基于NPP 的撫州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)

張 穎， 劉平輝， 朱傳民， 張林穎

(東華理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院， 江西 南昌 330000)

0 引言

【研究意義】生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)可以揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的數(shù)量和空間差異性，識(shí)別某一空間范圍內(nèi)各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要區(qū)域，可為國(guó)土空間規(guī)劃、生態(tài)資源管理、生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化等提供理論依據(jù)[1]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】馮繼廣等[4]對(duì)中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行研究與評(píng)價(jià)。賈芳芳[5]采用InVEST模型，對(duì)贛江流域內(nèi)水源供給、土壤保持、碳存儲(chǔ)三大生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行模擬評(píng)估，基于三大關(guān)鍵服務(wù)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行功能重要區(qū)分級(jí)，疊加分析出該期的綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能區(qū)，并確定出優(yōu)先保護(hù)區(qū)域。楊渺等[6]以四川省各鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單元，計(jì)算景觀尺度上的多樣性指數(shù)，從水土保持功能、水源涵養(yǎng)功能、固碳功能對(duì)四川省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行評(píng)估。周笛軒等[7]以各類人工林為研究對(duì)象，對(duì)其涵養(yǎng)水源、保育土壤、積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、固碳釋氧、生物多樣性保護(hù)等主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行評(píng)估?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】撫州地處江西省東部，是全國(guó)第二個(gè)國(guó)家生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值實(shí)現(xiàn)機(jī)制試點(diǎn)市，是我國(guó)華東地區(qū)的重要生態(tài)屏障。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，土地利用的不斷擴(kuò)張對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定的影響，因而，識(shí)別有意義的生態(tài)保護(hù)重要地區(qū)為維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全具有重要意義?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以撫州市為研究對(duì)象，采用NPP定量指標(biāo)評(píng)估方法，從生物多樣性維護(hù)、水源涵養(yǎng)、水土保持功能3個(gè)方面入手，通過3個(gè)單項(xiàng)評(píng)價(jià)疊加對(duì)撫州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行集成評(píng)價(jià)，為撫州市的生態(tài)資源保護(hù)提供理論依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 研究區(qū)概況

撫州位于江西省東部，地處26°29′N～28°30′N、115°35′E～117°18′E，南北長(zhǎng)約222 km，東西寬約169 km。撫州市下轄2個(gè)區(qū)、9個(gè)縣，總面積1.88萬km2。撫州市境內(nèi)地勢(shì)南高北低，漸次向鄱陽湖平原地區(qū)傾斜。撫州市境內(nèi)山脈集中分布于東部和南部，主要有東部武夷山和南西部雩山，二者在平面上構(gòu)成北東向斜“川”字型地貌框架。全市地貌以丘陵為主。撫州市年平均氣溫在16.9～18.2℃，平均降水量1 600～1 900 mm，年生平均日照為1 582～1 928.1 h。境內(nèi)植被覆蓋率高，資源豐富，生態(tài)環(huán)境良好。2020年，全市地區(qū)生產(chǎn)總值為 1 572.51億元，其中第一、二、三產(chǎn)業(yè)分別占比14.1%、37.4%和48.5%。

1.2 數(shù)據(jù)來源

由于各數(shù)據(jù)來源和處理方法不同，存在投影坐標(biāo)、空間分辨率、范圍大小不一致的情況，因而，試驗(yàn)對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，統(tǒng)一將所有數(shù)據(jù)掩膜，空間坐標(biāo)投影為CGCS2000 3 Degree GK Zone 39，重采樣為30 m的分辨率，具體見表1。NPP數(shù)據(jù)是通過參考前人的研究方法，利用CASA模型計(jì)算撫州市2014年至2018年的NDVI、降雨、溫度和太陽輻射等數(shù)據(jù)得到[8-10]。

表1 數(shù)據(jù)來源與處理

1.3 研究方法

1.3.1 生物多樣性維護(hù)功能重要性評(píng)價(jià) 采用NPP定量指標(biāo)評(píng)估方法進(jìn)行評(píng)估。參考《生態(tài)保護(hù)紅線劃定指南環(huán)辦生態(tài)(2017)48號(hào)》將累積生物多樣性功能分布前50%的區(qū)域劃分為生物多樣性極重要區(qū)，50%～80%為生物多樣性重要區(qū)，>80%為區(qū)域內(nèi)生物多樣性一般重要區(qū)。

Sbio=NPPmean×Fprc×Ftem×(1-Falt)

式中，Sbio為生物多樣性維護(hù)服務(wù)能力指數(shù)，NPPmean為多年植被凈初級(jí)生產(chǎn)力平均值，F(xiàn)prc為多年平均降水量，F(xiàn)tem為多年平均氣溫，F(xiàn)alt為海拔因子。

