.559、-0.556 和-0.560，其值均小于-0.55，P 值均为 0.001，表明研究区生态系统服务价值与生态风险呈显著负相关关系。由图 3 可知，青海湖流域生态系统服务价值与生态风险的相关关系可分为不显著区、高价值高风险区（高高值区）、高价值低风险区（高低值区）、低价值高风险区（低高值区）、低价值低风险区（低低值区）。高低值区域和低高值区域是主要分布区，面积占比较大。以下分别介绍高低值、低高值、低低值和高高值聚集区。高低值区域主要分布在青海湖湖体，该区域呈现显著的高生态系统服务价值，低生态风险。2010-2020 年，高低值聚集区面积增加，主要向不显著和低低值区转化，转化区域主要位于青海湖湖体西侧石乃亥乡中部区域和湖体东侧青海湖乡中部区域，其中，草地和未利用地转化为聚集度提高的图 2 景观生态风险空间分布图 3 生态系统服务价值与生态风险的双变量 Lisa 分布图44青海科技202304高原生态青海科技INGHAI SCIENCE AND TECHNOLOGY水域，相对草地和未利用地，水域的水文调节功能远大于其他地类23，故其为高生态系统服务价值区域，而该区域低生态风险可能与近年来青海湖流域湿地保护成效显著有一定关系24。低高值区主要分布在青海湖流域北部，以及零星分布在青海湖湖体周围，其主要为未利用地和建设用地所在地，该区域呈现低生态系统服务价值，由于未利用地多为沙地、戈壁、盐碱地等所在地，而建设用地受人为干扰较大25，故其生态风险较高。低高值区在 2010-2020 年呈现微弱增加趋势，主要向不显著区转变，这可能与未利用地景观破碎度增加有一定关系。低低值区环绕在青海湖湖体西侧和南侧以及北部部分区域，在研究期面积微弱增加，其向青海湖湖体西南部不显著区域转变。高高值区域面积较小，其零星分布在青海湖湖体东部以及青海湖流域北部，且在研究期呈减少趋势，减少区域主要在青海湖湖体东侧转换为高低值区。整体来看，青海湖流域在研究期高低值区呈增加趋势，低高、高高值区微弱减少，低低值区微弱增加。3 讨论与结论3.1 讨论在评估生态系统服务价值时，不同的评估方法和参数会使得结果有一定差异，本文使用谢高地 2015 年生态系统服务价值当量16，而以往学者8-10评估青海湖流域生态系统服务价值均使用2003 年和 2008 年的谢高地法。本文使用谢高地法（2015 年）水域的水文调节生态系统服务价值当量高达 102.24，其远远大于谢高地法（2008 年）河流/湖泊当量（18.77）26，谢高地法（2003 年）水体当量中未考虑水文调节功能。此外，不同学者对青海湖流域景观数据划分方式的不同也会导致评估结果有一定差异。本文评估得出的青海湖流域生态系统服务价值就与卢慧等8、张金龙9和曹生奎10等人的评估结果相比认为实际价值会更大。所以，在今后应结合生物量的评估，识别不同草地和湿地类型，更加精确地评估生态系统服务价值非线性变化特征等。研究生态系统服务价值与生态风险的相关性，能够更好地反映区域社会发展引起的生态状况的变化，反映区域可持续发展潜力，为区域生态环境保护以及发展趋势提供建议。本文通过研究青海湖流域生态系统服务价值与生态风险的相关性，揭示其空间相关性，对于保护青海湖流域生态环境，以及青海湖国家公园的规划建设有一定的参考价值。本文的研究结果与孟晓璐等14和李辉等27的研究结果相一致，认为生态价值与风险均呈负相关关系，而李俊翰等认为二者存在一定的正相关关系，这与不同区域主要景观类型的差异有一定关系。同时，虽然大多数学者在评估生态系统服务价值时均使用当量因子法，但对于不同区域，结合其不同景观所占比例以及当地实际，生态系统服务价值评估结果差异较大，故不同地类评估出生态价值与风险的相关性的差异存在一定的合理性。本文在评估生态风险时未考虑到社会经济因素的影响，评估结果有一定的局限性，在未来评估生态风险时需引起注意。本文使用格网尺度研究生态价值与风险的相关性，在未来评估生态价值与风险时可探索诸如乡镇等不同尺度与其进行对比研究。对于生态系统服务价值与生态风险的相关关系，本文仅分析了总生态系统服务价值与生态风险的关系，但其难以完全反映其内在联系，在今后，对于生态系统服务价值的各个功能与生态风险的相关性仍有待进一步研究。3.2 结论（1）2010-2020 年，青海湖流域景观格局有所变化，景观破碎程度增强，多样性和复杂性增强，连通度降低。对于不同地类，水域、建设用地、未利用地的景观破碎度增强；耕地、林地、草地和未利用地形状趋于不规则。（2）2010-2020 年研究区生态系统服务价值共增加 18.61 亿元，其主要源于青海湖湖体水域面积增值对生态系统服务价值的贡献。关于生态系统服务价值空间分布，较低值区分布范围最广，主要分布在青海湖流域西北部以及青海湖湖体周围；其次是高值区，主要分布在青海湖湖体。在研究期景观格局变化导致景观生态风险减少，在空间上一级和二级景观生态风险分布范围较大。45青海科技202304高原生态青海科技INGHAI SCIENCE AND TECHNOLOGY（3）青海湖流域生态系统服务价值与景观生态风险呈负相关关系，2010-2020 年对应的MoransI 指数均在-0.55 左右。