清水河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估及預(yù)測(cè)

裴宏偉，張紅娟，張良，李雅麗，張高偉，劉孟竹*

1.河北建筑工程學(xué)院市政與環(huán)境工程系

2.河北省水質(zhì)工程與水資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

3.河北省張家口水文勘測(cè)研究中心

生態(tài)系統(tǒng)是人類賴以生存的環(huán)境與基礎(chǔ)，在生態(tài)過程中產(chǎn)生的物質(zhì)與服務(wù)有著無法替代的價(jià)值[1]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是人類從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的直接或間接的所有惠益，包括有形的物質(zhì)供給和無形的服務(wù)提供，主要分為供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)和支持服務(wù)[2]。隨著人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾日益加強(qiáng)，加上不穩(wěn)定的氣候變化，全球超過2/3的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)出現(xiàn)下降，生態(tài)系統(tǒng)退化的程度已經(jīng)超過了預(yù)期水平[3-4]。世界范圍內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)已經(jīng)成為地理學(xué)、生態(tài)學(xué)、測(cè)繪學(xué)、社會(huì)科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的研究前沿與熱點(diǎn)。目前，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估已經(jīng)上升到國(guó)家尺度[5-7]，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究也已在全球尺度上開展[8-9]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與價(jià)值的評(píng)估對(duì)自然資源的合理配置與利用，生態(tài)補(bǔ)償、生態(tài)恢復(fù)和生態(tài)紅線政策制定等具有重大意義[10-11]。

由人類活動(dòng)引起的土地利用變化是影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與價(jià)值的主要原因，情景分析法能夠準(zhǔn)確量化土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的具體影響。例如，Bai等[12]基于情景比較法區(qū)分了土地利用對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的相對(duì)貢獻(xiàn)；王培俊等[13]通過土地預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)了未來的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，為未來的生態(tài)資產(chǎn)評(píng)估提供了可行的方案。然而，基于預(yù)測(cè)模型或假設(shè)情景建立的情景分析法往往難以量化某一種或某幾種特定的土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響。這是因?yàn)轭A(yù)測(cè)模型模擬出的土地情景產(chǎn)生了全局的變化，無法準(zhǔn)確解釋最終的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化主要受哪種土地利用轉(zhuǎn)變的影響。為了解決這一問題，部分研究通過設(shè)計(jì)未來的土地情景來判斷某一種人為的土地管理方式是否能夠達(dá)到預(yù)期的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給水平[14-15]，研究的方法是將對(duì)應(yīng)某一土地利用類型的柵格改變?yōu)榱硪环N特定的土地利用柵格，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地量化某一種土地轉(zhuǎn)變對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響，但這種設(shè)計(jì)情景法缺少了對(duì)未來的預(yù)測(cè)。綜上，通過模型預(yù)測(cè)未來的情景，并以此對(duì)未來情景進(jìn)行土地柵格的特定轉(zhuǎn)變的設(shè)計(jì)（預(yù)測(cè)+設(shè)計(jì)），能夠達(dá)到準(zhǔn)確地模擬未來不同發(fā)展方向變化的土地情景，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)未來不同情景下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和價(jià)值的評(píng)估。

清水河流域地處河北省西北部，與張家口市崇禮區(qū)行政邊界較為一致。該流域?yàn)榘霛駶?rùn)向半干旱過渡的生態(tài)脆弱區(qū)，也是土地利用受人類活動(dòng)影響較大的典型區(qū)域。為揭示清水河流域未來的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和價(jià)值的變化，本研究以該流域2000—2018年的產(chǎn)水服務(wù)、固碳服務(wù)、土壤保持服務(wù)以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為研究?jī)?nèi)容，采用預(yù)測(cè)+設(shè)計(jì)的情景分析法，在預(yù)測(cè)未來土地格局自然發(fā)展的基礎(chǔ)上加入了人為管理的土地利用設(shè)計(jì)方案，以預(yù)測(cè)未來自然、人為影響下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與價(jià)值變化，促使實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與價(jià)值的最大化供給，以期為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和價(jià)值的預(yù)測(cè)提供評(píng)估框架，同時(shí)也為生態(tài)可持續(xù)發(fā)展、土地規(guī)劃決策提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

