閩三角區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評價及其空間分布

朱立晨,王豪偉,唐立娜

1 中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所,城市環(huán)境與健康重點實驗室,廈門 361021 2 中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用[1- 4]。多年來生態(tài)學(xué)學(xué)科不斷發(fā)展,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的相關(guān)研究逐漸成為了新熱點。20世紀(jì)60年代,日本相關(guān)學(xué)者使用替代成本法率先在森林公益機能的經(jīng)濟價值評估中對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行了評價[5- 6]。而后,1997年Daily等學(xué)者對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的概念及其價值評估的理論方法進行了系統(tǒng)的說明[1,7],Costanza等學(xué)者隨之將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的主要功能總結(jié)為17類,并以貨幣價值的形式對10類生物群系進行了估算[8- 11]。20世紀(jì)80年代初,中國學(xué)者也陸續(xù)對不同尺度、不同類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)展開了研究[3- 4,9,12]。目前研究已經(jīng)由類型識別、經(jīng)濟價值評估更多轉(zhuǎn)向機理分析,同時也十分注重時空尺度特征對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響[13]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評價是針對典型區(qū)域生態(tài)系統(tǒng),分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的區(qū)域分異規(guī)律,明確各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要區(qū)域。評價結(jié)果也將為重點生態(tài)功能區(qū)的確定以及生態(tài)保護政策的制定提供直接依據(jù)[5,14]。目前對于陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性的評價主要分為以下四類：(1)對特定區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)某單一服務(wù)進行評價[15- 19]。(2)對某一類型生態(tài)系統(tǒng)中的各種服務(wù)進行評價[20- 23]。(3)利用土地利用數(shù)據(jù)對單位面積某種土地類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行評價,從而表征出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要性[24- 25]。(4)對于某區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性的綜合評價[26- 31]。在不同程度上,這些研究提高了人們對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的理解和認(rèn)知,但仍然存在一些重點和難點問題有待我們進一步的研究和解決。例如：在已有的研究中,對于大中尺度區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性綜合評價的研究較少。一些研究是基于專家的先驗知識對研究區(qū)進行定性的、主觀的評價分析,結(jié)果不能客觀的反應(yīng)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的真實情況。而部分量化分級評價方法由于參數(shù)設(shè)置的過于繁雜,使得數(shù)據(jù)較難獲取。另外,在現(xiàn)有的各類重要性評價研究中,對于評價結(jié)果的分析較為單一,也少有文章對評價結(jié)果的空間分布以及內(nèi)在機理進行進一步研究,本文則將針對這些問題展開研究。

近年來,閩三角城市群經(jīng)濟發(fā)展迅速,但由于缺乏對重點生態(tài)功能區(qū)的識別和有效保護,發(fā)生了許多因城市擴張占用生態(tài)用地的現(xiàn)象,已經(jīng)對生態(tài)系統(tǒng)造成了不同程度上的威脅和破壞。如果不能及時的對重點生態(tài)功能區(qū)進行科學(xué)的識別、劃分和加以保護,隨著城市的不斷發(fā)展壯大,未來閩三角區(qū)域?qū)媾R更加嚴(yán)峻的生態(tài)風(fēng)險。為了更大程度上降低可能面臨的這類生態(tài)風(fēng)險,我們選擇以閩三角區(qū)域為研究對象,運用NPP定量指標(biāo)評價方法,借助RS以及GIS相關(guān)技術(shù)對區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性進行綜合評價,合理劃分出各重要性級別區(qū)域,并對評價結(jié)果的空間分布進行分析,試圖發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性從低值地區(qū)到高值地區(qū)的分布特點以及分布規(guī)律。期望通過對土地利用數(shù)據(jù)以及主控因子的分析能理清影響研究區(qū)各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性區(qū)域劃分的內(nèi)在機理[32]。希望通過此項研究工作的開展,能為閩三角區(qū)域生態(tài)空間的合理開發(fā)、利用以及保護工作提供理論和數(shù)據(jù)的支持,為區(qū)域生態(tài)保護紅線區(qū)的劃定以及相關(guān)政策的制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

