金沙江下游梯級水電工程庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值演化及權(quán)衡協(xié)同關(guān)系

趙 旭,王 浩,趙志龍,趙菲菲 (1.三峽大學(xué)水庫移民研究中心,湖北 宜昌 44300;.三峽大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,湖北 宜昌 44300;3.吉首大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院,湖南 張家界 47000)

水電工程是人類獲取自然資源,保障自身需求和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的代表性設(shè)施,社會各界普遍認(rèn)為水電工程建設(shè)與運營對生態(tài)環(huán)境造成一定的直接破壞,移民安置和土地的重新開發(fā)也對生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響。但是,水電工程也具有蓄滯洪水、優(yōu)化水資源配置和生產(chǎn)清潔能源等功能,可以改良土壤,調(diào)節(jié)氣候,改善植被生長環(huán)境,對生態(tài)環(huán)境也具有積極作用。上述這些因素均會改變各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其相互之間的關(guān)系,既可能導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化,也可能導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)改善。而庫區(qū)作為因水電工程提升水位用于蓄水而受淹沒影響的地區(qū)[1],其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化與水電工程有著密切關(guān)系[2]。因此,保護(hù)庫區(qū)生態(tài)環(huán)境是水電工程后續(xù)的工作重點,探討庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值演化及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之間的聯(lián)動關(guān)系,分析其時空格局和類型特征顯得緊迫而必要[3]。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指人類直接和間接從生態(tài)系統(tǒng)中得到的各類收益[4],是維持人類在自然環(huán)境中生存與發(fā)展的基本條件。由于人類對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的選擇偏好[5],以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的類型多樣[6]和空間分布差異[7],導(dǎo)致各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型之間關(guān)系相互作用、復(fù)雜多變,具體表現(xiàn)為此消彼長的權(quán)衡關(guān)系和同減同增的協(xié)同關(guān)系[8-9]。近年來,國內(nèi)外研究學(xué)者主要從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡協(xié)同的關(guān)系識別[10-12]和驅(qū)動機(jī)制[13-15]兩個方面進(jìn)行研究。例如,CARTER BERRY等[10]認(rèn)為墨西哥韋拉克魯斯州碳儲存與生物多樣性之間具有顯著協(xié)同效應(yīng);NIU等[11]認(rèn)為松花江流域水分保持與土壤保持、生物多樣性之間呈顯著協(xié)同關(guān)系,作物生產(chǎn)與土壤保持、水分保持之間呈權(quán)衡關(guān)系。LI等[14]認(rèn)為氣候變化是推動河西地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡協(xié)同關(guān)系變化的主要原因,氣候變暖和降水增加導(dǎo)致地表植被面積增大,改善了水分保持和糧食生產(chǎn)等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。研究方法通常采用情景模擬[16]、統(tǒng)計分析[17]和空間分析[18]等方法,其中,情景模擬法能實現(xiàn)動態(tài)的時空預(yù)測,但是未來發(fā)展的不確定性,導(dǎo)致情景設(shè)定的合理性和科學(xué)性對預(yù)測結(jié)果具有決定性影響,無法保障預(yù)測結(jié)果的可信度。統(tǒng)計分析法具有簡單便捷的特點,但是沒有考慮空間異質(zhì)性,空間分析法能有效解決這個缺陷,可以實現(xiàn)空間多尺度多變量之間相關(guān)性的分析與表達(dá)。例如,李冬花等[19]利用統(tǒng)計分析法和空間分析法,從全域和鄉(xiāng)鎮(zhèn)兩個尺度分析,認(rèn)為新安江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)以協(xié)同關(guān)系為主。雖然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡協(xié)同研究已成為生態(tài)學(xué)、地理學(xué)和管理學(xué)的研究熱點,但是,關(guān)于水電工程庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡協(xié)同關(guān)系研究相對較為薄弱,已有研究主要圍繞土地利用程度對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響[20-21]以及對庫區(qū)生態(tài)安全[22]和生態(tài)風(fēng)險[23]的評價;而庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡協(xié)同關(guān)系研究集中關(guān)注三峽水利工程庫區(qū),例如,孟浩斌等[24]認(rèn)為三峽工程庫區(qū)水源涵養(yǎng)、土壤保持、碳固持和生物多樣性維持服務(wù)之間均呈協(xié)同關(guān)系,原因是三峽工程建設(shè)改變了庫區(qū)水熱條件,進(jìn)而改善植被生長環(huán)境,提高了土壤抗沖蝕能力。喇蕗夢等[25]認(rèn)為三峽工程庫區(qū)秭歸縣產(chǎn)水量與碳儲量、土壤保持之間呈權(quán)衡關(guān)系,碳儲量與土壤保持之間呈協(xié)同關(guān)系。

