李雪敏，李道政，李柏丞

（內(nèi)蒙古財(cái)經(jīng)大學(xué) 財(cái)政稅務(wù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070）

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指人類(lèi)從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的各種惠益[1]，主要包括調(diào)節(jié)、供給、支持和文化服務(wù)四種形式[2]。不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間相互作用，存在著復(fù)雜的交互耦合關(guān)系，表現(xiàn)為相互增益的協(xié)同關(guān)系和此消彼長(zhǎng)的權(quán)衡關(guān)系[3]。千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估（MA）研究顯示，全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中有15 種（共24 種）正處于嚴(yán)重退化或不可持續(xù)利用狀態(tài)，嚴(yán)重威脅著全球的生態(tài)安全。因此，探究并揭示不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之間的表現(xiàn)形式、形成機(jī)理、尺度依存、時(shí)空格局、驅(qū)動(dòng)機(jī)制等[4-7]，找到社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境保護(hù)的平衡點(diǎn)[8]，對(duì)于實(shí)現(xiàn)區(qū)域社會(huì)—生態(tài)—經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

近年來(lái)，學(xué)術(shù)界基于不同方法、從不同尺度開(kāi)展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的相關(guān)研究。研究方法上，主要涉及多情景模擬分析法、空間分析法、統(tǒng)計(jì)分析法等方法[9-10]；研究尺度上，包括國(guó)家、地區(qū)和流域等層面[11-12]。如BAI 等[13]基于統(tǒng)計(jì)分析的方式對(duì)中國(guó)白洋淀流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的相關(guān)性進(jìn)行系統(tǒng)性分析；MEEHAN 等[14]通過(guò)情景模擬預(yù)測(cè)對(duì)研究區(qū)玉米產(chǎn)量、碳存儲(chǔ)、授粉等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)性進(jìn)行深入探究；李屹峰等[15]基于土地利用對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能開(kāi)展研究；鄭德鳳等[16]定量分析了三江源地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間權(quán)衡協(xié)同關(guān)系。諸多學(xué)者對(duì)生態(tài)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系的研究已取得一定成就，然而研究多集中于以統(tǒng)計(jì)關(guān)系的數(shù)量分析揭示區(qū)域整體差異，對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的多維動(dòng)態(tài)分析、區(qū)域內(nèi)部時(shí)空差異性的研究稍顯不足[17]。

大興安嶺山脈中段與蒙古國(guó)相連，是我國(guó)北疆地區(qū)重要的生態(tài)屏障，然而該區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)間矛盾日趨凸顯。近些年，北疆地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)雖逐漸引起了學(xué)術(shù)界的關(guān)注[18-19]，但研究大多集中于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估、權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的靜態(tài)研究等，關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡協(xié)同時(shí)空動(dòng)態(tài)研究相對(duì)缺乏。有鑒于此，本文以位于大興安嶺山脈中段的興安盟地區(qū)為研究對(duì)象，基于遙感、氣象等多源數(shù)據(jù)，首先利用InVEST、CASA 等模型對(duì)研究區(qū)的植被凈生產(chǎn)力（NPP）、水源涵養(yǎng)、土壤保持和碳存儲(chǔ)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行評(píng)估，揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總量的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化特征；其次，基于冷熱點(diǎn)分析揭示研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的聚集特點(diǎn)及其在時(shí)空尺度上的變化趨勢(shì)；最后，利用相關(guān)性分析和空間自相關(guān)分析探究2000—2020 年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)協(xié)同與權(quán)衡關(guān)系的時(shí)空格局分布與演變規(guī)律，以期為研究區(qū)生態(tài)保護(hù)和優(yōu)化管理提供理論依據(jù)與數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)域概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

興安盟位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部。東南、東北分別與吉林、黑龍江兩省相鄰，北部、西部、南部分別與呼倫貝爾、錫林郭勒盟和通遼市相連，西北部與蒙古國(guó)接壤。自西北向東南可將興安盟劃分為四種地貌類(lèi)型：中山、低山、丘陵和平原地帶，海拔高度在150 ～1 800 米，年均氣溫為5 °C 左右，降雨及日照充沛。自然資源十分豐富，擁有50.04 億立方米水資源，國(guó)家級(jí)保護(hù)動(dòng)物46 種，天然礦產(chǎn)資源54 種，是我國(guó)重點(diǎn)生態(tài)保護(hù)建設(shè)地區(qū)，生態(tài)地位重要（圖1）。

