全 文 ：中国生态农业学报 2010年 1月 第 18卷 第 1期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jan. 2010, 18(1): 189−197


* 中国科学院西部行动计划(KZCX2-XB2-08)和国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2006CB403208)资助
** 通讯作者: 王克林(1963~), 男, 汉, 研究员, 博士生导师, 主要从事区域生态学、景观生态学研究。E-mail: kelin@isa.ac.cn
张明阳(1977~), 女, 在读博士生, 助理研究员, 主要从事 3S技术在生态学中的应用研究。E-mail: zhangmingyang@isa.ac.cn
收稿日期: 2009-05-20 接受日期: 2009-08-04
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2010.00189
喀斯特生态系统服务价值时空分异
及其与环境因子的关系*
张明阳 1,3,4 王克林 1,3** 刘会玉 2 陈洪松 1,3 章春华 1,3 岳跃民 1,3,4
(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 410125;
2. 南京师范大学地理科学学院 南京 210046; 3. 中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站 环江 547100;
4. 中国科学院研究生院 北京 100049)
摘 要 揭示西南喀斯特生态系统服务价值时空变化特征及其与环境因子的关系是喀斯特地区生态恢复与重
建中亟待解决的问题。本研究基于多时相遥感影像、气象观测数据和统计资料, 对桂西北典型喀斯特地区
1985~2005 年的生态系统服务价值进行定量评估与分析, 并利用典范对应分析方法对其与环境因子的关系进
行探讨。结果表明: 1985年–2000年–2005年期间生态系统服务价值呈先降后升的“V”字形变化趋势, 3个年
份分别是 1 096.52亿元、1 033.84亿元和 1 062.57亿元; 营养物循环、调节气体、有机质生产和土壤形成价值
较高, 其总贡献率分别为 72.69%、70.18%和 72.10%; 而涵养水源、土壤保持和娱乐文化相对较低, 都远低于
100亿元。林地和灌木是生态系统服务价值的主要贡献景观类型, 两者的总贡献率在 3个年份分别是 71.22%、
73.66%和 67.03%; 居民用地和石漠化地的生态系统服务价值非常低, 3 个年份贡献率分别仅有 0.62%、0.52%
和 0.76%。CCA 排序图显示生态系统服务价值与环境因子存在紧密关系, 坡度、海拔等环境因子对生态系统
服务价值的影响较大, 且其影响存在显著的空间分异特征。研究区域生态系统服务价值呈由西向东减少的空
间分异特征; 1985~2005 年期间, 典型喀斯特地区生态系统服务价值显著增加, 而非喀斯特地区生态系统服务价
值明显减少。表明生态环境移民和退耕还林等石漠化控制措施实施效果显著, 有利于生态系统服务的发挥。
关键词 喀斯特地区 桂西北 生态系统服务价值 时空分异 典范对应分析 环境因子
中图分类号: X826; F301. 24 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2010)01-0189-09
Spatio-temporal variation of karst ecosystem service value and its
correlation with ambient environmental factors
ZHANG Ming-Yang1,3,4, WANG Ke-Lin1,3, LIU Hui-Yu2, CHEN Hong-Song1,3,
ZHANG Chun-Hua1,3, YUE Yue-Min1,3,4
(1. Key Laboratory for Agro-Ecological Processes in Subtropical Regions, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of
Sciences, Changsha 410125, China; 2. College of Geographical Sciences, Nanjing Normal University, Nanjing 210046, China;
3. Huanjiang Observation and Research Station for Karst Ecosystems, Chinese Academy of Sciences, Huanjiang 547100, China;
4. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
Abstract For the restoration and reconstruction of karst ecosystems, it is vital to explore the spatio-temporal variations in ecosys-
tem service value of karst regions in Southwest China and its correlation with ambient environmental factors. Based on
multi-temporal satellite imagery, weather and statistical data, spatial distributions and dynamics of karst ecosystem service value
were evaluated for Northwest Guangxi. The links between karst ecosystem service value and ambient environmental conditions were
also analyzed for 1985~2005 using Canonical Correspondence Analysis (CCA). The results show an initial decline in karst ecosystem
service value, followed by a steady increase at 109.652, 103.384 and 106.257 billion Yuan in 1985, 2000 and 2005 respectively.
Ecosystem service values for nutrient cycling, organic matter production, gas regulation and soil formation are high, with respective
190 中国生态农业学报 2010 第 18卷


