流域生态系统服务权衡_协同关系时空格局及热点区识别——以南流江流域为例.pdf

第3 0卷第5期2 0 2 3年1 0月水土保持研究R e s e a r c ho fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.3 0,N o.5O c t.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-0 7-1 2 修回日期:2 0 2 2-0 8-1 7 资助项目:国家自然科学基金项目(4 1 7 6 1 0 3 9,4 2 0 7 1 1 3 5);广西科技基地与人才专项(桂A D 1 9 1 1 0 1 4 2,桂A D 2 0 2 3 8 0 4 6)第一作者:罗金玲(1 9 9 7),女,广西大化人,硕士研究生,研究方向为生态系统服务与G I S应用。E-m a i l:n n j l 1 6 01 6 3.c o m 通信作者:谢余初(1 9 8 3),男,广西南宁人,博士,副研究员,主要从事遥感G I S应用与生态评价。E-m a i l:x i e h x h 2 0 0 41 2 6.c o mh t t p:s t b c y j.p a p e r o n c e.o r gD O I:1 0.1 3 8 6 9/j.c n k i.r s w c.2 0 2 3.0 5.0 5 3.罗金玲,谢余初,刘秋华,等.流域生态系统服务权衡/协同关系时空格局及热点区识别J.水土保持研究,2 0 2 3,3 0(5):3 9 7-4 0 7.L UOJ i n l i n g,X I EY u c h u,L I U Q i u h u a,e t a l.S p a t i o t e m p o r a lP a t t e r n sa n dH o t-S p o t so f t h eT r a d e-o f f a n dS y n e r g yR e l a t i o n s h i pAm o n gE c o s y s-t e mS e r v i c e s i nN a n l i u j i a n gR i v e rB a s i nJ.R e s e a r c ho fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,2 0 2 3,3 0(5):3 9 7-4 0 7.流域生态系统服务权衡/协同关系时空格局及热点区识别 以南流江流域为例罗金玲1,2,谢余初1,2,3,刘秋华1,2,童 凯1,2,胡宝清1,2(1.南宁师范大学 北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室,南宁5 3 0 0 0 1;2.南宁师范大学 地理科学与规划学院 广西地表过程与智能模拟重点实验室,南宁5 3 0 0 0 1;3.中国科学院 环江喀斯特生态系统观测研究站,广西 环江5 4 7 1 0 0)摘 要:目的 在经济快速发展与生态环境保护双重压力背景下,分析和揭示南流江流域生态系统服务权衡与协同关系及其热点区,对广西北部湾入海河流的可持续发展具有重要意义。方法 基于遥感影像、D EM、气象、土壤、野外观测和调研结果等多源数据,综合I n V E S T模型、G I S、R语言和G e o D a软件等,定量测算和分析了2 0 0 02 0 2 0年南流江流域食物供给、固碳、生物多样性维持和土壤保持服务4种主要生态系统服务的时空分异特征及权衡/协同关系,辨识流域生态系统服务热点区。结果 近2 0年间南流江流域食物供给服务不断下降,固碳服务、生物多样性维持和土壤保持服务总体呈增长趋势。2 0 0 02 0 2 0年流域食物供给服务与固碳服务、生物多样性维持和土壤保持服务均表现权衡关系,权衡关系不断增强,权衡集中区域主要分布在玉林市城乡结合部、以浦北县城为核心的小江流域中游地区。而固碳服务、生物多样性维持与土壤保持服务则表现出协同关系,且协同相对集中区域主要是南流江中游自然资源禀赋较好的乡镇,但协同关系呈现逐渐减弱的趋势。南流江流域生态系统服务热点区以固碳服务、生物多样性维持和土壤保持服务为主,主要分布在六万大山、勾头嶂山、云开大山、大容山等山林地和自然保护区。食物供给服务主导热点区分布在玉州平原、博白盆地和下游三角洲地区,固碳服务主导区域在大容山农林交错带,生物多样性维持服务主导热点区集中在自然保护区、山林岗地和丘陵地区。