其局部相关关系主要分布在高低值聚集区和低高值聚集区，少数区域分布在低低值聚集区和高高值聚集区。参考文献:1应凌霄,孔令桥,肖燚,等.生态安全及其评价方法研究进展J.生态学报,2022,42(5):1679-1692.2侯伟,翟亮,田莉,等.基于PSR模型的景观人为干扰度综合分析以北京市为例J.地理与地理信息科学,2019,35(6):90-96.3武占云,王菡,单菁菁.我国生态安全面临的气候变化风险及应对策略J.中南林业科技大学学报(社会科学版),2022,16(4):25-33.4COSTANZAR,DARGER,GROOTR,etal.ThevalueoftheworldsecosystemservicesandnaturalcapitalJ.Nature,1997,387(15):253-260.5欧阳晓,朱翔,贺清云.基于生态系统服务和生态系统健康的生态风险评价以长株潭城市群为例J.生态学报,2020,40(16):5478-5489.6蒋蕾,杜明月.基于生态系统服务的农安县景观生态风险评价J.环境生态学,2019,1(3):39-45.7GONGJ,CAOEJ,XIEYC,etal.Integratingecosystemservicesandlandscapeecologicalriskintoadaptivemanagement:insightsfromawesternmountain-basinarea,ChinaJ.Journalofenvironmentalmanagement,2021,281:e111817.8卢慧,陈克龙,曹生奎,等.青海湖流域生态系统服务功能与价值评估J.生态经济,2011(11):145-147.9张金龙.基于土地利用/覆盖变化的青海湖流域生态系统服务价值动态演算D.兰州:甘肃农业大学,2014.10曹生奎,曹广超,陈克龙,等.青海湖高寒湿地生态系统服务价值动态J.中国沙漠,2014,34(5):1402-1409.11李少华,王学全,兰岚,等.青海湖流域主要河口区沉积物中重金属元素生态风险评价J.生态与农村环境学报,2016,32(6):940-945.12韩艳莉,于德永,陈克龙,等.2000-2018年青海湖流域气温和降水量变化趋势空间分布特征J.干旱区地理,2022,45(4):999-1009.13刘纪远,匡文慧,张增祥,等.20世纪80年代末以来中国土地利用变化的基本特征与空间格局J.地理学报,2014,69(1):3-14.14孟晓璐,张艳芳.景观格局变化下陕西汉江流域生态价值与风险的相关性研究J.水土保持学报,2023,37(3):190-200.15欧阳晓,朱翔,贺清云.基于生态系统服务和生态系统健康的生态风险评价:以长株潭城市群为例J.生态学报,2020,40(16):5478-5489.16谢高地,张彩霞,张雷明,等.基于单位面积价值当量因子的生态系统服务价值化方法改进J.自然资源学报,2015,30(8):1243-1254.17肖建设,乔斌,陈国茜,等.黄河源区玛多县土地利用和生态系统服务价值的演变J.生态学报,2020,40(2):510-521.18熊侣英,师学义.黄土山丘区土地利用变化对生态系统服务价值的影响以长河流域为例J.水土保持研究,2018,25(2):335-34019王佩榆.广州市生态系统服务价值对土地利用变化的响应研究D.广州:广东工业大学,2022.20刘海,武靖,陈晓玲.丹江口水源区生态系统服务时空变化及权衡协同关系J.生态学报,2018,38(13):4609-4624.21张学斌,石培基,罗君,等.基于景观格局的干旱内陆河流域生态风险分析以石羊河流域为例J.自然资源学报,2014,29(3):410-419.22雷金睿,陈宗铸,吴庭天,等.海南岛东北部土地利用与生态系统服务价值空间自相关格局分析J.生态学报,2019,39(7):2366-2377.23赵新全.青海自然保护体系建设科技支撑的几点建议J.青海科技,2022,29(1):4-6+18.24马小霞.新时代中国高原湖泊流域保护治理的几点思考J.中国国土资源经济,2021,34(7):14-19.25陆乃静,杨光,张天琪,等.托克托县生态系统服务价值与景观生态风险时空变化及其关联性J.西北林学院学报,2023,38(4):286-294.26谢高地,甄霖,鲁春霞,等.一个基于专家知识的生态系统服务价值化方法J.自然资源学报,2008(5):911-919.27李辉,周启刚,李斌,等.近30年三峡库区生态系统服务价值与生态风险时空变化及相关性研究J.长江流域资源与环境,2021,30(3):654-666.