三江源国家公园生态系统服务时空变化及权衡-协同关系

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本站小编 Free考研考试/2021-12-29

郑德凤, 郝帅, 吕乐婷^,, 徐文瑾, 王燕燕, 王辉辽宁师范大学地理科学学院, 大连 116029

Spatial-temporal change and trade-off/synergy relationships among multiple ecosystem services in Three-River-Source National Park

ZHENG Defeng, HAO Shuai, LV Leting^,, XU Wenjin, WANG Yanyan, WANG HuiSchool of Geography, Liaoning Normal University, Dalian 116029, Liaoning, China

通讯作者: 吕乐婷（1984-）,女,辽宁大连人,博士,讲师,主要从事水资源评估及水生态系统保护研究。E-mail: lvleting@lnnu.edu.cn

收稿日期:2018-08-20修回日期:2018-10-16网络出版日期:2020-01-20

基金资助:

国家社会科学基金项目.17BJL105

Received:2018-08-20Revised:2018-10-16Online:2020-01-20
作者简介 About authors
郑德凤（1970-）,女,黑龙江伊春人,博士,教授,博士生导师,主要从事资源环境与可持续发展、水资源评价与管理研究E-mail:defengzheng@lnnu.edu.cn。

摘要
本文基于“当量因子法”、空间自相关及相关系数等方法,定量分析了1990—2015年三江源国家公园生态系统服务的时空变化及生态系统服务间的权衡与协同关系。结果表明：① 1990—2015年,三江源国家公园生态系统服务价值呈不断上升趋势,从研究初期的542.37亿元增加至研究末期的834.70亿元,增长292.33亿元,增幅53.90%,每一阶段平均增长率为9.01%;长江源园区与黄河源园区生态系统服务价值占比情况与三江源国家公园整体情况一致,水域的生态系统服务价值最高,其次为草地、湿地,其中草地与水域提供了各园区90%以上的生态服务;澜沧江源园区的生态系统服务占比则为草地（70.58%）、湿地（23.58%）、水域（3.38%）。② 空间上,长江源园区及澜沧江源园区的生态系统服务价值呈东南高西北低的特征;黄河源园区则呈现西高东低特征。③ 相关分析表明,协同关系是三江源国家公园生态系统服务之间的主导关系,但各生态系统服务之间的相关程度各异。④ 数量方面,4类典型生态服务之间的权衡与协同关系的Moran′s I指数与相关性系数表现一致;空间分析方面,生态系统服务之间权衡与协同关系的异质性显著。
关键词： 生态系统服务;时空变化;权衡与协同;三江源国家公园

Abstract

It is of great significance to carry out the research on the changes of National Park ecosystem services and the trade-off and synergy to realize the strictest ecological protection, promote the construction of ecological civilization and realize the sustainable development of the region. In this paper, the Three-River-Source National Park was taken as an example. Firstly, the terrestrial ecosystem service accounting method was used to measure the ecosystem services (including 4 kinds and 11 types) from 1990 to 2015, and we revised the accounting results by using the contribution rate of ecosystem services value. Then the characteristics of its temporal and spatial changes during the study period were analyzed. Finally, the trade-off/synergy relationships among multiple ecosystem services were quantitatively analyzed based on bivariate local spatial autocorrelation and correlation coefficient in different periods. The results showed that: (1) The value of the ecosystem services of the Three-River-Source National Park increased from 54.237 billion in 1990 to 83.47 billion in 2015, an increase of 29.233 billion, or up by 53.90%, and the average growth rate at each stage was 9.01%. The value ratio of ecosystem services of the Changjiang and Huanghe river source national parks is consistent with the overall situation of the park, and the water areas provided the highest value of ecosystem services, followed by grassland and wetland. Grassland and water supply more than 90% of the ecological services of the park. But the grasslands provided the highest (70.58%) value of ecosystem services in the Lancang River Source National Park, and followed by wetlands (23.58%) and water areas (3.38%). (2) The ecosystem services value increased from northwest to southeast in Changjiang and Lancang river source national parks, but the ecosystem services value presented the characteristics of "higher in the east but low in the west" in Huanghe River Source National Park. Correlation analysis showed that synergy was the dominate relationship among ecosystem services in the Three-River-Source National Park, but the correlation degree among ecosystem services varied. (3) In quantity, the global Moran′s I index and the correlation coefficient of the trade-off and synergy among the four typical ecological services were consistent. And there was significant heterogeneity of trade-off/synergy relationships among multiple ecosystem services in terms of spatial pattern.