通過上述文獻(xiàn)梳理發(fā)現(xiàn),將統(tǒng)計分析法和空間分析法兩種方法相結(jié)合進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡協(xié)同的關(guān)系識別是較為主流的研究方法,具有研究方法成熟、數(shù)據(jù)易獲取和結(jié)論可靠的特點;同時,關(guān)注水電工程庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的研究較少,而且均是圍繞三峽工程庫區(qū)開展,而由于三峽工程的唯一性和特殊性,需開展更多的大型水電工程庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及權(quán)衡協(xié)同關(guān)系研究,豐富水電工程庫區(qū)生態(tài)保護(hù)研究成果。目前,金沙江下游(即攀枝花至宜賓段)水能資源已基本開發(fā)完畢,依次建設(shè)完工了烏東德、白鶴灘、溪洛渡和向家壩4座世界級巨型梯級水電站。通過對金沙江下游梯級水電工程庫區(qū)(簡稱金沙江庫區(qū))生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的量化與分析,采用相關(guān)分析法和空間自相關(guān)法等方法,基于“時間+空間”維度和“全域+鄉(xiāng)鎮(zhèn)”尺度,分析金沙江庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系,研究成果可為金沙江下游地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù),對維護(hù)區(qū)域水電生態(tài)安全具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

金沙江庫區(qū)內(nèi)向家壩、溪洛渡、白鶴灘和烏東德4座梯級水電站總裝機(jī)容量達(dá)到4 600萬kW·h,正常蓄水水位分別達(dá)到380、600、825和975 m,形成7.68萬km2的庫區(qū)。庫區(qū)范圍涉及四川和云南2省7市(州)26縣(區(qū)),地理坐標(biāo)為24°53′ N～29°58′ N,100°36′ E～105°41′ E(圖1),橫跨青藏高原(第一級階梯)與云貴高原(第二級階梯),地勢起伏較大,海拔介于265～4 137 m之間,以山地、丘陵為主,是歐亞大陸生物群落最富集的地區(qū),是我國主要林業(yè)生產(chǎn)基地和長江上游水源區(qū),也是中國長江上游重要生態(tài)屏障;氣候?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū),多年平均降水量約900 mm,夏季濕潤,冬季干燥,形成以干熱河谷為基帶的復(fù)雜立體氣候。區(qū)域主要為民族地區(qū),經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展緩慢,生產(chǎn)生活水平較低,礦產(chǎn)資源豐富,生態(tài)環(huán)境脆弱,發(fā)展與保護(hù)相結(jié)合是該區(qū)域?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的根本途徑。

圖1 金沙江下游梯級水電工程庫區(qū)地理位置Fig.1 Geographical location of cascade hydropower project reservoir area in the lower reaches of Jinsha River

2 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)包括土地利用數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。土地利用數(shù)據(jù)來自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn/),分辨率為30 m,包括2005、2010、2015和2018年4期;高程數(shù)據(jù)來自美國太空總署(https:∥earthdata.nasa.gov/)發(fā)布的ASTER GDEM數(shù)字高程數(shù)據(jù),空間分辨率為30 m;統(tǒng)計數(shù)據(jù)分別來自《云南統(tǒng)計年鑒》《四川統(tǒng)計年鑒》《中國農(nóng)產(chǎn)品價格調(diào)查年鑒》;行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)來自全國基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)(1∶400萬)。

