喻露露, 張曉祥, 李楊帆, 趙杏杏, 馬生全, Huhua Cao,曹均闊

1 河海大學(xué)地理信息科學(xué)與工程研究所，南京　210098 2 廈門(mén)大學(xué)海洋與海岸帶發(fā)展研究院，廈門(mén)　361102 3 海南師范大學(xué)信息學(xué)院，?？凇?71158 4 Department of Geography, School of International Development and Global Studies, University of Ottawa, Ottawa K1N 6N5, Canada

?

海口市海岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其時(shí)空變異

喻露露1, 張曉祥1, 李楊帆2,*, 趙杏杏1, 馬生全3, Huhua Cao4,曹均闊3

1 河海大學(xué)地理信息科學(xué)與工程研究所，南京210098 2 廈門(mén)大學(xué)海洋與海岸帶發(fā)展研究院，廈門(mén)361102 3 海南師范大學(xué)信息學(xué)院，?？?71158 4 Department of Geography, School of International Development and Global Studies, University of Ottawa, Ottawa K1N 6N5, Canada

摘要:海岸帶位于陸地、海洋交匯地帶，有著重要的生態(tài)價(jià)值，但也是生態(tài)環(huán)境較為脆弱的地區(qū)。以海口市為研究區(qū)，研究海口市海岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其時(shí)空變異。基于1990、1995、2004和2012年4期Landsat TM影像得到土地利用覆蓋數(shù)據(jù)；采用基于當(dāng)量因子的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)方法，結(jié)合海口市實(shí)際情況，構(gòu)建了海口市海岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)評(píng)估模型；借助GIS空間分析技術(shù)，應(yīng)用局部空間自相關(guān)模型，定量研究了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(ESV)的時(shí)空變異特征。研究結(jié)果表明：(1)在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的總值方面，過(guò)去20多年的ESV整體變化不大，但近年來(lái)ESV有所降低，生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)退化趨勢(shì)。(2)在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空變異方面，?？谑泻０稁SV的空間正相關(guān)性顯著，空間集聚程度較高，高值區(qū)主要集中于中心城區(qū)西部和東寨港周?chē)?，低值區(qū)主要集中于中心城區(qū)；近來(lái)，在發(fā)展城市經(jīng)濟(jì)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的雙重作用下，位于中心城區(qū)的低值區(qū)和位于東寨港紅樹(shù)林自然保護(hù)區(qū)的高值區(qū)都有所輻射擴(kuò)張。

關(guān)鍵詞：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；GIS；空間相關(guān)性；?？谑泻０稁?/p>

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(Ecosystem Services)是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過(guò)程所形成及維持的人類(lèi)賴(lài)以生存的自然環(huán)境條件與效用[1]，近年來(lái)，全球土地利用的變化導(dǎo)致全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的大量損失[2]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)體現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)的功能狀況，對(duì)于像海岸帶這種人類(lèi)活動(dòng)劇烈、脆弱性程度高的敏感地帶，進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值評(píng)價(jià)與空間分析具有重要意義[3- 4]。1997年Costanza等對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行劃分與評(píng)估[5]，成為定量評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的里程碑。近年來(lái)，國(guó)外學(xué)者從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的定義、度量指標(biāo)、評(píng)估方法等方面進(jìn)行了更深入的研究[6- 8]，在評(píng)估過(guò)程中越來(lái)越重視模型方法的使用[9- 10]，并開(kāi)始注重研究單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的相互作用[11- 12]。而國(guó)內(nèi)學(xué)者主要在以下幾方面取得較大發(fā)展：對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估方法的比較[13- 14]，對(duì)不同區(qū)域和不同自然地理區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估[15]，對(duì)森林[16]、海洋[17]、草地[18]、湖泊[19]等不同類(lèi)型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估，對(duì)生態(tài)多樣性保護(hù)[20]、土壤保持[21]、環(huán)境凈化[22]等單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值響應(yīng)區(qū)域土地利用[23]或景觀(guān)格局變化[24]的研究，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估新方法的探索[25- 26]。但總體而言，國(guó)內(nèi)學(xué)者在評(píng)估生態(tài)服務(wù)價(jià)值時(shí)，大多依據(jù)Costanza等[5]或謝高地等[27]的研究成果，直接使用單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的平均值進(jìn)行計(jì)算，或者通過(guò)生物量、生物多樣性等修訂方法間接估算區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值。這種方法主觀(guān)性較強(qiáng)，不能充分地反映特定區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特性，因此，構(gòu)建符合研究區(qū)域客觀(guān)情況的評(píng)價(jià)模型很有必要。

