生态环境学报 ›› 2023, Vol. 32 ›› Issue (1): 195-206.DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2023.01.021
郑晓豪(), 陈颖彪*, 郑子豪, 郭城, 黄卓男, 周泳诗
收稿日期:
2022-11-23
出版日期:
2023-01-18
发布日期:
2023-04-06
通讯作者:
*作者简介:
郑晓豪(1998年生),男,硕士研究生,主要从事生态环境3S技术应用方面研究。E-mail: a178022021@163.com
基金资助:
ZHENG Xiaohao(), CHEN Yingbiao*, ZHENG Zihao, GUO Cheng, HUANG Zhounan, ZHOU Yongshi
Received:
2022-11-23
Online:
2023-01-18
Published:
2023-04-06
摘要:
把握生态系统服务价值(ESV)动态变化特征,厘清其主导因素的演变趋势,对于区域生态建设意义重大。基于2005、2010、2015和2019年的遥感解译数据,结合当量因子法和空间统计工具,分析了湖北省ESV的动态变化特征,利用随机森林模型识别ESV的主导因素,并运用时空地理加权回归(GTWR)模型对其主导因素的驱动作用进行探究。结果显示,(1)2005—2019年湖北省ESV整体减少124.31×108元,但是下降率由2005—2010年的1.14%缩减至2015—2019年的0.57%。历年ESV呈现“四周高中间低”的分布特征,研究期间有83.4%区域的ESV处于上下轻微波动的状态,空间分布较为稳定。(2)随机森林排序结果显示,社会经济因素对ESV的重要程度更高,自然因素次之。重要性排名前六位的分别是人类活动(60.16%)、净初级生产力(50.66%)、年降雨量(46.85%)、地区生产总值密度(34.00%)、人口密度(29.53%)和建设用地占比(29.36%),地形因素及年均温度排名相对较低。ESV主导因素重要性变化结果表明,研究时段内,除人类活动和降水等因素的重要性呈现下降趋势外,其他因素的重要性均有不同程度的上升。(3)不同区域ESV主导因素的作用强度和波动方向各不相同。其中,人类活动对ESV的驱动作用最强,呈现全局负相关,在鄂西最为明显;净初级生产力的正向影响区域主要集中在恩施州东部、宜昌市西部以及十堰市西部;年降雨量的负向影响在江汉平原逐渐稳定;人口密度和GDP密度在三峡和丹江口库区的波动方向于2010年后呈相背离趋势;建设用地占比的波动方向呈现明显的西正东负。研究结果可为湖北省制定针对性的生态保护政策提供参考,同时为生态与经济协调可持续发展提供理论依据。
中图分类号:
郑晓豪, 陈颖彪, 郑子豪, 郭城, 黄卓男, 周泳诗. 湖北省生态系统服务价值动态变化及其影响因素演变[J]. 生态环境学报, 2023, 32(1): 195-206.
ZHENG Xiaohao, CHEN Yingbiao, ZHENG Zihao, GUO Cheng, HUANG Zhounan, ZHOU Yongshi. Dynamic Changes of Ecosystem Service Value and Evolution of Its Influencing Factors in Hubei Province[J]. Ecology and Environment, 2023, 32(1): 195-206.
变量 | 变量类型 | 空间分辨率 | 年份 | 数据来源及计算方法 |
---|---|---|---|---|
自然因素 | 高程/m | 90 m | 2000年 | 来自STRM |
坡度/(°) | 90 m | 根据DEM数据计算 | ||
年度净初级生产力/(kg·m-2·a-1) | 1 km | 2005年 2010年 2015年 2019年 | 来自MOD17A3HGF | |
年降水量/mm | 1 km | 来自国家地球系统科学数据中 ( | ||
年均气温/℃ | 1 km | 来自国家地球系统科学数据中 ( 根据文献 (严恩萍等, | ||
社会经济因素 | 人为影响综合指数 | 1 km | 2005年 2010年 2015年 2019年 | 来自国家地球系统科学数据中 ( 根据文献 (严恩萍等, |
人口密度/( person·km-2) | 1 km | 来自WorldPOP数据集 | ||
地区生产总值密度/(104 yuan·km-2) | 1 km | 来自中国科学院资源环境科学中心 ( | ||
建设用地占比/% | 1 km | 单元格网内建设用地占总面积的比例 |
表1 变量选取
Table 1 Variables of influencing factors
变量 | 变量类型 | 空间分辨率 | 年份 | 数据来源及计算方法 |
---|---|---|---|---|
自然因素 | 高程/m | 90 m | 2000年 | 来自STRM |
坡度/(°) | 90 m | 根据DEM数据计算 | ||
年度净初级生产力/(kg·m-2·a-1) | 1 km | 2005年 2010年 2015年 2019年 | 来自MOD17A3HGF | |
年降水量/mm | 1 km | 来自国家地球系统科学数据中 ( | ||
年均气温/℃ | 1 km | 来自国家地球系统科学数据中 ( 根据文献 (严恩萍等, | ||
社会经济因素 | 人为影响综合指数 | 1 km | 2005年 2010年 2015年 2019年 | 来自国家地球系统科学数据中 ( 根据文献 (严恩萍等, |
人口密度/( person·km-2) | 1 km | 来自WorldPOP数据集 | ||
地区生产总值密度/(104 yuan·km-2) | 1 km | 来自中国科学院资源环境科学中心 ( | ||
建设用地占比/% | 1 km | 单元格网内建设用地占总面积的比例 |
一级类型 | 二级类型 | 耕地 | 森林 | 草地 | 水域 | 荒漠 | 建设用地 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
供给服务 | 食物生产 | 1733.80 | 572.15 | 745.53 | 918.91 | 34.68 | 0.00 |
原材料生产 | 676.18 | 5166.72 | 624.17 | 606.83 | 69.35 | 0.00 | |
小计 | 2409.98 | 5738.88 | 1369.70 | 1525.74 | 104.03 | 0.00 | |