圖1 研究區(qū)高程圖

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究數(shù)據(jù)主要包括土地利用數(shù)據(jù)、氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)中的降水量數(shù)據(jù)與潛在蒸騰量數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、DEM 等空間數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源如下：①土地利用數(shù)據(jù)：來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心（www.resdc.com），精度為30 米，年份為2000 年、2005 年、2010 年、2015 年和2020 年。②氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)：來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（www.data.cma.cn）對(duì)應(yīng)5 年研究區(qū)域鄰近54 個(gè)氣象站點(diǎn)的日降水量、平均氣溫和太陽(yáng)總輻射量等觀測(cè)數(shù)據(jù)。③降水量數(shù)據(jù)：由研究區(qū)域鄰近54 個(gè)氣象觀測(cè)站點(diǎn)對(duì)應(yīng)5 年的日降水量觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)累加、導(dǎo)入、反距離插值獲得精度為30 米的降水量柵格數(shù)據(jù)。④潛在蒸騰量數(shù)據(jù)：通過(guò)研究區(qū)域鄰近54 個(gè)氣象觀測(cè)站點(diǎn)對(duì)應(yīng)5 年的日蒸騰量觀測(cè)累加、導(dǎo)入、克里金插值獲得精度為30 米的潛在蒸騰量柵格數(shù)據(jù)。⑤土壤數(shù)據(jù)：根據(jù)研究區(qū)域在世界土壤數(shù)據(jù)庫(kù)（HWSD）的中國(guó)土壤數(shù)據(jù)集中提取。⑥D(zhuǎn)EM 數(shù)據(jù)：來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云（www.gscloud.cn）中的ASTER GDEM 數(shù)字高程數(shù)據(jù)，分辨率為30 米。

1.3 研究方法

1.3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估方法

（1）水源涵養(yǎng)服務(wù)。水源涵養(yǎng)服務(wù)基于InVEST 模型中的water yield 模塊進(jìn)行測(cè)算。通過(guò)導(dǎo)入降水、植物潛在蒸騰、土地利用數(shù)據(jù)、根系深度、土壤深度與地表蒸發(fā)量等數(shù)據(jù)計(jì)算產(chǎn)水量，利用土壤飽和導(dǎo)水率、地形指數(shù)與流速系數(shù)對(duì)產(chǎn)水量進(jìn)行修正后估算出水源涵養(yǎng)量（mm），計(jì)算過(guò)程如下：

式（1）、（2）中：Y為產(chǎn)水量；AETi為土地利用類(lèi)型i為所對(duì)應(yīng)的柵格單元的年平均蒸散量；Pi為柵格i單元所對(duì)應(yīng)的年降水量；Re為水源涵養(yǎng)量；V為流速系數(shù)；T為地形指數(shù)；K為土壤飽和導(dǎo)水率。

（2）土壤保持服務(wù)。基于InVEST 模型中的SDR（sediment delivery ratio）模塊，通過(guò)導(dǎo)入填洼后的DEM數(shù)據(jù)、降雨侵蝕因子、土壤可侵蝕因子、土地利用等數(shù)據(jù)估算土壤保持量（t），計(jì)算過(guò)程如下：

式（3）～（5）中：USLE為實(shí)際土壤的流失量；R為降雨侵蝕力因子；K為土壤可侵蝕性因子；LS為地形因子；C為覆蓋管理因子；P為水土保持措施因子；RKLS為潛在土壤流失量；SD為土壤保持量。

（3）碳儲(chǔ)量服務(wù)。基于InVEST 模型中的Carbon 模塊，通過(guò)導(dǎo)入土地利用數(shù)據(jù)、地上物質(zhì)碳儲(chǔ)量、地下物質(zhì)碳儲(chǔ)量、土壤碳儲(chǔ)量、枯枝落葉碳儲(chǔ)量等數(shù)據(jù)計(jì)算總碳儲(chǔ)量（t），公式如下：

式中：Csum為總儲(chǔ)存量；Ca為地上物質(zhì)總碳儲(chǔ)量；Cb為地下物質(zhì)總碳儲(chǔ)量；Cs為土壤碳儲(chǔ)量；Cd為枯枝落葉總碳儲(chǔ)量。

（4）NPP?；贑ASA 模型[20]，利用太陽(yáng)總輻射量、有效輻射吸收比、低溫脅迫系數(shù)、高溫脅迫系數(shù)、水分脅迫系數(shù)等數(shù)據(jù)計(jì)算植物凈初級(jí)生產(chǎn)力（NPP），計(jì)算過(guò)程如下：

式（7）～（9）中：NPPi為i月的凈初級(jí)生產(chǎn)力（g·C/m2）；APARi為i月的光合有效輻射；εi為i月的實(shí)際光利用率；SOLi為i月的太陽(yáng)總輻射量；FPARi為i月有效輻射吸收比；Tε1為低溫脅迫作用；Tε2為高溫脅迫作用；Wi為水分脅迫系數(shù)；εmax為實(shí)際光能利用率。

