基于GIS的青藏高原生态服务功能定量评价

戚宝正, 杨海镇, 周华坤, 侯光良, 4

基于GIS的青藏高原生态服务功能定量评价

戚宝正1, 杨海镇2,*, 周华坤3, 侯光良1, 4

1. 青海师范大学地理科学学院, 青海西宁 810008 2. 青海民族大学生态环境与资源学院, 青海西宁 810007 3. 中国科学院西北高原生物研究所, 青海省寒区恢复生态学重点实验室, 青海西宁 810008 4. 高原科学与可持续发展研究院, 青海西宁 810008

生态系统服务是保障人类生存发展的重要支柱和实现区域可持续发展的重要保障。基于植被净初级生产力(NPP)定量指标评估法、GIS空间分析法、生态服务功能综合评价法与一元线性回归趋势线法, 对2000—2015年青藏高原水源涵养、水土保持、防风固沙和生物多样性维护功能的空间分布特征及重要性进行评价。结果表明: (1)水源涵养、水土保持、防风固沙、生物多样性维护功能指数东南高、西北低, 呈现出由东南向西北递减的变化趋势; (2)从上述生态服务功能重要性分级特征来看, 4类生态系统服务功能一般区面积最大, 分别占高原总面积的27.06%、19.73%、61.44%、41.7%; 生态服务功能较弱的区域面积最小, 分别占高原总面积的16.47%、16.96%、0.97%、4.06%; (3)从综合重要性分级特征看, 生态系统服务功能一般区面积最大, 占高原总面积20.72%, 生态系统服务功能较弱区面积最小, 占高原总面积的16.73%, 总体上综合评价结果优于单一生态功能评价; (4)2000—2015年来青藏高原生态功能总体上呈现两大明显特征, 即高原南部、三江源区域、青海湖南端及祁连山地区综合生态服务功能呈下降趋势, 藏北高原、藏南谷地、横断山区综合生态服务功能呈增加趋势, 其他地区基本保持不变。研究成果可为青藏高原重点生态功能区与生态红线的划定, 加强生态环境分区管理及建立健全生态屏障提供参考, 为区域生态系统综合评价提供借鉴。

GIS; 青藏高原; 生态功能; 定量评价

0 前言

自然生态系统及其生态过程中产生的产品和服务对于维护地球生命系统正常运转至关重要, 其结构和功能的稳定是保障人类社会可持续发展的必要条件[1]。20世纪以来, 在人类活动和气候变化影响下, 生态系统失衡、生态功能退化及环境脆弱性增强成为当前面临的主要问题[2-4], 尤其在中高纬度与高海拔地区变化最明显[5], 给当地人类带来诸多不利影响。因此, 如何改善生态环境, 提高生态服务功能成为当前研究的热点。

青藏高原是全球气候变化敏感区和诸多大江大河的发源地, 也是亚洲地区水源涵养、水土保持、防风固沙等重点生态功能区, 对维护亚州生态安全具有重要的屏障作用[2, 6]。然而, 近几十年来青藏高原生态稳定性受到冲击, 环境污染、冻土消融、水土流失、土地沙化等问题日益凸显, 给当地居民的生产活动带来巨大挑战[7-9]。生态服务功能作为人类与自然和谐发展的关键纽带, 是人与环境可持续发展的核心, 尤其在气候变化异常敏感的青藏高原, 掌握生态服务功能的空间变化趋势和重要性对解决以上问题意义重大。

目前, 从生态系统的研究现状来看, 相关研究集中于生态系统价值评估[10]、生态系统功能度量[11]、生态补偿与系统变化[12-13]、植被覆盖变化[14]等方面, 研究方法主要以RUSLE模型[15]、InVEST模型[16]等为主。但对青藏高原生态系统服务功能的定量评价研究相对较少, 尤其在综合生态服务功能和长时间尺度上更为缺乏。且常用模型涉及参数较多, 各指标数据获取困难成为制约大尺度地域性研究的主要问题。综上所述, 笔者选用《生态红线划定技术指南》中所需参数较少, 适宜长时间尺度和地域性研究的净初级生产力(NPP)定量指标评估法为模型框架, 对青藏高原2000—2015年生态服务功能进行综合评价, 评价方法与流程按照生态红线方法进行, 所得结果空间范围与尺度更具体, 评价结果综合性与分辨率提高, 是对青藏高原生态服务功能重要性空间分布情况的进一步补充。研究结果可为青藏高原生态红线的划定, 自然保护区体系的建立健全提供借鉴, 同时为青藏高原生态环境保护和生态屏障的建立提供科学参考。