空間相關(guān)性和空間異質(zhì)性普遍存在于地理對(duì)象的空間格局問(wèn)題中，對(duì)地理數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析是地理學(xué)領(lǐng)域的重要方向?？臻g自相關(guān)分析作為空間分析的一個(gè)分支，用于探索空間變量的相關(guān)性和相關(guān)程度，和Tobler的地理學(xué)第一定律密切相關(guān)[28]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和各種地理實(shí)體一樣，存在著空間關(guān)聯(lián)性，但之前的大部分研究都只是靜態(tài)的快照式研究，忽視了它的復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性以及非線(xiàn)性相關(guān)性。對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間分布的聚集模式、關(guān)聯(lián)特征進(jìn)行定量研究，有利于理解研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的空間格局特征，揭示生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化的影響因素和驅(qū)動(dòng)機(jī)制。

本文在借鑒已有研究成果的基礎(chǔ)上對(duì)?？谑泻０稁У纳鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行研究，利用多期遙感影像分類(lèi)數(shù)據(jù)及其它統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，構(gòu)建?？谑泻０稁鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)評(píng)估模型，對(duì)各年份的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的分布情況進(jìn)行了可視化展示，定量研究分析了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空分布特征和規(guī)律，為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)。

1研究區(qū)與數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

?？谑械靥幬覈?guó)海南省北部沿海，海南省也是我國(guó)第二大海島海南島，海口是海南省的省會(huì)，分設(shè)秀英、龍華、瓊山、美蘭4個(gè)區(qū)。?？谑泻０毒€(xiàn)長(zhǎng)約136.2km，其中自然岸線(xiàn)長(zhǎng)101.7km，占全市海岸線(xiàn)的74.7%，人工岸線(xiàn)長(zhǎng)34.5km，占全市海岸線(xiàn)的25.3%，主要用于旅游、港口碼頭、防潮堤和防波堤、工程用海、漁業(yè)養(yǎng)殖等。海口市海岸帶曲折狹長(zhǎng)，其東部的東寨港紅樹(shù)林自然保護(hù)區(qū)為國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，也是國(guó)際重要濕地保護(hù)區(qū)之一，對(duì)海岸帶起到重要的保護(hù)作用。海南島最長(zhǎng)的河流南渡江從海口市海岸帶中部穿過(guò)而入海，河流搬運(yùn)大量的泥沙堆積在入海口，造成海岸淤積，對(duì)海岸線(xiàn)產(chǎn)生一定的影響。海口市海岸帶絕大部分區(qū)域?qū)儆诤？谑兄行某菂^(qū)范圍，人口壓力大，道路密度高。此外，海口市海岸帶擁有豐富的旅游資源，在旅游開(kāi)發(fā)的同時(shí)，由旅游業(yè)帶動(dòng)的房地產(chǎn)行業(yè)也得到蓬勃發(fā)展，建設(shè)用地的擴(kuò)展趨勢(shì)非常強(qiáng)烈。?？谑泻０稁У倪^(guò)度開(kāi)發(fā)趨勢(shì)明顯，土地利用結(jié)構(gòu)變化劇烈，導(dǎo)致當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能發(fā)生明顯的改變。

研究區(qū)海岸線(xiàn)東起澄邁灣，西至鋪前鎮(zhèn)，海岸帶研究范圍分為陸域部分和海域部分，陸域部分為自?？谑泻０毒€(xiàn)向陸延伸10km的濱海陸地，海域部分由沿海灘涂、紅樹(shù)林兩類(lèi)濕地生態(tài)系統(tǒng)組成。