Keywords：ecosystem services;spatial-temporal change;trade-off and synergy;Three-River-Source National Park

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本文引用格式
郑德凤, 郝帅, 吕乐婷, 徐文瑾, 王燕燕, 王辉. 三江源国家公园生态系统服务时空变化及权衡-协同关系. 地理研究[J], 2020, 39(1): 64-78 doi:10.11821/dlyj020180898
ZHENG Defeng. Spatial-temporal change and trade-off/synergy relationships among multiple ecosystem services in Three-River-Source National Park. Geographical Research[J], 2020, 39(1): 64-78 doi:10.11821/dlyj020180898

1 引言

根据世界自然保护联盟（IUCN）划分标准,国家公园是全球保护地之一。国家公园是为当代或后代人保持一个或多个生态系统的生态完整性;排除以任何形式的与保护地管理目的相悖的开发或占用行为;提供在环境上和文化上相互融合的具有精神、科学、教育、娱乐和游览的机会^[1]。在功能定位上,国家公园将生态保护、科研宣教和游憩利用作为管理目标,始终将公益服务放在首位,且在一定空间范围和资源利用上为游憩和社区发展留有余地^[2]。当前,面对环境污染严重、生态系统日趋退化等问题,党的十八届三中全会提出将建立国家公园体制作为重点改革任务;党的十九大报告进一步明确了国家公园体制在中国生态文明体制改革中的重要地位,同时提出“建立以国家公园为主体的自然保护地体系”。并且随着国家生态保护力度的不断加大、分区分类管控政策的持续推进,以及国家生态保护红线和国家公园战略的实施,必将进一步丰富中国自然保护地体系^[3]。在此基础上,对国家公园开展生态系统服务变化及权衡-协同关系研究,对于实现最严格的生态保护、推进生态文明建设及生态安全格局构建、实现区域的可持续发展具有重要意义。

生态系统服务是指生态系统形成并且维持人类赖以生存的自然条件及效用^[4],且人类可通过直接或间接的方式从中获取效益^[5],通常可分为供给、调节、支持和文化等4类典型服务^[6,7]。不同的生态系统服务之间,在其动态变化过程中存在着复杂的相互关系,即生态系统服务之间存在着不同程度的权衡与协同关系^[8,9]。生态系统服务权衡关系是指两种生态系统服务之间此消彼长的情形^[10],亦称为冲突关系或竞争关系^[11];协同关系则指两者之间同增或同减的情形^[10]。当前,不同空间尺度的生态系统服务权衡-协同关系研究已成为生态学、地理学与生态经济学等学科研究的热点与前沿。其研究方法可分为统计学方法^[12,13]、空间分析法^[14,15]、情景模拟分析及模型模拟法^[16,17,18]等类型。Turner等运用空间自相关及主成分分析方法对丹麦11种生态系统服务的尺度特征进行了分析^[13];Bennet等研究认为生态系统服务之间存在的复杂关系主要在于多重生态系统服务受共同影响因素驱动以及生态系统服务之间固有的相互作用关系^[19];Kragt等基于APSIM模型对西澳大利亚农产品与生态系统服务的权衡关系进行分析,并将生态系统服务研究进一步应用于农生产^[20];Su等以黄土高原延河流域为研究对象,并以乡为空间尺度构建了人类活动指数（HMI）,在此基础上分析了该指数与NPP、碳汇、产水量及水土保持等生态系统服务之间的相互关系^[21];Haase等采用空间制图方法对德国城市化地区5种生态系统服务之间的相互关系进行集成研究,结果表明土地利用的变化导致生物多样性及气候调节功能之间存在协同关系,气候调节与文化娱乐功能之间则存在权衡关系^[22];Thompson等以美国马萨诸塞州为研究对象,基于空间直观景观模型,对其2010—2060年4种土地利用进行情景模拟,并对生态系统服务之间的相关关系进行表征,结果表明人类活动的增加可能会导致生态系统供给服务的减少^[23]。饶胜等运用极值法,以生物量作为生态系统服务价值的关键变量对正蓝旗草地生态系统服务的利用进行了权衡分析^[24];李晶等、杨晓楠等以关中-天水经济区为研究对象,分别采用相关系数、空间制图法、玫瑰图及生产可能性边界法对其不同生态系统服务的权衡与协同关系进行了研究^[25,26];孙艺杰等、郝梦雅等通过空间相关分析、线性和幂函数回归等方法对关中盆地初级生产力（NPP）、保水量及食物供给三种服务之间的权衡与协同关系的时空差异进行了分析^[27,28];王蓓等以石羊河流域为例,利用InVEST模型及相关系数法,研究了水源涵养、土壤保持、水质净化、碳储量及生物多样性等5种服务间的权衡与协同关系^[29];钱彩云等基于InVEST模型及生态系统服务变化指数（ESCI）对甘肃白龙江流域1990—2014年生态系统服务的时空变化进行表征,并利用相关分析法及双变量空间自相关方法分别探讨了研究区4种生态系统服务数值及空间上的权衡-协同关系^[30];武文欢等以中国北方农牧交错带的中心区-鄂尔多斯市为研究对象,采用相关分析探究了栅格尺度上4类生态服务之间的权衡与协同关系,同时对比了不同土地利用类型生态服务之间关联特征的差异^[31]。