结论南流江流域生态系统服务变化总体呈上升趋势,各项生态系统服务权衡协同关系存在明显时空异质性,未来应在空间上促进生态系统服务协同发展,优化和保障流域生态空间。关键词:生态系统服务;时空变化;权衡;热点区;南流江流域中图分类号:X 1 7 1 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 5-3 4 0 9(2 0 2 3)0 5-0 3 9 7-1 1S p a t i o t e m p o r a lP a t t e r n sa n dH o t-S p o t so f t h eT r a d e-o f fa n dS y n e r g yR e l a t i o n s h i pA m o n gE c o s y s t e mS e r v i c e s i nN a n l i u j i a n gR i v e rB a s i nL UOJ i n l i n g1,2,X I EY u c h u1,2,3,L I U Q i u h u a1,2,TONGK a i1,2,HUB a o q i n g1,2(1.K e yL a b o r a t o r yo fE n v i r o n m e n tC h a n g ea n dR e s o u r c e sU s e i nB e i b uG u l f,M i n i s t r yo fE d u c a t i o n,N a n n i n gN o r m a lU n i v e r s i t y,N a n n i n g5 3 0 0 0 1,C h i n a;2.K e yL a b o r a t o r yo fE a r t hS u r f a c eP r o c e s sa n dI n t e l l i g e n tS i m u l a t i o n,S c h o o l o fG e o g r a p h ya n dP l a n n i n g,N a n n i n gN o r m a lU n i v e r s i t y,N a n n i n g5 3 0 0 0 1,C h i n a;3.H u a n j i a n gO b s e r v a t i o na n dR e s e a r c hS t a t i o nf o rK a r s tE c o s y s t e m s,C A S,H u a n j i a n g,G u a n g x i5 4 7 1 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eN a n l i u j i a n gR i v e rB a s i n(N R B)i s a t y p i c a lw a t e r s h e do f l a n d-s e a t r a n s i t i o nz o n e i nB e i-b uG u l fE c o n o m i cZ o n eo fG u a n g x i,a n dt h er a p i de c o n o m i cd e v e l o p m e n tb r o u g h tg r e a tp r e s s u r e t ot h ee c o-l o g i c a l e n v i r o n m e n t.T r a d e-o f f a n ds y n e r g yo f e c o s y s t e ms e r v i c e s a n d t h e i r i n t e r r e l a t e dc h a n g e s,h o t s p o t s i nt h eN R Bh a dg r e a t s i g n i f i c a n c e f o r t h e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t i n t h i s e c o n o m i c a r e aw e r eq u a n t i t a t i v e l ya n a-l y z e d.M e t h o d sB a