李 全，李 騰，楊明正，應(yīng) 瑋

1 武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 武漢 430079 2 地理信息系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430079 3 北京師范大學(xué)全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院, 北京 100875

基于梯度分析的武漢市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空分異特征

李 全1,2,*，李 騰1,3，楊明正1，應(yīng) 瑋1

1 武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 武漢 430079 2 地理信息系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430079 3 北京師范大學(xué)全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院, 北京 100875

以2000年和2010年覆蓋武漢市域的6景Landsat TM/ETM+遙感影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),運(yùn)用最大似然分類法提取土地利用類型,結(jié)合計(jì)算的武漢市單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,得到柵格尺度的武漢市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分布圖,并引入梯度分析方法,以城市中心為原點(diǎn)設(shè)置梯次環(huán)及考慮城市發(fā)展軸線設(shè)置采樣條帶,選取生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化量和變化率兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行梯度分析。結(jié)果表明,2000—2010武漢市總的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值共減少了2.68億元；梯次環(huán)分析發(fā)現(xiàn),武漢距離城市中心12—30km的北3—5環(huán),以及距離市中心12—24km的南3—4環(huán)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降最為顯著,而北8環(huán)及南7環(huán)則上升最為明顯；條帶分析發(fā)現(xiàn),在東西向條帶上,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化率曲線圖呈現(xiàn)出一個(gè)對(duì)稱的“W”形,而在南北方向上,變化率曲線可以按照變化的幅度分成了4個(gè)部分,此外與梯次環(huán)變化率曲線規(guī)律一致的是,北部要比南部變化更為劇烈。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；梯度分析；時(shí)空分異；武漢市

生態(tài)系統(tǒng)是人類生存發(fā)展必不可少的基礎(chǔ),它的存在及形成過(guò)程為人類提供了各種服務(wù)與效用[1- 3]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(Ecosystem Services Value,ESV)是指人類從這些生態(tài)系統(tǒng)功能中直接或間接所獲得利益的貨幣價(jià)值化[4]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和區(qū)域的自然地理要素分布、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r密切相關(guān)[5]。這些因素在空間上均具有隨機(jī)性和結(jié)構(gòu)性,因此生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值存在著一定的空間關(guān)聯(lián)性[2,6]。對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空分異特征進(jìn)行研究,有利于揭示研究對(duì)象之間空間相互作用的機(jī)制,對(duì)于指導(dǎo)生態(tài)城市的建設(shè)和城市可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1997年,Costanza[7]在《Nature》上發(fā)表“全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和自然資本”一文,使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的定量評(píng)估成為國(guó)際可持續(xù)發(fā)展研究的熱點(diǎn)之一,引發(fā)了國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的理論、評(píng)價(jià)、核算方法和應(yīng)用的研究[8]?，F(xiàn)有研究中,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分布空間格局的分析研究是一個(gè)重要的組成部分。國(guó)內(nèi)方面,一部分研究按照生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的高低將研究區(qū)進(jìn)行區(qū)劃,分區(qū)比較變化情況[9],或是分析土地利用結(jié)構(gòu)變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值之間的敏感性[10]。而大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空分異特征分析基于地統(tǒng)計(jì)方法,如胡和兵等計(jì)算了流域內(nèi)部的全局和局部自相關(guān)系數(shù)[11],彭保發(fā)等將離散的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行克里格插值[12],張曉楠等選擇在不同方向上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間異質(zhì)性分析[13],以及趙亮對(duì)饒力河流域在60年間生態(tài)價(jià)值質(zhì)心的定位與轉(zhuǎn)移研究[14]。國(guó)際方面,Li等[15]對(duì)中國(guó)1990—2010年間的ESV空間變化進(jìn)行了熱點(diǎn)和冷點(diǎn)分析,Wang等[16]以大區(qū)為單元分析了中國(guó)1980—2010年間的ESV的時(shí)空分異,Zhao[17], Li[18], Wu[19]則分別研究了崇明島、杭州及深圳的土地利用變化對(duì)其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的影響。總體來(lái)說(shuō),有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值本身的空間分布規(guī)律的量化研究數(shù)量有限且方法單一。

