全 文 ：ISSN 1000-0933
CN 11-2031/Q
中国生态学学会 主办
出版
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ica.cn
生
态
学
报
中国科学院生态环境研究中心
第 31卷 第 14期 Vol.31 No.14 2011
生态学报
Acta Ecologica Sinica第三
十
一
卷
第
十
四
期
二
○
一
一
年
七
月
2011-14 2011.7.6, 4:58 PM1
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 14 期摇 摇 2011 年 7 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
厦门市三个产业土地利用变化的敏感性 黄摇 静,崔胜辉,李方一,等 (3863)……………………………………
黄河源区沙漠化及其景观格局的变化 胡光印,董治宝,逯军峰,等 (3872)………………………………………
岩溶山区景观多样性变化的生态学意义对比———以贵州四个典型地区为例
罗光杰,李阳兵,王世杰,等 (3882)
……………………………………
……………………………………………………………………………
基于城市地表参数变化的城市热岛效应分析 徐涵秋 (3890)……………………………………………………
北京市土地利用生态分类方法 唐秀美,陈百明,路庆斌,等 (3902)………………………………………………
长白山红松臭冷杉光谱反射随海拔的变化 范秀华,刘伟国,卢文敏,等 (3910)…………………………………
臭冷杉生物量分配格局及异速生长模型 汪金松,张春雨,范秀华,等 (3918)……………………………………
渔山岛岩礁基质潮间带大型底栖动物优势种生态位 焦海峰,施慧雄,尤仲杰,等 (3928)………………………
食物质量差异对树麻雀能量预算和消化道形态特征的影响 杨志宏,邵淑丽 (3937)……………………………
桂西北典型喀斯特区生态服务价值的环境响应及其空间尺度特征 张明阳,王克林,刘会玉,等 (3947)………
隔沟交替灌溉条件下玉米根系形态性状及结构分布 李彩霞,孙景生,周新国,等 (3956)………………………
不同抗病性茄子根系分泌物对黄萎菌的化感作用 周宝利,陈志霞,杜摇 亮,等 (3964)…………………………
镧在草鄄菇鄄土系统中的循环与生物富集效应 翁伯琦,姜照伟,王义祥,等 (3973)………………………………
鄱阳湖流域泥沙流失及吸附态氮磷输出负荷评估 余进祥,郑博福, 刘娅菲,等 (3980)………………………
柠条细根的分布和动态及其与土壤资源有效性的关系 史建伟,王孟本,陈建文,等 (3990)……………………
土壤盐渍化对尿素与磷酸脲氨挥发的影响 梁摇 飞,田长彦 (3999)………………………………………………
象山港海域细菌的分布特征及其环境影响因素 杨季芳,王海丽,陈福生,等 (4007)……………………………
近地层臭氧对小麦抗氧化酶活性变化动态的影响 吴芳芳,郑有飞,吴荣军,等 (4019)…………………………
抑制剂和安全剂对高羊茅根中酶活性和菲代谢的影响 龚帅帅,韩摇 进,高彦征,等 (4027)……………………
南苜蓿高效共生根瘤菌土壤的筛选 刘晓云,郭振国,李乔仙,等 (4034)…………………………………………
汉江上游金水河流域土壤常量元素迁移模式 何文鸣,周摇 杰,张昌盛,等 (4042)………………………………
基于地理和气象要素的春玉米生育期栅格化方法 刘摇 勤,严昌荣,梅旭荣,等 (4056)………………………
日光温室切花郁金香花期与外观品质预测模型 李摇 刚,陈亚茹,戴剑锋,等 (4062)……………………………
冀西北坝上半干旱区南瓜油葵间作的水分效应 黄摇 伟,张俊花,李文红,等 (4072)……………………………
专论与综述
鸟类分子系统地理学研究进展 董摇 路,张雁云 (4082)…………………………………………………………
自然保护区空间特征和地块最优化选择方法 王宜成 (4094)……………………………………………………
人类活动是导致生物均质化的主要因素 陈国奇,强摇 胜 (4107)…………………………………………………
冬虫夏草发生的影响因子 张古忍,余俊锋,吴光国,等 (4117)……………………………………………………
自然湿地土壤产甲烷菌和甲烷氧化菌多样性的分子检测 佘晨兴,仝摇 川 (4126)………………………………
研究简报
塔里木河上游典型绿洲不同连作年限棉田土壤质量评价 贡摇 璐,张海峰,吕光辉,等 (4136)………………
高山森林凋落物分解过程中的微生物生物量动态 周晓庆,吴福忠,杨万勤,等 (4144)…………………………
生物结皮粗糙特征———以古尔班通古特沙漠为例 王雪芹,张元明,张伟民,等 (4153)…………………………
不同海拔茶园害虫、天敌种群及其群落结构差异 柯胜兵,党凤花,毕守东,等 (4161)…………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*306*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*33*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄07
封面图说: 内地多呈灌木状的沙棘,在青藏高原就表现为高大的乔木,在拉萨河以及雅鲁藏布江沿岸常常可以看到高大的沙棘
林和沼泽塔头湿地相映成趣的美丽景观。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 31 卷第 14 期
2011 年 7 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31,No. 14
Jul. ,2011
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:中国科学院西部行动计划(KZCX2鄄XB2鄄08);973 计划(2006CB403208);国家科技支撑项目(2009BADC6B008; 2006BAC01A10); 国
家自然科学基金(31000223,41071340,40901094); 中国科学院“西部之光冶人才培养计划; 江苏省高校自然科学基金(08KJB170001)
收稿日期:2010鄄04鄄30; 摇 摇 修订日期:2010鄄09鄄16
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: kelin@ isa. ac. cn
张明阳, 王克林, 刘会玉, 陈洪松, 章春华, 岳跃民. 桂西北典型喀斯特区生态服务价值的环境响应及其空间尺度特征. 生态学报,2011,31
(14):3947鄄3955.