圖1　?？谑泻０稁а芯繀^(qū)示意圖Fig.1　Location of Haikou city coastal zone

序號(hào)Sequencenumber數(shù)據(jù)名稱(chēng)Dataname數(shù)據(jù)格式Dataformat數(shù)據(jù)時(shí)間Datatime數(shù)據(jù)來(lái)源Datasource1遙感影像Landsat條帶號(hào)成像日期123/46,124/461988-06-08,1991-10-30123/46,124/461994-08-12,1995-09-23123/46,124/462004-02-13,2004-12-20123/46,124/462012-06-29,2012-10-26美國(guó)馬里蘭大學(xué)遙感數(shù)據(jù)下載網(wǎng)站2海南省糧食產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)1990,1995,2004,2012海南省統(tǒng)計(jì)年鑒3海南省耕地面積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)1990,1995,2004,2012海南省統(tǒng)計(jì)年鑒4海南省糧食價(jià)格統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)2001海南省統(tǒng)計(jì)年鑒5海南省GDP統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)1990,1995,2004,2012海南省統(tǒng)計(jì)年鑒

本文基于研究區(qū)的4期(1990年、1995年、2004年、2012年)Landsat TM遙感影像數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行遙感影像分類(lèi)，將研究區(qū)的土地利用分為耕地、林地、建設(shè)用地、沿海灘涂、紅樹(shù)林、水域和未利用土地7類(lèi)。為研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的需要，結(jié)合?？谑泻０稁ё匀坏乩憝h(huán)境，將沿海灘涂和紅樹(shù)林劃為濕地生態(tài)系統(tǒng)，林地劃為森林生態(tài)系統(tǒng)，耕地劃為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，水域劃為水體生態(tài)系統(tǒng)，未利用土地劃為未利用地生態(tài)系統(tǒng)，另外，考慮到建設(shè)用地對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正效應(yīng)，故本文不考慮其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值[23]。在綜合考慮研究區(qū)范圍、數(shù)據(jù)的疏密性以及工作效率的基礎(chǔ)之上，將土地利用數(shù)據(jù)的格網(wǎng)大小定為500m×500m。除了遙感數(shù)據(jù)之外，其他數(shù)據(jù)還包括海南省的糧食產(chǎn)量、糧食價(jià)格等數(shù)據(jù)。

2研究方法

2.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)評(píng)估模型構(gòu)建

本文采用基于當(dāng)量因子的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)方法，構(gòu)建?？谑泻０稁鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)評(píng)估模型。根據(jù)謝高地等[27]的定義，生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值1個(gè)當(dāng)量因子為1hm2全國(guó)平均產(chǎn)量的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)體系中對(duì)應(yīng)為農(nóng)田食物生產(chǎn)服務(wù)，1個(gè)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量為當(dāng)年全國(guó)平均糧食單產(chǎn)市場(chǎng)價(jià)值的1/7。

我國(guó)各地的自然地理環(huán)境差異顯著，這決定著各地的糧食產(chǎn)量及生態(tài)系統(tǒng)的生物量相差較大，所以需要對(duì)文獻(xiàn)[27]制定的代表全國(guó)平均水平的生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表進(jìn)行改進(jìn)，使其符合區(qū)域特征。?？谑泻０稁鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)評(píng)估模型的構(gòu)建如圖2所示，包括3個(gè)部分：(1)影像數(shù)據(jù)預(yù)處理，對(duì)獲得的遙感影像進(jìn)行分類(lèi)、類(lèi)型合并，得到各生態(tài)系統(tǒng)的面積；(2)生物量修訂，結(jié)合?？谑泻０稁У膶?shí)際生物量，得到各生態(tài)系統(tǒng)的生物量因子調(diào)整系數(shù)；(3)地區(qū)糧食產(chǎn)量、價(jià)格調(diào)整，計(jì)算一個(gè)當(dāng)量因子的價(jià)值量值。

