2000—2015年祁連山南坡生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化

錢大文,曹廣民,杜巖功,李 茜,郭小偉

中國科學(xué)院西北高原生物研究所,青海省寒區(qū)恢復(fù)生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 西寧 810008

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是人類從生態(tài)系統(tǒng)獲得的收益,這些收益包括可以直接影響人類生活的供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)和文化服務(wù),以及維持其他服務(wù)所必須的支持服務(wù)[1]。1997年,Daily和Costanza等的研究引起了對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的廣泛關(guān)注和研究,而MA(Millennium Assessment)在2005年的報(bào)告則使全球范圍的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評估研究成為熱點(diǎn)[1- 4]。在全球氣候變化和人類活動的雙重影響下,陸地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及過程發(fā)生了劇烈變化,致使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能受到損害和削弱[4- 5],而對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價(jià)值的量化評估,能夠?yàn)闆Q策者制定生態(tài)保護(hù)規(guī)劃與管理制度提供可靠參考和依據(jù),進(jìn)而促進(jìn)人地和諧和可持續(xù)發(fā)展[6- 8]。

目前生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算方法主要包括基于土地利用/覆被數(shù)據(jù)的面積當(dāng)量法、遙感定量法以及模型綜合法。Costanza等[3]率先利用土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量,核算了全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,謝高地等[9]基于實(shí)際情況對當(dāng)量系數(shù)進(jìn)行修改,提出了中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量表,并計(jì)算了中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。目前國內(nèi)外研究主要基于這兩個(gè)研究提出的當(dāng)量系數(shù),并針對當(dāng)?shù)厍闆r進(jìn)行應(yīng)地制宜的修改[10- 12]。此外,許多研究關(guān)注城市、熱帶雨林、山區(qū)等生態(tài)系統(tǒng)變化劇烈或敏感地區(qū),土地利用/覆蓋變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響[13- 15]。利用遙感手段和生態(tài)學(xué)方法,建立生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值生態(tài)遙感定量計(jì)算模型,能夠考慮生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的時(shí)空分異,使結(jié)果更加真實(shí)可信,進(jìn)而為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)管理提供直觀可視化的、定量的評價(jià)結(jié)果[16- 17]。例如何浩等[17]和姜立鵬等[18]利用生態(tài)遙感參數(shù),分別對中國陸地生態(tài)系統(tǒng)和草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行測算,王愛玲等[19]、許旭等[20]和亢紅霞等[21]則對不同區(qū)域尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行估算。Pettorelli等[22]系統(tǒng)總結(jié)了能夠用于開展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能監(jiān)測的遙感數(shù)據(jù)集,其認(rèn)為遙感數(shù)據(jù)在包括全球生物多樣性監(jiān)測和生態(tài)保護(hù)等多個(gè)重要議題方面具有巨大潛力。Stritih等[23]基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)討論了遙感數(shù)據(jù)等在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價(jià)中的不確定性問題。Paruelo等[24]基于NDVI數(shù)據(jù)提出了ES provision index,用于計(jì)算南美洲典型生態(tài)區(qū)的碳儲存、水源涵養(yǎng)和生物多樣性服務(wù)。模型綜合法通過利用InVEST、ARIES、Sol VES等模型[25],綜合地面調(diào)查、多源數(shù)據(jù)融合和GIS技術(shù),對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及價(jià)值進(jìn)行定量評估。其中InVEST模型的應(yīng)用最廣泛,全球各地學(xué)者在不同生態(tài)系統(tǒng)類型背景下開展案例研究[26]。

