臥龍自然保護區(qū)典型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空變化研究

曹夢琪,蔡英楠,張 麗,徐建英

首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院,三維信息獲取與應(yīng)用教育部重點實驗室, 北京 100048

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(Ecosystem Services, ESs)是指生態(tài)系統(tǒng)形成和提供給人們生存發(fā)展的直接產(chǎn)品或間接惠益。根據(jù)聯(lián)合國千年生態(tài)系統(tǒng)評估,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為供應(yīng)、調(diào)節(jié)、文化和支持服務(wù)4種類型[1]。一定時間和空間尺度上的生物與非生物特征及其生態(tài)過程構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的差異,成為了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生的基礎(chǔ)[2]。不同區(qū)域的地形地貌特征、土地利用變化、氣候變化以及人類活動等因素會改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與空間特征,進而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時空分布差異和變化[3- 9]。全面了解特定時空下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時空差異,可為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保護、管理和優(yōu)化提供依據(jù),促進自然資源的管理保護以及針對性的生態(tài)恢復(fù)[10- 14]。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時空變化是當(dāng)前的研究熱點[15- 17],國內(nèi)外學(xué)者已進行了大量的研究,業(yè)已形成相對成熟便捷的數(shù)量評估模型,如CASA、RUSLE和InVEST等,研究主題包括生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空分布和變化趨勢[18- 19]、時空格局和熱點區(qū)域識別[20]以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的驅(qū)動因素分析[21-24]等方面。鑒于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空變化分析對于生態(tài)和社會經(jīng)濟系統(tǒng)的顯著意義,這些研究往往關(guān)注生態(tài)環(huán)境比較脆弱的區(qū)域或人類干擾比較顯著的區(qū)域,如王曉峰等研究了新疆地區(qū)3種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的分區(qū)差異[18];潘竟虎等以干旱內(nèi)陸河流域典型地區(qū)嘉峪關(guān)-酒泉地區(qū)為例,定量分析了2000和2010年4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時空變化[19];許丁雪等研究了張家口-承德地區(qū)土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的驅(qū)動作用[21],上述研究揭示我國生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時空變化并為區(qū)域生態(tài)恢復(fù)和建設(shè)提供了借鑒。而冉鳳維[20]等、María Anaya-Romero[22]等、蘇常紅[23]等、潘梅[24]等學(xué)者分別研究了人口集中、人類干擾比較顯著的鄱陽湖地區(qū)、地中海地區(qū)、汾河流域和京津冀地區(qū),強調(diào)了人類活動對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的影響,分析了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的驅(qū)動力。自然保護區(qū)是生態(tài)系統(tǒng)保護的關(guān)鍵地區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的重點區(qū)域,目前的相關(guān)研究主要集中于對各種保護項目和措施的成效分析[25- 26],少有針對保護區(qū)典型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的定量研究[27]。同其他區(qū)域相比,保護區(qū)提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的能力尤為顯著[28],是我國生態(tài)文明建設(shè)的重點,也是我國諸多生態(tài)保護/建設(shè)項目實施的重點區(qū)域。因此,對自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行定量研究,結(jié)合區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)特征和生態(tài)保護/建設(shè)項目探討分析其時空變化特征以及自然和人為驅(qū)動因素,可以為自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)保護、恢復(fù)和管理提供決策依據(jù)和建議。

本研究擬以臥龍自然保護區(qū)為例進行研究。臥龍自然保護區(qū)位于四川省汶川縣,主要保護西南高山林區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)及大熊貓等珍稀動物,因大熊貓的保護在國內(nèi)外著稱,隸屬我國主要的固碳貢獻區(qū)——西南林地[29]。此外,保護區(qū)位于岷江上游,是岷江流域重要的水源涵養(yǎng)地,其水源涵養(yǎng)和土壤保持功能對維持區(qū)域生態(tài)安全有重要作用。因此,針對臥龍自然保護區(qū)保護對象及其承擔(dān)的生態(tài)功能,本研究選擇碳固定(NPP)、土壤保持、水源涵養(yǎng)和生境質(zhì)量4種典型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行定量評估,分析主要生態(tài)建設(shè)工程實施以來保護區(qū)典型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時空分布和變化特征,確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的熱點區(qū)域,以為生態(tài)保護/建設(shè)政策的實施和保護區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)管理提供建議。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