圖2　海口市海岸帶ESV動(dòng)態(tài)評(píng)估模型構(gòu)建流程圖Fig.2　The flowchart of building dynamic evaluation model of coastal Ecosystem Services Values in Haikou city

關(guān)于模型中的生物量修訂，一般來(lái)說(shuō)，生物量越大，生態(tài)服務(wù)功能越強(qiáng)[29]，于是為研究方便起見(jiàn)，假設(shè)生物量與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈線(xiàn)性關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上利用植被凈第一生產(chǎn)力(net primary productivity, NPP)的比較分析進(jìn)行生物量因子的調(diào)整[30]。植物的凈第一性生產(chǎn)力(NPP)反映了植物群落在自然環(huán)境條件下的生產(chǎn)能力，因而能夠反映出各土地類(lèi)型的生態(tài)服務(wù)的高低。另外，關(guān)于地區(qū)糧食價(jià)格的調(diào)整，本文剔除價(jià)格變化的影響，直接將2001年?？谑懈鞣N糧食作物的平均價(jià)格定為糧食單產(chǎn)值的計(jì)算價(jià)格。

模型中所涉及到的計(jì)算公式及其變量含義見(jiàn)表2。

2.2局部空間自相關(guān)分析

為定量研究?？谑泻０稁鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間分布差異和變化規(guī)律，本文在利用構(gòu)建好的價(jià)值評(píng)估模型計(jì)算出各年份的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的基礎(chǔ)上，采用Moran散點(diǎn)圖和空間聯(lián)系的局部指標(biāo)(LISA)相結(jié)合的方法，進(jìn)行局部空間自相關(guān)分析，探索局部空間關(guān)聯(lián)模式，反映空間關(guān)聯(lián)模式的顯著性水平。具體流程見(jiàn)圖3，分為A、B和C三部分。其中，A部分為數(shù)據(jù)預(yù)處理，得到ESV格網(wǎng)數(shù)據(jù)；B部分為探索局部空間關(guān)聯(lián)模式，通過(guò)計(jì)算區(qū)域單元的空間權(quán)重矩陣，得到Moran散點(diǎn)圖；C部分為反映空間關(guān)聯(lián)模式的顯著性水平，計(jì)算局部Moran′s I指數(shù)，并進(jìn)行顯著性水平檢驗(yàn)，結(jié)合Moran散點(diǎn)圖，得到LISA聚類(lèi)地圖和LISA顯著性水平圖。

表2　評(píng)估模型中的公式及其變量

圖3　?？谑泻０稁SV時(shí)空變異分析流程圖Fig.3　The flowchart of spatial-temporal variation analysis of coastal Ecosystem Services Values in Haikou city

Moran散點(diǎn)圖的橫軸是各單元標(biāo)準(zhǔn)化處理后的屬性值，縱軸為該單元與周?chē)鷨卧獙傩灾档募訖?quán)平均，即空間滯后因子。Moran散點(diǎn)圖的4個(gè)象限表達(dá)了空間單元與鄰域的4種空間聯(lián)系類(lèi)型，分別為“高高(HH)”、“高低(HL)”、“低高(LH)”和“低低(LL)”。HH類(lèi)型和LL類(lèi)型為正的空間自相關(guān)關(guān)系，表示空間單元和周邊單元的空間差異程度小，而HL類(lèi)型和LH類(lèi)型為負(fù)的空間自相關(guān)關(guān)系，表示空間單元和周邊單元的空間差異程度大。

空間聯(lián)系局部指標(biāo)值由局部Moran′s I指數(shù)計(jì)算得到，計(jì)算公式為：

(1)

在給定顯著性水平α的情況下，可用標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)計(jì)量對(duì)局部Moran′s I指數(shù)的顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)，如公式(2)所示。

(2)