3 研究方法

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價

采用謝高地等[26]提出的價值當(dāng)量換算法對金沙江庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行評價,首先根據(jù)消費者價格指數(shù)(CPI)對金沙江庫區(qū)平均糧食價格進(jìn)行修正和計算,計算金沙江庫區(qū)農(nóng)田單位面積糧食生產(chǎn)產(chǎn)值,將農(nóng)田單位面積糧食生產(chǎn)產(chǎn)值的1/7作為1個標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量,其值為1 083.03元·hm-2;其次根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量和謝高地等[27]提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量表計算得到金沙江庫區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量;最后根據(jù)各類土地利用面積和金沙江庫區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量,計算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(ecological services value,ESV,E)[15]:

(1)

(2)

式(1)～(2)中,E為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,元;Ck為金沙江庫區(qū)第k種土地利用類型的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量,元·hm-2;Ak為第k種土地利用類型面積,hm2;Ef為第f項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,元;Cfk為金沙江庫區(qū)第k種土地利用類型第f項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價值當(dāng)量,元·hm-2;n為土地利用類型數(shù)量。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化指數(shù)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化指數(shù)(ecological services change index,ESCI,EC)能夠?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的增長或減少程度進(jìn)行表征[28]。當(dāng)ESCI值為0時,表示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值未發(fā)生變化,沒有增益或減損:當(dāng)ESCI值為正值時,表示有增益;當(dāng)ESCI值為負(fù)值時,表示有減損。ESCI計算公式為

(3)

式(3)中,EC為單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化指數(shù);E2為期末生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,元;E1為期初生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,元。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化貢獻(xiàn)率

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化貢獻(xiàn)率是指由于某一土地利用功能改變從而導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值發(fā)生改變所產(chǎn)生的影響[29],其可以用于定量分析土地利用類型變化影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的主要因素,其計算公式為

(4)

式(4)中,Li-j為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化貢獻(xiàn)率,%;Ci和Cj分別為土地利用類型i和j的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量,元·hm-2;Ai-j為研究期間土地利用類型i轉(zhuǎn)為j的面積,hm2。

3.4 權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系評價

統(tǒng)計分析法中的相關(guān)分析法通常用于研究兩個變量之間的相關(guān)關(guān)系及相關(guān)程度,若其值為正,表明兩類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間呈協(xié)同關(guān)系,反之則呈權(quán)衡關(guān)系[30]?？臻g分析法采用雙變量全局空間自相關(guān)分析和雙變量局部空間自相關(guān)分析來分析空間維度的權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系[31]。雙變量全局空間自相關(guān)分析可用于分析研究區(qū)內(nèi)所有對象的平均關(guān)聯(lián)程度、空間分布模式和顯著性,計算得出全局Moran′sI指數(shù)。當(dāng)全局Moran′sI指數(shù)為>0～1時,表示兩個變量之間存在協(xié)同關(guān)系,指數(shù)越大表明協(xié)同關(guān)系越強(qiáng);當(dāng)指數(shù)為-1～<0時,表示兩個變量之間存在權(quán)衡關(guān)系,指數(shù)越小表明權(quán)衡關(guān)系越強(qiáng)。雙變量局部空間自相關(guān)分析可用于識別存在于不同空間位置的空間關(guān)聯(lián)模式,通過LISA聚集圖可以分析變量在空間上的局部集聚狀態(tài),包括高-高、低-低、高-低、低-高和不顯著集聚5種類型;高-高和低-低集聚代表協(xié)同關(guān)系,高-低和低-高集聚代表權(quán)衡關(guān)系[32]。相關(guān)計算公式為

(5)

(6)

(7)