total contribution ratio of 72.69%, 70.18% and 72.10% in 1985, 2000 and 2005. However, ecosystem service values for water and
soil conservation, recreation and culture are much low and well below 10 billion Yuan. Woodlands and shrubs are the main contribu-
tors to ecosystem service value with total contribution ratio of 71.22%, 73.66% and 67.03% in 1985, 2000 and 2005 respectively.
While residential and rocky land contribute less to the ecosystem service, their contribution ratio sum are 0.62%, 0.52% and 0.76%,
respectively. CCA ordination diagram shows that ecosystem service values are closely linked with ambient environmental factors.
Slope gradient, elevation have a significant impact on ecosystem service value. There also exist significant spatio-temporal differ-
ences among these factors. Ecosystem service value of the studied area shows a declining trend from West to East. Ecosystem service
value for typical karst regions is obviously increasing, while that for non-karst regions markedly decreasing. Based on the study,
ecological conditions are improving due to better policies such as ecological migration and afforestation of farmlands to control rock
desertification.
Key words Karst region, Northwest Guangxi, Ecosystem service value, Spatio-temporal variation, Canonical Correspon-
dence Analysis, Ambient environmental factors
(Received May 20, 2009; accepted Aug. 4, 2009)
生态系统服务是指生态系统形成和所维持的人
类赖以生存和发展的环境条件与效用 [1], 可划分为
生态系统产品和生命系统支持功能。生态系统产品
是指自然生态系统所产生的, 能为人类带来直接利
益的因子, 如食品等; 生命系统支持功能主要包括
固定 CO2、稳定大气、水文调节、水资源供应、水
土保持、营养元素循环、生物控制、提供生境、食
物生产、原材料供应、遗传资源库、休闲娱乐场所
以及科研、教育、美学、艺术等。20 世纪 90 年代
以来 , 由于环境问题日益严重及相关学科的发展 ,
生态系统服务的研究备受人们关注, 国内外围绕生
态系统服务内涵[2−3]、类型划分[4−5]及其价值评估方
法 [6−7]等方面进行了积极探讨 , 对森林 [8−10]、草
地[11−13]、农田[14]、湿地[15−16]、河流[17]、城市[18]及区
域[19−20]等生态系统服务价值进行了评估。Daily等[1,3]
主要从生态学基础的角度探讨生态系统服务价值 ;
Costanza 等[5]更多从经济学的角度研究生态系统服
务的经济价值, 并探讨评价的方法与技术; Turner[2]
则注重生态系统服务经济价值评估的技术与方法的
研究。千年生态系统评估[4]全面地关注生态系统服
务概念、与人类福利之间的关系、变化的驱动因子、
评价技术与方法以及评价结果与最终的政策制定
等[1]。美国生态学会 2004年将生态系统服务科学作
为首个生态学重点问题[21], 英国生态学会 2006年将
生态系统服务研究列为与政策制订相关的 100 个生
态学问题的 14 个主题之首[22], 美国环境保护局于
2008 年提议了有关生态系统服务的生态研究计
划[23]。我国以生态系统服务理论为基础的生态功能
区划研究, 受到国家环境保护总局和国家发展改革
委员会的高度重视, 并被应用于国家生态环境保护
决策之中。总之, 生态系统服务及其价值评估的研
究是生态建设和生态系统管理的基础[24], 已逐渐成
为生态学研究的前沿和热点。
《国家中长期科学和技术发展规划纲要》明确
指出, 要重点开发生态脆弱区生态系统服务的综合
评估和动态监测技术。西南喀斯特地区是典型的生
态脆弱区, 是我国石漠化最为突出的地区, 面临环
境退化和经济社会落后的双重难题[25], 揭示其生态
系统服务价值时空分异特征是实现生态恢复和可持
续发展过程中亟待解决的问题。目前仅有极少数学
者进行了喀斯特生态系统服务价值评估的相关研
究[9−10], 但一般是直接利用 Costanza 等[5]的研究成
果将区域作为统一整体研究。广西是西南喀斯特地
区的主要省份之一, 其中桂西北是广西石漠化的主
要分布区, 对桂西北进行生态系统服务价值时空分
异特征及其与环境关系的研究, 对其石漠化控制具
有重要意义。本文利用 3S 技术, 通过遥感影像、
气象数据和地理基础数据等资料 , 对桂西北 1985
年–2000 年–2005 年的生态系统服务价值进行评估,
并应用典范对应分析方法(Canonical correspondence
analysis, CCA)对其与环境关系进行探讨, 试图揭示
该区域生态系统服务价值的时空分异特征及其与环
境的关系, 从而为生态恢复和可持续管理提供科学
参考。
1 研究地区概况与研究方法
1.1 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°29′~109°09′E, 23°41′~25°37′N之间。总面积
约为 71 992 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)。中
亚热带南亚季风气候, 年平均气温约为 19.5 ℃, 年
均降水约为 1 000 mm, 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 2 000多 m降至 100多 m, 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, 面积比例分别为
第 1期 张明阳等: 喀斯特生态系统服务价值时空分异及其与环境因子的关系 191


