三峡库区(重庆段)地表起伏度及其对生态系统服务价值的影响

郭晓娜，苏维词,3①，李 强，潘真真

(1.重庆师范大学地理与旅游学院，重庆 400047；2.重庆市三峡库区地表过程与环境遥感重点实验室，重庆 401331；3.贵州科学院山地资源研究所，贵州 贵阳 550001；4. 河南大学环境与规划学院，河南 开封 475001)



三峡库区(重庆段)地表起伏度及其对生态系统服务价值的影响

郭晓娜1,2，苏维词1,2,3①，李 强4，潘真真1,2

(1.重庆师范大学地理与旅游学院，重庆 400047；2.重庆市三峡库区地表过程与环境遥感重点实验室，重庆 401331；3.贵州科学院山地资源研究所，贵州 贵阳 550001；4. 河南大学环境与规划学院，河南 开封 475001)

地表起伏度与生态系统服务价值密切相关。地表起伏度决定或直接影响土地利用类型，造成不同地表起伏度地区生态系统服务价值不同。利用ASTER GDEM V2全球数字高程模型数据，通过窗口分析法获得三峡库区(重庆段)地表起伏度。利用土地利用数据，参照中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表，计算三峡库区(重庆段)生态系统服务价值，定量分析地表起伏度与生态系统服务价值的相关性。结果表明：(1)研究区地貌复杂，地表起伏较大，整体来说东部高于西部，其中地表起伏度最大的是巫溪(1.360 3)，最小的是渝中(0.289 0)。(2)研究区人均生态系统服务价值空间分布不均，东部为天然林保护区和水源涵养区，人均生态系统服务价值高。西部为都市重点开发区和城市发展新区，人均生态系统服务价值低。(3)地表起伏度与人均生态系统服务价值呈正相关，对其影响程度由大到小依次为原材料生产、食物生产、气体调节、气候调节、价值总量、水文调节、保持土壤、提供美学景观、维持生物多样性和废物处理。研究表明，加强对位于高地表起伏度区的天然林保护区和水源涵养区的保护是维护和提高库区生态系统服务价值的有效途径。

三峡库区(重庆段)；地表起伏度；生态系统服务；价值

近年来,关于地表起伏度(relief degree of land surface,RDLS)的研究主要集中在地表起伏度的计算与分析[1],地表起伏度对人口分布、经济发展、人居环境适宜性的影响[2-5]方面。

地表起伏度作为区域地形特征的宏观表现因子,对土地利用、植被类型与分布等有重要影响。地表起伏度空间特征影响着土地利用的方式和空间格局的分布,建设用地多分布在地表起伏度较小的地区,林地主要分布在地形复杂地区[6],耕地、城镇村及工矿用地、交通运输用地、水利设施用地以及其他土地多集中在地表起伏和缓区[7]。地形起伏影响森林生物量及其空间分布[8-9]。地形起伏度作为影响植被生长状况最重要的因素之一,从根本上决定了植被的空间分布与变化轨迹[10]。地形起伏对针叶林和阔叶林影响最大,其次为草地、灌木林和园地[11]。

国外关于生态系统服务价值的研究起步较早,生态系统服务价值的概念最早由WESTMAN[12]提出,之后DAILY[13]对其进行了更为详细的论述。国内对生态系统服务价值的研究主要涉及生态系统服务价值的计算[14]、在土地利用变化的基础上对生态系统服务价值时空特征进行分析[15]以及对某种生态系统服务功能的分析[16-17]等方面。关于三峡库区生态系统服务价值的研究主要集中在生态系统服务价值的评估[18]、生态系统服务价值时空演变及驱动力[19]以及生态系统服务功能重要性评价[20]等方面。

关于生态系统服务价值的研究已经很多,相关研究多集中在生态系统服务价值的评估与时空变化方面,其驱动力及影响因素研究很少。有关地表起伏度的研究也由来已久,但是将地表起伏度与生态系统服务价值结合起来,研究地表起伏度对生态系统服务价值影响方面的研究则鲜见报道。三峡库区(重庆段)作为长江流域的重要生态走廊,地表起伏大,地貌类型复杂,属于生态系统敏感区与脆弱区。笔者以土地利用数据为基础,研究三峡库区(重庆段)生态系统服务价值空间分布特征及地表起伏度对其的影响,丰富三峡库区生态问题研究,为合理配置土地资源、划分生态保护区、科学布局生态建设及生态工程以及因地制宜地维护和改善生态系统服务功能提供科学依据。

