成渝城市群生态系统服务权衡/协同时空变化及影响因素

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快速城镇化使生态系统的完整性和稳定性遭到严重破坏,并引发生态环境恶化、生态系统服务功能下降等一系列问题。当前,研究城市化过程中生态系统服务及其相互关系的变化情况,并对其影响因素进行探究,已经成为生态学、地理学等领域的重点研究内容。成渝城市群地处长江上游的生态脆弱地区,是我国生物多样性保护的重点地区之一,也是西部和长江上游重要的经济中心。明晰其生态系统服务间的相互关系及影响因素,有利于促进该区域生态系统服务协同发展,减轻城镇化对生态系统的负面影响,对于筑牢长江上游生态屏障、维护国家生态安全具有重要意义。研究基于ArcGIS、ArcGIS pro、ENVI平台,结合InVEST模型、CASA模型对成渝城市群粮食生产力、碳存储功能及生物多样性三种典型的生态系统服务的时空变化情况进行分析;利用相关性分析、生态系统服务变化指数以及生态系统权衡协同度等方法探究成渝城市群生态系统服务在整体和局部、时间和空间上的权衡/协同分布特征;利用地理加权逻辑回归模型对成渝城市群生态系统服务间的关系对人为(城市化)及自然因素的响应情况进行探究,以期为当地相关部门的规划管理工作提供科学参考,实现成渝城市群生态环境保护和社会经济发展的双赢。本研究结论如下:(1)研究期内,成渝城市群的粮食生产力、碳存储功能和生物多样性间的时空分布特征各不相同。其中,粮食生产力在2005-2015年间的空间分布差异显著:2005年城市群粮食生产力水平为中间低东西高,2010年的情况为西低东高,2015年粮食生产力高值/低值分布无明显聚集现象。从各市(区)的粮食生产力水平来看,城市群东部各市(区)的粮食生产力水平始终较高。2005年粮食生产力水平较低的城市为四川省的遂宁市、内江市、自贡市和宜宾市以及重庆市区,2010年为四川省的成都市、绵阳市、德阳市、遂宁市和重庆市区,2015年主要为成都市及自贡市至重庆市区一带。从时间上看,成渝城市群的粮食生产力在不断提高,各市(区)的粮食生产力水平总体呈现先小幅上升后大幅上升的趋势。(2)成渝城市群的碳存储功能在研究期内的空间分布情况较为相似。表现为以成都市和重庆市为中心的区域碳存储功能最弱,城市群大部分地区的碳存储功能较弱,东部平行岭谷地区的碳存储功能较强,城市群西南角的峨眉山地区碳存储功能最强。对于不同的土地利用类型,林地的碳存储功能最强,建设用地的碳存储功能最弱,2005年各土地利用类型的碳存储功能由高到低依次为林地>草地>耕地>水体>未利用地>建设用地,2010年和2015年为林地>草地>耕地>未利用地>水体>建设用地。从城市群各市(区)的碳存储功能看,雅安市的碳存储功能最强,重庆市的碳存储功能最弱,各市(区)的碳存储呈现先小幅下降后大幅上升的趋势。(3)成渝城市群的生物多样性空间分布情况在研究期内变化较小。表现为城市群四周的山地及东部平行岭谷地区的生物多样性水平较高,中部成都平原和川中丘陵的生物多样性水平较低。从生境质量等级变化来看,生境质量为高的区域面积有所上升,生境质量等级为较高、中等和较低的区域面积有所下降,生境质量等级为低的区域面积大幅上升,总体来看,成渝城市群的生境质量有所下降,生物多样性水平降低。对于不同的土地利用类型,生物多样性水平由高到低依次为水体>林地>草地>耕地>建设用地和未利用地。对于各市(区)而言,城市群中部资阳市至南充市一带、重庆潼南区、荣昌区以及重庆市区的生物多样性水平始终较低,雅安市、乐山市和重庆市丰都县、南川区和黔江区的生物多样性水平较高。研究期间,城市群生物多样性水平下降的市(区)有20个,生物多样性水平保持稳定的市(区)有14个,生物多样性水平上升的市(区)有4个。(4)2005年、2010年和2015年成渝城市群三种生态系统服务的权衡/协同关系存在一定差异。粮食生产力和碳存储功能间始终为较弱的协同关系,粮食生产力和生物多样性间在2005年为较弱的协同关系,2010年和2015年为较弱的权衡关系,但权衡强度有所增加。碳存储功能和生物多样性间始终保持显著的协同关系。从成渝城市群三种生态系统服务的增益损失的时空分布特征来看,粮食生产力和碳存储功能在研究期间的变化较大,生物多样性的增益损失程度在研究期间变化较小。(5)成渝城市群三种生态系统服务间权衡/协同关系在空间上的分布情况有所差异。粮食生产力同碳存储间的协同区域面积大于权衡区域面积,整体为协同关系。碳存储同生物多样性间在大部分地区为较弱的权衡关系,粮食生产力同生物多样性间在大部分地区同样为权衡关系,但权衡性较强。(6)利用地理加权逻辑回归模型探讨成渝城市群生态系统服务间关系同潜在影响因素间的相关性,发现该模型的拟合度高于全局回归模型。在生态系统服务间关系对人为(城市化)影响因素的响应方面,碳存储和粮食生产力间、碳存储和生物多样性间的关系对人口密度和GDP密度多为正响应,粮食生产力和碳存储间关系对人口密度和GDP密度在城市群范围内多为负响应。从自然因素对城市群生态系统服务间关系的影响来看,气温对生态系统服务间的权衡/协同关系影响相对较大,且生态系统服务间关系受到多种因素的共同影响。
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