滇西云县自然保护地生态系统服务功能重要性评价

陈和彦

(云南省临沧澜沧江省级自然保护区云县管护分局，云南 云县 675800)

生态系统服务功能是指人类直接或间接从生态系统中获取的利益，可分为产品提供功能、调节功能、文化功能和支持功能四大类，评价指标主要包括生物多样性维护、水源涵养、水土保持、防风固沙和海岸防护等生态系统服务功能的重要性[1]。云县隶属滇西临沧市，森林覆盖率58.8%，低于临沧市平均森林覆盖率(70%)，县域保护与发展的矛盾仍然存在[2]。县域经济和生态健康持续发展，需处理好保护和发展的关系，区域生态功能评价是基础，因此也具有重要意义。为给云县生态保护及发展提供参考依据，对云县生物多样性维护、水源涵养、水土保持等三个单项因子开展单项评价，并在此基础上采用最大法(MAX)对生态系统服务功能进行集成评价，识别县域自然保护地生态服务功能重要性等级。

1 评价区概况

云县位于云南省临沧市东北部，距省会昆明市440 km，东与普洱市的景东县隔澜沧江为界，南与临翔区、耿马县接壤，西与凤庆县、永德县相邻，北以澜沧江为界与大理州南涧县相望，辖7镇5乡。地理位置东经99°43′～100°33′，北纬23°56′～ 24°46′，总面积3 662.1 km2。海拔720～3 429.6 m，相对高差大(2 679.6 m)[3]，森林资源丰富，森林覆盖率为58.8%[4]，气候为四季不分明、干湿雨季明显的立体气候。辖区内分布土壤为赤红壤、红壤、黄壤、黄棕壤及紫色土五个土类[5]。水资源丰富，有澜沧江和怒江两大水系，以澜沧江水系为主[6]。罗扎河和大寨河汇入澜沧江，南汀河流经云县幸福镇后汇入怒江。

2 数据来源与预处理

从地理空间数据云(http://www.gscloud.cn/)获取研究区DEM高程数据(30 m精度)和行政区域边界范围数据。从中国科学院资源环境科学与数据中心(https://www.resdc.cn)获取全国1980年以来逐年年降水量空间插值数据集、中国植被类型空间分布数据、全国2000-2015年降水量栅格数据集、全国2000-2015年气温栅格数据集、全国2000-2015年归一化植被指数数据(NDVI,Normalized Difference Vegetation Index)年度栅格数据集。从美国国家宇航局(NASA)MODIS数据(http://files.ntsg.umt.edu/)获取全球2000年以来蒸散发栅格数据集、全球2000-2015年NPP(净初级生产力)栅格数据集，并用ArcGIS软件栅格计算器将以上获取数据处理为年平均值数据。

所获取数据均进行重采样栅格精度为30M×30M，统一投影坐标系，提取研究区数据，重采样统一栅格精度为30 m×30 m。

3 研究方法

3.1 确立评价指标体系

本研究的技术路线采用国土资源部《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价技术指南(试行)》(以下称“双评价指南”)和《生态保护红线划定指南》推荐评价方法，确定集成评价体系为：

[生态系统服务功能重要性]= Max([水源涵养重要性]，[生物多样性维护重要性]，[水土保持重要性]，[防风固沙重要性]，[海岸防护重要性])......

3.1.1 水源涵养重要性单因子 本项计算方法与“双评价指南”评价基本原理保持一致。具体计算公式如下：

式中，Pi为降水量(mm)，Ri为地表径流量(mm)，ETi为蒸散发量(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。

降雨量(Pi)和蒸散发量(ETi)根据实测数据通过空间插值求得，地表径流量(Ri)通过公式计算求得：

地表径流量(Ri)=Pi×a

式中，a为平均地表径流系数，按地表生态系统类型计算。

多年平均降水量、多年平均蒸散发量、生态类型、地表径流量数据处理后，ArCGIS栅格处理器把4个因子载入，用公式(1)计算水源涵养量。计算结果如图1。

图1 云县水源涵养功能重要性分级

3.1.2 水土保持重要性单因子 依据“双评价指南”规定，本项评价对生态系统类型、植被覆盖度和地形特征(DEM派生坡度)等评价因子用ArcGIS进行综合计算分析。其中植被覆盖度越高、坡度越大的区域，水土保持功能重要性越高。结合水土保持相关规划设计成果，对评级结果进行适度调整[7]。将云县DEM地形数据使用表面分析工具(坡度)计算得出云县坡度栅格数据，把坡度等级重分类为三类：坡度≥25°赋值为5，15°≤坡度<25°赋值为3，坡度<15赋值为1。将云县植被指数NDVI按掩膜提取云县范围，用ENVI软件计算植被覆盖度C。植被指数可以真实地表达地表植被覆盖情况，当NDVI越接近1时，说明植被越健康。

表1 云县植被覆盖度(C)计算表

归一化植被指数(NDVI)与植被覆盖度具有较强的相关性[8-9],已作为地表植被覆盖的指标被广泛运用于植被研究中[10]。用ENVI软件对植被指数数据(NDVI)进行累积频率统计，云县植被指数2%累积频率为0.855，98%累积频率为0.900，重分类处理并赋值。分级表达处理结果见图2。

