密云水庫上游流域生態(tài)系統(tǒng)服務功能空間特征及其與居民福祉的關(guān)系

王大尚，李屹峰，鄭 華，歐陽志云

(中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京 100085)

20世紀90年代以來，國內(nèi)外生態(tài)學和經(jīng)濟學學者從生態(tài)系統(tǒng)服務評價的理論、方法和實踐應用等方面進行了大量探索，這些工作對于正確認識生態(tài)資產(chǎn)、積極實施生態(tài)保護措施起到了極大的促進作用［1-4］。實踐證明，生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估可以應用到環(huán)境保護政策制定中，但是在面對生態(tài)環(huán)境問題時，往往還面臨著當?shù)厝藗兲岣吒ｌ淼钠惹行枨蟆Ｗ?005年千年生態(tài)系統(tǒng)評估(MA)［4］創(chuàng)造性地提出了生態(tài)系統(tǒng)服務與人類福祉各個要素之間的相互關(guān)系以來，生態(tài)系統(tǒng)服務與人類福祉的關(guān)系已逐漸成為近年來生態(tài)系統(tǒng)服務研究者與實踐者關(guān)注的焦點與熱點［5］。目前國內(nèi)外已在生態(tài)系統(tǒng)服務與人類福祉關(guān)系領(lǐng)域進行了一系列探索，例如 Vemuri、Costanza和 Engelbrecht等［6-7］在國家尺度上探討了生態(tài)系統(tǒng)服務與人類主觀福祉的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)人均生態(tài)系統(tǒng)服務與生活滿意度呈顯著正相關(guān)，而在時間序列上卻呈現(xiàn)相反的結(jié)果。實踐中，對生態(tài)系統(tǒng)服務經(jīng)濟福祉的分析也逐漸應用到生態(tài)補償?shù)阮I(lǐng)域［8-10］。雖然眾多學者在全球尺度和國家尺度上對生態(tài)系統(tǒng)服務與人類福祉的關(guān)系進行了探討，充分說明了人類福祉對生態(tài)系統(tǒng)服務的依賴性，但這對于區(qū)域尺度上消除貧窮、提高人類福祉以及生態(tài)系統(tǒng)保育政策制定上的作用十分有限［11］。因此，區(qū)域尺度生態(tài)系統(tǒng)服務與人類福祉關(guān)系，以及如何將這種關(guān)系應用于生態(tài)系統(tǒng)服務管理的研究顯得尤為迫切。

流域作為經(jīng)濟、資源和環(huán)境相互作用較強，整體性相對突出的區(qū)域，在生態(tài)系統(tǒng)服務研究中逐漸得到重視［12］。密云水庫是北京市城市供水的主要水源，潮白河密云水庫上游流域生態(tài)系統(tǒng)服務的變化對密云水庫的水量和水質(zhì)具有重要影響，同樣，流域內(nèi)河北地區(qū)與北京地區(qū)居民貧富差距較大，區(qū)域發(fā)展不平衡［13-14］。近年來，為提高密云水庫的水量和水質(zhì)，在潮白河流域上游地區(qū)采取了一系列生態(tài)環(huán)境保護措施，但針對流域生態(tài)系統(tǒng)服務功能空間特征以及居民福祉的相關(guān)研究開展甚少，生態(tài)系統(tǒng)服務功能與區(qū)域福祉空間關(guān)系仍不明確［15］。本文采用GIS技術(shù)和生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估模型，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上刻畫了流域水資源供給、土壤保持、水質(zhì)凈化、以及產(chǎn)品供給服務和居民福祉空間格局，并在此基礎(chǔ)上初步探討生態(tài)系統(tǒng)服務與居民福祉之間的空間關(guān)系，不僅對建立長期、有效的基于居民福祉的生態(tài)系統(tǒng)管理方法具有一定的理論與實踐意義，同時對該地區(qū)居民福祉的改善以及生態(tài)系統(tǒng)服務保育也具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