Zhang M Y, Wang K L,Liu H Y,Chen H S,Zhang C H, Yue Y M. The response of ecosystem service values to ambient environment and its spatial scales
in typical karst areas of northwest Guangxi, China. Acta Ecologica Sinica,2011,31(14):3947鄄3955.
桂西北典型喀斯特区生态服务价值的
环境响应及其空间尺度特征
张明阳1,3, 王克林1,3,*, 刘会玉2, 陈洪松1,3, 章春华1,3, 岳跃民1,3
(1. 中国科学院亚热带农业生态研究所 亚热带农业生态过程重点实验室, 长沙摇 410125;
2. 南京师范大学地理科学学院, 南京摇 210046; 3. 中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站, 广西 环江摇 547100)
摘要:对桂西北典型喀斯特区生态服务价值的环境响应及其空间尺度特征进行研究。 结果表明:研究区域生态服务价值随高
程、岩石类型、土壤类型分异明显,并具有相应的空间尺度特征。 中山和低山等山区的生态服务价值较高,但森林砍伐等人为活
动干扰而使生态系统结构遭受破坏、生态服务功能减弱;峰丛洼地的生态服务价值较低,但在退耕还林等政策人工措施的调控
下生态环境有所好转。 生态服务价值受岩石类型地质条件影响,典型喀斯特区生态服务价值较低但有增长趋势,非喀斯特区生
态服务价值相对较高但有降低趋势。 石灰(岩)土和红壤是生态服务价值的主要土壤类型(总贡献率超过 60% )。 经验模态分
解方法(Empirical mode decomposition, EMD)各分量的方差贡献及趋势量表明,区域生态服务价值主要以准 2. 7、5. 5、11. 6 km
的空间尺度为主,且存在自西向东降低分布的严峻现实,这主要受地形地貌、地表覆盖状况以及人类活动的综合影响形成。
关键词:喀斯特;桂西北;生态服务价值;环境响应;空间尺度
The response of ecosystem service values to ambient environment and its spatial
scales in typical karst areas of northwest Guangxi, China
ZHANG Mingyang1,3, WANG Kelin1,3,*,LIU Huiyu2,CHEN Hongsong1,3,ZHANG Chunhua1,3, YUE Yuemin1,3
1 Key Laboratory for Agro鄄ecological Processes in Subtropical Region, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Hunan
410125, China
2 College of Geography Science, Nanjing Normal University, Nanjing 210046, China
3 Huanjiang Observation and Research Station for Karst Ecosystems, Chinese Academy of Sciences, Huanjiang, Guangxi 547100, China
Abstract: Study on ecosystem service values ( ESVs) is the bridge of understanding ecosystem and economic decision鄄
making. To investigate the response of ESVs to ambient environment and their spatial scales is an urgent work in the process
of ecological restoration and sustainable development in southwest China. Based on the previous research results, the remote
images, and weather data of 31 years (1975 2005), the response of ESVs to ambient environment and their spatial scales
in a typical karst area of northwest Guangxi, China were evaluated with the method of empirical mode decomposition
(EMD) in this paper. The results showed that ESVs had obvious variations with changes in elevation, rocky types and soil
types, and had corresponding characteristics of spatial scales. The ESVs in middle and low elevation areas were higher, but
they decreased due to human activities such as deforestation. The ESVs in peak鄄cluster depression areas were lower, and
they would increase as influenced by policies such as returning farmland to forestland. The ESVs were influenced by rocky
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types, showing lower values but an increasing trend in the typical karst regions while higher values but a decreasing trend in
non鄄karst regions. The average ESVs in the west part of the study region, which is not only the main nature reserve for rare
wildlife species in Guangxi, but also one of the best preserved natural vegetation regions in China, were more than 15000
RMB Yuan hm-2, Comparatively, the ESVs were less than 10000 Yuan hm-2 in the middle part of the region attributed to
low vegetation coverage, serious peak鄄cluster depression and karst rocky desertification. After about 20 years, that is from
1985 to 2005, the ecosystem conditions had been improved and the ESVs had increased in the middle and eastern part of
this study region. On the contrary, in most western part, which was dominated by subtropical evergreen broad鄄leaved forest,
they had been worsened, and the balance values of ESVs were negative. As for the relationships of ESVs with rocky types
and soil types, lime soil and red soil were the two main soil types that contributed to ESVs (The total contribution was
above 60% , and it is 63. 77% ,64. 37% ,64. 56% ,64. 91% respectively in the four years of 1985, 1990, 2000 and
2005). The variance contribution of intrinsic mode function ( IMF) and trend (R) showed that there were obvious special
sales for ESVs in this study area, and the main spatial scales were about 2. 7 km, 5. 5 km, and 11. 6 km. The variance
contribution ratio was 12. 29% , 11. 26% , 11. 49% respectively, and the trend (R) was high (17. 74% ). In conclusion,
this study indicated that ecosystem conditions in the typical karst area were improved owing to the application of rocky
desertification control policies, such as ecological migration and returning farmland to forestland. Besides, the main spatial
scales of ESVs in the study area were the interactions of terrain, physiognomy, land use / land cover and human activities.