1.3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)冷熱點(diǎn)分析法

基于對(duì)不同服務(wù)的冷熱點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行計(jì)算和疊加分析，在空間尺度上識(shí)別和劃分研究區(qū)內(nèi)不同地理位置的重要程度，并對(duì)不同區(qū)位的生態(tài)重要程度進(jìn)行分級(jí)。因研究區(qū)縣級(jí)行政區(qū)面積較大且數(shù)量較少，以縣域作為基本單元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點(diǎn)分析精確度較低。因此，本文以創(chuàng)建漁網(wǎng)的方式將研究區(qū)域進(jìn)行分割，通過(guò)ArcGIS 中的Spatial Autocorrelation（Moran’s I）計(jì)算三項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與NPP 在2000—2020 年的全局莫蘭指數(shù)，以此確定區(qū)域內(nèi)聚類(lèi)模式表達(dá)，并以返回的z值與P值確定檢測(cè)顯著水平，具體計(jì)算方法如下：

式中：I為全局莫蘭指數(shù)Moran’s I；n為要素總和；S為全部空間權(quán)重聚合；wi,j為要素i與j之間的空間權(quán)重；zi與zj為要素i屬性與j屬性與其平均值的偏差。

之后，通過(guò)熱點(diǎn)分析功能分別計(jì)算不同服務(wù)冷熱點(diǎn)的空間分布并疊加處理，基于疊加結(jié)果對(duì)不同區(qū)位的生態(tài)重要程度進(jìn)行分級(jí)。其中，不存在熱點(diǎn)與次多服務(wù)冷點(diǎn)區(qū)的網(wǎng)格為非聚集區(qū)；匯集1 ～2 個(gè)服務(wù)的熱點(diǎn)區(qū)與冷點(diǎn)區(qū)的網(wǎng)格為次多服務(wù)熱點(diǎn)區(qū)與冷點(diǎn)區(qū)；匯集3 ～4 個(gè)服務(wù)的熱點(diǎn)區(qū)與冷點(diǎn)區(qū)的網(wǎng)格為多服務(wù)熱點(diǎn)區(qū)與多服務(wù)冷點(diǎn)區(qū)。

1.3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡協(xié)同關(guān)系量化法

（1）Spearman 相關(guān)性分析法。借助ArcGIS 軟件中的創(chuàng)建隨機(jī)點(diǎn)工具，在研究?jī)?nèi)創(chuàng)建20 000 個(gè)隨機(jī)采樣點(diǎn)，提取每個(gè)樣點(diǎn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)值并進(jìn)行生態(tài)服務(wù)間的相關(guān)性分析。K-S 檢驗(yàn)結(jié)果表明研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中服務(wù)數(shù)值分布為非線性、非正態(tài)，故本文通過(guò)SPSS 平臺(tái)選取Spearman 相關(guān)性分析對(duì)不同服務(wù)之間的相關(guān)性進(jìn)行研究，計(jì)算方法如下：

式中：rx,y為Spearman 相關(guān)系數(shù)；cov(x,y)為兩個(gè)變量的協(xié)方差；σx和σy分別為兩個(gè)變量的標(biāo)準(zhǔn)差。當(dāng)不同服務(wù)之間完全相關(guān)時(shí)，Spearman 系數(shù)為+1 或-1；當(dāng)不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間呈現(xiàn)顯著相關(guān)性且為正相關(guān)時(shí)，則相應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間為協(xié)同關(guān)系，反之為權(quán)衡關(guān)系；當(dāng)不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間不存在顯著相關(guān)性時(shí)，則相應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間為兼容關(guān)系。

（2）空間自相關(guān)分析法。為進(jìn)一步探究研究區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在空間尺度的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系及其演變規(guī)律，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)賦值于所建立的漁網(wǎng)矢量圖上后導(dǎo)入GeoDa軟件中，以雙變量局部莫蘭指數(shù)[21]對(duì)2000—2020 年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行雙變量空間自相關(guān)分析，其中高低聚集與低高聚集是兩個(gè)服務(wù)在空間上權(quán)衡關(guān)系的表達(dá)；高高聚集與低低聚集是兩個(gè)服務(wù)在空間上協(xié)同關(guān)系的表達(dá)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)非線性時(shí)空動(dòng)態(tài)特征

研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在2000—2020 年的增減益空間分布如圖2 所示。2000—2020 年，土壤保持服務(wù)功能增益區(qū)主要集中在研究區(qū)北部地區(qū)，減益區(qū)分布于研究區(qū)內(nèi)地形坡度較低區(qū)域；水源涵養(yǎng)服務(wù)功能增益區(qū)分布范圍較廣，主要集中在研究區(qū)中部、北部及中南部地區(qū)，西部地區(qū)存在大面積服務(wù)功能減值區(qū)域；碳存儲(chǔ)服務(wù)增益區(qū)分布范圍由北向南依次遞減，科爾沁右翼中旗增益最為顯著，減益區(qū)也呈現(xiàn)由北向南依次遞減的趨勢(shì)，主要集中在荒漠等生態(tài)環(huán)境較為惡劣的地區(qū)附近。