潮白河密云水庫上游流域是指潮白河流域密云水庫所控制的部分，它位于北緯40°19'—41°38'和東經(jīng) 115°25'—117°35'之間，流域面積為 15788 km2。流域由潮、白河兩大水系組成，地形西北高、東南低，西北多以海拔1000—2300 m的中山為主，東南部多低山、丘陵和少量平原河灘地。流域?qū)儆谂瘻貛Ъ撅L型大陸性半濕潤半干旱氣候，四季分明。流域內(nèi)植被以原始次生林和人工林為主，天然次生林樹種以闊葉混交雜木林為主，人工林主要包括油松、側(cè)柏、刺槐和落葉松。

流域跨越北京市和河北省，其中北京市境內(nèi)的面積約為3476.7 km2，分布在密云、懷柔和延慶3個區(qū)縣，占水庫流域面積的23.3%，河北省境內(nèi)的面積約為11892 km2，分布在赤城縣、豐寧滿族自治縣、灤平縣、興隆縣、沽源縣和崇禮縣等6個縣。處上游河北地區(qū)的赤城、豐寧、灤平3縣的農(nóng)民人均收入分別為2645、2685、3258元。而同屬于潮白河密云水庫上游的北京市懷柔區(qū)、密云縣、延慶縣的2009年農(nóng)民家庭平均每人年純收入分別為 11012、10682、10470元，區(qū)域發(fā)展不均衡。

本文選取流域內(nèi)6個主要縣市共56個鄉(xiāng)鎮(zhèn)為研究對象，其中河北省內(nèi)共計3個縣41個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，北京市內(nèi)3個縣共15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總面積142.05×104hm2，占整個流域面積的93.1%，如圖1所示。

圖1 密云水庫流域水系與行政區(qū)劃Fig.1 Drainage basins and the administrative divisions of Miyun reservoir watershed

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及InVEST模型簡介

2.1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究采用分辨率為30 m的2009年Landsat TM遙感影像，解譯出了潮白河流域各種生態(tài)類型面積及其空間分布，并利用野外采集的樣點對解譯的結(jié)果進行了精度檢驗，分類精度達到75%，可運用解譯結(jié)果進一步研究分析.徑流和泥沙以及水環(huán)境數(shù)據(jù)來自北京市水利科學研究所以及河北省水利科學研究院。

本研究中用到的其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自各地縣市的統(tǒng)計資料。

2.1.2 InVEST 模型簡介

InVEST模型是在自然資本項目支持下，由美國斯坦福大學、WWF和TNC聯(lián)合開發(fā)的生態(tài)系統(tǒng)服務定量評估模型，該模型基于GIS，能夠在不同地理尺度和社會經(jīng)濟尺度上展示生態(tài)系統(tǒng)服務功能的空間變化以及生態(tài)系統(tǒng)服務權(quán)衡。根據(jù)流域的實際情況及研究目的，本研究選取了“產(chǎn)水量”、“土壤保持”、“水質(zhì)凈化”一共3個子模塊。

2.2 評價方法

2.2.1 水資源供給服務

在本研究中，水資源供給服務指一定區(qū)域內(nèi)的地表產(chǎn)水量，地表產(chǎn)水量的計算基于一個簡化的水文循環(huán)模型，忽略地下水的影響，由降雨量、蒸散量、土壤深度、植物可利用水等眾多參數(shù)綜合決定，水量越多，水資源供給服務就越好。水資源供給服務通過InVEST模型的“產(chǎn)水量”模塊進行評估，土壤深度在標準土壤圖中獲取，植物可利用水含量根據(jù)流域土壤類型以及蔡燕等人［16］的研究結(jié)果得出。

式中，Yxj為第j土地利用類型柵格x的產(chǎn)水量;AETxj為第j土地利用類型柵格x的年實際水分蒸散量;Pxj為第j類土地利用類型柵格x的年降雨量。

通過InVEST模型計算每個像元內(nèi)的水資源供給服務，然后在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)范圍內(nèi)對各個像元水資源供給量Yij求和，再除以鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積即可得到各鄉(xiāng)鎮(zhèn)單位面積水資源供給服務。模型校驗及運行結(jié)果參考李屹峰的研究結(jié)果［17］。