閩三角區(qū)域地處福建省南部(25°94′—23°56′N,119°02′—116°89′E),地理位置如圖1所示,是中國除長三角、珠三角、環(huán)渤海之外的第四大沿海區(qū)域經(jīng)濟體,素有“閩南金三角”的美譽[33]。研究區(qū)東臨臺灣海峽和金門諸島,地勢西北高、東南低,海拔范圍在0—1828m,平均海拔900 m,由廈門、漳州、泉州三市及其所轄的云霄縣、漳浦縣、詔安縣等縣(市、區(qū))組成,年平均氣溫在6.1—21.7℃之間,年平均降水量在1136—1831mm之間,屬亞熱帶季風(fēng)性氣候。區(qū)域內(nèi)植被覆蓋度總體較高,自然資源豐富,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量良好。但由于區(qū)內(nèi)山地、丘陵分布廣泛,加之土壤質(zhì)地多以壤土和粉砂壤土為主,地區(qū)內(nèi)水土流失現(xiàn)象較為嚴(yán)重。區(qū)域面積約為25058.89km2,占福建省總面積的20.7%。2015年閩三角區(qū)域人口約1700余萬人,GDP 總量約占全省總量的 47.86%,實現(xiàn)外貿(mào)進出口總值約占全省總量的70%[34]。閩三角區(qū)域是中國沿海經(jīng)濟開放區(qū)之一,其在加快建設(shè)海峽西岸經(jīng)濟區(qū)、加強閩臺經(jīng)濟合作、推進國家一帶一路偉大戰(zhàn)略布局中發(fā)揮著重要作用。

圖1 研究區(qū)地理位置Fig.1 Location of the study area

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)預(yù)處理

2.1.1 數(shù)據(jù)來源

研究所采用的數(shù)據(jù)主要由研究區(qū)內(nèi)的NPP(凈初級生產(chǎn)力)、氣溫及降水、DEM、土壤質(zhì)地以及土地利用數(shù)據(jù)5種數(shù)據(jù)組成。其中：(1)NPP數(shù)據(jù)來源于NASA(美國國家航空航天局)MOD17觀測項目,本文提取了MOD17A3數(shù)據(jù)集中自2000年至2015年的年平均NPP數(shù)據(jù),空間分辨率為1km。(2)氣溫及降水?dāng)?shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)中的中國地面累年值數(shù)據(jù)集(1981—2010年)。(3)DEM數(shù)據(jù)來源于ASTER GDEM先進星載熱發(fā)射和反射輻射儀全球數(shù)字高程模型數(shù)據(jù),空間分辨率為30 m,垂直精度為20 m,水平精度為30 m。(4)土壤質(zhì)地數(shù)據(jù)來源于“寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://westdc.westgis.ac.cn)?！被谑澜缤寥罃?shù)據(jù)庫(HWSD)的中國土壤數(shù)據(jù)集。(5)土地利用數(shù)據(jù)來源于中科院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心的2015年閩三角區(qū)域土地利用一級分類數(shù)據(jù)。

2.1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

通過對原始數(shù)據(jù)的提取、整理以及空間插值等運算,將原始數(shù)據(jù)處理為評價中可直接使用的7種影響因子,分別是：(1)多年平均凈初級生產(chǎn)力NPPmean(2)土壤滲流能力因子Fsic(3)降水因子Fpre(4)坡度因子FSlo(5)土壤可蝕性因子K(6)氣溫因子Ftem(7)海拔因子Falt。具體處理方法如下：(1)將NPP元數(shù)據(jù)通過提取、轉(zhuǎn)換、剔除無用值、統(tǒng)一單位等操作,得到2000—2015年近16年NPPmean值的分布圖。(2)通過對中國土壤數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)進行提取、分類、歸一化賦值得到Fsic值的分布圖。(3)通過選取閩三角區(qū)域以及周邊廣東省部分區(qū)域內(nèi)69個氣象站點近30年的年平均降水?dāng)?shù)據(jù)并對其進行空間克里格插值運算,再將結(jié)果歸一化,得到Fpre值的分布圖。(4)通過GIS工具對DEM數(shù)據(jù)進行坡度運算并將結(jié)果歸一化,得到FSlo值的分布圖。(5)通過對中國土壤數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)進行提取、分類、查表賦值,得到K值的分布圖[35]。(6)通過選取閩三角區(qū)域以及周邊廣東省部分區(qū)域內(nèi)69個氣象站點的近30年的年平均氣溫數(shù)據(jù)并進行空間插值運算,利用海拔數(shù)據(jù)對氣溫插值結(jié)果進行進一步矯正,將校正后的插值數(shù)據(jù)歸一化,最終得到Ftem值的分布圖。(7)通過對ASTER GDEM分塊數(shù)據(jù)進行拼接、提取、歸一化的處理,最終得到Falt值的分布圖。數(shù)據(jù)預(yù)處理的結(jié)果如圖2所示。