清水河流域（114°47′E～115°31′E，40°49′N～41°16′N）位于海河上游，處于內(nèi)蒙古高原和華北平原過渡地區(qū)。流域內(nèi)400 mm等降水量線穿過，多年平均降水量為442 mm，降水主要集中在6—9月，多年平均氣溫為8.6 ℃，屬于大陸性季風(fēng)氣候。流域總面積約 2 200 km2，高程為 780～2 165 m（圖 1）。2018年，清水河流域總?cè)丝诩s13萬人，人口密度約50人/km2，農(nóng)、林、牧產(chǎn)值分別占經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的1/2、1/5、1/4，其中僅蔬菜的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值就達(dá)到了2/5。高強(qiáng)度的農(nóng)業(yè)活動(dòng)和城鎮(zhèn)化快速擴(kuò)張給當(dāng)?shù)氐乃Y源、生態(tài)環(huán)境帶來了較大影響。此外，流域氣候較為惡劣，暴雨、冰雹災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，水土流失較為嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境極為脆弱[16]。

圖 1 清水河流域高程Fig.1 Elevation of Qingshui River Basin

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

土地利用數(shù)據(jù)來源于遙感數(shù)據(jù)解譯，在前期研究[16]中已經(jīng)完成，分辨率為30 m，選取了2000年、2009年、2018年3個(gè)年份數(shù)據(jù)，根據(jù)清水河流域?qū)嶋H情況分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地5個(gè)一級(jí)土地利用類型。DEM數(shù)據(jù)（30 m）來源于地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.gscloud.cn）。氣象數(shù)據(jù)來源于中國(guó)地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集（V3.0）（http://data.cma.cn），包括清水河流域及周邊地區(qū)4個(gè)氣象站2000—2018年降水量、相對(duì)濕度、溫度等數(shù)據(jù)。由Penman-Monteith公式計(jì)算得到每個(gè)站點(diǎn)作物參考蒸散量，最后由克里金插值法得到30 m的蒸散量柵格數(shù)據(jù)（與降水量數(shù)據(jù)分辨率一致）。年降水量柵格數(shù)據(jù)（1 km）來源于國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://www.geodata.cn/），相比于插值法得到的降水量數(shù)據(jù)，柵格數(shù)據(jù)具有更好的空間分布，空間分辨率經(jīng)過重采樣達(dá)到了30 m。流域及子流域矢量圖由ArcMap軟件中水文分析工具提取得到。糧食產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于《張家口經(jīng)濟(jì)年鑒》（2000—2019年），糧食價(jià)格來源于《中國(guó)農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格調(diào)查年鑒2019》，均下載于中國(guó)知網(wǎng)（https://www.cnki.net/）。

1.3 研究方法

1.3.1 技術(shù)路線

元胞自助機(jī)（cellular automata，CA）模型是在空間上相互作用、時(shí)間上又具有因果關(guān)系的一種網(wǎng)格動(dòng)力學(xué)模型，具有處理復(fù)雜空間系統(tǒng)的能力。Markov模型基于Markov鏈，因其較好的穩(wěn)定性和無后效性，能夠預(yù)測(cè)土地利用變化中各時(shí)刻的變動(dòng)過程。CA-Markov模型綜合了Markov模型的時(shí)序預(yù)測(cè)和CA模型的空間分布模擬，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于土地利用數(shù)量變化、空間格局變化的模擬中[16-17]。不同于CLUE-S模型以及FLUS模型，CA-Markov模型可以將上一階段的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣作為Markov鏈，進(jìn)而根據(jù)以往時(shí)期的土地流轉(zhuǎn)趨勢(shì)作為預(yù)測(cè)未來土地格局的方向，因此該模擬方法符合本研究中的自然發(fā)展情景，即土地利用變化向著原本的趨勢(shì)發(fā)展。

