基于可持續(xù)發(fā)展的太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)垂直分類管理*

高會(huì)，劉金銅，朱建佳，李曉榮

①中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所 農(nóng)業(yè)資源研究中心/中國(guó)科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/河北省節(jié)水農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊 050022；②中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；③河北科技師范學(xué)院 園藝科技學(xué)院，河北 秦皇島 066004

中國(guó)是一個(gè)多山的國(guó)家，山地面積約占陸地總面積的70 %， 超過(guò)40 %的人口生活在山區(qū)[1-2]。山地為人們提供著多種直接或者間接的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[3]，這些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)來(lái)源于人類和自然相互作用形成的山地生態(tài)系統(tǒng)，而山地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)于快速的全球變化在生態(tài)和經(jīng)濟(jì)上都表現(xiàn)出敏感性[4]。在全球氣候變化、經(jīng)濟(jì)一體化的條件下，山區(qū)的發(fā)展面臨著眾多挑戰(zhàn)。其中，山區(qū)可持續(xù)發(fā)展成為山區(qū)研究的重要關(guān)注點(diǎn)[5-7]，優(yōu)化調(diào)控管理是實(shí)現(xiàn)山區(qū)可持續(xù)發(fā)展的根本措施[8-9]。

不同空間尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評(píng)估與空間分布已有不少研究[10-11]，Hayha等[12]評(píng)估了山區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，并給出了其空間分布。但是，在山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究中，人們忽略了山地垂直地帶性[13]，只對(duì)其空間分布進(jìn)行了一些描述[14]，并沒(méi)有闡明垂直梯度上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的特征。因此，在山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估的基礎(chǔ)上，明確其垂直梯度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能格局是非常有必要的。

垂直地帶性分異是山地特有的一種現(xiàn)象，形成地貌 、植被和土壤等的垂直帶以及自然景觀垂直帶[13]。目前垂直地帶性分異的研究主要有垂直帶譜和垂直帶界線研究[15-16]。以前研究中的垂直帶譜中垂直帶和垂直帶界線，通常以各類植被和土壤為主要標(biāo)志，并結(jié)合水熱條件和地貌特點(diǎn)來(lái)劃分，不能全面反映山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的垂直分異特征。

太行山區(qū)東西橫跨4個(gè)經(jīng)度，南北縱跨6個(gè)緯度，是黃土高原和華北平原的天然分界線。黃土高原的部分河流經(jīng)太行山流入華北平原，因此太行山區(qū)具有重要的地理意義和生態(tài)意義。太行山區(qū)由于海拔高度并不足夠高，在垂直梯度上還沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的垂直帶譜分布。但是，根據(jù)對(duì)大量調(diào)研考察資料以及相關(guān)資料的整合歸納，發(fā)現(xiàn)太行山區(qū)在垂直梯度上表現(xiàn)出較明顯的生態(tài)特征分異規(guī)律。研究太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)分異特征，確定其垂直分異的關(guān)鍵線帶，分析垂直梯度上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分布特征，可以為太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)梯度分類優(yōu)化管理、實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

借鑒垂直帶譜中的研究理論，本文以太行山區(qū)水、土、氣、生的典型生態(tài)要素指標(biāo)的高程變化為依據(jù)，確定了太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)垂直分異的關(guān)鍵線帶，進(jìn)而將太行山區(qū)劃分為亞高山區(qū)、中山區(qū)和低山丘陵區(qū)3類生態(tài)系統(tǒng)空間格局。根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)梯度變化的差異性，界定太行山3類生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)垂直梯度上管理的可持續(xù)發(fā)展最優(yōu)模式為：亞高山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)以調(diào)節(jié)和支持功能為主；中山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)同時(shí)兼顧調(diào)節(jié)、支持與生產(chǎn)功能；低山丘陵區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)以生產(chǎn)功能為主，兼顧其他功能，但要注重各功能的協(xié)調(diào)。