圖2 閩三角區(qū)域七種影響因子的空間分布圖Fig.2 Spatial distribution of seven influencing factors in Min triangle area

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評價方法

目前對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性的評價主要采用模型評價法[36-38]和NPP定量指標(biāo)評價法[39-40]等。由于模型評價法參數(shù)繁多,且需要精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)作為支撐,一些模型使用的地域條件也十分苛刻,所以在對大中尺度區(qū)域的重要性評價中較難實現(xiàn)。而NPP定量指標(biāo)評價法是以NPP數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),結(jié)合了種類較少、獲取較易的相關(guān)數(shù)據(jù)進行評價,具有客觀準(zhǔn)確、操作便捷等特點,結(jié)合本研究區(qū)的實際情況,此方法較為適用[40]。NPP定量指標(biāo)評價方法分為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力指數(shù)的計算和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性等級的劃分兩部分,具體方法如下：

2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力指數(shù)的計算方法

(1)水源涵養(yǎng)服務(wù)能力指數(shù)的計算方法

生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)服務(wù)主要表現(xiàn)為植被截留降水、增強土壤下滲、抑制蒸發(fā)、緩和地表徑流和增加降水等功能[41- 43]。通過計算閩三角區(qū)域水源涵養(yǎng)服務(wù)能力指數(shù)WR來實現(xiàn)對研究區(qū)水源涵養(yǎng)服務(wù)重要性的評價。計算中,我們選取了4個主要的影響因子,分別為NPPmean多年平均凈初級生產(chǎn)力、Fsic土壤滲流能力因子、Fpre降水因子、FSlo坡度因子。具體WR指數(shù)的計算公式如下：

WR=NPPmean×Fsic×Fpre×(1-Fslo)

(1)

(2)水土保持服務(wù)能力指數(shù)的計算方法

生態(tài)系統(tǒng)水土保持服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)通過其結(jié)構(gòu)與過程減少由于水蝕所導(dǎo)致的土壤侵蝕作用,主要表現(xiàn)為植被根系能夠固定土壤,減少地表土壤隨降水流失進入溝壑的能力,是生態(tài)系統(tǒng)提供的重要調(diào)解服務(wù)之一[39]。通過計算閩三角區(qū)域水土保持服務(wù)能力指數(shù)來實現(xiàn)對研究區(qū)水土保持服務(wù)重要性的評價,計算中,我們選取了3個主要的影響因子,分別為NPPmean多年平均凈初級生產(chǎn)力、FSlo坡度因子、K土壤可蝕性因子。此方法強調(diào)了綠色植被、地形和土壤結(jié)構(gòu)在水土保持中的作用,可以定量揭示生態(tài)系統(tǒng)水土保持服務(wù)能力的基本空間格局,具體Spro指數(shù)的計算公式如下：

Spro=NPPmean×(1-K)×(1-FSlo)

(2)

(3)生物多樣性保護服務(wù)能力指數(shù)的計算方法

生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性保護服務(wù)主要表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)對生物多樣性的產(chǎn)生與維持、對氣候的調(diào)節(jié)、對洪澇與干旱災(zāi)害減輕、對種子與花粉的擴散、對有害生物的控制、對土壤環(huán)境的凈化等[39]。通過計算閩三角區(qū)域生物多樣性保護服務(wù)能力指數(shù)來實現(xiàn)對研究區(qū)生物多樣性保護服務(wù)的評價。在計算中,我們選取了4個主要的影響因子,分別為NPPmean多年平均凈初級生產(chǎn)力[44]、Ftem氣溫因子、Fpre降水因子、Falt海拔因子,具體Sbio指數(shù)的計算公式如下：

Sbio=NPPmean×Fpre×Ftem×(1-Falt)

(3)