空間梯度,是指沿某一方向景觀特征有規(guī)律地逐漸變化的空間特征[20]。梯度分析最早應(yīng)用于植被分布規(guī)律的分析,McDonnell等指出“城市-鄉(xiāng)村”梯度與“城市-郊區(qū)”梯度相似,可沿著城市化的梯度的截面上采樣[21]。國(guó)外學(xué)者在“城市-鄉(xiāng)村”梯度上對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了一些實(shí)證研究,比如Radford[22]在英國(guó)Greater Manchester地區(qū)對(duì)9種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行采樣,并按照不透水層的比例分為城市、近郊、遠(yuǎn)郊、鄉(xiāng)村4層梯度；Kroll[23]則對(duì)德國(guó)統(tǒng)一以來(lái)東德Leipzig-Halle地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系的時(shí)空變化進(jìn)行研究,并指出人口是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求變化最重要的驅(qū)動(dòng)力。梯度分析雖然已是一種廣泛應(yīng)用于地理要素時(shí)空分異特征研究的有效方法,但是目前的研究主要集中于景觀結(jié)構(gòu)特征。

為了揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空變化特征以及其在距離城市中心不同截面的空間規(guī)律,本文以Costanza、謝高地等學(xué)者的研究成果為基礎(chǔ),結(jié)合遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù),對(duì)武漢市2000年和2010年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行估算,并將梯度分析引入研究,系統(tǒng)分析研究對(duì)象的空間分布格局及其時(shí)空變化過(guò)程。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)

武漢市位于江漢平原東部,長(zhǎng)江和漢水交匯處,地跨113°4l′—115°05′E, 29°58′—3l°22′N,全市總面積8467.11 km2,是湖北省最大的城市,也是華中地區(qū)政治、經(jīng)濟(jì)、教育和文化中心。該市屬于亞熱帶季風(fēng)氣候,水資源豐富,河湖眾多。武漢市目前城市人口達(dá)1060萬(wàn)人，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值超過(guò)1萬(wàn)億元。自20世紀(jì)80年代后期以來(lái),武漢城市化發(fā)展迅速,建設(shè)用地占用耕地、水域,導(dǎo)致土地利用類型發(fā)生劇烈變化,因而引起武漢市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值起伏波動(dòng)。

1.2 土地利用分類

以2000年3月的3景Landsat TM影像和2010年3月的3景去除條帶后的Landsat /ETM+影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),利用ERDAS IMAGINE 9.2 軟件選擇4、3、2三個(gè)波段、參考武漢市地形圖幾何校正,并進(jìn)行圖像增強(qiáng)、數(shù)據(jù)融合等預(yù)處理,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行矢量多邊形裁切,獲得武漢市域范圍的遙感影像。以《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB /T 21010—2007)的一級(jí)分類為基礎(chǔ),結(jié)合武漢市土地利用類型圖,在ERDAS IMAGINE 9.2環(huán)境下,運(yùn)用最大似然分類法對(duì)影像進(jìn)行解譯處理,同時(shí)對(duì)于個(gè)別明顯誤判的圖斑通過(guò)野外觀測(cè)修正,提取出林地、園地、耕地、水域、未利用地、建設(shè)用地共6種土地利用類型。兩期影像土地利用分類總精度分別為81.2%、87.3%,Kappa值分別為0.7935、0.8476,各類別生產(chǎn)者精度和用戶精度在80%以上,達(dá)到分類精度要求。經(jīng)過(guò)精度檢驗(yàn)合格后,得到2000年和2010年武漢市土地利用類型圖。

1.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算

參考謝高地等對(duì)生態(tài)服務(wù)當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值計(jì)算的方法[24],根據(jù)武漢市糧食生產(chǎn)收益計(jì)算武漢市生態(tài)服務(wù)價(jià)值因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。其中,水域?qū)?yīng)河流/湖泊生態(tài)系統(tǒng),耕地對(duì)應(yīng)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng),林地對(duì)應(yīng)森林生態(tài)系統(tǒng),園地對(duì)應(yīng)森林和草地生態(tài)系統(tǒng),未利用地對(duì)應(yīng)荒漠生態(tài)系統(tǒng)?；谖錆h市統(tǒng)計(jì)年鑒中的糧食產(chǎn)值與耕種面積數(shù)據(jù),計(jì)算得武漢市2010年平均糧食生產(chǎn)的單位面積總收益為13625.252元/hm2。根據(jù)武漢市物價(jià)局農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料,得知武漢市單位面積總投入(包括勞動(dòng)、化肥、機(jī)械和其他4項(xiàng))為8091元/hm2；另根據(jù)胡瑞法和冷燕研究[25],估計(jì)2005年全國(guó)平均糧食生產(chǎn)的影子地租,比較估計(jì)獲得武漢土地用于糧食生產(chǎn)的影子地租約為3000元/hm2,依此計(jì)算武漢單個(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2534.252元/hm2。將此值與各生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量值相乘,可獲得生態(tài)系統(tǒng)功能服務(wù)價(jià)值系數(shù),即單位面積生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值。計(jì)算所得2010年年武漢市林地、耕地、園地、水域、建設(shè)用地及未利用地的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分別為71263、20021、45642、114928、0、1064元 hm-2a-1。

