劉永婷,楊 釗,徐光來(lái),楊強(qiáng)強(qiáng),劉世杰,何開(kāi)玲

1 安徽師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院, 蕪湖 241003

2 安徽省江淮流域地表過(guò)程與區(qū)域響應(yīng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 蕪湖 241003

生態(tài)系統(tǒng)是人類(lèi)社會(huì)的重要組成部分,為人類(lèi)生存和發(fā)展提供了一系列至關(guān)重要的服務(wù)和功能[1]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(Ecosystem Services, ES)是生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類(lèi)福祉的貢獻(xiàn),為人類(lèi)的生存和社會(huì)發(fā)展提供了自然物質(zhì)基礎(chǔ)[1—3]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(Ecosystem Service Value, ESV)作為表征生態(tài)安全程度的重要指標(biāo),是評(píng)估生態(tài)保護(hù)成效的手段,為區(qū)域生態(tài)保護(hù)和生態(tài)文明建設(shè)提供科學(xué)參考[4—7]。在快速城鎮(zhèn)化進(jìn)程中,土地利用/覆被利用強(qiáng)度逐漸增大,進(jìn)而引起區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能及其服務(wù)的變化,同時(shí)對(duì)人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展造成極大威脅[8—11]。定量分析區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分異特征,探討其與人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度在不同尺度上的空間關(guān)聯(lián)特征,對(duì)協(xié)調(diào)人地關(guān)系,區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)管理和可持續(xù)發(fā)展具有重要作用[12—14]。目前,許多學(xué)者雖對(duì)人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度與ES的空間分布及其相互關(guān)系進(jìn)行了研究,但人類(lèi)活動(dòng)與ES之間的線性或非線性關(guān)系仍不清楚[15]。人類(lèi)活動(dòng)與ES的耦合關(guān)系較為復(fù)雜,具有較大的空間異質(zhì)性和尺度依賴性,它們之間的關(guān)系因研究區(qū)域的自然特征和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的變化而發(fā)生改變[16—17]。相對(duì)縣域行政單元,較小尺度上的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)可以為上一級(jí)行政單元提供更精確的數(shù)據(jù)支持[18]。開(kāi)展縣域和鄉(xiāng)鎮(zhèn)空間尺度下對(duì)比分析研究,考慮不同因素,對(duì)人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度的空間特征進(jìn)行量化,剖析微觀區(qū)域ESV空間差異,進(jìn)而對(duì)生態(tài)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià),利于生態(tài)系統(tǒng)的精細(xì)管理,為制定針對(duì)性的生態(tài)政策,實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的修復(fù)保護(hù)提供參考依據(jù)[19—20]。

人類(lèi)活動(dòng)通過(guò)改變土地利用/覆蓋直接影響ES的空間分布,社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素改變了一個(gè)或多個(gè)直接驅(qū)動(dòng)因素間接影響ES之間的關(guān)系[21—23]。ES空間異質(zhì)性的內(nèi)在機(jī)理有待進(jìn)一步明晰,如何定量識(shí)別影響ES空間分異的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)指標(biāo)以及主導(dǎo)影響因子交互作用機(jī)制,現(xiàn)已成為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的重要前沿議題[23—25]。由于自然因素和生態(tài)過(guò)程的區(qū)域分異,ES具有顯著的空間異質(zhì)性,在不同空間尺度上,利益相關(guān)者對(duì)各類(lèi)型ES實(shí)際需求和重視程度不同,ES與其驅(qū)動(dòng)因素的關(guān)系強(qiáng)度也可能因空間尺度不同而存在差異[26—27]。目前,ES對(duì)社會(huì)生態(tài)驅(qū)動(dòng)因素的線性或非線性響應(yīng)隨空間尺度變化的研究相對(duì)較少,基于不同尺度對(duì)區(qū)域內(nèi)ES與自然、社會(huì)驅(qū)動(dòng)因素的研究,可以協(xié)助決策者在不同空間尺度制定相應(yīng)的管理策略,從而為生態(tài)安全建設(shè)提供相應(yīng)的理論支撐[26—28]。鑒于此,本文以皖南國(guó)際旅游文化示范區(qū)(簡(jiǎn)稱示范區(qū))為案例地,應(yīng)用探索性空間數(shù)據(jù)分析方法厘清縣域和鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度的ESV空間上的分布特征,基于四象限模型衡量人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度與ESV之間耦合關(guān)系,并運(yùn)用相關(guān)性分析和地理探測(cè)器基于縣域和鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度來(lái)厘清ESV與自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因素之間的關(guān)系,將宏觀和微觀尺度分析的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合,深入地評(píng)估驅(qū)動(dòng)因素如何影響ESV的空間格局,為決策者在不同空間尺度制定區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)平衡的“雙贏”政策,更加有效地實(shí)施生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理,為示范區(qū)的山水林田湖草生態(tài)保護(hù)和生態(tài)文明建設(shè)提供基礎(chǔ)性參考。

