郭保祥 聶玉明 張瑞剛 郭永山

摘要：明確生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空變化、權(quán)衡與協(xié)同作用以及驅(qū)動因素，可為實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。以山西省為例，對1990年、2000年和2015年該地區(qū)的糧食產(chǎn)量、產(chǎn)水量、土壤保持量和植被凈初級生產(chǎn)力（NPP）進(jìn)行計(jì)算，從柵格、縣域和市域尺度上分析了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間格局以及相互作用，并采用地理探測器識別了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的主導(dǎo)驅(qū)動因素。結(jié)果表明：1990～2015年，平均糧食產(chǎn)量、產(chǎn)水量和NPP先減少后增加，平均土壤保持量先增加后減少;隨著尺度的增加，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)呈現(xiàn)出更加“空間均一化”的分布特征，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間關(guān)系對的數(shù)量存在著減少的趨勢;各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的主導(dǎo)因素不盡一致，但均存在著自然、土地管理和社會經(jīng)濟(jì)綜合驅(qū)動的特征。

關(guān) 鍵 詞：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù); 時(shí)空變化; 權(quán)衡與協(xié)同; 驅(qū)動因素; 山西省

中圖法分類號： X171.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.05.012

0 引 言

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是支撐人類生產(chǎn)和生活的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和生態(tài)系統(tǒng)功能的總和[1]。在過去的半個(gè)世紀(jì)中，全球大約60%的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)出現(xiàn)退化[2]。在全球環(huán)境變化的新形勢下，日益突出的生態(tài)環(huán)境問題給生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的可持續(xù)利用帶來了巨大的壓力[3]。有必要了解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空變化特征以及服務(wù)間的相互作用，并識別導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的驅(qū)動因素，這對于實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展意義重大。

目前，越來越多與生態(tài)保護(hù)相關(guān)的組織和學(xué)者開始專注于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的綜合評估，并形成了大量的研究成果，包括生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空變化[4-6]、價(jià)值化與邊際特征[7-8]、權(quán)衡與協(xié)同[4，9-10]、供需匹配與空間流動[11-12]、影響因素與驅(qū)動機(jī)制[6，13-14]等。這些研究已成為了揭示不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化規(guī)律的重要內(nèi)容。如，丁輝等[15]對甘南地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了測算，進(jìn)而探索了該地區(qū)2000～2010年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化特征;王川等[16]選擇甘肅榆中縣為案例，結(jié)合多種模型研究了該縣2015年村級尺度上生物多樣性、土壤保持、碳儲量、產(chǎn)水量和食物供給這5種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系;Liu等[17]結(jié)合熱點(diǎn)分析提出了一個(gè)識別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)長期穩(wěn)定供給區(qū)域的框架，通過將其應(yīng)用于陜西省，識別了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點(diǎn)區(qū)域，并比較了熱點(diǎn)區(qū)域內(nèi)外生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相互作用的差異。這些研究為應(yīng)對地方和區(qū)域尺度上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可持續(xù)性挑戰(zhàn)的政策制定和規(guī)劃提供了重要信息。但是，已有的研究對多尺度上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間格局及其相互作用的考慮還較少，此外，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)驅(qū)動因素識別的研究也待進(jìn)一步豐富。

基于此，以山西省為研究區(qū)，對糧食產(chǎn)量、產(chǎn)水量、土壤保持量和植被凈初級生產(chǎn)力（Net Primary Productivity，NPP）這4種與人類福祉密切相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行量化，進(jìn)而分析比較了柵格、縣域和市域尺度上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間格局、權(quán)衡與協(xié)同作用，并識別了導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的主導(dǎo)驅(qū)動因素，以期為不同尺度管理者制定相應(yīng)的生態(tài)管理策略提供理論基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

山西?。?10°14′E～114°33′E，34°34′E～40°44′N）位于中國的中部，國土面積為15.67萬km2。該省地處黃河中游峽谷與太行山脈之間，位于中國第二階梯地形中部的前緣地帶，海拔190～3 060 m。山西省屬于溫帶大陸性氣候，年平均溫度范圍為4.2～14.2 ℃，年降雨量介于400～650 mm之間，且主要集中在6～8月份，約占全年降雨量的60%[5]。該省是典型的被黃土覆蓋的山地高原，高原內(nèi)部起伏不平、河谷縱橫。長期以來，由于復(fù)雜的地形地貌和生態(tài)資源的過度利用，山西省水土流失形勢嚴(yán)峻、水資源供需矛盾突出、生態(tài)環(huán)境脆弱，全省都被納入了黃土高原生態(tài)治理范圍以內(nèi)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

