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    山西煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)價(jià)及時(shí)空異質(zhì)性

    2022-08-15 07:10:54吳樹(shù)榮潘換換楊琪雪杜自強(qiáng)武志濤張紅
    關(guān)鍵詞:煤田煤礦重要性

    吳樹(shù)榮,潘換換,楊琪雪,杜自強(qiáng)*,武志濤,張紅

    (1.山西大學(xué) 黃土高原研究所,山西 太原 030006;2.山西大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院,山西 太原 030006)

    0 引言

    生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是支撐人類(lèi)生存發(fā)展和生產(chǎn)活動(dòng)的重要環(huán)境條件和外在物質(zhì)基礎(chǔ),包括供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)和支持服務(wù)等關(guān)乎人類(lèi)福祉[1-2]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)價(jià)可以明晰區(qū)域內(nèi)各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要區(qū)域,從總體上揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)服務(wù)數(shù)量值和空間特征,能夠反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)狀態(tài),有助于明確重點(diǎn)進(jìn)行生態(tài)規(guī)劃和保護(hù)的地區(qū)[3]。

    生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)始于20世紀(jì)60年代,日本采用替代成本法評(píng)估森林公益機(jī)能經(jīng)濟(jì)價(jià)值[4]。20世紀(jì)80年代中國(guó)林學(xué)會(huì)基于森林綜合效益實(shí)施評(píng)估工作[5],1997年Daily等系統(tǒng)闡述了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的相關(guān)定義和價(jià)值測(cè)算的技術(shù)手段[6]。目前國(guó)內(nèi)外研究?jī)?nèi)容主要集中在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值估算及機(jī)理分析、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)主導(dǎo)功能劃分等方面,研究?jī)?nèi)容由類(lèi)型劃分、經(jīng)濟(jì)價(jià)值核算趨向注重綜合評(píng)價(jià)分析[7],同時(shí)開(kāi)始探索不同因素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響機(jī)理。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性通常采用單項(xiàng)指標(biāo)或多項(xiàng)指標(biāo)綜合來(lái)表征,主要是根據(jù)價(jià)值估算和服務(wù)指數(shù)來(lái)評(píng)估其總體服務(wù)能力和分布特征。評(píng)價(jià)區(qū)域多集中在對(duì)小流域[8]、省市生態(tài)用地[9-10]、特定生態(tài)區(qū)和某種生態(tài)系統(tǒng)等對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性予以識(shí)別。前人的這些研究提高了人們對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重視,但多集中于大中尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)估。另外,評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性時(shí)需要從時(shí)空尺度切入,且揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性的內(nèi)在機(jī)理的研究有待進(jìn)一步展開(kāi)。

    由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)煤炭資源利用長(zhǎng)期的依賴(lài),煤礦區(qū)開(kāi)發(fā)仍與日俱增,相應(yīng)的帶來(lái)建設(shè)用地的持續(xù)增加和生態(tài)用地的持續(xù)大幅縮減。山西省煤礦開(kāi)采自20世紀(jì)初開(kāi)始,社會(huì)發(fā)展受其巨大惠益,但隨之地表地下水系破壞,植被覆蓋度降低,土壤功能退化,原有生態(tài)系統(tǒng)功能受損,給煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類(lèi)福祉帶來(lái)嚴(yán)重威脅[11]。21世紀(jì)作為煤礦開(kāi)采中后期,也是調(diào)節(jié)生態(tài)問(wèn)題和經(jīng)濟(jì)發(fā)展矛盾的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),人們開(kāi)始注重環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的并行,并探索資源開(kāi)發(fā)與煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的耦合機(jī)制。本文基于山西省2000年—2018年NDVI數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)等,對(duì)煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性區(qū)域進(jìn)行識(shí)別和劃分,從時(shí)空尺度揭示其異質(zhì)性和中心遷移,并基于土地利用類(lèi)型[12]和影響因子揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性?xún)?nèi)在機(jī)制,以期為山西省煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)和生態(tài)恢復(fù)提供參考。

    1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)獲取

    1.1 研究區(qū)概況

    研究區(qū)位于山西省煤礦區(qū)(110°30′E —113°80′E、35°50′N(xiāo)—40°20′N(xiāo)),包括河?xùn)|煤田、霍西煤田、寧武煤田、沁水煤田、大同煤田和西山煤田(圖1)。總面積約53 800 km2,地類(lèi)主要為草地、林地和未利用地。東部和西部以山區(qū)、丘陵為主,中部為盆地,地形地貌結(jié)構(gòu)多變。溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年平均氣溫6℃~13℃,年降水量400 mm~600 mm,年均風(fēng)速約2 m/s。礦產(chǎn)資源豐富,探索到地下礦種達(dá)上百種,近一半已探明儲(chǔ)量,煤炭?jī)?chǔ)量全國(guó)第一[11]。