然后,應(yīng)用Costanza生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算公式,計(jì)算武漢市生態(tài)系服務(wù)價(jià)值。

ESVk=Ak×∑VCk

(1)

(2)

式中,ESVk表示第k種土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值(元),Ak表示第k種土地利用類型的面積(hm2),VCk表示第k種土地利用類型生的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)(元 hm-2a-1)，EVS表示區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值(元)。

1.4 梯度分析

為了探討武漢市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間分布特征,引入梯度分析,并設(shè)置如下：

(1) 以武漢市城市中心為圓心,半徑每次增加6km,在北部地區(qū)設(shè)置14個(gè)梯次環(huán),在南部地區(qū)設(shè)置11個(gè)梯次環(huán),分別計(jì)算每環(huán)內(nèi)部的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

(2) 考慮東西向沿江發(fā)展軸線和南北向交通發(fā)展軸線,設(shè)置南北(S-N)、東西(W-E)兩條樣帶,樣帶寬9km,每條樣帶以3km為步長(zhǎng)再縱向劃分為9km×3km的矩形樣方,在南北向樣帶上有31個(gè)矩形樣方,在東西向樣帶上有16個(gè)矩形樣方,每次取樣取出3個(gè)矩形樣方,采樣框分別由南向北、由西向東依次滑動(dòng),每次采樣記錄樣方單元內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。如此,南北向采樣29次,東西向采樣14次。

為了便于量化比較10年之間武漢市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化,本文定義了變化量和變化率兩項(xiàng)指標(biāo)用以表征變化狀況。

變化量計(jì)算公式：

Vj=Vj2010-Vj2000(j=1,2,3,……)

(3)

式中,Vj表示單元j在2000年到2010年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化量,Vj2010、Vj2000分別表示單元j在2010、2000年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,j表示不同的梯次環(huán)或者條帶上的樣方。

圖1 研究區(qū)的梯次環(huán)與條帶圖Fig.1 The gradient torus and belt transects in study area

圖2 梯次環(huán)編號(hào)Fig.2 The coding of gradient circles

變化率計(jì)算公式：

(4)

式中,Rj表示單元j在2000年到2010年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化率,Vj2010、Vj2000及j的含義同式(3)。

圖3 條帶樣方編號(hào)Fig.3 The coding of belt transects

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)系統(tǒng)總價(jià)值構(gòu)成與變化分析

從土地利用類型圖統(tǒng)計(jì)得到6種土地利用類型的面積,再乘以對(duì)應(yīng)的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,得到武漢市6種土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及其總量(表 1)。

圖4 土地利用類型的分類結(jié)果Fig.4 Classification result of land use

從表1中可以看出,武漢市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總值2000年為281.39億元,2010年為278.71億元。從用地類型的構(gòu)成上來(lái)看,耕地的面積廣大,所以盡管其單位價(jià)值不高但是對(duì)總的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)率最大,超過(guò)33%。水域由于生態(tài)價(jià)值極高,故雖其面積不足全市面積的10%,但對(duì)總體服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)率也超過(guò)了30%。林地的面積和單位價(jià)值居于水域和耕地之間,總體貢獻(xiàn)率超過(guò)32%。以上3種用地類型約為總面積的83%,對(duì)于總體價(jià)值的貢獻(xiàn)率達(dá)到98%以上。另外3種用地類型(園地、建設(shè)用地、未利用地)之和約占總面積的16%—17%,然而或因面積太小,或因單位價(jià)值過(guò)低,對(duì)總體價(jià)值的貢獻(xiàn)率不足2%。

表1 2000年與2010年不同用地類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及其在總價(jià)值中的比例(萬(wàn)元、%)

從變化上來(lái)看,10年之間武漢市生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值總值降低了2.68億元,約占總值的1%。對(duì)總價(jià)值貢獻(xiàn)最大的3種用地類型的價(jià)值均出現(xiàn)不同比例的下降,其中水域的下降比例最大,由水域引起的價(jià)值下降占到了總體減少的52.27%；其次是林地,占到35.19%。以上6種用地類型中僅有園地的價(jià)值上升,這應(yīng)與周邊的蔡甸、江夏、黃陂近郊區(qū)將一部分農(nóng)田改為果園有關(guān)。