Key Words: karst; northwest Guangxi; ecosystem service values; the response of ambient environment; spatial scales
生态系统过程决定格局,格局影响过程,格局决定生态服务功能[1鄄2]。 生态系统过程是基于环境条件形
成的格局进行,生态服务功能是在相应的土壤类型、岩石类型、海拔、坡度等地理地貌条件和人类活动综合作
用的结果,并表现为相应的空间尺度特征[3]。 要确定自然生态系统是怎样提供生态服务的,必须有一种明确
测度方法并了解相应尺度生态系统服务功能的动力学机制[4]。 我国西南喀斯特区,是三大连片喀斯特发育
区之一,由于特殊的地质地貌背景,其生态恢复与重建是西部大开发的重点和难点[5鄄6]。 生态恢复的实质是保
障区域生态服务功能的可持续发挥[7]。 目前已有不少学者对喀斯特区域的生态服务功能进行了不同深度的
研究[8鄄13],如,李阳兵等对茂兰森林生态系统服务功能进行了探讨[8],罗俊等和熊鹰等分别对桂西北土地利用
对生态服务价值的影响进行了初步分析[9,11],吴孔运等对喀斯特石山区次生林生态恢复后的生态服务功能进
行了初步研究[10],杨安学和彭云对贵州喀斯特区森林生态系统的水文生态服务功能进行了研究[12],张明阳
等对喀斯特生态服务价值与环境因子的关系进行了定量探讨[14]。 近年来,对生态系统服务功能的尺度探讨
也引起了关注[15鄄20],成为生态系统服务功能研究的一个热点问题,如张宏锋等对生态服务功能的尺度特征进
行了探讨[18],常学礼等对生态脆弱带的尺度与特级特征进行了分析[19],郝仕龙与李壁成对土地利用的尺度
和尺度转换进行了研究[20]。 但有关喀斯特区生态服务价值的环境响应与空间尺度特征还任重道远[14]。 因
此,探讨喀斯特区生态服务价值的环境响应及其尺度特征对正确认识其生态服务功能并进行合理的生态调控
具有重要意义。
Huang 1998 年提出经验模态分解方法(Empirical mode decomposition, EMD),能够对非线性、非平稳信号
逐级进行线性化和平稳化处理,把不同尺度的波动或变异分离出来,最后得到趋势分量,并在分解过程中保留
数据本身的特性[21]。 其中不同尺度的波动或变异被定义为本征模函数( Intrinsic mode function, IMF),所分
解出的 IMF包含并突出了原信号的局部特征信息,并且各 IMF 分量分别包含了原信号的不同尺度的局部特
征信息。 EMD分析是自适应的,在快速分析出信号本身特征的同时,能真实地提取序列的趋势[21鄄24],是目前
提取数据序列趋势的最好方法之一[21]。 本研究尝试应用经验模态分解(EMD)对桂西北喀斯特区域生态服
务价值的空间尺度特征进行探讨,力求加深对喀斯特生态服务功能价值特征及其规律的认识,为深入探索喀
斯特生态服务功能的复杂性提供新的工具与方法,以期从崭新的途径揭示喀斯特生态服务价值的空间尺度特
8493 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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征,为揭示喀斯特区域生态服务价值的空间分布规律提供一定的科学参考,从而以期为喀斯特区生态恢复和
生态重建提供科学参考和依据。
1摇 研究区概况
桂西北地处广西西北边陲、云贵高原南麓,介于 104毅29忆—109毅09忆E,23毅41忆—25毅37忆N之间(图 1)。 总面
积约为 71992 km2,包括广西河池市 11 个县(市)和百色市 12 个县市,总人口约 750. 44 万(2004 年)。 属于中
亚热带南缘季风气候,年平均气温在 19. 5益以上,年均降水在 1000mm以上,时空分布不均。 以山地、峰丛洼
地为主,山区面积比例大(百色和河池分别为 30%和 59% )。 海拔从 2000 多米降至 100 多米,呈西北向东南
降低的空间分布,由西向东的地貌类型主要分为中山、低山和峰丛洼地,他们的面积比例分别为 39. 35% 、
49郾 16%和 11. 48% 。 成土母岩主要有石灰岩、紫色岩等。 喀斯特地貌广为发育,是全国 18 个贫困地区之一,
有 19 个国家级重点扶持贫困县(百色 10 个,河池 9 个)。
图 1摇 研究区域地理位置示意图
Fig. 1摇 Sketch map of location in the study area
2摇 数据与方法
2. 1摇 数据来源与处理
遥感影像为 1985 年、1990 年、2000 年和 2005 年的 TM (ETM / TM+)单波段遥感影像共 80 景(轨道号分
别是 125鄄42 / 43 / 44,126鄄42 / 43 / 44, 127鄄42 / 43 / 44 和 128鄄43,7 个波段 /景。 首先将单波段影像合成假彩色影
像, 然后进行直方图匹配等预处理和图像拼接, 最后通过行政矢量层裁剪得到桂西北各年份的遥感影像。
统一采用如下投影及参数: Albers圆锥等积投影方式, Krasovsky 参考椭球体, 105毅E基准经线,25毅N和 47毅N
基准纬线,Beijing1954 坐标。
基础地理数据包括高程模型(Digital elevation model, DEM) 数据、全国行政矢量数据(1颐400 万, 来自国
家科学数据共享工程 www. geodata. cn)、土壤(1颐100 万, SHP, 来源为中国地质科学研究院)和岩性数据(1 颐50
万, SHP, 来源为中国地质科学研究院)。
9493摇 14 期 摇 摇 摇 张明阳摇 等:桂西北典型喀斯特区生态服务价值的环境响应及其空间尺度特征 摇
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2. 2摇 评估与分析方法
(1) 生态服务价值测量摇 根据遥感评估方法的技术特点和数据获取的可能性, 选择 8 项测量指标: 水源
涵养、土壤形成、生物多样性、气体调节、土壤保持、营养物循环、有机质生产、娱乐文化。 利用遥感影像, 结合
归一化植被指数(Normalized difference vegetation index, NDVI)和 DEM 以及相应的气候资料, 将地表覆盖分
为林地、灌木、稀疏地、草地、水田、旱地、水域、居民地、石漠化地 9 大类, 其中林地、灌木和稀疏地等类型主要