1.3.2 水源涵養(yǎng)重要性評(píng)價(jià) 以水源涵養(yǎng)能力或水源涵養(yǎng)量作為衡量指標(biāo)，主要考慮河流源區(qū)、河流供水功能、地表覆蓋和地形等因子[11]。

Ri=Pi×α

式中，TQ為水源涵養(yǎng)量，Pi為降雨量(mm)，Ri為地表徑流量(mm)，ETi為蒸發(fā)散量(mm)，Ai為i類生態(tài)系統(tǒng)面積(km2)，i為研究區(qū)第i類生態(tài)系統(tǒng)類型，j為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)類型數(shù)，α為平均地表徑流系數(shù)。

1.3.3 水土保持功能重要性評(píng)價(jià) 水土保持是生態(tài)系統(tǒng)通過其結(jié)構(gòu)與過程減少由于水蝕所導(dǎo)致的土壤侵蝕的作用，是生態(tài)系統(tǒng)提供的重要調(diào)節(jié)服務(wù)之一。水土保持功能主要與氣候、土壤、地形和植被有關(guān)。

Spro=NPPmean×(1-K)×(1-Falo)

式中，Spro為水土保持服務(wù)能力指數(shù)，NPPmean為多年植被凈初級(jí)生產(chǎn)力平均值，K為土壤可蝕性因子，F(xiàn)alo為坡度因子。

2 結(jié)果與分析

2.1 撫州市不同重要級(jí)別生態(tài)類型的單項(xiàng)評(píng)價(jià)

2.1.1 生物多樣性功能不同重要級(jí)別區(qū)的面積及其占比 從表2看出，撫州市生物多樣性功能極重要區(qū)的面積為6 578.57 km2，占撫州市國(guó)土面積的34.99%；生物多樣性功能重要區(qū)的面積為5 637.98 km2，占29.99%；一般重要區(qū)的面積為6 583.93 km2，占35.02%。

表2 撫州市生物多樣性功能不同重要級(jí)別生態(tài)區(qū)的面積及其占比

從空間格局看(圖1)，撫州市生物多樣性功能極重要區(qū)集中在南豐縣和宜黃縣交界處的軍峰山、南城縣的麻姑山、資溪縣的馬頭山、廣昌縣的青龍湖等植被覆蓋度較高、生態(tài)資源優(yōu)良、人類活動(dòng)較少的區(qū)域。生物多樣性功能重要區(qū)主要分布在資溪縣、宜黃縣、樂安縣等，生物多樣性功能一般重要區(qū)主要分布在撫州市的北部和中南部。

圖1 撫州市生物多樣性功能不同重要級(jí)別生態(tài)區(qū)域分布

2.1.2 水源涵養(yǎng)功能不同重要級(jí)別區(qū)的面積及其占比 撫州市水源涵養(yǎng)功能極重要區(qū)和一般重要區(qū)占比較大，而重要區(qū)占比相對(duì)較小。從表3看出，水源涵養(yǎng)功能一般重要區(qū)占比最大，為46.72%；水源涵養(yǎng)功能重要區(qū)占比最小，為19.99%；水源涵養(yǎng)功能極重要區(qū)占比為33.29%。從各區(qū)縣看，水源涵養(yǎng)功能極重要區(qū)面積達(dá)800 km2以上的有黎川縣、資溪縣和宜黃縣，分別占各自國(guó)土面積的63.41%、70.57%和41.68%。

表3 撫州市各區(qū)縣水源涵養(yǎng)功能不同重要級(jí)別區(qū)域的面積及其占比

從空間分布看(圖2)，撫州市水源涵養(yǎng)功能極重要區(qū)分布主要呈條狀和塊狀，其中，在東部沿武夷山脈呈條狀，在撫州市中部呈塊狀分布。從區(qū)縣看，撫州市水源涵養(yǎng)功能極重要區(qū)主要分布在黎川縣、資溪縣、宜黃縣、南豐縣等水資源較為豐富、年均降雨量大、常綠闊葉林和常綠針葉林等地表徑流較小的生態(tài)類型集中且面積較大的地區(qū)，水源涵養(yǎng)功能重要區(qū)主要集中在宜黃縣、南城縣和廣昌縣。

圖2 撫州市水源涵養(yǎng)功能不同重要級(jí)別區(qū)域分布

2.1.3 水土保持功能不同重要級(jí)別區(qū)的面積及其占比 從表4看出，撫州市水土保持功能極重要區(qū)的面積為9 394.42 km2，占比49.97%；水土保持功能重要區(qū)和一般重要區(qū)的面積分別為5 643.75 km2、 3 762.31 km2，占比分別為30.02%和20.01%。其中，廣昌縣、資溪縣和宜黃縣水土保持功能極重要區(qū)的占比較大，分別占67.01%、69.51%和60.32%。