s e do nm u l t i-s o u r c ed a t ao f r e m o t es e n s i n g i m a g e s,D EM,m e t e o r o l o g y,s o i l,f i e l do b-s e r v a t i o na n d i n v e s t i g a t i o n,t h e I n V E S Tm o d e l,G I S,Ra n dG e o D as o f t w a r ew e r ec o m p r e h e n s i v e l yu s e dt oc a l c u l a t e t h e f o u rk e ye c o s y s t e ms e r v i c e so ff o o ds u p p l y(F S),c a r b o ns t o r a g e(C S),b i o d i v e r s i t ym a i n t e-n a n c e(BM)a n ds o i l c o n s e r v a t i o n(S C)f r o m2 0 0 0t o2 0 2 0,a n d t oa n a l y z e t h e s p a t i a l t e m p o r a l c h a r a c t e r i s t i c sa n dt h e i r i n t e r-r e l a t e dc h a n g e s o f t r a d e-o f f a n ds y n e r g yb e t w e e ne c o s y s t e ms e r v i c e s.T h e s p a t i a l h e t e r o g e n e i t ya n dh o t s p o t so f e c o s y s t e ms e r v i c e sa t t h e t o w ns c a l ew e r ee x p l o r e d.R e s u l t sF o o ds u p p l yd e c r e a s e d,C S,BMa n dS Ci n c r e a s e di ng e n e r a l.T h eF Sw i t ht h eC S,BMa n dS Cw e r et r a d e-o f f sr e l a t i o n s h i p s,a n dt h e i rt r a d e-o f f s r e l a t i o n s h i p sw e r e i n c r e a s i n gd u r i n gt h ep e r i o do f 2 0 0 02 0 2 0,w h i l et h er e l a t i o n s h i pb e t w e e na d-j u s t m e n t s e r v i c e s(C Sa n dS C)a n ds u p p o r ts e r v i c e(BM)w a ss y n e r g i s t i c,a n ds h o w e dt h et r e n do fw e a k e-n i n gg r a d u a l l y.T h ea r e a sw i t hh i g ht r a d-o f f i n t e n s i t yb e t w e e nt h eF S-BMa n dF S-C Sm a i n l yc o n c e n t r a t e d i nt h eu r b a n-r u r a l f r i n g e a r e ao fY u l i nC i t y,f a r m i n ga r e a a n d r i v e r v a l l e yo fX i a o j i a n g i nP u b e i c o u n t y.T h eh i g hi n t e n s i t yo f s y n e r g i s t i ca m o n gC S,BMa n dS Cc o n c e n t r a t e d i nf o r e s t a r e a so f t h em i d d l e r e a c h e s i nt h eN R Bw