2.2.2 土壤保持服務

土壤侵蝕定量估算過程中，利用遙感數(shù)據(jù)，獲取植被和土地利用信息，提取模型所需的植被和人為措施因子，收集降雨資料和土壤數(shù)據(jù)，計算降雨侵蝕力和土壤可蝕性因子，在通用土壤流失方程的框架基礎(chǔ)上建立區(qū)域土壤侵蝕模型，經(jīng)過諸因子算式及監(jiān)測模型運算，逐個計算出各30m×30m像元的土壤侵蝕模數(shù)，最終估算出整個區(qū)域以及各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的年土壤侵蝕量以及土壤保持量.模型所需參數(shù)有流域、子流域、DEM、降雨侵蝕力、土壤可蝕力、生態(tài)系統(tǒng)類型圖、植被覆蓋因子指數(shù)C、管理因子指數(shù)P，泥沙去除效率sedret_eff、流量累積閾值、坡度閾值。降雨侵蝕力根據(jù)公式(4)結(jié)合降雨量計算得出，土壤可蝕力則采用周為峰和吳柄芳的研究結(jié)果［18］。C因子和P因子結(jié)合于興修和于洋等人研究成果［19-20］及InVEST幫助文檔匯總得出。土壤保持系數(shù)表征地表植被截留從上游遷移來的泥沙，結(jié)合流域的實際情況，參考水文學者的意見，得出不同地類的土壤保持系數(shù)大致范圍，并根據(jù)模型調(diào)試的結(jié)果進行微調(diào)，最終確定可行的土壤保持系數(shù)。流量累積閾值默認采取1000，坡度閾值取45。模型校驗及運行結(jié)果參考李屹峰的研究結(jié)果［17］。

首先，采用通用水土流失方程進行評價:

式中，USLEx表示像元x年土壤侵蝕量;Rx為降雨侵蝕因子;Kx為土壤可蝕性因子;LSx為坡長坡度因子;Cx為植被覆蓋因子;Px為管理因子.

單個像元潛在土壤保持量可以通過下述公式估計:

然后對各鄉(xiāng)鎮(zhèn)范圍內(nèi)各個像元土壤保持量Tx求和，再除以鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積即可得到各鄉(xiāng)鎮(zhèn)單位面積土壤保持量:

式中，Si表示鄉(xiāng)鎮(zhèn)i的單位面積年土壤保持量，Ai表示鄉(xiāng)鎮(zhèn)i的總面積.

2.2.3 水質(zhì)凈化服務功能

本文所指的水質(zhì)凈化服務功能主要考慮各鄉(xiāng)鎮(zhèn)植被對徑流中氮元素的凈化能力，由于各鄉(xiāng)鎮(zhèn)實際凈化污染物的數(shù)量受到該地區(qū)本身的污染排放量以及上游徑流的影響，本文采用鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)各像元平均N素輸出負荷來評價各鄉(xiāng)鎮(zhèn)水質(zhì)凈化服務功能，像元平均N輸出量越高，表明該鄉(xiāng)鎮(zhèn)的水質(zhì)凈化服務功能越差。

首先計算每一個像元的養(yǎng)分持留量，再計算每個像元的污染輸出負荷，然后在鄉(xiāng)鎮(zhèn)的尺度上計算所有像元的平均N輸出負荷，再對該值取倒數(shù)以表征該鄉(xiāng)鎮(zhèn)水質(zhì)凈化服務功能的高低.模型所需的參數(shù)有:數(shù)字高程模型(DEM)、根系長度、植物蒸散系數(shù)、產(chǎn)水量、土地利用圖、氮輸出負荷系數(shù)、植物濾除效率、流量累積閾值。根系長度參考Canadell［21］、劉鈺等人［22］的研究結(jié)果及InVEST模型幫助手冊匯總整理得出;植物蒸散系數(shù)ETK參考吳元芝、張東等［23-24］研究者的數(shù)據(jù)得出不同土地利用類型大致的蒸散系數(shù)。評估方法如下:

式中，WPx是指柵格x的水質(zhì)凈化服務功能，ALVx是柵格x的污染負荷值，polx是柵格x的輸出系數(shù)，HSSx是水文敏感分值，λx是柵格x的徑流系數(shù)，λW是研究流域內(nèi)的平均徑流系數(shù)，∑UYu是柵格x及最后匯入該柵格的所有上游柵格的總產(chǎn)水量。模型校驗及運行結(jié)果參考李屹峰的研究結(jié)果［17］。