(4)生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)能力指數(shù)的計算方法

通過計算閩三角區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)能力指數(shù)來實現(xiàn)對研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)的重要性評價,由于我們對于閩三角區(qū)域3種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究不涉及具體的權(quán)重偏側(cè),即無法比較哪種服務(wù)對總體的貢獻最大,為了保持研究的中立性,默認(rèn)三種能力指數(shù)的權(quán)重相同,則具體計算公式如下：

IESI=WR+Spro+Sbio

(4)

式中：IESI為生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)能力指數(shù),WR為水源涵養(yǎng)服務(wù)能力指數(shù),Spro為水土保持服務(wù)能力指數(shù),Sbio為生物多樣性保護服務(wù)能力指數(shù)。

2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性等級的劃分方法

通過ArcGIS的柵格計算器工具,將4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)所涉及影響因子的圖層數(shù)據(jù)按照其公式進行疊加運算,得到閩三角區(qū)域4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力指數(shù)的空間分布數(shù)據(jù)[39]。其中,WR取值范圍在0—898之間,Spro取值范圍在0—994之間,Sbio取值范圍在0—998之間,IESI取值范圍在0—2476之間,最后采用自然間斷點分級法 (Jenks)[26]對閩三角區(qū)域4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性進行分級操作,將指數(shù)值由低到高依次劃分為5個重要性級別,具體分級標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評價分級標(biāo)準(zhǔn)

2.3 對評價結(jié)果空間分布規(guī)律的分析方法

通過觀察分級評價結(jié)果圖,我們可以大致觀察出各個重要性級別區(qū)域的空間分布情況,但為了進一步科學(xué)的總結(jié)和歸納分級評價結(jié)果的空間分布規(guī)律,我們又對評價結(jié)果的空間分布進行了一系列客觀、定量的分析,具體方法如下：

2.3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性空間平面上的分布規(guī)律

為了研究了5個重要性級別區(qū)域在4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間平面中的分布規(guī)律。首先,我們對其中心位置及方向分布規(guī)律進行分析,通過arcgis軟件中的中位數(shù)中心計算,找出該級別區(qū)域在研究區(qū)內(nèi)分布的一個地理中心位置。再使用方向分布(標(biāo)準(zhǔn)差橢圓)算法,創(chuàng)建各個重要性級別區(qū)域分布的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓用以概括其整體的位置、離散程度和方向趨勢的分布特征[45]。其次,針對各個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)極為重要區(qū)域進行集中區(qū)與分散區(qū)的分布規(guī)律分析,使用arcgis聚類分布工具對極為重要區(qū)域的分布數(shù)據(jù)進行熱點分析。通過對集中區(qū)與分散區(qū)分布規(guī)律的識別分析,政府部門可以對某生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)極為重要區(qū)域的集中區(qū)加以重點保護并限制某些建設(shè)與開發(fā)。

2.3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性空間立體上的分布規(guī)律

通過arcgis軟件將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評價結(jié)果按照研究區(qū)的海拔及坡度范圍平均分為若干個區(qū)域,分別計算每個范圍區(qū)域內(nèi)4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各重要性區(qū)域的面積占比,通過統(tǒng)計分析軟件制作成隨海拔及坡度變化的面積占比趨勢圖,以定量分析的方法來揭示閩三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各重要性區(qū)域在海拔以及坡度上的分布規(guī)律。

2.4 對形成現(xiàn)有各重要性區(qū)域空間分布規(guī)律內(nèi)在機理的分析方法

首先,對評價結(jié)果中各重要性區(qū)域的土地利用現(xiàn)狀進行分析,使用arcgis軟件將選取的2015年閩三角區(qū)域土地利用一級分類數(shù)據(jù)與各個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性區(qū)域疊加進行分析。通過對分析結(jié)果的統(tǒng)計和計算,得到閩三角區(qū)域4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評價區(qū)域內(nèi)的土地利用現(xiàn)狀占比柱狀圖。其次,對評價結(jié)果中各重要性區(qū)域內(nèi)主要控制因子進行識別分析[15]。通過arcgis軟件將4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性區(qū)域內(nèi)每種影響因子的平均值進行提取和統(tǒng)計,計算各個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性區(qū)域內(nèi)影響因子的相對偏差,找出每種影響因子在各個重要性分區(qū)中正向偏離程度較高前幾項,計算結(jié)果用于識別各個重要性區(qū)域內(nèi)的主要控制因子。具體計算公式如下：

(5)

