Ecology and Environment ›› 2024, Vol. 33 ›› Issue (7): 1130-1141.DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2024.07.014
• Research Article [Environmental Science] • Previous Articles Next Articles
WANG Xuerong(), GONG Jianzhou*(
), YU Fangyuan
Received:
2024-04-10
Online:
2024-07-18
Published:
2024-09-04
Contact:
GONG Jianzhou
通讯作者:
龚建周
作者简介:
王雪融(2001年生),女,硕士,主要研究方向为生态系统服务与生物多样性。E-mail: 2112301032@e.gzhu.edu.cn
基金资助:
CLC Number:
WANG Xuerong, GONG Jianzhou, YU Fangyuan. Mutual Feedback Relationships and Mechanisms of Ecosystem Four Regulating Services in the Greater Bay Area of Guangdong, Hongkong and Macao[J]. Ecology and Environment, 2024, 33(7): 1130-1141.
王雪融, 龚建周, 俞方圆. 粤港澳大湾区4种生态系统调节服务的互馈关系及机制[J]. 生态环境学报, 2024, 33(7): 1130-1141.
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URL: https://www.jeesci.com/EN/10.16258/j.cnki.1674-5906.2024.07.014
数据 | 年份 | 数据来源 | ||
---|---|---|---|---|
类型 | 名称 | 格式 | ||
土地利用数据 | 到二级分类的土地利用数据 | 栅格数据 (30 m) | 2000、2010、2020 | 中国科学院资源环境科学数据中心 ( |
地形数据 | DEM数字高程数据 | 栅格数据 (30 m) | 中国科学院资源环境科学数据中心 ( | |
二级流域 | 矢量数据 | 中国科学院资源环境科学数据中心 ( | ||
气象数据 | 逐日降雨量数据 | txt文档 | 2000、2010、2020 | 国家气象信息中心 ( |
逐月潜在蒸散发数据 | 栅格数据 (1 km) | 2020 | 国家地球系统科学数据中心 ( | |
土地土壤数据 | 基于世界土壤数据库 (HWSD) 的 中国土壤数据集 (v1.1) | 栅格数据 (1 km) | 国家冰川冻土沙漠科学数据中心 ( | |
植被数据 | 归一化植被指数 | 栅格数据 (1 km) | 2020 | 国家地球系统科学数据中心 ( |
社会经济数据 | 人口密度空间分布数据 | 栅格数据 (1 km) | 2020 | 美国能源部橡树岭国家实验室 (ORNL) ( |
中国公里网格GDP数据集 (百万元) | 栅格数据 (1 km) | 2020 | 国家地球系统科学数据中心 ( |
Table 1 Data sources
数据 | 年份 | 数据来源 | ||
---|---|---|---|---|
类型 | 名称 | 格式 | ||
土地利用数据 | 到二级分类的土地利用数据 | 栅格数据 (30 m) | 2000、2010、2020 | 中国科学院资源环境科学数据中心 ( |
地形数据 | DEM数字高程数据 | 栅格数据 (30 m) | 中国科学院资源环境科学数据中心 ( | |
二级流域 | 矢量数据 | 中国科学院资源环境科学数据中心 ( | ||
气象数据 | 逐日降雨量数据 | txt文档 | 2000、2010、2020 | 国家气象信息中心 ( |
逐月潜在蒸散发数据 | 栅格数据 (1 km) | 2020 | 国家地球系统科学数据中心 ( | |
土地土壤数据 | 基于世界土壤数据库 (HWSD) 的 中国土壤数据集 (v1.1) | 栅格数据 (1 km) | 国家冰川冻土沙漠科学数据中心 ( | |
植被数据 | 归一化植被指数 | 栅格数据 (1 km) | 2020 | 国家地球系统科学数据中心 ( |
社会经济数据 | 人口密度空间分布数据 | 栅格数据 (1 km) | 2020 | 美国能源部橡树岭国家实验室 (ORNL) ( |
中国公里网格GDP数据集 (百万元) | 栅格数据 (1 km) | 2020 | 国家地球系统科学数据中心 ( |