1 研究區(qū)概況

太行山區(qū)是華北平原的天然屏障和重要的水源地，位于34°36′N～40°47′N，110°42′E～116°35′E，包括北京、河南、山西和河北的101個(gè)縣，面積約為1 400萬(wàn)hm2(1 hm2=10 000 m2)。山勢(shì)東坡陡、西坡緩，北高南低，最高海拔約3 000 m，最低海拔約為10 m，平均海拔為860 m(圖1)。太行山區(qū)屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，多年年平均降雨量為570 mm，年均溫為10℃。太行山區(qū)主要土地利用類型為耕地、林地、草地、建筑用地，占總面積的90 %以上。

圖1 太行山區(qū)地理位置圖

2 數(shù)據(jù)處理

太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)垂直分異關(guān)鍵線帶的確定選擇土地利用、植被NPP、產(chǎn)水量和氣溫作為太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)要素土、生、水和氣的表征性指標(biāo)。不同的土壤會(huì)有不同的土地利用類型[17]，不同的土地利用類型會(huì)產(chǎn)生不同的生態(tài)過(guò)程，進(jìn)而反應(yīng)不同的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[18]。生態(tài)系統(tǒng)要素包括生態(tài)系統(tǒng)中的一切生物。而植被是其中最重要的一種生物。植被NPP表征生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量狀況和生產(chǎn)能力[19]，是評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的重要指標(biāo)[10-11]。山區(qū)素有水塔之稱[20]，太行山區(qū)為山區(qū)和京津冀地區(qū)提供淡水。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能能夠反應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[21]。溫度變化影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和生產(chǎn)力[22]，不同的氣溫條件下具有不同的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

綜上所述，土地利用、植被NPP、產(chǎn)水量和氣溫作為太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)要素土、生、水和氣的表征性指標(biāo)，具有其科學(xué)性和合理性。

2.1 土地利用

太行山區(qū)土地利用數(shù)據(jù)是利用30 m分辨率的TM影像(2010年)，通過(guò)目視判讀而得，經(jīng)過(guò)實(shí)地考察證明其分類精度在80 %以上。土地資源分類系統(tǒng)依據(jù)國(guó)家二調(diào)分類標(biāo)準(zhǔn)而定，包括6個(gè)一級(jí)類型(耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)居民點(diǎn)和工礦用地、未利用土地)，25個(gè)二級(jí)類型(水田、旱作；有林地、灌木林地、疏林地，其他林地；高覆蓋草地、中覆蓋草地、低覆蓋草地；河渠、湖泊、水庫(kù)坑塘、冰川積雪、海涂、灘地；城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)、工交建設(shè)用地；沙地、戈壁、鹽堿地、沼澤地、裸土地、裸巖、其他)。在此基礎(chǔ)上對(duì)土地利用類型進(jìn)行了重新分類，分為7個(gè)類型(農(nóng)田、森林、草地、建設(shè)用地、濕地、荒漠、水域)。

2.2 植被NPP

植被NPP數(shù)據(jù)空間分辨率為1 km(https://ipdaac.usgs.gov)。該產(chǎn)品基于MODIS/TERRA衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，通過(guò)BIOME-BGC模型計(jì)算得到植被NPP數(shù)據(jù)，其空間分辨率為1 km。用一元線性回歸分析法，基于像元分析太行山區(qū)2000—2014年植被NPP變化，線性回歸的斜率k即為NPP變化速率，公式為：

式中：k為NPP變化速率；N=15為年數(shù)；NPPi為第i年的NPP值，t為年份。基于ArcGIS的柵格計(jì)算功能，可得到植被NPP在2000—2014年間的變化趨勢(shì)圖。當(dāng)k＞0，說(shuō)明植被NPP呈增加趨勢(shì)，反之為減少趨勢(shì)。

2.3 產(chǎn)水量

基于inVEST模型中產(chǎn)水量子模塊[23-24]原理，本研究中的產(chǎn)水量為降雨量減去實(shí)際蒸散發(fā)量。降雨數(shù)據(jù)是由太行山區(qū)102個(gè)多年平均降水氣象站數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行插值，插值方法采用(普通)克里金算法，生成柵格分辨率1 km。太行山區(qū)實(shí)際蒸散發(fā)是以MOD16蒸散發(fā)為數(shù)據(jù)源，空間分辨率為1 km(https://ntsg.umt.edu)，該產(chǎn)品基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，通過(guò)Penman-Monteith公式[25]計(jì)算得到實(shí)際蒸散發(fā)數(shù)據(jù)。