i t hh i g hv e g e t a t i o nc o v e r a g e.M o r e o v e r,t h eh o t s p o t so f e c o s y s t e ms e r v i c e sm a i n l yd i s t r i b u t e d i nm o u n t a i nf o r e s t a r e a sa n dn a t u r er e s e r v e s,w h i l e t h eh i g h-v a l u ec l u s t e r so f f o o ds u p p l ys e r v i c e sw e r em a i n l y l o c a t e d i nt h eY u z h o uP l a i n,B o b a iB a s i na n dt h el o w e rr e a c h e so f t h eD e l t aw i t hf r e q u e n th u m a na c t i v i t i e s.T h eh o t-s p o t a r e a s o f p r i m a r yb i o d i v e r s i t ym a i n t e n a n c e s e r v i c e s e r v i c e sw e r em a i n l y l o c a t e d i nn a t u r e r e s e r v e s,f o r e s t sa r e a i n t h em o u n t a i na n dh i l l s,w h i l e t h eh o t-s p o t a r e a sd i s t r i b u t i o no fS Cc o n c e n t r a t e d i n t h e e c o t o n e so f a g-r i c u l t u r ea n df o r e s t r y i nt h e l o wD a r o n gm o u n t a i n.C o n c l u s i o nT h eo v e r a l l c h a n g eo fe c o s y s t e ms e r v i c e i nt h eN R Bw a so na nu p w a r dt r e n d,a n dt h e t r a d e-o f f a n ds y n e r g i s t i c r e l a t i o n s h i pb e t w e e nd i f f e r e n t e c o s y s t e ms e r v i c e sh a do b v i o u ss p a t i a lh e t e r o g e n e i t y.I nt h e f u t u r e,s y n e r g i s t i cd e v e l o p m e n to fE Ss h o u l db ep r o m o t e ds p a t i a l l yf o ro p t i m i z i n ga n de n s u r i n gt h ee c o l o g i c a l s p a c e.K e y w o r d s:e c o s y s t e ms e r v i c e;t e m p o r a l a n ds p a t i a l v a r i a t i o n;t r a d eo f f s;h o t-s p o t s;N a n l i u j i a n gR i v e rB a s i n 生态系统服务是生态系统能够提供的维持和满足人们生活生产需求的各种环境效用和惠益1,是人类赖以生存发展的关键资源环境要素2和连接生态系统与社会经济系统的桥梁3。生态系统服务种类繁多,且人们对生态系统服务需求存在偏好性4-5,使得各项生态系统服务之间常表现出此消彼长的权衡现象(即生态系统服务权衡)或者相互同增或同减的协同关系(即生态系统服务协同)6-7。由于对生态系统服务重要性 缺乏认识,生 态系 统 长 期 超 载 与 破坏8,致使全世界6 0%以上的生态系统服务正处于退化或不可持续利用状态9-1 0。