分析2000—2018年清水河流域的土地利用時(shí)空變化，利用CA-Markov模型預(yù)測(cè)未來自然發(fā)展情形下的土地利用情景；在此基礎(chǔ)上，通過ArcMap軟件中重分類工具設(shè)計(jì)未來的退耕還林、還草發(fā)展情景，得到不同時(shí)空尺度下的土地利用情景；根據(jù)InVEST（integrated valuation of ecosystem services and trade-offs）模型、當(dāng)量因子法和當(dāng)量系數(shù)表來模擬不同時(shí)空尺度下的產(chǎn)水量、土壤保持量、碳儲(chǔ)量以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，最后實(shí)現(xiàn)清水河流域近20年來的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及價(jià)值的評(píng)估。研究技術(shù)路線如圖2所示。

圖 2 研究技術(shù)路線Fig.2 Research technology roadmap

1.3.2 產(chǎn)水服務(wù)

使用InVEST模型中的產(chǎn)水量模塊計(jì)算產(chǎn)水量，以表示產(chǎn)水服務(wù)，計(jì)算公式如下：

式中：Yij為柵格i中土地利用類型j的年產(chǎn)水量，mm/a；AETij為柵格i中土地利用類型j的年實(shí)際蒸散量，mm/a；Pi為柵格i的年降水量，mm/a；PETi為柵格i的年潛在蒸散量，mm/a；ET0,i為柵格i的年參考作物蒸散量，mm/a；Kc，j為土地利用類型j的蒸散系數(shù)，無量綱；w為氣候-土壤的非物理參數(shù)；Z為季節(jié)性常數(shù)；max(layer_depthi)為柵格i的最大土壤深度，mm；root_depthi為柵格i的最大根系限制深度，mm；AWCi為柵格i的土壤有效含水量，mm；PAWCi為柵格i的植物可利用含水量，其值處于[0，1]。

1.3.3 固碳服務(wù)

InVEST碳儲(chǔ)量模型中需要的輸入數(shù)據(jù)為土地利用數(shù)據(jù)以及基本的四大碳庫(kù)（地上碳庫(kù)、地下碳庫(kù)、土壤碳庫(kù)和死亡有機(jī)質(zhì)碳庫(kù)）數(shù)據(jù)，輸出結(jié)果為總碳儲(chǔ)量以及不同土地利用類型的碳儲(chǔ)量。本研究只考慮基本的四大碳庫(kù)，碳密度數(shù)據(jù)參考同地區(qū)研究結(jié)果（表1）[18]，用總碳儲(chǔ)量表示固碳服務(wù)，計(jì)算公式如下：

表 1 清水河流域不同土地利用類型碳密度參數(shù)Table 1 Carbon density parameters of land use types in Qingshui River Basin t/hm2

式中：C為總碳儲(chǔ)量，t；Ca為地上碳密度，t/hm2；Cb為地下碳密度，t/hm2；Cc為土壤碳密度，t/hm2；Cd為死亡有機(jī)質(zhì)碳密度，t/hm2；S為各土地利用類型面積，hm2。

1.3.4 土壤保持服務(wù)

InVEST泥沙運(yùn)移模型在土壤流失流失方程（USLE）的理論基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，在沉積物持留方面，該模型考慮了植物對(duì)土壤侵蝕的減緩以及對(duì)上坡沉積物具有攔截作用這一重要水文過程，使得模擬結(jié)果更科學(xué)合理。本研究采用改進(jìn)的USLE方程，具體計(jì)算方法如下：

式中：RKLSi為柵格i基于地貌和氣候計(jì)算的潛在土壤侵蝕量，t；Ri、Ki、LSi、Ci、Zi為單元柵格i的降水侵蝕力因子、土壤可蝕性因子、坡長(zhǎng)坡度因子、植被覆蓋與管理因子、土壤保持措施因子；USLEi為柵格i的土壤實(shí)際侵蝕量，t；SEDRi為柵格i的土壤持留量，t；SEi為柵格i的泥沙持留率；SEDRETi為柵格i的土壤保持量，t；Ci對(duì)應(yīng)于柵格i中耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地的取值分別為0.05、0.03、0.04、0、0， 類似地，Zi對(duì)應(yīng)柵格i中的耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地分別取值1、1、1、0、0。其他因子根據(jù)模型推薦參數(shù)輸入。