圖2 研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)2000—2020年增減益空間分布

不同時(shí)間尺度下的生態(tài)服務(wù)總量計(jì)算結(jié)果如表1 所示。2000—2010 年，研究區(qū)土壤保持總量呈現(xiàn)倒“U”型變動(dòng)，先增長(zhǎng)至4.24×108t 后下降至2.92×108t；2010—2020 年呈上升趨勢(shì)后逐漸趨于穩(wěn)定；總體來(lái)看，2000—2020 年土壤保持總量呈顯著上升趨勢(shì)，從1.94×108t 上升為5.04×108t，增長(zhǎng)量為3.1×108t，增長(zhǎng)率達(dá)159.8%，平均年增長(zhǎng)率為4.89%。同時(shí)期，研究區(qū)域內(nèi)水源涵養(yǎng)總量變動(dòng)趨勢(shì)與土壤保持類(lèi)似，2000—2010 年波動(dòng)較大，水源涵養(yǎng)總量先增長(zhǎng)至13.34×108mm 后下降至5.28×108mm；2010—2020 年水源涵養(yǎng)量呈上升趨勢(shì)并逐漸趨于穩(wěn)定；2000—2020 年水源涵養(yǎng)服務(wù)總體增長(zhǎng)較大，共增長(zhǎng)11.396×108mm，增長(zhǎng)率達(dá)398.6%，平均年增長(zhǎng)率為8.50%，平均年增長(zhǎng)量為0.570×108mm。研究區(qū)域碳儲(chǔ)存總量并未出現(xiàn)明顯變動(dòng)，2000—2020 年碳儲(chǔ)存服務(wù)增長(zhǎng)量為3.3×107t，平均年增長(zhǎng)量為1.65×108t，增長(zhǎng)率僅為4.49%，年均增長(zhǎng)率為0.22%。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總量變化表

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間冷熱點(diǎn)分析

在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空演變特征分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過(guò)冷熱點(diǎn)分析探究研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的聚集特點(diǎn)及其在時(shí)空尺度上的變化趨勢(shì)（圖3）。

圖3 2000—2020年多服務(wù)冷熱點(diǎn)與生態(tài)區(qū)分布

2000—2020 年，研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點(diǎn)地區(qū)面積少量增加，2020 年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點(diǎn)空間分布與2000 年無(wú)明顯變化，主要分布于研究區(qū)西北部與北部地區(qū)。其中，2000—2005 年，研究區(qū)內(nèi)熱點(diǎn)地區(qū)面積增加，增量區(qū)域主要集中在北部與東北部地區(qū)；2005—2015 年北部熱點(diǎn)地區(qū)減少，南部地區(qū)出現(xiàn)部分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點(diǎn)區(qū)域；2015—2020 年研究區(qū)內(nèi)北部與南部地區(qū)熱點(diǎn)地區(qū)退化。冷點(diǎn)地區(qū)面積自2000—2020 年顯著減少，面積減少區(qū)域主要集中于研究區(qū)北部與中部地區(qū)，2020年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)冷點(diǎn)空間分布相較于2000年存在較大變化。其中，2000 年冷點(diǎn)區(qū)域在北部、中部與南部地區(qū)均有分布，2020年冷點(diǎn)地區(qū)則主要集中分布于南部與東部區(qū)域；2000—2010 年冷點(diǎn)地區(qū)面積出現(xiàn)小幅度增加，但總體空間分布并未出現(xiàn)明顯變動(dòng)；2010—2020 年冷點(diǎn)地區(qū)面積減少顯著，主要出現(xiàn)于研究區(qū)內(nèi)中部地區(qū)。