综上所述,目前有关生态系统服务权衡与协同关系研究主要采用统计学方法、空间分析方法及情景模拟分析法,研究对象主要集中于河谷盆地、流域及水源区等^[32,33,34],但有关国家公园生态系统服务及权衡与协同关系研究的报道则较为少见,加之国家公园内生态系统具有原真性,通过对各类生态系统的原真完整保护及生态系统服务价值核算,将有利于科学把握生态系统的内在规律及生态系统完整性功能的发挥,进而实现生态系统服务能力增强及人与自然的和谐共生;同时,正确科学地认知、理解和权衡各项生态系统服务之间的相互关系,有利于开展生态系统服务可持续管理的有效决策,对促进多种生态系统服务之间及不同区域之间的协调发展、实现经济发展与生态环境保护“双赢”具有重要意义。鉴于此,本文以中国首个国家公园体制改革试点——三江源国家公园为研究对象,采用有关生态系统服务价值核算方法对三江源国家公园1990—2015年4类11种生态系统服务价值进行核算,并对其时空变化特征进行分析。在此基础上,运用相关分析和双变量空间自相关方法分别探讨生态系统服务之间数量及空间上的权衡与协同关系。研究结果可为了解三江源国家公园生态系统服务的时空变化及制定区域可持续管理政策提供科学依据。

2 研究区概况与研究方法

2.1 研究区概况与数据来源

三江源国家公园包括长江源、黄河源、澜沧江源3个园区,整体介于89°50'E~99°14'E,32°22'N~36°47'N。总面积12.31万km²,占三江源国土面积的31.16%。区内涉及治多、曲麻莱、玛多、杂多四县和可可西里自然保护区管辖区域,共12个乡镇、53个行政村。其中长江源园区位于玉树藏族自治州治多、曲麻莱县,总面积9.03万km²,涉及15个行政村;黄河源园区位于果洛州玛多县境内,面积1.91万km²,涉及19个行政村;澜沧江源园区位于玉树藏族自治州杂多县,面积1.37万km²,涉及19个行政村（图1）。全区位于青藏高原腹地,主要以山原和高山峡谷地貌为主,平均海拔4500 m以上,年均气温在-5.6~7.8℃,年均降水量262.2~772.8 mm。主要植被类型有高寒草原、高寒草甸和高山流石坡植被,其中高寒草甸与高寒草原是三江源国家公园的生态主体资源,在维护三江源水源涵养和生物多样性主导服务中具有基础性地位。

图1

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图1研究区概况

Fig. 1Location of Three-River-Source National Park

本文所涉及的数据主要包括：1990—2015年6个时期（1990年、1995年、2000年、2005年及2015年）土地利用数据由中国科学院资源环境科学数据中心（www.resdc.cn）提供,数据生产制作是以各期 Landsat TM/ETM遥感影像为主要数据源,通过人工目视解译生成,空间分辨率为1000m。农作物播种总面积、农作物总收益及总支出数据来源于1991—2016年《中国统计年鉴》《青海统计年鉴》及《全国农产品成本收益资料汇编》,缺失数据由相邻省份均值代替。

2.2 生态系统服务价值估算模型

参考谢高地等^[35,36]提出的生态系统服务价值评估方法,对研究区生态系统服务价值进行核算。由于生态系统在为维持自身稳定性的过程中需要消耗一部分的生态价值,因此,本文引入生态系统服务价值贡献率（即某种生态系统为人类提供产品和服务的效率）对核算结果进行了修正,相关计算公式如下：

（1）

ES V_{y} = D_{y} ? \overset{n}{\sum_{i = 1}} \overset{m}{\sum_{j = 1}} (B E_{ij} ? S_{i} ? c_{i})