臥龍自然保護區(qū)(東經(jīng)102°52′—103°25′,北緯30°45′—31°25′)位于四川省阿壩藏族羌族自治州汶川縣境內(nèi),四川盆地的西緣,岷江的上游,是青藏高原向成都平原的過渡地帶,地勢西北高、東南低,南北長約62 km,東西寬約52 km,總面積約為2000 km2(圖1)。保護區(qū)屬典型的亞熱內(nèi)陸山地氣候,年溫差小,干濕季節(jié)分明,植被和土壤隨海拔變化的垂直分布規(guī)律明顯。區(qū)內(nèi)動植物資源豐富,擁有近4000種植物以及大熊貓、金絲猴等多種珍稀瀕危動物。水能資源豐富,生態(tài)系統(tǒng)類型復(fù)雜多樣,是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的典型區(qū)域。

圖1 研究區(qū)位置及地形示意圖Fig.1 Location and elevation of the study area

1.2 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

本文使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：土壤數(shù)據(jù)、植被數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)和土地利用類型數(shù)據(jù)(表1)。研究時間為2000年和2015年兩個年份的5—10月,該時段降水豐沛,雨熱同期,是植被生長的最佳季節(jié)。

表1 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

1.3 研究方法

1.3.1碳固定(NPP)

本研究碳固定服務(wù)用植被凈初級生產(chǎn)力(Net Primary Productivity,NPP)予以指代。采用朱文泉[30]改進的CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型估算研究區(qū)2000年和2015年的NPP,其計算公式如下：

NPP=APAR×ε

(1)

APAR=SOL×FPAR×0.5

(2)

ε=Tε1×Tε2×Wε×εmax

(3)

式中,APAR表示植被吸收光合有效輻射(MJ/m2);ε表示實際光能利用率(gC/MJ);SOL表示太陽總輻射量(MJ/m2),FPAR 表示植被層對入射的光合有效輻射(PAR)的吸收率,可通過歸一化植被指數(shù)(NDVI)對其進行估算;常數(shù)0.5表示植被所利用的太陽有效輻射占太陽總輻射的比例;Tε1和Tε2表示溫度對光能利用率的影響;Wε表示水分條件對光能利用率的影響;εmax表示在理想狀態(tài)下植被的最大光能利用率(參考朱文泉等的研究成果)。

1.3.2土壤保持

修正通用土壤流失方程(Revised Universal Soil Loss Equation,RUSLE)經(jīng)眾多學(xué)者采用來評估土壤保持量,均取得較好效果[31- 33],計算公式如下：

Am=R×K×LS×C×P

(4)

Ap=R×K×LS

(5)

Ac=Ap-Am

(6)

式中,Am為實際土壤侵蝕量(t hm-2a-1),指當(dāng)前地表覆蓋和水土保持措施下的土壤侵蝕量;Ap為潛在土壤侵蝕量(t hm-2a-1),指在沒有植被覆蓋和水土保持措施情況下可能產(chǎn)生的土壤侵蝕量(C=1,P=1);Ac為土壤保持量(t hm-2a-1);R為降雨侵蝕因子(MJ mm hm-2h-1a-1);K為土壤侵蝕因子(t hm2h MJ-1hm-2mm-1);LS為坡長坡度因子;C為植被覆蓋因子;P為水土保持措施因子。

(1)降雨侵蝕因子R采用 Wischmeier 等提出的基于月尺度降雨量數(shù)據(jù)的經(jīng)驗計算公式[34- 35]：

(7)