祁連山位于青藏高原東北緣,青海省和甘肅省交界,是我國西北干旱區(qū)的水源涵養(yǎng)功能區(qū)和國家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)之一,其生態(tài)環(huán)境保護(hù)和穩(wěn)定性的維持,對青海、甘肅和內(nèi)蒙古三大省區(qū)數(shù)百萬人的生態(tài)安全具有至關(guān)重要的作用[27]。隨著祁連山國家公園的成立,祁連山生態(tài)環(huán)境保護(hù)進(jìn)入一個(gè)新的階段,其重要性不言而喻。因此,可以說祁連山南坡是整個(gè)祁連山地區(qū)水源涵養(yǎng)的核心區(qū)[28]。隨著全球氣候變化和人類活動的影響,本區(qū)出現(xiàn)了一系列的生態(tài)環(huán)境問題,包括冰川退縮、草地退化、水源涵養(yǎng)功能降低和水土流失加劇等[27,29- 30]。然而目前對于該地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究主要關(guān)注單一生態(tài)系統(tǒng)類型或局部地區(qū)[31- 34],缺乏包括所有生態(tài)系統(tǒng)及其服務(wù)類型的評估。尤其是對于祁連山南坡地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分布狀況及其多年動態(tài)缺乏認(rèn)識,導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)管理缺少理論依據(jù)指導(dǎo)。

因此,本研究基于以下兩個(gè)科學(xué)問題：(1)祁連山南坡地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空分布及動態(tài)變化？(2)基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的生態(tài)功能空間分類？通過3S技術(shù),對祁連山南坡地區(qū)多年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值展開動態(tài)監(jiān)測和估算,研究結(jié)果可為摸清區(qū)域生態(tài)資產(chǎn)家底,制定生態(tài)紅線和生態(tài)區(qū)劃,以及實(shí)現(xiàn)祁連山“山水林田湖草”整體保護(hù),筑牢國家生態(tài)安全屏障,推動形成人與自然和諧共生新格局提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)概況

祁連山南坡指位于青海省境內(nèi)的祁連山南麓地區(qū),包括門源回族自治縣、海晏縣、剛察縣、天峻縣、祁連縣和德令哈市,海拔約為1142—5814 m,總面積約86368 km2(圖1)。區(qū)內(nèi)分布冰川、森林、灌叢、高寒草甸和濕地,是周邊地區(qū)多條河流的發(fā)源地：包括河西走廊的石羊河、黑河、疏勒河,青海湖流域的布哈河、以及黃河流域的大通河和湟水。研究區(qū)屬于典型高原大陸性氣候,年均溫-5.9℃,年降水量400 mm左右,主要集中在5—9月。研究區(qū)內(nèi)地形起伏較大,主要山脈均為西北—東南走向,其間分布山間谷地。受地形影響,降水和氣溫的垂直變化顯著,且復(fù)雜的地貌和氣候變化使得區(qū)內(nèi)植被類型多樣[28,35]。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

2.1.1遙感數(shù)據(jù)

選取2000—2015年的MODIS NDVI產(chǎn)品MOD13Q1[36]和NPP產(chǎn)品MOD17A3H[37],其時(shí)間分辨率分別為16 d和1 a,空間分辨率分別為250 m和500 m。所有數(shù)據(jù)均來自美國LP DAAC(Land Process Distributed Active Archive Center)(https://lpdaac.usgs.gov)。利用MRT(MODIS Reprojection Tool)軟件對MODIS原始數(shù)據(jù)進(jìn)行鑲嵌、轉(zhuǎn)投影及重采樣等預(yù)處理,并選取生長季數(shù)據(jù)進(jìn)行最大值合成[38](MVC,Maximum Value Composites),最終得到逐年的NDVI數(shù)據(jù)。

2.1.2降水和土壤數(shù)據(jù)

基于中國區(qū)域地面氣象要素?cái)?shù)據(jù)集[39-40](青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心,http://www.tpedatabase.cn)提取祁連山南坡2000—2015年月降水量數(shù)據(jù),計(jì)算土壤保持服務(wù)和水源涵養(yǎng)服務(wù),其空間分辨率為10 km。基于世界土壤數(shù)據(jù)庫(HWSD)[41]提取研究區(qū)土壤屬性空間數(shù)據(jù)(寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心,http://westdc.westgis.ac.cn/),用以計(jì)算土壤保持服務(wù),空間分辨率為1 km。