分布于西部的中山区, 而旱地和石漠化地主要分布于东部的峰丛洼地区 (随机抽取 450 个野外核查点, 野外
实际核查 260 个), 总分类精度达 81% 。 综合前人研究成果[25鄄28],研究区域各生态参数反演及其单项生态服
务价值求算方法参见文献[12],区域总生态服务价值由以下方式求得:
VC =移
n
i = 1
移
m
j = 1
R ij 伊 VCi 伊 Sij (1)
式中, VC为第 C类生态系统的生态服务价值; i为第 C类生态系统的第 i种生态服务价值; VCi为第 C 类
生态系统的第 i种生态服务类型单位面积价值; j表示第 C类生态系统的像元数; Sij表示像元面积(30 m伊30
m); R ij表示像元的调整系数, 对于任一像元调整系数表示为:
R ij =
NPP j
NPPmean
+
f j
f
æ
è
ç
ö
ø
÷
mean
/ 2 (2)
式中, NPPmean和 fmean分别为第 C类生态系统 NPP和 f的均值, NPP j和 f j为 j像元的 NPP和 f。
(2) 空间尺度特征分析 经验模态分解(EMD)方法将序列信号 X( t)分解成一系列本征模态函数( IFM),
EMD实际上是一种循环迭代算法,可用伪代码描述[19,27]。 r0( t)是分析的序列,采用 R0( t)= X( t)进行 r0( t)初
始化。
采用循环操作提取 IMF分量:
a. 令 h j( t)= ri( t),其中,i为提取第 i个 IMF分量的操作,j为提取第 i个 IMF分量的第 j个循环操作。 ri
( t)是原始序列中已剔除 1,2,…,i-1 个 IMF分量后的新序列。
b. 计算 h j-1( t)的极大值和极小值。
c. 将 b步中离散的极值点用 3 次样条函数插值到整个时间段上,得到极大值和极小值包络,计算上下包
络的算术平均值 m j-1( t)。
d. 计算 h j( t)= h j-1( t)-m j-1( t)
e. 如果 m j-1( t)趋向于零,那么 IMF i( t)= h j( t),表示已经成功提取第 i个 IMF,该循环终止进入步骤(c);
否则,令 j= j+1,回到 b继续循环。
令 i( t)= ri-1( t)-IMF i( t),如果 ri( t)仍然有至少 2 个极值点,令 i = i+1,回到(b)继续循环,否则所有的
IMF分量都已被提取出,分解过程结束,这时得到 ri( t)的残差就是趋势分量。 EMD 的迭代算法结束后,序列
实现分解:
X( t) =移
n
i = 1
IMF i( t) + rn( t)
EMD过程得到的各个 IMF分量分别是不同尺度的分解结果,每次都将高频信号分离出来,剩下的是低频
信号,最后得到的是趋势分量 rn( t)。
本研究中数据来源研究区域自西向东的等距离采样(100m),通过 ARCGIS 获取的 4499 点的生态服务价
值。 数字滤波器的设计中,小波变换、EMD 都存在边界问题。 本文采用的边界处理方法是镜像对称延伸方
法,较好地解决了边界对分解过程中的上冲和下冲现象。
2. 3摇 数据处理与分析软件
采用遥感图像处理软件 ERDAS 9. 0 进行遥感影像处理与地表信息提取, 采用地理信息系统软件
ARCGIS 9. 0 进行空间数据处理与分析, 在 EXCEL 2003 和 SPSS 13. 0 软件中进行统计分析, 通过 Matlab 7. 0
进行经验模态分解 (EMD) 计算与分析。
0593 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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3摇 结果与分析
3. 1摇 生态服务价值的环境响应
摇 摇 (1) 生态服务价值随高程分异
研究区域海拔范围为 100—2100m,峰丛地貌类型主要分布于 400m左右,峰林主要分布于 200—300m,结
合中、低山的高程特点,将研究区域分为峰丛洼地、低山和中山 3 个高程带,其高程范围分别是 100—500m、
500—1000m和 1000—2100m,所占面积比例分别是 39. 35% 、49. 16%和 11. 48% 。 在 4 个年份中,峰丛洼地的
生态服务价值分别是 387. 27、308. 16、352. 98 和 438. 66 亿元,分别占各自年份总生态服务价值的 35. 32% 、
34. 71% 、34. 14%和 41. 28% ;低山区的生态服务价值分别是 565. 07、460. 26、544. 10 和 520. 70 亿元,分别占
总生态服务价值的 51. 54% 、51. 84% 、52. 63%和 49. 00% ;中山区的生态服务价值分别是 144. 13、119. 46、
136. 77、103. 23 亿元,分别占总生态服务价值的 13. 15% 、13. 45% 、13. 23%和 9. 71% 。
表 1摇 桂西北生态服务价值随高程分异
Table 1摇 Variations of ecosystem service values with elevation in northwest Guangxi, China
面积 Area
/ km2 %
生态服务价值 ecosystem service values
1985
/ 伊108 元 %
1990
/ 伊108 元 %
2000
/ 伊108 元 %
2005
/ 伊108 元 %
峰丛洼地
Fengcong鄄depression 28201. 4 39. 35 387. 27 35. 32 308. 16 34. 71 352. 98 34. 14 438. 66 41. 28
低山 Low mountain 35234. 6 49. 16 565. 07 51. 54 460. 26 51. 84 544. 1 52. 63 520. 7 49
中山 Middle mountain 8230. 8 11. 48 144. 13 13. 15 119. 46 13. 45 136. 77 13. 23 103. 23 9. 71
分析表明,中山和低山等山区的生态服务价值较高,峰丛洼地的生态服务价值较低。 山区植被覆盖等自
然条件优于中下坡及峰丛洼地。 4 个年份的数据变化说明山区的生态环境趋于好转后又趋于恶化,峰丛洼地
则相反。 这主要是峰丛洼地在退耕还林等政策人工措施的调控下生态环境有所好转,而山区在降水和气温等
自然条件变化影响下,叠加森林砍伐等人为活动干扰而使生态系统结构遭受破坏、生态服务功能减弱。