1 研究区概况

三峡库区(重庆段)位于28°31′～31°44′ N,105°49′～110°12′ E,下辖重庆市22个区县,分别是渝中、沙坪坝、北碚、九龙坡、大渡口、巫山、巫溪、奉节、云阳、开县、万州、忠县、丰都、石柱、涪陵、武隆、长寿、渝北、巴南、江北、南岸和江津,其中渝中、沙坪坝、北碚、九龙坡、渝北、巴南、江北、南岸和大渡口为重庆主城区,总面积约为4.62万km2。该区处于川东平行岭谷、大巴山褶皱带和川鄂湘黔隆起褶皱带3大构造单元的交汇处,地貌以丘陵和山地为主,地势东南高西北低,最高点海拔为2 796.8 m,最低点海拔为73.1 m,相对高差2 723.7 m。气候类型属亚热带季风性湿润气候,因受地形影响而多雨和云雾。库区河流众多,水资源丰富。植被类型多样,以亚热带常绿阔叶林为主,其中,阔叶林主要包括丝栗栲、甜槠林、青冈栎林、巴东栎林、刺叶栎林和桢楠林等,针叶林包括马尾松、柏木林、巴山松林、华山松林、杉木林、黄杉林、油杉林、水杉林、银杉林、云杉林和巴山冷杉林。土壤类型主要有黄壤、黄棕壤、紫色土和水稻土等。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源及预处理

2.1.1 地表起伏度数据

地表起伏度数据基于精度为30 m的重庆数字高程数据和三峡库区(重庆段)矢量数据。首先在地理空间数据云平台(http:∥www.gscloud.cn/)下载整个三峡库区(重庆段)ASTER GDEM V2全球数字高程模型(digital elevation model,DEM)数据,然后采用ENVI 5.0软件进行拼接,采用ArcGIS 10.0软件进行投影转换,提取三峡库区(重庆段)DEM数据,为下一步研究做准备。

2.1.2 土地利用数据

土地利用数据来自重庆市 2010 年土地利用专题图,比例尺为1∶10万。采用ArcGIS 10.0软件建立研究区土地利用数据库,按照国家土地分类系统标准,结合研究区实际情况,将土地利用类型分为耕地(水田和旱地)、林地、草地、水域、建设用地和未利用地6种,以此作为研究生态系统服务价值的基础数据。

2.2 研究方法

2.2.1 地表起伏度提取

在封志明等[21]研究的基础上,结合重庆地形实际情况,将三峡库区(重庆段)坡度小于5°的区域统称为平地,采用ArcGIS 10.0软件的邻域统计工具计算地表起伏度(Ds),计算公式为

Ds=hav/1 000+[(hmax-hmin)×(1-Ap/A)]/500。

(1)

式(1)中,hav为一定区域内平均海拔,m;hmax为区域内最高海拔,m;hmin为区域内最低海拔,m;Ap为区域内平地面积,km2;A为区域总面积,km2。

2.2.2 生态系统服务价值计算

借鉴谢高地等[22]最新修订的中国生态系统单位面积生态服务价值当量因子表,并结合三峡库区(重庆段)具体情况进行修正。根据重庆市2010年统计年鉴,统计得到2010年重庆市各区县人口数、重庆市粮食平均收购价格(2.06元·kg-1)和重庆市单位面积粮食产量(5 152.4 kg·hm-2)。依据1个生态服务价值当量因子的经济价值量等于平均粮食单产市场价值的1/7,计算得到三峡库区(重庆段)1个生态服务价值当量因子的经济价值量为1 516.28 元。根据文献[23],将每种土地利用类型与最接近的生态系统类型联系起来。其中,耕地对应农田,林地对应森林,水域对应水体,未利用地对应荒漠,建设用地生态服务价值均取值为0[24],计算研究区不同土地利用类型单位面积生态服务价值。考虑到研究区区、县人口差异大,为消除区域差异对结果可信度的影响,以人均享有价值来反映各区县的生态系统服务价值(ecosystem services value,ESV),计算得到各区县人均生态系统服务价值,以下结果分析中所指生态系统服务价值均为人均生态系统服务价值。具体计算公式如下:

Ve,s,k=∑(Ak×Cv,k),

(2)