2.4 氣溫

太行山區(qū)年均氣溫?cái)?shù)據(jù)由太行山區(qū)102個(gè)多年平均氣溫氣象站數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行插值，插值方法采用(普通)克里金算法，生成柵格分辨率1 km。

2.5 高程

高程數(shù)據(jù)來(lái)源于ASTER GDEM(advanced spaceborne theemal emission and reflection radiometer global digital elevation model)，即先進(jìn)星載熱發(fā)射和反射輻射儀全球數(shù)字高程模型(http://gdem.ersdac.jspacesystems.or.jp)，其空間分辨率為30 m(圖1)。

3 研究方法

3.1 關(guān)鍵線帶確定

利用ArcGIS軟件將土地利用、植被NPP、產(chǎn)水量和氣溫4個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)在垂直梯度上以100 m為一個(gè)統(tǒng)計(jì)單元分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。由于高海拔地區(qū)的面積比例較少，其中的土地利用和植被NPP以及產(chǎn)水量指標(biāo)將海拔大于2 500 m的區(qū)域作為一個(gè)統(tǒng)計(jì)單元。

在確定各個(gè)生態(tài)系統(tǒng)要素表征指標(biāo)垂直分異的關(guān)鍵線的基礎(chǔ)上，采用加權(quán)的方法綜合各個(gè)關(guān)鍵線，確定太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)垂直分異的關(guān)鍵線。由于生態(tài)系統(tǒng)要素表征指標(biāo)對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的區(qū)劃都具有重要的意義[26-27]，定義每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值為1/3(由于年均氣溫指標(biāo)沒(méi)有明顯的垂直分異特征，不能確定其垂直分異的關(guān)鍵線)。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估

計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的公式如下：

其中，AK是某種生態(tài)系統(tǒng)類型面積，VCK是某種生態(tài)系統(tǒng)類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。VCK是一個(gè)當(dāng)量的價(jià)值量乘以某種當(dāng)量，本研究一個(gè)當(dāng)量的價(jià)值為3 406.5元。

3.3 當(dāng)量表修正

根據(jù)謝高地等[11]單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量表，對(duì)太行山區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行計(jì)算。由于其當(dāng)量表是針對(duì)全國(guó)的一個(gè)平均值，為了更加準(zhǔn)確地計(jì)算研究區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，本文利用NPP(MODIS)對(duì)其進(jìn)行修正。其修正系數(shù)公式如下：CCi=NPPi/NPPeve，其中，CCi是當(dāng)量表的修正系數(shù)，NPPi是研究區(qū)域某種土地利用類型的凈初級(jí)生產(chǎn)力的平均值，NPPeve是全國(guó)相對(duì)應(yīng)的土地利用類型的凈初級(jí)生產(chǎn)力的平均值。

3.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能格局指數(shù)

太行山區(qū)各個(gè)分區(qū)的面積有較大的差異，因此生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的總價(jià)值不能說(shuō)明太行山區(qū)各分區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能格局。另外，在謝高地等[11]的當(dāng)量表中，單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)絕對(duì)價(jià)值存在調(diào)節(jié)服務(wù)＞支持服務(wù)＞供給服務(wù)＞文化服務(wù)的趨勢(shì)，因此，各個(gè)分區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的主體功能都是調(diào)節(jié)服務(wù)，這與太行山區(qū)實(shí)地情況不符。為了確定各分區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能格局，這里引入了功能格局指數(shù)，該指數(shù)以太行山區(qū)每種單位面積生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值為基準(zhǔn)，與各分區(qū)進(jìn)行比較，確定其分區(qū)的主體服務(wù)功能，公式為：FPD=ESVij/ESVej，其中i=1、2、3，分別代表低山丘陵區(qū)、中山區(qū)和亞高山區(qū)，j=(1、2、3、4)，分別代表供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)。FPD為功能格局指數(shù)，ESVij為太行山區(qū)i分區(qū)j服務(wù)單位面積價(jià)值，ESVej為太行山區(qū)j服務(wù)單位面積價(jià)值，服務(wù)功能指數(shù)越大說(shuō)明該項(xiàng)服務(wù)功能在分區(qū)中越重要。