2.1.3其他數(shù)據(jù)

其他數(shù)據(jù)主要指研究區(qū)土地覆被,其被用作多個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)計(jì)算的輔助數(shù)據(jù)。利用下載自USGS 網(wǎng)站(http: //glovis.usgs.gov)的Landsat OLI(2015年)數(shù)據(jù),經(jīng)過大氣校正、幾何糾正、波段合成等預(yù)處理后,基于面向?qū)ο蠓诸惡腿藱C(jī)交互解譯結(jié)合的方法,并參考“基于碳收支的全國土地覆被分類系統(tǒng)“,將研究區(qū)分為高寒草甸、草原、草本濕地、水域、耕地、荒漠草原、森林和灌叢共8種類型,進(jìn)行土地覆被信息提取。最后利用野外和高分辨率影像驗(yàn)證點(diǎn)對結(jié)果進(jìn)行精度評價(jià),結(jié)果顯示總體精度達(dá)到92%以上,Kappa系數(shù)為0.88,符合研究的精度要求。此外還包括研究區(qū)行政邊界、青海省祁連山自然保護(hù)區(qū)邊界、DEM數(shù)據(jù)(地理空間數(shù)據(jù)云,http://www.gscloud.cn)。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)計(jì)算

2.2.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類系統(tǒng)

本文根據(jù)適用性和可行性的原則,參考應(yīng)用最廣泛的MA分類系統(tǒng),并結(jié)合研究區(qū)特點(diǎn),將祁連山南坡生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分為調(diào)節(jié)服務(wù)功能、供給服務(wù)功能和支持服務(wù)功能 3大類,包括土壤保持、水源涵養(yǎng)、調(diào)節(jié)氣候、調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量、畜牧產(chǎn)品、生產(chǎn)有機(jī)物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)等7 個(gè)子類。

2.2.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算

選取7項(xiàng)計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能模型,利用市場價(jià)值法等進(jìn)行服務(wù)價(jià)值的量化,為了便于比較,所有價(jià)值均采用2010年物價(jià)(表1)。土壤保持功能量的詳細(xì)計(jì)算流程見相關(guān)文獻(xiàn)[42- 45],其價(jià)值量包括減少土地廢棄的價(jià)值、保持土壤肥力的價(jià)值和減輕泥沙淤積的價(jià)值[46]。水源涵養(yǎng)量采用降水貯存法[47]計(jì)算,其中森林和灌叢減少徑流的效益系數(shù)主要通過已有的文獻(xiàn)資料收集得到[47], 草地的降雨徑流率根據(jù)其植被覆蓋度計(jì)算得到[48]。水源涵養(yǎng)中的水庫建設(shè)費(fèi)用、調(diào)節(jié)氣候中的碳稅以及調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量中的制氧價(jià)格,均采用《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》中的推薦值[49]。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估指標(biāo)及其參數(shù)

畜牧產(chǎn)品服務(wù)利用理論載畜量代替[50],具體計(jì)算過程首先需要確定適宜性放牧草地。根據(jù)生態(tài)保護(hù)要求、生態(tài)脆弱性、土地覆被類型等,剔除不適合和不能放牧區(qū)域,主要包括：(1)自然保護(hù)區(qū)等依法設(shè)立的保護(hù)區(qū)域；(2)坡度超過40°的坡草地和生長旺季植被蓋度低于40%的中低覆蓋度草地；(3)半裸露沙礫地、流動沙地、半固定沙地等劣地分布區(qū)；(4)水力、風(fēng)力、凍融營力引起的強(qiáng)度、極強(qiáng)度和劇烈生態(tài)退化區(qū)；(5)耕地、建設(shè)用地、湖泊等非草地區(qū)[51]。牧草利用率參考《天然草地合理載畜量計(jì)算》[52]中的推薦值,牲畜價(jià)格和綿羊日食量則參考文獻(xiàn)和經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)資料確定[53- 56]。