式中,pi為第i個月的降水量(mm),p為年降水量(mm)。

(2)土壤侵蝕因子K采用EPIC模型進行估算,計算公式如下[36]：

K=(-0.01383+0.51575×KEPIC)×0.1317

(8)

式中,ms為砂粒含量;msilt為粉粒含量;mc為粘粒含量;orgC為有機質(zhì)含量。

(3)坡長坡度因子LS的計算公式如下[32]：

L=(λ/22.1)m

(9)

(10)

(11)

式中,λ為坡長(m);m為坡長效應(yīng)指數(shù);θ為坡度(°)。

(4)植被覆蓋因子C的計算公式如下[37]：

(12)

(13)

式中,f為植被覆蓋度;NDVI為植被歸一化指數(shù),NDVIsoil和NDVIveg分別為土壤和植被的NDVI。

(5)水土保持措施因子P指在采取保持措施情況下與順坡耕作時土壤流失量的比值。P=0表示不發(fā)生侵蝕,P=1表示未采取任何水土保持措施。由于缺乏相關(guān)數(shù)據(jù),本研究不考慮P因子影響,P值定義為1。

1.3.3生境質(zhì)量

生境質(zhì)量指生態(tài)系統(tǒng)為物種生存繁衍提供的條件或潛力[38]。本文中特指保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)可為大熊貓生存繁衍所利用的環(huán)境條件狀況。InVEST模型生境質(zhì)量模塊以土地覆被為基礎(chǔ),利用外界威脅強度(影響的距離和權(quán)重)、生境適宜性、生境類型對威脅的敏感性進行生境質(zhì)量評估。參照以往研究成果[39-41]和保護區(qū)實際情況,本研究選取耕地、主要道路、鄉(xiāng)村小路和城鎮(zhèn)居民用地作為威脅源(表2)并對各土地利用類型的生境適宜性進行打分以及對威脅源敏感性賦值(表3)。生境適宜性得分為0—1,其中1表示該生境具有最高適宜性,而非生境取值為0。計算公式如下：

表2 威脅源的最大影響距離及權(quán)重

表3 土地利用類型對威脅源的敏感性參數(shù)

(14)

(15)

式中,Qxj是土地利用類型j中柵格x的生境質(zhì)量;Dxj是土地利用類型j中柵格x的生境脅迫水平;k為計算的半飽和參數(shù);Hj為土地利用類型j的生境適宜性;R為脅迫因子;Yr為脅迫因子r所占的柵格數(shù);Wr為脅迫因子權(quán)重,值為0—1;ry為柵格y的脅迫因子值;irxy為ry對柵格x的脅迫水平;βx為柵格x的可達性水平;Sjr為土地利用類型j對脅迫因子r的敏感性。

基于以上模型計算結(jié)果,根據(jù)歐陽志云[39]等提出的大熊貓生境自然環(huán)境因素評價準(zhǔn)則中的適宜海拔和坡度對結(jié)果進行進一步修正,將研究區(qū)海拔和坡度分為適宜和不適宜兩部分,與模型結(jié)果進行疊加。

1.3.4水源涵養(yǎng)

計算水源涵養(yǎng),首先通過水量平衡原理得到保護區(qū)產(chǎn)水量,再根據(jù)土壤深度、土壤飽和導(dǎo)水率、地形指數(shù)和流速系數(shù)等對產(chǎn)水量進行修正得到水源涵養(yǎng)量,計算公式如下[42- 43]：

Y=P-ET

(16)

WR=min(1,249/V)×min(1,0.9×D/3)×min(1,Ksoil/300)×Y

(17)

(18)

式中,Y為產(chǎn)水量(mm);P為降水量(mm);ET為蒸發(fā)量(mm);WR為多年平均水源涵養(yǎng)量(mm);V為流速系數(shù)(采用模型參數(shù)表數(shù)據(jù)[44]);D為地形指數(shù),無量綱;Ksoil為土壤飽和導(dǎo)水率(cm/d);Wpc(Watershed pixel count)為集水區(qū)柵格數(shù),無量綱;Sd(Soil depth)為土壤深度(mm);Ps(Percent slope)為百分比坡度。由于缺乏2000年ET數(shù)據(jù),本研究使用2001年數(shù)據(jù)代替。