（2）

D_{y} = \frac{1}{7} [\frac{1}{s_{y_{l}}} \overset{l}{\sum_{k = 1}} (w_{ky} - p_{ky})]

式中：ESV_y表示第y时期区域生态系统服务价值（元）;D_y为第y时期1个标准单位当量因子的生态系统服务价值量（元/hm²）;BE_ij表示第i类生态系统第j种生态系统服务价值基础当量;S_i表示第i种土地利用类型面积（hm²）;c_i表示第i类生态系统服务价值的贡献率（%）;s_yl为研究区第y时期l类农作物播种总面积（hm²）;w_ky、p_ky分别表示第y时期第k类农作物总收益（元）、总支出（元）。其中c_i的计算过程见文献[37]。

需要说明的是：由于LUCC土地分类标准与文献[36]存在差异,因此本文依据文献[36]对土地利用类型进行重分类。一级分类中,仅建设用地和未利用地与LUCC土地分类标准存在差异。鉴于三江源国家公园的未利用土地主要包括沙地、戈壁、盐碱地、沼泽地、裸土地、裸岩石质地,其中沙地、戈壁及盐碱地的生态系统服务价值与荒漠一致;沼泽地的生态系统服务价值则与湿地较为相近;裸土地、裸岩石质地及城乡工矿居民用地与裸地的生态系统服务价值较为一致,故将沙地、戈壁、盐碱地、裸土地、裸岩石质地及建设用地归为荒漠,沼泽地划为湿地。二级分类中,林地、草甸的分类也存在差异,鉴于研究区地处高原大陆性气候区,因此,基于LUCC土地分类标准,并参考文献[30],将有林地归为针叶林,将灌木林、疏林地及其它林地归并为灌木林;但由于目前有关生态系统服务价值的研究中尚未对高覆盖度草地、中覆盖度草地和低覆盖度草地的价值当量做出明确的核算,因此,本文将高覆盖度草地与中覆盖度草地归并为草甸,低覆盖度草地归为草原。各基础当量因子见文献[36]。

2.3 权衡与协同关系测度方法

（1）相关分析方法。该方法通常用于研究变量之间相关关系,通常用相关系数定量描述两个变量之间的线性相关程度。其数值的大小反映了变量之间相关性的强弱。若为正值,则表明两个变量具有协同（同增或同减）关系;若为负值,则为权衡（此消彼长）关系。相关公式见文献[38]。

（2）双变量空间相关分析方法。为探讨多个变量之间的空间相关性,有关****在Moran′s I指数的基础上提出了双变量全局空间自相关指数,与传统空间自相关只有一个变量相比,该方法可对不同要素的空间分布的关联性特征进行描述,双变量LISA分布图可对研究区的两种要素之间的相关关系进行表征。目前已成为研究不同地理要素之间空间分布的一种有效方法^[39,40]。相关公式为：

（3）

I_{lm}^{p} = z_{l}^{p} ? \overset{n}{\sum_{q = 1}} w_{p q} ? z_{m}^{q}

式中：

I_{lm}^{p}

表示空间单元p的双变量（地理属性l和m）全局空间自相关指数;w_pq为空间单元p、q之间的空间连接矩阵;

z_{l}^{p} = \frac{X_{l}^{p} - {\overset{?}{X}}_{l}}{σ_{l}}; z_{m}^{q} = \frac{X_{m}^{q} - {\overset{?}{X}}_{m}}{σ_{m}}

;

X_{l}^{p}

、

X_{m}^{q}

分别表示空间单元p、q的属性l、m的值;

{\overset{?}{X}}_{l}

、

{\overset{?}{X}}_{m}

分别为属性l和m的平均值;

σ_{l}

、

σ_{m}

分别表示属性l和m的方差。

3 结果分析

3.1 三江源国家公园生态系统服务价值时空变化

3.1.1 三江源国家公园生态系统服务价值时间变化分析利用公式（1）、公式（2）计算得到三江源国家公园1990—2015年各类用地生态系统服务价值及各项生态系统服务价值,如图2、图3所示。

图2

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图21990—2015年三江源国家公园各类用地生态系统服务价值

Fig. 2Ecosystem service value of all types of land in the Three-River-Source National Park from 1990 to 2015

图3

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图31990—2015年三江源国家公园各项生态系统服务价值

注：图例a~k分别表示食物生产、原料生产、水资源供给、气体调节、气候调节、净化环境、水文调节、土壤保持、维持养分循环、生物多样性、美学景观。
Fig. 3Ecosystem service value of Three-River-Source National Park from 1990 to 2015

