西江干流广东段水陆交错带生态系统服务价值梯度研究

李 晖 肖茵茵 黄依婷 朱振龙 高 伟

（华南农业大学林学与风景园林学院，广州 510000）

水陆交错带是水域和陆地间进行物质传输、能量转化和生物流动的重要廊道、过滤器和屏障，对其进行生态系统服务价值梯度的研究能在一定程度上厘清生态系统服务价值的高低与水域距离之间的耦合关系。对西江干流广东段的生态系统服务价值进行梯度研究，以1 km为单位将研究区划分为10个梯度级，选用基于单位面积价值当量因子法进行计算和分析。结果表明：（1）研究区各土地利用类型对应的生态系统服务价值占比大小依次为：水域＞阔叶林＞人工湿地＞灌丛＞水田＞针叶林＞自然湿地＞草地；（2）1 km梯度级别内水域生态系统服务价值贡献了80%左右的供给服务、85%的调节服务价值和近50%的支持服务；2～5 km的梯度级别内人工湿地的生态系统服务价值最高，其次是阔叶林生态系统；6～10 km梯度级别内阔叶林的生态系统服务价值最高，其次是人工湿地和灌丛生态系统。可以得到以下结论：（1）各类生态系统服务价值的高低主要是由其能够提供的生态系统服务功能及单位面积生态系统服务价值的高低来决定的，并非完全取决于面积的大小；（2）水陆交错带生态系统服务价值的高低与距离水域的远近关联密切，生态系统服务总价值随着距离增加而逐渐减少；（3）用地类型以及景观空间配置在一定程度上会引发生态系统服务功能与价值在空间上的差异。研究为西江流域的保护与可持续发展提供科学参考。

水陆交错带；生态系统服务价值；梯度；当量因子法；土地利用

水陆交错带，又称为“岸边带”“水滨带”“河岸（滨）带”“消落带”等[1-2]，具备极高的生产力以及丰富的生物多样性，对于水生生态系统和陆生生态系统两者之间的能量流动和物质循环作用非凡，并且具有显著的生态边缘效应，近年来受到国内外生态学界及环境学界的重视[1-5]。国内的相关研究相较于国外起步略晚：主要集中在水陆交错带的分类研究[6]、结构与功能、生态恢复与生态重建技术[7]、植被与生态景观的研究等方面[1,8-10]，主要集中在漓江、巢湖、鄱阳湖等重要水域，但珠江三角洲等区域研究较少。

生态系统服务价值（Ecosystem Services Value，ESV）的评估随着Costanza[11]等研究著作发表，逐渐成为了生态学和生态经济学的研究热点；可为政府的资源分配、区域规划、自然资产核算和生态补偿决策等提供一定的数据参考[12]；亦可提高群众对于生态系统的认识和保护意识[13]。目前，生态系统服务价值评估的方法大致可以分为直接评价法和间接评价法两种类型。其中，直接评价法通过直接分析研究对象的原始数据，计算单位服务功能的价值，继而得到生态系统服务总价值。而间接评价法则是在原始数据的基础上通过统计模型、函数分析[14]，如效益转移法、INVEST模型法等方法评估生态系统服务功能价值，特别适用于类似于本文的空间异质性较强的大范围研究区域。

西江是连接广东省发达与欠发达地区的珠江主干流，同时也是粤港澳大湾区的重要组成部分。加强西江的生态科学研究，改善西江流域环境质量，促进西江流域生态文明建设，关系到广东的绿色可持续发展及粤港澳大湾区广大人民群众的生存和生活，意义重大[15]。目前，对于珠江流域的生态研究主要集中在下游三角洲和东江流域，如叶长盛等[16]利用空间自相关和半方差分析方法研究了珠江三角洲的生态风险空间分布及变化特征；韩然等[17]采用市场价格法、影子工程法和成果参照法等方法，从4类功能上对佛山市基塘生态系统服务价值进行评估，并分析了其时空变化特征；高杨[18]等对珠江三角洲地区的景观空间格局与动态变化进行了对比分析，并对其景观生态安全状况进行了定量分析；周婷[19]等提取东江主干10 km缓冲区，量化分析其多年景观格局演变趋势并对分区段探讨水体恢复的影响因子；然而鲜少有研究涉及西江流域。本文以西江流域广东段为研究区域，分析西江水陆交错带生态系统服务价值及其影响因素，以期为珠三角西岸的生态保护利用及合理开发提供依据。