生态系统服务的退化和丧失直接影响着人类健康与社会安全,甚至全球生态安全与人类可持续发展1 1-1 2。同时,生态系统服务之间关系复杂多变,彼此之间相互作用关系可能是单向的或双向的、积极的或消极的1 3。因此,面向人类可持续发展进程,厘清生态系统服务之间的动态权衡关系及其热点区,对维护区域生态系统安全格局,引导人们合理利用自然资源、制定区域社会经济发展与生态环境保护“双赢”政策具有重要意义1 4-1 5。近年来,生态系统服务之间权衡协同关系及其综合管理已成为生态系统服务研究的重要议题和热点1 6-1 7。从研究内容上看,国内外学者主要集中在生态系统服务权衡协同的概念、内涵、空间格局、演变特征和尺度效应1 8-1 9;研究方法上主要有定量统计描述、空间分析和情景模拟法等2 0。例如,Z h e n g等以中国三江源区为研究对象,利用生态系统服务价值模型、相关系数和双变量空间自相关等方法分析了1 9 9 02 0 1 5年三江源地区生态系统服务在县域尺度和格网尺度上的权衡/协同效应2 1。C h e n等以乡镇为研究单元,分析和揭示北京湾区9种典型生态系统的空间异质性及其权衡、协同的梯度效应2 2。P e n g等在利用C L U E-S模型模拟中国大理市土地利用变化基础上,分析退耕还林政策下4种不同情景生态系统服务的空间格局及其相互关系2 3。赵文祯等通过多情景下的生态系统服务权衡和OWA模型,模拟和识别生态系统服务优先保护区,构建了大连市瓦房店生态安全格局2 4。这些研究在不同尺度上探究生态系统服务及其权衡协同关系,并取得了一系列的成果,尤其是在长江流域、黄河893 水 土 保 持 研 究 第3 0卷流域等知名江河流域和黄土高原等典型生态脆弱区。但由于不同区域地理环境差异性以及生态系统服务机制的复杂性,生态系统服务关系形成机制、权衡与协同时空差异性及空间表达等方面研究相对较少,亟需从全流域上中下游视角开展流域多重生态系统服务权衡研究及中小尺度的实践应用案例。流域是一个以水系为纽带联接上、中、下游系统的各种自然要素和人文活动的综合地理单元。区域生态环境问题和社会经济发展之间的矛盾常常与流域的资源不合理利用和非理性人类活动密切相关。在社会经济快速发展背景下,从流域视角去探讨生态系统服务时空变化及其权衡协同动态关系,将有助于提高流域生态系统管理效率2 5,为流域综合管理的有效决策和可持续发展提供科学支撑。南流江流域是广西最大的独支入海河流,更是北部湾经济区生态保护安全格局关键组成部分,地理位置战略突出。近年来,随着北部湾经济区的发展,流域内产生了一系列生态问题以及上中下游之间的矛盾逐渐凸显,如水土流失、环境污染和生物多样性减少等,这些生态问题的本质是生态系统服务的缺失及各服务之间相互不协调2 6-2 7。因此,利用遥感G I S技术、I n V E S T模型、地统计分析和R语言等多种手段,量化分析流域生态系统服务时空格局、权衡协同关系及其空间异质性,探讨流域生态系统服务热点区及其管控措施,旨在为流域生态环境管理与可持续发展提供科学依据。1 研究区概况南流江流域地处广西北部湾经济区,位于北纬2 1 2 1 2 3 0 4 和东经1 0 5 4 7 1 0 7 4 1(图1),是广西桂东南地区的粮仓和林权改革的示范区。河流发源于大容山自然保护区,干流约2 8 7k m,流域总面积达93 3 1.2 6k m2,主要流经玉州区、福绵区、北流市、博白县、浦北县、合浦县等1 1个县区。南流江流域自东北向西南倾斜,六万大山和云开山脉呈弧形环绕于流域东西两侧;流域内盆地、丘陵、山地、江河、湖库等多种自然地理景观交错分布,植被覆盖较好、天然林和人工林等森林资源丰富2 8。南流江流域属于亚热带季风气候,热量充足,降水丰沛,多年平均气温2 1.5 2 2.4,年均降雨量14 0 017 6 0mm。2 研究方法与数据来源2.1 数据来源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/),空间分辨率为3 0 m。L a n d s a tTM/O L I遥感影像数据主要来源于美国地质调查局(h t t p s:www.u s g s.g o v/),空间分辨率为3 0m。土地利用数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心(h t t p s:www.r e s d c.c n/)和玉林市、北海市土地利用变更调查数据。