由图2、图3可知,1990—2015年三江源国家公园生态系统服务价值从542.37亿元增加至834.70亿元,增长292.33亿元,增幅53.90%,每一阶段平均增长率为 9.01%。其中2000—2005年,2005—2010年增长幅度较大,分别为11.95%、13.20%,而1995—2000年增幅最小,仅增加6.23%。就各个园区来看：长江源园区生态系统服务价值总量最大,年均473.21亿元（占比71.08%）,黄河源园区次之,年均142亿元（占比21.37%）、澜沧江源园区最小,年均仅50.16亿元（占比7.55%）。三个园区的生态系统服务价值在研究期内的增长趋势及年际间的变动幅度均与三江源国家公园整体变化情况保持一致,即2000—2005年、2010—2015年增加10%以上,其中长江源园区2010—2015年增幅最大,达到14.31%,而澜沧江源园区1995—2000年增幅最小,仅4.93%。

从三江源国家公园各类用地提供的生态系统服务价值来看,除水域及林地外,其余3种用地提供的生态服务占比均呈现波动下降的态势,其中草地由33.57%降至32.07%;湿地由7.27%降至6.86%;荒漠由2.57%降至2.47%;水域则由56.89%增加至58.41%,林地则保持0.21%的占比。整体而言,水域的生态系统服务价值最高（57.10%）,其次为草地（33.03%）、湿地（7.10%）。就三个园区而言,长江源园区与黄河源园区各类用地提供的生态系统服务价值占比情况与公园整体情况一致,即草地与水域提供了各园区90%以上的生态服务,而澜沧江源园区草地提供了园区70.58%的生态服务,其次是湿地（23.58%）、水域（3.38%）。

从各项生态系统服务类型来看,水文调节、气候调节、净化环境、生物多样性和土壤保持构成了公园生态系统服务价值的主体部分,水文调节价值增长幅度最大,25年内增加了172.53亿元,增幅56.32%;而养分维持价值最低,所占比例最小,仅0.4%,整个研究期内增长了1.08亿元,增幅最小（49%）。就各个园区而言,长江源园区与黄河源园区生态系统服务价值构成的主体部分与公园整体一致,但澜沧江源园区生态系统服务价值构成依次为水文调节、气候调节、净化环境、气体调节、生物多样性及土壤保持。从各项生态服务变化来看,长江源园区与黄河源园区养分维持价值的比重均处于1%以内,增长幅度也最小。而水文调节及水资源供给价值增幅最大,均超过50%。澜沧江源园区虽然养分维持价值比重较低,但均高于另外两个园区,而增长幅度最小的则为水资源供给价值;气候调节价值增幅最大（48.51%）。

3.1.2 三江源国家公园生态系统服务价值空间变化分析根据公式（1）~公式（2）,利用ArcGIS10.2软件,并基于栅格计算了三江源国家公园1990—2015年的生态系统服务价值,得到研究区生态系统服务价值的空间分布,如图4所示。

图4

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图41990—2015年三江源国家公园生态系统服务价值空间分布

Fig. 4Distribution of ecosystem services value in the Three-River-Source National Park from 1990 to 2015

由图4可知,1990年长江源园区生态系统服务价值高值区主要分布在勒斜武担湖、西金乌兰湖、可可西里湖、霍通诺尔湖、库赛湖以及通天河流域的札河县、索加县等地区,整体呈现自西北向西南逐渐递减趋势;澜沧江源园区生态服务价值高值区主要分布于园区西部的鄂曲河流域及莫云乡等地区,其余地区生态系统服务价值相对较低,单位面积生态系统服务价值仅2978.69元/hm²,远低于长江源区的4250.57元/hm²;黄河源园区的生态服务价值高值区主要分布于扎陵湖、鄂陵湖及勒那曲河流域,整体上呈现西高东低的趋势,单位面积生态系统价值最高,达到6107.91元/hm²。1995年,仅乌兰乌拉湖、楚玛尔河流域生态系统服务价值提升较为明显,其余地区变化相对较小,空间分布趋势保持不变。长江源园区、澜沧江园区及黄河源园区单位面积生态系统服务价值分别增加6.08%、7.87%、7.29%。相比1995年,2000年长江源园区生态系统服务价值提升区域主要分布在园区北侧地区及东部地区的楚玛尔河流域,而其余两个园区生态系统服务价值空间分布变化较小。2005年,虽然三个园区单位面积生态系统服务价值较2000年均提升10%以上,但其空间分布并未发生显著化。2010年长江源园区中,除西金乌兰湖南部、勒斜武担湖西北部及多尔改错湖与库赛湖之间的地区外,其余地区均呈现不同程度的提升态势,单位生态系统服务价值达到5783.48元/hm²;澜沧江源园区生态系统服务价值提升区主要分布在西部及东部的扎青县等地区,但全区单位面积生态系统服务价值仅4006.07元/hm²;黄河源园区生态系统服务价值显著提升的区域主要分布在东部的东曲河地区及东南部的日格措岔玛湖地区,全区单位面积生态系统服务价值达到8314.16元/hm²。研究末期,三江源国家公园生态系统服务价值较2010年进一步提升,其中长江源园区的西金乌兰湖与多尔改错湖之间的地区及东部的通天河流域提升明显,全区单位面积生态系统服务价值为6611.06元/hm²;澜沧江源园区与黄河源园区则呈现全面提升态势,单位面积生态系统服务价值分别提升至4414.26元/hm²、9191.81元/hm²。