1 研究区概况

西江广东段干流自粤桂省界起始，经过思贤滘并于珠海磨刀门企人石注入南海（图1），全长共约350 km，流域面积2.58×104km2。流域内涵盖肇庆、广州、佛山、中山、珠海、江门等重要城市，经济总量占广东省的80%以上。其中肇庆等地属于地下水丰富地区，径流的时空分布特征与降雨相似，平均径流深变幅在800～1 800 mm之间。预计地下水每年允许开采量可超过5×108m3，应急状态下可满足1 070万人生活用水。水体功能为饮用和工农业，有10个饮用水地表水源一级保护区。然而，由于流域内水资源时空分布不均、配置不尽合理，供需矛盾和局部洪涝、干旱灾害日趋突出。经济快速发展给水资源的管理和保护带来严峻的挑战，西江流域有机污染较为突出，使地表水供水水源安全受到威胁。更有一些地区片面强调经济发展，忽视水资源的承载能力，造成水体污染和水生态退化的不良后果[15]。

2 研究方法及数据来源

2.1 数据来源

采用中国科学院资源环境数据云平台（http://www.resdc.cn/）提供的2020年全球30 m精细地表覆盖产品（GLC_FCS30-2020）。粮食产量与粮食价格数据来源于《中国统计年鉴 - 2020》《广东统计年鉴 - 2020》和中国统计信息网（http://www.tjcn.org/）。

2.2 研究方法

2.2.1 空间层面上的梯度划分

参考黄怀萱[10]、周婷等[19]的相关研究，将西江（广东段）两岸10 km内的缓冲带地区，即水陆交错带划定为研究范围（图1）。

图1 西江广东段水陆交错带区位图Fig. 1 Location map of water-land ecotone in Guangdong section of Xijiang River

在2020年全球30 m精细地表覆盖产品（GLC_FCS30-2020）中，所有土地依据其特性被划分为冰川积雪、水系、裸地、建设用地、湿地、旱地、耕地、草原、灌丛、密闭落叶阔叶林、密闭常绿阔叶林、开放落叶阔叶林、开放常绿阔叶林等30个类别。为研究西江水陆交错带的生态系统服务价值，参照国家土地分类标准，结合研究区域的实际用地情况及遥感图像的可分辨度，将研究区的用地类型划分为8类：水系、水田、湿地、建设用地、灌丛、针叶林、阔叶林、草地。再结合实地调研和文献资料，将地表覆盖数据进行了修正：水产养殖业投资小，管理方法简单，且可获得的经济效益相比起过去传统的粮食生产、蔬果种植更高，导致西江两岸的自然湿地大部分被当地农民改造为水库、鱼塘、虾塘等，由于其地表特征均为大面积水体，这部分土地被误判为水系，因其仍然具备湿地的基本特征，研究中将这部分土地从水系中单独划分出来作为人工湿地，区别于其他未经人工改造的自然湿地。最终将研究区的用地类型划分为9类：水系、水田、人工湿地、自然湿地、建设用地、灌丛、针叶林、阔叶林、草地，其中水系对应水域生态系统、水田对应水田生态系统、人工湿地对应人工湿地生态系统，以此类推；而建设用地等生态服务价值低微的生态系统类型则不参与服务功能价值计算。为实现生态系统服务价值在空间层面的梯度分析，考虑研究区生态空间特性和范围，选择梯度1 km作为该地区进行生态系统服务价值研究尺度较为适宜，故以1 km为单位将研究区（西江干流中心线作为起始）从0～10 km梯度递增，划分出10个梯度级，每个梯度级单独作为一个生态服务价值研究单元进行计算和分析（图2）。

图2 西江广东段水陆交错带1-10 km梯度级用地类型图Fig. 2 1-10 km gradient land type map of the water-land ecotone in Guangdong section of Xijiang River