图2 云县水土保持功能重要性分级

3.1.3 生物多样性维护重要性单因子 该指标可在物种与生态系统两个层次进行评价。在物种层次，陆生生物推荐采用物种分布模型进行评价；在生态系统层次，可以按照评价准则明确生物多样性维护功能重要区域，将原真性、完整性高的优先保护生态系统划入高与较高等级，其他优先保护生态系统划入中等等级[11]。该项评价在生态系统层次进行，计算方法与《生态保护红线划定指南》生物多样性维护功能重要性评估模型保持一致，计算公式为[12]：

Sbio=NPPmean×Fpre×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，Fpre为多年平均降水量，Ftem为多年平均气温，Falt为海拔因子(DEM)。将上述参与计算生物多样性维护服务能力指数的四个因子重采样后进行归一化处理，根据公式计算得出生物多样性维护服务能力指数。式中，NPP值[g(碳)·m-2]越大越有利于生物多样性的形成与维护[13]。使用ArcGIS重采样工具处理气温、降水、DEM栅格数据集,用模糊隶属度工具选择双线性函数分类值类型对计算结果数据进行数据归一化处理，计算得出多年平均降水量归一化数据、多年平均气温归一化数据数据、海拔因子(DEM)归一化数据、NPP归一化数据。ArCGIS栅格处理器把3个因子载入，用公式(3)计算水源涵养量。计算结果见图3。

图3 云县生物多样性功能重要性分级

4 多因子集成评价与分析

4.1 总体评价分析

依据“双评价指南”，用最大法(MAX)评价，即取水源涵养、水土保持、生物多样性维护、防风固沙、海岸防护等各项评级结果的最高等级作为生态系统服务功能重要性等级。 依据确立的评价体系，考虑研究区属非干旱区域及非临海区域，优化评价体系框架(表2)，取生物多样性维护重要性、水源涵养重要性和水土保持重要性三项单因子取最大值镶嵌结果作为生态系统服务功能评级结果。

[生态系统服务功能重要性]= Max([生物多样性维护重要性]，[水源涵养重要性]，[水土保持重要性])。

表2 云县自然保护地生态服务功能评价单因子等级标准

经过计算，云县生态服务功能重要性格局分布总体呈四周高中间低，极重要区占比高、重要区占比低的格局。极重要区面积2 382.87 km2、占国土比例65.07%，重要区面积990.87 km2、占国土比例27.06%，一般重要区面积288.66 km2、占国土比例7.87%(表3，图4)。其中，极重要区面积幸福镇占比最大，占全县国土15.86%，晓街乡占比最低，占全县2.69%。

表3 生态服务功能重要性评价分布

图4 云县生态系统服务功能重要性分级

表4 云县各乡镇生态服务功能不同重要性评价等级

4.2 自然保护地生态系统服务功能重要性地位

在研究区域内设有自然保护区和森林公园两种类型自然保护地类型，分别是澜沧江省级自然保护区云县片区、灵宝山省级森林自然公园和盘河省级森林自然公园。植被以季雨林、季风常绿阔叶林、暖热性针叶林、暖温性针叶林为代表[14]，总面积265.43 km2,占研究区国土面积7.3%。自然保护地中生态服务功能重要性极重要区面积为252.211 km2，占自然保护地面积95.02%，定性结果表明自然保护地的生态系统服务功能重要性位置处于研究区极重要位置(图5)。

图5 云县自然保护地生态系统服务功能重要性地位

5 结论与讨论

云县生态服务功能重要性格局分布总体呈四周高中间低，极重要区占比高,重要区占比低的格局。极重要区面积2 382.87 km2、占国土比例65.07%，重要区面积990.87 km2、占国土比例27.06%，一般重要区面积288.66 km2、占国土比例7.87%。县域内自然保护地生态服务功能重要性极重要区面积为252.211 km2, 占自然保护地面积95.02%，表明自然保护地生态系统服务功能重要性位置处于区域极重要位置。县域划定生态红线范围与生态服务功能的水源涵养功能重要性极重要区高度吻合(图6)，其中极重要区占已划定的红线区比例85.01%，表明水源涵养功能重要性评级结果是生态红线划定的主要依据。

图6 云县水源涵养功能与生态红线

云县西北部的县城建成区，中部的晓街河、罗扎河、勐麻河流域等低热河谷地区晓街乡、茶房乡、大寨镇、茂兰镇生态服务功能重要性评价等级最低，这些区域是经济开发活动频繁，森林植被分布相对较少的区域。全县森林的生态系统服务功能重要性等级中，极重要区面积占93.75%，重要区占3.61%，一般重要区占2.64%，表明云县生态系统服务功能重要性等级与森林覆盖率密切相关，其中发挥主要作用的森林植被类型为常绿阔叶林(主要树种为桤木类、栎类、桉类、灌木、其它阔叶和其它灌木等)和常绿针叶林(主要树种为云南松，思茅松、华山松等)。