土壤数据来自寒区旱区科学数据中心的11 0 0万比例尺的中国土壤数据集(H a r-m o n i z e dW o r l dS o i lD a t a b a s ev 1.2)和广西土壤类型分布图,包括土壤质地、土壤厚度、土壤类型与有机物含量等信息。气象数据主要来源于中国气象数据网(h t t p:d a t a.c m a.c n/)和流域各县区气象站点。其他数据主要是各市县社会统计年鉴、野外实地调研等,如粮食、蔗糖、蔬菜瓜果、油类等农产品产量的统计、土壤水分含量、植被丰度和覆盖度调查等。注:基于自然资源部标准底图服务站下载的审图号为G S(2 0 1 9)1 8 1 6的标准地图制作,底图无修改。下同。图1 南流江流域地理位置和高程图2.2 生态系统服务估算南流江流域是广西粮食生产的重要基地和北部湾经济生态安全格局重要组成部分,且近些年来生态环境问题突出,故选取食物供给服务、固碳服务、土壤保持服务和生物多样性维持服务作为南流江流域关键性生态系统服务功能。其中,食物供给服务主要以土地农产品产量作为评估指标,考虑到各类农产品的量纲不同,统一转化为食物热量(能量)来表征流域食物供给能力2 9。即,将各类农产品产量折算成食物热量,计算每一类土地利用类型上食物热量供给状况3 0。固碳服务选取净生态系统生产力(N E P)来表征,N E P能有效地反映植被生态系统生产有机物的能力,是评估区域碳循环和固碳能力的重要指标3 1-3 2。生境质量的高低在一定程度上反映着区域生物多样性状况及其水平,因此采用I n-V E S T-H a b i t a tQ u a l i t y模型,结合研究区威胁因子、生境敏感性因子等参数,计算获得南流江流域生物多样性维持服务3 3。土壤保持服务主要基于土壤流失方程的原理,通过I n V E S T模型计算获得3 3。各项生态系统服务具体计算方法见表1。993第5期 罗金玲等:流域生态系统服务权衡/协同关系时空格局及热点区识别表1 各项生态系统服务计算公式和说明生态系统服务计算公式公式说明食物供给服务ni=1(MiE PiAi)NUT R表示食物热量(k J);Mi为区域第i种食物的产量;E Pi表示第i种食物可食部分的比例;Ai为第i种食物1 0 0g可食部分所含热量;i=1,2,n为研究区食物种类固碳服务N E P=N P P-RHRH=0.2 2(e(0.0 1 3T)+l n(0.3 1 4 5P+(1)3 04 6.5%N E P为植被净生态系统生产力g C/(m2a);N P P为植被净初级生产力g C/(m2a),通过C A S A模型计算获得;RH为土壤异养呼吸;T为月均气温;P为月均降水量生物多样性维护服务Qx j=Hj1-(Dzi jDzi j+k2)Qx j为第j类生境类型中栅格x的生境质量,数值范围为0,1,越接近1表明区域生境质量越好,生物多样性越高;Hj为第j类生境的生境适宜度;Dx j为第j类生境类型中栅格单元x的生境退化度;k为半饱和系数,模型默认值为0.5;z是归一化常量,模型中默认值为2.5土壤保持服务Ax=RKL S(1-CP)Ax为实际土壤保持量t/(h m2a);R为降雨侵蚀力因子;K为土壤可蚀性因子;L S为地形因子;C为地表植被覆盖因子;P为水土保持措施因子2.3 生态系统服务权衡与协同关系分析参考前人研究结果,将各项生态系统服务归一化处理,采用R软件c h a r t.C o r r e l a t i o n函数计算分析南流江流域食物供给、固碳服务、土壤保持和生物多样性维持服务彼此之间的权衡协同相互关系,并绘制散点图矩阵2,3 4。当两种生态系统服务相关系数为正,且通过0.0 5(或0.0 1)水平显著性检验时,表明这两种生态系统服务间存在协同关系(或显著性协同关系);反之系数为负且通过显著性检验则为权衡关系3 4。其次,基于线性拟合的原理,构建生态系统服务权衡/协同模型(E S T D)来分析各项生态系统服务相互作用方向、程度1 9,3 5。其计算公式见公式(1)。同时,以乡镇为单元,利用G e o D A软件进行生态系统服务双变量空间自相关分析,分析不同生态系统服务在空间上的权衡/协同关系3 6。E S T Da b=E S Ca i-E S Ca jE S Cb i-E S Cb j(1)式中:E S T Da b为a,b两种生态系统服务权衡协同度;E S Ca i,E S Ca j表示第a种生态系统服务分别在i,j时刻的变化量;E S Cb i,E S Cb j表示b种生态系统服务分别在i,j时刻的变化量。