Ve,s,f=∑(Ak×Cv,f,k),

(3)

Ve,s,av,f=Ve,s,f/P。

(4)

式(2)～(4)中,Ve,s,k和Ve,s,f分别为第k类和第f项土地服务价值,元;Ak为研究区第k类土地利用面积,hm2;Cv,k为第k类土地利用单位面积服务价值系数,元·hm-2·a-1;Cv,f,k为第k类土地利用对应的第f项生态服务功能单位面积服务价值系数,元·hm-2·a-1;Ve,s,av,f为第f项生态服务功能的人均享有价值量,元·人-1;P为各区县人口数。

2.2.3 生态区位计算

为更好地说明地表起伏度对生态系统服务价值空间差异性的影响,增加生态区位方面的内容,探讨不同地表起伏度区域生态区位与生态服务价值的关系。生态区位用生态经济协调度指数(VEEH)来衡量表现[25]。VEEH指研究期内单位面积生态系统服务价值的变化率(VES,pr)与单位面积 GDP变化率(VGDP,pr)之比。由于研究数据为一期,故用同一期数据,即2010年生态系统服务价值(ESV)与GDP之比作为生态经济协调度指数来反映生态区位。

3 结果与分析

3.1 地表起伏度及生态区位空间分布特征

三峡库区(重庆段)各区县地表起伏度见图1和表1,不同土地利用类型单位面积生态服务价值见表2。

由图1和表1可知,三峡库区(重庆段)22个区县地表起伏度空间差异大。地表起伏度从东到西、从南到北呈降低趋势,起伏度较大的区域包括渝东北地区的巫山、巫溪和奉节3个县以及渝东南武陵山区的石柱和武隆2个县,起伏度介于1.077 1～1.360 3之间,这些地区多为山区,地形破碎、崎岖,故起伏度大;起伏度居中的区县包括位于三峡库区(重庆段)腹地的开县、云阳、万州、涪陵和丰都,起伏度介于0.584 7～0.721 4之间,这些地区处于山区向都市区过渡地段,故起伏度居中;起伏度较小的区县包括位于西部的重庆主城区(渝中区、大渡口区、江北区、沙坪坝区、九龙坡区、南岸区、北碚区、渝北区和巴南区)以及江津、长寿和忠县等,起伏度介于0.289 0～0.484 4之间,这些地区多为都市区,地势相对平缓,故起伏度小。

海拔是地表起伏度的重要表征因子之一,它不仅反映地表的切割剥蚀程度大小,还表征区域内构造活动强度的差异状况,同时也是影响生态系统服务价值的重要因子。由表1可知，海拔与地表起伏度的空间分布具有一致性,平均海拔较高的区域亦为地表起伏度较大的区域,分别是渝东北的巫山、巫溪、奉节以及渝东南武陵山区的石柱、武隆,平均海拔在974～1 316 m之间;海拔居中的区县包括库区腹地的开县、云阳、万州、涪陵和丰都,平均海拔在565～762 m之间,这些地区也是起伏度居中区域;海拔较低的区县包括西部的重庆主城区(渝中区、大渡口区、江北区、沙坪坝区、九龙坡区、南岸区、北碚区、渝北区和巴南区)以及江津、长寿和忠县等,平均海拔介于249～457 m,这些地区多为起伏度小的都市区。

表1显示,三峡库区(重庆段)各区县不同地表起伏度地区的生态区位状况各不相同。渝东北的巫山、巫溪,渝东南的石柱、武隆、丰都以及云阳这6个地表起伏度大的区县生态区位(以生态经济协调度指数来衡量)较大,介于1.302 3～3.762 9之间;库区腹地的开县、忠县、长寿、万州、涪陵,西部主城区的北碚、巴南以及奉节、江津9个区县起伏度居中,其生态区位亦处于中位,介于0.215 6～0.697 3之间;地表起伏度较小的西部主城区包括渝中、大渡口、江北、沙坪坝、九龙坡区、渝北和南岸7个地区,其生态区位也较小,介于0.000 7～0.171 8之间。

图1 三峡库区(重庆段)各区县地表起伏度空间分布

表1 三峡库区(重庆段)各区县地表起伏度

Table 1 RDLS in various counties and districts of the Three Gorges Reservoir Region (Chongqing Section)