    圖1 研究區(qū)位置示意圖Fig.1 Location of the study area

    1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

    本文數(shù)據(jù)(表1)處理主要包括:(1)氣象數(shù)據(jù),包括研究區(qū)2000?2018年月均氣溫、月均降水、月均風(fēng)速、月均潛在蒸散量和月總太陽(yáng)輻射量通過(guò)kriging插值,求得年均數(shù)據(jù)并將結(jié)果歸一化得到多年平均降水因子(Fpre)和多年平均氣溫因子(Ftem)等,并通過(guò)柵格計(jì)算器得到多年平均氣候侵蝕力(Fq)。(2)基于NDVI和氣象數(shù)據(jù)通過(guò)CASA模型估算2000—2018年煤礦區(qū)植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP),進(jìn)行統(tǒng)一坐標(biāo)和柵格計(jì)算得到多年植被凈初級(jí)生產(chǎn)力平均值(NPPmean)。(3)基于 DEM 數(shù)據(jù)提取坡度、地形起伏度、海拔,通過(guò)歸一化得到坡度因子(Fslo)、地表粗糙度因子(D)和海拔因子(Falt)的空間分布圖。(4)對(duì)土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行提取、分類(lèi),進(jìn)行歸一化處理得到土壤滲流因子值(Fsic)和土壤可蝕性值(K)[13]。通過(guò)ArcGIS將各因子通過(guò)重采樣統(tǒng)一轉(zhuǎn)為分辨率1 km×1 km的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

    表1 數(shù)據(jù)描述及來(lái)源Table 1 Data description and source

    2 研究方法

    2.1 NPP估算

    NPP作為指示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要因子,通過(guò) CASA模型[14]由植被光合有效輻射APAR、實(shí)際光能利用率ε計(jì)算,(x,t)表示t月x像元,公式為:

    其中,APAR公式由太陽(yáng)輻射總量SOL、植被層對(duì)入射光合有效輻射的吸收比例FPAR和植被利用太陽(yáng)有效輻射占太陽(yáng)總輻射比例0.5的乘積得到,ε由Tε和Wε溫度和水分脅迫因子等計(jì)算得到,公式分別為:

    2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)價(jià)

    2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)

    (1)水源涵養(yǎng)服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)對(duì)降水進(jìn)行時(shí)空再分配,緩和地表徑流,補(bǔ)充地下水,增加有效水的能力。該指數(shù)(WR)[15]計(jì)算公式為:

    式中:NPPmean表示多年植被凈初級(jí)生產(chǎn)力平均值;Fsic為土壤滲流因子;Fpre為多年平均降水因子;Fslo坡度因子。

    (2)水土保持服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程中,通過(guò)其自身結(jié)構(gòu)和過(guò)程的相互作用得以避免水土流失,減少地表徑流,增加地面覆蓋,防止土壤侵蝕的能力[16]。該指數(shù)(Spro)計(jì)算公式為:

    式中,K為土壤可蝕性因子。

    (3)防風(fēng)固沙服務(wù)是指陸地生態(tài)系統(tǒng)能夠減緩風(fēng)速,改變風(fēng)向,固沙固土,防止沙塵暴,保護(hù)良田,避免沙漠化的能力[17]。該指數(shù)(Sws)具體計(jì)算公式為:

    式中,F(xiàn)q為多年平均氣候侵蝕力因子;D為地表粗糙度因子。

    (4)生物多樣性維護(hù)服務(wù)即生態(tài)系統(tǒng)對(duì)生物多樣性的維護(hù)和固持,穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng),提高生產(chǎn)力的能力[18]。該指數(shù)(Sbio)計(jì)算公式為:

    式中,F(xiàn)tem為多年平均氣溫因子;Falt為海拔因子。

    2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能綜合評(píng)價(jià)

    綜合考慮水源涵養(yǎng)、水土保持、防風(fēng)固沙和生物多樣性服務(wù)指標(biāo),通過(guò)變異系數(shù)法[19]設(shè)置指標(biāo)權(quán)重,利用加權(quán)綜合指數(shù)法得到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性綜合指數(shù)(ESI),其計(jì)算公式為:

    式中,Ai表示第i項(xiàng)指標(biāo)的功能值,Wi表示第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。

