滇西云縣自然保護(hù)地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評價(jià)

陳和彥

(云南省臨滄瀾滄江省級自然保護(hù)區(qū)云縣管護(hù)分局，云南 云縣 675800)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)中獲取的利益，可分為產(chǎn)品提供功能、調(diào)節(jié)功能、文化功能和支持功能四大類，評價(jià)指標(biāo)主要包括生物多樣性維護(hù)、水源涵養(yǎng)、水土保持、防風(fēng)固沙和海岸防護(hù)等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要性[1]。云縣隸屬滇西臨滄市，森林覆蓋率58.8%，低于臨滄市平均森林覆蓋率(70%)，縣域保護(hù)與發(fā)展的矛盾仍然存在[2]?？h域經(jīng)濟(jì)和生態(tài)健康持續(xù)發(fā)展，需處理好保護(hù)和發(fā)展的關(guān)系，區(qū)域生態(tài)功能評價(jià)是基礎(chǔ)，因此也具有重要意義。為給云縣生態(tài)保護(hù)及發(fā)展提供參考依據(jù)，對云縣生物多樣性維護(hù)、水源涵養(yǎng)、水土保持等三個(gè)單項(xiàng)因子開展單項(xiàng)評價(jià)，并在此基礎(chǔ)上采用最大法(MAX)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行集成評價(jià)，識別縣域自然保護(hù)地生態(tài)服務(wù)功能重要性等級。

1 評價(jià)區(qū)概況

云縣位于云南省臨滄市東北部，距省會(huì)昆明市440 km，東與普洱市的景東縣隔瀾滄江為界，南與臨翔區(qū)、耿馬縣接壤，西與鳳慶縣、永德縣相鄰，北以瀾滄江為界與大理州南澗縣相望，轄7鎮(zhèn)5鄉(xiāng)。地理位置東經(jīng)99°43′～100°33′，北緯23°56′～ 24°46′，總面積3 662.1 km2。海拔720～3 429.6 m，相對高差大(2 679.6 m)[3]，森林資源豐富，森林覆蓋率為58.8%[4]，氣候?yàn)樗募静环置鳌⒏蓾裼昙久黠@的立體氣候。轄區(qū)內(nèi)分布土壤為赤紅壤、紅壤、黃壤、黃棕壤及紫色土五個(gè)土類[5]。水資源豐富，有瀾滄江和怒江兩大水系，以瀾滄江水系為主[6]。羅扎河和大寨河匯入瀾滄江，南汀河流經(jīng)云縣幸福鎮(zhèn)后匯入怒江。

2 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

從地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)獲取研究區(qū)DEM高程數(shù)據(jù)(30 m精度)和行政區(qū)域邊界范圍數(shù)據(jù)。從中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(https://www.resdc.cn)獲取全國1980年以來逐年年降水量空間插值數(shù)據(jù)集、中國植被類型空間分布數(shù)據(jù)、全國2000-2015年降水量柵格數(shù)據(jù)集、全國2000-2015年氣溫柵格數(shù)據(jù)集、全國2000-2015年歸一化植被指數(shù)數(shù)據(jù)(NDVI,Normalized Difference Vegetation Index)年度柵格數(shù)據(jù)集。從美國國家宇航局(NASA)MODIS數(shù)據(jù)(http://files.ntsg.umt.edu/)獲取全球2000年以來蒸散發(fā)柵格數(shù)據(jù)集、全球2000-2015年NPP(凈初級生產(chǎn)力)柵格數(shù)據(jù)集，并用ArcGIS軟件柵格計(jì)算器將以上獲取數(shù)據(jù)處理為年平均值數(shù)據(jù)。

所獲取數(shù)據(jù)均進(jìn)行重采樣?xùn)鸥窬葹?0M×30M，統(tǒng)一投影坐標(biāo)系，提取研究區(qū)數(shù)據(jù)，重采樣統(tǒng)一柵格精度為30 m×30 m。

3 研究方法

3.1 確立評價(jià)指標(biāo)體系

本研究的技術(shù)路線采用國土資源部《資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評價(jià)技術(shù)指南(試行)》(以下稱“雙評價(jià)指南”)和《生態(tài)保護(hù)紅線劃定指南》推薦評價(jià)方法，確定集成評價(jià)體系為：

[生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性]= Max([水源涵養(yǎng)重要性]，[生物多樣性維護(hù)重要性]，[水土保持重要性]，[防風(fēng)固沙重要性]，[海岸防護(hù)重要性])......