39.35%、49.16%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)。
1.2 数据与方法
1.2.1 数据来源与处理
遥感影像为 1985 年、2000 年和 2005 年的 TM
(ETM/TM+)单波段遥感影像。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°E基准
经线, 25°N和 47°N基准纬线, Beijing1954坐标系统。
气象数据来源于国家气象信息中心, 数据内容
为广西及相连的贵州、云南、湖南、广东等省共 105
个气象站点 1975~2005 年的降水量、平均气温、总
太阳辐射和净太阳辐射等数据, 及站点的经度、纬
度和海拔高度。利用地理信息系统 (Geographic
information system, GIS)的空间插值工具, 得到气象
栅格数据。
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∶400 万,
来自国家科学数据共享工程 www.geodata.cn)、土壤
(1∶100 万, SHP, 来源为中国地质科学研究院)和岩
性数据(1∶50 万, SHP, 来源为中国地质科学研究
院)。格式和投影变换与 TM投影方式相同。
1.2.2 评估与分析方法
测量指标 生态系统服务中隐形的生命系统支
持功能价值需要建立一系列的评估指标, 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。
生态参数反演 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。2005年 9大类
型的面积比分别为 6.91%、7.44%、23.10%、28.59%、
20.42%、11.45%、0.61%、0.50%、0.96% (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%。
据 Gutman等[26] 的方法研究植被覆盖度与植被
指数的关系 , 求植被覆盖度 (Fractional vegetation
coverage, f)。利用光能利用率概念模型[27-28], 求净初
级生产力(Net primary productivity, NPP):
( ) ( ) ( )txtxAPARtxNPP ,,, ε×= (1)
其中, ε(x, t)为光能利用率, 表征植被转化吸收的光
合有效辐射; APAR(x, t)为植物吸收的有效光合辐射
(Absorbed photosynthesis availability radiation); t为
时间; x为空间位置。
生态系统服务价值测量 根据植被净初级生产
力、光合作用反应方程式与瑞典碳税率及工业制氧
价求算气体调节价值[12]。参考李金昌等[29]的研究方
法, 通过降雨径流率与植被覆盖度以及库容成本求
算水源涵养价值。依据潜在和实际土壤侵蚀量估算
土壤保持量 E(x)[13], 结合土壤中氮、磷、钾含量[30]
和化肥平均价格估算土壤保持价值[13]。由净第一性
生产力、标准煤价格求算有机质生产价值[20]。由生
态系统营养物质分配率[29], 以及纯氮、磷、钾折算
为氮、磷、钾肥的比例和平均化肥价格求得营养物
循环价值[23]。区域生态系统服务价值由生态系统单位
面积生态系统服务价值与像元面积调整系数求得[20]:
∑∑
= =
××=
n
i
m
j
jiCijiC SVRV
1 1
(2)
式中, VC为第 C 类生态系统的生态系统服务价值; i
为第 C 类生态系统的第 i 种生态系统服务价值; VCi
为第 C 类生态系统的第 i 种生态系统服务类型单位
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×30 m); Rij表示像元的调整系数, 对
于任一像元调整系数表示为:

mean mean
/ 2j ji j
NPP f
R
NPP f
⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠
(3)
式中, NPPmean和 fmean分别为第 C类生态系统 NPP和
f的均值, NPPj和 fj为 j像元的 NPP和 f。
典范对应分析方法(CCA) CCA 方法是基于单
峰模型和对应分析的一种排序方法, 它将对应分析
与多元回归分析结合, 每步计算均与环境因子进行
回归 , 又称环境约束对应分析或多元直接梯度分
析、样方排序与种类排序对应分析, 且在排序过程
中结合多个环境因子一起分析, 因此可把样方、种
类与环境因子的排序结果表示在同一排序图上, 直
观地反映他们之间的关系[31]。本研究将其应用于生
态系统服务价值与各环境条件关系多元定量研究 ,
探讨生态系统服务价值与环境条件的关系。以桂西
北 23个县/市为样方, 以生态系统服务价值的 8个测
评指标和总生态系统服务价值共 9 个测评指标为种
类变量, 根据区域特征与数据的可获取性, 选取海
拔、坡度、年降水量、土壤类型、植被类型、岩石
类型、人均耕地和植被覆盖度 8 个环境因子为环境
192 中国生态农业学报 2010 第 18卷


变量, 构成种类与环境因子矩阵, 进行典范对应定
量分析。
1.2.3 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
ARCGIS9.0 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, 通过国际
通用标准软件 Canoco4.5 进行典范对应分析(CCA)。
2 结果与分析
2.1 生态系统服务价值及其变化
研究区域生态系统服务价值在 1985 年–2000
年–2005 年期间呈先降后升的“V”形变化趋势, 3
个年份分别为 1 096.52亿元、1 033.84亿元和 1 062.57
亿元(表 1), 年变化量分别是−4.18亿元和+5.75亿元,
单位面积生态系统服务价值分别是 15 231.14
元·hm−2、14 360.48元·hm−2、14 759.56元·hm−2。
林地和灌木景观类型是生态系统服务价值的主要贡
献者(表 1), 两种景观 3 个时期的总贡献率分别为
71.22%、73.66%和 67.03%, 呈与总生态系统服务价
值相反的先升后降的倒“V”形趋势; 居民用地和石
漠化地的生态系统服务价值非常低(3 个年份的总贡
献率分别为 0.62%、0.52%和 0.76%), 但其总贡献率
经历了与总生态系统服务价值相似的先降后升的
“V”形变化趋势。生态系统服务价值的这种类型构成
及变化, 与研究区域地理地貌背景及各景观类型相
互转换而面积增减紧密相关, 3个年份林地和灌木的
面积比例分别为 29.00%、25.23%, 28.97%、25.15%
和 28.60%、23.10%; 居民用地和石漠化地面积比例
虽然小(不到 2%), 但二者的面积持续增加。从表 1
可以看出, 林地单位面积生态系统服务价值位居首
位, 而石漠化地居末位(表 1)。因此, 保护林地与控
制石漠化可增强区域生态系统服务价值。

表 1 桂西北 1985年–2000年–2005年各景观类型生态系统服务价值统计表
Tab. 1 Eecosystem service value based on landscape types in Northwest Guangxi, China in 1985, 2000 and 2005
1985 2000 2005
景观类型
Landscape type
单位面积
生态系统服务价值
Ecosystem service value
per unit area
(Yuan·hm−2)
生态系统服务价
值 Ecosystem
service value
(×108 Yuan)
单位面积生态系统
服务价值
Ecosystem service
value per unit area
(Yuan·hm−2)
生态系统服务价
值 Ecosystem
service value
(×108 Yuan)
单位面积生态系统
服务价值
Ecosystem service
value per unit area
(Yuan·hm−2)
生态系统服务价值
Ecosystem service
value
(×108 Yuan)
水田 Paddy 16 274.60 85.38 13 039.80 67.93 16 977.00 83.96
旱地 Dry land 10 741.80 56.89 8 261.24 44.01 10 470.00 55.79
林地 Woodland 24 240.70 437.93 25 326.30 455.69 20 984.40 347.06
灌木 Shrub 16 479.30 342.94 14 715.20 305.78 17 839.10 365.18
稀疏地 Sparseness 6 678.43 93.30 6 402.90 89.27 7 542.60 110.27
草地 Grassland 9 757.32 67.85 9 086.43 62.93 10 338.50 84.74
水域 Water 14 114.00 5.44 6 406.62 2.81 17 062.30 7.49
居民地 Residential 9 005.37 2.36 5 220.62 1.54 9 608.09 3.44
石漠化 Rocky land 6 514.84 4.42 5 661.19 3.88 6 764.87 4.65
合计 Total — 1 096.52 — 1 033.84 — 1 062.57