    表2 研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性指標(biāo)權(quán)重Table 2 Index weight of importance of ecosystem services in the study area

    2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性識(shí)別和分析方法

    (1)采用自然斷點(diǎn)法將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)估結(jié)果按其自然分布規(guī)律劃分為4個(gè)等級(jí),分別為極重要、高度重要、比較重要和一般重要[15]。

    (2)為揭示其時(shí)空變化規(guī)律,通過(guò)ArcGIS中位數(shù)計(jì)算得到不同重要性級(jí)別的地理中心,再通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)差橢圓創(chuàng)建各重要性級(jí)別區(qū)域的分布方向和離散程度,橢圓的長(zhǎng)軸表示方向,長(zhǎng)軸越短表示越集中。

    (3)分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性?xún)?nèi)在機(jī)理,結(jié)合土地利用和生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)各重要性等級(jí)進(jìn)行疊加分析,再識(shí)別生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)重要性指標(biāo)中不同等級(jí)影響因子的均值,并通過(guò)如下公式計(jì)算其相對(duì)偏差[20]:

    式中,di為影響因子的偏離程度,xi為i等級(jí)區(qū)域影響因子的均值,xˉ為影響因子在整個(gè)區(qū)域的均值[21]。

    3 結(jié)果與分析

    3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性

    3.1.1 水源涵養(yǎng)重要性

    從空間上來(lái)看,水源涵養(yǎng)重要性基本呈東部高、西部低的空間分布趨勢(shì)(圖2),其中高度重要和極重要區(qū)域面積分別為7 908.6 km2和6 509.8 km2,分別占總面積的14.7%和12.1%(表3),主要分布于西山煤田、沁水煤田和霍西煤田。主要是由于這些煤田多年平均降水量較高、水熱平衡條件較好,對(duì)于維持水質(zhì),清潔水源供給有重要意義。低值區(qū)面積最大,約為18 076.8 km2,區(qū)域占比達(dá)到33.6%,主要分布在大同煤田、寧武煤田和西山煤田的大部分地區(qū),這是由于這些區(qū)域植被覆蓋率低、工礦建設(shè)活動(dòng)較為頻繁,不利于涵養(yǎng)水源。

    3.1.2 水土保持重要性

    從圖2可以看出,水土保持重要性區(qū)域分散分布在煤礦區(qū)的東北部和東南部,面積為4 411.6 km2,占總面積的8.2%(表3),高度及以上重要地區(qū)主要分布在沁水煤田東北部和東南部、霍西煤田大部分區(qū)域以及西山煤田西部,這些地區(qū)土壤不易受雨水侵蝕,水土保持效果較好。水土保持服務(wù)一般重要區(qū)域主要分布在大同煤田、寧武煤田和河?xùn)|煤田北部等地勢(shì)較為低平的區(qū)域,面積約為20 766.8 km2,占比高達(dá)38.6%。

    表3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各重要性區(qū)域面積占比統(tǒng)計(jì)表Table 3 The importance of ecosystem services area accounted for statistics

    3.1.3 防風(fēng)固沙重要性

    防風(fēng)固沙重要性在空間上呈現(xiàn)一般重要區(qū)域廣泛分布、重要區(qū)域零星散落分布于東北部的特征(圖2),其中極重要區(qū)域面積為645.6km2,僅占礦區(qū)總面積的1.2%(表3);高度重要區(qū)域面積2 743.8 km2,占總面積的5.1%。高度及以上重要地區(qū)主要分布在沁水煤田東北部,這些地區(qū)土壤可蝕性較小,氣候侵蝕力小,對(duì)防風(fēng)固沙起到一定程度的作用。研究區(qū)防風(fēng)固沙服務(wù)一般重要區(qū)域占研究區(qū)面積的73.0%,防風(fēng)固沙服務(wù)相對(duì)于其他服務(wù)并不突出。

    3.1.4 生物多樣性重要性

    生物多樣性重要性在空間上呈現(xiàn)東南高西北低的分布特征(圖2),一般重要區(qū)域主要分布于研究區(qū)西北部,高度及以上重要區(qū)域大多分布在研究區(qū)東南部的沁水煤田、中部霍西煤田,高度重要區(qū)域面積達(dá)到11 405.6 km2,占總面積的21.2%;極重要區(qū)域面積為3 981.2 km2,占總面積的7.4%(表3)。這些區(qū)域植被覆蓋率較高,降水豐富,適宜動(dòng)植物生存,生境質(zhì)量好,物種豐富,有助于維持生物多樣性。