3 結(jié)果分析

通過使用以上分析方法,最終得到了各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評價的結(jié)果(圖3)以及其相應(yīng)的空間分布的規(guī)律,結(jié)果分析如下：

圖3 閩三角區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評價結(jié)果分布圖Fig.3 Distribution of importance evaluation results of ecosystem services in Min triangle area

3.1 水源涵養(yǎng)服務(wù)重要性評價

3.1.1 水源涵養(yǎng)服務(wù)各重要性區(qū)域的數(shù)量特征

從表2可以看出,閩三角區(qū)域水源涵養(yǎng)服務(wù)極為重要和高度重要區(qū)域面積分別為1507.08km2和4131.63km2,占區(qū)域總面積的6.01%和16.49%,中等重要區(qū)域面積6291.98km2,占區(qū)域總面積的25.11%,較為重要和一般重要區(qū)域面積分別為6959.65km2和6168.56km2,占區(qū)域總面積的27.77%和24.62%。

3.1.2 水源涵養(yǎng)服務(wù)各重要性區(qū)域的空間分布特征

從空間平面上看,隨著重要性級別的提高,閩三角水源涵養(yǎng)服務(wù)各重要性區(qū)域的地理中分布,由廈門市集美區(qū)境內(nèi)逐漸向西北方向移動,最終極為重要區(qū)域的地理中心落在南靖縣境內(nèi)。各個重要性級別區(qū)域分布的方向基本為東北至西南方向,且均較為離散(圖4)。極為重要區(qū)域的集中區(qū)主要分布在平和縣、南靖縣以及德化縣境內(nèi)(圖5)。從空間立體上看,閩三角水源涵養(yǎng)服務(wù)極為重要和高度重要的區(qū)域主要分布在海拔300—1200 m之間,一般重要和較為重要的區(qū)域主要分布在海拔0—300 m之間和1200—1800 m之間(圖6)。與此同時,極為重要和高度重要區(qū)域主要分布在坡度為10°—20°之間的地表環(huán)境中,一般重要和較為重要區(qū)域主要分布在坡度為0°—10°以及坡度>30°的地表環(huán)境中(圖7)。

表2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各重要性區(qū)域面積占比統(tǒng)計表

3.1.3 形成水源涵養(yǎng)服務(wù)各重要性區(qū)域空間分布規(guī)律的內(nèi)在機理

在對研究區(qū)水源涵養(yǎng)服務(wù)各重要性級別區(qū)域土地利用情況的研究中,發(fā)現(xiàn),隨著重要性級別的提高,相應(yīng)級別區(qū)域內(nèi)林地面積占比的呈現(xiàn)出明顯的提升,草地面積占比保持平穩(wěn),而耕地、城鄉(xiāng)、工礦、居民用地、水域以及未利用地的面積占比均呈現(xiàn)出持續(xù)下降的趨勢(圖8)。在對水源涵養(yǎng)服務(wù)重要性評價結(jié)果各重要性區(qū)域內(nèi)主要控制因子的分析中(圖9),可以看出一般重要區(qū)域的主要控制因子依次為土壤滲流能力因子、多年平均凈初級生產(chǎn)力,極為重要區(qū)域的主要控制因子依次為土壤滲流能力因子、多年平均凈初級生產(chǎn)力(表3)。

圖4 評價結(jié)果中各重要性級別區(qū)域的地理中心及方向分布示意圖Fig.4 Sketch map of geographical center and direction of each important grade area in the evaluation result圖中橢圓的長軸方向代表區(qū)域分布的方向,長軸越長說明分布越離散,反之越集中

3.2 水土保持服務(wù)重要性評價

3.2.1 水土保持服務(wù)各重要性區(qū)域的數(shù)量特征

從表2可以看出,閩三角水土保持服務(wù)極為重要和高度重要區(qū)域面積分別為1862.44km2和4804.11km2,占區(qū)域總面積的7.43%和19.17%,中等重要區(qū)域面積6790.29km2,占區(qū)域總面積的27.10%,較為重要和一般重要區(qū)域面積分別為7223.46km2和4378.59km2,占區(qū)域總面積的比例為28.83%和17.47%。

圖6 閩三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)5種重要性級別區(qū)域在不同海拔范圍內(nèi)的面積占比示意圖Fig.6 Variation trends of the area of five important regions of ecosystem services in the Min triangle region with altitude change圖6中橫軸 0—300的含義為：大于0且小于等于300的范圍,以此類推