4 結(jié)果與分析

4.1 太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)垂直分異特征

(1)土地利用的垂直分異特征

以海拔高度和土地利用中農(nóng)田、森林、草地、建設(shè)用地面積百分比作為聚類指標(biāo)，通過(guò)聚類分析將所有指標(biāo)分為3類，高程＜600 m，高程600～1 600 m和高程＞1600 m，即600 m、1 600 m為太行山區(qū)土地利用垂直分異的突變線。太行山區(qū)各類分區(qū)土地利用類型主要以農(nóng)田、森林、草地、建設(shè)用地為主，3個(gè)分區(qū)隨著海拔的升高，農(nóng)田、建設(shè)用地面積占所在分區(qū)總面積的比例逐漸減少，森林、草地的面積比例逐漸增加。

(2)植被NPP垂直分異特征

由圖2可知，太行山區(qū)垂直分布上NPP年際間變化速率有兩個(gè)明顯的峰值。利用回歸分析將NPP年際間變化速率分段進(jìn)行擬合，二次多項(xiàng)式擬合較好(R2＞0.8)，擬合曲線分別在海拔約600 m、1 300 m處出現(xiàn)峰值，表明在兩個(gè)海拔處NPP年際間變化速率最大。NPP表征生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量狀況和生產(chǎn)能力[19]，是評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的重要指標(biāo)[10-11]。600 m、1 300 m處NPP年際間變化速率大說(shuō)明該海拔處生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能出現(xiàn)分異的特征。

(3)產(chǎn)水量垂直分異特征

由圖3可知太行山區(qū)垂直分布上產(chǎn)水量有兩個(gè)峰值。利用回歸分析將產(chǎn)水量分段進(jìn)行擬合，二次多項(xiàng)式擬合較好(R2≈0.8)，擬合曲線分別在海拔約500 m、1 400 m處出現(xiàn)峰值。太行山區(qū)每公頃產(chǎn)水量約500 m3，產(chǎn)水量隨著海拔的升高呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，且呈現(xiàn)波動(dòng)性的變化。太行山區(qū)垂直分布上產(chǎn)水量分別在海拔約500 m、1 400 m處出現(xiàn)峰值，說(shuō)明對(duì)于提供淡水這項(xiàng)服務(wù)功能，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在這兩處達(dá)到最佳狀態(tài)，其余的海拔高度處生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)處于可優(yōu)化狀態(tài)。因此500 m、1 400 m為產(chǎn)水量垂直分異的關(guān)鍵線。

圖2 太行山區(qū)植被NPP年際間變化速率

圖3 太行山區(qū)產(chǎn)水量

(4)年均氣溫

太行山區(qū)多年年均氣溫為8.99 ℃。隨著海拔的升高年均氣溫穩(wěn)定降低(圖4)。年均氣溫在垂直梯度上沒(méi)有明顯的分異特征。但是，氣溫是生態(tài)系統(tǒng)不可缺少的要素，在太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)要素垂直分異的關(guān)鍵線/帶的確定中不可或缺。

4.2 太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)垂直分異關(guān)鍵線帶確定

每個(gè)生態(tài)系統(tǒng)要素表征指標(biāo)都有其垂直分異的關(guān)鍵線，且關(guān)鍵線有一定的差異。利用加權(quán)方法綜合各個(gè)要素指標(biāo)的關(guān)鍵線，得到太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)垂直分異的兩個(gè)關(guān)鍵線，即567 m、1 433 m。由于多數(shù)指標(biāo)都是以100 m為統(tǒng)計(jì)單元的，所以其關(guān)鍵線也應(yīng)該以100 m為單元，即太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)垂直分異的兩個(gè)關(guān)鍵帶為(567±50) m和(1433±50) m，即500～600 m和1 400～1 500 m。兩個(gè)關(guān)鍵帶的面積約占太行山區(qū)總面積的9.07 %，其中，500～600 m關(guān)鍵帶的面積比例為4.85 %，主要位于太行山區(qū)東部，跨越太行山區(qū)南北；1 400～1 500 m關(guān)鍵帶的面積比例為4.22 %，零散分布于太行山區(qū)中西部 (圖5)。