生态系统服务 | 模型模块 | 计算过程 |
---|---|---|
碳储量 | InVEST模型碳储存和封存模块 | Ci_tot=Ci_above+Ci_below+Ci_soil+Ci_dead Ci_tot——第i种土地利用类型的碳总量 (t∙hm−2∙a−1); Ci_above、Ci_below、Ci_soil、Ci_dead——第i种土地利用类型地上植被的碳密度、地下根系植被的碳密度、土壤的碳密度和死亡有机物的碳密度。InVEST碳储量模型计算所需要的碳库数据参考InVEST官方手册和相关文献 (吴佩君等, |
氮输出量 | InVEST模型养分输送模块 | Xexport, i =Lsurf, i×Nsurf, i +Lsubs, i×Nsubs, i 式中: Xexport_tot——某区域上的氮输出总量 (t∙hm−2∙a−1); Xexport, i ——单位像素i上的氮输出量 (t∙hm−2∙a−1); Lsurf, i和Lsubs, i ——像素i上的地表和地下氮载荷量; Nsurf, i和Nsubs, i ——像素i上的氮输出载荷因子。该模块所需参数参考相关区域的文献整理确定 (吴哲等, |
土壤保持量 | InVEST模型泥沙输移比例模块 | Sconserv, x=Srkls, x−Susle, x=Rx×Kx×Lx×1−(Cx×Px) Sconserv, x——栅格x的土壤保持量, 计算结果的单位为t∙hm−2∙a−1; Srkls,x——栅格x的土壤潜在侵蚀量; Susle, x——栅格x的土壤实际侵蚀量; Rx——降雨侵蚀力因子 (MJ∙mm∙hm−2∙h−1∙a−1); Kx——土壤侵蚀因子 (t∙hm2∙h∙hm−2∙MJ−1∙mm−1); Cx——作物/植被覆盖和管理因子; Px——水土保持措施因子。其中土壤保持模块所需要的生物物理属性表的参数来源于官网提供的模型参考数据和相似地区的研究成果 (王万忠等, |
授粉者丰度 | InVEST模型授粉模块 | x——单元栅格; β——物种; Nj ——土地利用类型j筑巢的重要性; Fj ——土地利用类型j产生的花卉资源的相对数量; Dmx——单元格m和x之间的欧氏距离; αβ——传粉者β的预期觅食距离; Pxβ——传粉者类型β在栅格x上的供应量; Dox——栅格x到农业栅格o之间的距离; αβ——传粉者种类β的标准觅食距离。其中,模型所需要的土地利用属性表和传粉属性数据参考官网提供的模型参考数据和相似地区的研究成果 (Groff et al., |
Table 2 Models used to quantify ecosystem services
生态系统服务 | 模型模块 | 计算过程 |
---|---|---|
碳储量 | InVEST模型碳储存和封存模块 | Ci_tot=Ci_above+Ci_below+Ci_soil+Ci_dead Ci_tot——第i种土地利用类型的碳总量 (t∙hm−2∙a−1); Ci_above、Ci_below、Ci_soil、Ci_dead——第i种土地利用类型地上植被的碳密度、地下根系植被的碳密度、土壤的碳密度和死亡有机物的碳密度。InVEST碳储量模型计算所需要的碳库数据参考InVEST官方手册和相关文献 (吴佩君等, |
氮输出量 | InVEST模型养分输送模块 | Xexport, i =Lsurf, i×Nsurf, i +Lsubs, i×Nsubs, i 式中: Xexport_tot——某区域上的氮输出总量 (t∙hm−2∙a−1); Xexport, i ——单位像素i上的氮输出量 (t∙hm−2∙a−1); Lsurf, i和Lsubs, i ——像素i上的地表和地下氮载荷量; Nsurf, i和Nsubs, i ——像素i上的氮输出载荷因子。该模块所需参数参考相关区域的文献整理确定 (吴哲等, |
土壤保持量 | InVEST模型泥沙输移比例模块 | Sconserv, x=Srkls, x−Susle, x=Rx×Kx×Lx×1−(Cx×Px) Sconserv, x——栅格x的土壤保持量, 计算结果的单位为t∙hm−2∙a−1; Srkls,x——栅格x的土壤潜在侵蚀量; Susle, x——栅格x的土壤实际侵蚀量; Rx——降雨侵蚀力因子 (MJ∙mm∙hm−2∙h−1∙a−1); Kx——土壤侵蚀因子 (t∙hm2∙h∙hm−2∙MJ−1∙mm−1); Cx——作物/植被覆盖和管理因子; Px——水土保持措施因子。其中土壤保持模块所需要的生物物理属性表的参数来源于官网提供的模型参考数据和相似地区的研究成果 (王万忠等, |