3.2.2 水土保持服務(wù)各重要性區(qū)域的空間分布特征

從空間平面上看,隨著重要性級別的提高,閩三角水土保持服務(wù)各重要性區(qū)域的地理中分布,由安溪縣東南部逐漸向西南方向移動,最終極為重要區(qū)域分布的地理中心落在漳州市薌城區(qū)境內(nèi),各個重要性級別區(qū)域分布的方向基本為東北至西南方向,且分布均較為離散(圖4)。極為重要區(qū)域的集中區(qū)主要分布在長泰縣、南靖縣、平和縣、華安縣、漳州市薌城區(qū)、漳浦縣、云霄縣以及詔安縣境內(nèi)(圖5)。從空間立體上看,閩三角水土保持服務(wù)各重要性級別區(qū)域在海拔上的分布較為平穩(wěn),總體來說,隨著海拔的不斷升高,極為重要以及高度重要區(qū)域的面積占比略有下降,而一般重要和較為重要區(qū)域的面積占比則略有上升趨勢(圖6)。與此同時,極為重要和高度重要區(qū)域主要分布在坡度為0°—20°之間的地表環(huán)境中,一般重要和較為重要區(qū)域主要分布在坡度>20°的地表環(huán)境中(圖7)。

3.2.3 形成水土保持服務(wù)各重要性區(qū)域空間分布規(guī)律的內(nèi)在機理

在對研究區(qū)水土保持服務(wù)各重要性級別區(qū)域土地利用情況的研究中,我們發(fā)現(xiàn),隨著重要性級別的提高,相應(yīng)重要性級別區(qū)域內(nèi)林地面積占比呈現(xiàn)出明顯的提升,草地和耕地面積占比呈現(xiàn)出先增大后持續(xù)降低的趨勢,而城鄉(xiāng)、工礦、居民用地、水域以及未利用地的面積占比均呈現(xiàn)出持續(xù)下降的趨勢(圖8)。在對水土保持服務(wù)重要性評價結(jié)果中各重要性區(qū)域內(nèi)主要控制因子的分析中(圖9),可以看出一般重要區(qū)域的主要控制因子依次為土壤滲流能力因子、多年平均凈初級生產(chǎn)力,極為重要區(qū)域的主要控制因子依次為土壤滲流能力因子、多年平均凈初級生產(chǎn)力(表3)。

圖7 閩三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)5種重要性級別區(qū)域在不同坡度范圍內(nèi)的面積占比示意圖Fig.7 Variation trends of the area of five important regions of ecosystem services in the Min triangle area with slope change圖7中橫軸 0—10的含義為：大于0且小于等于10的范圍,以此類推

3.3 生物多樣性保護服務(wù)重要性評價

3.3.1 生物多樣性保護服務(wù)各重要性區(qū)域的數(shù)量特征

從表2可以看出,生物多樣性保護服務(wù)極為重要和高度重要區(qū)域面積分別為2381.67km2和5416.92km2,占區(qū)域總面積的9.50%和21.62%,中等重要區(qū)域面積7122.71km2,占區(qū)域總面積的28.42%,較為重要和一般重要區(qū)域面積分別為6328.14km2和3809.45km2,占區(qū)域總面積的25.25%和15.20%。

3.3.2 生物多樣性保護服務(wù)各重要性區(qū)域的空間分布特征

從空間平面上看,閩三角生物多樣性保護服務(wù)從一般重要區(qū)域到極為重要區(qū)域的地理位置中心分布由北部永春縣境內(nèi)逐漸向西南方向移動,最終極為重要區(qū)域的地理中心落在了平和縣境內(nèi),各個重要性級別區(qū)域除一般重要區(qū)域無明顯分布方向外,其余分布方向基本為東北至西南方向。此外,除極為重要區(qū)域分布相對集中外,其余分布均較為離散(圖4)。極為重要區(qū)域的集中區(qū)主要分布在南靖縣、平和縣、云霄縣以及漳州市龍文區(qū)境內(nèi)(圖5)。從空間立體上看,閩三角生物多樣性保護服務(wù)極為重要以及高度重要的區(qū)域主要分布在海拔0—600 m之間,一般重要以及較為重要的區(qū)域主要分布在海拔600—1800 m之間(圖6)。與此同時,隨著地表坡度的逐漸增加,極為重要以及高度重要區(qū)域的面積占比逐漸降低,而一般重要以及較為重要區(qū)域的面積占比則呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(圖7)。