区县名地表起伏度平均海拔/m生态区位1)区县名地表起伏度平均海拔/m生态区位1)渝中区0.28902490.0007江津区0.42144570.3462大渡口区0.30622830.0128万州区0.62166020.2175江北区0.30542700.0130丰都县0.72147411.4536沙坪坝区0.35943500.0185忠县0.48444500.5316九龙坡区0.33993230.0769开县0.68357520.6973南岸区0.32462990.1718云阳县0.69176481.4159北碚区0.40744190.2794奉节县1.09159740.3589渝北区0.42273990.1234巫山县1.07719891.9254巴南区0.47184360.2651巫溪县1.360313163.7629涪陵区0.58475650.2156武隆县1.10149881.3023长寿区0.41533910.4266石柱县1.150911091.5046

1)以生态经济协调度指数来衡量。

3.2 人均生态系统服务价值空间分布特征

由表3可知,三峡库区(重庆段)区县地表起伏度差异大,土地利用特征不同,功能定位不同,故生态系统服务价值有差异。总体来说,东部多天然林保护区和水源涵养区,林地和水域面积占比大且人口密度较小,其生态系统服务价值高。西部多为都市区,建设用地和交通用地面积占比大且人口密度较大,其生态系统服务价值低。人均生态系统服务价值的空间分布与重庆5大生态功能区的划分具有高度一致性,将生态功能区中的都市功能核心区与都市功能拓展区合为都市重点开发区,与城市发展新区、渝东北水源涵养林区、渝东南生态保护发展区共同构成了库区人均生态系统服务价值空间分布格局。

表2 三峡库区(重庆段)不同土地利用类型单位面积生态服务价值

Table 2 Ecosystem service value per unit of area in the Three Gorges Reservoir Region (Chongqing Section) relative to type of land use

元·hm-2·a-1

表3 三峡库区(重庆段)各区县各类生态服务功能的人均生态服务价值

Table 3 Per-capita ecosystem service value in various counties and districts of the Three Gorges Reservoir Region (Chongqing Section) relative to type of ecosystem service

元·人-1

都市重点开发区包括主城区的渝中区、大渡口区、江北区、沙坪坝区、九龙坡区、南岸区、北碚区、渝北区和巴南区。该功能区人口密度大,林地和农用地面积占比极小,食物生产、原材料生产为薄弱点。由于该区林地面积占比较小,在气体调节、气候调节和提供美学景观方面缺乏优势。建设用地和交通用地面积占比大,在保持土壤、水文调节、废物处理和维持生物多样性方面不够突出。

城市发展新区是未来工业化城镇化的主战场,包括涪陵区、长寿区和江津区。该功能区是都市延伸区,为城市和农村的过渡区,各类生态系统服务价值在22个区县中属于中等。因紧邻都市重点开发区,农用地多转化为其他地类,故食物生产和原材料生产方面处于劣势,其他方面处于中等水平。

重要生态功能区作为在涵养水源、保持水土、调蓄洪水、防风固沙和维系生物多样性等方面具有重要作用的生态功能区域,其对于防止和减轻自然灾害、协调流域及区域生态保护与经济社会发展以及保障国家和地方生态安全具有重要意义[26]。渝东北水源涵养林区是长江上游重要生态屏障,侧重三峡库区水源涵养,包括万州、丰都、忠县、开县、云阳、奉节、巫山和巫溪。该功能区各类生态系统服务价值高,在维持生物多样性、保持土壤、水文调节、气体调节和气候调节方面占有绝对优势。

三峡库区(重庆段)位于典型的生态过渡带上,生态环境脆弱,人类不合理开发使得一些区域植被覆盖率下降。由于植被的地域性和不可移动性等特点,建立各种类型的保护地是植被保护的唯一途径[27]。渝东南生态保护发展区(武陵山区)包括武隆县和石柱县,是国家重点生态功能区与重要生物多样性保护区。这2个县各类生态系统服务较均衡,总体生态系统服务价值在22个区县中位居前列。保护区内村镇建设用地面积占比相对较小[28],林地和农用地面积占比大,食物生产方面优势明显,其中武隆县食物生产服务功能位居第1。

3.3 地表起伏度、海拨及生态区位对生态系统服务价值的影响

3.3.1 地表起伏度和海拔对生态系统服务价值的影响

由表4可知,地表起伏度与生态系统服务价值总量呈极显著正相关(P<0.01,R2>0.5),可见地表起伏度对生态系统服务价值总量影响重大。三峡库区(重庆段)起伏度大的地区多为生态保护区和水源涵养林区,故生态系统服务价值总量大。研究区起伏度小的地区多开发为建设用地以及交通和水利等基础设施用地,故生态系统服务价值总量小。