3.2 研究区生态系统服务的权衡-协同关系

3.2.1 生态系统服务的相关分析利用相关系数公式计算得到三江源国家公园各园区生态系统服务之间的相关系数,结果如表1~表3所示。

Tab. 1
表1
表1长江源国家公园生态系统服务相关关系
Tab. 1The relationships of ecosystem services in the Changjiang River Source National Park

类别		A			B				C			D
类别		a	b	c	d	e	f	g	h	i	j	k
A	a	1
	b	0.629**	1
	c	0.902**	0.245**	1
		1
B	d	0.612**	0.998**	0.230**	1
	e	0.646**	0.991**	0.274**	0.988**	1
	f	0.975**	0.462**	0.963**	0.445**	0.471**	1
	g	0.909**	0.251**	0.996**	0.230**	0.277**	0.968**	1
		0.997**			1
C	h	0.610**	0.999**	0.222**	0.999**	0.987**	0.443**	0.226**	1
	i	0.592**	0.998**	0.198**	0.999**	0.986**	0.421**	0.204**	1.000**	1
	j	0.787**	0.763**	0.576**	0.772**	0.718**	0.740**	0.566**	0.770**	0.757**	1
		0.545**			0.523**				1
D	k	0.846**	0.655**	0.707**	0.662**	0.617**	0.833**	0.696**	0.659**	0.642**	0.981**	1
		0.749**			0.729**				0.914**			1

注：**表示两种生态系统服务的相关性通过了1%显著性水平检验;A~D分别代表供给服务、调节服务、支持服务及文化服务;a~k表达与图3一致。

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Tab. 2
表2
表2澜沧江源国家公园生态系统服务相关关系
Tab. 2The relationships of ecosystem services in the Lancang River Source National Park

类别		A			B				C			D
类别		a	b	c	d	e	f	g	h	i	j	k
A	a	1
	b	0.957**	1
	c	0.675**	0.245**	1
		1
B	d	0.971**	0.998**	0.510**	1
	e	0.906**	0.987**	0.348**	0.977**	1
	f	0.952**	0.839**	0.837**	0.866**	0.747**	1
	g	0.748**	0.541**	0.971**	0.580**	0.427**	0.889**	1
		0.985**			1
C	h	0.970**	0.998**	0.500**	1.000**	0.977**	0.865**	0.575**	1
	i	0.968**	0.998**	0.490**	0.999**	0.979**	0.858**	0.566**	1.000**	1
	j	0.852**	0.692**	0.881**	0.731**	0.573**	0.960**	0.903**	0.730**	0.722**	1
		0.933**			0.943**				1
D	k	0.800**	0.620**	0.902**	0.663**	0.492**	0.934**	0.914**	0.661**	0.652**	0.995**	1
		0.933**			0.921**				0.947**			1

注：**表示两种生态系统服务的相关性通过了1%显著性水平检验;A~D分别代表供给服务、调节服务、支持服务及文化服务;a~k表达与图3一致。

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Tab. 3
表3
表3黄河源国家公园生态系统服务相关关系
Tab. 3The relationships of ecosystem services in the Huanghe River Source National Park