（下转第 61 页）61青海科技202304成果视窗青海科技INGHAI SCIENCE AND TECHNOLOGYPreparation and Properties of PE Wax/PVC CompositesCuiDegang1,GaoLi2,LiuBingxin2,GuoDanni2,MaXiaoyi2,3（1.ShanghaiKaiboCableSpecialMaterialCo.,Shanghai201802,China;2.CollegeofMechanicalEngineering,QinghaiUniversity,Xining810016,China;3.QinghaiJuzhilongCableTechnologyCo.,Xining810016,China）Abstract:Polyvinylchloride(PVC)hadbecomethemostusedpolymermaterialintheglobalcableindustryduetoitslowpriceandeasyprocessing,butittendedtohardenunderthelow-temperatureenvironmentinwinter,andevencracksinextremecases.Therefore,onthebasisofacertainproportionofCCR,EVA28andACR301,theeffectsofdifferentamountsoflubricant:polyethylenewax(PEwax)onthemechanicalproperties,lowtemperaturetoughnessandthermalstabilityofPVCwerestudiedinordertoprovideareferencevaluefortheapplicationofPVCinthealpineregionwithhighvalue.TheresultsshowedthattheintroductionofappropriatePEwaxcouldimprovethecomprehensivemechanicalpropertiesandlowtemperaturetoughnessofPVCcomposites.WhenthePEwaxcontentwas0.6phr,theelongationatbreakofPEwax/PVCwas10.5%higher,thetensilestrengthwas9.1%higher,theembrittlementtemperaturecouldreach-60,andthethermalstabilitywasimprovedthanthatofPVCcompositewithoutPEwax.Keywords:Lowtemperaturetoughness；Polyethylenewax；Polyvinylchloride（上接第 45 页）Study on Correlation Between Ecological Value and Risk of Qinghai Lake Basin Under Landscape Pattern ChangeLiRongjie,LiHuimei,WangShihan（SchoolofPoliticsandPublicAdministration,QinghaiMinzuUniversity,Xining810007,China）Abstract:ThestudyofthecorrelationbetweenecosystemservicevalueandecologicalriskisofgreatsignificancetotheecologicalconservationofQinghaiLakebasin.ThispaperinvestigatesthecorrelationbetweenecosystemservicevalueandecologicalriskinthechanginglandscapepatternofQinghaiLakebasinfrom2010to2020.Theresultsshowthatthelandscapefragmentation,diversityandcomplexityofQinghaiLakebasinincreasedandconnectivitydecreasedfrom2010to2020.Theecosystemservicevalueincreasedby1.861billioninthestudyarea.Theecosystemservicevaluewasmorewidelydistributedinthelowerandhighervalueareasinspace,andtheecologicalriskwasmorewidelydistributedintheprimaryandsecondaryareas.Therelationshipbetweenecosystemservicevalueandecologicalriskinthestudyareawassignificantlynegative.Keywords:Landscapeindex;Ecosystemservicevalue;Ecologicalrisk;Bivariatespatialautocorrelation;QinghaiLakebasin