表4 地表起伏度与生态系统服务价值的相关性

Table 4 Correlation between RDLS and land ecosystem service values

项目显著性水平P回归方程决定系数R2价值总量<0.001y=15393x-686.440.5653食物生产<0.001y=367.78x-34.6170.6384原材料生产<0.001y=1701x-404.70.6565气体调节<0.001y=2430.5x-447.360.6168气候调节<0.001y=2245.1x-263.620.5811水文调节<0.001y=2127.8x-15.030.5149废物处理0.003y=879.57x+279.770.3230保持土壤0.001y=1986.4x+86.4080.4115维持生物多样性0.001y=1994.8x+224.950.3713提供美学景观0.001y=882.15x+113.950.3872

x为地表起伏度;y为生态系统服务价值。

供给服务包括食物生产和原材料生产。食物生产可定义为将太阳能转化为能食用的植物和动物产品[29]。由表4可知,地表起伏度分别与食物生产、原材料生产呈极显著相关(P均<0.01，R2均>0.6),说明地表起伏度对食物生产和原材料生产有重大影响。起伏度大的地区多为农村山区,农用地和林地面积比例大,故食物生产和原材料生产量高,起伏度小的地区多为建设用地和交通用地,食物生产和原材料生产量低。

调节服务在生态系统服务价值中占有较大比例。由表4可知,地表起伏度与气体调节、气候调节、水文调节和废物处理之间均呈极显著相关(P均<0.01)。地表起伏度与气体调节、气候调节和水文调节之间的R2分别为0.616 8、0.581 1和0.514 9,与废物处理之间的R2为0.323 0,说明地表起伏度与气体调节的拟合效果最理想,与气候调节的拟合效果次之,与水文调节的拟合效果适中,与废物处理的拟合效果一般。起伏度大的地区多林地和水域,调节服务能力强。起伏度小的地区多人工设施,调节能力差。库区所在的重庆市为中国内陆山水城市,森林覆盖率高,环境自净能力强,因此主城与区县废物处理差别较小。

由表4可知,地表起伏度与保持土壤、维持生物多样性均呈极显著相关(P<0.01)。地表起伏度与保持土壤和维持生物多样性之间的R2均小于0.5,说明地表起伏度对保持土壤和维持生物多样性的影响相对较小。库区起伏度大的地区多为山区,植被覆盖度大,生物种类多,保持土壤能力强。起伏度小的地区为人类活动频繁区,开发力度大,保持土壤和维持生物多样性能力相对较弱。

由表4可知,地表起伏度与提供美学景观之间呈极显著相关(P<0.01,R2<0.5),可见地形起伏度对提供美学景观影响相对较弱。三峡库区(重庆段)山水纵横,集山水林田湖于一体,起伏度大的地区提供自然景观,起伏度小的地区提供自然和人文景观,故无论起伏度大小,美学价值都很高。

由表5可知,海拔与各类生态系统服务价值呈极显著正相关,P值均远小于0.01。海拔作为地表起伏度的一个重要指标因子,同样对生态系统服务价值有重要影响。其中，海拔对生态系统服务价值总量有重大影响,R2在0.5以上。库区海拔高的地区多自然山水,故生态系统服务价值总量大。海拔低的地区多建设用地,故生态系统服务价值总量小;海拔与食物生产和原材料生产的R2均在0.6以上,说明海拔对两者影响较大。海拔高的地区多农田、林地,故食物生产和原材料生产量高,海拔低的地区多建设及交通用地,故食物生产和原材料生产量低;海拔对气体调节影响较大(R2=0.635 4),对气候调节影响次之(R2=0.598 2),对水文调节影响一般(R2=0.527 2),对废物处理影响较小(R2=0.327 4)。海拔高的地区多山水林地,调节服务能力强。海拔低的地区多水泥硬化设施,调节能力差。研究区山水相间,植被丰富,净化环境能力强,故全区废物处理差异小;海拔对保持土壤和维持生物多样性的影响相对较小,R2分别为0.434 0和0.377 8。海拔高的地区植被繁多,物种多样,保持土壤能力强。海拔低的地区人工开发建设力度大,保持土壤和维持生物多样性能力相对较弱;海拔对提供美学景观影响相对较小(R2为0.396 6),海拔高的地区多山、水、林、泉、瀑、峡、洞等自然景观,海拔低的地区多文化景观,故研究区无论海拔高低,美学价值都很高。