選取1990，2000年和2015年為研究期，收集與整理的數(shù)據(jù)包括：① 土地利用數(shù)據(jù)來自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：∥www.resdc.cn/）;② DEM數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云（http：∥www.gscloud.cn/）;③ 氣象數(shù)據(jù)來自國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：∥data.cma.cn/）;④ 土壤數(shù)據(jù)來自基于世界土壤數(shù)據(jù)庫（HWSD v1.1）的中國土壤數(shù)據(jù)集（http：∥westdc.westgis.ac.cn/）;⑤ NDVI數(shù)據(jù)來自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：∥www.resdc.cn/）和國家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：∥westdc.westgis.ac.cn/）;⑥ 社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來自中國縣域統(tǒng)計(jì)年鑒和山西省統(tǒng)計(jì)年鑒（https：∥data.cnki.net/）。數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息如表1所列。

2 研究方法

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的計(jì)算方法

2.1.1 糧食產(chǎn)量

糧食產(chǎn)量是生態(tài)系統(tǒng)重要的供給服務(wù)之一，與歸一化植被指數(shù)（NDVI：Normalized Difference Vegetation Index）之間存在著顯著的線性關(guān)系[18-19]。基于山西省縣域尺度上糧食產(chǎn)量數(shù)據(jù)，參考文獻(xiàn)[20]，針對耕地采用全部為正值的NDVI對糧食產(chǎn)量進(jìn)行空間化賦值，得到柵格尺度上糧食產(chǎn)量供給結(jié)果。計(jì)算公式為

GPx=NDVIxNDVIsum，i×GPsum，i（1）

式中：GPx為柵格單元x的糧食產(chǎn)量;GPsum，i為縣域i的糧食總產(chǎn)量;NDVIx為柵格單元x的NDVI;NDVIsum，i為縣域i耕地的NDVI總和。

2.1.2 產(chǎn)水量

使用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和權(quán)衡的綜合評估模型（InVEST：Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs）對山西省產(chǎn)水量進(jìn)行量化。該模型基于Budyko曲線和年平均降水量對產(chǎn)水量進(jìn)行計(jì)算，可在InVEST模型的產(chǎn)水量模塊實(shí)現(xiàn)。涉及的主要公式為5795460B-2C22-496F-B722-880663CF3290

Yx=1-AETxPx×Px（2）

式中：Yx為柵格單元x的產(chǎn)水量;AETx為柵格單元x的實(shí)際蒸散發(fā)量;Px為柵格單元x的年降水量。

AETxPx=1+PETxPx-1+（PETxPx）wx1/wx（3）

PETx=KCx×ETx（4）

wx=Z×AWCxPx+1.25（5）

式中：PETx為年潛在蒸散發(fā)量;wx為經(jīng)驗(yàn)參數(shù);AWCx為植物可利用含水量;Z為Zhang系數(shù)[21];KCx為作物蒸散發(fā)系數(shù);ETx為參考作物蒸散發(fā)量。

2.1.3 土壤保持量

采用修正的通用土壤流失方程（RUSLE：Revised Universal Soil Loss Equation）估算山西省的土壤保持服務(wù)[22]?；凇暗乇砀脖惶鎿Q假設(shè)”，土壤保持由潛在土壤侵蝕量與實(shí)際土壤侵蝕量之間的差值來表示，即沒有土地覆蓋或土地管理措施情況下導(dǎo)致的土壤侵蝕量與當(dāng)前植被覆蓋管理與水土保持措施下土壤侵蝕量的差值[20]。主要的計(jì)算公式如下：

