贵阳市景观格局与生态系统服务时空变化研究

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城市演变规律及其景观格局的变化趋势研究,是城市可持续发展研究领域的重要内容。随着城市化发展,城市景观格局发生改变,进而对城市景观生态服务产生重要影响。近年来,随着贵阳市社会经济快速发展及生态文明示范城市建设,贵阳市景观格局发生剧烈变化,对生态系统服务产生重要影响。但贵阳市景观格局与城市景观生态系统服务的耦合关系是什么?生态系统服务间权衡与协同如何?这些科学问题尚未得到解答。因此,本研究以典型喀斯特山地城市贵阳市作为研究对象,依据景观生态学、遥感和GIS空间信息技术、地统计学和数理统计等理论与技术方法,系统分析1995~2019年贵阳市景观类型时空变化特征,剖析引起景观破碎化的驱动因素;运用In VEST模型对研究区生境质量、碳储量、水源涵养和土壤保持等4项生态系统服务功能进行评估,并利用冷热点分析方法,揭示了不同生态系统服务的时空分异特征;利用Logistic-CA-Markov模型,对贵阳市未来景观进行模拟,解析贵阳市城市景观格局发展趋向,并揭示未来生态系统服务模拟趋势;运用相关分析方法和均方根偏差方法,探明了4项生态系统服务间的权衡与协同关系。主要研究结果如下:(1)贵阳市景观类型动态变化明显,变化总趋势为“二增三减”,即城市建设用地和林地等增加,草地、耕地、其它用地减少。林地的增加主要依靠占据草地、耕地和其它用地面积;城市建设用地发展主要依靠占据林地、其它用地和耕地,研究期间建设用地主要以净转入为主。(2)本研究所选景观指数对空间粒度和幅度变化响应明显。结合研究区特点及选取原则,最终选择90m为贵阳市最佳空间粒度,1000m作为最佳空间幅度。基于最适景观尺度上,贵阳市景观破碎化程度严重,但呈现减缓趋势,景观丰富度降低,内部优势景观的空间连通性增加、景观边缘形状趋于规则化,受人为干扰程度加大等特征。造成景观破碎化现象的驱动因素主要由人为因素引起,其中GDP和距建设用地距离是主要影响因素;自然因子中,主要受高程和坡度的影响。(3)1995~2019年,贵阳市4项生态系统服务均有明显空间分异特征,且有所增损。水源涵养量总体上增加,在空间上总体呈现由南向北逐渐减少趋势。碳储量总量逐年增加,建成区碳储量逐渐转为低值。生境质量总体上呈改善趋势,在植被覆盖率较高的地区生境质量较好。土壤保持变化波动较大,低值区主要为建设用地、耕地集中的地带,高值区集中于人为干扰较小的植被覆盖较高区域。不同景观类型的生态系统服务值随着年份变化不同,林地和耕地对各生态系统服务值贡献较大,建设用地和其它用地的各生态系统服务值均较小。(4)1995~2019年,生态系统服务两两之间呈现出明显的权衡或协调关系。其中,生境质量和碳储量/土壤保持服务间呈现同增同减的协同关系,水源涵养和碳储量/生境质量服务间表现此消彼长的权衡关系。1995~2000年,土壤保持和水源涵养呈现为协同关系,后转为权衡关系。通过RMSD定量研究区权衡强度,1995~2019年间,土壤保持和生境质量/碳储量服务间权衡程度增加,碳储量和生境质量服务间权衡程度减弱,存在相对收益的一方。林地的生境质量和土壤保持/碳储量服务间均表现出协同关系,林地的碳库大,土壤保持功能强,生境质量较好。(5)2030年贵阳市预测建设用地面积显著增加,相较于2019年增幅为11.17%;除建设用地外,其他5类景观类型面积均有所减少,但主要景观类型仍为林地与耕地,面积分别减少了6.52%、2.37%。空间上,随着城市化发展,建设用地面积快速增长,在建成区周围显著扩张,增长迅速;研究区东部和西部林地面积减少。2030年研究区土壤保持、水源涵养、生境质量、碳储量服务均有所下降,其中,林地的生态系统服务值均呈现下降趋势,耕地的碳储量和水源涵养功能增加。2030年生境质量和碳储量/土壤保持服务间呈现协同关系,相较于2019年,协同关系增强;水源涵养和碳储量/生境质量/土壤保持服务间表现此消彼长的权衡关系。
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