表5 海拔与生态系统服务价值的相关性

Table 5 Correlation between altitude and land ecosystem service values

项目 显著性水平P回归方程决定系数R2价值总量<0.001y=16.514x-913.990.5788食物生产<0.001y=0.3901x-37.4740.6382原材料生产<0.001y=1.8517x-438.40.6376气体调节<0.001y=2.6178x-489.380.6354气候调节<0.001y=2.4171x-301.910.5982水文调节<0.001y=2.2847x-17.6780.5272废物处理0.005y=0.9397x+269.080.3274保持土壤<0.001y=2.1645x+37.290.4340维持生物多样性0.002y=2.1352x+198.280.3778提供美学景观0.001y=0.4187x+314.780.3966

x为平均海拔;y为生态系统服务价值。

3.3.2 生态区位对生态系统服务价值的影响

由表1和表3可知,不同生态区位其生态系统服务价值不同,总体来说生态区位由都市重点开发区经城市发展新区向渝东北水源涵养林区、渝东南生态保护发展区方向增大,生态系统服务价值亦是如此。由表6可知,生态区位与各类生态系统服务价值呈极显著正相关,P值均远小于0.01。生态区位对原材料生产、食物生产、气体调节和气候调节影响较大,R2均在0.7以上。生态区位对价值总量、水文调节、保持土壤、提供美学景观和维持生物多样性影响次之,R2均在0.5～0.7之间。生态区位对废物处理的影响最小,R2为0.420 2。

4 讨论与结论

研究区地表起伏度(包括海拔)空间差异较大,呈现出东部高于西部、南部高于北部的格局,其中起伏度最大、海拔最高的是东部的巫溪县,起伏度最小、海拔最低的为西部的渝中区。

表6 生态区位与生态系统服务价值的相关性

Table 6 Correlation between ecological location and land ecosystem service values

项目显著性水平P回归方程决定系数R2价值总量<0.001y=6287x+45300.6603食物生产<0.001y=126x+1060.7633原材料生产<0.001y=667x+1900.7811气体调节<0.001y=996x+3740.7153气候调节<0.001y=907x+5040.7112水文调节<0.001y=877x+7300.5687废物处理0.001y=365x+5730.4202保持土壤<0.001y=854x+7300.5740维持生物多样性<0.001y=849x+8760.5080提供美学景观<0.001y=376x+4010.5333

x为生态区位(以生态经济协调度指数来衡量);y为生态系统服务价值。

研究区人均生态系统服务价值空间分布不均,渝东南生态保护发展区和渝东北水源涵养林区人均生态系统服务价值高于西部的城市发展新区和都市重点开发区。

地表起伏度对生态系统服务价值总量影响重大。地表起伏度大的地区多为天然林保护区和水源涵养区,故生态系统服务价值总量高,地表起伏度小的地区多为人类活动频繁区,生态系统服务价值总量低。地表起伏度对各类生态系统服务价值都有影响,其中，对原材料生产和食物生产影响较大,对废物处理影响最小。地表起伏度大的地区多为农村山区,林地和农用地较多,故原材料生产和食物生产量高。地表起伏度小的地区多交通和建设用地,故原材料生产和食物生产量低。库区集山水林田湖于一体,环境自净能力强,无论起伏度大小,废物处理能力都很大。海拔在一定程度上反映了宏观区域的地表起伏特征,其对生态系统服务价值的影响程度与地表起伏度对生态系统服务价值的影响情况一致。其中,海拔对食物生产和原材料生产的影响较大,对废物处理影响最小。