A=Ap-Aa（6）

式中：A為土壤保持量;Ap為潛在的土壤保持量;Aa為實(shí)際的土壤侵蝕量;Ap和Aa的計(jì)算公式如下：

Ap=R×K×LS（7）

Aa=R×K×LS×C×P（8）

式中：R為降雨侵蝕力因子;K為土壤可蝕性因子;LS為坡度坡長因子;C為植被覆蓋與管理因子;P為水土保持措施因子。

2.1.4 NPP

采用基于過程的卡內(nèi)基-埃姆斯-斯坦福方法（CASA：Carnegie-Ames-Stanford Approach）來模擬山西省的NPP。CASA是一種陸地生態(tài)系統(tǒng)評估模型，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于NPP的評估[10]。模型主要描述如下：

NPP（x，t）=APAR（x，t）×ε（x，t）（9）

APAR（x，t）=SOL（x，t）×FPAR（x，t）（10）

ε（x，t）=Tε1×Tε2×Wε×ε（11）

式中：APAR（x，t）為柵格單元x吸收的光合有效輻射;ε（x，t）為柵格單元x的實(shí)際光能利用率;SOL（x，t）為柵格單元x的太陽總輻射;FPAR（x，t）為柵格單元x中植被對光合有效輻射的吸收比例;Tε為對ε*產(chǎn)生影響的溫度脅迫因子;Wε為水分脅迫因子。

2.2 協(xié)同和權(quán)衡作用

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)協(xié)同是指兩種服務(wù)同時(shí)增加或減少的情況，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡是指一種服務(wù)的增加導(dǎo)致另一種服務(wù)減少的情況[20]。為了定量分析山西省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的協(xié)同和權(quán)衡關(guān)系，本次研究采用SPSS軟件中的皮爾遜相關(guān)系數(shù)法對山西省糧食產(chǎn)量、產(chǎn)水量、土壤保持量和NPP這4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系進(jìn)行相關(guān)性分析。計(jì)算公式如下：

rm，n=yx=1（mx-m-）（nx-n-）yx=1（mx-m-）2yx=1（nx-n-）2（12）

式中：rm，n為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)m與n的相關(guān)系數(shù)，當(dāng)相關(guān)系數(shù)為正且通過顯著性檢驗(yàn)，表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)m與n之間存在著同時(shí)增加或減少的協(xié)同作用，相關(guān)系數(shù)為負(fù)且通過顯著性檢驗(yàn)，表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)m與n之間存在著此消彼長的權(quán)衡作用;n為山西省研究單元的數(shù)量;mx，nx分別為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)m與n在研究單元x上的值;m-，n-分別為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)m與n在研究單元x上的平均值。

2.3 驅(qū)動因素識別

采用地理探測器模型來識別導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的主導(dǎo)驅(qū)動因素。該方法是由王勁峰等[23]結(jié)合空間疊加技術(shù)和集合論提出的，其原理在于檢驗(yàn)屬性空間分異與影響因子空間分異的空間分布一致性，不僅適用的數(shù)據(jù)類型廣泛，對于數(shù)據(jù)共軛線性免疫，而且具備探測多因子在不同空間單元下的不同影響作用及其相互關(guān)系的能力[24]。公式為

PD，U=1-1nσ2Umi=1nD，iσ2UD，i（13）

式中：PD，U為驅(qū)動因素D對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響作用;σ2U為一級區(qū)域各縣域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的方差;n為一級區(qū)域的個(gè)數(shù);nD，i和σ2UD，i分別為次一級區(qū)域的樣本量和方差;m為次一級區(qū)域的縣域個(gè)數(shù);PD，U∈[0，1]，PD，U值越大表示驅(qū)動要素D對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響越大。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空格局

圖1顯示了山西省年平均糧食產(chǎn)量、產(chǎn)水量、土壤保持量和NPP這4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在1990～2015年的時(shí)間變化特征。具體來說，1990～2000年，糧食產(chǎn)量、產(chǎn)水量和NPP呈現(xiàn)減少趨勢，分別減少了15.75%，41.18%和9.62%，僅土壤保持的平均量呈現(xiàn)增加趨勢，增加了8.64%;在2000～2015年，4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化趨勢正好與1990～2000年之間的變化趨勢相反，糧食產(chǎn)量、產(chǎn)水量和NPP呈現(xiàn)增加趨勢，分別增加了66.82%，21.54%和15.44%，而土壤保持呈現(xiàn)減少趨勢，減少了35.21%。