类别		A			B				C			D
类别		a	b	c	d	e	f	g	h	i	j	k
A	a	1
	b	0.458**	1
	c	0.957**	0.181**	1
		1
B	d	0.431**	0.999**	0.152**	1
	e	0.506**	0.996**	0.236**	0.993**	1
	f	0.992**	0.346**	0.985**	0.319**	0.395**	1
	g	0.956**	0.179**	1.000**	0.150**	0.234**	0.954**	1
		1.000**			1
C	h	0.426**	0.999**	0.147**	1.000**	0.992**	0.314**	0.144**	1
	i	0.396**	0.997**	0.114**	0.999**	0.989**	0.282**	0.111**	0.999**	1
	j	0.890**	0.688**	0.762**	0.676**	0.704**	0.853**	0.757**	0.673**	0.649**	1
		0.622**			0.608**				1
D	k	0.954**	0.509**	0.891**	0.491**	0.537**	0.944**	0.887**	0.486**	0.458**	0.970**	1
		0.910**			0.902**				0.856**			1

注：**表示两种生态系统服务的相关性通过了1%显著性水平检验;A~D分别代表供给服务、调节服务、支持服务及文化服务;a~k表达与图3一致。

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表1~表3显示,三江源国家公园各园区各项生态系统服务之间均处于显著的协同关系,表明协同关系是生态系统服务之间的主导关系。但就相关性强弱程度而言,各园区各项生态系统服务差异较大。就长江源园区而言,食物生产与水资源供给、净化环境、水文调节及美学景观之间存在较强的相关关系;原料生产与气体调节、气候调节、土壤保持及养分维持之间相关关系较强;水资源供给与净化环境、水文调节之间存在较强的相关性;气体调节与气候调节、土壤保持及维持养分循环之间有较强的相关关系;气候调节与土壤保持、维持养分循环之间相关关系较强;净化环境与水文调节、美学景观之间具有较强相关性。仅土壤保持与维持养分循环、生物多样性与美学景观存在较强的相关性。就4类典型生态服务而言,供给服务与调节服务、支持服务与文化服务之间相关性较强。相比长江源园区,澜沧江源园区中各项生态系统服务之间的相关性整体较强,相关性较弱的主要体现在原料生产与水资源供给、水文调节、生物多样性及美学景观;水资源供给与气体调节、气候调节、土壤保持及养分维持;气候调节与净化环境、水文调节、生物多样性及美学景观;水文调节与土壤保持及养分维持;养分维持与生物多样性及美学景观,但4类典型生态服务之间均呈现较强的相关性。就黄河源园而言,各项生态系统服务之间的相关性强弱程度与长江源园区较为一致,但供给服务中,食物生产与生态多样性、水资源供给与美学景观,以及调节服务中的净化环境与生物多样性、水文调节与美学景观之间存在较强的相关关系。而4类典型生态服务中,供给服务与调节服务、文化服务,以及调解服务与文化服务,支持服务与文化服务之间相关关系较强。

3.2.2 生态系统服务权衡-协同关系的空间表达为进一步了解三江源国家公园不同生态系统服务在空间上的权衡—协同关系,在5 km×5 km的正方形网格单元基础上,利用公式（3）,并基于GeoDa软件对4类典型生态系统服务进行双变量空间自相关分析,结果如表4、图5所示。

Tab. 4
表4
表4三江源国家公园各园区生态系统服务双变量全局自相关
Tab. 4Global spatial autocorrelation cluster of four typical ecosystem services in the Three-River-Source National Park

地区	供给-文化	调节-文化	支持-文化	供给-支持	调节-供给	支持-调节
长江源	0.370***	0.361***	0.493***	0.263***	0.490***	0.253***
澜沧江源	0.400***	0.391***	0.411***	0.369***	0.361***	0.367***
黄河源	0.642***	0.640***	0.486***	0.419***	0.718***	0.426***

注：***表示通过1%显著性水平检验。

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图5

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图5三江源国家公园4类典型生态系统服务双变量局部空间自相关集聚分布

Fig. 5Bivariate local spatial autocorrelation cluster of four typical ecosystem services in the Three-River-Source National Park