2.2 基于梯次環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化分析

將2010年與2000年武漢市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值數(shù)據(jù)進(jìn)行疊置分析,同一個(gè)梯次環(huán)內(nèi)部若變化量為負(fù)值表示該環(huán)內(nèi)10年間的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降,反之則表示價(jià)值上升。將得到的運(yùn)算結(jié)果渲染為9個(gè)等級(jí)(圖5)。統(tǒng)計(jì)各梯次環(huán)的變化量數(shù)據(jù),得出變化率曲線圖(圖6)。

圖5 2000—2010年各梯次環(huán)上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化量Fig.5 Variation of ESV with respect to circles, 2000—2010

如圖5、圖6所示,自城市中心向外,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在南北方向均表現(xiàn)為“上升—下降—上升”的基本趨勢(shì)。代表著城市核心地帶的最內(nèi)環(huán)10年間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值輕微上升,自內(nèi)環(huán)向外,南北方向均出現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的顯著下降。其中北部主要發(fā)生在2—5梯次環(huán),即距城市中心6—30km的范圍,而南部主要發(fā)生在2—4梯次環(huán),即距城市中心6—24km的范圍。比較而言,北部地區(qū)無(wú)論是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降的范圍還是幅度均超過(guò)南部地區(qū)。在這一區(qū)域的外圍,城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值又都出現(xiàn)不同程度的上升,但從增長(zhǎng)的數(shù)量看,南部地區(qū)的增長(zhǎng)要顯著高于北部地區(qū)。

分析出現(xiàn)這一變化規(guī)律的原因,中心城區(qū)開(kāi)發(fā)充分,基本不會(huì)再開(kāi)發(fā)新的建設(shè)用地,其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的輕微上升主要受到長(zhǎng)江水域面積年際變化及綠地面積增加的影響。其次,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值嚴(yán)重下降的區(qū)域集中在市區(qū)外圍,這些地區(qū)對(duì)應(yīng)城市化進(jìn)程最迅猛的區(qū)域。對(duì)照武漢城市總體規(guī)劃(1996—2020),不難發(fā)現(xiàn)下降幅度最大的北三四五環(huán)是規(guī)劃中吳家山、盤龍、陽(yáng)邏、五湖、北湖等新城或新城組團(tuán)所在的區(qū)域,而南二三環(huán)則是近年發(fā)展迅猛的江夏區(qū)所在位置。地處最外圍的鄉(xiāng)村地帶在2000—2010年間城市化進(jìn)程相對(duì)緩慢,依然是廣大的耕地占據(jù)主導(dǎo)地位,隨著退耕還林還草政策的實(shí)施,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì),尤其是西北部木蘭山風(fēng)景區(qū)和東南部的梁子湖區(qū)保護(hù)得當(dāng),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值上升尤為明顯。

2.3 基于條帶的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化分析

與基于梯次環(huán)的變化率曲線圖相似,東—西向條帶上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化率曲線圖呈現(xiàn)出一個(gè)對(duì)稱的“W”形,從中心向外圍依次為“正—負(fù)—正”的趨勢(shì),但在左半部分(C0—C6)變化更為劇烈,近10年來(lái)武漢市沿漢江向上游開(kāi)發(fā)力度較大,大量耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地是造成這種現(xiàn)象的直接原因。右半部分(C9—C14)變化輕微,C9—C13減少的部分主要來(lái)自東湖、沙湖面積萎縮；C14略有增加,同中心城區(qū)類似地,主要與長(zhǎng)江江面寬度的年際變化有關(guān)。

圖6 2000—2010各梯次環(huán)上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化率曲線Fig.6 Change rate of ESV with respect to belt transects, 2000 —2010

南—北向條帶上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化率曲線可以劃分為4個(gè)部分：樣方R1—R7,位于武漢市南部遠(yuǎn)郊地區(qū),用地類型主要是耕地,此部分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值有較大比例上升；樣方R8—R12,位于南部的近郊和市區(qū),耕地、水域、建設(shè)用地混雜在一起,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值基本保持不變；樣方R13—R20,位于北部的市區(qū)和近郊,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少明顯；樣方R21—R29,位于北部遠(yuǎn)郊地區(qū)和木蘭山風(fēng)景區(qū),此部分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈劇烈上升?？傮w而言,以R12為中心向南北兩個(gè)方向上仍然保持了“上升—下降—上升”的基本趨勢(shì),且與基于梯次環(huán)的變化率曲線規(guī)律一致：北部要比南部變化更為劇烈。