1.3.5地形位指數(shù)

地形位指數(shù)是復(fù)合分析海拔和坡度屬性信息的指標(biāo),能夠綜合反映空間內(nèi)某點的地形條件。其計算公式如下[45]：

(19)

式中,T為地形位指數(shù),E及E0分別為空間內(nèi)任一柵格的高程(m)和平均高程(m),S和S0分別為空間內(nèi)任一柵格的坡度值(°)和平均坡度值(°)。一般地,海拔低、坡度小的柵格地形位指數(shù)小,反之越大;海拔低坡度大或海拔高坡度小的柵格,其地形位指數(shù)居中。本研究根據(jù)計算結(jié)果采用自然斷點法將研究區(qū)地形位指數(shù)劃分為10個梯度(表4)。

表4 地形位指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)

1.3.6熱點分析方法

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點被定義為具有高服務(wù)多樣性、高生物物理或貨幣服務(wù)價值或高服務(wù)能力的區(qū)域[18]。熱點區(qū)域的識別,可進一步分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力的強弱。本研究將保護區(qū)內(nèi)各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)超過各自平均值的柵格定義為該類服務(wù)的熱點區(qū)域,將這四類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的熱點區(qū)進行疊加分析,即可得到臥龍自然保護區(qū)多重生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點區(qū)的分布狀況。在本研究中,若某柵格單元內(nèi)4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的值均未超過各自平均值,則將其定義為非熱點區(qū),若僅有一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的值超過平均值,則將其定義為I類熱點區(qū),以此類推,可得到II類、III類、Ⅳ類熱點區(qū)[18-20]。

2 結(jié)果分析

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時空變化

從時間上看,2000—2015年,NPP、土壤保持、生境質(zhì)量和水源涵養(yǎng)4種服務(wù)均呈現(xiàn)增加趨勢,該增加趨勢在不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的均值、最高值均表現(xiàn)明顯,且4種服務(wù)的增益(即某生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)2015年比2000年增加的區(qū)域)面積均顯著大于減損(即某生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)2015年比2000年減少的區(qū)域)面積(表5)。以NPP為例,其平均值由2000年的438.95 gC/m2增加到2015年的509.94 gC/m2,最高值由2000年的1125.32 gC/m2增加到2015年的1340.69 gC/m2,增益面積占保護區(qū)的86.3%而減損面積僅占13.7%。

表5 2000—2015年臥龍自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化情況

從空間上來看,4種典型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)從2000年到2015年均保持了相對穩(wěn)定的空間格局以及增益面積超過減損面積的良好趨勢,但具體的空間變化區(qū)域有所不同(圖2)。NPP與土壤保持呈現(xiàn)近似的空間分布格局,即西北—東南方向上由低到高分布,增益面積主要分布在低海拔區(qū),而減損面積主要分布在高海拔區(qū)。生境質(zhì)量指數(shù)呈現(xiàn)東高西低的空間分布特點,高值區(qū)主要位于東部,北部和西部廣大地區(qū)以及南部邊緣地區(qū)生境質(zhì)量指數(shù)為零,東南地區(qū)增益明顯。水源涵養(yǎng)服務(wù)的空間分布無明顯規(guī)律,其高值零星分布在北部、東部和南部邊緣以及中部部分地區(qū),低值區(qū)不同程度地分布在全域范圍內(nèi),與生境質(zhì)量相同的是,水源涵養(yǎng)的增益區(qū)也在東南區(qū)域表現(xiàn)顯著。

圖2 臥龍自然保護區(qū)2000—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其變化的空間分布Fig.2 The spatial distribution of four ESs and their changes in Wolong Nature Reserve from 2000 to 2015NPP：植被凈初級生產(chǎn)力 Net Primary Productivity;ESs：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù) Ecosystem Services