4 金沙江庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空分布

4.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時間變化分析

由表1可知,2005—2018年金沙江庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈現(xiàn)總體增長趨勢,其中,2010—2015年出現(xiàn)小幅減少,減少額為0.71億元,減少幅度為-0.06%,而2005—2010和2015—2018年出現(xiàn)不同程度增長,增長幅度分別達(dá)到0.77%和2.96%,這兩個時期分別動工建設(shè)了溪洛渡和向家壩水電站以及烏東德和白鶴灘水電站。從土地類型上看,耕地和草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈現(xiàn)逐年遞減,2005—2018年ESCI指數(shù)分別為-3.13%和-1.59%;林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈現(xiàn)先增后減趨勢,2005—2010、2010—2015和2015—2018年ESCI指數(shù)分別為0.66%、-0.02%和-0.21%,總體呈小幅增長,2005—2018年ESCI指數(shù)為0.43%;水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈現(xiàn)增減交替趨勢,2005—2010、2010—2015和2015—2018年ESCI指數(shù)分別為12.26%、-0.31% 和47.04%,總體呈大幅增長,2005—2018年ESCI指數(shù)為64.56%;未利用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值基本不變。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能類型(表2)上看,供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)和文化服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈現(xiàn)增減交替,總體呈增長趨勢,2005—2018年ESCI指數(shù)分別為2.87%、5.26%和1.08%;支持服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈現(xiàn)先增后減、總體小幅減少趨勢,2005—2018年ESCI指數(shù)為-0.07%。

表1 2005—2018年金沙江庫區(qū)各類土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值Table 1 Land ESV in Jinsha River cascade hydropower project reservoir area from 2005 to 2018

表2 2005—2018年金沙江庫區(qū)單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化Table 2 Single ESV in Jinsha River cascade hydropower project reservoir area from 2005 to 2018

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值產(chǎn)生變化的主要原因是土地利用類型的轉(zhuǎn)換及其區(qū)域差異(表3),同時,根據(jù)謝高地等[26]提出的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量可知,這種變化也會使各種服務(wù)功能之間呈現(xiàn)出權(quán)衡或協(xié)同關(guān)系。從具體土地利用轉(zhuǎn)型上看,2005—2018年引起金沙江庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值上升的主要原因是耕地、林地和草地轉(zhuǎn)為水域,其總貢獻(xiàn)率達(dá)到37.1%。水電工程的建設(shè)和運營提升了金沙江水位,淹沒了沿江兩岸大量耕地、林地和草地。耕地是人類因生產(chǎn)生存而改造的土地類型,耕地的食物和原料生產(chǎn)功能被強(qiáng)化,而氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、生物多樣性和美學(xué)景觀等功能大幅降低,水域的這些功能則均高于耕地,同時水域還具有較強(qiáng)的水資源供給和水文調(diào)節(jié)功能,因此耕地轉(zhuǎn)為水域會導(dǎo)致供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)價值增加,從而使各服務(wù)之間呈現(xiàn)協(xié)同關(guān)系。林地和草地轉(zhuǎn)為水域后,供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)和文化服務(wù)價值會增加,而支持服務(wù)價值則會減少,這是由于林地和草地能維持良好的土壤結(jié)構(gòu)和高水平的土壤養(yǎng)分,為各類動植物和微生物提供完善的生態(tài)系統(tǒng)和良好的生存環(huán)境,因此供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)與文化服務(wù)之間均呈協(xié)同關(guān)系,而3者與支持服務(wù)之間均呈權(quán)衡關(guān)系。引起庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值下降的主要原因為林地、草地和水域轉(zhuǎn)為耕地,總貢獻(xiàn)率達(dá)到27.05%,這是由于水位提升導(dǎo)致庫區(qū)大量低海拔土地被淹沒,人居空間受到壓縮后向山地空間蔓延,開墾土地進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動。而農(nóng)藥化肥的施用和地表植被的破壞,會加劇水體污染、土壤侵蝕和水土流失,導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化。其中,林地和草地轉(zhuǎn)為耕地,供給服務(wù)價值增加,而調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)價值減少,支持服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)與文化服務(wù)之間均呈協(xié)同關(guān)系,而3者與供給服務(wù)之間均呈權(quán)衡關(guān)系。水域轉(zhuǎn)為耕地,供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)價值均降低,從而使各服務(wù)之間均呈協(xié)同關(guān)系。

表3 2005—2018年金沙江庫區(qū)土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的貢獻(xiàn)Table 3 Contribution of land use change to ESV in Jinsha River cascade hydropower project reservoir area from 2005 to 2018