1 研究區(qū)概況

圖1 皖南國(guó)際旅游文化示范區(qū)的地理位置及高程 Fig.1 Geographical location and elevation in the International Tourism and Culture Demonstration Zone of the South Anhui Province

示范區(qū)位于安徽省的南部地區(qū),包括7市、47個(gè)縣(市、區(qū)),面積5.7萬(wàn)km2(圖1)。示范區(qū)屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),森林、濕地和水域是示范區(qū)主要的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型,這些生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定空間格局對(duì)研究區(qū)乃至全省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要的作用。示范區(qū)由于其優(yōu)越的地理?xiàng)l件和生態(tài)環(huán)境,旅游資源稟賦極高,自然和人文景觀相得益彰,具有較好的生態(tài)支撐能力。2009年皖南國(guó)際文化旅游示范區(qū)設(shè)立,示范區(qū)城鎮(zhèn)化步伐加快和旅游經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,至2019年底,區(qū)內(nèi)平均城鎮(zhèn)化率達(dá)到58.06%,旅游總收入4436.48億元,占全省比重的52.0%。近年來(lái),部分區(qū)域土地資源的不合理開(kāi)發(fā)和利用,水土流失現(xiàn)象嚴(yán)重,生態(tài)脆弱區(qū)增多[29]。這些條件嚴(yán)重影響了研究區(qū)的生態(tài)特性、生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),造成了水土資源的破壞和生態(tài)系統(tǒng)的破碎化。因此,厘清人類(lèi)活動(dòng)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的耦合關(guān)系,利于實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展和全面提升居民生活福祉。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)獲取與處理

本文土地利用/覆被數(shù)據(jù)以2019年Landsat8 OLI遙感影像為主要數(shù)據(jù)源(地理空間數(shù)據(jù)云,http:www.gscloud.cn),基于ENVI5.2軟件,通過(guò)人工目視解譯,依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 21010—2017)及研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)特征,采用面向?qū)ο蠓诸?lèi)法分為：耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地,并依據(jù)同期Google Earth、天地圖高清影像對(duì)人工選取的各地類(lèi)感興趣區(qū)(Region of Interest,ROI)進(jìn)行目視校準(zhǔn),獲得示范區(qū)2019年分辨率為30m×30m土地利用分類(lèi)數(shù)據(jù),隨機(jī)選取400個(gè)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證,總分類(lèi)精度達(dá)90.61%,kappa系數(shù)為0.89,滿足應(yīng)用精度要求。計(jì)算2019年各生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值所用的糧食作物產(chǎn)量、糧食種植面積及糧食價(jià)格等資料來(lái)源于《安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》和《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》。