2000—2020 年生態(tài)區(qū)總體空間分布呈現(xiàn)西北部地區(qū)以最為重要的核心生態(tài)區(qū)為主，北部至中部地區(qū)以重點(diǎn)生態(tài)區(qū)為主，東部與中偏南地區(qū)以緩沖生態(tài)區(qū)為主，南部地區(qū)則以試驗(yàn)生態(tài)區(qū)為主。不同生態(tài)區(qū)的變動(dòng)幅度較大，相較于2000 年，2020年的重點(diǎn)生態(tài)區(qū)面積增量與緩沖生態(tài)區(qū)的減值最為顯著，核心生態(tài)區(qū)的面積少量增加，試驗(yàn)生態(tài)區(qū)的面積少量減少。其中，2000—2005 年研究區(qū)東部核心生態(tài)區(qū)面積出現(xiàn)大量減值，東部核心區(qū)全部退化，而重點(diǎn)生態(tài)區(qū)在中部地區(qū)增量較大，大量緩沖生態(tài)區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)橹攸c(diǎn)生態(tài)區(qū)，試驗(yàn)生態(tài)區(qū)無(wú)明顯變化；2005—2015 年?yáng)|部核心生態(tài)區(qū)出現(xiàn)了先減少后增加的現(xiàn)象，而重點(diǎn)生態(tài)區(qū)面積持續(xù)增加，緩沖生態(tài)區(qū)面積持續(xù)減少，試驗(yàn)生態(tài)區(qū)總面積在十年間變化不明顯，但前五年呈現(xiàn)明顯減少的趨勢(shì)，后五年又逐漸增加并得以恢復(fù)；2015—2020 年，不同生態(tài)區(qū)的空間分布趨于穩(wěn)定，無(wú)較大變動(dòng)。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系分析

2.3.1 生態(tài)系統(tǒng)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系時(shí)間變化

對(duì)研究區(qū)2000—2020 年三項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與NPP 總量進(jìn)行相關(guān)性分析，不同年份的Spearman 相關(guān)性系數(shù)如表2 所示。

表2 2000—2020年研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系

研究區(qū)內(nèi)各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的相關(guān)系數(shù)均低于0.6，相關(guān)程度不高，NPP 與土壤保持的相關(guān)性最強(qiáng)，土壤保持與水源涵養(yǎng)的相關(guān)性最弱。土壤保持與水源涵養(yǎng)在整個(gè)研究時(shí)間跨度內(nèi)出現(xiàn)權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的轉(zhuǎn)變，水源涵養(yǎng)與碳存儲(chǔ)為權(quán)衡關(guān)系，其他服務(wù)之間均為協(xié)同關(guān)系。

整體上看，各服務(wù)之間在2020 年的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系相較2000 年均表現(xiàn)為向協(xié)同關(guān)系遞增并趨于收斂，整體生態(tài)質(zhì)量呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)。其中，水源涵養(yǎng)與碳存儲(chǔ)的權(quán)衡關(guān)系在2010 年達(dá)到低峰后緩慢上升，相關(guān)性減弱；水源涵養(yǎng)與土壤保持、碳存儲(chǔ)的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系變動(dòng)趨勢(shì)趨同，水源涵養(yǎng)與碳存儲(chǔ)在20 年間始終為權(quán)衡關(guān)系；水源涵養(yǎng)與土壤保持在2010 年表現(xiàn)為權(quán)衡關(guān)系，其他年份兩個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間均為協(xié)同關(guān)系；水源涵養(yǎng)與NPP 的相關(guān)性在0.1 ～0.5 之間反復(fù)振蕩波動(dòng)，并在2020 年處于較高的相關(guān)性水平，具有較強(qiáng)的協(xié)同效應(yīng)；土壤保持與碳存儲(chǔ)在2000—2020 年均保持著較高的協(xié)同效應(yīng)，在2015 年達(dá)到峰值；NPP 與土壤保持、碳存儲(chǔ)的協(xié)同效應(yīng)逐年遞增，均在2020 年達(dá)到峰值。

2.3.2 生態(tài)系統(tǒng)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系空間差異

為進(jìn)一步探究研究區(qū)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系在空間上的表達(dá)，對(duì)三種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和NPP 進(jìn)行局部雙變量空間自相關(guān)分析，在顯著性為95%的檢測(cè)條件下所得的結(jié)果如表3 和圖4 所示。

表3 2000—2020年研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)雙變量全局Moran’s I指數(shù)

圖4 （續(xù)） 2000—2020年研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)局部LISA圖