图 1 桂西北 1985年–2000年–2005年各单项生态系统服务价值
Fig.1 Ecosystem service values of every single function in Northwest Guangxi, China in 1985, 2000 and 2005
GAS-R: 气体调节 Gas regulation; WAT-C: 水源涵养 Water conservation; SOI-R: 土壤保持 Soil reservation; ORG-P: 有机质生产 Organic
matter production; NUT-C: 营养物循环 Nutrient cycling; SOIL-F: 土壤形成 Soil formation; BIO-D: 生物多样性 Biodiversity; REC-C: 休闲
娱乐 Recreation and culture.
第 1期 张明阳等: 喀斯特生态系统服务价值时空分异及其与环境因子的关系 193


从图 1 可知, 各单项生态系统服务价值差别较
大, 营养物循环、调节气体、有机质生产和土壤形
成价值较高, 其 3 个年份总贡献率分别为 72.69%、
70.18%和 72.10%; 涵养水源、土壤保持和娱乐文化
相对较低 , 其总贡献率分别为 17.22%、19.13%、
17.83%, 尤其是水源涵养分别仅为 6.30%、6.57%和
6.46%。说明区域水土保持功能较差, 应加大对林地
和灌木林等自然植被的保护。各单项生态系统服务
价值经历了不同的变化趋势和幅度(图 1)。调节气
体、水源涵养、有机质生产、营养物循环和娱乐文
化经历减少→增加的变化过程, 水源涵养几乎回到
原有水平; 土壤保持和生物多样性先增后减; 土壤
形成几乎保持不变。从 1985 年到 2005 年, 不同服
务功能的价值排序变化不大 , 气体调节(3→4)和土
壤保持(6→7)的排序下降, 水源涵养(7→6)和土壤形
成(4→3)排序提前, 营养物质循环一直位居首位(约
20%), 娱乐文化一直名列末位(约 5%)。说明在自然
因素和人为因素综合作用下, 生态系统服务价值经
历了增减起伏变化, 但总体格局未发生明显变化。
各行政区单位面积生态系统服务价值差别比
较大(图 2), 1985 年变化范围为 7 927.66 (南丹)~
23 549.70元·hm−2 (西林), 2000年为 9 537.01 (南丹)~
22 705.10元·hm−2 (田林), 2005年为 7 540.79 (南丹)~
19 062.30元·hm−2 (百色)。各行政区单位面积生态
系统服务价值排序总体变化不大(南丹一直居最后
一位), 高值和低值县多分布在相同的县市, 西部自
然覆盖条件较好的县市生态系统服务功能相对较高,
位于石漠化较严重区域的县市生态系统服务功能较
低。但喀斯特区与非喀斯特区差异明显, 地处典型
喀斯特区的罗城县和环江县, 单位面积生态系统服
务价值显著增加, 1985年–2000年–2005年排名变化
分别是: 21→7→5 和 22→16→15, 而绝大部分区域
处于非喀斯特区的西林和田林, 单位面积生态系统
服务价值明显减少, 排名变化分别是: 1→3→18 和
2→1→7。说明通过环境移民和封山育林等生态恢复
措施, 喀斯特地区的生态系统服务价值增加, 而非
喀斯特区地表覆盖状况有恶化趋势。分析表明, 喀
斯特区域石漠化控制措施实施的效果显著, 有利于
生态系统服务功能的发挥。
2.2 生态系统服务价值时空分异
研究区生态系统服务价值呈由西向东、由高海
拔向低海拔递减的空间分异特征(图 3)。在 1985年、
2000年和 2005年 3个年份中, 峰丛洼地生态系统服
务价值比例分别是 35.32%、34.14%和 41.28%, 低山
区生态系统服务价值比例分别是 51.54%、52.63%和
49.00%, 而中山区生态系统服务价值比例分别是
13.15%、13.23%和 9.71%。峰丛洼地单位面积生态
系统服务价值低, 但由于面积广所占比例大, 总体
生态系统服务价值不低, 且呈上升趋势; 而中低山
区生态系统服务价值比重及变化与峰丛洼地刚好相
反。这种分布趋势基本上与 NPP和植被覆盖度的空
间分异特征相近。2005 年, 西部植被覆盖度均值超
过 50%, NPP均值超过 1 000 g·m−2, 生态系统服务
均值超过 15 000元·hm−2; 中部地区植被覆盖率均
值约为 40%, NPP在 500 g·m−2左右, 生态系统服务
均值在 10 000元·hm−2左右; 北部和东部部分区域
植被覆盖率小于 30%, NPP 部分区域均值在 100
g·m−2以下, 部分区域生态系统服务价值不到 10 000
元·hm−2。
生态系统服务价值变化的空间分异特征与生态
系统服务价值本身的空间分异特征并不相同(图 3)。
1985年–2000年–2005年, 西部与南部生态系统服务