本文驅(qū)動(dòng)因子指標(biāo)主要選擇影響ESV的自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素,并利用K-Means分類(lèi)對(duì)各驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行空間離散化形成類(lèi)型。高程(DEM)數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云；坡度基于DEM提??；氣溫和降水觀測(cè)資料均來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn),以研究區(qū)37個(gè)氣象站2019年的數(shù)據(jù)為參數(shù),運(yùn)用ArcGIS 10.3的普通克里金插值法獲取年均氣溫和降水量的柵格數(shù)據(jù)；土地墾殖率和人為影響綜合指數(shù)(Human Active Index, HAI)結(jié)合實(shí)際并參考相關(guān)文獻(xiàn)計(jì)算[18,30—31]；道路密度和水網(wǎng)密度基于ArcGIS 10.3軟件利用2019年道路、水體的矢量數(shù)據(jù)計(jì)算(http://www.webmap.cn/)；2019年夜間燈光遙感數(shù)據(jù)(DMSP/OLS)來(lái)自美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)；2019年歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)和人口密度數(shù)據(jù)均來(lái)自中科院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn)。為便于空間數(shù)據(jù)的分析處理,以上所有數(shù)據(jù)均基于ArcGIS10.3平臺(tái)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的空間坐標(biāo)系(WGS_1984_UTM_zone_50N)。

2.2 研究方法

2.2.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估

本文依據(jù)謝高地等[7,32]的ESV當(dāng)量因子法,根據(jù)研究區(qū)單位面積平均實(shí)際糧食產(chǎn)量和同期全國(guó)單位面積糧食產(chǎn)量,以此得出研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量?jī)r(jià)值的修正系數(shù),確定了1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。依據(jù)示范區(qū)土地利用類(lèi)型的特征,將土地利用分類(lèi)價(jià)值當(dāng)量與最接近謝高地的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型相聯(lián)系,耕地對(duì)應(yīng)農(nóng)田；林地對(duì)應(yīng)森林,即針闊混交、闊葉與灌木的平均值；草地取灌草叢和草甸的平均值；水域?qū)?yīng)水系；未利用地對(duì)應(yīng)裸地,建筑用地系數(shù)參考已有研究[32—33]。相關(guān)計(jì)算公式詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[32]。

2.2.2ESV空間異質(zhì)性

2.2.3生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)

生態(tài)質(zhì)量受到自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等多種因素的制約,其優(yōu)劣程度與NDVI和不透水建筑面積有密切關(guān)系[36]。目前,許多學(xué)者主要基于景觀格局、構(gòu)建綜合指標(biāo)體系和遙感綜合生態(tài)指數(shù)等方法量化生態(tài)質(zhì)量?jī)?yōu)劣[37—39]。本研究通過(guò)衡量ESV和人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度的耦合關(guān)系來(lái)刻畫(huà)區(qū)域生態(tài)質(zhì)量。由于NDVI一般代表區(qū)域綠度,是衡量生態(tài)環(huán)境優(yōu)劣的重要指標(biāo)[40]。人類(lèi)活動(dòng)是導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境退化的主要驅(qū)動(dòng)因素,因此,區(qū)域人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度通過(guò)NDVI和人為干擾兩個(gè)方面綜合測(cè)算[41]。人類(lèi)活動(dòng)頻率、人口聚集和經(jīng)濟(jì)發(fā)展通常被認(rèn)為是人為干擾的主要因素,這些活動(dòng)可以加強(qiáng)ESV的空間異質(zhì)性。本文選取了NDVI、夜間燈光、人口密度、土地墾殖率和道路密度來(lái)衡量區(qū)域人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度。其中,NDVI是負(fù)指標(biāo),說(shuō)明NDVI值越大,人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度越低,其他四個(gè)因子為正指標(biāo),值越大,人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度越高[17,42]。由于不同指標(biāo)數(shù)量級(jí)及量綱存在差異,為消除其對(duì)計(jì)算結(jié)果造成的影響,對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,以降低隨機(jī)因素干擾。基于層次分析法和熵值法相結(jié)合的主客觀賦權(quán)法計(jì)算各指標(biāo)相應(yīng)的權(quán)重[43—46]?；?0位本領(lǐng)域高?？蒲腥藛T的主觀賦權(quán)意見(jiàn),邀請(qǐng)5位專家(人文地理學(xué)專家3名,生態(tài)學(xué)專家2名)依據(jù)各指標(biāo)對(duì)ESV影響作用的強(qiáng)弱，分別對(duì)五個(gè)指標(biāo)進(jìn)行排序,由此構(gòu)造指標(biāo)間兩兩判斷矩陣,再由各專家判斷矩陣幾何平均得到群決策矩陣,并進(jìn)行一致性檢驗(yàn),確定指標(biāo)主觀權(quán)重。使用熵權(quán)法對(duì)指標(biāo)權(quán)重客觀賦值,再利用最小信息熵原理對(duì)主客觀權(quán)重進(jìn)行綜合,確定各指標(biāo)權(quán)重(表1)。