2.2.2 基于单位面积价值当量因子的生态系统服务价值评估

计算方法选用间接评价法中基于单位面积价值当量因子法，参考谢高地等[20]生态系统服务价值的评估方法，以及其制定的中国陆地生态系统单位面积ESV当量表[21]，对研究区域进行不同类型生态系统的服务价值计算。具体公式如式（1）：

式中：ESVij为研究区域i的第j类生态系统类型的生态服务价值（元）；Aij为研究区域i的第j类生态系统类型的占地面积（km2）；VCj为第j类生态系统类型的单位面积生态系统服务价值。为了让计算数据更加真实可靠，现对VCj做如下修正，见式（2）（3）：

（2）（3）式中：Q为广东省2020年粮食单产平均产量，为59.04万 kg/km2；F为广东省2020年水稻的平均收购价格，为2.66元/kg；E为单位当量的价值（元/km2）；V为对应土地利用类型当量值。

3 结果与分析

3.1 土地利用状况

根据遥感图像数据，2020年西江水陆交错带的面积总量合计6 771.8322 km2，研究区内各用地类型的面积占比大小依次为：水田＞阔叶林＞建设用地＞灌丛＞人工湿地＞水系＞针叶林＞自然湿地＞草地。其中水田的占比高达31.8405%，而自然湿地和草地占比不足0.1%。西江流域水网密布，水域面积广阔，通常会衍生出大面积的自然湿地，然而研究区内自然湿地的面积却仅有5.7454 km2，但是人工湿地占地面积较大，达500.7127 km2，均集中分布在西江中下游以及入海口区域（表1）。

表1 西江广东段水陆交错带用地类型的面积及其对应生态系统的服务价值汇总表Tab. 1 A summary table of land use types and corresponding ecosystem service value in the Guangdong section of Xijiang River

随着与西江河岸距离的增长，西江两岸主要的用地类型也在发生变化：从西江主干流向外，沿江两岸主要的用地类型为水田及人工湿地，主要集中于广州、中山、佛山、江门以及珠海等地，之后过渡到灌丛、阔叶林，而针叶林以及草地的面积占比较小（图2）。

3.2 生态系统服务总价值分析

西江水陆交错带各生态系统服务价值总量共计2 832 338.3万元，研究区各土地利用类型对应的生态系统服务价值占比大小依次为：水域＞阔叶林＞人工湿地＞灌丛＞水田＞针叶林＞自然湿地＞草地。从生态系统服务价值高低上看，水域、人工湿地、阔叶林以及灌丛所提供的生态系统服务价值较高，其中水系的生态系统服务价值量最高为894 546.9万元，占比为31.5833%，自然湿地和草地则相对较低，仅占了0.2367%和0.0022%（表1）。

在8类生态系统中，均呈现出调节服务的价值远高于同一类型生态系统、同一梯度另外三种生态系统服务的价值，支持服务次之，供给服务与文化服务价值最低。在同一梯度级、不同的生态系统之间，水域、阔叶林地、灌丛地和针叶林地生态系统的价值量普遍高于其余用地类型，草地、自然湿地的价值占比最低（表2）。然而，在谢高地[13]等制定的中国陆地生态系统单位面积ESV当量表中，湿地的4大生态系统服务价值系数都相对较大，因此，研究区自然湿地生态系统价值占比最低的主要因素应当是其所占面积太小。

由表2可知，在4大生态系统服务中，价值高低依次为：调节服务价值＞支持服务价值＞文化服务价值＞供给服务价值。其中，调节服务价值远远超过其他三种服务的价值。水域生态系统所占面积不大，但具有较高的服务价值系数，因此计算后所得ESV值较高。其中水域生态系统的调节服务价值和供给服务价值占比最高，远超于其他类型的生态系统。

表2 西江广东段水陆交错带4大服务价值总表Tab. 2 Total table of four service values of the water-land ecotone in Guangdong section of Xijiang River

从调节服务来看，水域生态系统提供的价值量最高，达789 997.8万元，占据总量的1/3左右；从供给服务来看，水域生态系统提供的价值量最为突出，达65 779.7万元，占据总量的半数；从支持服务来看，阔叶林生态系统和人工湿地生态系统提供的价值量最高，分别为158 386.6万元和116 380.0万元，各占据总量的1/3左右，其中人工湿地生态系统稍逊之；而从文化服务来看，人工湿地生态系统的价值量最为突出，达53 134.9万元，占据总量近半。