4.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間變化分析

結(jié)合研究區(qū)實際和研究設(shè)計[33],選取鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度作為基本評價單元,這比以柵格為基本評價單元更具有現(xiàn)實指導(dǎo)意義,因為鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為行政區(qū)域,是各項規(guī)劃的基本層級,在鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略中扮演重要的基層角色;其次,這樣能全面了解各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境狀況,為地方政府編制農(nóng)業(yè)規(guī)劃、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和制定生態(tài)保護(hù)措施提供政策指導(dǎo)。由圖2可知,通過分析金沙江庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化指數(shù)的空間分布與變化特征,2005—2018年研究區(qū)基于鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度的生態(tài)服務(wù)價值空間分布較為穩(wěn)定,存在較為明顯的空間高值集聚和低值集聚,空間異質(zhì)性較強(qiáng)。高值地區(qū)主要分布在云南省永仁縣、武定縣、祿勸縣、尋甸縣、東川區(qū)、會澤縣和巧家縣以及四川省鹽邊縣,低值區(qū)主要分布在四川省會東縣、寧南縣、金陽縣、昭覺縣和布拖縣。

圖2 2005—2018年金沙江庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間分布Fig.2 Spatial distribution of ESV in Jinsha River cascade hydropower project reservoir area from 2005 to 2018

圖3為2005—2018年金沙江庫區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)以及供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)變化指數(shù)空間分布。研究區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化率主要介于-30%～30%之間,鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量占比達(dá)到92%。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值實現(xiàn)增長的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量占比為62%,其中,增長超過30%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有32個,主要位于屏山縣、綏江縣、雷波縣和永善縣境內(nèi),沿金沙江兩岸分布,相鄰區(qū)域分別有向家壩和溪洛渡兩座水電站。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值出現(xiàn)下降的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量占比為38%,分布區(qū)域距離金沙江兩岸較遠(yuǎn),其中,下降超過30%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有11個,主要是位于人口密集、城鎮(zhèn)化較高的區(qū)域,如攀枝花市東區(qū)和西區(qū)以及昭通市昭陽區(qū)。供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)和文化服務(wù)價值變化指數(shù)空間分布與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值變化指數(shù)空間分布存在較高一致性。供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)和文化服務(wù)價值實現(xiàn)增長的鄉(xiāng)鎮(zhèn)均比下降的多,并且以沿江分布為主。支持服務(wù)價值變化指數(shù)空間分布與其他3項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化指數(shù)存在一定差異,實現(xiàn)增長的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量與下降的數(shù)量基本一致,實現(xiàn)增長的鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要位于金沙江庫區(qū)下游,出現(xiàn)下降的鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要位于金沙江庫區(qū)上游。

圖3 2005—2018年金沙江庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化指數(shù)(ESCI)空間分布Fig.3 Spatial distribution of ESCI in Jinsha River cascade hydropower project reservoir area from 2005 to 2018

5 金沙江庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡/協(xié)同關(guān)系

5.1 權(quán)衡/協(xié)同關(guān)系的相關(guān)性分析

對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)系的正確認(rèn)知是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可持續(xù)發(fā)展的決策基礎(chǔ)。以研究區(qū)全域為基本評價單元,對2005—2018年金沙江庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行雙變量相關(guān)性計算,得到時間維度下金沙江庫區(qū)4項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的相關(guān)關(guān)系,并采用Origin 2022繪制相關(guān)關(guān)系圖(圖4)。

*表示P<0.05;**表示P<0.01。圖4 2005—2018年金沙江庫區(qū)各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的相關(guān)關(guān)系Fig.4 Correlation among ecosystem services in Jinsha River cascade hydropower project reservoir area from 2005 to 2018

相關(guān)關(guān)系為正值表明兩種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)呈協(xié)同關(guān)系,反之則呈權(quán)衡關(guān)系;若通過顯著性檢驗,表明呈顯著協(xié)同/權(quán)衡關(guān)系,若未通過,則呈不明顯協(xié)同/權(quán)衡關(guān)系[34]。由圖4可知,供給服務(wù)與調(diào)節(jié)服務(wù)、供給服務(wù)與文化服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)與文化服務(wù)相關(guān)系數(shù)分別為0.99、0.97和0.99,顯著性檢驗P值均小于0.05,表明它們之間均呈顯著協(xié)同關(guān)系。供給服務(wù)與支持服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)與支持服務(wù)、文化服務(wù)與支持服務(wù)相關(guān)系數(shù)分別為-0.76、-0.79和-0.78,P值均大于0.05,表明它們之間均呈不明顯權(quán)衡關(guān)系。