2.2.4 產(chǎn)品供給服務

由于資料所限及流域內(nèi)實際產(chǎn)業(yè)情形，本研究產(chǎn)品供給服務主要分為糧食產(chǎn)品供給服務、蔬菜產(chǎn)品供給服務以及畜牧產(chǎn)品供給服務，并采用糧食作物種植面積比例、單位面積蔬菜產(chǎn)量以及單位面積肉蛋奶總價值分別表征流域內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的糧食產(chǎn)品供給服務、蔬菜產(chǎn)品供給服務和畜牧產(chǎn)品供給服務，進而對這幾種供給服務的空間特征進行刻畫。其中肉蛋奶價值采用2009年當?shù)馗鞣N肉類價值進行計算，肉類主要計算豬肉、羊肉、牛肉和雞肉，雞蛋價格采用2009年河北地區(qū)雞蛋價格，牛奶價格則采用2009年河北省牛奶價格。

2.2.5 居民福祉指標

人類福祉是指個人在他們生活的文化氛圍和擁有的價值觀范疇內(nèi)對目前生活狀態(tài)的多維評價，這里將福祉與快樂、幸福、生活質(zhì)量視為同義詞［25-28］.在生態(tài)學上，人類福祉包括過上良好生活所必須的最低物質(zhì)標準、自由和選擇、健康和身體安康、良好的社會關(guān)系、安全、心情舒暢以及精神體驗等［4］。

國內(nèi)外研究結(jié)果表明，國家或地區(qū)的富裕程度與人們的幸福感水平之間存在著較強的正相關(guān)關(guān)系“伊斯特林悖論”也指出，在約1.5萬美元的臨界點下方，人均收入的增加會明顯提升人類福祉，而高于這一臨界點，幸福的提升則很有限，追求經(jīng)濟增長會帶來消極影響，如碳排放、環(huán)境惡化，會使人們不幸福［29］。

研究區(qū)域大部分屬于貧困地區(qū)或者低收入水平地區(qū)，經(jīng)濟收入對他們的影響非常大，因此在本文中，將以農(nóng)民人均年純收入這一指標評價區(qū)域居民福祉。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務與居民福祉空間特征

3.1.1 水資源供給服務

各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的水資源供給服務的空間格局(圖2)，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)單位面積水資源供給范圍在145.29—613.30 m3/hm2，在整個流域范圍內(nèi)，水資源供給服務最好的區(qū)域位于上游流域的赤城縣和豐寧縣。

3.1.2 土壤保持服務

各鄉(xiāng)鎮(zhèn)年土壤保持量的范圍在103—1073 kg/hm2。整個流域整體上的土壤保持服務功能從上游到下游呈逐漸遞增的趨勢，上游地區(qū)以赤城和豐寧二縣的土壤保持功能較好，下游地區(qū)以密云縣和懷柔縣的土壤保持服務功能較差。流域內(nèi)北京地區(qū)土壤保持服務功能要好于河北地區(qū)土壤保持服務功能(圖2)。

3.1.3 水質(zhì)凈化服務

本研究采用鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)各像元(30 m×30 m)平均N素輸出負荷來評價各鄉(xiāng)鎮(zhèn)水質(zhì)凈化服務功能，像元平均N輸出量越高，表明該鄉(xiāng)鎮(zhèn)的水質(zhì)凈化服務功能越差。如圖2所示，整個流域水質(zhì)凈化功能最好的區(qū)域位于潮河流域和白河流域上游以及灤平縣與密云縣交界處，這些區(qū)域植被覆蓋度較好，水質(zhì)凈化服務功能較強。水質(zhì)凈化功能總體上在流域內(nèi)呈現(xiàn)逐漸遞減的趨勢。水質(zhì)污染主要來源于上游地區(qū)生活生產(chǎn)產(chǎn)生的N污染，并且由于上游地區(qū)人類活動，改變了當?shù)氐闹脖桓采w，降低了地表覆蓋物的水質(zhì)凈化服務功能，因此水質(zhì)凈化功能與產(chǎn)品提供功能具有密切的關(guān)系，如表1所示，水質(zhì)凈化服務功能與糧食作物面積、蔬菜產(chǎn)量以及肉蛋奶產(chǎn)量呈顯著負相關(guān)關(guān)系。