2.2 不同地形位梯度上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化

從不同地形位梯度上各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)均值的分布來看,NPP、土壤保持、生境質(zhì)量和水源涵養(yǎng)4種服務(wù)在2000年和2015年均各自保持相同的趨勢,且2015年各服務(wù)在不同地形位梯度上的均值均大于2000年,但在具體地形位梯度上的分布有所不同(圖3)。NPP和生境質(zhì)量均呈現(xiàn)隨地形位指數(shù)增大而遞減的趨勢,其高值多分布在較低地形位梯度即海拔較低且坡度較小的地區(qū);土壤保持隨地形位指數(shù)增大呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢,其高值主要分布在5—8級地形位梯度上;水源涵養(yǎng)呈現(xiàn)較為起伏波動的趨勢,其高值主要分布在較低地形位梯度上,最高值分布在2級地形位上,最低值分布在9級地形位上。

從不同地形位梯度上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化類型所占的面積來看(圖3),研究區(qū)內(nèi)NPP、土壤保持和水源涵養(yǎng)3種服務(wù)的變化類型均以增益為主,隨地形位指數(shù)的增大其增益面積比重均呈降低趨勢,減損和不變的面積比重均呈遞增趨勢,其中水源涵養(yǎng)的減損類型面積比增加相對顯著,在10級地形位梯度上甚至超過了50%。生境質(zhì)量在區(qū)域內(nèi)大部分地區(qū)表現(xiàn)為不變,其增益和減損面積比均在低地形位上相對顯著,并隨地形位指數(shù)增大而逐漸降低,因海拔高于3750 m、坡度45°以上的區(qū)域不是大熊貓生境適宜區(qū),所以高地形位梯度上生境質(zhì)量沒有發(fā)生變化。由此來看,低地形位指數(shù)地區(qū)是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)增益優(yōu)勢區(qū),海拔越高、坡度越大的區(qū)域減損面積相對增加。

圖3 不同地形位梯度上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)均值及其變化類型面積比Fig.3 The mean value of four ESs and their ratio of variation types at different terrain niche

2.3 不同土地利用類型上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的差異

不同土地利用類型上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量存在明顯差異(圖4)。其中林地和草地既是研究區(qū)主要的土地利用類型,也是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的主體,其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量占保護區(qū)總量的95%以上。從時間來看,2000年不同土地利用類型上4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給量均表現(xiàn)為：林地>草地>耕地>水域>建設(shè)用地>未利用地,其中NPP、土壤保持、水源涵養(yǎng)3種服務(wù)在林地上供給量分別為各自總量的49.9%、57.4%和50.5%,在草地上的供給量分別為其各自總量的48.7%、41.5%和48.9%。2015年不同土地利用類型上4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給量均表現(xiàn)為：林地>草地>水域>耕地>建設(shè)用地>未利用地。林地和草地依然是貢獻較大的土地利用類型,但生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給量有所變化,其中林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量有所提升,其提供的NPP、土壤保持、水源涵養(yǎng)3種服務(wù)均達到各自總量的59%以上,而草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給量有所減少,相應(yīng)3種服務(wù)的供給量均低于各自總量的40%,低于2000年。此外水域提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)比重超過了耕地。

圖4 2000年和2015年不同土地利用類型上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量比Fig.4 The ratio of ecosystem service supply on different land use types in 2000 and 2015