3.3 生态系统服务功能价值随梯度变化趋势分析

西江水陆交错带单位面积生态系统服务价值随梯度变化在1～2 km之间呈现出断崖式下降的趋势，而水域面积的变化趋势以及价值变化趋势，都与西江水陆交错带生态系统服务价值总量的变化趋势高度一致，由此可以推测，水域生态系统对于整个西江水陆交错带的生态系统服务价值影响非常大（图3-4）。

图3 单位面积生态系统服务价值以及各用地类型随梯度变化趋势图Fig. 3 The change trend of ecosystem service value per unit area and land use type with gradient

图4 各生态系统以及总服务价值随梯度变化趋势图Fig. 4 Variation trend of each ecosystem and total service value with gradient

在距离河岸1 km的梯度范围内，水域生态系统服务价值远远大于其他生态系统，而在距离河岸2 km的梯度范围内，生态系统服务价值急剧下降，而后随着梯度级的增加，价值增量不明显；阔叶林生态系统服务价值随着梯度的增加增量较为明显（图4）。

由图5可知，从供给服务来看，1 km梯度级水域的供给服务价值在所有生态系统类型的供给服务价值总量中占80%左右，占据绝对主导地位；2 km梯度级水域提供的供给价值缩减到5%左右；而后随着梯度级的增大，其他生态系统类型的作用逐渐突显，其中人工湿地和阔叶林的增量最为明显，在2～5 km梯度级内，人工湿地生态系统的生态系统服务价值最高，而在6～10 km梯度级内阔叶林的生态系统服务价值最高。值得注意的是，水田生态系统服务价值中的供给服务价值为负数。原因是水田生态系统中是以水稻的种植为主，生长过程中会消耗大量水资源，其水源涵养功能较低甚至呈现出负增长的趋势，若水田转为其他类型的生态系统则会提高其供给服务价值[22-26]。

从调节服务来看，水域、阔叶林以及人工湿地生态系统服务价值占比最高。河流是水分循环的重要路径，植被和湿地在调节近地表温度和湿度方面承担着十分重要的调节功能。在1 km梯度级中，水域的调节服务价值占据绝对主导地位，在所有生态系统类型的调节服务价值总量中占85%左右；在2 km梯度级中，水域提供的调节价值缩减到7%左右，而其他各类生态系统类型的作用逐渐提升；随着梯度级的增加，阔叶林生态系统的调节服务价值有较大提升，演变成为调节服务价值最为显著的生态系统类型。

从支持服务来看，在1 km梯度范围内，人工湿地和水域提供的支持服务价值量最高、所占份额最大，二者一共占据了约80%的份额；随着梯度级的增加，其他类型的价值占比也不断增加，而增量最明显的是阔叶林，在3 km梯度级别时已经超越了人工湿地所占的份额，演变成为支持服务价值最为显著的生态系统类型。其他生态系统在3 km梯度级以上的生态系统服务价值增量并不明显。

从文化服务来看，人工湿地生态系统文化服务价值占比约为42.5647%，远高于其他生态系统类型，在所有生态系统类型的文化服务价值总量中占据主导地位，但随着梯度由小增大，价值呈现出逐渐降低的趋势。在1 km的梯度级，水域生态系统提供的文化服务价值最大，人工湿地生态系统其次，二者一共占据了约90%的份额；在2 km的梯度级，水域提供的文化价值缩减到1%左右，人工湿地提供的文化价值则占据过半份额；而后随着梯度级的增加，阔叶林和灌丛、针叶林等生态系统逐渐增加了份额，其中阔叶林的增量最为明显，在9 km的梯度级超过人工湿地成为提供文化服务价值最大的生态系统（图5）。

图5 八大生态系统不同梯度级的各服务价值占比分布图Fig. 5 Distribution of service value at different gradient levels in eight ecosystems