地表起伏度研究较好地反映了区域地貌特征,地表起伏度通过影响土地利用类型来影响生态系统服务价值。亚马逊地区热带雨林等起伏度小的地区,由于水热充足,生物种类繁多,生态系统服务价值普遍高[30]。而研究区由于地域特殊性,区内绝大部分是山地丘陵,人地矛盾突出,起伏度大的地方多自然山水,故生态系统服务价值高,起伏度小的地方多开发为居住区及配套设施,故生态系统服务价值低。生态区位也是影响生态系统服务价值的重要因子,不同起伏度地区其生态区位不同,不同生态区位上呈现出的生态服务功能价值差别很大,这与唐秀美等[31]的研究结果一致。总的来说，研究区生态区位高的地区,如巫山、巫溪、石柱、丰都、云阳和武隆等区县其生态系统服务价值也高,生态区位低的地区,如渝中、大渡口、江北、沙坪坝、九龙坡区、渝北和南岸等地区其生态系统服务价值也低。生态区位对原材料生产影响最大,对废物处理影响最小。生态系统服务价值受土地覆被的类型、组成、结构和过程等综合影响,地表起伏度仅为其中一个影响因素,其作用机理有待进一步研究。科学掌握地表起伏度与生态系统服务价值的定量关系,将库区资源开发利用与可持续发展控制在适度的地表起伏度范围,对充分发挥区域优势,促进区域经济、生态协调发展具有重要的参考价值。

[1] 王利,王慧鹏,任启龙,等.关于基准地形起伏度的设定和计算:以大连旅顺口区为例[J].山地学报,2014,32(3):277-283.

[2] 周自翔,李晶,任志远.基于GIS的关中—天水经济区地形起伏度与人口分布研究[J].地理科学,2012,32(8):951-957.

[3] 刘颖,邓伟,宋雪茜,等.基于地形起伏度的山区人口密度修正:以岷江上游为例[J].地理科学,2015,35(4):464-470.

[4] 于慧,邓伟,刘邵权.地势起伏度对三峡库区人口及经济发展水平的影响[J].长江流域资源与环境,2013,22(6):686-690.

[5] 谢晓议,曾咺,李军.基于移动窗口法和栅格数据的重庆市人居环境自然适宜性评价[J].长江流域资源与环境,2014,23(10):1351-1359.

[6] 张瑞.基于DEM的靖边县土地利用变化分析[D].西安：西安科技大学,2013.

[7] 谷建立,张海涛,陈家赢,等.基于DEM的县域土地利用空间自相关格局分析[J].农业工程学报,2012,28(23):216-224.

[8] TIAN X,SU Z,CHEN E,etal.Estimation of Forest Above-Ground Biomass Using Multi-Parameter Remote Sensing Data Over a Cold and Arid Area[J].International Journal of Applied Earth Observation & Geoinformation,2012,14(1):160-168.

[9] 宋巍巍,管东生,王刚.地形对植被生物量遥感反演的影响：以广州市为例[J].生态学报,2012,32(23):7440-7451.

[10]李建国,濮励杰,刘金萍,等.2001年至2010年三峡库区重庆段植被活动时空特征及其影响因素[J].资源科学,2012,34(8):1500-1507.

[11]宋巍巍.基于TM影像与DEM的广州市植被生物量反演研究[D].广州:中山大学,2008.

[12]WESTMAN W E.How Much Are Nature′s Services Worth?[J].Science,1977,197(4307):960-964.

[13]DAILY G C.Nature′s Services:Societal Dependence on Natural Ecosystems[M].Washington DC,USA:Island Press,1997:1-10.

[14]谢高地,张钇锂,鲁春霞,等.中国自然草地生态系统服务价值[J].自然资源学报,2001,16(1):47-53.

[15]张凤太,苏维词,赵卫权.基于土地利用/覆被变化的重庆城市生态系统服务价值研究[J].生态与农村环境学报,2008,24(3):21-25,50.

[16]王兵,鲁绍伟,尤文忠,等.辽宁省森林生态系统服务价值评估[J].应用生态学报,2010,21(7):1792-1798.

[17]刘晓辉,吕宪国,姜明,等.湿地生态系统服务功能的价值评估[J].生态学报,2008,28(11):5625-5631.

[18]姚玲,廖和平,邓春燕,等.基于土地利用变化的三峡库区生态服务价值损益分析:以重庆市巫山县为例[J].西南大学学报(自然科学版),2012,34(5):91-96.

[19]严恩萍,林辉,王广兴,等.1990—2011年三峡库区生态系统服务价值演变及驱动力[J].生态学报,2014,34(20):5962-5973.

[20]李月臣,刘春霞,闵婕,等.三峡库区生态系统服务功能重要性评价[J].生态学报,2013,33(1):168-178.

[21]封志明,唐焰,杨艳昭,等.中国地形起伏度及其与人口分布的相关性[J].地理学报,2007,62(10):1073-1082.