3.1.4 產(chǎn)品供給服務

糧食作物面積比例范圍在0.6%—23.1%之間，蔬菜單位面積產(chǎn)量在0—2715 kg/hm2，肉蛋奶按2009年價值進行核算，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)肉蛋奶產(chǎn)值范圍在26—8523元/hm2之間。這3種供給服務在流域內(nèi)整體格局大致相同，赤城縣西部與豐寧縣西部的產(chǎn)量較高，而位于兩縣交界區(qū)域鄉(xiāng)鎮(zhèn)的產(chǎn)量較低，密云縣和灤平縣西部產(chǎn)量較高而東部以及懷柔大部分地區(qū)的產(chǎn)量較低(圖2)。供給服務功能的空間格局也與自然條件密切相關(guān)，潮河流域地勢相對平坦，適于耕種，因而潮河流域區(qū)域供給服務較好，且糧食作物、蔬菜產(chǎn)量以及畜牧業(yè)產(chǎn)量呈現(xiàn)相同的空間格局，潮河流域＞白河流域＞潮白河流域中間區(qū)域，即豐寧、灤平以及密云縣較好，赤城縣次之，而懷柔縣與延慶縣服務供給服務較差。

圖2 生態(tài)系統(tǒng)服務空間分布圖Fig.2 spatial distribution of ecosystem services

3.1.5 居民福祉

流域內(nèi)居民福祉的空間分布呈明顯的區(qū)域特征。流域內(nèi)北京區(qū)域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)民人均年純收入范圍為6408—10808元，河北區(qū)域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)民人均年純收入范圍為667—3050元，其中縣居民福祉水平最低，大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)人均純收入低于2009年貧困縣標準1196元，而懷柔縣大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)民福祉水平最高，人均年純收入達到1萬元左右(圖3)。

圖3 鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度居民福祉空間分布圖Fig.3 Spatial distribution of human wellbeing at township scale

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務相互空間關(guān)系

采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)法對以上6種生態(tài)系統(tǒng)服務進行相關(guān)性分析，結(jié)果表明:流域內(nèi)水資源供給服務與水質(zhì)凈化服務和土壤保持服務呈顯著負相關(guān)，又與糧食供給、蔬菜供給呈現(xiàn)極顯著負相關(guān)關(guān)系，而土壤保持功能則與以上3種產(chǎn)品提供功能無顯著相關(guān)關(guān)系(表1)。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務與居民福祉關(guān)系模式

由于產(chǎn)品供給服務對居民福祉具有直接影響，因此，本文將糧食產(chǎn)品供給服務、蔬菜產(chǎn)品供給服務和畜牧產(chǎn)品供給服務劃分為供給服務，將水質(zhì)凈化服務和土壤保持服務則劃分為調(diào)節(jié)服務，而水資源供給服務與調(diào)節(jié)服務呈顯著負相關(guān)(P＜0.01)?，F(xiàn)將供給服務和調(diào)節(jié)服務兩類共5種生態(tài)系統(tǒng)服務變量進行主成分分析，結(jié)果顯示第一個主成分可以解釋43.7% 的變異，第二主成分可以解釋22.1%的變異，其他的出成分解釋的變異都小于10%。其中:

y1=－0.751×水質(zhì)凈化服務－0.390×土壤保持服務+0.721×糧食產(chǎn)品供給服務 +0.734×蔬菜產(chǎn)量供給服務 +0.640×肉類產(chǎn)量

y2=0.383×水質(zhì)凈化服務+0.835×土壤保持服務+0.247×糧食產(chǎn)品供給服務+0.347×蔬菜產(chǎn)品供給服務+0.282×畜牧產(chǎn)品供給服務

如主成分分析所示，可以用這兩個主成分來分別表征產(chǎn)品供給服務和調(diào)節(jié)服務，以該2種主成分以及居民福祉共3個變量進行聚類分析，以探討居民福祉和生態(tài)系統(tǒng)服務功能之間的關(guān)系。聚類結(jié)果如圖4。

如圖5所示，根據(jù)56個鄉(xiāng)鎮(zhèn)在空間上的聚集狀態(tài)，將其劃分為3種聚集模式，并采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)法分別分析這3種模式下生態(tài)系統(tǒng)服務與居民福祉的相關(guān)關(guān)系(表2)。根據(jù)其特點命名為貧困區(qū)域模式、供給服務依賴模式和北京區(qū)域模式。

