基于InVEST模型的环洞庭湖区LUCC对生态系统服务的影响研究

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bbaiing
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LUCC(Land Use and Land Cover Change,土地利用/覆被变化)会引起地表景观结构的改变,土地利用结构、利用方式、覆被空间格局等均会对生态系统结构与生态过程产生一定的影响,进而影响到生态系统服务。因此,描述生态系统服务的时空演变规律、剖析各服务间的权衡与协同关系,探究LUCC与生态系统服务间的作用关系和变化机理,是当前可持续发展、生态学和资源学科的新方向,对实现区域内多种生态系统服务间的协调发展、维持LUCC与生态系统服务的动态稳定有着十分重要的意义。本文基于2000/2005/2010/2015/2018年5期土地利用数据,通过对环洞庭湖区土地利用/覆被演化过程的分析,结合In VEST模型对水源涵养、碳存储、土壤保持、生境质量4类生态系统服务进行评估,分析其时空演变特征,利用相关系数法定量计算4种服务之间的权衡与协同关系,并探讨区域内LUCC对生态系统服务产生的影响。结果表明:(1)环洞庭湖区土地格局由西部和东南部弱土地利用强度向中部、北部较强土地利用强度过渡。土地利用类型以耕地、林地和水域为主,18年间研究区的土地利用面积的变化特征为建设用地、水域、未利用地的持续增加和耕地、林地面积的不断减少。耕地、林地和草地的面积均有不同程度的下降,其中耕地面积变化幅度最大,共减少了 1419.04km2(变化率为-42.69%),林地减少了 5.55%,草地减少了 1.76%;而建设用地、水域和未利用地的面积有较为明显的增长,其中建设用地增幅最大,共增加了 950.06km2(变化率为28.58%);水域增加了 441.22km2(变化率为1 3.27%);未利用地的面积由1.44%增至1.88%。2000~2018年间共产生30种土地利用类型的转移,主要转出地类为耕地、水域和林地,主要转入地类是水域和建设用地,同时还有部分未利用地有所扩张。建设用地和耕地的波动剧烈,耕地转移变化最为显著,主要转向了水域1210.93km2,占耕地总转移面积的43.92%;建设用地转移占比30.29%和林地转移占比23.49%;水域转为耕地549.81km2,占水域总转移面积的49.34%,建设用地转向耕地234.16km2,占比79.74%。(2)环洞庭湖区四项生态系统服务均呈现出“西南、西北、东南高-东北、中部低”的空间分布特征。研究期间内四种生态系统服务量持续减少,程度依次为:水源涵养>土壤保持>生境质量>碳储存。其中,水源涵养量共减少了 47.68×108m3;碳储量减少了 1006.76×104t;土壤保持量减少了 20.94×107t;生境质量减少了 733.95×103/km2。(3)从生态系统服务之间的权衡与协同关系上看,环洞庭湖区四类生态系统服务在年际变化上以协同关系为主,只有水源涵养与生境质量在2010年为弱相关关系(r>0,p>0),其余四个年份显示出负相关关系(r<0,p>0),说明二者之间是此消彼长的权衡关系;除此之外,其他5对生态系统服务的两两比对均为正相关关系且显著性均大于0.01,这表明它们为显著协同关系,即一种服务的增加会导致另一种服务的增加。各服务间的协同关系依次为:CS&HQ>CS&SC>WY&CS>SC&HQ>WY&SC。而四类生态系统服务间的权衡与协同关系在空间上呈现出明显的区域异质性:其中碳储存与土壤保持、碳储与生境质量在整体上均存在极显著权衡(r<0,0.01<p<0.05),水源涵养与土壤保持总体为极显著权衡关系,局部地区(南洞庭湖一带)存在极显著协同关系(r>0,0.01<P<0.05);而协同关系较好为水源涵养与碳储存之间,在东北部地区存在极显著协同关系,沿东西南洞庭湖一带存在极显著权衡关系。协同度高低依次为:WY&CS>SC&HQ>WY&HQ>WY&SC>CS&HQ>CS&SC。(4)环洞庭湖区不同地类提供各项生态系统服务的能力存在差异性:除水源涵养能力高低依次为耕地>林地>建设用地之外,不同地类的碳储存和生境质量能力表现为林地>耕地>水域,土壤保持能力高低表现为林地>耕地>草地。未利用地和建设用地提供的土壤保持和生境质量服务能力最差。林地和耕地是环洞庭湖区提供优良生态系统服务的重要土地类型。2000~2018年环洞庭湖区LUCC与四项生态系统服务之间以权衡关系为主。LUCC与水源涵养之间5个年份均为极显著权衡关系(r<0,p<0.01);LUCC与碳储存之间为显著权衡关系,其中2018年为极显著负相关关系(-0.117**),2005年、2010年和2015年二者之间为显著负相关关系(r<0,p<0.05),而在2000年二者为负相关关系(r<0,p>0.1)。LUCC与生境质量之间为权衡关系,其中2015年二者为极显著负相关(-0.107**);LUCC与土壤保持为弱权衡关系,在2000年和2015年为正相关关系(r>0,p>0.1),在2005、2010和2018年均为负相关关系(r<0,p>0.1)。由此可知,林地在环洞庭湖区碳储存、土壤保持、生境质量服务中发挥着巨大的优势作用,是区域十分重要的土地类型。耕地则为区内水源涵养服务贡献巨大。LUCC与4种服务之间属于此消彼长的权衡关系,这表明随着土地利用强度加深、耕地和林地向建设用地的转移,会导致区域内生态系统服务能力的削减。对LUCC和生态系统服务的综合评估,不仅可实现区域生态系统服务的定量评估,也在空间尺度上展现其权衡与协同关系。研究结果可为区域LUCC与生态系统服务实现动态稳定发展提供科学建议和对策。
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