3 研究結(jié)果

3.1 祁連山南坡生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及空間分異

3.1.12000—2015年祁連山南坡生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值狀況

2000—2015年祁連山南坡生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值為76.27萬元/km2,總價(jià)值為658.74億元,其中調(diào)節(jié)氣候、水源涵養(yǎng)和調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量是研究區(qū)最主要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型,其單位面積價(jià)值和總價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他類型(表2)。

祁連山南坡生態(tài)系統(tǒng)支持服務(wù)多年平均總價(jià)值為79.80億元,其中營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)總量為58.82萬t,總價(jià)值為6.82億元；生產(chǎn)有機(jī)物質(zhì)總量為1088.84萬t,總價(jià)值為72.98億元。供給服務(wù)多年平均總價(jià)值為14.42億元,全部由畜牧產(chǎn)品服務(wù)構(gòu)成,其中適宜性草地提供的畜牧產(chǎn)品總量為239.84萬只(標(biāo)準(zhǔn)羊單位),總價(jià)值為14.42億元。調(diào)節(jié)服務(wù)多年平均總價(jià)值為564.51億元,其中土壤保持量達(dá)到4.73億t,總價(jià)值為32.23億元；水源涵養(yǎng)量為31.09億m3,總價(jià)值為189.75億元；調(diào)節(jié)氣候(固碳)總量為484.01萬t,總價(jià)值為212.98億元；調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量(釋放氧氣)為1295.78萬t,總價(jià)值為129.55億元(表2和圖2)。

表2 祁連山南坡2000—2015年平均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量和價(jià)值量

圖2 祁連山南坡2000—2015年平均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值Fig.2 The average ecosystem service unit area value of the Southern Slope of Qilian Mountain from 2000 to 2015

3.1.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分異

在研究區(qū)的不同生態(tài)系統(tǒng)類型中,高寒草甸和草原的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值最高,分別達(dá)到220.05億元和149.19億元,隨后為荒漠草原、灌叢和濕地,水域和耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較低。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值和生態(tài)系統(tǒng)類型的面積有關(guān),而單位面積價(jià)值則反映了其提供服務(wù)的能力。森林的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值最高,為170.04萬元/km2,其次為灌叢、高寒草甸和草本濕地,而荒漠草原和水域的單位面積價(jià)值則較低(表3)。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值子類型看,森林、灌叢、高寒草甸和草本濕地的營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)、調(diào)節(jié)氣候和調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量單位面積價(jià)值均較高。高寒草甸的單位面積畜牧產(chǎn)品價(jià)值和總價(jià)值均最高,分別是4.34萬元/km2和7.19億元,其次則是草原和荒漠草原。森林和灌叢的土壤保持能力較高,其土壤保持單位面積價(jià)值分別為12.04萬元/km2和8.71萬元/km2。此外,森林、灌叢、高寒草甸和草本濕地的單位面積水源涵養(yǎng)服務(wù)價(jià)值均較高,分別為38.77萬元/km2、35.58萬元/km2、35.42萬元/km2和35.25萬元/km2(表3)。

祁連山南坡各市縣中,天峻縣、祁連縣和剛察縣的平均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值最高,分別為181.96億元、140.59億元和104.96億元,其余縣的價(jià)值在59.28—85.25億元之間。單位面積服務(wù)價(jià)值最高的則是海晏縣,其次為門源縣和剛察縣,分別為147.92萬元/km2、129.92萬元/km2和128.96萬元/km2,德令哈市的最低,為26.79萬元/km2(表4)。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值子類型看,海晏縣、門源縣、剛察縣和祁連縣的營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)、調(diào)節(jié)氣候和調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量單位面積價(jià)值均較高。單位面積畜牧產(chǎn)品價(jià)值最高的是海晏縣,其次為剛察縣,分別為4.92萬元/km2和3.57萬元/km2。門源縣的土壤保持單位面積價(jià)值明顯高于其他市縣,為8.65萬元/km2。此外,剛察縣和海晏縣的單位面積水源涵養(yǎng)服務(wù)價(jià)值均較高,分別為32.59萬元/km2和31.18萬元/km2(表4)。