5.2 權(quán)衡/協(xié)同關(guān)系的空間相關(guān)性分析

以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為基本評價單元,對金沙江庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行單變量和雙變量全局空間自相關(guān)分析。由圖5可知,從單變量全局空間自相關(guān)分析上看,金沙江庫區(qū)總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)以及供給、調(diào)節(jié)、支持和文化4項功能的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值全局Moran′sI值均大于0,數(shù)值分布在[0.57,0.64]區(qū)間,P值均小于0.001,表明其空間分布均具有較強(qiáng)的正相關(guān)性,其中,總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和供給服務(wù)的Moran′sI值均呈波動下降趨勢,調(diào)節(jié)和文化服務(wù)的Moran′sI值持續(xù)減小,支持服務(wù)的Moran′sI值保持不變,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間自相關(guān)性主要呈逐漸減弱趨勢。

圖5 2005—2018年金沙江庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)全局空間自相關(guān)分析Fig.5 Global spatial autocorrelation analysis of ecosystem services in Jinsha River cascade hydropower project reservoir area from 2005 to 2018

對金沙江庫區(qū)供給、調(diào)節(jié)、支持和文化服務(wù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行雙變量全局空間自相關(guān)分析,了解4項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在空間上的權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系。由圖5可知,供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)兩兩之間的Moran′sI值均為正值,數(shù)值分布在[0.57,0.64]區(qū)間,表明全域尺度下金沙江庫區(qū)4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間均呈空間協(xié)同關(guān)系。同時,6種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)系的Moran′sI值均出現(xiàn)較小程度下降,表明其空間相關(guān)性呈減弱趨勢。結(jié)合相關(guān)性分析結(jié)果(圖4),全域尺度下金沙江庫區(qū)4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡/協(xié)同關(guān)系:(1)供給服務(wù)與調(diào)節(jié)服務(wù)、供給服務(wù)與文化服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)與文化服務(wù)在時間和空間兩個維度均呈協(xié)同關(guān)系;(2)供給服務(wù)與支持服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)與支持服務(wù)、文化服務(wù)與支持服務(wù)在時間維度呈權(quán)衡關(guān)系,在空間維度呈協(xié)同關(guān)系。

對2005和2018年金沙江庫區(qū)6種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)系進(jìn)一步開展流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的雙變量局部空間自相關(guān)分析。由圖6可知,從空間分布上看,6種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)系呈協(xié)同關(guān)系的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量均遠(yuǎn)多于呈權(quán)衡關(guān)系的,呈權(quán)衡和協(xié)同關(guān)系的鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布具有明顯異質(zhì)性。呈協(xié)同關(guān)系的高-高和低-低集聚區(qū)主要分布在云南省巧家縣、會澤縣、東川區(qū)、祿勸縣、尋甸縣、武定縣和永仁縣以及四川省鹽邊縣、昭覺縣、金陽縣和布拖縣,涉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量占金沙江庫區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)總數(shù)的比例超過29%。呈權(quán)衡關(guān)系的高-低和低-高集聚區(qū)數(shù)量較少,零散分布在金沙江庫區(qū),涉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量占比僅約為1%。

圖6 2005和2018年金沙江庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)雙變量局部空間自相關(guān)分析Fig.6 Bivariate local spatial autocorrelation analysis of ecosystem services in Jinsha River cascade hydropower project reservoir area in 2005 and 2018