图 2 桂西北 1985年－2000年－2005年各行政区单位面积生态系统服务价值
Fig. 2 Ecosystem services per unit area of every county in Northwest Guangxi, China in 1985, 2000 and 2005
DA: 都安 Du’an; TL: 田林 Tianlin; BS: 百色 Baise; HJ: 环江 Huanjiang; JX: 靖西 Jingxi; TD: 田东 Tiandong; YZ: 宜州 Yizhou; DB: 德
保 Debao; LC: 罗城 Luocheng; MS: 马山 Mashan; PG: 平果 Pingguo; TY: 田阳 Tianyang; BM: 巴马 Bama; DL: 东兰 Donglan; XL: 西林 Xilin;
LY: 凌云 Lingyun; TE: 天峨 Tian’e; LY: 乐业 Leye; LL: 隆林 Longlin; NP: 那坡 Napo; ND: 南丹 Nandan; HC: 河池 Hechi; FS: 凤山 Fengshan.
194 中国生态农业学报 2010 第 18卷



图 3 桂西北地区 1985年–2000年–2005年生态系统服务价值及其变化空间分异
Fig. 3 Distribution and variation of ecosystem service value in Northwest Guangxi, China in 1985, 2000 and 2005

价值减少 , 东部与北部生态系统服务价值增加 ;
2000 年–2005 年 , 西部与西北部生态系统服务价
值减弱 , 东部生态系统服务价值增强 ; 从 1985
年–2000年–2005年整个时期来看, 生态系统服务价
值增加区主要分布于生态系统服务价值较小的东部,
减少区主要分布于生态系统服务价值较大的西部 ,
生态系统服务价值变化的增减与其本身多少并无正
相关关系。研究区域喀斯特区面积比例为 52.02%,
喀斯特区与非喀斯特区在 1985 年–2000 年–2005 年
的平均生态系统服务价值分别为 14 273.11元·hm−2
和 15 482.38元·hm−2, 12 245.47元·hm−2和 15 913.62
元·hm−2, 及 15 169.29 元·hm−2 和 13 841.33
元·hm−2。表明综合环境条件影响生态系统服务价
值, 典型喀斯特区生态系统服务价值较低但有增长
趋势, 非喀斯特区生态系统服务价值相对较高但有
降低趋势。这主要是由于西部的林地和灌木等自然
植被覆盖区日益受到人类活动的干扰而结构发生改
变, 从而生态系统服务功能发生紊乱; 而东部的峰
丛洼地等低地势区, 由于退耕还林与生态环境移民
等人工调控措施发生了一定的作用, 使生态系统结
构朝优化发展, 生态系统服务价值增强。在 20世纪
90 年代, 尤其是 1993~2002 年期间, 广西进行了大
规模的生态环境移民(约 49 133户和 232 705人), 缓
解了生态环境压力。百色在 2001~2004 年退耕还林
第 1期 张明阳等: 喀斯特生态系统服务价值时空分异及其与环境因子的关系 195