(2) 生态服务价值随岩石类型分异
研究区域岩石类型主要有石灰岩、白云岩、碎屑岩等岩石类型,其中以石灰岩等为主。 区域可分为喀斯特
区和非喀斯特区,研究区域典型喀斯特区比例为 52. 02% ,其生态服务价值在 4 个年份的比例分别为
45郾 95% 、47. 46% 、41. 51%和 50. 43% 。 数据表明,生态服务功能受岩石类型地质条件影响,研究区域典型喀
斯特区生态服务价值较低但有增长趋势,非喀斯特区生态服务价值相对较高且有降低趋势(图 2)。
图 2摇 喀斯特区和非喀斯特区生态服务价值变化
Fig. 2摇 Changes of ecosystem service values in karst region and non鄄karst region
(3) 生态服务价值随土壤类型分异
研究区域有初育土、半水成土、人为土、铁铝土、岩石和湖泊水库等 6 个土纲,红粘土、石灰(岩)土、紫色
土、粗骨土、砂姜黑土、潮土、水稻土、赤红壤、红壤、黄壤、岩石和湖泊水库等 12 个土类,共 23 个土壤亚类。 石
灰土和红壤是主要土壤类型,分别有 23113. 40km2(占 32. 26% )和 23679. 50km2(33. 05% )。
1593摇 14 期 摇 摇 摇 张明阳摇 等:桂西北典型喀斯特区生态服务价值的环境响应及其空间尺度特征 摇
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石灰(岩)土和红壤是生态服务价值分布的主要土壤类型(表 2),二者总贡献率达 63. 77% ,64. 37% ,
64郾 56% ,64. 91% ;赤红壤面积和生态服务价值都大,面积为 8127. 73km2(占 11. 34% ),4 个年份的生态服务
价值分别为 13. 07% 、12. 26% 、12. 39%和 13. 25% ;红粘土、紫色土和潮土面积和生态服务价值少(比例小于
1% )。 各土壤类型的生态服务价值变化趋势各不相同。 生态服务价值随土壤类型的分异特征,与土壤类型
本身面积及其物理和化学性质紧密有关。
表 2摇 生态服务价值随土壤类型分异
Table 2摇 Variations of ecosystem service values with soil types in northwest Guangxi, China
面积 Area
/ km2 %
生态服务价值 Ecosystem service values
1985
/ 伊108 元 %
1990
/ 伊108 元 %
2000
/ 伊108 元 %
2005
/ 伊108 元 %
红粘土 Red Clay 51. 15 0. 07 0. 85 0. 08 0. 61 0. 07 0. 53 0. 05 0. 77 0. 07
石灰(岩)土
Limestone Soil 23113. 4 32. 26 336. 31 30. 68 282. 07 31. 78 296. 98 28. 73 362. 61 34. 14
紫色土 Purple soil 45. 98 0. 06 0. 6 0. 05 0. 45 0. 05 0. 49 0. 05 0. 7 0. 07
粗骨土 Skeletal soil 3447. 74 4. 81 39. 14 3. 57 32. 03 3. 61 36. 25 3. 51 42. 6 4. 01
砂姜黑土
Shajiang black soil 17. 9 0. 02 0. 17 0. 02 0. 1 0. 01 0. 12 0. 01 0. 17 0. 02
潮土 Moisture soil 41. 13 0. 06 0. 49 0. 04 0. 33 0. 04 0. 34 0. 03 0. 51 0. 05
水稻土 Paddy soil 3020. 44 4. 22 41. 34 3. 77 30. 41 3. 43 31. 87 3. 08 41. 33 3. 89
赤红壤 Lateritic red soil 8127. 73 11. 34 143. 31 13. 07 108. 83 12. 26 128. 09 12. 39 140. 71 13. 25
红壤 Red soil 23679. 8 33. 05 362. 64 33. 09 289. 29 32. 59 370. 29 35. 83 326. 82 30. 77
黄壤 Yellow soil 5976. 5 8. 34 105. 96 9. 67 88. 07 9. 92 111. 44 10. 78 77. 04 7. 25
岩石 Rock 4049. 12 5. 65 64. 1 5. 85 54. 69 6. 16 56. 72 5. 49 67. 76 6. 38
河流 /水库
River / Reservoir 76. 71 0. 11 1. 2 0. 11 0. 69 0. 08 0. 47 0. 05 1. 26 0. 12
3. 2摇 生态服务价值空间尺度特征
图 3 是研究区域 4499 个采样点的生态服务价值变化的曲线。 显然图 3 不能得出该区域生态服务价值的
空间变异尺度特征。
图 3摇 生态服务价值空间变化
Fig. 3摇 Spatial changes of ecosystem service values in northwest, Guangxi
图 4 是对研究区域生态服务价值空间变异进行 EMD分解得出的 9 个窄波段的信号。 虽然 IMF分量可能
会出现模式混淆问题,但同一个研究区域、不同 IMF 分量却不会包含同一个尺度的变异[23鄄24]。 从图 4 可见,
IMF1 表示的是一个准 0. 3km 尺度的变异, IMF2 表示的是一个准 0. 6km 尺度的变异, IMF3 表示的是准
1郾 3km尺度的变异, IMF4 表示的是准 2. 7km的变异,IMF5 表示的是一个准 5. 5km尺度的变异,IMF6 表示的
2593 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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是准 11. 2km尺度的变异, IMF7 表示的是准 26. 4km的变异,IMF8 表示的是一个准 51km 尺度的变异,IMF9
表示的是准 80. 3km尺度的变异。
图 4摇 生态服务价值空间变异的 IMF分量及其趋势量 R