圖4 2000—2020年研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)局部LISA圖

由表3 可知，研究區(qū)各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的Moran’s I 指數(shù)各異，水源涵養(yǎng)與NPP、碳存儲(chǔ)之間的Moran’s I 指數(shù)在正負(fù)之間波動(dòng)，其余生態(tài)服務(wù)之間的Moran’s I 指數(shù)均為正，代表協(xié)同區(qū)域大于權(quán)衡區(qū)域，總體趨于協(xié)同。具體來(lái)看，NPP 與碳存儲(chǔ)的空間協(xié)同效應(yīng)最強(qiáng)，在2015 年達(dá)到峰值；NPP 與土壤保持的Moran’s I指數(shù)在0.3 ～0.7 之間波動(dòng)，空間協(xié)同效應(yīng)較強(qiáng)；NPP 與土壤保持為協(xié)同關(guān)系，空間協(xié)同效應(yīng)顯著，莫蘭指數(shù)在0.1 ～0.5 之間波動(dòng)較為劇烈；NPP 與水源涵養(yǎng)的空間效應(yīng)在2000—2020 年波動(dòng)較為劇烈，2000 年呈現(xiàn)弱權(quán)衡效應(yīng)，莫蘭指數(shù)為-0.093，之后莫蘭指數(shù)在-0.1 ～0.3 之間波動(dòng)，空間效應(yīng)也在權(quán)衡效應(yīng)與協(xié)同效應(yīng)之間不斷轉(zhuǎn)換。碳存儲(chǔ)與土壤保持的空間協(xié)同效應(yīng)在不同年份均維持較高的水平，在0.3 ～0.5 區(qū)間波動(dòng)；碳存儲(chǔ)與水源涵養(yǎng)的莫蘭指數(shù)在-0.1 ～0.2 之間波動(dòng)，空間效應(yīng)也在權(quán)衡效應(yīng)與協(xié)同效應(yīng)之間轉(zhuǎn)換，2005 年與2015 年呈現(xiàn)弱協(xié)同效應(yīng)。水源涵養(yǎng)與土壤保持的空間協(xié)同效應(yīng)在2010—2020 年具有較大的增幅，從2000 年的0.055 增長(zhǎng)至2020 年的0.429。

如圖4 所示，研究區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系具有明顯的空間異質(zhì)性，每個(gè)漁網(wǎng)所代表的各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在時(shí)間尺度上變化速率與變化方向不一致?？傮w上，不同服務(wù)之間的權(quán)衡協(xié)同表達(dá)隨著時(shí)間的推移出現(xiàn)了趨同現(xiàn)象，總體上呈現(xiàn)西北和東南地區(qū)為協(xié)同效應(yīng)，中部地區(qū)為權(quán)衡效應(yīng)，多數(shù)服務(wù)協(xié)同效應(yīng)的表達(dá)遠(yuǎn)大于權(quán)衡效應(yīng)。

具體來(lái)看，碳存儲(chǔ)與NPP 在西北與東南部呈現(xiàn)協(xié)同關(guān)系，權(quán)衡區(qū)域交錯(cuò)分布在協(xié)同區(qū)域外圍，協(xié)同區(qū)域所占面積顯著多于權(quán)衡區(qū)域，也意味著兩種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間效應(yīng)主要表現(xiàn)為協(xié)同效應(yīng)，整個(gè)研究期碳存儲(chǔ)與NPP 的空間關(guān)系和效應(yīng)強(qiáng)度存在明顯波動(dòng)，整體呈現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)增強(qiáng)的變動(dòng)趨勢(shì)。碳存儲(chǔ)與水源涵養(yǎng)的空間效應(yīng)整體表現(xiàn)為弱權(quán)衡關(guān)系，協(xié)同與權(quán)衡關(guān)系在研究區(qū)內(nèi)交錯(cuò)分布，2000 年表現(xiàn)為弱權(quán)衡效應(yīng)，2005 年演變?yōu)楸辈颗c東南部地區(qū)呈現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)，周?chē)诲e(cuò)分布權(quán)衡區(qū)域，2005 年以后空間關(guān)系顯著性降低，大部分區(qū)域無(wú)明顯空間效應(yīng)。碳存儲(chǔ)與土壤保持的空間關(guān)系表達(dá)總體呈強(qiáng)協(xié)同效應(yīng)，研究區(qū)內(nèi)協(xié)同區(qū)域主要分布在西北部、東南部與南部地區(qū)，權(quán)衡區(qū)域零散分布于協(xié)同區(qū)域外圍，空間關(guān)系整體呈現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)先增強(qiáng)后減弱的變動(dòng)趨勢(shì)。水源涵養(yǎng)與土壤保持的空間效應(yīng)呈現(xiàn)從弱協(xié)同逐漸演變?yōu)閺?qiáng)協(xié)同的變動(dòng)趨勢(shì)，2000 年協(xié)同區(qū)域與權(quán)衡區(qū)域在研究區(qū)中部地區(qū)交錯(cuò)分布，之后逐漸向西北部與東南部表現(xiàn)的協(xié)同效應(yīng)、中部表現(xiàn)的權(quán)衡效應(yīng)的空間格局過(guò)渡，直至2020 年區(qū)域整體呈現(xiàn)強(qiáng)協(xié)同效應(yīng)，尤以西北部與東南部表現(xiàn)較為明顯。水源涵養(yǎng)與NPP 的空間效應(yīng)在2000 年表現(xiàn)為權(quán)衡效應(yīng)與協(xié)同效應(yīng)間隔交錯(cuò)分布，整體呈現(xiàn)弱權(quán)衡效應(yīng)，空間上逐漸向西北部與東南部分布格局過(guò)渡，且空間效應(yīng)逐步減弱，2020 年大部分區(qū)域空間效應(yīng)表現(xiàn)均不顯著。土壤保持與NPP 之間呈現(xiàn)較強(qiáng)的協(xié)同效應(yīng)，協(xié)同區(qū)域主要分布在研究區(qū)的西北部與東南部地區(qū)，權(quán)衡區(qū)域主要表現(xiàn)在中部與東部地區(qū)，且隨著時(shí)間的推移協(xié)同效應(yīng)逐漸增強(qiáng)。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