由表4可知,三江源国家公园4类典型生态系统服务之间的全局自相关指数均为正值,都通过了1%显著性水平检验,说明4类典型生态系统服务之间均存在协同关系,这与表1所得结论一致。此外,在双变量空间自相关分析中,呈现“高高”集聚及“低低”集聚特征均表示协同关系,相反则表示权衡关系。由图5可知,4类生态系统服务间的权衡-协同关系空间异质性显著,具体表现为：供给服务-文化服务、调节服务-文化服务、供给服务-支持服务的权衡关系表现在长江源园区北部边缘地区、治多县东部、黄河源园区扎陵湖南部及澜沧江源园区西部、北部等地区;协同关系表现在治多县西部、北部、曲麻莱县西部、澜沧江园区鄂曲河流域及扎陵湖、鄂陵湖地区。支持服务-文化服务的协同关系分布区与上述地区较为一致。调节服务-供给服务、支持服务-调节服务的权衡关系均表现在长江源园区西北部的西金乌兰湖、可可西里湖、库赛湖、多尔改错湖等周围地区;协同关系则表现在长江源园区西、北部的水域地区及水域相间地带,以及黄河源园区的北部、东部、扎陵湖、鄂陵湖等地区,而澜沧江园区存在权衡-协同关系的地区则相对较少,仅园区东部、南部等少数地区存在协同关系。整体来看,支持服务-文化服务存在协同关系地区的数量最多,达到1720个,相应地其存在权衡关系地区的数量最少,仅151个。而支持服务-调节服务最少,仅1360个;存在权衡关系地区数量最多的为供给服务-支持服务615个。

4 结论与讨论

4.1 结论

本文采用中国陆地生态系统服务价值核算方法,对三江源国家公园1990—2015年4类11种生态系统服务价值进行核算,并采用生态系统服务价值贡献率对核算结果进行了修正,进而对其时空变化特征进行分析,在此基础上,基于相关分析和双变量空间自相关方法分析了不同时期三江源国家公园各类生态系统服务价值之间的权衡-协同关系。

（1）1990—2015年,三江源国家公园生态系统服务价值呈不断上升趋势,年均增长率为9%。从各类型用地提供的生态系统服务价值来看,长江源园区、黄河源园区与三江源国家公园整体情况一致,水域的生态系统服务价值最高,其次为草地、湿地、荒漠、林地;澜沧江源园区草地的生态系统服务价值最高,其次为湿地、水域、林地、荒漠。

（2）空间分析表明,长江源园区及澜沧江源园区的生态系统服务价值呈现自西北向东南逐渐增加的趋势,黄河源园区则表现为西高东低分布格局。相关性表明,协同关系是三江源国家公园生态系统服务之间的主导关系,但各生态系统服务之间的相关程度各异。

（3）双变量空间自相关表明,4类典型生态系统服务之间的Moran′s I指数与相关性系数表现一致。空间格局上,生态系统服务之间的权衡—协同关系的异质性显著。

4.2 讨论

生态系统服务权衡与协同的研究旨在实现不同层次的生态系统服务可持续供给^[8],并在充分认识和掌握生态系统服务之间存在的多重非线性关系、类型特征、响应速率以及驱动机制和尺度效应的基础上,寻求区域经济发展与生态环境保护之间的平衡点,从而实现利益相关方的效益最大。本文采用的相关系数法与双变量空间自相关分析方法虽然能够直接揭示研究区生态系统服务之间在数量与空间上的权衡与协同关系,但仍无法探究各生态系统服务之间的相互作用机理及驱动机制,未来仍需采用其它方法对此进行深入研究。此外,本文仅探讨了4类典型生态系统服务权衡与协同的空间关系,并未对各项生态系统服务之间的权衡与协同的空间关系进行分析,因此,上述评价结果仍需进一步完善。

与现有研究成果^[9]得出生物多样性与多种生态系统服务之间存在着协同关系的结论较为一致,但与文献[30,38]所得到的各生态系统服务之间的相关系数及双变量Moran′s I指数相比,本文所得结果偏大。原因在于生态系统服务权衡与协同关系存在尺度效应^[7]。相关研究表明,生态系统服务权衡与协同关系具有空间异质性与时间动态性,且随时间尺度的推移而发生改变。此外,生态系统服务的尺度关联亦使生态系统服务的权衡关系在不同时空尺度的表现不尽相同,致使相同生态系统服务之间在不同区域、不同研究尺度上的权衡与协同关系也存在较大差异,未来应对三江源国家公园不同空间尺度上的生态系统服务间的权衡与协同关系进行深入分析,从而提高评价结果的可靠性。

近25年来,由于三江源生态保护和建设工程、生态移民及退牧还草等措施的实施,三江源国家公园生态系统结构并未发生显著变化。相比1990年,2015年研究区林地面积减少了2.78%,草地减少了0.21%,水域增加了4.89%,湿地增加了0.38%,荒漠面积减少了0.56%。因此,三江源国家公园的生态系统结构较为稳定,致使生态系统服务在空间上并未发生显著变化,未来,获得更加详实的高分辨率数据,并结合生态系统服务机理对研究区生态系统服务价值核算及权衡与协同关系进行全面评估,同时开展对权衡与协同关系演变的滞后与阈值效应的研究,将是下一步研究工作的重点。

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