授粉者丰度 | InVEST模型授粉模块 | x——单元栅格; β——物种; Nj ——土地利用类型j筑巢的重要性; Fj ——土地利用类型j产生的花卉资源的相对数量; Dmx——单元格m和x之间的欧氏距离; αβ——传粉者β的预期觅食距离; Pxβ——传粉者类型β在栅格x上的供应量; Dox——栅格x到农业栅格o之间的距离; αβ——传粉者种类β的标准觅食距离。其中,模型所需要的土地利用属性表和传粉属性数据参考官网提供的模型参考数据和相似地区的研究成果 (Groff et al., |
生态系统服务 | 年份 | ||
---|---|---|---|
2000年 | 2010年 | 2020年 | |
碳储量/(t∙hm−2) | 37.20 | 36.39 | 36.10 |
氮输出量/(kg∙hm−2) | 1.45 | 1.51 | 1.51 |
土壤保持量/(t∙hm−2) | 9161 | 9583 | 7958 |
授粉者丰度 | 0.36 | 0.35 | 0.34 |
Table 3 Statistics on the average value of regulating services in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area
生态系统服务 | 年份 | ||
---|---|---|---|
2000年 | 2010年 | 2020年 | |
碳储量/(t∙hm−2) | 37.20 | 36.39 | 36.10 |
氮输出量/(kg∙hm−2) | 1.45 | 1.51 | 1.51 |
土壤保持量/(t∙hm−2) | 9161 | 9583 | 7958 |
授粉者丰度 | 0.36 | 0.35 | 0.34 |
Figure 4 Trade-offs/synergies between types of regulating services in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area at both grid and sub-watershed scales
因变量 | 自变量 | 空间回归系数均值 | 因变量 | 自变量 | 空间回归系数均值 | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
千米格网尺度 | 二级流域尺度 | 千米格网尺度 | 二级流域尺度 | ||||
碳储量 | 氮输出量 | −0.641 | −2.863 | 氮输出量 | 碳储量 | −0.206 | −0.209 |
碳储量 | 土壤保持量 | 3.602 | 21.639 | 土壤保持量 | 碳储量 | 0.032 | 0.011 |
碳储量 | 授粉者丰度 | 1.172 | 1.313 | 授粉者丰度 | 碳储量 | 0.389 | 0.608 |
氮输出量 | 土壤保持量 | −1.143 | −3.840 | 土壤保持量 | 氮输出量 | −0.038 | −0.021 |
授粉者丰度 | 氮输出量 | −0.262 | −1.653 | 氮输出量 | 授粉者丰度 | −0.204 | −0.285 |
授粉者丰度 | 土壤保持量 | 1.490 | 12.055 | 土壤保持量 | 授粉者丰度 | 0.027 | 0.018 |
Table 4 Averages of spatial regression coefficients
因变量 | 自变量 | 空间回归系数均值 | 因变量 | 自变量 | 空间回归系数均值 | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
千米格网尺度 | 二级流域尺度 | 千米格网尺度 | 二级流域尺度 | ||||
碳储量 | 氮输出量 | −0.641 | −2.863 | 氮输出量 | 碳储量 | −0.206 | −0.209 |
碳储量 | 土壤保持量 | 3.602 | 21.639 | 土壤保持量 | 碳储量 | 0.032 | 0.011 |
碳储量 | 授粉者丰度 | 1.172 | 1.313 | 授粉者丰度 | 碳储量 | 0.389 | 0.608 |
氮输出量 | 土壤保持量 | −1.143 | −3.840 | 土壤保持量 | 氮输出量 | −0.038 | −0.021 |
授粉者丰度 | 氮输出量 | −0.262 | −1.653 | 氮输出量 | 授粉者丰度 | −0.204 | −0.285 |
授粉者丰度 | 土壤保持量 | 1.490 | 12.055 | 土壤保持量 | 授粉者丰度 | 0.027 | 0.018 |
自变量-影响因子 (X) | 因变量 | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
千米格网尺度 | 二级流域尺度 | |||||||||