1.3.5 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算

根據(jù)謝高地等[19-20]發(fā)展的當(dāng)量因子法來計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，計(jì)算公式如下：

式中：Vj為土地利用類型j的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，元；Cjn為土地利用類型j對(duì)應(yīng)的二級(jí)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值n（食物生產(chǎn)價(jià)值、氣候調(diào)節(jié)價(jià)值等），元；Sj為土地利用類型j的總面積，hm2；ESV為研究區(qū)總的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，元。

以單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)糧食生產(chǎn)的凈利潤(rùn)當(dāng)作1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量，標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子的值參考以往研究定義為實(shí)際糧食產(chǎn)值的1/7[21]，當(dāng)量系數(shù)表參照文獻(xiàn)[19]。根據(jù)《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》，2018年全國(guó)3種稻谷糧食收購(gòu)價(jià)格平均值為2.51元/kg，清水河流域2000—2018年糧食產(chǎn)量均值為19 314 t/a，糧食種植面積均值為8 374 hm2/a，其中2001年、2002年糧食種植面積數(shù)據(jù)缺失，采用2000年、2003年的數(shù)據(jù)利用線性插值法得到。參考謝高地等[19]發(fā)展的植被凈初級(jí)生產(chǎn)力（net primary productivity，NPP）修正方法，崇禮區(qū)2018年平均NPP為422.38 g/(m2·a)，全國(guó)水平為338.16 g/(m2·a)，修正系數(shù)為1.25。最終計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子為1 033.82元/hm2，進(jìn)而得到2000—2018年清水河流域不同土地利用類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值（表2）。

1.3.6 未來情景構(gòu)建

結(jié)合CA-Markov模型以及ArcMap軟件中的重分類工具來實(shí)現(xiàn)土地情景預(yù)測(cè)及設(shè)計(jì)。按照清水河流域自然發(fā)展情景，通過CA-Markov模型模擬出2027年流域的土地利用分布（參考前期研究[16]），在ArcMap軟件中對(duì)該柵格實(shí)施不同規(guī)則的柵格屬性重分類，得到不同力度生態(tài)修復(fù)措施下的土地利用情景。重分類規(guī)則參考清水河流域當(dāng)?shù)氐耐烁€林、還草政策而制定，不同情景設(shè)計(jì)具體見表3。

2 結(jié)果和分析

2.1 清水河流域2000—2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)空變化

2000—2018年清水河流域碳儲(chǔ)量、土壤保持量、產(chǎn)水量及其空間變化分別如表4和圖3所示。碳儲(chǔ)量由2000年的2.23×107t減至2009年的2.21×107t，2018年進(jìn)一步減至2.20×107t。整個(gè)時(shí)期清水河流域單位面積碳儲(chǔ)量減少約1.10 t/hm2（表4），固碳服務(wù)呈下降趨勢(shì)。研究區(qū)土壤保持總量在2000—2009 年由 175.92×106t增至 176.03×106t，2018 年增至176.04×106t，單位面積土壤保持量在近20年增加約0.54 t/hm2，土壤保持服務(wù)呈輕微增強(qiáng)趨勢(shì)。研究區(qū)產(chǎn)水量由2000年的123.77×106m3增至2009年的 127.18×106m3，2018 年又增至 130.78×106m3，單位面積產(chǎn)水量增加了3.19 mm，產(chǎn)水服務(wù)相較于固碳和土壤保持服務(wù)明顯增強(qiáng)。

表 2 清水河流域不同土地利用類型單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值Table 2 Ecosystem service values per unit area in different land use types in Qingshui River Basin 元/hm2

表 3 清水河流域不同力度生態(tài)修復(fù)措施下的土地利用情景Table 3 Land use scenarios under different ecological restoration measures in Qingshui River Basin

表 4 清水河流域單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化Table 4 Changes of ecosystem services per unit in Qingshui River Basin