(1)

式中：wi：綜合權(quán)重,w1i：層次分析法計(jì)算的主觀權(quán)重,w2i：熵值法計(jì)算客觀權(quán)重[46]。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

圖2 生態(tài)質(zhì)量四象限模型[17]Fig.2 Four-quadrant evaluation of ecological quality

四象限模型是基于定性與定量研究相結(jié)合來(lái)分析房地產(chǎn)市場(chǎng)變化的一種工具[47—48]。隨著學(xué)科的融合和發(fā)展,該模型逐漸應(yīng)用于研究水資源價(jià)值、文旅融合、景觀生態(tài)質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量等方面[17,47—49]。本文采用四象限模型基于縣域和鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度衡量人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度與ESV之間耦合關(guān)系,探究區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及空間分異特征。該模型以人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度為橫軸,ESV為縱軸,構(gòu)建出四象限模型,基于jenks分級(jí)方法將ESV和人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度劃分區(qū)間,并依據(jù)ESV與人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度耦合關(guān)系,劃分為優(yōu)質(zhì)、良好、一般和劣質(zhì)四個(gè)分區(qū)[17,48](圖2和表2)。

2.2.4自然-社會(huì)因子驅(qū)動(dòng)力分析

ESV空間分異受到自然和人文社會(huì)經(jīng)濟(jì)多種因素綜合作用。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和研究區(qū)實(shí)際社會(huì)-生態(tài)環(huán)境背景,選擇了年均氣溫(X1)、降水量(X2)、DEM(X3)、坡度(X4)、水網(wǎng)密度(X5)、NDVI(X6)、HAI(X7)、土地墾殖率(X8)、夜間燈光(X9)、人口密度(X10)和道路密度(X11)11個(gè)代表性自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子。基本包括氣候、地形、水系、植被覆蓋、農(nóng)業(yè)活動(dòng)、人口聚集和城鎮(zhèn)建設(shè)等方面,且具有較好的獨(dú)立性?？h域和鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度是進(jìn)行景觀空間規(guī)劃和管理決策的基本尺度[28],本研究基于縣域和鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政單元研究尺度,運(yùn)用地理探測(cè)器模型探測(cè)影響ESV空間分異的因子貢獻(xiàn)率和兩因子交互作用對(duì)ESV的解釋力[50—52]。

表2 縣域生態(tài)質(zhì)量四象限分區(qū)

3 結(jié)果分析

3.1 示范區(qū)ESV空間分異特征

圖3 縣域和鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度下ESV的熱點(diǎn)分析Fig.3 Getis-Ord scores of ESV at different scale

3.2 基于四象限模型的生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)

在四象限模型的基礎(chǔ)上,對(duì)生態(tài)質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià),示范區(qū)的生態(tài)質(zhì)量空間分布因研究尺度不同存在一定的差異(圖4)。縣域尺度上,生態(tài)質(zhì)量良好的縣(區(qū))的面積較大,占總面積的60%以上,生態(tài)質(zhì)量低的縣域較少。QI、QII和QIII的縣數(shù)分別為15、17和15個(gè),分別占總面積的59.39%、31.15%和9.46%。QI和QII主要分布在示范區(qū)的南部山地丘陵區(qū),QIII主要集中分布在沿江平原地區(qū)。鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上,大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)屬于生態(tài)質(zhì)量一般區(qū),部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)屬于生態(tài)質(zhì)量劣質(zhì)區(qū),而生態(tài)良好和優(yōu)質(zhì)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量較少。QI和QII主要分布在示范區(qū)的南部,約占研究區(qū)域的50%,而QIII和QIV主要集中在沿江平原地區(qū)。QI、QII、QIII和QIV的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)分別為38、284、206和15個(gè),分別占總面積的16.77%、48.89%、29.76%和4.58%。生態(tài)質(zhì)量劣質(zhì)區(qū)主要分布在沿江平原地區(qū),生態(tài)質(zhì)量一般區(qū)分布在研究區(qū)域南部和西部地區(qū),其他地區(qū)分布比較零星。從地貌特征上可以看到,這些生態(tài)質(zhì)量良好區(qū)主要分布在皖南低山丘陵和皖西生態(tài)資源比較豐富的地區(qū),生態(tài)質(zhì)量較差區(qū)主要分布在沿江平原城鄉(xiāng)建設(shè)用地比例高及耕地資源豐富的地區(qū)。