碳储量 | 氮输出量 | 土壤保持量 | 授粉者丰度 | 碳储量 | 氮输出量 | 土壤保持量 | 授粉者丰度 | |||
自然 因子 | 年均温度 | 0.329 | 0.098 | 0.143 | 0.441 | 0.749 | 0.326 | 0.625 | 0.756 | |
高程 | 0.431 | 0.160 | 0.183 | 0.459 | 0.820 | 0.368 | 0.802 | 0.801 | ||
年均降雨量 | 0.043 | 0.041 | 0.037 | 0.068 | 0.201 | 0.273 | 0.238 | 0.196 | ||
归一化植被指数 | 0.473 | 0.167 | 0.114 | 0.551 | 0.945 | 0.546 | 0.565 | 0.934 | ||
年均蒸发量 | 0.154 | 0.066 | 0.076 | 0.215 | 0.392 | 0.277 | 0.386 | 0.408 | ||
坡度 | 0.288 | 0.128 | 0.135 | 0.274 | 0.836 | 0.462 | 0.743 | 0.805 | ||
社会经济因子 | 年均生产总值 | 0.322 | 0.252 | 0.095 | 0.434 | 0.734 | 0.680 | 0.514 | 0.806 | |
人口密度 | 0.321 | 0.256 | 0.138 | 0.384 | 0.744 | 0.671 | 0.526 | 0.753 | ||
生态系统服务因子 | 碳储量 | - | 0.565 | 0.122 | 0.743 | - | 0.598 | 0.566 | 0.945 | |
氮输出量 | 0.589 | - | 0.137 | 0.344 | 0.641 | - | 0.343 | 0.636 | ||
土壤保持量 | 0.426 | 0.174 | - | 0.401 | 0.752 | 0.370 | - | 0.743 | ||
授粉者丰度 | 0.678 | 0.180 | 0.111 | - | 0.946 | 0.615 | 0.564 | - |
Table 5 Regulating services impact factor q value statistics
自变量-影响因子 (X) | 因变量 | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
千米格网尺度 | 二级流域尺度 | |||||||||
碳储量 | 氮输出量 | 土壤保持量 | 授粉者丰度 | 碳储量 | 氮输出量 | 土壤保持量 | 授粉者丰度 | |||
自然 因子 | 年均温度 | 0.329 | 0.098 | 0.143 | 0.441 | 0.749 | 0.326 | 0.625 | 0.756 | |
高程 | 0.431 | 0.160 | 0.183 | 0.459 | 0.820 | 0.368 | 0.802 | 0.801 | ||
年均降雨量 | 0.043 | 0.041 | 0.037 | 0.068 | 0.201 | 0.273 | 0.238 | 0.196 | ||
归一化植被指数 | 0.473 | 0.167 | 0.114 | 0.551 | 0.945 | 0.546 | 0.565 | 0.934 | ||
年均蒸发量 | 0.154 | 0.066 | 0.076 | 0.215 | 0.392 | 0.277 | 0.386 | 0.408 | ||
坡度 | 0.288 | 0.128 | 0.135 | 0.274 | 0.836 | 0.462 | 0.743 | 0.805 | ||
社会经济因子 | 年均生产总值 | 0.322 | 0.252 | 0.095 | 0.434 | 0.734 | 0.680 | 0.514 | 0.806 | |
人口密度 | 0.321 | 0.256 | 0.138 | 0.384 | 0.744 | 0.671 | 0.526 | 0.753 | ||
生态系统服务因子 | 碳储量 | - | 0.565 | 0.122 | 0.743 | - | 0.598 | 0.566 | 0.945 | |
氮输出量 | 0.589 | - | 0.137 | 0.344 | 0.641 | - | 0.343 | 0.636 | ||
土壤保持量 | 0.426 | 0.174 | - | 0.401 | 0.752 | 0.370 | - | 0.743 | ||
授粉者丰度 | 0.678 | 0.180 | 0.111 | - | 0.946 | 0.615 | 0.564 | - |