表4 撫州市水土保持功能不同重要級(jí)別區(qū)域的面積及其占比

從空間分布看(圖3)，撫州市水土保持功能極重要區(qū)的主要集中在東部、中部和南部，水土保持功能一般重要區(qū)呈條狀和塊狀分布，其中，在北部的臨川呈塊狀，在撫州市中部呈條狀分布。從各區(qū)縣看，撫州市水土保持功能極重要區(qū)主要集中在廣昌縣、資溪縣和宜黃縣境內(nèi)，水土保持功能重要區(qū)主要集中在金溪縣、臨川區(qū)和崇仁縣。

圖3 撫州市水土保持功能不同重要級(jí)別區(qū)域分布

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能不同重要級(jí)別區(qū)的面積及其占比

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能主要受地形和氣象條件的影響，氣溫和太陽輻射以及當(dāng)?shù)氐闹脖粻顩r在很大程度上影響區(qū)域的生態(tài)維護(hù)功能和水土保持功能。撫州市全域氣象條件無很大程度差異，因此，生物維護(hù)極重要區(qū)域主要集中在植被生長(zhǎng)條件較好且無人為影響的山區(qū)。從表5看出，撫州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)的面積為11 386.42 km2，占比60.56%；重要區(qū)和一般重要區(qū)的面積分別為4 790.58 km2和2 623.48 km2，占比分別為25.48%和13.95%。其中，黎川縣、資溪縣、宜黃縣和廣昌縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)占比較大，均超過70%，其境內(nèi)生態(tài)資源和生態(tài)資產(chǎn)豐富。

表5 撫州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能不同重要級(jí)別區(qū)域的面積與占比

從空間分布看(圖4)，撫州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)主要分布在東部的武夷山脈和中西部的雩山山脈，主要沿山脈背脊呈條狀分布。從各區(qū)縣看，撫州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)主要集中在資溪縣、黎川縣、宜黃縣和廣昌縣。

圖4 撫州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能不同重要級(jí)別區(qū)域的分布

3 討論

20世紀(jì)70年代初，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)首次作為一個(gè)獨(dú)立的概念被提出[12]，我國(guó)對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的評(píng)價(jià)始于20世紀(jì)80年代。現(xiàn)在大多文獻(xiàn)都是對(duì)單一的生態(tài)類型服務(wù)進(jìn)行評(píng)估，如森林[13]、水[14-15]、濕地[16]、稻田[17]、草地[18]等，或?qū)δ骋涣饔騕19-21]或自然保護(hù)區(qū)[22-25]進(jìn)行評(píng)價(jià)，而對(duì)于區(qū)域內(nèi)整體的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行評(píng)價(jià)的文獻(xiàn)較少。撫州市是江西省乃至華東地區(qū)的重要生態(tài)屏障，森林生態(tài)系統(tǒng)組成復(fù)雜，物種多樣性豐富。2016年，撫州市轄的南豐縣、黎川縣、宜黃縣、資溪縣和廣昌縣5個(gè)縣被納入國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)。為更好地開展撫州市的生態(tài)資源保護(hù)工作，研究采用NPP定量指標(biāo)評(píng)估方法，從生物多樣性維護(hù)、水源涵養(yǎng)、水土保持功能3個(gè)方面入手，通過3個(gè)單項(xiàng)評(píng)價(jià)疊加對(duì)撫州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行集成評(píng)價(jià)，結(jié)果表明撫州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)域主要分布在東部的武夷山脈和中西部的雩山山脈，主要集中在資溪縣、黎川縣、宜黃縣和廣昌縣。由于數(shù)據(jù)獲取的局限性，研究選取了2014—2018年的數(shù)據(jù)，研究時(shí)間較短。

4 結(jié)論

撫州市生物多樣性維護(hù)功能極重要區(qū)域面積為6 578.57 km2，占比為34.9%，主要集中在撫州市東部、中部和南部植被覆蓋度較高、人煙稀少的區(qū)域；處于水源涵養(yǎng)功能極重要的區(qū)域面積為6 259.24 km2，占比為33.29%，主要呈條狀和塊狀分布在東部和中部，集中分布在黎川縣、資溪縣、宜黃縣、南豐縣等生態(tài)系統(tǒng)類型分布集中且面積較大的地區(qū)；水土保持功能極重要類型的區(qū)域面積為9 394.42 km2，占比49.97%，主要集中在廣昌縣、資溪縣和宜黃縣境內(nèi)。綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為，撫州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要區(qū)域面積為11 386.42 km2，占比60.56%，主要分布在東部的武夷山脈和中西部的雩山山脈，集中在資溪縣、黎川縣、宜黃縣和廣昌縣。