2.4 熱點區(qū)分析

研究區(qū)域不同類型熱點區(qū)的面積變化分析表明(表6),盡管2000年和2015年四類熱點區(qū)保持了相同的數(shù)量排序,即I類熱點區(qū)>II類熱點區(qū)>III類熱點區(qū)>Ⅳ類熱點區(qū),但是與2000年相比,2015年Ⅳ類熱點區(qū)面積增加顯著,增加了134.59 km2,占保護區(qū)總面積的6.74%。非熱點區(qū)的面積也有所增加,增加面積為34.97 km2。這兩類熱點類型增加的面積均來自其相鄰類型的熱點區(qū),即Ⅳ類熱點區(qū)增加的面積主要來自III類熱點區(qū),而非熱點區(qū)增加的面積主要來自I類熱點區(qū)(表7),II類熱點區(qū)則主要轉(zhuǎn)為III類熱點區(qū)(104.66 km2),其次為I類熱點區(qū)(62.58 km2)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點區(qū)的變化表明,研究區(qū)域整體生態(tài)環(huán)境改善明顯,但是局部區(qū)域生態(tài)環(huán)境有所退化,且生態(tài)環(huán)境改善和退化的區(qū)域具有漸變特征,因此需要加強I類和III類熱點區(qū)的管理,預(yù)防I類熱點區(qū)的生態(tài)環(huán)境退化,同時促進III類熱點區(qū)向Ⅳ類熱點區(qū)轉(zhuǎn)化,實現(xiàn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的協(xié)同和最優(yōu)化。

表6 研究區(qū)域不同類型熱點區(qū)面積/km2

表7 研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點區(qū)轉(zhuǎn)移矩陣/km2

從空間分布來看,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點區(qū)及其變化具有明顯的空間特征(圖5)。研究區(qū)域的東部和中部地區(qū)Ⅳ類熱點區(qū)面積明顯高于西部,特別是西北部區(qū)域,呈現(xiàn)由東南向西北方向由強變?nèi)醯奶卣?。東南部熱點區(qū)增加明顯,以Ⅳ類熱點區(qū)最為顯著,此外中部地區(qū),特別是河流(皮條河)兩側(cè)Ⅳ類熱點區(qū)的增加尤為顯著。

圖5 臥龍自然保護區(qū)2000和2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)熱點區(qū)分布Fig.5 Hotspots of ESs in Wolong Nature Reserve in 2000 and 2015

3 討論

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時空變化是自然和社會經(jīng)濟因素共同驅(qū)動的結(jié)果,總體來看,2000—2015年研究區(qū)域目標(biāo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給能力明顯加強,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的協(xié)同程度有所提高,一定程度上表明研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境在持續(xù)改善和提高,但是部分區(qū)域脆弱生態(tài)環(huán)境依舊存在,空間異質(zhì)性特征明顯。研究區(qū)域的東部、東南和中部地區(qū)目標(biāo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量和生態(tài)改善特征明顯,而南部邊緣、西部和西北部生態(tài)脆弱性特征明顯。研究區(qū)域目標(biāo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間異質(zhì)性及其變化與區(qū)域地形、土地利用、人類活動以及生態(tài)措施等密切相關(guān)。

研究區(qū)域目標(biāo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的分布在不同地形位梯度上分異明顯,除土壤保持外,其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的高值分布區(qū)和主要增益區(qū)均以低海拔低坡度區(qū)域為主,這可能與兩個因素有關(guān)：一是研究區(qū)域為典型的高山峽谷區(qū),氣候和植被垂直分異特征明顯,高海拔林線以上發(fā)育高山草甸、冰川雪地和裸地(未利用土地),而低海拔和低坡度區(qū)域的水熱條件更有利于植被的生長和發(fā)育;其次高山峽谷區(qū)土地資源緊張,低海拔低坡度區(qū)域也是人類活動的主要分布區(qū),居民點和耕地資源集中分布,但2000年前后研究區(qū)域大力推進退耕還林,部分耕地轉(zhuǎn)化為林地,近十五年的生態(tài)恢復(fù)效果明顯。作為我國生態(tài)恢復(fù)和建設(shè)的重大舉措,退耕還林/還草政策的生態(tài)效應(yīng)在各區(qū)域正在逐步顯現(xiàn)[21,23],是近期我國生態(tài)改善的主要驅(qū)動力之一。