Fig. 4摇 IMF and residual of change of ecosystem service values in northwest, Guangxi
通过计算各分量的方差贡献(表 3)可以看出,R分量贡献最大为 17. 74% 。 通过表 3 不同 IMF 分量的方
差贡献率及其排序中可以看出,IMF4、IMF5 和 IMF63 个分量的贡献最大,说明了区域生态服务价值空间变异
主要以准 2. 7km、5. 5km和 11. 6km的变异尺度为主。 这主要是由于地形地貌和地表覆盖状况影响形成的,其
中更小尺度的空间尺度特征,由于分辨率的影响未能分析得到。
表 3摇 不同 IMF分量的方差贡献率及其排序
Table 3摇 The variance contribution by IMF1—10 and its order
本征模函数 Intrinsic mode function, IMF
IMF1 IMF2 IMF3 IMF4 IMF5 IMF6 IMF7 IMF8 IMF9
趋势量
Trend,R
变异尺度
Variation Scales / km 0. 3 0. 6 1. 3 2. 7 5. 5 11. 2 26. 4 51 80. 3
方差贡献率
Variance contribution
ratio / %
7. 71 7. 88 10. 72 12. 29 11. 26 11. 49 6. 33 7. 72 6. 87 17. 74
排序 Rank 8 6 5 2 4 3 10 7 9 1
从 4 可以看出,IMF4、IMF5、IMF6 分量的变异尺度中,中部都表现剧烈的波动,说明中部生态服务价值变
化强度大、频率高。 中部为山区向峰丛洼地转换的过渡区域,其地形与地表覆盖复杂,因而其生态服务价值空
间变异大。 IMF4、IMF5、IMF6 分量的变异尺度中,西部和东部相对变异较长,振幅较小,说明东部生态服务价
值变化平缓,生态服务价值较低。 从趋势量 R来看,研究区自西向东,呈先缓慢上升,然后下降的趋势。 从各
空间尺度的变异看,处于波峰或者波峰向波谷转换的位置,即处于下降的空间分布趋势。 说明区域生态服务
价值自西向东降低分布的严峻现实。
4摇 结论与讨论
本研究在前人及前期研究工作的基础上,对桂西北典型喀斯特区生态服务价值的环境响应及其空间尺度
特征进行了探讨。 研究结果表明:区域生态服务价值随高程、岩石类型、土壤类型分异明显,并具有相应的空
间尺度特征。 中山和低山等山区的生态服务价值较高,但森林砍伐等人为活动干扰而使生态系统结构遭受破
3593摇 14 期 摇 摇 摇 张明阳摇 等:桂西北典型喀斯特区生态服务价值的环境响应及其空间尺度特征 摇
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坏、生态服务功能减弱;峰丛洼地的生态服务价值较低,但在退耕还林等政策人工措施的调控下生态环境有所
好转。 生态服务功能受岩石类型地质条件影响,典型喀斯特区生态服务价值较低但有增长趋势,而非喀斯特
区生态服务价值相对较高且有降低趋势。 这在一定程度上说明,我们不仅要关注典型喀斯特区域石漠化治理
以提高其区域生态服务功能,同时也不能忽视非典型喀斯特区域的生态环境保护。 石灰(岩)土和红壤是生
态服务价值的主要土壤类型(总贡献率超过 60% )。 由 EMD各分量的方差贡献及趋势量 R分析表明,区域生
态服务价值主要以准 2. 7km、5. 5km和 11. 6km的空间尺度为主,且存在自西向东降低分布的严峻现实,这主
要受地形地貌、地表覆盖状况以及人类活动的综合影响形成。 应加强不同尺度上生态系统服务功能机制的研
究,将生态系统服务功能的尺度特征应用于生态系统服务功能评价中,提高生态系统服务功能评价的客观性、
可信性和评价结果的实用性,为生态系统各种服务功能的保育与提高、生态补偿制度的建立提供科学支撑。
本文虽然通过前期研究基础对桂西北典型喀斯特区生态服务价值的环境响应余空间尺度特征进行了初
步探讨,但依然存在很多难以解决的问题。 首先,生态服务价值评估指标体系不够完善,尚缺乏适用于喀斯特
生态服务价值评估指标体系,喀斯特生态系统服务远不止所选择这几项测评指标,有些指标还有所重合。 其
次,遥感数据、气象数据、其他地理底图和统计数据的获取与处理过程中不可避免存在误差,比如遥感影像处
理、气象数据插值和生态参数反演等。 另外,EMD经验模态分解分析方法提供了一种量化生态服务价值空间
尺度特征的方法,但也存在一定的缺陷,如采样数据受数据空间分辨率的限制等。
致谢:感谢中国科学院亚热带农业生态研究所吴金水研究员和沈健林博士对本文写作的帮助。
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5593摇 14 期 摇 摇 摇 张明阳摇 等:桂西北典型喀斯特区生态服务价值的环境响应及其空间尺度特征 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 14 July,2011(Semimonthly)
CONTENTS
The sensitivity of Xiamen忆s three industrial sectors to land use changes HUANG Jing, CUI Shenghui, LI Fangyi, et al (3863)……
Desertification and change of landscape pattern in the Source Region of Yellow River
HU Guangyin, DONG Zhibao, LU Junfeng, et al (3872)
…………………………………………………
…………………………………………………………………………
Comparison of ecological significance of landscape diversity changes in karst mountains: a case study of 4 typical karst area in
Guizhou Province LUO Guangjie, LI Yangbing,WANG Shijie,et al (3882)………………………………………………………
Analysis on urban heat island effect based on the dynamics of urban surface biophysical descriptors XU Hanqiu (3890)……………