[22]谢高地,甄霖,鲁春霞,等.一个基于专家知识的生态系统服务价值化方法[J].自然资源学报,2008,23(5):911-919.

[23]王成,魏朝富,邵景安,等.区域生态服务价值对土地利用变化的响应:以重庆市沙坪坝区为例[J].应用生态学报,2006,17(8):1485-1489.

[24]李文楷,李天宏,钱征寒.深圳市土地利用变化对生态服务功能的影响[J].自然资源学报,2008,23(3):440-446.

[25]吴建寨,李波,张新时.生态系统服务价值变化在生态经济协调发展评价中的应用[J].应用生态学报,2007,18(11):2554-2558.

[26]邹长新,徐梦佳,等.全国重要生态功能区生态安全评价[J].生态与农村环境学报,2014,30(6):688-693.

[27]周大庆,夏欣,张昊楠,等.中国自然植被就地保护现状评价[J].生态与农村环境学报,2015,31(6):796-801.

[28]徐网谷,秦卫华,刘晓曼,等.中国国家级自然保护区人类活动分布现状[J].生态与农村环境学报,2015,31(6):802-807.

[29]任继周,李向林,侯扶江.草地农业生态学研究进展与趋势[J].应用生态学报,2002,13(8):1017-1021.

[30]范广洲.亚马逊流域生态系统生理过程对气候变化的影响[J].中国造纸学报,2004,19(增刊1):444-446.

[31]唐秀美,陈百明,路庆斌,等.生态系统服务价值的生态区位修正方法:以北京市为例[J].生态学报,2010,30(13):3526-3535.

(责任编辑： 李祥敏)

Surface Relief Degree and Its Effects on Ecosystem Service Value in the Chongqing Section of the Three Gorges Reservoir Region, China.

GUO Xiao-na1,2, SU Wei-ci1,2,3, LI Qiang4, PAN Zhen-zhen1,2

(1.College of Geography and Tourism, Chongqing Normal University, Chongqing 400047, China;2.Key Laboratory of Surficial Process and Environmental Remote Sensing of Three Gorges Reservoir Area of Chongqing, Chongqing 401331, China;3.Institute of Mountain Resource, Guizhou Academy of Sciences, Guiyang 550001, China;4.College of Environment and Planning, Henan University, Kaifeng 475001, China)

Relief degree of ground surface (RDGS) is closely related to magnitude of the ground surface and hence to land use patterns, which consequently affects service value of the ecosystem in the region. The objective of the study is to examine effect of RDGS on ecosystem service value in the Chongqing Section of the Three Gorges Reservoir Region, China. The ASTER GDEM V2 dataset was used to extract RDGS of the region by means of window analysis. Based on the land use data available, ecosystem service value in the section was worked out using Costanza′s method and the modified ecosystem service value coefficients. Then correlation between the RDGS and land ecosystem services value was quantitatively analyzed. Results show that: (1) The landform is complicated and the RDGS varies sharply in the region. As a whole, RDGS is higher in the east than that in the west, and the highest in Wuxi (1.360 3),and the lowest in Yuzhong(0.289 0). (2) Per capita ecosystem service value distributed unevenly in space. The value is high in the eastern part, for it is composed of natural forest reserves and water conservation and low in the western part, for it consists mainly of key development zones of cities and new urban development areas. (3) A positive relationship is observed between RDGS and per capita ecosystem service values. In terms of effect of RDGS on ecosystem service values, the services display a decreasing order of raw material production> food production> gas regulation> climate regulation> total value> hydrological regulation> soil conservation>provision of aesthetic landscape> maintenance of biodiversity> waste disposal. The study reveals that strengthening the protection of natural forest reserves and water conservation zones in the areas high in RDGS is an effective way to protect and improve the ecosystem service values in the Three Gorges Reservoir Region.

the Three Gorges Reservoir Region (Chongqing Section); relief degree of ground surface; ecosystem service; value

2016-01-27

国家自然科学基金(41261038)；贵州省科技创新人才团队(黔科合人才团队[2014]4014)；贵州省财政厅重点课题

X826；X820.2

A

1673-4831(2016)06-0887-08

10.11934/j.issn.1673-4831.2016.06.004

郭晓娜(1990—),女,河南漯河人,硕士生,主要从事土地资源与土地管理方面的研究。E-mail: gxn15802376539@sina.cn

① 通信作者E-mail： suweici@sina.com