以2015年為例，繪制了4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在柵格尺度、縣域尺度和市域尺度上的空間分布格局，如圖2所示。可以發(fā)現(xiàn)，山西省糧食產(chǎn)量、產(chǎn)水量、土壤保持量和NPP這4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在空間分布上均存在著明顯的空間異質(zhì)性。山西省中部汾河平原和南部地區(qū)其他平地上的糧食產(chǎn)量明顯高于山西省的東部和西部地區(qū)，主要原因是因?yàn)榧Z食產(chǎn)量高值區(qū)的地勢平坦，耕地較多，糧食產(chǎn)量高;產(chǎn)水量的高值區(qū)主要分布在山西省東部的太行山沿線和南部的運(yùn)城盆地，而西部的黃河沿線產(chǎn)水量最低;土壤保持的空間分布特征與山西省DEM相似，整體呈現(xiàn)出東北偏高西南偏低的分布特征;NPP的高值區(qū)主要沿太行山脈和呂梁山脈呈條帶狀分布，山西省中部的汾河沿線和西部的黃河沿線NPP較低。此外，通過對比3個(gè)尺度上4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間分布格局，發(fā)現(xiàn)隨著尺度的增加，山西省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在空間上的分異性在縮小，呈現(xiàn)出更加“空間均一化”的空間分布特征。5795460B-2C22-496F-B722-880663CF3290

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系

表2統(tǒng)計(jì)了2015年山西省3個(gè)尺度上糧食產(chǎn)量、產(chǎn)水量、土壤保持和NPP這4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)兩兩之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)。可以看出，柵格尺度上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間顯著相互作用的關(guān)系對最多，其次為縣域尺度，市域尺度上最少，即隨著尺度增加，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間關(guān)系對的數(shù)量在減少。例如，在柵格尺度上，存在著糧食產(chǎn)量與產(chǎn)水量、糧食產(chǎn)量與NPP、產(chǎn)水量與土壤保持、產(chǎn)水量與NPP等4對顯著的協(xié)同作用，以及糧食產(chǎn)量與土壤保持、土壤保持與NPP等2對顯著的權(quán)衡作用;在縣域尺度上存在著糧食產(chǎn)量與產(chǎn)水量、土

壤保持與NPP等2對顯著的協(xié)同作用，以及產(chǎn)水量與NPP 1對較顯著的協(xié)同作用和糧食產(chǎn)量與土壤保持1對顯著的權(quán)衡作用;在市域尺度上，除了糧食產(chǎn)量與產(chǎn)水量之間存在著較顯著的協(xié)同作用外，其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)系對之間的權(quán)衡與協(xié)同作用均不顯著。

從表2中還可以發(fā)現(xiàn)，隨著尺度的變化，4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)兩兩之間的關(guān)系也發(fā)生了變化。例如，在柵格尺度上觀察到的糧食產(chǎn)量與土壤保持之間顯著的權(quán)衡作用，在市域尺度上卻未表現(xiàn)出來;糧食產(chǎn)量與NPP、產(chǎn)水量與土壤保持在柵格尺度上的顯著協(xié)同作用在其他兩個(gè)尺度上卻未觀察到;而且土壤保持與NPP在柵格尺度上呈現(xiàn)顯著的權(quán)衡作用，但在縣域尺度上卻出現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)，呈現(xiàn)顯著的協(xié)同作用，而且在市域尺度上未觀察到顯著的協(xié)同或權(quán)衡作用。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的驅(qū)動因素

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的形成和變化與氣候條件、地形、土地管理和社會經(jīng)濟(jì)等因素密切相關(guān)[1-2]。參考相關(guān)文獻(xiàn)研究成果[6，13-14，25-27]，結(jié)合山西省實(shí)際情況及數(shù)據(jù)可獲得性，遵循全面性、科學(xué)性、客觀性等原則遴選了年平均溫度（X1）、年平均降雨量（X2）、坡度（X3）、海拔（X4）、植被覆蓋度（X5）、生態(tài)用地占比（X6）、單位土地面積糧食產(chǎn)量（X7）、地均GDP（X8）、第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重（X9）、城鎮(zhèn)化率（X10）、人口密度（X11）和地均財(cái)政收支出（X12）等12個(gè)指標(biāo)作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的驅(qū)動因素，進(jìn)而采用地理探測器分析比較各驅(qū)動因素對山西省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響（見表3）。