從時間上看,呈權(quán)衡和協(xié)同關(guān)系的鄉(xiāng)鎮(zhèn)在2005和2018年分布基本一致。與2005年相比,2018年供給-調(diào)節(jié)中,呈協(xié)同關(guān)系的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量增加4個,呈權(quán)衡關(guān)系的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量不變;供給-文化中,呈協(xié)同關(guān)系的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量增加2個,呈權(quán)衡關(guān)系的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量不變;供給-支持中,呈協(xié)同關(guān)系的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量增加2個,呈權(quán)衡關(guān)系的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量不變;調(diào)節(jié)-支持中,呈協(xié)同關(guān)系的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量增加1個,呈權(quán)衡關(guān)系的增加1個;調(diào)節(jié)-文化中,呈協(xié)同關(guān)系的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量不變,但存在鄉(xiāng)鎮(zhèn)狀態(tài)發(fā)生變化的情況,例如,布拖縣特木里鎮(zhèn)由呈權(quán)衡狀態(tài)變?yōu)閰f(xié)同狀態(tài),寧南縣披砂鎮(zhèn)(2019年變更為寧遠(yuǎn)鎮(zhèn))由呈不顯著狀態(tài)變?yōu)閰f(xié)同狀態(tài),呈權(quán)衡關(guān)系的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量增加2個;支持-文化中,呈協(xié)同關(guān)系的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量不變,但也存在鄉(xiāng)鎮(zhèn)狀態(tài)發(fā)生變化的情況,例如,寧南縣披砂鎮(zhèn)由呈不顯著狀態(tài)變?yōu)閰f(xié)同狀態(tài),昭陽區(qū)炎山鎮(zhèn)由呈協(xié)同狀態(tài)變?yōu)椴伙@著狀態(tài),呈權(quán)衡關(guān)系的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量增加2個。雖然呈協(xié)同和權(quán)衡關(guān)系的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量總體變化不大,但在6種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)系中,存在鄉(xiāng)鎮(zhèn)狀態(tài)發(fā)生2次及以上變化的情況,如寧南縣披砂鎮(zhèn)、金陽縣高峰鄉(xiāng)、昭陽區(qū)守望回族鄉(xiāng)、敘州區(qū)喜捷鎮(zhèn)(2019年變更為柏溪街道)和會澤縣紙廠鄉(xiāng)。這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)出現(xiàn)較大幅度變化,表明這些區(qū)域可能存在移民安置、耕地開墾、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和植樹造林等較大規(guī)模人類活動,打破原有環(huán)境變化規(guī)律,因此,建議在開展這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)的頂層規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)建設(shè)工作中,重視生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作,加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)督查力度,打擊各類破壞生態(tài)環(huán)境的違法行為,統(tǒng)籌推進(jìn)社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)。

6 討論

6.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分析

以金沙江下游4座梯級水電工程建設(shè)與運營為關(guān)鍵時間節(jié)點,基于土地利用數(shù)據(jù),對金沙江庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行評估,研究結(jié)果表明,2005—2018年金沙江庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值有所增長,其主要原因為水域面積增大,金沙江沿岸大量耕地、草地轉(zhuǎn)為水域,相應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值大幅增大,這與水電工程的建設(shè)與運營密切相關(guān)。李輝等[35]發(fā)現(xiàn)1995—2010年三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加20.54億元,筆者研究結(jié)果與之一致,這表明水電工程的建設(shè)與運營不會降低庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。

6.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡/協(xié)同關(guān)系分析

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡或協(xié)同關(guān)系的形成通常與土地利用情況、環(huán)境因素及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的相互作用有關(guān)[36],且發(fā)生在不同區(qū)域和不同時段之間。因此,可以從時間和空間兩個維度分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之間的變化關(guān)系。時間維度的分析是根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變化判斷變化趨勢對未來可能造成的影響,例如,農(nóng)藥化肥的施用增加在短期能提高供給服務(wù)價值,但在長期會對土地支持服務(wù)產(chǎn)生負(fù)面影響[37]?？臻g維度的分析指判斷區(qū)域間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的相互消長,例如,某區(qū)域供給服務(wù)功能增長導(dǎo)致相鄰區(qū)域一種或多種服務(wù)功能變化[38]。