达 1 278.67 km2(包括 605.33 km2退耕还林和 673.33
km2 荒山造林)。据本研究统计, 研究区域的水田面
积及其所占比例逐渐下降, 在 1985年–2000年–2005
年期间 , 水田面积和比例分别是 5 246.17 km2、
5 514.51 km2、4 945.50 km2和 7.29%、7.24%、6.87%。
但由于系统结构一旦破坏便难以回到原来起点, 因
而区域整体生态系统服务价值依然在减少而尚未达
到原有的水平。
2.3 生态系统服务与环境因子的关系
生态系统服务与环境因子间存在很大的相关性
(表 2、图 4), 二者前 2 个排序轴的相关系数分别为
0.81 和 0.80; 对于生态系统服务来说, 第 1、2 排序
轴间的相关系数为 0.10, 表明这两个排序轴几乎相
互垂直; 对于环境因子来说, 前两个排序轴的相关
系数为 0。同时 , 前 2 个排序轴的贡献率分别是
82.60% 和 93.3%, 因而绝大多数相关性信息集中
在第 1、2排序轴, CCA的排序结果是可信的[31]。
在 CCA排序图中, 向量与排序轴的夹角代表二
者相关性大小, 交角越小相关性越大; 向量的长度
代表作用力的大小, 越长代表作用力越大; 向量与
排序轴的方向相同或相反代表正相关或负相关。由
表 2和图 4a可知, 人均耕地、岩石类型、土壤类型
和植被覆盖度与第 1排序轴正相关, 而海拔、坡度、
年降水量和植被类型与第 1 排序轴负相关; 海拔、
坡度、人均耕地、岩石类型、土壤类型和植被覆盖
度与第 2 排序轴正相关, 而只有年降水量和植被类
型与第 2 排序轴负相关。环境因子对生态系统服务
影响的顺序为: 坡度>年降水量>海拔>植被类型>人

表 2 生态系统服务、环境因子前 2个 CCA排序轴与环境因子间的相关系数
Tab. 2 Correlation coefficients among ecosystem service value axis, environmental factors axis, and environmental factors
SPX1 SPX2 ENX1 ENX2 DEM SL CLPC AR RT ST LT
SPX2 0.10
ENX1 0.81** 0.00
ENX2 0.00 0.80** 0.00
DEM −0.22 0.58* −0.28 0.72**
SL −0.61** 0.42* −0.75** 0.53* 0.64**
CLPC 0.15 0.52* 0.18 0.65** 0.45* 0.23
AR −0.40* −0.47* −0.50* −0.59* −0.17 0.20 −0.59**
RT 0.19 0.25 0.24 0.31 0.27 0.21 0.20 −0.48*
ST 0.05 0.37 0.06 0.46* 0.45* 0.33 0.40 −0.51* 0.81**
LT −0.14 −0.52* −0.18 −0.65** −0.30 −0.39 −0.13 0.13 −0.34 −0.32
VC 0.03 0.24 0.03 0.30 0.13 0.27 0.42* −0.39 0.65** 0.62** −0.28
SPX1: 生态系统服务价值第 1排序轴 The first axis of ecosystem service value; SPX2: 生态系统服务价值第 2排序轴 The second axis of eco-
system service value; ENX1: 环境因子第 1排序轴 The first axis of environment factors; ENX2: 环境因子第 2排序轴 The second axis of environment
factors; DEM: 海拔 Elevation; SL: 坡度 Slope gradient; CLPC: 人均耕地 Cultivated land area per capita; AR: 年均降水量 Annual rainfall; RT: 岩
石类型 Rocky type; ST: 土壤类型 Soil type; LT: 植被类型 Vegetation type; VC: 植被覆盖度 Vegetation coverage. ** P<0.01, * P<0.05.