式中，Z(Ii)表示Ii的標(biāo)準(zhǔn)化，E(Ii)表示Ii的數(shù)學(xué)期望，VAR(Ii)表示方差。

本文利用Geoda095i軟件計(jì)算空間權(quán)重矩陣，繪制Moran散點(diǎn)圖，計(jì)算局部Moran′sI指數(shù)，并在顯著性水平P=0.05的情況下，利用99次置換方法對(duì)局部Moran′sI指數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

3結(jié)果與分析

3.1數(shù)據(jù)假設(shè)

本文基于前人的研究成果[31- 32]，計(jì)算了?？谑泻０稁锪恳蜃诱{(diào)整系數(shù)?；跀?shù)據(jù)的可獲得性，除農(nóng)田、森林之外的其他生態(tài)系統(tǒng)的生物量水平未做調(diào)整，具體情況見(jiàn)表3。

表3　生態(tài)系統(tǒng)生物量因子調(diào)整系數(shù)及其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

關(guān)于?？谑泻０稁ЪZ食產(chǎn)量的調(diào)整，考慮到本研究的重點(diǎn)以及數(shù)據(jù)的可得性，將海南省的糧食產(chǎn)量作為?？谑泻０稁У募Z食產(chǎn)量來(lái)參與計(jì)算。表4是通過(guò)查閱海南省的各年份統(tǒng)計(jì)年鑒，計(jì)算得到的海南省各年份單位耕地面積的糧食生產(chǎn)情況，以此為基礎(chǔ)得到?？谑泻０稁Ц髂攴莸?個(gè)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量En。

表4　海南省各年份單位耕地面積糧食生產(chǎn)情況

3.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估結(jié)果分析

表5和圖4顯示了?？谑泻０稁鷳B(tài)系統(tǒng)的面積變化情況和分布變化情況。從表5可以看出，從1990至2012年，?？谑猩鷳B(tài)系統(tǒng)的面積發(fā)生了很大的變化，變化最明顯的是未利用地生態(tài)系統(tǒng)和水體生態(tài)系統(tǒng)。首先，未利用地生態(tài)系統(tǒng)減少了89.27%，這體現(xiàn)了人類(lèi)對(duì)未利用土地的開(kāi)發(fā)力度。其次，水體生態(tài)系統(tǒng)增加了63.72%，這和水產(chǎn)養(yǎng)殖面積的增大密切相關(guān)。

表5　?？谑泻０稁Ц髂攴莞魃鷳B(tài)系統(tǒng)面積

圖4　海口市海岸帶生態(tài)系統(tǒng)分布圖Fig.4　The distribution diagram of ecosystem in Haikou coastal zone

表6和圖5顯示的是?？谑泻０稁Ц髂攴萆鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值情況?？傮w看來(lái)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值貢獻(xiàn)最大的是森林生態(tài)系統(tǒng)，其次是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)和水體生態(tài)系統(tǒng)。從時(shí)間角度來(lái)看，?？谑泻０稁鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值在1990至2004年之間處于增長(zhǎng)趨勢(shì)，在2004至2012年之間出現(xiàn)下降的情況。對(duì)于單個(gè)生態(tài)系統(tǒng)而言，水體生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值持續(xù)增加，未利用地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值持續(xù)減少，而森林生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)和濕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值都處于有增有減的狀態(tài)。

表6　海口市海岸帶各年份生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值表/(104元)

圖5　?？谑泻０稁鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化情況Fig.5　Changes in ecosystem services values in Haikou coastal zone

3.3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化總體特征

本研究利用GIS技術(shù)將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值量化到每個(gè)格網(wǎng)，來(lái)分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空演變。圖6為各年度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間分布情況圖。從空間角度來(lái)看，由于?？谥行某菂^(qū)西面的森林覆蓋率比較高，生態(tài)完整性好，所以生態(tài)服務(wù)價(jià)值高；東寨港周?chē)植加袊?guó)家級(jí)的紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)，人類(lèi)活動(dòng)干擾程度低，所以生態(tài)服務(wù)價(jià)值也較高；?？谑兄行某菂^(qū)人口密度高，城市化水平高，對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的干擾程度大，所以生態(tài)服務(wù)價(jià)值低。從時(shí)間角度來(lái)看，1990—2012年間，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高值區(qū)域在不斷縮小，且離散度變高，而低值區(qū)域以海口市中心城區(qū)為中心向周?chē)粩鄶U(kuò)張。