本文主要結(jié)論如下：（1）2000—2020 年，研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與NPP 總量呈非對(duì)稱(chēng)增長(zhǎng)趨勢(shì)，碳存儲(chǔ)服務(wù)總量的增長(zhǎng)比例最小，水源涵養(yǎng)的服務(wù)總量增長(zhǎng)比例最大?？臻g分析表明，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與NPP 總量分布呈自西北向東南遞減的趨勢(shì)，各服務(wù)在西北部地區(qū)的服務(wù)量密度最大。（2）根據(jù)冷熱點(diǎn)分布對(duì)生態(tài)區(qū)域的重要程度劃分結(jié)果，研究區(qū)內(nèi)的重點(diǎn)生態(tài)區(qū)面積增加最多，緩沖生態(tài)區(qū)的面積減少最多，生態(tài)重要程度自西北向東南依次遞減，20 年間生態(tài)質(zhì)量呈現(xiàn)逐步優(yōu)化的態(tài)勢(shì)。（3）相關(guān)性分析表明水源涵養(yǎng)與碳存儲(chǔ)呈權(quán)衡關(guān)系，除水源涵養(yǎng)與土壤保持呈權(quán)衡關(guān)系以外，其他服務(wù)之間均為協(xié)同關(guān)系，且以土壤保持與NPP 的協(xié)同效應(yīng)最強(qiáng)，研究區(qū)內(nèi)各服務(wù)之間均朝著協(xié)同效應(yīng)增強(qiáng)、權(quán)衡效應(yīng)減弱的趨勢(shì)轉(zhuǎn)變。雙變量局部相關(guān)性分析表明，不同服務(wù)之間相關(guān)性系數(shù)與莫蘭指數(shù)的變動(dòng)趨勢(shì)基本一致?？臻g格局上，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與NPP 之間的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的異質(zhì)性顯著，權(quán)衡協(xié)同空間分布表現(xiàn)為西北部和南部地區(qū)為協(xié)同區(qū)域，中部為權(quán)衡區(qū)域。（4）研究區(qū)西北部地區(qū)的生態(tài)重要程度最高，應(yīng)建立生態(tài)保護(hù)區(qū)以確保該區(qū)域的生態(tài)穩(wěn)定性，而東南部的生態(tài)重要程度最低，需開(kāi)展一系列生態(tài)治理行動(dòng)以改善和優(yōu)化當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。中部與東部地區(qū)因地處權(quán)衡區(qū)域且生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點(diǎn)區(qū)較少，當(dāng)增加單位經(jīng)濟(jì)價(jià)值，其所損失的生態(tài)福祉最小，可作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要開(kāi)發(fā)建設(shè)的首選地區(qū)。

3.2 討論

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系研究旨在實(shí)現(xiàn)不同層次生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的可持續(xù)供給，厘清不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間潛在的聯(lián)系[10]，并以此作為尋求生態(tài)環(huán)境和諧平穩(wěn)發(fā)展的基礎(chǔ)。本文采用雙變量局部空間自相關(guān)與相關(guān)系數(shù)分析對(duì)研究區(qū)2000—2020 年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間時(shí)空上的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系與變動(dòng)趨勢(shì)進(jìn)行探究，但仍缺乏對(duì)各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間內(nèi)部交互耦合關(guān)系機(jī)理與驅(qū)動(dòng)機(jī)制的深入研究，未來(lái)需轉(zhuǎn)變研究視角且探索更為有效的方法以開(kāi)展針對(duì)性研究。