從表3可以看出，驅(qū)動各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的主導(dǎo)因素存在著差異。其中，導(dǎo)致糧食產(chǎn)量變化的主要因素（本研究選擇影響作用排名前五的因素為主導(dǎo)因素）為人口密度>海拔>單位土地面積糧食產(chǎn)量>坡度>地均財(cái)政收支出;產(chǎn)水量變化的主導(dǎo)因素依次為年平均降雨量、海拔、生態(tài)用地占比、地均財(cái)政收支出、單位土地面積糧食產(chǎn)量;導(dǎo)致土壤保持變化的主要因素依次為坡度、人口密度、地均財(cái)政收支出、生態(tài)用地占比、地均GDP;導(dǎo)致NPP變化的主要因素依次為植被覆蓋度、坡度、年平均降雨量、單位土地面積糧食產(chǎn)量、年平均溫度。

4 討 論

本文研究并量化了山西省4種重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空變化特征，并分析比較了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間相互作用的尺度依賴性，還結(jié)合地理探測器探索了導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的主導(dǎo)驅(qū)動因素，這為從時(shí)空2個(gè)維度了解山西省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化特征、識別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化驅(qū)動力提供了實(shí)證基礎(chǔ)，同時(shí)也為理解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間相互作用存在的尺度效應(yīng)提供了科學(xué)依據(jù)。

結(jié)果表明：以2000年為分界點(diǎn)，1990～2015年糧食產(chǎn)量、產(chǎn)水量和NPP表現(xiàn)為先減后增的時(shí)間變化趨勢，土壤保持呈現(xiàn)先增后減的趨勢，這些結(jié)果與Su等[25]及Liu等[26]人針對黃土高原的研究結(jié)果相似。退耕還林（草）工程自1999年實(shí)施以來，在實(shí)施初期由于耕地被大量的還林，導(dǎo)致了2000年糧食產(chǎn)量的降低，但后期由于退耕還林任務(wù)量減少[28]，以及國家對農(nóng)業(yè)的支持和糧食單產(chǎn)能力的提升，導(dǎo)致在2015年的糧食產(chǎn)量服務(wù)明顯提升;而且該工程通過增強(qiáng)土壤的保持能力，從而導(dǎo)致潛在土壤侵蝕減少和實(shí)際的土壤保持量的下降[29]。本研究還發(fā)現(xiàn)尺度增加時(shí)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間分布更加均一化，這與Su等[27]人的研究結(jié)果一致，這是由于當(dāng)由1 km柵格尺度匯總到其他更大的行政尺度時(shí)，不同土地利用類型的組成和配置的更加“均勻化”導(dǎo)致了更大尺度上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間差異縮小[18]。地理環(huán)境的空間異質(zhì)性將在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡和協(xié)同作用的動態(tài)變化中產(chǎn)生尺度效應(yīng)。本研究發(fā)現(xiàn)在不同尺度上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間關(guān)系的強(qiáng)度和方向存在差異，這意味著決策者在制定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理政策時(shí)，要注意適應(yīng)各自合適的空間尺度。此外，本研究發(fā)現(xiàn)各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的主導(dǎo)因素是不盡一致的，但都存在著自然、土地管理和社會經(jīng)濟(jì)綜合驅(qū)動的特征，而非單一的自然或社會經(jīng)濟(jì)條件獨(dú)自驅(qū)動[6，13，27]。因此，在調(diào)控驅(qū)動因素時(shí)，可多因素綜合調(diào)控發(fā)力以改善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力。

本研究考慮了3個(gè)尺度，而更多尺度上（如各種柵格大小、景觀尺度、流域尺度等）的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系還是未知的，需要進(jìn)一步去探討。而且，研究得到的驅(qū)動力結(jié)果是整個(gè)山西省的平均水平。由于自然地理和社會經(jīng)濟(jì)條件的地區(qū)差異，在山西省內(nèi)部不同地區(qū)的主導(dǎo)驅(qū)動因素可能也存在差異，探索具有空間分異性特征的驅(qū)動力研究應(yīng)在今后進(jìn)一步加強(qiáng)。