圖8 閩三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各重要性級別區(qū)域內(nèi)的土地利用現(xiàn)狀占比圖Fig.8 Land use proportion in 4 kinds of ecosystem service importance assessment area

3.3.3 形成生物多樣性保護服務(wù)各重要性區(qū)域空間分布規(guī)律的內(nèi)在機理

在對研究區(qū)生物多樣性保護服務(wù)各重要性級別區(qū)域土地利用情況的研究中,我們發(fā)現(xiàn),隨著重要性級別的提高,相應(yīng)重要性級別區(qū)域內(nèi)林地和草地面積的占比基本呈現(xiàn)出先減少后增加的趨勢,而耕地、城鄉(xiāng)、工礦、居民用地、水域以及未利用地的面積占比則均呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(圖8)。在對生物多樣性保護服務(wù)重要性評價結(jié)果中各重要性區(qū)域內(nèi)主要控制因子的分析中(圖9),我們可以看出一般重要區(qū)域的主要控制因子依次為海拔因子、溫度因子,極為重要區(qū)域的主要控制因子依次為海拔因子、多年平均凈初級生產(chǎn)力(表3)。

圖9 閩三角區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各重要性區(qū)域內(nèi)主控因子識別圖Fig.9 Identification of main control factors in the importance regions of ecosystem services of Min triangle area

3.4 生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)重要性評價

3.4.1 生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)各重要性區(qū)域的數(shù)量特征

從表2可以看出,生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)極為重要和高度重要區(qū)域面積分別為2199.34km2和5415.09km2,占區(qū)域總面積的8.78%和21.61%,中等重要區(qū)域面積7177.24km2,占區(qū)域總面積的28.64%,較為重要和一般重要區(qū)域面積分別為6689.58km2和3577.65km2,占總面積的26.70%和14.28%。

3.4.2 生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)各重要性區(qū)域的空間分布特征

從空間平面上看,閩三角生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)從一般重要區(qū)域到極為重要區(qū)域的地理位置中心分布由東北沿海逐漸向西南部方向移動,各個重要性級別區(qū)域的分布方向除一般重要區(qū)域無明顯分布方向外,其余基本為東北至西南方向,分布均較為離散(圖4)。極為重要區(qū)域的集中區(qū)主要分布在華安縣、漳州市薌城區(qū)、漳州市龍文區(qū)、平和縣、南靖縣、漳浦縣、詔安縣以及云霄縣境內(nèi)(圖5)。從空間立體上看,閩三角水源涵養(yǎng)服務(wù)極為重要以及高度重要的區(qū)域主要分布在海拔0—600 m之間,一般重要區(qū)域主要分布在海拔900—1800 m之間,較為重要區(qū)域主要分布在海拔600—1200 m之間(圖6)。與此同時,隨著地表坡度的逐漸增加,極為重要以及高度重要區(qū)域的面積占比出現(xiàn)先增加后降低再增加的現(xiàn)象,但總體趨勢為下降,而一般重要以及較為重要區(qū)域的面積占比則呈現(xiàn)出先降低后增加再降低的現(xiàn)象,但總體趨勢為上升(圖7)。

表3 主控因子識別結(jié)果表

3.4.3 形成生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)各重要性區(qū)域空間分布規(guī)律的內(nèi)在機理

在對研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)各重要性級別區(qū)域土地利用情況的研究中,我們發(fā)現(xiàn),隨著重要性級別的提高,相應(yīng)重要性級別區(qū)域內(nèi)林地面積占比的呈現(xiàn)出明顯的提升,而耕地、城鄉(xiāng)、工礦、居民用地以及水域的面積占比均呈現(xiàn)出持續(xù)下降的趨勢,未利用地占比基本呈現(xiàn)出平穩(wěn)下降的趨勢(圖8)。在對生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)重要性評價結(jié)果中各重要性區(qū)域內(nèi)主要控制因子的分析中(圖9),我們可以看出一般重要區(qū)域的主要控制因子依次為多年平均凈初級生產(chǎn)力、降水因子、土壤滲流能力因子,極為重要區(qū)域的主要控制因子依次為多年平均凈初級生產(chǎn)力、海拔因子、降水因子(表3)。