当E S T D0时,a,b两种生态系统服务为协同关系,当E S T D0时,a,b两种生态系统服务为权衡关系。2.4 生态系统服务热点区识别与可视化将南流江流域食物供给服务、固碳服务、生物多样性维护和土壤保持服务等生态系统服务量大于其平均值的区域视为该项生态系统服务的热点区,然后利用G I S平台进行空间叠加,统计每个栅格单元上提供各项生态系统服务能力。根据栅格单元上各生态系统服务热点区出现的频次3 7-3 8,将流域栅格单元上能够提供1项或2项或3项以上(含3项)超过自身平均值的生态系统服务的区域,对应地划分为一、二和三类服务热点区;栅格单元上的各项生态系统服务均低于平均值的区域视为非热点区。同时,对4种生态系统服务进行极差标准化,以乡镇为单元,每个乡镇标准化后最大值对应的生态系统服务作为该项服务的主导区,从而实现乡镇尺度的主导生态系统服务的可视化和热点区制图。计算公式如下:E Ss t d=E Si-E Sm i nE Sm a x-E Sm i n(2)式中:E Ss t d为生态系统服务标准化的值(介于01);E Si,E Sm a x,E Sm i n分别为第i项生态系统服务栅格值、最大值和最小值。3 结果与分析3.1 生态系统服务时空变化特征由图2可知,2 0 0 02 0 2 0年南流江流域生态系统食物供给总体呈现下降的趋势,其食物热量供给从2 0 0 0年的4.4 21 01 8k J降至2 0 1 0年的4.4 01 01 8k J,至2 0 2 0年又降至4.3 51 01 8k J。固碳服务则表现为不断增长的态势,其总量和年均值分别从2 0 0 0年的1.6 31 07g C/m2,6 8 6.3 4g C/(m2a)增至2 0 2 0年的1.6 71 07g C/m2,7 0 6.1 2g C/(m2a),近2 0年里年均增速为2.3%。2 0 0 02 0 2 0年南流江流域生物多样性维持服务表现为先下降后上升,总体呈现上升增 长 的 趋 势,其 年 均 增 速 率 为0.0 5 9%。其 中2 0 0 02 0 1 0年生物多样性维持服务均值从0.7 6 0下降至0.7 5 5,年均下降率为0.9%;2 0 1 02 0 2 0年生物多样性维持服务明显变好,至2 0 2 0年其均值达0.7 7 1。土壤保持服务与生物多样性维持服务相似,也表现为先减少后增加的趋势。2 0 0 02 0 1 0年流域土壤保持量从5.2 6亿t减少至5.1 8亿t,2 0 1 02 0 2 0年流域土壤保持量增加显著,增加量约为2.6 1亿t,年均增长速率达2.0 9%。在空间分布上,流域食物供给服务总004 水 土 保 持 研 究 第3 0卷体格局变化不大,其高值区主要分布在玉州平原、博白盆地和下游三角洲地带等农业种植密集区,低值区则主要集中在城镇区和水域,如玉林城区和博白县、合浦线、浦北线等城镇区以及小江水库、星岛湖等区域。流域生态系统固碳服务较高的区域(N E P7 0 0g C/m2)主要分布在大容山自然保护区、六万大山森林保护区、五皇山、云开大山等等自然保护区和山林区域,而低值区(N E P 5 5 0g C/m2)主要位于河流岸堤、水库区、滩涂和人类活动频繁的城乡区、农耕区。生物多样性维护服务和土壤保持服务的空间分布格局与固碳服务的相似,均表现出山林地和自然保护区等区域较高,平原缓丘地带相对较低的特点。图2 2 0 0 0-2 0 2 0年南流江流域生态系统服务空间分布104第5期 罗金玲等:流域生态系统服务权衡/协同关系时空格局及热点区识别3.2 生态系统服务权衡协同关系分析(1)生态系统服务权衡与协同关系的数值分析。图3生态系统服务散点图矩阵中,对角线为4种服务的直方图和核密度曲线,直方图能反映横轴数据(生态系统服务数值)的分布特征,核密度曲线反映横轴数据分布集中程度;对角线以上部分是服务间的相关系数及显著性结果,对角线以下部分是两两服务间的散点图及平滑拟合曲线2。由图3可知,南流江流域食物供给服务、固碳服务、生物多样性维护和土壤保持服务彼此之间均通过p=0.0 1显著性水平,表明各项生态系统服务两两之间存在显著性相关关系。食物供给服务与固碳服务、生物多样性维持和土壤保持服务之间均为显著性权衡关系,其中与生物多样性维持服务的相关系数性最高,且其相关系数绝对值呈现不断增强的趋势,相关系数最强达到-0.4 7。固碳服务与生物多样性维持、土壤保持服务均呈现协同关系,呈现逐年减弱的趋势,其相关系数分别从2 0 0 0年0.4 7,0.5 2下降至2 0 2 0年的0.3 9,0.4 4。