4 结论与讨论

4.1 结论

研究区生态服务功能价值总量共计2 832 338.3万元，研究区各土地利用类型对应的生态系统服务价值占比大小依次为：水域＞阔叶林＞人工湿地＞灌丛＞水田＞针叶林＞自然湿地＞草地。其中，水域生态系统服务价值总量为研究区各类生态系统服务价值中最高的，且其中的供给服务价值最为突出，达到了各类生态系统供给服务价值的一半以上，而调节服务价值达到789 997.8万元，占到了所有生态系统调节服务价值的36.4771%；其次是阔叶林生态系统，在供给、支持等各类生态系统服务价值中均占到了20%～40%的份额；人工湿地生态系统在供给服务与文化服务价值方面的生态系统服务价值同样非常突出，均占比重在35%以上。说明各类生态系统服务价值的高低并非完全取决于面积的大小，而是由其能够提供的生态系统服务功能及单位面积生态系统服务价值的高低来决定的；但研究区自然湿地生态系统受损严重，过小的面积已经严重影响到自然湿地生态系统服务功能的正常发挥。

西江两岸的用地类型随着与西江距离的近远关系，呈现出水域—水田—人工湿地—阔叶林—针阔混交林等由水域生态系统向陆地生态系统变化的趋势；生态系统服务价值的高低也随之产生了相应变化。在1 km的梯度级别内，作为水域与陆地接壤的重要交界面，是水陆交错带中物质交换、能量流动最频繁最剧烈的区域，水域生态系统服务价值占据了主导地位，贡献了80%左右的供给服务和85%的调节服务价值；体现了更多样的生态系统服务功能与更高的生态系统服务价值；水域生态系统服务价值随着与西江距离的增加而减少，2 km梯度级的水域生态系统服务价值呈断崖式下降，供给价值缩减到5%左右。而后随着梯度级增加，水域生态系统逐渐向普通的陆地生态系统过渡。取而代之的是人工湿地和阔叶林的生态系统服务价值逐渐占据主导地位，2～5 km的梯度级别内人工湿地的生态系统服务价值最高，6～10 km梯度级别内阔叶林的生态系统服务价值最高。

与之相对应，生态系统结构由大面积的单一水域逐渐趋向于更复杂多样的形式，景观破碎度也随之增加，不利于生态系统服务价值的提高。西江水陆交错带生态系统服务价值随着距水域远近而变化的趋势在一定程度上佐证了水陆交错带相对于陆地在生态功能上的优越性。再次证明了不同用地类型以及景观空间配置会导致景观空间的异质性，经景观功能传导，一定程度上会引发生态系统服务价值在空间上的差异，最终导致生态系统服务价值的空间差异，基本呈现出景观破碎度越高、景观类型分散性越大，生态系统服务价值越低的规律[26]。

研究结果将为广东省正在进行的碧道建设以及国土空间规划背景下的绿地系统构建提供理论依据，充分说明滨江（河）1 km范围内设置的碧道，其生态系统服务价值将数倍于一般的绿色廊道，并为碧道宽度的设置提供依据。

4.2 讨论

人工湿地是西江流域广东段一种较为独特的湿地类型，主要用于鱼虾等水产品的养殖，布局规整，相较于自然湿地呈现出生境单一、物种稀少的景观特征，体现了市场需求和农民主观意愿等主要因素对景观生态系统的影响。在养殖过程中，大量的鱼、虾等水产品的繁养也会消耗一定的自然资源，且存在农田灌溉水污染以及养殖废水排入河流等情况，即使是经人工改造提升后的水库、鱼塘、虾塘等，虽然仍具备湿地的基本特征，但是人工湿地的生态系统服务功能及价值应低于自然湿地。然而在本研究计算过程中，未及深化展开，仍然按照自然湿地的系数进行人工湿地的生态系统服务价值计算，预计计算结果会略高于实际价值，有待进一步研究以消除误差。此外，除本文详细分析的沿河流断面10 km梯度总体变化特征之外，河流纵向上梯度变化呈现出上游多为阔叶林分布，更多发挥了水源涵养等生态系统服务功能；中游则更多分布有水田等用地类型，承担着粮食生产等供给服务；而下游出现了大量的人工湿地，主要提供了支持服务，由于篇幅所限，本文未作进一步深化研究，将在今后的研究中不断完善。