(1)低服務低福祉模式

主要分布于流域上游，位于赤城縣和豐寧縣北部以及灤平縣東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)，共25個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。這些區(qū)域供給服務一般(接近平均值)，水質(zhì)凈化服務服務很好(遠高于平均值)(圖5)。水質(zhì)凈化服務與土壤保持服務正相關(guān)，與糧食產(chǎn)品供給服務負相關(guān);福祉水平很差，農(nóng)民人均年純收入范圍為574—1994元，與蔬菜產(chǎn)品供給服務呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)(表2)。

表1 密云水庫上游流域生態(tài)系統(tǒng)服務之間的相關(guān)系數(shù)Table 1 Correlations between pairs of ecosystem services at watershed

圖4 生態(tài)系統(tǒng)服務與居民福祉空間聚集Fig.4 Spatial clustering of ecosystem services and residents'well-being

(2)供給服務依賴模式

分布于灤平大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)、赤城東部和豐寧西部，共16個鄉(xiāng)鎮(zhèn)(圖5)。這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)產(chǎn)品供給服務較好(高于平均值)，水質(zhì)凈化服務較差，遠低于流域整體平均值，土壤保持服務一般，接近流域整體平均值(圖5)。福祉水平一般，農(nóng)民人均年純收入范圍為2200—3050元，福祉與畜牧產(chǎn)品供給服務以及蔬菜產(chǎn)品供給服務呈顯著正相關(guān)(P＜0.05)，與水質(zhì)凈化服務呈顯著負相關(guān)(P＜0.01))(表2)。

圖5 生態(tài)系統(tǒng)服務與福祉關(guān)系不同模式示意圖及其空間位置Fig.5 relationships between ecosystem services and human well-being in different patterns and its locations

(3)高服務高福祉模式

分布于流域北京市境內(nèi)，共15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，這些區(qū)域土壤保持功能較好，遠好于流域整體土壤保持服務，水質(zhì)凈化功能與流域整體平均水平較接近，而供給服務較差，遠低于流域平均水平(圖5)，水質(zhì)凈化服務與產(chǎn)品供給服務呈顯著負相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)(表2);福祉水平較好，農(nóng)民年人均純收入范圍為7250—10808元，與各種服務相關(guān)性不顯著。

表2 不同區(qū)域模式生態(tài)系統(tǒng)服務與居民福祉之間相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlations between pairs of ecosystem services in different regional patterns

3.4 生態(tài)系統(tǒng)服務與居民福祉關(guān)系模式管理建議

針對生態(tài)系統(tǒng)服務與居民福祉的3種關(guān)系模式的特點，以及不同模式的分布區(qū)域自然地理條件，應采用不同的管理措施，如表3所示。

表3 不同生態(tài)系統(tǒng)服務與福祉關(guān)系模式下管理措施Table 3 Management measures under different ecosystem services and well-being relation patterns

4 討論

目前，國內(nèi)學者對生態(tài)系統(tǒng)服務的研究主要集中于特定區(qū)域或特定生態(tài)系統(tǒng)類型總的價值評價，或者在全國尺度上對總的生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行研究［30-32］。例如，方瑜等人對海河流域草原生態(tài)系統(tǒng)服務的總價值進行了評估［30］，陳龍等人則對瀾滄江流域的土壤保持服務進行了評估［31］，石垚等人則對全國范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行了核算，并在省級尺度上分析了生態(tài)系統(tǒng)服務的空間格局［32］。這些研究對于生態(tài)系統(tǒng)服務價值的認識起到了重要作用，充分說明了生態(tài)系統(tǒng)服務保育的重要意義，對我國生態(tài)系統(tǒng)服務管理具有重大的推動作用。但這些研究對區(qū)域尺度上對多種生態(tài)系統(tǒng)服務空間格局的研究較少，還難以滿足區(qū)域尺度上生態(tài)系統(tǒng)管理的需求。本研究利用InVEST模型，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上定量評價了密云水庫上游流域土壤保持服務、水質(zhì)凈化服務和水資源供給服務，并直觀展現(xiàn)了6種生態(tài)系統(tǒng)服務不同的空間特征，土壤保持服務從上游到下游呈逐漸遞增趨勢，水質(zhì)凈化功能總體上在流域內(nèi)呈現(xiàn)逐漸遞減的趨勢，與糧食產(chǎn)品供給服務、蔬菜產(chǎn)品供給服務以及畜牧產(chǎn)品供給服務的空間分布呈相反的趨勢(圖2)，其中與糧食供給服務成顯著負相關(guān)關(guān)系(表1)。生態(tài)系統(tǒng)服務的空間特征分布及其相互關(guān)系的研究有助于深入了解生態(tài)系統(tǒng)服務相互作用機理，便于流域生態(tài)系統(tǒng)服務管理。