5 結(jié) 論

（1） 1990～2015年，山西省平均糧食產(chǎn)量、產(chǎn)水量和NPP先減少后增加，平均土壤保持量呈現(xiàn)先增加后減少的時(shí)間變化趨勢。隨著尺度的增加，由于不同土地利用類型的組成和配置的“均勻化”，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)呈現(xiàn)出更加“空間均一化”的空間分布特征。

（2） 不同尺度上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間關(guān)系的強(qiáng)度和方向存在著差異，證實(shí)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間權(quán)衡與協(xié)同作用的尺度效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)隨著尺度的增加，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間關(guān)系對的數(shù)量存在著減少的趨勢。

（3） 糧食產(chǎn)量變化的主導(dǎo)因素為人口密度、海拔、單位土地面積糧食產(chǎn)量、坡度和地均財(cái)政收支出;產(chǎn)水量變化的主導(dǎo)因素為年平均降雨量、海拔、生態(tài)用地占比、地均財(cái)政收支出和單位土地面積糧食產(chǎn)量;土壤保持變化的主導(dǎo)因素為坡度、人口密度、地均財(cái)政收支出、生態(tài)用地占比和地均GDP;NPP變化的主導(dǎo)因素為植被覆蓋度、坡度、年平均降雨量、單位土地面積糧食產(chǎn)量、年平均溫度。5795460B-2C22-496F-B722-880663CF3290

參考文獻(xiàn)：

[1] DAILY，G C，MATSON，P A.Ecosystem services：From theory to implementation[J].PNAS，2008，105：9455-9456.

[2] Millennium Ecosystem Assessment.Ecosystems and human well-being[R].Washington，DC：World Resources Institute，2005.

[3] CARPENTER，S R，MOONEY，H A，AGARD，J，et al.Science for managing ecosystem services：beyond the millennium ecosystem assessment[J].PNAS，2009，106：1305-1312.

[4] 鄭德鳳，郝帥，呂樂婷，等.三江源國家公園生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空變化及權(quán)衡-協(xié)同關(guān)系[J].地理研究，2020，39（1）：64-78.

[5] 崔亞琴，樊蘭英，劉隨存，等.山西省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2019，39（13）：4732-4740.

[6] 孫小銀，郭洪偉，廉麗姝，等.南四湖流域產(chǎn)水量空間格局與驅(qū)動因素分析[J].自然資源學(xué)報(bào)，2017，32（4）：669-679.

[7] 熊文，孫曉玉，彭開達(dá)，等.漢江下游平原典型區(qū)域水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評價(jià)[J].人民長江，2020，51（8）：71-77.

[8] 謝高地，甄霖，魯春霞，等.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給、消費(fèi)和價(jià)值化[J].資源科學(xué)，2008，30（1）：93-99.

[9] 楊曉楠，李晶，秦克玉，等.關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡關(guān)系[J].地理學(xué)報(bào)，2015，70（11）：1762-1773.

[10] 王曉峰，馬雪，馮曉明，等.重點(diǎn)脆弱生態(tài)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系時(shí)空特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2019，39（20）：7344-7355.

[11] 李婷，李晶，王彥澤，等.關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)固碳服務(wù)空間流動及格局優(yōu)化[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，50（20）：3953-3969.

[12] 王萌輝，白中科，董瀟楠.基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需的陜西省土地整治空間分區(qū)[J].中國土地科學(xué)，2018，32（11）：73-80.

[13] 齊靜，鄧偉，周渝，等.三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空演變及驅(qū)動力[J].人民長江，2020，51（1）：113-119.

[14] 歐陽曉，賀清云，朱翔.多情景下模擬城市群土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響：以長株潭城市群為例[J].經(jīng)濟(jì)地理，2020，40（1）：93-102.

[15] 丁輝，安金朝.黃河上游甘南段生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算[J].人民黃河，2015，37（5）：74-76.

[16] 王川，劉春芳，烏亞汗，等.黃土丘陵區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間格局及權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系：以榆中縣為例[J].生態(tài)學(xué)雜志，2019，38（2）：521-531.

[17] LIU L，ZHANG H，GAO Y，et al.Hotspot identification and interaction analyses of the provisioning of multiple ecosystem services：Case study of Shaanxi Province，China[J].Ecological Indicators，2019，107：105566.