土地利用類型及變化作為影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空變化的關(guān)鍵因子,通過直接或間接影響生態(tài)系統(tǒng)的格局與過程,改變生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的提供能力[46]。林地作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給量較高的土地利用類型,是研究區(qū)域目標(biāo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)增加和協(xié)同關(guān)系提高的主力,也是未來生態(tài)改善措施首選的土地利用類型。盡管草地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)貢獻較為突出,但是近年來其供給能力有所下降。研究區(qū)域的草地主要為林線以上的高山草甸,是在低溫大風(fēng)及瘠薄土壤等生態(tài)環(huán)境條件下發(fā)育的植被類型。草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力下降,可能和研究區(qū)域人類活動有關(guān),高山草甸是當(dāng)?shù)啬翗I(yè)(牦牛等)和眾多中草藥資源主要分布場所,人類利用程度的增加和干擾增強,可能是高山草甸生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給力降低的主要原因。因此在生態(tài)保護和恢復(fù)工作中,除了目標(biāo)物種(大熊貓)及其生境(林地)外,應(yīng)該加強草地生態(tài)系統(tǒng)的保護和恢復(fù),避免該脆弱生態(tài)系統(tǒng)的退化和過度利用。

研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的保護和恢復(fù)既需要考慮時空異質(zhì)性,又要考慮自然和社會經(jīng)濟驅(qū)動力。從研究結(jié)果來看,以下三類區(qū)域應(yīng)采取措施,加強保護、恢復(fù)或管理：一是以Ⅳ類熱點區(qū)為代表的生態(tài)保護區(qū),特別是東南部區(qū)域,應(yīng)該加強生態(tài)環(huán)境的保護;其次是以I類熱點區(qū)和III類熱點區(qū)為代表的生態(tài)恢復(fù)區(qū),預(yù)防生態(tài)環(huán)境的退化,促使其向多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)協(xié)同的方向轉(zhuǎn)化;三是以低海拔低梯度區(qū)域和高海拔草地為代表的生態(tài)協(xié)調(diào)區(qū),人類活動對于該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)和退化有決定性作用,建議合理引導(dǎo)或控制人類活動,維護已經(jīng)取得的生態(tài)恢復(fù)成果,防止脆弱生態(tài)系統(tǒng)的進一步退化。

4 結(jié)論

本研究以臥龍自然保護區(qū)為例,定量評估了2000年和2015年碳固定、土壤保持、生境質(zhì)量和水源涵養(yǎng)4種典型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時空分布格局及變化特征,分析了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的自然和社會經(jīng)濟驅(qū)動力,提出了分區(qū)管理的建議,對保護區(qū)的生態(tài)保護、恢復(fù)和管理有一定的借鑒作用。研究結(jié)果揭示了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的時空異質(zhì)性,表明在一定的區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境改善和退化可能并存,生態(tài)保護和恢復(fù)須因地制宜,甄別關(guān)鍵區(qū)域,制定針對性的政策。其次生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化既受自然因素的控制,又受人為因素的影響,生態(tài)恢復(fù)/建設(shè)工程不僅要關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力較高的生態(tài)系統(tǒng)類型(如林地),也要關(guān)注人類活動干擾較大的相對脆弱的生態(tài)系統(tǒng)類型(如研究區(qū)域的草地),保護區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的多樣性。

本文也存在如下不足：一是由于數(shù)據(jù)獲取困難,本研究僅選取了4種典型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),未來需增加生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型,特別是與保護區(qū)生態(tài)保護和人類活動相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型;二是需要延長研究年份,將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的連續(xù)變化與土地利用類型的連續(xù)變化相聯(lián)系,定量評估生態(tài)建設(shè)工程對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的貢獻;三是由于篇幅所限,僅考慮了4種典型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時空變化,沒有考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡/協(xié)同關(guān)系,特別是生境質(zhì)量與其他類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡/協(xié)同關(guān)系。在以后工作中,須逐步增加數(shù)據(jù)的獲取分析,拓展并深化研究主題,為提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給水平,促進生態(tài)保護和恢復(fù)提供借鑒。