    3.1.5 生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)重要性

    研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)綜合重要性面積比例隨等級(jí)升高呈下降趨勢(shì),高度及以上重要的區(qū)域面積占比達(dá)到20.1%(表3)。生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)重要性自煤礦區(qū)西北向東南部逐漸遞增(圖3),其中極重要區(qū)主要分布在沁水煤田東北部和南部、霍西煤田中南部區(qū)域,占各自煤田面積比分別為22.7%和24.1%(圖4),高度重要區(qū)主要分布在沁水煤田東部和南部大部分地區(qū)以及霍西煤田中部,占各自煤田面積比分別為25.6%和22.4%,比其他煤田人為擾動(dòng)較小?;粑髅禾锖臀魃矫禾锊糠值貐^(qū)以水土保持服務(wù)為主,研究區(qū)東南部山地丘陵區(qū)以水源涵養(yǎng)和生物多樣性維護(hù)服務(wù)為主(圖2),對(duì)維持整個(gè)煤礦區(qū)及山西省地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)具有重要意義。

    圖3 研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.3 Evaluation results of comprehensive ecosystem services in the study area

    圖4 六大煤田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性分區(qū)占比Fig.4 The proportions of the six major coalfield ecosystem services

    3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性時(shí)空變化特征

    生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性時(shí)空變化在一定程度上可反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的可持續(xù)和動(dòng)態(tài)變化過(guò)程[22]。通過(guò)對(duì)比2000年和2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性分布得到煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性時(shí)空變化圖(圖5),近年來(lái)對(duì)煤礦區(qū)采取了一系列生態(tài)環(huán)境保護(hù)和恢復(fù)措施,大部分區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性呈現(xiàn)增加趨勢(shì),沁水煤田西北部平原區(qū)、東南部低山區(qū)和霍西煤田南部以及河?xùn)|煤田南部出現(xiàn)降低現(xiàn)象,主要受人類(lèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)活動(dòng)影響,山地丘陵區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性程度基本不變。

    圖5 研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性時(shí)空變化Fig.5 Spatiotemporal changes in the importance of ecosystem services in the study area

    煤礦區(qū)2000年—2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性區(qū)域中心總體由東南部向西部和北部偏移,極重要和高度重要區(qū)域中心始終位于沁水煤田,極重要區(qū)域中心向西遷移12 km,高度重要中心向西南方位偏移21 km;比較重要區(qū)域中心由霍西煤田向霍西煤田以外的西北方位偏移,偏移距離為24 km;一般重要區(qū)域中心由河?xùn)|煤田和西山煤田周邊向東北遷移100 km到寧武煤田。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各重要性級(jí)別區(qū)域分布方向從2000年—2018年基本呈現(xiàn)東北—西南走向,僅比較重要區(qū)域分布方向由2000年?yáng)|北—西南方向到2018年轉(zhuǎn)變?yōu)闁|南—西北方向。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性分布離散程度來(lái)看,各個(gè)重要性級(jí)別區(qū)域分布集中,限于一個(gè)煤田或跨兩個(gè)煤田,而一般重要區(qū)域分布較為離散,基本各個(gè)煤田均有分布。隨著時(shí)間遷移,各重要性等級(jí)區(qū)域分布逐漸趨于集中狀態(tài)(圖6)。

    圖6 各重要性級(jí)別區(qū)域的地理中心及方向分布的時(shí)空變化Fig.6 Distribution of geographical center and direction of each importance level area shows temporal and spatial changes

    3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性區(qū)域形成的內(nèi)在機(jī)理

    基于生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)重要性區(qū)域計(jì)算煤礦區(qū)土地利用類(lèi)型面積所占比,可看出研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要區(qū)域草地和林地面積占比較高,且隨著重要性等級(jí)提高草地和林地面積比例持續(xù)上升,而未利用地面積持續(xù)下降。一般重要區(qū)域主要土地利用方式為人類(lèi)活動(dòng)較多的耕地和城鄉(xiāng)、工礦、居民用地;水域面積在研究區(qū)占比較小,與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性的潛在機(jī)理仍待進(jìn)一步探討(圖7)。

    圖7 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)不同重要性等級(jí)區(qū)域土地利用面積占比Fig.7 Proportion of land use area in different importance levels of ecosystem service

    通過(guò)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)主要影響因子的分析,從圖8可以看出,對(duì)煤礦區(qū)重要區(qū)域的影響因子分別為多年平均降水因子(Fpre)和多年平均氣溫因子(Ftem),而在一般重要區(qū)域較為突出的影響因子除前述因子之外,還有土壤滲流因子(Fsic)。