4 討論與結(jié)論

在研究過程中,發(fā)現(xiàn)NPP定量指標(biāo)評價方法對于這類大中尺度區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要性評價研究十分有效。在對重要性區(qū)域的等級劃分中,沒有使用已有的分位數(shù)法而是選擇自然間斷點法,是因為分位數(shù)法會將每種重要性級別機械的按照等像元數(shù)量分類。這樣并不能凸顯各能力指數(shù)分布的客觀規(guī)律,也不能體現(xiàn)出極為重要區(qū)域的差異性。而自然間斷點分級法則基于數(shù)據(jù)中固有的自然分組對分類間隔加以識別,可對相似值進行最恰當(dāng)?shù)姆纸M,并使各類之間的差異最大化。

同時,發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有的同類研究中,對評價結(jié)果的空間分布分析存在過多的主觀判斷,缺少科學(xué)定量的分析過程。針對此現(xiàn)象,在研究中給出了一套自己的分析方案,也使得對評價結(jié)果能有一個更加科學(xué)直觀的統(tǒng)一認(rèn)識。在使用NPP定量指標(biāo)評價方法對閩三角區(qū)域進行了重要性評價之后,并沒有立刻結(jié)束研究,而是產(chǎn)生了兩點新的思考。其一,是否能夠進一步發(fā)現(xiàn)各重要性區(qū)域空間分布與土地利用之間存在的潛在關(guān)系。其二,既然NPP定量指標(biāo)評價方法能夠?qū)^(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行重要性評價,那么到底是哪種或者哪幾種影響因子對產(chǎn)生各自生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性的評價結(jié)果起到了主導(dǎo)作用。正是這兩個問題的產(chǎn)生,讓我們帶著問題重新回到研究中,對形成現(xiàn)有空間分布規(guī)律的內(nèi)在機理做了進一步探究,研究最終得到富有規(guī)律的結(jié)果也讓人們對其有了更加深入的理解。

由于數(shù)據(jù)收集的困難性,本文僅對研究區(qū)影響因子的多年年平均數(shù)據(jù)進行了獲取,希望得到一個穩(wěn)定的、普適的生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)評價結(jié)果。而現(xiàn)在看來,此項研究的進展也十分順利,研究結(jié)果明確劃分了閩三角區(qū)域水源涵養(yǎng)服務(wù)、水土保持服務(wù)、生物多樣性保護服務(wù)以及生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)的重要性等級和區(qū)域。通過對閩三角區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性的評價,我們驗證了NPP定量指標(biāo)評價方法在大中尺度區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評價中所具有的科學(xué)性與可行性。在對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評價的結(jié)果分析中,我們引入定量分析的方法,從面積、位置、方向、集中分布區(qū)、海拔以及坡度這幾個維度切入,直觀揭示了閩三角區(qū)域4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各重要性區(qū)域的空間分布規(guī)律。此外,通過對各重要性級別區(qū)域內(nèi)土地利用占比變化的分析和主要控因子的識別分析,我們嘗試著發(fā)現(xiàn)了部分影響區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性劃分結(jié)果的內(nèi)在機理,結(jié)果印證了不同土地利用類型下的生態(tài)系統(tǒng)所提供服務(wù)的能力是有明顯差別的。同時,我們還可以看出在這項研究中NPP幾乎在每一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性的評價中都作為主要控制因子,這也同樣可以說明NPP值的空間分布對反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力的空間分布研究具有重要意義。

在接下來的研究中,我們將會對近些年來每年的影響因子數(shù)據(jù)進行獲取,希望能夠探究研究區(qū)范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性區(qū)域多年的、連續(xù)的時空演變規(guī)律,進而更好地理解研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化情況,并基于此規(guī)律對未來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的演變給予科學(xué)的預(yù)測。最后,希望此項研究的成果能為閩三角區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)科學(xué)的研究以及重點生態(tài)功能區(qū)的識別、劃分提供科學(xué)依據(jù),為區(qū)域生態(tài)保護紅線劃定的相關(guān)工作提供理論與技術(shù)上的支持,為相關(guān)環(huán)境規(guī)劃與管理政策制定者提供客觀合理的決策依據(jù)。