基于NPP 的抚州市生态系统服务功能重要性评价

张 颖， 刘平辉， 朱传民， 张林颖

(东华理工大学 地球科学学院， 江西 南昌 330000)

0 引言

【研究意义】生态系统服务功能重要性评价可以揭示生态系统服务的数量和空间差异性，识别某一空间范围内各种生态系统服务的重要区域，可为国土空间规划、生态资源管理、生态系统优化等提供理论依据[1]。【前人研究进展】冯继广等[4]对中国森林生态系统服务功能进行研究与评价。贾芳芳[5]采用InVEST模型，对赣江流域内水源供给、土壤保持、碳存储三大生态系统服务功能进行模拟评估，基于三大关键服务评估结果进行功能重要区分级，叠加分析出该期的综合生态系统服务功能区，并确定出优先保护区域。杨渺等[6]以四川省各乡镇为单元，计算景观尺度上的多样性指数，从水土保持功能、水源涵养功能、固碳功能对四川省生态系统服务功能进行评估。周笛轩等[7]以各类人工林为研究对象，对其涵养水源、保育土壤、积累营养物质、固碳释氧、生物多样性保护等主要生态系统服务功能进行评估。【研究切入点】抚州地处江西省东部，是全国第二个国家生态产品价值实现机制试点市，是我国华东地区的重要生态屏障。随着城镇化进程的加快，土地利用的不断扩张对生态环境造成一定的影响，因而，识别有意义的生态保护重要地区为维护区域生态安全具有重要意义。【拟解决的关键问题】以抚州市为研究对象，采用NPP定量指标评估方法，从生物多样性维护、水源涵养、水土保持功能3个方面入手，通过3个单项评价叠加对抚州市生态系统服务功能进行集成评价，为抚州市的生态资源保护提供理论依据。

1 数据来源与方法

1.1 研究区概况

抚州位于江西省东部，地处26°29′N～28°30′N、115°35′E～117°18′E，南北长约222 km，东西宽约169 km。抚州市下辖2个区、9个县，总面积1.88万km2。抚州市境内地势南高北低，渐次向鄱阳湖平原地区倾斜。抚州市境内山脉集中分布于东部和南部，主要有东部武夷山和南西部雩山，二者在平面上构成北东向斜“川”字型地貌框架。全市地貌以丘陵为主。抚州市年平均气温在16.9～18.2℃，平均降水量1 600～1 900 mm，年生平均日照为1 582～1 928.1 h。境内植被覆盖率高，资源丰富，生态环境良好。2020年，全市地区生产总值为 1 572.51亿元，其中第一、二、三产业分别占比14.1%、37.4%和48.5%。

1.2 数据来源

由于各数据来源和处理方法不同，存在投影坐标、空间分辨率、范围大小不一致的情况，因而，试验对所有数据进行统一处理，统一将所有数据掩膜，空间坐标投影为CGCS2000 3 Degree GK Zone 39，重采样为30 m的分辨率，具体见表1。NPP数据是通过参考前人的研究方法，利用CASA模型计算抚州市2014年至2018年的NDVI、降雨、温度和太阳辐射等数据得到[8-10]。

表1 数据来源与处理

1.3 研究方法

1.3.1 生物多样性维护功能重要性评价 采用NPP定量指标评估方法进行评估。参考《生态保护红线划定指南环办生态(2017)48号》将累积生物多样性功能分布前50%的区域划分为生物多样性极重要区，50%～80%为生物多样性重要区，>80%为区域内生物多样性一般重要区。

Sbio=NPPmean×Fprc×Ftem×(1-Falt)

式中，Sbio为生物多样性维护服务能力指数，NPPmean为多年植被净初级生产力平均值，Fprc为多年平均降水量，Ftem为多年平均气温，Falt为海拔因子。

1.3.2 水源涵养重要性评价 以水源涵养能力或水源涵养量作为衡量指标，主要考虑河流源区、河流供水功能、地表覆盖和地形等因子[11]。

Ri=Pi×α

式中，TQ为水源涵养量，Pi为降雨量(mm)，Ri为地表径流量(mm)，ETi为蒸发散量(mm)，Ai为i类生态系统面积(km2)，i为研究区第i类生态系统类型，j为研究区生态系统类型数，α为平均地表径流系数。

1.3.3 水土保持功能重要性评价 水土保持是生态系统通过其结构与过程减少由于水蚀所导致的土壤侵蚀的作用，是生态系统提供的重要调节服务之一。水土保持功能主要与气候、土壤、地形和植被有关。

Spro=NPPmean×(1-K)×(1-Falo)

式中，Spro为水土保持服务能力指数，NPPmean为多年植被净初级生产力平均值，K为土壤可蚀性因子，Falo为坡度因子。

2 结果与分析

2.1 抚州市不同重要级别生态类型的单项评价

2.1.1 生物多样性功能不同重要级别区的面积及其占比 从表2看出，抚州市生物多样性功能极重要区的面积为6 578.57 km2，占抚州市国土面积的34.99%；生物多样性功能重要区的面积为5 637.98 km2，占29.99%；一般重要区的面积为6 583.93 km2，占35.02%。

表2 抚州市生物多样性功能不同重要级别生态区的面积及其占比

从空间格局看(图1)，抚州市生物多样性功能极重要区集中在南丰县和宜黄县交界处的军峰山、南城县的麻姑山、资溪县的马头山、广昌县的青龙湖等植被覆盖度较高、生态资源优良、人类活动较少的区域。生物多样性功能重要区主要分布在资溪县、宜黄县、乐安县等，生物多样性功能一般重要区主要分布在抚州市的北部和中南部。