圖4 縣域和鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度下生態(tài)質(zhì)量四象限分布Fig.4 The four-quadrant distribution of ecological quality at different scale

3.3 ESV驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析

為保證驅(qū)動(dòng)因子選擇的合理性和科學(xué)性,利用相關(guān)分析對(duì)ESV與自然-人文驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行檢驗(yàn),并判別驅(qū)動(dòng)因子對(duì)ESV的作用力方向(圖5)。在縣域尺度上,除了X1外,ESV與各因子的相關(guān)性均通過(guò)顯著性水平檢驗(yàn),X2、X3、X4、X5、X6和ESV之間存在正相關(guān)關(guān)系,其他則存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。在鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上,X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11與ESV的相關(guān)性相對(duì)較高,均達(dá)到顯著性水平,其他因子的相關(guān)性較低。

圖5 ESV驅(qū)動(dòng)因子相關(guān)性分析Fig.5 Correlation analysis of driving forces for ESV at different scale*：通過(guò)0.05的顯著性水平檢驗(yàn)；**：通過(guò)0.01的顯著性水平檢驗(yàn)

基于地理探測(cè)器計(jì)算各探測(cè)因子對(duì)示范區(qū)縣域和鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度ESV的探測(cè)力q統(tǒng)計(jì)值及顯著性檢驗(yàn),并定量識(shí)別其空間異質(zhì)性特征(圖6)。同一因子因空間尺度不同對(duì)ESV的作用強(qiáng)度(q值)存在顯著差異。各驅(qū)動(dòng)因子之間存在交互作用,雙因子或非線性地加強(qiáng)了對(duì)ESV空間分布的解釋力?？h域尺度上,除X1外,其他探測(cè)因子q值均通過(guò)0.05水平的顯著性檢驗(yàn),對(duì)ESV的空間分異特征具有較強(qiáng)的解釋力。影響縣域ESV空間分異的第一主導(dǎo)因素是X5(q=0.88),第二主導(dǎo)因子是X10(q=0.50),其次是X9(q=0.39)、X11(q=0.36)、X7(q=0.34)和X6(q=0.27),均通過(guò)了0.01的顯著性檢驗(yàn),表明上述因子的解釋貢獻(xiàn)度較高。主導(dǎo)交互因子為q(X5∩X8),q值為0.98,即這組因子的交互作用能在98%的程度上解釋縣域ESV空間分異特征。X5、X10與其他驅(qū)動(dòng)因子交互作用均在0.50以上,進(jìn)一步驗(yàn)證了X5和X10對(duì)ESV空間分異特征的解釋力高于其它驅(qū)動(dòng)因素。鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上,除X1和X3外,其他影響因子q值均通過(guò)0.05水平的顯著性檢驗(yàn),具有相當(dāng)?shù)慕忉屪饔?。X5(q=0.28)和X7(q=0.05)對(duì)ESV空間分異特征的解釋力較強(qiáng),且通過(guò)了0.01的顯著性檢驗(yàn),其次是X4(q=0.04)和X6(q=0.04),是ESV的空間分異的重要影響因素,而X2(q=0.02)、X9(q=0.02)和X10(q=0.02)解釋貢獻(xiàn)度相對(duì)較小,是ESV的空間分異基礎(chǔ)性影響因子。交互主導(dǎo)因子為q(X5∩X6),q值為0.52,進(jìn)一步驗(yàn)證了X5和X6是ESV空間差異的重要驅(qū)動(dòng)因子。

圖6 示范區(qū)ESV驅(qū)動(dòng)力交互探測(cè)結(jié)果Fig.6 Interactive detection results of driving forces for ESV at different scale