表3 祁連山南坡2000—2015年各生態(tài)系統(tǒng)類型平均單位面積價(jià)值/(萬元/km2)和總價(jià)值/億元

Table 3 The average unit area value(10000 yuan/km2)and total value(100 million yuan)of each ecosystem type in the Southern Slope of Qilian Mountain from 2000 to 2015

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)Ecosystem service價(jià)值Value高寒草甸Alpine meadow草原Grassland草本濕地Wetland水域Water area耕地Cropland荒漠草原Desert steppe森林Forest land灌叢Shrub land營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)單位面積1.45 0.88 1.11 —1.41 0.40 1.92 1.58 Nutrient circulation總價(jià)值2.40 1.54 0.62 —0.13 0.71 0.08 0.73 生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)單位面積15.49 9.39 11.84 —15.09 4.31 20.60 16.95 Organic matter production總價(jià)值25.64 16.46 6.69 —1.43 7.65 0.86 7.86 畜牧產(chǎn)品單位面積4.34 2.24 ———0.66 ——Livestock production總價(jià)值7.19 3.92 ———1.18 ——土壤保持單位面積4.73 2.61 3.38 —1.36 1.20 12.04 8.71 Soil conservation總價(jià)值7.84 4.57 1.91 —0.13 2.12 0.50 4.04 水源涵養(yǎng)單位面積35.42 25.90 35.25 29.28 7.96 17.74 38.77 35.58 Water retention總價(jià)值58.61 45.40 19.91 3.36 0.76 31.46 1.61 16.50 調(diào)節(jié)氣候單位面積45.23 27.42 34.56 —44.07 12.59 60.13 49.48 Climate regulation總價(jià)值74.84 48.06 19.52 —4.18 22.33 2.50 22.94 調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量單位面積27.52 16.68 21.03 —26.81 7.66 36.58 30.10 Air quality regulation總價(jià)值45.53 29.24 11.88 —2.55 13.58 1.52 13.96 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積134.18 85.13 107.17 29.28 96.70 44.56 170.04 142.39 Ecosystem service總價(jià)值222.05 149.19 60.54 3.36 9.18 79.03 7.07 66.03

表4 祁連山南坡2000—2015年各市縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積/(萬元/km2)和總價(jià)值/億元

Table 4 The average unit area value(10000 yuan/km2)and total value(100 million yuan)of each county in the Southern Slope of Qilian Mountain from 2000 to 2015

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)Ecosystem service指標(biāo)Indicator剛察縣海晏縣門源縣祁連縣德令哈市天峻縣營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)單位面積價(jià)值1.44 1.74 1.45 1.09 0.24 0.71 Nutrient circulation總價(jià)值1.17 0.72 1.00 1.50 0.69 1.74 生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)單位面積價(jià)值15.37 18.61 15.51 11.66 2.57 7.61 Organic matter production總價(jià)值12.51 7.72 10.71 16.07 7.43 18.62 畜牧產(chǎn)品單位面積價(jià)值3.57 4.92 2.42 2.44 0.21 1.56 Livestock production總價(jià)值2.91 2.04 1.67 3.36 0.61 3.81 土壤保持單位面積價(jià)值3.83 4.08 8.65 5.26 1.64 3.85 Soil conservation總價(jià)值3.12 1.69 5.98 7.25 4.76 9.43 水源涵養(yǎng)單位面積價(jià)值32.59 31.18 29.07 26.81 11.29 24.90 Water retention總價(jià)值26.52 12.93 20.07 36.94 32.65 60.93 調(diào)節(jié)氣候單位面積價(jià)值44.87 54.33 45.28 34.05 7.50 22.22 Climate regulation總價(jià)值36.52 21.73 31.26 46.92 21.70 54.36 調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量單位面積價(jià)值27.30 33.06 27.54 20.71 4.56 13.52 Air quality regulation總價(jià)值22.22 13.70 19.02 28.54 13.20 33.07 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值128.96 147.92 129.92 102.02 28.01 74.37 Ecosystem service總價(jià)值104.96 60.53 89.71 140.59 81.04 181.96