图 4 桂西北生态系统服务价值与环境因子 CCA排序图
Fig. 4 Relationship of ecosystem service value with environmental factors in Northwest Guangxi, China
196 中国生态农业学报 2010 第 18卷


均耕地>土壤类型>岩石类型>植被覆盖度。说明坡
度、海拔等对生态系统服务价值影响较大。这与广
西石漠化地区主要分布于坡麓而非成片的特征相
关[32−33]。
从图 2b可知, 不同环境因子对生态系统服务作
用力的大小和作用方向不同, 主要分为 3 组, 其中
坡度和海拔为一组, 与第 1、第 2排序轴正相关; 年
降水量和植被类型为一组, 与第 1 排序轴正相关而
与第 2 排序轴负相关; 人均耕地、土壤类型、岩石
类型和植被覆盖度为一组, 与第 2 排序轴正相关而
与第 1 排序轴负相关。从表 2 可以看出, 有的环境
因子间的相关性较大 , 如坡度和海拔相关系数为
0.64, 土壤类型和岩石类型相关系数为 0.81, 植被覆
盖度与岩石类型和土壤类型相关系数分别为 0.65和
0.62, 说明坡度与海拔、土壤类型与岩石类型、植被
覆盖度与岩石类型和土壤类型间的相互影响较大。
生态系统服务受环境因子影响表现明显的空间分异
特征, 河池、环江等县受年均降水量与植被类型 2
个环境因子的影响较大, 那坡、隆林等县受海拔与
坡度两个环境因子影响较大, 而田林、西林等县受
岩石类型、植被覆盖度、土壤类型及人均耕地等因
子影响较大。
3 结论和讨论
1985年–2000年–2005年期间, 研究区域生态系
统服务价值先降后升呈“V”字形变化, 3个年份分
别为 1 096.52亿元、1 033.84亿元、1 062.57亿元。
林地和灌木自然景观类型是生态系统服务价值总量
的主要贡献者, 营养物循环、调节气体、有机质生
产和土壤形成价值较高, 而涵养水源、土壤保持和
娱乐文化相对较低。各单项生态系统服务分别经历
了不同的变化趋势或不同程度的变化幅度。由于研
究区域处于低纬度地区以及自然地表覆盖类型的原
因, 单位面积生态系统服务价值与我国其他大多数
区域相比较高[6,19,34−36]。然而, 由于广西的绝大部分
石漠化区与峰丛洼地分布于本研究区域, 因而研究
区域单位面积生态系统服务价值与整个广西相比偏
低。潘耀忠等[19]研究表明, 2000 年广西的生态系统
服务价值为 6 015.505亿元(在中国 34个省市区中排
名第 7), 其中桂西北(本研究区域)在广西的面积比
例为 30.41%, 而其生态系统服务价值仅为广西的
17.19%。
研究区域内生态系统服务价值基本呈由西向
东、由高海拔向低海拔递减的空间分异特征, 生态
系统服务价值的空间分异与水热及地形等自然条件
紧密相关, 这与罗俊等[37]对广西河池市生态系统服
务功能研究结果一致。生态系统服务价值与环境因
子间存在很大的相关性, 不同环境因子对生态系统
服务的作用力大小和作用方向不同, 坡度、海拔等
因子贡献率较大[38]。生态系统服务受环境因子影响
表现明显的空间分异特征。从 1985 年到 2005 年整
个时期看, 生态系统服务价值增加区主要分布在生
态系统服务价值较低的东部区, 减少区主要分布在
较高的西部区。典型喀斯特区单位面积生态系统服
务价值显著增加, 非喀斯特区单位面积生态系统服
务价值明显减少。研究表明, 喀斯特区域生态环境
移民和退耕还林等石漠化控制措施效果显著, 有利
于生态系统服务价值的充分发挥。
本文通过遥感评估模型较为系统地评估了桂西
北典型喀斯特区生态系统服务价值, 但依然存在很
多难以解决的问题。生态系统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系统服务价
值评估的指标体系。喀斯特生态系统服务远不止所
选择的这几项测评指标, 有些指标还有所重合。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[13]。涉及的
经济参数本身随时间而变动 , 如人民币和美元汇
率、工业制氧价格和标准煤价格, 以及时间价值和
贴现率等。另外, 典范对应分析方法提供了一种量
化生态系统服务价值与环境因子之间关系的方法 ,
但也存在一定的缺陷, 如样方排序的“弓形效应”
等[31]。
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