圖4 太行山區(qū)年均氣溫

圖5 太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)垂直分異的關(guān)鍵帶空間分布

4.3 太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)垂直分異特征

4.3.1 太行山區(qū)垂直梯度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估

太行山區(qū)各個(gè)分區(qū)，即低山丘陵區(qū)、中山區(qū)、亞高山區(qū)，1公頃單位面積服務(wù)總價(jià)值分別為19 788元、21 706元、82 502元，4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積服務(wù)價(jià)值也是亞高山區(qū)＞中山區(qū)＞低山丘陵區(qū)(圖6)，這是因?yàn)樵趩挝幻娣e服務(wù)價(jià)值高的主要土地利用類型(除了水域、濕地)，如林地和草地，隨著海拔的升高其面積比例增加。由于在價(jià)值當(dāng)量表中所有的土地利用類型的4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量都是調(diào)節(jié)服務(wù)＞支持服務(wù)＞供給服務(wù)＞文化服務(wù)，因此，在3個(gè)分區(qū)單位面積的4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有相同的趨勢(shì)，即調(diào)節(jié)服務(wù)＞支持服務(wù)＞供給服務(wù)＞文化服務(wù)。

4.3.2 太行山區(qū)垂直梯度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能格局

表1列出了太行山各個(gè)分區(qū)的服務(wù)功能指數(shù)。在低山丘陵區(qū)，供給服務(wù)的服務(wù)功能指數(shù)最高，為主要服務(wù)功能，約是其他服務(wù)功能指數(shù)的2倍。在中山區(qū)，4種服務(wù)功能指數(shù)都接近于0.5，說(shuō)明4種服務(wù)功能基本是均衡的。在高山區(qū)，除了供給服務(wù)功能格局指數(shù)小于2，其余3種服務(wù)功能指數(shù)都大于2，說(shuō)明除了供給功能，其余3種服務(wù)功能都是高山區(qū)的主體功能。

綜上所述，太行山區(qū)垂直梯度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能格局為：隨著海拔的升高，以供給服務(wù)功能為主轉(zhuǎn)變?yōu)?種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能均衡，再由4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能均衡轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)節(jié)、支持和文化服務(wù)功能為主。

圖6 太行山區(qū)各分區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

表1 服務(wù)功能指數(shù)

4.4 基于可持續(xù)發(fā)展的太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)分類管理模式

太行山低山丘陵區(qū)，居住人口約占太行山區(qū)總?cè)丝诘?6 %，耕地資源在該區(qū)域較多。山區(qū)耕地所帶來(lái)的負(fù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)也是顯而易見(jiàn)的，如耕地降低土壤的有機(jī)質(zhì)含量[28]、造成水污染、減少生物多樣性[29]、消耗地下水資源[30]。太行山低山丘陵區(qū)存在人多地少的矛盾，為了實(shí)現(xiàn)生存的需要，必須實(shí)現(xiàn)山坡地高產(chǎn)出，同時(shí)還要保護(hù)環(huán)境，防止耕地對(duì)環(huán)境造成的負(fù)服務(wù)。農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)是在綜合考慮社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)因素的前提下，將喬木和灌木等有機(jī)結(jié)合到農(nóng)牧生態(tài)系統(tǒng)中，為社會(huì)提供供給功能的同時(shí)保障自然資源的可持續(xù)生產(chǎn)[31]。太行山區(qū)低山丘陵區(qū)應(yīng)該發(fā)展農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，找到農(nóng)林最佳組合模式，即保證供給服務(wù)的同時(shí)，又確保生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展。