人類福祉與生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)有著密不可分的關(guān)系。2005年千年生態(tài)系統(tǒng)評估明確了生態(tài)系統(tǒng)的狀況和變化與人類福祉之間的密切聯(lián)系，提出評估生態(tài)系統(tǒng)與人類福祉之間相互關(guān)系的框架，為多尺度綜合評估生態(tài)系統(tǒng)服務與人類福祉之間各組分的關(guān)系提供了一系列方法，后續(xù)又啟動了一項將知識轉(zhuǎn)化為行動的全球戰(zhàn)略計劃，提出了阻止和扭轉(zhuǎn)生態(tài)系統(tǒng)服務的下降趨勢來改善人類福祉的愿景［4-5，33］。目前國外研究者對于生態(tài)系統(tǒng)服務和人類福祉關(guān)系研究主要集中在全球尺度和國家尺度上，提出了一系列理念和方法［6-7，25］。在國內(nèi)，楊莉等［34］人探討了黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務變化對人類福祉的影響，代光爍等人［35］則探討了內(nèi)蒙古草原生態(tài)系統(tǒng)服務與人類福祉關(guān)系，潘影等人［36］則分析了寧夏固原市生態(tài)保育對當?shù)剞r(nóng)民福祉的影響，這些研究充分說明了當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務對居民福祉的影響和以及居民福祉對供給服務的依賴，但對于具體行政區(qū)域在空間格局上提供的管理依據(jù)依然有限［37］。本研究則在鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上探討了6種生態(tài)系統(tǒng)服務與人類福祉的相互關(guān)系，雖然在流域整體范圍內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)服務與居民福祉無顯著相關(guān)性，根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務和居民福祉將區(qū)域劃分了3種不同的模式:貧困區(qū)域模式、供給服務依賴模式和北京區(qū)域模式。其中供給服務依賴模式中，供給服務水平最高，居民福祉與供給服務的提供具有明顯的相關(guān)性，說明了該模式下居民福祉對供給服務的依賴性。北京區(qū)域模式的特點則表現(xiàn)為福祉高，調(diào)節(jié)服務好，而供給服務較差的特點;貧困區(qū)域模式則表現(xiàn)為福祉差，供給服務差，而水質(zhì)凈化服務較好的特點。本文在分析了這3種生態(tài)系統(tǒng)服務與居民福祉的不同耦合模式，并探討了這種關(guān)系產(chǎn)生的地理和社會經(jīng)濟原因，這有助于在鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政管理尺度上制定針對性的生態(tài)管理政策。

人類福祉是一個與人的生活狀態(tài)、感知、情感等聯(lián)系緊密的一個復雜的多維度概念［26］。鑒于人類福祉的復雜性，Smith等人［37］將人類福祉指標劃分為經(jīng)濟福祉、環(huán)境福祉和社會福祉;程國棟等人［27］則將人類福祉指標采用經(jīng)濟、人文、資源和環(huán)境等方面;Easterlin的研究表明，年人均純收入低于1.5萬美元時，人類主觀福祉與人均純收入顯著正相關(guān)［29］。由于數(shù)據(jù)的有限性和研究區(qū)域的社會經(jīng)濟情況，與代光爍和潘影等人［35-36］相同，本研究采用經(jīng)濟指標即農(nóng)民人居純收入作為居民福祉的代理指標。但是，人類福祉的多維性特征也要求我們在評價居民福祉過程中，需要從多個角度考慮居民福祉，避免過重強調(diào)經(jīng)濟福祉，而忽略健康和社會以及主觀福祉等方面的內(nèi)容，使福祉評價內(nèi)容和評價方法更加科學，這還有待于在更多的案例中進一步研究。

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