3.2 祁連山南坡ESV 時(shí)空變化

3.2.12000—2015年祁連山南坡ESV價(jià)值變化

2000—2015年間,祁連山南坡生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值呈現(xiàn)增長態(tài)勢,年均增長率達(dá)到0.58 km-2a-1,其中大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)子類型的單位面積價(jià)值也呈上升趨勢,且以調(diào)節(jié)氣候和調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量服務(wù)的年均增長速率最快,分別為0.29萬元 km-2a-1和0.18萬元km-2a-1。水源涵養(yǎng)服務(wù)和土壤保持服務(wù)較為波動,其中水源涵養(yǎng)服務(wù)的單位面積價(jià)值總體變化不大,而土壤保持服務(wù)的單位面積價(jià)值呈現(xiàn)輕微的減少(圖3)。

圖3 祁連山南坡2000—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值變化Fig.3 Changes in the unit area value of ecosystem services in the Southern Slope of Qilian Mountain from 2000 to 2015

3.2.22000—2015年祁連山南坡ESV價(jià)值空間變化

2000—2015年間,祁連山南坡生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值在多數(shù)區(qū)域呈增長態(tài)勢,共占區(qū)域總面積的74.32%,且以不顯著增長為主(占47.93%),顯著增長和極顯著增長分別占12.92%和13.47%,集中分布在研究區(qū)北部(圖4和表5)。此外,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值的下降主要集中在研究區(qū)西部和東南部的局部地區(qū),且以不顯著下降為主(占21.30%),而顯著和極顯著下降僅占研究區(qū)總面積的0.68%和0.36%(圖4和表5)。

圖4 祁連山南坡2000—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值空間變化速率及其顯著性Fig.4 The spatial change rate its significance of total value of ecosystem services in the Southern Slope of Qilian Mountain from 2000 to 2015

從不同生態(tài)系統(tǒng)類型來看,高寒草甸、草原和荒漠草原的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值的增長面積明顯超過其他類型,其中草原的不顯著和顯著增長面積最大,占29.06%和30.59%,而高寒草甸的極顯著增長面積最大,占33.88%?；哪菰纳鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值的下降面積明顯大于其他類型,其中不顯著、顯著和極顯著下降分別占52.43%、54.92%和62.81%(圖5)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值的增長主要分布在天峻縣和祁連縣,其中不顯著增長的34.77%、顯著增長的34.27%和極顯著增長的17.29%分布于天峻縣境內(nèi),而顯著增長和極顯著增長的30.35%和55.39%分布于祁連縣境內(nèi)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值的下降則主要分布在德令哈市,其中不顯著、顯著和極顯著下降的57.13%、69.19%和77.19%分布與該市境內(nèi)(圖5)。

表5 祁連山南坡2000—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化顯著性面積比例

**和*分別表示變化達(dá)到極顯著(α=0.01)和顯著(α=0.05)水平

圖5 祁連山南坡2000—2015年不同生態(tài)系統(tǒng)類型和市縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化顯著性面積比例Fig.5 Significant area proportion of ecosystem services value change of different ecosystem types and counties in the South Slope of Qilian Mountain from 2000 to 2015**和*分別表示變化達(dá)到極顯著(α=0.01)和顯著(α=0.05)水平