因变量 | 研究尺度 | 自变量 | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
X1 | X2 | X3 | X4 | X5 | X6 | X7 | X8 | |||
碳储量 | ∩氮输出量 | 千米格网 | 0.657 | 0.678 | 0.617 | 0.704 | 0.623 | 0.634 | 0.684 | 0.669 |
二级流域 | 0.919 | 0.919 | 0.802 | 0.966 | 0.744 | 0.899 | 0.857 | 0.868 | ||
∩土壤保持量 | 千米格网 | 0.473 | 0.506 | 0.441* | 0.532 | 0.451 | 0.467 | 0.491 | 0.481 | |
二级流域 | 0.882 | 0.852 | 0.839* | 0.963 | 0.833 | 0.860 | 0.883 | 0.920 | ||
∩授粉者丰度 | 千米格网 | 0.696 | 0.712 | 0.685* | 0.697 | 0.690 | 0.696 | 0.705 | 0.704 | |
二级流域 | 0.963 | 0.965 | 0.969* | 0.969 | 0.958 | 0.971 | 0.969 | 0.970 | ||
氮输出量 | ∩碳储量 | 千米格网 | 0.668 | 0.654 | 0.673 | 0.649 | 0.668 | 0.645 | 0.646 | 0.645 |
二级流域 | 0.753 | 0.693 | 0.788* | 0.662 | 0.714 | 0.665 | 0.828 | 0.847 | ||
∩土壤保持量 | 千米格网 | 0.203 | 0.213 | 0.226* | 0.213 | 0.217 | 0.204 | 0.299 | 0.298 | |
二级流域 | 0.588 | 0.461 | 0.739* | 0.608 | 0.639 | 0.591 | 0.770 | 0.804 | ||
∩授粉者丰度 | 千米格网 | 0.231 | 0.234 | 0.237* | 0.233 | 0.227.0 | 0.219 | 0.333 | 0.331 | |
二级流域 | 0.765 | 0.727 | 0.824* | 0.702 | 0.737 | 0.718 | 0.818 | 0.831 | ||
土壤保持量 | ∩碳储量 | 千米格网 | 0.177 | 0.195 | 0.152 | 0.144 | 0.150 | 0.170 | 0.147 | 0.169 |
二级流域 | 0.803 | 0.842 | 0.812 | 0.713 | 0.774 | 0.771 | 0.689 | 0.717 | ||
∩氮输出量 | 千米格网 | 0.213 | 0.244 | 0.175* | 0.189 | 0.180 | 0.216 | 0.188 | 0.209 | |
二级流域 | 0.787 | 0.879 | 0.795* | 0.731 | 0.679 | 0.860 | 0.727 | 0.744 | ||
∩授粉者丰度 | 千米格网 | 0.165 | 0.192 | 0.150* | 0.136 | 0.136 | 0.167 | 0.140 | 0.164 | |
二级流域 | 0.751 | 0.848 | 0.809* | 0.682 | 0.744 | 0.773 | 0.671 | 0.712 | ||
授粉者丰度 | ∩碳储量 | 千米格网 | 0.839 | 0.835 | 0.764 | 0.836 | 0.787 | 0.779 | 0.803 | 0.784 |
二级流域 | 0.962 | 0.959 | 0.965 | 0.959 | 0.960 | 0.960 | 0.967 | 0.965 | ||
∩氮输出量 | 千米格网 | 0.545 | 0.520 | 0.402* | 0.596 | 0.435 | 0.419 | 0.565 | 0.514 | |
二级流域 | 0.933 | 0.915 | 0.873* | 0.958 | 0.792 | 0.886 | 0.893 | 0.882 | ||
∩土壤保持量 | 千米格网 | 0.531 | 0.532 | 0.439* | 0.577 | 0.469 | 0.451 | 0.530 | 0.493 | |
二级流域 | 0.888 | 0.863 | 0.876* | 0.961 | 0.851 | 0.852 | 0.921 | 0.932 |
Table 6 Interaction of regulating services with impact factors