（1）當(dāng)前基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的研究主要以截面數(shù)據(jù)的靜態(tài)分析為主[22]，由于截面數(shù)據(jù)具有特殊性與較大的波動(dòng)性，可能導(dǎo)致誤判不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系，而以面板數(shù)據(jù)所進(jìn)行的時(shí)間序列分析能降低由于自然因素波動(dòng)所帶來(lái)的影響，使結(jié)論更為可信。以大興安嶺山脈中段的興安盟地區(qū)為例進(jìn)行2000—2020 年跨度達(dá)20 年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估，并研究不同服務(wù)之間的時(shí)空權(quán)衡協(xié)同演變規(guī)律，有效地解決了截面數(shù)據(jù)的特殊性與波動(dòng)性所帶來(lái)的可信度降低等問(wèn)題。（2）研究區(qū)水源涵養(yǎng)與碳存儲(chǔ)存在顯著的負(fù)相關(guān)，這與劉華超等[19]、張文靜等[23]的研究結(jié)果一致，其中水源涵養(yǎng)與碳存儲(chǔ)的權(quán)衡關(guān)系隨著時(shí)間的推移不斷減弱，研究期間當(dāng)?shù)亓值氐娘@著增加使蒸騰作用加強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致該地區(qū)的水源涵養(yǎng)量減少。與此同時(shí)，林地的增加使得碳存儲(chǔ)服務(wù)功能加強(qiáng)，故水源涵養(yǎng)與碳存儲(chǔ)呈權(quán)衡關(guān)系。2000—2010 年水源涵養(yǎng)與碳存儲(chǔ)的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的空間效應(yīng)波動(dòng)較大，主要由于降水量在該階段波動(dòng)較為劇烈，也是水源涵養(yǎng)與土壤保持、NPP 在2000—2010 年權(quán)衡協(xié)同關(guān)系波動(dòng)劇烈的原因。2010 年水源涵養(yǎng)與土壤保持呈權(quán)衡關(guān)系，其余年份均呈協(xié)同關(guān)系，同時(shí)水源涵養(yǎng)也與NPP 呈協(xié)同關(guān)系，這與李晶等[12]、陳安等[24]的研究結(jié)果基本一致，主要原因?yàn)榻邓吭黾油殡S著水源涵養(yǎng)與土壤保持的同步增加，使得二者呈協(xié)同關(guān)系；水源涵養(yǎng)與NPP呈協(xié)同關(guān)系的主要原因?yàn)榻邓吭黾哟偈怪脖簧L(zhǎng)茂盛，與水源涵養(yǎng)同步增加；水源涵養(yǎng)與土壤保持和NPP 的權(quán)衡協(xié)同效應(yīng)在空間尺度上的演變逐漸趨同，表現(xiàn)為南部與西北部呈協(xié)同關(guān)系，中部呈權(quán)衡關(guān)系。土壤保持與碳存儲(chǔ)、NPP 均呈協(xié)同關(guān)系，這與汪曉珍等[25]的研究結(jié)果基本一致，且空間尺度上的變化也較為相似，南部與西北部為主要協(xié)同區(qū)域，中部地區(qū)為權(quán)衡區(qū)域。NPP 與碳存儲(chǔ)呈顯著的協(xié)同關(guān)系，主要原因是當(dāng)?shù)谝恍詢羯a(chǎn)力上升的時(shí)候，往往伴隨著生態(tài)環(huán)境的改善，碳存儲(chǔ)量也會(huì)上升。（3）本文通過(guò)多服務(wù)冷熱點(diǎn)劃分不同等級(jí)的生態(tài)區(qū)，并結(jié)合三種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與NPP 在時(shí)空尺度上的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系進(jìn)行綜合分析。研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的協(xié)同區(qū)域主要集中在西北部與南部地區(qū)，與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高值區(qū)與低值區(qū)分布相似。西北部地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總量較高，且不同服務(wù)之間呈協(xié)同關(guān)系，意味著西北部核心生態(tài)區(qū)的生態(tài)環(huán)境退化所導(dǎo)致單位面積生態(tài)價(jià)值損益較大，生態(tài)成本較高，在開(kāi)發(fā)建設(shè)時(shí)不應(yīng)作為首要考慮對(duì)象。南部地區(qū)屬于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)低值區(qū)，同時(shí)也是協(xié)同區(qū)域，每一種服務(wù)功能的提升會(huì)帶動(dòng)別的服務(wù)功能的提升，即在等量資金使用的前提下會(huì)帶來(lái)更優(yōu)的生態(tài)效果，應(yīng)作為生態(tài)建設(shè)和環(huán)境優(yōu)化的首選地區(qū)。中部地區(qū)為重點(diǎn)生態(tài)區(qū)且為權(quán)衡區(qū)域，該區(qū)域某種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)量的增加可能會(huì)導(dǎo)致其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)量的減少，各服務(wù)間的關(guān)系較為復(fù)雜，應(yīng)優(yōu)先考慮環(huán)境質(zhì)量的提升和優(yōu)化。東部存在大量的權(quán)衡區(qū)域且部分地區(qū)為緩沖生態(tài)區(qū)，可作為社會(huì)發(fā)展需要進(jìn)行開(kāi)發(fā)建設(shè)時(shí)的參考地區(qū)。