3.3 祁連山南坡生態(tài)功能分類

由祁連山南坡生態(tài)功能分類結(jié)果可知,復(fù)合生態(tài)功能區(qū)集中在研究區(qū)東部,這和氣候條件以及生態(tài)系統(tǒng)類型分布有關(guān)。研究區(qū)中部集中分布有機(jī)物質(zhì)水源涵養(yǎng)復(fù)合生態(tài)功能分類區(qū),該功能分類區(qū)主要由濕地構(gòu)成,既提供水源涵養(yǎng)服務(wù),同時(shí)具有生產(chǎn)有機(jī)物質(zhì)、營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、調(diào)節(jié)氣候和調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量的生態(tài)服務(wù)功能。研究區(qū)東端及北部山區(qū)集中分布有機(jī)物質(zhì)水源涵養(yǎng)土壤保持復(fù)合生態(tài)功能分類區(qū),該功能分類的生態(tài)系統(tǒng)類型主要是森林和灌叢,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的復(fù)合程度高,對周邊地區(qū)的水文、氣候和土壤保持具有重要作用。畜牧有機(jī)物質(zhì)水源涵養(yǎng)復(fù)合生態(tài)功能分類區(qū)則集中在研究區(qū)南部環(huán)青海湖地區(qū),該功能分類區(qū)以高寒草甸為主,凈初級生產(chǎn)力較高,因此理論載畜量也較高,該功能分類區(qū)可以通過合理規(guī)劃,在控制放牧強(qiáng)度的前提下,兼顧生產(chǎn)和生態(tài)功能。此外,研究區(qū)還分布有多項(xiàng)復(fù)合生態(tài)功能分類區(qū),但較為零碎,且和其他功能分類區(qū)相伴分布(圖6)。

圖6 祁連山南坡生態(tài)功能分類 Fig.6 Ecological function classification of the Southern Slope of Qilian Mountain

4 討論

本研究發(fā)現(xiàn)祁連山南坡多年平均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值為658.74億元,單位面積價(jià)值76.27萬元/km2。由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的分類、計(jì)算方法及價(jià)值量均有差異,且目前本地區(qū)尚未見相關(guān)報(bào)道,因此我們通過與相近地區(qū)、相同生態(tài)系統(tǒng)類型及其服務(wù)價(jià)值的對比,驗(yàn)證本研究結(jié)果。

本研究中,灌叢的營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、調(diào)節(jié)氣候(釋放CO2)以及調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量(釋放O2)服務(wù)的單位面積價(jià)值分別為1.58萬元/km2、49.48萬元/km2和30.10萬元/km2,這和汪有奎等[32]在甘肅省祁連山保護(hù)區(qū)的研究結(jié)果較為接近。而本文對祁連山南坡水源涵養(yǎng)和土壤保持服務(wù)單位面積價(jià)值的估算分別為平均21.97萬元/km2和3.73萬元/km2,略低于賴敏等[57]在三江源地區(qū)的研究結(jié)果。本文對祁連山南坡理論載畜量的估算結(jié)果為27.77只(標(biāo)準(zhǔn)羊)/km2,這也和辛有俊等[58]對青海省海北州的草地理論載畜量的估算結(jié)果較為接近。研究發(fā)現(xiàn),祁連山南坡的多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈增長態(tài)勢,同樣,陳春陽等[59]和賴敏等[57]的研究結(jié)果也顯示三江源地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈增長態(tài)勢,趙苗苗等[60]發(fā)現(xiàn)青海省1998—2012年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值也呈增長趨勢。這主要和青藏高原以及祁連山地區(qū)近年來植被狀況改善有關(guān)[61-62],植被生產(chǎn)力的提高能夠促進(jìn)各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能發(fā)揮、增加服務(wù)價(jià)值。

本區(qū)主體生態(tài)系統(tǒng)類型為草地,其中荒漠草原分布在研究區(qū)西部,東部主要為高寒草甸和草原,而后者的單位面積服務(wù)價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前者,因此生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的主要載體為高寒草甸和高寒草原。此外,森林和灌叢主要分布在東部山區(qū),面積不大,但是由于多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)基于NPP計(jì)算,而這兩類的NPP較高,故其單位面積服務(wù)價(jià)值較高。祁連山南坡生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值具有明顯的空間分異特征,其中東部地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值明顯大于西部地區(qū),且在東南角(青海湖東側(cè))達(dá)到最高值。這是由于研究區(qū)西部深入內(nèi)陸,地處柴達(dá)木盆地東緣,氣候干燥少雨,主要分布荒漠生態(tài)系統(tǒng)類型,其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力較低,而研究區(qū)東部處于季風(fēng)區(qū)邊緣,且地形起伏較大,降水較多,生態(tài)系統(tǒng)類型多樣,因此生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值較高。