太行山中山區(qū)，農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)流轉(zhuǎn)逐漸成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的熱點(diǎn)問(wèn)題。在太行山中山區(qū)經(jīng)過(guò)土地流轉(zhuǎn)發(fā)展了一批因地制宜的開(kāi)發(fā)模式，如井陘縣的萬(wàn)畝連翹基地、平山縣葫蘆峪的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園、武安市農(nóng)林牧畜相結(jié)合的模式。在開(kāi)發(fā)利用初期，土壤發(fā)生擾動(dòng)，土壤微生物群落發(fā)生改變[32]，土地利用變化會(huì)改變區(qū)域的水文過(guò)程[33]，造林會(huì)降低土壤的總磷含量[34]，伐林會(huì)降低土壤有機(jī)質(zhì)的含量[35]；植被覆蓋率較低，水土流失較嚴(yán)重[36]。但隨著開(kāi)發(fā)利用模式形成，土壤固定，植被覆蓋率增加，在初期出現(xiàn)的負(fù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)消失，并且在不同程度上增加了供給服務(wù)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)保護(hù)了環(huán)境。

太行山亞高山區(qū)，土地利用類型主要以森林和草地為主，森林和草地的主要功能為調(diào)節(jié)氣候、水文，保持土壤、維持養(yǎng)分循環(huán)[37-39]。為保護(hù)這些森林和草地免受人類活動(dòng)破壞，高山區(qū)建立了多個(gè)自然保護(hù)區(qū)，同時(shí)適當(dāng)?shù)匕l(fā)展旅游業(yè)，增加了文化服務(wù)。

5 結(jié)論

山區(qū)可持續(xù)發(fā)展是山區(qū)研究的重要關(guān)注點(diǎn)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)優(yōu)化調(diào)控管理是實(shí)現(xiàn)山區(qū)可持續(xù)發(fā)展的根本措施。太行山區(qū)因海拔高度較低，雖然在垂直梯度上沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的垂直帶譜特征，但仍呈現(xiàn)較明顯的生態(tài)特征垂直分異規(guī)律。

選取太行山區(qū)產(chǎn)水量、土地利用、溫度和植被NPP作為生態(tài)系統(tǒng)主要要素的表征指標(biāo)，利用ArcGIS軟件以100 m海拔梯度為一個(gè)單位分別研究其垂直梯度變化特征，并綜合4個(gè)指標(biāo)確定了太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)500～600 m和1 400～1 500 m兩個(gè)垂直分異關(guān)鍵線帶，這兩個(gè)線帶將太行山區(qū)劃分為＞1 500 m的亞高山區(qū)、600～1 400 m的中山區(qū)和＜500 m的低山丘陵區(qū)3類生態(tài)系統(tǒng)空間格局。

在確定了“二帶三區(qū)”的基礎(chǔ)上，分析得到3個(gè)生態(tài)類型區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)由大到小的梯度變化依次為亞高山區(qū)＞中山區(qū)＞低山丘陵區(qū)；分析3個(gè)生態(tài)類型區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能指數(shù)后表明：低山丘陵區(qū)供給服務(wù)最高；中山區(qū)供給、調(diào)節(jié)、支持和文化4種服務(wù)基本相同；亞高山區(qū)除供給服務(wù)較低外其余3種服務(wù)均較高。由此說(shuō)明：隨著海拔升高，太行山區(qū)垂直梯度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)由以供給服務(wù)為主轉(zhuǎn)變?yōu)?種服務(wù)均衡，再轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑枪┙o服務(wù)為主。

太行山區(qū)3個(gè)生態(tài)類型區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)梯度調(diào)控管理的可持續(xù)發(fā)展模式和目標(biāo)為：亞高山區(qū)以非供給服務(wù)為主，調(diào)控功能目標(biāo)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)外溢區(qū)；中山區(qū)以4種功能均衡發(fā)展，調(diào)控功能目標(biāo)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)外溢廓道和供給服務(wù)人工調(diào)控提升區(qū)；低山丘陵區(qū)以供給服務(wù)為主導(dǎo)，兼顧協(xié)調(diào)其他功能，調(diào)控功能目標(biāo)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)過(guò)程控制與調(diào)整、水土耦合與農(nóng)林結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置區(qū)。

(2018年1月9日收稿)

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