因变量 | 研究尺度 | 自变量 | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
X1 | X2 | X3 | X4 | X5 | X6 | X7 | X8 | |||
碳储量 | ∩氮输出量 | 千米格网 | 0.657 | 0.678 | 0.617 | 0.704 | 0.623 | 0.634 | 0.684 | 0.669 |
二级流域 | 0.919 | 0.919 | 0.802 | 0.966 | 0.744 | 0.899 | 0.857 | 0.868 | ||
∩土壤保持量 | 千米格网 | 0.473 | 0.506 | 0.441* | 0.532 | 0.451 | 0.467 | 0.491 | 0.481 | |
二级流域 | 0.882 | 0.852 | 0.839* | 0.963 | 0.833 | 0.860 | 0.883 | 0.920 | ||
∩授粉者丰度 | 千米格网 | 0.696 | 0.712 | 0.685* | 0.697 | 0.690 | 0.696 | 0.705 | 0.704 | |
二级流域 | 0.963 | 0.965 | 0.969* | 0.969 | 0.958 | 0.971 | 0.969 | 0.970 | ||
氮输出量 | ∩碳储量 | 千米格网 | 0.668 | 0.654 | 0.673 | 0.649 | 0.668 | 0.645 | 0.646 | 0.645 |
二级流域 | 0.753 | 0.693 | 0.788* | 0.662 | 0.714 | 0.665 | 0.828 | 0.847 | ||
∩土壤保持量 | 千米格网 | 0.203 | 0.213 | 0.226* | 0.213 | 0.217 | 0.204 | 0.299 | 0.298 | |
二级流域 | 0.588 | 0.461 | 0.739* | 0.608 | 0.639 | 0.591 | 0.770 | 0.804 | ||
∩授粉者丰度 | 千米格网 | 0.231 | 0.234 | 0.237* | 0.233 | 0.227.0 | 0.219 | 0.333 | 0.331 | |
二级流域 | 0.765 | 0.727 | 0.824* | 0.702 | 0.737 | 0.718 | 0.818 | 0.831 | ||
土壤保持量 | ∩碳储量 | 千米格网 | 0.177 | 0.195 | 0.152 | 0.144 | 0.150 | 0.170 | 0.147 | 0.169 |
二级流域 | 0.803 | 0.842 | 0.812 | 0.713 | 0.774 | 0.771 | 0.689 | 0.717 | ||
∩氮输出量 | 千米格网 | 0.213 | 0.244 | 0.175* | 0.189 | 0.180 | 0.216 | 0.188 | 0.209 | |
二级流域 | 0.787 | 0.879 | 0.795* | 0.731 | 0.679 | 0.860 | 0.727 | 0.744 | ||
∩授粉者丰度 | 千米格网 | 0.165 | 0.192 | 0.150* | 0.136 | 0.136 | 0.167 | 0.140 | 0.164 | |
二级流域 | 0.751 | 0.848 | 0.809* | 0.682 | 0.744 | 0.773 | 0.671 | 0.712 | ||
授粉者丰度 | ∩碳储量 | 千米格网 | 0.839 | 0.835 | 0.764 | 0.836 | 0.787 | 0.779 | 0.803 | 0.784 |
二级流域 | 0.962 | 0.959 | 0.965 | 0.959 | 0.960 | 0.960 | 0.967 | 0.965 | ||
∩氮输出量 | 千米格网 | 0.545 | 0.520 | 0.402* | 0.596 | 0.435 | 0.419 | 0.565 | 0.514 | |
二级流域 | 0.933 | 0.915 | 0.873* | 0.958 | 0.792 | 0.886 | 0.893 | 0.882 | ||
∩土壤保持量 | 千米格网 | 0.531 | 0.532 | 0.439* | 0.577 | 0.469 | 0.451 | 0.530 | 0.493 | |
二级流域 | 0.888 | 0.863 | 0.876* | 0.961 | 0.851 | 0.852 | 0.921 | 0.932 |
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