生物多样性维持与土壤保持服务也呈现协同关系且逐年下降,但下降的强度相对较低,2 0 0 02 0 2 0年其协同相关性系数年均减少速率仅为0.0 2%。从生态系统服务类型上看,供给服务(食物供给)与支持服务(生物多样性维持)、调节服务(固碳服务和土壤保持服务)均呈现权衡关系,且供给服务与支持服务权衡关系明显高于供给服务与调节服务的权衡关系。调节服务彼此之间(固碳服务和土壤保持服务)、调节服务与支持服务(生物多样性维持)之间是协同关系,且相关性较高,其相关系数均在0.3 9以上。(2)生态系统服务权衡与协同关系的空间差异性表达。由图4和图5可知,食物供给服务与固碳服务空间权衡分布格局相对比较零散,其权衡区域面积为23 8 3.6 3k m2(占比2 5.5 3%),主要分布在流域上游的玉州平原、下游三角洲和中游六万大山、泗州山的农林过渡带;而协同关系的面积相对分散(占比2 3.2 6%),其他区域空间权衡/协同显著性不明显。食物供给服务与生物多样性维护服务、土壤保持服务的空间权衡或协同分布格局相似,权衡集中区域主要体现在玉林市城郊结合部、以浦北县城为核心的小江流域中上游地区等。固碳服务、生物多样性维持和土壤保持服务彼此之间以空间协同关系为主。其中,固碳服务与生物多样性维持服务空间协同面积为51 8 5.6 2k m2,占全流域面积的5 5.5 4%,整体上分布相对集中,协同相对聚集区域主要是南流江中游自然资源禀赋较好的乡镇,如平睦镇、永安镇、那林镇、江宁镇和上游大容山林区;权衡区的面积仅为36 4 3.1 4k m2(3 9.0 2%),主要分布在玉州盆地、五皇山、勾头嶂山、六万大山和中游博白段沿岸。固碳服务与土壤保持服务、生物多样性维持服务与土壤保持服务的空间权衡与协同分布格局相似,其权衡区域面积占比分别为4 4.5 6%和3 5.5 2%;协同区域面积占比则分别为5 4.3 5%和6 1.1 5%;其余区域权衡/协同关系不显著。3.3 南流江流域生态系统服务热点区识别2 0 0 02 0 2 0年南流江流域多重生态系统服务热点区的分布格局变化不大(图6)。其中,生态系统服务非热点区提供的服务能力相对较弱,但其面积规模呈不断增加的趋势,由2 0 0 0年4 4 1.3 6k m2增至2 0 2 0年的6 3 8.1 5k m2,2 0年间平均增长率为1.8 6%/a。南流江流域多重生态系统服务一类热点区面积最大(占比超过4 4.9 8%以上),主要以食物供给服务为主(面积比重约占一类热点区的5 4.1 4%),其次是生物多样性维持服务(面积占比为2 4.3 1%)。2 0 0 02 0 2 0年,一类热点区呈现不断下降减少态势,其面积由2 0 0 0年44 7 6.9 9k m2减少至2 0 2 0年41 7 8.8 0k m2。南流江流域生态系统服务二类热点区主要以固碳服务和生物多样性维持服务为主,近2 0年里生态系统服务二类热点区面积呈先减少后增加趋势,其面积比重由2 0 0 0年的2 9.9 5%减少至2 0 1 0年的2 9.4 7%,之后在2 0 2 0年又增至3 0.9 3%。生态系统服务三类热点区主要以固碳服务、生物多样性维持和土壤保持服务等调节和支持服务为主,总体呈现增加的趋势,2 0年间其面积共增加了6 1.6 2k m2,年均增速为3.0 8k m2/a。空间分布上,生态系统服务非热点区主要分布在人类活动频繁、工农业发达的城镇区域,如玉林市区、博白县、浦北县、合浦县的县城等区域。一类热点区主要集中在上游的玉州盆地和兴业县城的缓丘谷地、中游的博白盆地、下游的合浦三角洲等区域。二类热点区主要分布在农林相间的丘陵、旱地、谷地等交错区域,例如西埌镇、大里镇、新圩镇、成均镇、沙田镇、江城镇等。三类热点区主要分布在海拔较高的山林区和自然保护区,如六万大山、云开大山、五皇山等山林地和大容山国家自然保护区等区域。从主导服务分析结果来看,在乡镇尺度上,主导生态系统服务热点区的分布格局空间差异性明显(图7),但在过去2 0年里整体空间格局变动不大。食物供给服务主导热点区分布范围相对较大,主要集聚分布在玉州平原、博白盆地和下游三角洲地区,涉及党江镇、廉州镇、旺茂镇、福绵镇、城北街道办、玉城街道办、城西街道办、北流镇、仁东镇等3 3个,占全部乡镇比例为4 2.8 5%。204 水 土 保 持 研 究 第3 0卷图3 2 0 0 0-2 0 2 0年南流江流