近20年來，清水河流域碳儲(chǔ)量變化空間差異較為顯著，固碳功能較強(qiáng)的區(qū)域分布在流域西北部和南部等林地覆蓋度較高的區(qū)域，而碳儲(chǔ)量減少的區(qū)域主要分布在城鎮(zhèn)擴(kuò)張以及草地轉(zhuǎn)變?yōu)楦氐膮^(qū)域（圖3）。土壤保持量空間格局與高程、坡度以及土地利用分布格局相關(guān)，在海拔低、坡度平緩的耕地區(qū)域，土壤保持量較低，在海拔高、坡度陡的林草地區(qū)域土壤保持量較高。

產(chǎn)水量空間分布在全流域尺度上與降水量分布有關(guān)，在區(qū)域尺度上則與土地利用類型分布相關(guān)。研究區(qū)東北部多年平均降水量較高，因此該區(qū)域產(chǎn)水量高于其他地區(qū)。從不同土地利用類型的產(chǎn)水量而言，建設(shè)用地產(chǎn)水量較高，通常建設(shè)用地下墊面缺少土壤無法存續(xù)水，導(dǎo)致降水直接形成了徑流產(chǎn)生更多的水量，產(chǎn)水量顯著增加的區(qū)域也主要分布于建設(shè)用地?cái)U(kuò)張區(qū)域；林地區(qū)域的產(chǎn)水量整體偏低，這是由于林地區(qū)域的年降水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于潛在蒸散量（潛在蒸散量約是降水量的2倍以上），林地的高蒸散發(fā)增加了更多的水分消耗。盡管林地的增加減少了生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)水服務(wù)，但林地的降水截留以及固土、持水能力也能夠調(diào)節(jié)徑流、涵養(yǎng)水源，提供了潛在的額外生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與價(jià)值。

2.2 不同情景下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)預(yù)測(cè)

通過土地利用預(yù)測(cè)及設(shè)計(jì)的方式得到清水河流域未來不同發(fā)展情景下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其變化（圖4）。以2018年碳儲(chǔ)量為基準(zhǔn)，清水河流域在自然發(fā)展情景下2027年單位面積碳儲(chǔ)量減少了0.56 t/hm2，退耕還林情景下單位面積碳儲(chǔ)量增長(zhǎng)了0.59 t/hm2，而加大還林力度后則增長(zhǎng)了4.32 t/hm2，在退耕還草和深度退耕還草情景下分別減少了2.63、3.70 t/hm2。在退耕還草后，碳儲(chǔ)量有所降低，這是由于在該區(qū)域碳庫(kù)中草地的碳密度小于農(nóng)田的碳密度，因此在耕地轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸睾罂偺純?chǔ)量減少。

圖 3 清水河流域2000—2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化Fig.3 Changes of ecosystem services in Qingshui River Basin from 2000 to 2018

圖 4 不同預(yù)測(cè)情景下2027年相較于2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化Fig.4 Changes of ecosystem services in 2027 compared with 2018 under different forecast scenarios

在自然發(fā)展情景下，土壤保持量呈減少趨勢(shì)，2027年單位面積土壤保持量相較2018年減少了0.08 t/hm2，這主要是由于自然情景下植被覆被土地面積減少，耕地和建設(shè)用地面積增多，導(dǎo)致土地的固土能力減弱。情景分析結(jié)果顯示，退耕還林措施能夠逆轉(zhuǎn)未來土壤保持服務(wù)減弱的趨勢(shì)，將坡度大于25°的耕地改造成林地后，2027年清水河流域單位面積土壤保持量相較于2018年增加了0.19 t/hm2，而將坡度大于15°的耕地改造成林地后，單位面積土壤保持量增加了0.71 t/hm2；退耕還草情景下單位面積土壤保持量增加了0.10 t/hm2，深度退耕還草情景下單位面積土壤保持量增長(zhǎng)了0.37 t/hm2。