由上述分析可知,年均氣溫在示范區(qū)內(nèi)空間差異相對(duì)較小,對(duì)ESV空間分布的影響不顯著。水網(wǎng)密度、HAI、人口密度、NDVI和路網(wǎng)密度等因子之間交互作用顯著影響示范區(qū)ESV空間分異特征,除水網(wǎng)密度(X5)外,其他各驅(qū)動(dòng)因子在縣域和鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上對(duì)ESV影響程度存在一定差異。在交互作用探測(cè)中,各因子對(duì)ESV空間分布影響的差異性表現(xiàn)顯著,在縣級(jí)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上均呈現(xiàn)出較強(qiáng)的雙因子增強(qiáng)交互作用。任意兩兩驅(qū)動(dòng)因素交互作用后,對(duì)ESV空間分布的影響力均存在協(xié)同增強(qiáng)的作用,說(shuō)明研究區(qū)ESV空間異質(zhì)性是受多種因素協(xié)同交互的影響。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快,人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的干擾明顯增強(qiáng),生態(tài)質(zhì)量是人類(lèi)活動(dòng)干擾與生態(tài)系統(tǒng)自身穩(wěn)定性的綜合反映[30]。生態(tài)質(zhì)量模型反映了人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度與ESV在相互影響和制約下的耦合關(guān)系[54]。示范區(qū)人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度與ESV耦合程度因空間尺度不同而存在很大差異?？h域生態(tài)狀況總體較好,生態(tài)質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)區(qū)約占總面積的60%,生態(tài)質(zhì)量較差的縣區(qū)較少,只占總面積的9.46%,主要集中在沿江經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地區(qū),這與以往的研究相一致[36]。鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)狀況主要分布在QI、QII和QIII,而只有4.58%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布在高度耦合的QIV。人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度與ESV的耦合關(guān)系在研究區(qū)基本協(xié)調(diào)一致,生態(tài)質(zhì)量則表現(xiàn)出明顯的地域性差異。皖南山地丘陵區(qū)具有很大的生態(tài)優(yōu)勢(shì)和豐富的森林資源,由于山區(qū)多,交通不便,人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度與ESV耦合程度較高。沿江平原地區(qū),人口密度大,城鎮(zhèn)建設(shè)用地?cái)U(kuò)大,生態(tài)資源被占用和破壞現(xiàn)象較為嚴(yán)重,人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度與ESV的耦合程度較低。改善人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度與ESV之間的耦合關(guān)系將是一個(gè)長(zhǎng)期而漸進(jìn)的過(guò)程[17]。對(duì)于示范區(qū)人口密度高、ESV低的鄉(xiāng)鎮(zhèn),應(yīng)進(jìn)一步采取針對(duì)性的可持續(xù)生態(tài)恢復(fù)措施,協(xié)調(diào)人與環(huán)境的耦合關(guān)系[55]。

自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素因空間尺度不同而存在異質(zhì)性,在不同的尺度上對(duì)ES產(chǎn)生影響方向和程度也可能存在差異[56—57]。了解ES和驅(qū)動(dòng)因素之間關(guān)系的多尺度特性,利于ES的分級(jí)治理和促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展[58]。自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素共同主導(dǎo)示范區(qū)ESV的空間分布特征,這些因素對(duì)示范區(qū)ESV空間分異的作用強(qiáng)弱因空間尺度不同而存在一定程度的變化。社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素在縣域尺度上對(duì)ESV空間異質(zhì)性的影響力高于自然因素,鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上,ESV空間分異特征是自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素綜合作用的結(jié)果。水網(wǎng)密度、HAI、人口密度、NDVI和路網(wǎng)密度是縣域和鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度下ESV空間分異的主要驅(qū)動(dòng)因子,降水量雖然對(duì)ESV空間分異的解釋力較小,但仍然是ESV空間分異不可或缺的因素。沿江平原地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,人口密度逐漸增大,經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展帶動(dòng)土地城鎮(zhèn)化速度加快,在此過(guò)程中植被減少,加大了對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)威脅。南部地區(qū)主要是山地和丘陵,土地利用和人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模相較于沿江平原地帶較小,植被覆蓋度較高,破碎化程度低,受人類(lèi)活動(dòng)干擾小,ESV保持在較高水平。因此,區(qū)域內(nèi)ESV的空間分異主要受制于人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度,其原因是人口密度的增加造成耕地及建設(shè)用地侵占其他生態(tài)類(lèi)型用地,加重了周邊城鎮(zhèn)地區(qū)的生態(tài)壓力。針對(duì)生態(tài)質(zhì)量較差的鄉(xiāng)鎮(zhèn),未來(lái)加大保護(hù)自然環(huán)境的力度,不適宜耕作的區(qū)域恢復(fù)成林地或?yàn)┩?實(shí)施生態(tài)修復(fù)和恢復(fù)生物多樣性,對(duì)林地和水域進(jìn)行科學(xué)合理的旅游景區(qū)開(kāi)發(fā),提升其文化服務(wù)價(jià)值,在一定程度上可以保障該區(qū)域生態(tài)安全。