Primary exploration on the ecological land use classification in Beijing TANG Xiumei,CHEN Baiming,LU Qingbin,et al (3902)……
Changes of spectral reflectance of Pinus koraiensis and Abies nephrolepis along altitudinal gradients in Changbai Mountain
FAN Xiuhua, LIU Weiguo, LU Wenmin, et al (3910)
……………
……………………………………………………………………………
Biomass allocation patterns and allometric models of Abies nephrolepis Maxim
WANG Jinsong, ZHANG Chunyu, FAN Xiuhua, et al (3918)
…………………………………………………………
……………………………………………………………………
Niche analysis of dominant species of macrobenthic community at a tidal flat of Yushan Island
JIAO Haifeng, SHI Huixiong, YOU Zhongjie, et al (3928)
………………………………………
………………………………………………………………………
The influence of different food qualities on the energy budget and digestive tract morphology of Tree Sparrows passer montanus
YANG Zhihong, SHAO Shuli (3937)
………
………………………………………………………………………………………………
The response of ecosystem service values to ambient environment and its spatial scales in typical karst areas of northwest Guangxi,
China ZHANG Mingyang, WANG Kelin,LIU Huiyu,et al (3947)…………………………………………………………………
Root morphology characteristics under alternate furrow irrigation LI Caixia, SUN Jingsheng, ZHOU Xinguo, et al (3956)……………
Allelopathy of the root exudates from different resistant eggplants to verticillium wilt (Verticillium dahliae Kleb. )
ZHOU Baoli, CHEN Zhixia, DU Liang, et al (3964)
……………………
………………………………………………………………………………
Biological cycle and accumulation of lanthanum in the forage鄄mushroom鄄soil system
WENG Boqi,JIANG Zhaowei,WANG Yixiang, et al (3973)
……………………………………………………
………………………………………………………………………
Evaluation of soil loss and transportation load of adsorption N and P in Poyang Lake watershed
YU Jinxiang, ZHENG Bofu, LIU Yafei, et al (3980)
………………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of soil resource availabilities on vertical distribution and dynamics of fine roots in a Caragana korshinskii plantation
SHI Jianwei, WANG Mengben, CHEN Jianwen,et al (3990)
…………
………………………………………………………………………
Effects of soil salinization on ammonia volatilization characteristics of urea and urea phosphate
LIANG Fei, TIAN Changyan (3999)
………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
Distribution of marine bacteria and their environmental factors in Xiangshan Bay
YANG Jifang,WANG Haili, CHEN Fusheng, et al (4007)
………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Concentration of O3 at the atmospheric surface affects the changes characters of antioxidant enzyme activities in Triticum aestivum
WU Fangfang, ZHENG Youfei, WU Rongjun, et al (4019)
…
………………………………………………………………………
Effects of inhibitor and safener on enzyme activity and phenanthrene metabolism in root of tall fescue
GONG Shuaishuai, HAN Jin, GAO Yanzheng, et al (4027)