在氣候不變的情況下，2018—2027年清水河流域植被面積將會(huì)減少，建設(shè)用地和耕地面積增加；相應(yīng)地，流域的實(shí)際蒸散發(fā)量將減小，徑流、土壤中水以及下滲水等地表水將增多，最終表現(xiàn)流域生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)水服務(wù)增強(qiáng)。在退耕還林情景下，2027年產(chǎn)水量相較于還林前減少了0.67 mm，而深度退耕還林情景下產(chǎn)水量相較還林前減少了2.84 mm；在輕度、重度退耕還草情景下產(chǎn)水量相較于還草前分別減小了0.41、1.77 mm?？傮w而言，力度較小的還草措施會(huì)增大流域生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)水服務(wù)，而力度較大的還草措施則會(huì)減少產(chǎn)水服務(wù)。

2.3 不同情景下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

2000—2018年以及2027年不同情景下清水河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化如圖5所示。2000年、2009年和2018年清水河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分別為24.97億、25.38億、24.42億元，單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分別為11 360、11 550、11 110元/hm2。2018年，研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分別是該區(qū)當(dāng)年農(nóng)林漁牧業(yè)產(chǎn)值（10.59億元）和GDP（31.37億元）的2.31、0.78倍。流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在 2000—2009年增長(zhǎng)了0.41億元（+1.66%），在2009—2018年減少了0.96億元（-3.77%）。經(jīng)分析，2000—2009年研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加是由于水域、林地等具有高生態(tài)價(jià)值的土地利用類型擴(kuò)張，2009—2018年減小則是因?yàn)橹脖?、水域等土地面積減少以及城鎮(zhèn)化擴(kuò)張?？傮w來講，2000—2018年清水河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈輕微減小趨勢(shì)，減小幅度約為0.55億元，主要是由于城鎮(zhèn)化的擴(kuò)張導(dǎo)致原本具有多種生態(tài)功能和高生態(tài)價(jià)值的土地萎縮進(jìn)而減小了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

圖 5 2000—2018年以及不同預(yù)測(cè)情景下單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化Fig.5 Changes of ecosystem service values per unit area in 2000-2018 and under different forecast scenarios

與基礎(chǔ)情景(2018年)相比較，在自然發(fā)展情景下2027年清水河流域單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值降低了590元/hm2，退耕還林情景下單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值降低了150元/hm2；深度退耕還林情景下單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值出現(xiàn)顯著增高趨勢(shì)，相較于2018年水平增長(zhǎng)了1 850元/hm2；退耕還草、深度退耕還草情景下，流域單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值相較于2018年分別減少約30、110元/hm2。

3 結(jié)論與建議

（1）2000年、2009年和2018年，清水河流域單位面積碳儲(chǔ)量平均水平為100.68 t/hm2，流域生態(tài)系統(tǒng)固碳服務(wù)近20年呈下降趨勢(shì)，單位面積碳儲(chǔ)量下降了1.10 t/hm2；單位面積土壤保持量平均水平為800.62 t/hm2，土壤保持服務(wù)近20年呈上升趨勢(shì)，單位面積土壤保持量增加了0.54 t/hm2；3個(gè)年份的產(chǎn)水量平均值為57.884 mm，流域生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)水服務(wù)增強(qiáng)，近20年產(chǎn)水量增加了3.19 mm。

（2）2000年、2009年、2018年清水河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分別為24.97億、25.38億、24.42億元，呈先增加后減少的趨勢(shì)。2018年，流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值是同時(shí)期GDP的0.78倍，這體現(xiàn)了清水河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的高度稀缺性。

（3）在大于15°的陡坡區(qū)域?qū)嵤┩烁€林將增加175.98 km2的林地，同時(shí)也會(huì)顯著提升清水河流域固碳、土壤保持服務(wù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，但擴(kuò)張的林地同時(shí)會(huì)產(chǎn)生更多蒸散量從而削弱生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)水服務(wù)。

（4）針對(duì)清水河流域近20年來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估結(jié)果，提出如下建議：研究區(qū)整體坡度較高，應(yīng)加大15°以上陡坡的植樹造林力度，以防止水土流失，增加生態(tài)系統(tǒng)固碳功能；增加對(duì)草地修復(fù)的人力物力投資，嚴(yán)禁過度草地開墾、放牧等；進(jìn)一步推進(jìn)生態(tài)退耕、生態(tài)補(bǔ)償，減少耗水蔬菜種植規(guī)模，以保障流域生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。