[18] XU S，LIU Y，WANG X，et al.Scale effect on spatial patterns of ecosystem services and associations among them in semi-arid area：A case study in Ningxia Hui Autonomous Region，China[J].Science of the Total Environment，2017，598：297-306.

[19] 趙文亮，賀振，賀俊平，等.基于MODIS-NDVI的河南省冬小麥產(chǎn)量遙感估測[J].地理研究，2012，31（12）：2310-2320.

[20] YANG M，GAO X，ZHAO X，et al.Scale effect and spatially explicit drivers of interactions between ecosystem services：a case study from the loess plateau[J].Science of the Total Environment，2021，785：147389.

[21] ZHANG L，HICKEL K，DAWES W R，et al.A rational function approach for estimating mean annual evapotranspiration[J].Water Resources Research，2004，40（2）：W02502.

[22] RENARD K G，F(xiàn)OSTER G R，WEESIES G A，et al.Predicting soil erosion by water：A guide to conservation planning with the revised universal soil loss equation（RUSLE）[M].Washington，DC：Agricultural Handbook，1997.5795460B-2C22-496F-B722-880663CF3290

[23] WANG J，LI X，CHRISTAKOS G，et al.Geographical detectors-based health risk assessment and its application in the neural tube defects study of theHeshun Region，China[J].International Journal of Geographical Information Science，2010，24（1）：107-127.

[24] 王勁峰，徐成東.地理探測器：原理與展望[J].地理學(xué)報(bào)，2017，72（1）：116-134.

[25] SU C，F(xiàn)U B.Evolution of ecosystem services in the Chinese Loess Plateau under climatic and land use changes[J].Global & Planetary Change，2013，101：119-128.

[26] LIU Y，LYU Y，F(xiàn)U B，et al.Quantifying the spatio-temporal drivers of planned vegetation restoration on ecosystem services at a regional scale[J].Science of the Total Environment，2018，650：1029-1040.

[27] SU C，DONG M，F(xiàn)U B，et al.Scale effects of sediment retention，water yield and NPP：a case study of the Chinese Loess Plateau[J].Land Degradation & Development，2020，31：1408-1421.

[28] 劉璨.我國退耕還林工程對糧食產(chǎn)量影響的分析與測度[J].林業(yè)經(jīng)濟(jì)，2015，37（9）：51-65.

[29] 劉強(qiáng).山西退耕還林成效及后續(xù)政策研究[J].山西林業(yè)，2016（5）：6-7.

（編輯：黃文晉）

Multi-scale characteristics of interaction and driving factors of ecosystem service in Shanxi Province

GUO Baoxiang1，NIE Yuming2，ZHANG Ruigang3，GUO Yongshan4

（1.Liaocheng Dongchangfu Drainage and Irrigation Engineering Service Center，Liaocheng 252000，China; 2.Liaocheng Dongchangfu District Water Resources Bureau，Liaocheng 252000，China; 3.College of Hydraulic and Environment Engineering，China Three Gorges University，Yichang 443002，China; 4.Upstream Hydrology and Water Resources Bureau，Yellow River Conservancy Committee，Lanzhou 730030，China）

Abstract：

Clarifying the spatio-temporal variation，trade-off/synergy and driving factors of ecosystem services can provide a theoretical basis for the sustainable development of ecosystems.Taking Shanxi Province as an example，we quantified the regional grain production，water yield，soil retention and Net Primary Productivity （NPP） in 1990，2000 and 2015，and analyzed the spatial patterns and interactions of ecosystem services at the grid，county and municipality scales，and identified the dominant drivers of ecosystem service changes by using the Geodetector.The results showed that from 1990 to 2015，the average grain production，water yield and NPP decreased first and then increased，while the average soil retention increased first and then decreased.As the scale increased，the distribution of ecosystem services became more “spatial homogenization”，and the number of relationship pairs between ecosystem services decreased.The dominant factors of various ecosystem service changes were different，but they were all driven by nature，land management and social economy.

Key words：

ecosystem service;spatio-temporal variation;trade-off and synergy;driving factors;Shanxi Province5795460B-2C22-496F-B722-880663CF3290