3.1.1 水源涵養(yǎng)重要性單因子 本項(xiàng)計(jì)算方法與“雙評價(jià)指南”評價(jià)基本原理保持一致。具體計(jì)算公式如下：

式中，Pi為降水量(mm)，Ri為地表徑流量(mm)，ETi為蒸散發(fā)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)。

降雨量(Pi)和蒸散發(fā)量(ETi)根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)通過空間插值求得，地表徑流量(Ri)通過公式計(jì)算求得：

地表徑流量(Ri)=Pi×a

式中，a為平均地表徑流系數(shù)，按地表生態(tài)系統(tǒng)類型計(jì)算。

多年平均降水量、多年平均蒸散發(fā)量、生態(tài)類型、地表徑流量數(shù)據(jù)處理后，ArCGIS柵格處理器把4個(gè)因子載入，用公式(1)計(jì)算水源涵養(yǎng)量。計(jì)算結(jié)果如圖1。

圖1 云縣水源涵養(yǎng)功能重要性分級

3.1.2 水土保持重要性單因子 依據(jù)“雙評價(jià)指南”規(guī)定，本項(xiàng)評價(jià)對生態(tài)系統(tǒng)類型、植被覆蓋度和地形特征(DEM派生坡度)等評價(jià)因子用ArcGIS進(jìn)行綜合計(jì)算分析。其中植被覆蓋度越高、坡度越大的區(qū)域，水土保持功能重要性越高。結(jié)合水土保持相關(guān)規(guī)劃設(shè)計(jì)成果，對評級結(jié)果進(jìn)行適度調(diào)整[7]。將云縣DEM地形數(shù)據(jù)使用表面分析工具(坡度)計(jì)算得出云縣坡度柵格數(shù)據(jù)，把坡度等級重分類為三類：坡度≥25°賦值為5，15°≤坡度<25°賦值為3，坡度<15賦值為1。將云縣植被指數(shù)NDVI按掩膜提取云縣范圍，用ENVI軟件計(jì)算植被覆蓋度C。植被指數(shù)可以真實(shí)地表達(dá)地表植被覆蓋情況，當(dāng)NDVI越接近1時(shí)，說明植被越健康。

表1 云縣植被覆蓋度(C)計(jì)算表

歸一化植被指數(shù)(NDVI)與植被覆蓋度具有較強(qiáng)的相關(guān)性[8-9],已作為地表植被覆蓋的指標(biāo)被廣泛運(yùn)用于植被研究中[10]。用ENVI軟件對植被指數(shù)數(shù)據(jù)(NDVI)進(jìn)行累積頻率統(tǒng)計(jì)，云縣植被指數(shù)2%累積頻率為0.855，98%累積頻率為0.900，重分類處理并賦值。分級表達(dá)處理結(jié)果見圖2。

圖2 云縣水土保持功能重要性分級

3.1.3 生物多樣性維護(hù)重要性單因子 該指標(biāo)可在物種與生態(tài)系統(tǒng)兩個(gè)層次進(jìn)行評價(jià)。在物種層次，陸生生物推薦采用物種分布模型進(jìn)行評價(jià)；在生態(tài)系統(tǒng)層次，可以按照評價(jià)準(zhǔn)則明確生物多樣性維護(hù)功能重要區(qū)域，將原真性、完整性高的優(yōu)先保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)劃入高與較高等級，其他優(yōu)先保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)劃入中等等級[11]。該項(xiàng)評價(jià)在生態(tài)系統(tǒng)層次進(jìn)行，計(jì)算方法與《生態(tài)保護(hù)紅線劃定指南》生物多樣性維護(hù)功能重要性評估模型保持一致，計(jì)算公式為[12]：

Sbio=NPPmean×Fpre×Ftem×(1-Falt)

式中：Sbio為生物多樣性維護(hù)服務(wù)能力指數(shù)，NPPmean為多年植被凈初級生產(chǎn)力平均值，F(xiàn)pre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(DEM)。將上述參與計(jì)算生物多樣性維護(hù)服務(wù)能力指數(shù)的四個(gè)因子重采樣后進(jìn)行歸一化處理，根據(jù)公式計(jì)算得出生物多樣性維護(hù)服務(wù)能力指數(shù)。式中，NPP值[g(碳)·m-2]越大越有利于生物多樣性的形成與維護(hù)[13]。使用ArcGIS重采樣工具處理氣溫、降水、DEM柵格數(shù)據(jù)集,用模糊隸屬度工具選擇雙線性函數(shù)分類值類型對計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化處理，計(jì)算得出多年平均降水量歸一化數(shù)據(jù)、多年平均氣溫歸一化數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)、海拔因子(DEM)歸一化數(shù)據(jù)、NPP歸一化數(shù)據(jù)。ArCGIS柵格處理器把3個(gè)因子載入，用公式(3)計(jì)算水源涵養(yǎng)量。計(jì)算結(jié)果見圖3。