從時間維度上看,金沙江庫區(qū)供給、調(diào)節(jié)和文化服務(wù)兩兩之間均呈顯著協(xié)同關(guān)系,彼此之間同步增長或同步減弱,表明3者之間呈顯著相互增益關(guān)系。支持服務(wù)與供給、調(diào)節(jié)和文化服務(wù)之間均呈不顯著權(quán)衡關(guān)系,表明人類輕微或適度利用供給、調(diào)節(jié)和文化服務(wù)提供的各項功能,對后期支持服務(wù)造成的負(fù)面影響較小,而粗放或過度利用則會導(dǎo)致支持服務(wù)功能明顯退化和價值顯著衰減。這符合支持服務(wù)基本特征,其是生態(tài)系統(tǒng)提供調(diào)節(jié)、供給和文化服務(wù)的基礎(chǔ)和來源。孟浩斌等[24]認(rèn)為三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)與支持服務(wù)之間呈協(xié)同關(guān)系;FENG等[39]認(rèn)為山地的支持服務(wù)與供給服務(wù)之間呈協(xié)同關(guān)系,支持、供給與調(diào)節(jié)服務(wù)之間呈權(quán)衡關(guān)系。不同研究結(jié)果之間存在差別,這可能是由于研究的尺度不同以及研究區(qū)域存在差異[29]。從空間維度上看,4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之間均以協(xié)同關(guān)系為主,這與鄭德鳳等[40]對山地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的研究結(jié)果一致。對于高值集聚的協(xié)同關(guān)系區(qū),相鄰區(qū)域之間各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平較高,區(qū)際空間差異程度小,該區(qū)域整體上具有良好生態(tài)環(huán)境質(zhì)量,應(yīng)落實綠色發(fā)展理念,持續(xù)加強(qiáng)土地資源保護(hù),嚴(yán)厲打擊亂砍濫伐、亂采濫占等違法犯罪行為,鞏固生態(tài)保護(hù)成果;對于低值集聚的協(xié)同關(guān)系區(qū),亟需從水土保持、退耕還林和土壤修復(fù)等方面科學(xué)保護(hù)土地資源,防止生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化,做好國土空間詳細(xì)規(guī)劃,實現(xiàn)土地高效合理利用,提升以防止土壤侵蝕、供應(yīng)植物養(yǎng)分和維護(hù)陸生生物生存為主的支持服務(wù)功能,進(jìn)而推動其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)改善。

6.3 不足與展望

基于統(tǒng)計分析法和空間分析法對金沙江庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡協(xié)同關(guān)系進(jìn)行研究,其操作性強(qiáng),但也存在一定局限性,如忽略空間單元某種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能對相鄰區(qū)域其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響。空間相關(guān)性分析中,4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)均具有較強(qiáng)的正向相關(guān)性,因此未來可以采用空間滯后等空間回歸模型,對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的空間關(guān)聯(lián)特征開展進(jìn)一步研究。

7 結(jié)論

(1)2005—2018年金沙江庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈波動增長趨勢,共增長42億元。從土地類型上看,林地所具有的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是整個區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的主要組成部分,以湖庫為主的水域面積增加是金沙江庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)改善的主要因素。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)上看,調(diào)節(jié)服務(wù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值占比最大,增長幅度也最大。

(2)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間分布表明,金沙江庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間存在明顯高值集聚和低值集聚區(qū),空間異質(zhì)性和空間相關(guān)性均較強(qiáng)。高值地區(qū)主要分布在云南省永仁縣、武定縣、祿勸縣、尋甸縣、東川區(qū)、會澤縣和巧家縣以及四川省鹽邊縣,低值區(qū)主要分布在四川省會東縣、寧南縣、金陽縣、昭覺縣和布拖縣。

(3)從權(quán)衡協(xié)同關(guān)系上看,金沙江庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間以協(xié)同關(guān)系為主。在空間和時間兩個維度中,供給服務(wù)與調(diào)節(jié)服務(wù)、供給服務(wù)與文化服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)與文化服務(wù)均呈較明顯協(xié)同關(guān)系,而供給服務(wù)與支持服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)與支持服務(wù)、文化服務(wù)與支持服務(wù)在時間維度上呈權(quán)衡關(guān)系,在空間維度上呈協(xié)同關(guān)系?；卩l(xiāng)鎮(zhèn)尺度分析,不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的協(xié)同和權(quán)衡關(guān)系分布較為一致,在空間上表現(xiàn)出集聚狀態(tài)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)以協(xié)同關(guān)系為主。