图1 抚州市生物多样性功能不同重要级别生态区域分布

2.1.2 水源涵养功能不同重要级别区的面积及其占比 抚州市水源涵养功能极重要区和一般重要区占比较大，而重要区占比相对较小。从表3看出，水源涵养功能一般重要区占比最大，为46.72%；水源涵养功能重要区占比最小，为19.99%；水源涵养功能极重要区占比为33.29%。从各区县看，水源涵养功能极重要区面积达800 km2以上的有黎川县、资溪县和宜黄县，分别占各自国土面积的63.41%、70.57%和41.68%。

表3 抚州市各区县水源涵养功能不同重要级别区域的面积及其占比

从空间分布看(图2)，抚州市水源涵养功能极重要区分布主要呈条状和块状，其中，在东部沿武夷山脉呈条状，在抚州市中部呈块状分布。从区县看，抚州市水源涵养功能极重要区主要分布在黎川县、资溪县、宜黄县、南丰县等水资源较为丰富、年均降雨量大、常绿阔叶林和常绿针叶林等地表径流较小的生态类型集中且面积较大的地区，水源涵养功能重要区主要集中在宜黄县、南城县和广昌县。

图2 抚州市水源涵养功能不同重要级别区域分布

2.1.3 水土保持功能不同重要级别区的面积及其占比 从表4看出，抚州市水土保持功能极重要区的面积为9 394.42 km2，占比49.97%；水土保持功能重要区和一般重要区的面积分别为5 643.75 km2、 3 762.31 km2，占比分别为30.02%和20.01%。其中，广昌县、资溪县和宜黄县水土保持功能极重要区的占比较大，分别占67.01%、69.51%和60.32%。

表4 抚州市水土保持功能不同重要级别区域的面积及其占比

从空间分布看(图3)，抚州市水土保持功能极重要区的主要集中在东部、中部和南部，水土保持功能一般重要区呈条状和块状分布，其中，在北部的临川呈块状，在抚州市中部呈条状分布。从各区县看，抚州市水土保持功能极重要区主要集中在广昌县、资溪县和宜黄县境内，水土保持功能重要区主要集中在金溪县、临川区和崇仁县。

图3 抚州市水土保持功能不同重要级别区域分布

2.2 生态系统服务功能不同重要级别区的面积及其占比

生态系统服务功能主要受地形和气象条件的影响，气温和太阳辐射以及当地的植被状况在很大程度上影响区域的生态维护功能和水土保持功能。抚州市全域气象条件无很大程度差异，因此，生物维护极重要区域主要集中在植被生长条件较好且无人为影响的山区。从表5看出，抚州市生态系统服务功能极重要区的面积为11 386.42 km2，占比60.56%；重要区和一般重要区的面积分别为4 790.58 km2和2 623.48 km2，占比分别为25.48%和13.95%。其中，黎川县、资溪县、宜黄县和广昌县的生态系统服务功能极重要区占比较大，均超过70%，其境内生态资源和生态资产丰富。

表5 抚州市生态系统服务功能不同重要级别区域的面积与占比

从空间分布看(图4)，抚州市生态系统服务功能极重要区主要分布在东部的武夷山脉和中西部的雩山山脉，主要沿山脉背脊呈条状分布。从各区县看，抚州市生态系统服务功能极重要区主要集中在资溪县、黎川县、宜黄县和广昌县。

图4 抚州市生态系统服务功能不同重要级别区域的分布

3 讨论

20世纪70年代初，生态系统服务首次作为一个独立的概念被提出[12]，我国对于生态系统服务功能的评价始于20世纪80年代。现在大多文献都是对单一的生态类型服务进行评估，如森林[13]、水[14-15]、湿地[16]、稻田[17]、草地[18]等，或对某一流域[19-21]或自然保护区[22-25]进行评价，而对于区域内整体的生态系统服务功能进行评价的文献较少。抚州市是江西省乃至华东地区的重要生态屏障，森林生态系统组成复杂，物种多样性丰富。2016年，抚州市辖的南丰县、黎川县、宜黄县、资溪县和广昌县5个县被纳入国家重点生态功能区。为更好地开展抚州市的生态资源保护工作，研究采用NPP定量指标评估方法，从生物多样性维护、水源涵养、水土保持功能3个方面入手，通过3个单项评价叠加对抚州市生态系统服务功能进行集成评价，结果表明抚州市生态系统服务功能极重要区域主要分布在东部的武夷山脉和中西部的雩山山脉，主要集中在资溪县、黎川县、宜黄县和广昌县。由于数据获取的局限性，研究选取了2014—2018年的数据，研究时间较短。

4 结论

抚州市生物多样性维护功能极重要区域面积为6 578.57 km2，占比为34.9%，主要集中在抚州市东部、中部和南部植被覆盖度较高、人烟稀少的区域；处于水源涵养功能极重要的区域面积为6 259.24 km2，占比为33.29%，主要呈条状和块状分布在东部和中部，集中分布在黎川县、资溪县、宜黄县、南丰县等生态系统类型分布集中且面积较大的地区；水土保持功能极重要类型的区域面积为9 394.42 km2，占比49.97%，主要集中在广昌县、资溪县和宜黄县境内。综合评价认为，抚州市生态系统服务功能极重要区域面积为11 386.42 km2，占比60.56%，主要分布在东部的武夷山脉和中西部的雩山山脉，集中在资溪县、黎川县、宜黄县和广昌县。