…………………………………
………………………………………………………………………
Screening of highly鄄effective rhizobial strains on Alfalfa (Medicago polymorpha) in soil
LIU Xiaoyun,GUO Zhenguo, LI Qiaoxian, et al (4034)
………………………………………………
……………………………………………………………………………
Geochemical evolution processes of soil major elements in the forest鄄dominated Jinshui River Basin, the upper Hanjiang River
HE Wenming, ZHOU Jie, ZHANG Changsheng, et al (4042)
………
……………………………………………………………………
Integrating geographic features and weather data for methodology of rasterizing spring maize growth stages
LIU Qin,YAN Changrong, MEI Xurong, et al (4056)
……………………………
………………………………………………………………………………
A model for predicting flowering date and external quality of cut tulip in solar greenhouse
LI Gang,CHEN Yaru,DAI Jianfeng,et al (4062)
……………………………………………
……………………………………………………………………………………
Moisture effect analysis of pumpkin and oil sunflower intercropping in semi鄄arid area of northwest Hebei Province
HUANG Wei,ZHANG Junhua,LI Wenhong,et al (4072)
……………………
…………………………………………………………………………
Review and Monograph
Theoretical backgrounds and recent advances in avian molecular phylogeography DONG Lu, ZHANG Yanyun (4082)………………
A review on spatial attributes of nature reserves and optimal site鄄selection methods WANG Yicheng (4094)…………………………
Human activities are the principle cause of biotic homogenization CHEN Guoqi, QIANG Sheng (4107)………………………………
Factors influencing the occurrence of Ophiocordyceps sinensis ZHANG Guren, YU Junfeng, WU Guangguo, et al (4117)……………
Molecular detection of diversity of methanogens and methanotrophs in natural wetland soil SHE Chenxing, TONG Chuan (4126)……
Scientific Note
Soil quality assessment of continuous cropping cotton fields for different years in a typical oasis in the upper reaches of the Tarim
River GONG Lu, ZHANG Haifeng, L譈 Guanghui, et al (4136)…………………………………………………………………
Dynamics of microbial biomass during litter decomposition in the alpine forest
ZHOU Xiaoqing, WU Fuzhong, YANG Wanqin, et al (4144)
…………………………………………………………
……………………………………………………………………
The aerodynamic roughness length of biologicalsoil crusts:a case study of Gurbantunggut Desert
WANG Xueqin, ZHANG Yuanming, ZHANG Weimin, et al (4153)
………………………………………
………………………………………………………………
Differences among population quantities and community structures of pests and their natural enemies in tea gardens of different
altitudes KE Shengbing, DANG Fenghua, BI Shoudong, et al (4161)……………………………………………………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 14 期摇 (2011 年 7 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
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(Semimonthly,Started in 1981)
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Vol郾 31摇 No郾 14摇 2011
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