圖6　海口市海岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布Fig.6　The spatial distribution of ecosystem services values in Haikou coastal zone

3.4生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值局部空間自相關(guān)分析

Moran散點(diǎn)圖(圖7)展現(xiàn)了區(qū)域單元和周?chē)鷨卧目臻g聯(lián)系形式，從圖中可以看出，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值散點(diǎn)主要分布在第一象限(HH)和第三象限(LL)，第二象限(LH)和第四象限(HL)散點(diǎn)分布相對(duì)較少，說(shuō)明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值具有較大的空間正相關(guān)性。從1990至2012年，沿趨勢(shì)線(xiàn)分布的散點(diǎn)越來(lái)越多，散點(diǎn)與趨勢(shì)線(xiàn)匹配的效果越來(lái)越好，這體現(xiàn)了自相關(guān)程度的增強(qiáng)。

LISA聚類(lèi)圖(圖8)是對(duì)Moran散點(diǎn)圖中通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)的區(qū)域單元的地理表達(dá)?？梢钥闯觯鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值之間的空間集聚主要為空間相似值之間的集聚，空間奇異值極少，這印證了Moran散點(diǎn)圖所揭示的空間正相關(guān)性。和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的分布情況相一致，高值集聚區(qū)主要分布在中心城區(qū)西面和東寨港周?chē)?，低值集聚區(qū)主要是以中心城區(qū)為中心分布。

LISA顯著性水平圖(圖8)顯示了和周?chē)鷨卧哂酗@著的空間聯(lián)系的區(qū)域單元。從空間上看，大部分區(qū)域的相關(guān)性不顯著，主要在高值集聚區(qū)和低值集聚區(qū)表現(xiàn)出較高的顯著性水平，顯著性水平達(dá)到0.01的區(qū)域位于顯著性水平達(dá)到0.05區(qū)域的中間位置。從時(shí)間上看，較高顯著水平(P=0.01)的區(qū)域面積呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，主要發(fā)生在東寨港周?chē)约昂？谑兄行某菂^(qū)周?chē)?，表明這部分區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在空間分布上的差異性變小，空間趨同性增強(qiáng)。

圖8　?？谑泻０稁?個(gè)時(shí)期生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值顯著性檢驗(yàn)Fig.8　The significance testing of the ecosystem services values in Haikou coastal zone

4結(jié)論與討論

本文在借鑒已有的研究成果基礎(chǔ)之上，采用基于當(dāng)量因子的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)方法，結(jié)合?？谑泻０稁У膶?shí)際自然地理和社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況，構(gòu)建了?？谑泻０稁鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)評(píng)估模型，并利用局部空間自相關(guān)模型，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空變異性進(jìn)行研究。研究表明：

(1)?？谑泻０稁г?990、1995、2004和2012這4a的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(ESV)分別為37.05億元、41.46億元、42.19億元和39.24億元。整體變化不大，但近年來(lái)ESV有所降低，生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)退化趨勢(shì)。

(2)?？谑泻０稁鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值有顯著的正空間相關(guān)性，空間集聚程度較高，高值區(qū)主要集中于中心城區(qū)西部和東寨港周?chē)?，低值區(qū)主要集中于中心城區(qū)；1990—2012年，高值區(qū)以中心城區(qū)為中心向四周輻射擴(kuò)張，低值區(qū)在東寨港周?chē)兴黾樱谥行某菂^(qū)西部有所減少。