研究區(qū)多數(shù)基于NPP計(jì)算的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均表現(xiàn)為增長趨勢,這和在本區(qū)關(guān)于NDVI或NPP的研究結(jié)果一致,其主要受氣候變化以及生態(tài)工程實(shí)施的影響[61-62],其中顯著增長區(qū)域集中在研究區(qū)北部,可能是由于山區(qū)植被對氣候變化的響應(yīng)更加敏感[63],也可能與冰川退縮帶來的地表和地下徑流增加有關(guān)[64]。此外,與森林和灌叢相比,草地類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值增速更快,這是因?yàn)槠鋵夂驓夂蜃兓姆磻?yīng)更迅速[65]。基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的祁連山南坡生態(tài)服務(wù)功能分類結(jié)果對于本區(qū)域生態(tài)保護(hù)和政策制定具有一定參考價(jià)值。例如南部環(huán)青海湖地區(qū)同時(shí)具有畜牧生產(chǎn)、有機(jī)物質(zhì)生產(chǎn)和水源涵養(yǎng)服務(wù)功能,因此本區(qū)能夠在合理控制載畜量前提下,積極發(fā)展畜牧業(yè),同時(shí)不至于破壞其他服務(wù)類型,而研究區(qū)北部和東端山區(qū),則應(yīng)該嚴(yán)格保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)原真性,從而維持其提供多項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的能力。

本文估算的祁連山南坡生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值只是一個(gè)保守值,這是由于數(shù)據(jù)和方法的限制,我們并未計(jì)算研究區(qū)的生物多樣性保護(hù)、文化休憩等其他類型的服務(wù)價(jià)值；此外,本文僅計(jì)算了2000年后連續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化,而未涉及更長時(shí)間序列的變化。因此,在下一步工作中,需要結(jié)合其他類型數(shù)據(jù),對祁連山南坡的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行更全面的評價(jià)。

5 結(jié)論

(1)祁連山南坡多年平均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值為658.74億元,單位面積價(jià)值為76.27萬元/km2,其中調(diào)節(jié)氣候、水源涵養(yǎng)和調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量服務(wù)為主體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型。從生態(tài)系統(tǒng)類型來看,森林和灌叢的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力較高,但草甸和草原是區(qū)域提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的主體。從空間分布來看,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值呈現(xiàn)“東高西低”的特點(diǎn),其中海晏縣的單位面積服務(wù)價(jià)值最高,天峻縣和祁連縣的服務(wù)總價(jià)值最高。

(2)2000—2015年,除水源涵養(yǎng)和土壤保持服務(wù)價(jià)值保持穩(wěn)定外,其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型的價(jià)值處于增長太少,且調(diào)節(jié)氣候和調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量服務(wù)價(jià)值的年均增長速率最快。多數(shù)區(qū)域均有增長,但顯著和極顯著增長集中在研究區(qū)北部,減少部分集中在德令哈市,且多數(shù)未通過顯著性檢驗(yàn)。從生態(tài)系統(tǒng)類型來看,高寒草甸和草原的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積增長速率較快。

(3)研究區(qū)東部能夠提供多項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,其中北部山區(qū)和東端分布有機(jī)物質(zhì)水源涵養(yǎng)土壤保持復(fù)合生態(tài)功能分類區(qū),中部分布有有機(jī)物質(zhì)水源涵養(yǎng)復(fù)合生態(tài)功能分類區(qū),而南部環(huán)青海湖地區(qū)則分布畜牧有機(jī)物質(zhì)水源涵養(yǎng)復(fù)合生態(tài)功能區(qū)。