关键词:
耕地生态系统服务价值
影响因素
权衡与协同
功能分区
摘要:
耕地不仅是粮食安全的重要保障,更是人类社会赖以生存和发展的基础,其重要性不言而喻。但近年来随着工业化与城镇化的快速推进,人们对耕地的多样化需求不再局限于农业生产功能,生态安全、社会保障等功能正不断显化,进而引起一系列的社会问题与生态问题。本研究以敖汉旗2020年土地利用/覆被数据为研究基础,采用In VEST、CASA等模型定量评估耕地粮食供给、水源涵养、土壤保持及碳储存四种生态系统服务价值,在此基础上探究各项服务空间分布特征,运用最优参数地理探测器模型、趋势线分析等识别其影响因素,并利用多尺度地理加权回归(MGWR)探测其空间影响范围,运用Spearman秩相关系数结合双变量局部空间自相关识别四种服务间的空间权衡协同关系。同时,在县域中选取三个具有典型地形地貌特征的小流域进行实地调研,基于野外土壤采样数据利用价值量模型定量评估小尺度耕地粮食供给、土壤水分涵养、土壤保持和土壤有机碳储存四种服务价值,明晰其空间分异特征,并运用最优参数地理探测器及冗余分析(RDA)模型判别各服务主导影响因子,利用地理加权回归识别各服务彼此间的权衡协同关系,最终采用自组织映射(SOM)识别生态系统服务簇划分生态功能重要区,并针对性提出一系列区域生态系统管理对策。两个尺度实现互补,二者结合有助于全面系统了解敖汉旗耕地生态系统服务特性,旨在为该旗耕地可持续利用及生态管护提供参考,主要研究结果如下:
(1)敖汉旗耕地生态系统服务价值各自呈现不同空间分布特征。乡镇尺度上,粮食供给服务高值区主要分布于新惠镇及东北部的木头营子乡、长胜镇等,其余三种服务高值区存在一定相似性,多集中于敖汉旗南部各乡镇。耕地综合生态系统服务处于较低服务水平,综合指数高值区主要位于新惠镇,主导生态系统服务价值为粮食供给。小流域尺度上,三个小流域粮食供给服务空间分布与DEM分布趋势接近,高值区多位于地形较为平坦、海拔相对较低区域。对于土壤水分涵养服务而言,剥蚀台地石灰性褐土型(Erosion tableland calcareous cinnamon soil,ETCCS)小流域的高值区主要位于西南部林草茂密地带,小起伏山地淡栗褐土型(Small undulating mountain chestnut cinnamon soil,SUMCCS)多分布于小流域西部,丘陵栗钙土型(Hill chestnut soil,HCS)集聚于西南部区域。三个小流域耕地土壤保持与土壤有机碳储存服务高值区存在聚类且具有高度相似性,ETCCS型小流域主要位于北部及东部边缘处,SUMCCS型小流域集聚于东西两侧,HCS型小流域集中分布于东部、东南部及西部。SUMCCS型小流域综合服务指数值更高,整体处于较高服务等级,高值区聚集于中部及西南部,ETCCS型和HCS型小流域均处于中等服务水平,高值区分别位于北-东、西北-东南边缘区域,主导生态系统服务价值均为土壤有机碳储存。
(2)敖汉旗耕地生态系统服务空间分异的关键影响因子、作用方向及其空间影响范围在不同尺度上存在差异。乡镇尺度上,气候条件与自然地理对各服务影响程度较大,尤以气温、降水、海拔和土壤类型为代表,其他环境因子如商超密度、人口密度、田块连片度等对部分服务存在一定贡献度,四个有效关键因子存在较强空间异质性,对各服务空间分异产生综合效应。小流域尺度上,粮食供给、土壤水分涵养、土壤保持、土壤有机碳储存四种服务共同关键因子存在差异,分别为海拔与林草面积占比、地形起伏度与聚集度指数、林草面积占比和斑块密度、林草面积占比和平均斑块分维数,受耕地适宜性与生产力影响,各因子在三个小流域内的作用方向并不完全一致。综合来看,非耕生境与景观格局对小尺度耕地各服务影响程度较大。耕地双尺度生态系统服务影响因子间交互探测主要表现为非线性增强与双因子增强作用。
(3)敖汉旗耕地生态系统服务权衡与协同关系差异显著。乡镇尺度上,粮食供给与其余三种服务均呈现权衡关系,水源涵养-土壤保持、水源涵养-碳储存、土壤保持-碳储存3个生态系统服务对之间均为协同关系。小流域尺度上,土壤保持与土壤有机碳储存服务在三个小流域内均表现为较强协同作用,土壤水分涵养与土壤保持之间也以协同效应为主,在ETCCS型小流域中作用强度最大,粮食供给与土壤保持、土壤有机碳储存在SUMCCS型和HCS型小流域中均表现为权衡作用,土壤水分涵养与粮食供给、土壤有机碳储存在ETCCS型和HCS型小流域中也均为权衡效应。耕地各生态系统服务间权衡协同关系空间分布具有规律性,也存在尺度效应。在乡镇尺度基于生态系统服务簇划分三个主导功能区,生态保育区主要分布于东部及东南部各乡镇,粮食供给-固碳调节区主要位于新惠镇及木头营子乡东南部,粮食供给区集聚于敖汉旗中部及西部多个乡镇。