本文在對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究過(guò)程中不僅考慮到區(qū)域差異，而且實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)評(píng)估。在空間上，通過(guò)生物量指標(biāo)對(duì)全國(guó)平均水平的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表進(jìn)行修訂；在時(shí)間上，通過(guò)各年份的海南省糧食產(chǎn)量調(diào)整，實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的動(dòng)態(tài)評(píng)估。此外，在對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)空變異研究方面，不同于大多數(shù)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分布格局的空間展示，本研究利用GIS空間分析的方法，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間聚集規(guī)律和空間關(guān)聯(lián)模式的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行定量研究。

本研究也存在著一些不足之處。首先，本文是從土地利用角度來(lái)估算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，所以對(duì)土地利用類(lèi)型的解譯精度要求較高。其次，由于中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表是以全國(guó)民眾對(duì)各項(xiàng)服務(wù)的生態(tài)服務(wù)的可能的支付意愿和支付能力為基礎(chǔ)的，所以在構(gòu)建地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的模型中，需要考慮到當(dāng)?shù)貙?duì)各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的支付意愿和支付能力。受限于數(shù)據(jù)來(lái)源的局限，本研究對(duì)這些因素考慮不足，有待進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)。

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Coastal ecosystem services and their spatial-temporal variation in Haikou, China

YU Lulu1, ZHANG Xiaoxiang1, LI Yangfang2,*, ZHAO Xingxing1, MA Shengquan3, Huhua Cao4, CAO Junkuo3

1Instituteofgeographicinformationscienceandengineeringresearch,Hohaiuniversity,Nanjing210098 ,China2CoastalandOceanManagementInstitute,Xiamenuniversity,Xiamen361102 ,China3DepartmentofComputerScience&Technology,HainanNormalUniversity,Haikou571158 ,China4DepartmentofGeography,SchoolofInternationalDevelopmentandGlobalStudies,UniversityofOttawa,OttawaK1N6N5,Canada

Abstract：The coastal zone is in the land-ocean interaction area, which has great ecological importance and the ecological environment of this zone is often vulnerable. In the present research, the coastal zone in Haikou, China was selected as a case study to explore the coastal ecosystem services and their spatial-temporal variation. Firstly, four Landsat TM images collected in 1990, 1995, 2004, and 2012 are interpreted to obtain the land use/cover data. Secondly, based on the equivalent factor method of Ecosystem Services Values (ESV) evaluation and the local conditions, a dynamic assessment model of ecosystem services values in the Haikou coastal zone was constructed. Finally, using GIS-based spatial analysis technology and the local spatial autocorrelation model, the spatial-temporal variation characteristics of Ecosystem Services Values were quantitatively studied. Analysis of the results indicated: (i ) Change in ESV in the past twenty years has been insignificant, with ESV decreasing in recent years; thus the ecological environment has shown a trend of degradation; (ii) the spatial-temporal variation of ESV in the Haikou coastal zone is clear: spatial correlation is significant and the degree of spatial agglomeration is relatively high. High values are mainly distributed in the western part of the downtown area, and surrounding Dongzhaigang, whereas low values are mainly distributed in the downtown area. Recently, under the dual-strategy of economic development and environmental protection, both the low value downtown area and the high value Dongzhaigang mangrove nature reserve area have experienced continuous radiation expansion.

Key Words:ecosystem services; GIS; spatial correlation; Haikou coastal zone

基金項(xiàng)目:國(guó)家國(guó)際科技合作項(xiàng)目(2012DFA11270); 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41201394); 海南省國(guó)際科技合作專(zhuān)項(xiàng)(KJHZ2014-25)

收稿日期:2014- 10- 10; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 08- 18

*通訊作者

Corresponding author.E-mail: yangf@xmu.edu.cn

DOI:10.5846/stxb201410101994

喻露露, 張曉祥, 李楊帆, 趙杏杏, 馬生全, Huhua Cao,曹均闊.?？谑泻０稁鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其時(shí)空變異.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(8):2431- 2441.

Yu L L, Zhang X X, Li Y F, Zhao X X, Ma S Q, Cao H, Cao J K.Coastal ecosystem services and their spatial-temporal variation in Haikou, China.Acta Ecologica Sinica,2016,36(8):2431- 2441.