圖3 云縣生物多樣性功能重要性分級

4 多因子集成評價(jià)與分析

4.1 總體評價(jià)分析

依據(jù)“雙評價(jià)指南”，用最大法(MAX)評價(jià)，即取水源涵養(yǎng)、水土保持、生物多樣性維護(hù)、防風(fēng)固沙、海岸防護(hù)等各項(xiàng)評級結(jié)果的最高等級作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性等級。 依據(jù)確立的評價(jià)體系，考慮研究區(qū)屬非干旱區(qū)域及非臨海區(qū)域，優(yōu)化評價(jià)體系框架(表2)，取生物多樣性維護(hù)重要性、水源涵養(yǎng)重要性和水土保持重要性三項(xiàng)單因子取最大值鑲嵌結(jié)果作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評級結(jié)果。

[生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性]= Max([生物多樣性維護(hù)重要性]，[水源涵養(yǎng)重要性]，[水土保持重要性])。

表2 云縣自然保護(hù)地生態(tài)服務(wù)功能評價(jià)單因子等級標(biāo)準(zhǔn)

經(jīng)過計(jì)算，云縣生態(tài)服務(wù)功能重要性格局分布總體呈四周高中間低，極重要區(qū)占比高、重要區(qū)占比低的格局。極重要區(qū)面積2 382.87 km2、占國土比例65.07%，重要區(qū)面積990.87 km2、占國土比例27.06%，一般重要區(qū)面積288.66 km2、占國土比例7.87%(表3，圖4)。其中，極重要區(qū)面積幸福鎮(zhèn)占比最大，占全縣國土15.86%，曉街鄉(xiāng)占比最低，占全縣2.69%。

表3 生態(tài)服務(wù)功能重要性評價(jià)分布

圖4 云縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性分級

表4 云縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)服務(wù)功能不同重要性評價(jià)等級

4.2 自然保護(hù)地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性地位

在研究區(qū)域內(nèi)設(shè)有自然保護(hù)區(qū)和森林公園兩種類型自然保護(hù)地類型，分別是瀾滄江省級自然保護(hù)區(qū)云縣片區(qū)、靈寶山省級森林自然公園和盤河省級森林自然公園。植被以季雨林、季風(fēng)常綠闊葉林、暖熱性針葉林、暖溫性針葉林為代表[14]，總面積265.43 km2,占研究區(qū)國土面積7.3%。自然保護(hù)地中生態(tài)服務(wù)功能重要性極重要區(qū)面積為252.211 km2，占自然保護(hù)地面積95.02%，定性結(jié)果表明自然保護(hù)地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性位置處于研究區(qū)極重要位置(圖5)。

圖5 云縣自然保護(hù)地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性地位

5 結(jié)論與討論

云縣生態(tài)服務(wù)功能重要性格局分布總體呈四周高中間低，極重要區(qū)占比高,重要區(qū)占比低的格局。極重要區(qū)面積2 382.87 km2、占國土比例65.07%，重要區(qū)面積990.87 km2、占國土比例27.06%，一般重要區(qū)面積288.66 km2、占國土比例7.87%。縣域內(nèi)自然保護(hù)地生態(tài)服務(wù)功能重要性極重要區(qū)面積為252.211 km2, 占自然保護(hù)地面積95.02%，表明自然保護(hù)地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性位置處于區(qū)域極重要位置?？h域劃定生態(tài)紅線范圍與生態(tài)服務(wù)功能的水源涵養(yǎng)功能重要性極重要區(qū)高度吻合(圖6)，其中極重要區(qū)占已劃定的紅線區(qū)比例85.01%，表明水源涵養(yǎng)功能重要性評級結(jié)果是生態(tài)紅線劃定的主要依據(jù)。

圖6 云縣水源涵養(yǎng)功能與生態(tài)紅線

云縣西北部的縣城建成區(qū)，中部的曉街河、羅扎河、勐麻河流域等低熱河谷地區(qū)曉街鄉(xiāng)、茶房鄉(xiāng)、大寨鎮(zhèn)、茂蘭鎮(zhèn)生態(tài)服務(wù)功能重要性評價(jià)等級最低，這些區(qū)域是經(jīng)濟(jì)開發(fā)活動(dòng)頻繁，森林植被分布相對較少的區(qū)域。全縣森林的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性等級中，極重要區(qū)面積占93.75%，重要區(qū)占3.61%，一般重要區(qū)占2.64%，表明云縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性等級與森林覆蓋率密切相關(guān)，其中發(fā)揮主要作用的森林植被類型為常綠闊葉林(主要樹種為榿木類、櫟類、桉類、灌木、其它闊葉和其它灌木等)和常綠針葉林(主要樹種為云南松，思茅松、華山松等)。