    圖8 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)不同重要性等級(jí)空間分布影響因子Fig.8 Influencing factors of spatial distribution of ecosystem services in different importance levels

    4 討論

    煤礦區(qū)作為山西生態(tài)恢復(fù)的重點(diǎn)推進(jìn)區(qū)域,從其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要區(qū)域水熱條件較好且植被覆蓋度較高,應(yīng)在保護(hù)原有植被的基礎(chǔ)上,繼續(xù)提高植物覆蓋率,同時(shí)調(diào)整區(qū)域內(nèi)用地結(jié)構(gòu)[23];而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)一般重要區(qū)域自然生態(tài)本底脆弱,應(yīng)引導(dǎo)適度開(kāi)發(fā)和利用資源,提高土地利用效率,協(xié)調(diào)產(chǎn)業(yè)布局,加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和植被恢復(fù)工作。整體上煤礦區(qū)提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平并不高,水源涵養(yǎng)、水土保持和生物多樣性維護(hù)服務(wù)均以比較重要區(qū)域居多,大部分區(qū)域防風(fēng)固沙服務(wù)一般,林地和草地對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)正向作用明顯。研究表明植被對(duì)于土壤風(fēng)蝕具有抑制作用,且隨植被恢復(fù)區(qū)域防風(fēng)固沙能力近幾年有所提高[24]。2000—2018年煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性區(qū)域增加且逐漸由沁水煤田向北部和西部擴(kuò)散,得益于區(qū)域生態(tài)恢復(fù)與保護(hù)工作的全面落實(shí)[25]。煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要區(qū)域形成的主要影響因子為降水和氣溫,有學(xué)者表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對(duì)于降水和氣溫的年際變化是最為敏感的,且土地利用對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響需要在十年乃至更長(zhǎng)時(shí)間尺度才能顯現(xiàn)[24],這將是今后的研究重點(diǎn)。

    為提高煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性以及與區(qū)域的相符性,在對(duì)重要性區(qū)域的級(jí)別劃定時(shí),選擇自然斷點(diǎn)法[26]。由于研究選取的是典型生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)域,考慮到區(qū)域尺度及不連貫性且受限于復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)估存在一定影響。其次NPP定量評(píng)估法作為生態(tài)紅線劃定的主要方法[25],能夠一定程度反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間差異,但不能與實(shí)際完全吻合。此外,在研究過(guò)程中,該評(píng)價(jià)體系指標(biāo)選取涵蓋面有限,參數(shù)有待進(jìn)一步校驗(yàn),且未考慮社會(huì)和政策對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響。本文的研究方法區(qū)別于模型評(píng)估法,具有地域適宜性,不能提供空間量化的結(jié)果,主要通過(guò)甄別研究區(qū)主要生態(tài)功能,在此基礎(chǔ)上得到具有可信度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評(píng)估結(jié)果[27]。因此,在今后的研究中,將進(jìn)一步多方面探索研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性區(qū)域大尺度宏觀的時(shí)空變化規(guī)律,結(jié)合模型評(píng)估法和實(shí)地觀測(cè)對(duì)研究結(jié)果予以校驗(yàn),更科學(xué)地為研究區(qū)生態(tài)保護(hù)紅線劃定和國(guó)土空間規(guī)劃、環(huán)境和管理規(guī)劃實(shí)踐等提供客觀合理的決策依據(jù)[28],以提高人類(lèi)福祉。

    5 結(jié)論

    本研究選取山西省煤礦區(qū)為研究對(duì)象,基于GIS工具以柵格單元進(jìn)行空間分析,運(yùn)用NPP定量指標(biāo)法構(gòu)建評(píng)估體系,從時(shí)空尺度揭示研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要性,結(jié)果表明:

    (1)煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要區(qū)域占研究區(qū)的20.1%,面積為10 813.8 km2,其中水源涵養(yǎng)、水土保持和生物多樣性功能重要性相對(duì)較高,重要性區(qū)域主要分布在沁水煤田和霍西煤田。

    (2)2000年—2018年煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性大部分區(qū)域有所提高。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)一般重要區(qū)域逐漸減少,極重要和高度重要區(qū)域始終主要分布于沁水煤田和霍西煤田,極重要區(qū)域中心向西遷移12 km,高度重要區(qū)域中心向西南方位遷移21 km。

    (3)煤礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能極重要和高度重要區(qū)域主要土地利用類(lèi)型包括草地、林地和未利用地,隨著重要性等級(jí)的提升,草地和林地占煤礦區(qū)面積相應(yīng)增加。影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性分布的主要因子為降水和氣溫。

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