圖7 2000—2010年?yáng)|-西條帶上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化率曲線 Fig.7 Change rate of ESV with respect to W-E belt transects

圖8 2000—2010年南-北條帶上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化率曲線Fig.8 Change rate of ESV with respect to S-N belt transects

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

本文計(jì)算了武漢市單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,并引入梯度分析方法對(duì)2000—2010年武漢市土地利用時(shí)空變化所導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空分異特征進(jìn)行了分析,分析發(fā)現(xiàn)：

(1)2000—2010年武漢市總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值共減少了2.68億元,其中由于水域面積萎縮造成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降最為嚴(yán)重。

(2)基于梯次環(huán)分析,在距離城市中心12—30km的北3—5環(huán),以及距離市中心12—24km的南3—4環(huán)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降最為顯著,而北8環(huán)及南7環(huán)則上升最為明顯。

(3)基于條帶分析,在東西向條帶上,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化率曲線圖呈現(xiàn)出一個(gè)對(duì)稱的“W”形,而在南北方向上,變化率曲線可以按照明顯上升、基本不變、明顯下降及劇烈上升分成4個(gè)部分。此外,與梯次環(huán)變化率曲線規(guī)律一致的是,北部要比南部變化更為劇烈。

3.2 討論

本文的評(píng)估和分析有利于對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間格局及時(shí)空分異規(guī)律的認(rèn)識(shí)和理解,為城市規(guī)劃、土地利用及城市管理決策部門提供宏觀參考。不過(guò),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估涉及到資源經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)、生態(tài)學(xué)、人口學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)等多種學(xué)科,由于本文著重探討生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間格局分析,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的估算尚不夠精細(xì)和全面,亦僅計(jì)算了土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量,未能顧及同一種土地利用類型內(nèi)部具體的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。同時(shí),在后續(xù)研究中可以考慮在收集更多城市化相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合城市化程度來(lái)進(jìn)一步分析城市化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響。

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Spatiotemporal variation of ecosystem services value based on gradient analysis in Wuhan:2000—2010

LI Quan1,2,*, LI Teng1,3, YANG Mingzheng1, YING Wei1

1SchoolofResourcesandEnvironmentalScience,WuhanUniversity,Wuhan430079,China2KeyLaboratoryofGeographicInformationSystem,MinistryofEducation,WuhanUniversity,Wuhan430079,China3CollegeofGlobalChangeandEarthSystemScience,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China

Ecosystems provide a multitude of services that are fundamental to the well-being, livelihood, health, and survival of humans. A comprehensive understanding of the spatiotemporal features of Ecosystem Services Value (ESV) is necessary for appropriate land use and land management in metropolitan areas. Based on this research, methods of quantitative analysis could be considerably improved. Considering Wuhan as an example, we classified Landsat TM/ETM+ images into developed land, unused land, arable land, garden plots, forests, and water by using a maximum likelihood analysis, and calculated the ESV per unit area. Based on spatial distributional maps of ESV, we introduced a gradient analysis and set gradient circles and belt transects to analyze the spatiotemporal features of ESV. The main conclusions were 1) the amount of ESV decreased by 268 million RMB from 2000 to 2010; 2) based on the gradient circles analysis, ESV decreased within the north 3rdto 5thring road (corresponding to 12—30 km from the urban center) and south 3rdto 4thring road (corresponding to 12—24 km from the urban center), whereas ESV increased within the north 8thring and south 7thring;3) based on the belt transects analysis, the change rate of ESV showed a symmetrical W-shape pattern latitudinally, whereas longitudinally, it was partitioned into four sections based on theamplitude of the ESV change rate. Overall, northern Wuhan demonstrated more changeability in ESV than the southern area.

Ecosystem Services Value (ESV); gradient analysis; spatiotemporal variation; Wuhan

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(71073116)；國(guó)家基礎(chǔ)科學(xué)人才培養(yǎng)基金科研能力訓(xùn)練項(xiàng)目(J1103409)

2015- 10- 28;

日期:2016- 08- 02

10.5846/stxb201510282180

*通訊作者Corresponding author.E-mail: leequang@whu.edu.cn

李全，李騰，楊明正，應(yīng)瑋.基于梯度分析的武漢市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空分異特征.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(6):2118- 2125.

Li Q, Li T, Yang M Z, Ying W.Spatiotemporal variation of ecosystem services value based on gradient analysis in Wuhan:2000—2010.Acta Ecologica Sinica,2017,37(6):2118- 2125.