本文運(yùn)用了價(jià)值當(dāng)量因子法,并考慮示范區(qū)實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行了修正,但評(píng)估結(jié)果與實(shí)際價(jià)值可能會(huì)存在一定差異,如何實(shí)現(xiàn)對(duì)ESV更為精確的估算是今后一個(gè)重要的研究方向。本文基于多尺度視角僅探討了人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度與ESV耦合程度空間分布特征,未來(lái)將補(bǔ)充相關(guān)數(shù)據(jù)資料,進(jìn)一步探究ESV與人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度耦合關(guān)系的時(shí)空變化特征及相互作用機(jī)制。由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)多以縣域?yàn)閱卧?鄉(xiāng)鎮(zhèn)及以下尺度的數(shù)據(jù)獲取存在困難,本文未將產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生態(tài)工程措施和人為政策等因素納入到ESV格局分異機(jī)制的分析框架中。如何更精準(zhǔn)地定量研究各驅(qū)動(dòng)因子在不同尺度上對(duì)ESV的影響,尤其是人類(lèi)活動(dòng)中生態(tài)工程措施的作用將是后續(xù)研究關(guān)注的重點(diǎn)。與傳統(tǒng)研究方法相比,應(yīng)用地理探測(cè)器在分析地理現(xiàn)象空間分異并揭示其潛在影響因子方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),但其基本原理決定了在揭示驅(qū)動(dòng)要素背后影響機(jī)制時(shí)具有一定局限性[41,58]。ESV的空間異質(zhì)性是自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子復(fù)雜耦合作用的空間現(xiàn)象,在空間分布上具有耦合性的要素不一定具有直接的因果關(guān)系,僅從因子解釋貢獻(xiàn)度難以全面厘清ESV的影響機(jī)制[25,50,52]。未來(lái)將結(jié)合社會(huì)調(diào)查數(shù)據(jù),重視不同影響因素尺度效應(yīng),運(yùn)用質(zhì)性研究方法探討ESV空間異質(zhì)性的影響機(jī)制。

4.2 結(jié)論

(1)示范區(qū)ESV具有明顯的空間異質(zhì)性,其冷點(diǎn)和熱點(diǎn)區(qū)集聚性顯著,存在一定的尺度依賴性。相對(duì)于鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度,ESV冷熱點(diǎn)區(qū)在縣域尺度上分布較為集中,并呈面狀分布。

(2)示范區(qū)人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度與ESV耦合程度基本協(xié)調(diào)一致,生態(tài)質(zhì)量總體狀況較好?？h域和鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度生態(tài)狀況主要屬于生態(tài)質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)區(qū)(QI)、一般區(qū)(QII)和劣質(zhì)區(qū)(QIII),分布在高度耦合QIV的縣域和鄉(xiāng)鎮(zhèn)均較少。

(3)ESV的空間異質(zhì)性是自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子復(fù)雜耦合作用的結(jié)果,各因子對(duì)ESV空間分異的解釋力具有尺度依賴性。在交互作用探測(cè)中,各影響因素兩兩交互作用對(duì)ESV空間分異的影響力均存在協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)。