调节服务 | 气体调节 | 1248.34 | 7490.02 | 2600.70 | 884.24 | 104.03 | 0.00 |
气候调节 | 1681.79 | 7056.57 | 2704.73 | 3571.63 | 225.39 | 0.00 | |
水文调节 | 1335.03 | 7091.24 | 2635.38 | 32543.43 | 121.37 | -13090.19 | |
废物处理 | 2409.98 | 2982.14 | 2288.62 | 25746.93 | 450.79 | -4265.15 | |
小计 | 6675.13 | 24619.96 | 10229.42 | 62746.22 | 901.58 | -17355.34 | |
支持服务 | 保持土壤 | 2548.69 | 6969.88 | 3883.71 | 710.86 | 294.75 | 0.00 |
维持生物多样性 | 1768.48 | 7819.44 | 3242.21 | 5946.93 | 693.52 | 0.00 | |
小计 | 4317.16 | 14789.31 | 7125.92 | 6657.79 | 988.27 | 0.00 | |
文化服务 | 美学景观 | 294.75 | 3606.30 | 1508.41 | 7698.07 | 416.11 | 0.00 |
小计 | 294.75 | 3606.30 | 1508.41 | 7698.07 | 416.11 | 0.00 | |
合计 | 13697.02 | 48754.46 | 20233.45 | 78627.83 | 2409.98 | -17355.34 |
表2 湖北省单位面积生态系统服务价值系数当量表
Table 2 Factor table of ESV per unit area in Hubei Province yuan·hm-2·a-1
一级类型 | 二级类型 | 耕地 | 森林 | 草地 | 水域 | 荒漠 | 建设用地 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
供给服务 | 食物生产 | 1733.80 | 572.15 | 745.53 | 918.91 | 34.68 | 0.00 |
原材料生产 | 676.18 | 5166.72 | 624.17 | 606.83 | 69.35 | 0.00 | |
小计 | 2409.98 | 5738.88 | 1369.70 | 1525.74 | 104.03 | 0.00 | |
调节服务 | 气体调节 | 1248.34 | 7490.02 | 2600.70 | 884.24 | 104.03 | 0.00 |
气候调节 | 1681.79 | 7056.57 | 2704.73 | 3571.63 | 225.39 | 0.00 | |
水文调节 | 1335.03 | 7091.24 | 2635.38 | 32543.43 | 121.37 | -13090.19 | |
废物处理 | 2409.98 | 2982.14 | 2288.62 | 25746.93 | 450.79 | -4265.15 | |
小计 | 6675.13 | 24619.96 | 10229.42 | 62746.22 | 901.58 | -17355.34 | |
支持服务 | 保持土壤 | 2548.69 | 6969.88 | 3883.71 | 710.86 | 294.75 | 0.00 |
维持生物多样性 | 1768.48 | 7819.44 | 3242.21 | 5946.93 | 693.52 | 0.00 | |
小计 | 4317.16 | 14789.31 | 7125.92 | 6657.79 | 988.27 | 0.00 | |
文化服务 | 美学景观 | 294.75 | 3606.30 | 1508.41 | 7698.07 | 416.11 | 0.00 |
小计 | 294.75 | 3606.30 | 1508.41 | 7698.07 | 416.11 | 0.00 | |
合计 | 13697.02 | 48754.46 | 20233.45 | 78627.83 | 2409.98 | -17355.34 |
变量 | 生态系统服务价值/108 yuan | 下降比率/% | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2005年 | 2010年 | 2015年 | 2019年 | 2005-2010年 | 2010-2015年 | 2015-2019年 | 2005-2019年 | ||
ESV总量 | 4976.95 | 4920.96 | 4880.46 | 4852.64 | 1.14 | 0.83 | 0.57 | 2.56 |
表3 2005—2019年湖北省ESV总量及下降比率
Table 3 ESV and its decline rate in Hubei Province from 2005 to 2019
变量 | 生态系统服务价值/108 yuan | 下降比率/% | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2005年 | 2010年 | 2015年 | 2019年 | 2005-2010年 | 2010-2015年 | 2015-2019年 | 2005-2019年 | ||
ESV总量 | 4976.95 | 4920.96 | 4880.46 | 4852.64 | 1.14 | 0.83 | 0.57 | 2.56 |
模型 | r2 | r2增加值 | AICc | AICc减少值 |
---|---|---|---|---|
OLS | 0.90 | 0.00 | 6049.24 | 0.00 |
GTWR | 0.95 | 0.05 | -2588.37 | 8637.61 |
表4 OLS与GTWR模型参数比较
Table 4 Comparison of OLS and GTWR model results
模型 | r2 | r2增加值 | AICc | AICc减少值 |
---|---|---|---|---|
OLS | 0.90 | 0.00 | 6049.24 | 0.00 |
GTWR | 0.95 | 0.05 | -2588.37 | 8637.61 |
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