1 研究区概况

青藏高原(26°00′12″—39°46′50″ N, 73°18′52″—104°46′59″ E)位于中国西部和南部, 东西长约2945 km, 南北宽约1532 km, 总面积约257.24×104km2, 平均海拔4000 m以上, 被称为“世界屋脊”[17-18]。高原内广布山地、湖泊、湿地等多种地貌[2], 是中国最典型的高原高山气候区。相比于同纬度地区, 青藏高原气温偏低, 风力较大, 年平均气温约-6 ℃—20 ℃[19], 水热条件东西空间差异明显, 东部年降水量约1000 mm, 西北部降水较少约50 mm, 呈现出由东南向西北递减的特征[20-22]。此外受高原季风和地形因素的影响[21], 高原境内形成了森林、草地、湿地、生物、荒漠等复杂多样的生态系统, 各种生态系统在运行过程中形成了一个统一的整体, 并且产生了重要的生态服务功能, 包括生态系统的价值、生态系统的服务、生态系统的调节等[23], 成为人类生存必不可少的客观条件。

2 数据来源与方法

2.1 数据来源

本文研究所需数据包括: 青藏高原边界数据、NPP数据、土壤数据、气象数据及DEM数据。NPP数据来源于全球变化科学研究数据出版系统及文献(http://www. geodoi. ac.cn/ WebCn/Aims_and_ Scope.aspx), 分辨率为1 km×1 km的中国逐月栅格数据[24]; 气象数据来源于中国气象数据网地面气象站逐月观测的降水量、气温、相对湿度及风速数据(http://data.cma.cn/), 分辨率为1 km×1 km; 土壤数据来源于中国科学院南京土壤研究所创建的中国1:100万土壤数据库(http://www.issas.ac. cn/kxcb/ zgtrxxxt/)[25], 本文主要使用该数据库中的土壤粘粒、粉砂、砂粒、有机碳含量等数据; DEM数据来自中国科学院计算机网络信息中心国际科学数据镜像网(http://www.gscloud.cn), 空间分辨率为90 m×90 m; 青藏高原边界数据来源于参考文献[17]。

2.2 方法

2.2.1 指标选取

生态系统服务功能指标是客观反应区域生态功能的关键, 本研究参照《生态红线划定技术指南》和《全国主体功能区规划》作为指标选取的依据[26-27]。遵循科学性、整体性、系统性、可操作性原则, 将水源涵养服务功能指数、水土保持服务功能指数、防风固沙服务功能指数及生物多样性维护服务功能指数作为一级指标, 其涉及参数有: 净初级生产力、土壤渗流、降水量、气温、坡度、土壤可蚀性、气候侵蚀力、地表粗糙度、海拔等(表1)。并通过ArcGIS软件将9个相关参数进行预处理, 且为方便模型运算使各因子分辨率统一为250 m×250 m, 并归一化到0—1之间的空间分布图(图1)。

表1 生态系统服务功能一级指标及相关参数

2.2.2 NPP定量指标评估法

(1)水源涵养服务功能

水源涵养服务功能是陆地植被、湿地等生态系统在结构和功能上对水循环进行调控的能力[26, 28], 主要体现在调节地表径流、降低洪峰、净化水质和促进水量平衡[29]。计算公式如下:

式中,为生态系统水源涵养服务功能指数,NPP为2000—2015年植被净初级生产力多年平均值归一化(g C · m-2· a-1),F为土壤渗流归一化,F为多年平均降雨量归一化(mm),F为坡度归一化(°)。

(2) 水土保持服务功能

水土保持服务功能是指各生态系统在植被、土壤及坡度综合作用下缓解流水对土壤的侵蚀, 保护和改善人类赖以生存的自然环境的能力[30]。计算公式如下:

式中,S为水土保持服务功能指数,为修正前土壤可蚀性归一化, 计算公为:

式中,为土壤可蚀性因子,m、m、m分别指粘粒(<0.002 mm)、粉砂(0.002—0.02 mm)、砂粒(0.02—2 mm),为土壤有机质转化而成的土壤有机碳百分比含量(g·kg-1),NPP、F含义同上。

(3) 防风固沙服务功能

防风固沙服务功能是指森林、草地、灌丛及草甸等生态系统对区域内沙尘的固定和截留能力, 是风蚀地区重要的防沙屏障[26, 31]。计算公式如下:

式中,S为防风固沙服务功能指数,为地表粗糙度归一化(°),NPP、含义同上,F为多年平均气候侵蚀力归一化, 计算公式为:

式中,p为月降水量(mm),为当月天数,ETP为月潜在蒸发量(mm),计算公式为:

式中;T为月平均气温(℃),r为月平均相对湿度(%), 而公式(5)中的为2 m高处的月平均风速(m/s), 但气象站通常所测风速高度约10 m左右, 两者之间需要进行换算。换算公式为[32]:

(4) 生物多样性维护服务功能

生物多样性维护服务功能是生态系统内在结构、功能及生境对物种基因、生物多样性等的保护能力[26]。计算公式如下:

式中:S为生物多样性维护服务功能指数;F多年平均降水量归一化(mm);F为多年平均气温归一化(℃);F为海拔因子归一化(m);NPP含义同上。

2.2.3 生态系统服务功能综合评价法

各生态功能重要性评价仅代表某一功能的空间分布, 而生态系统是一个复杂的整体。为综合评价青藏高原生态服务功能重要性, 将水源涵养、水土保持、防风固沙、生物多样性维护功能指数进行空间叠加, 得到生态系统服务功能综合指数[33], 并进行重要性评价。计算公式如下:

a多年平均净初级生产力; b 多年平均气温; c 多年平均降水量; d 土壤可蚀性; e 土壤渗流因子; f 土壤粗糙度; g 海拔; h 坡度; i 多年平均气候侵蚀力。

Figure 1 Indicators of ecological service function

式中:为生态系统服务功能综合重要性指数,、S、、S含义同上。

基于以上定量评估模型得出水源涵养、水土保持、防风固沙、生物多样性维护等服务功能重要性指数, 以分位数法(quantile)将生态系统服务功能按指数由高到低依次分为极重要、重要、较重要、一般、弱五级进行重要性评价[1,34-35]。

2.2.4 生态系统服务功能变化趋势评价

一元线性回归趋势线法是以解析单个像元变化趋势来反映不同时期整个区域的空间变化情况, 多用于区域生态功能空间变化趋势评估,值大于零则表示增加的趋势, 小于零则表示减少的趋势[1]。计算公式如下:

式中,为趋势线斜率,为年份,为年变量,为年的生态系统服务指数。

3 结果分析

3.1 生态系统服务功能重要性评价

(1)水源涵养服务功能重要性

水源涵养服务功能重要性指数介于0—0.27之间, 平均值约为0.021, 总体呈现出东南高、西北低的特征。从重要性分级结果来看(表2,图2): 青藏高原水源涵养服务功能与降水量关系最为密切。通过叠加年等降水量线发现, 在600 mm、800 mm等降水量线以南的藏南高原、滇西横断山高山峡谷区、若尔盖高原水源涵养功能极重要; 400—600 mm、600—800 mm等降水量线之间的藏南高原大拐弯处、三江源区、若尔盖高原以北和祁连山南麓水源涵养服务功能重要; 300—400 mm等降水量线之间的共和盆地、藏北高原南部水源涵养服务功能较重要; 100—300 mm等降水量线之间的藏北高原腹地、喜马拉雅山脉、柴达木盆地南段及以东至祁连山地区, 水源涵养服务功能一般; 100 mm等降水量线以下的昆仑山脉、柴达木盆地水源涵养服务功能弱。从一元线性回归趋势结果来看, 藏南谷地, 三江源地区, 青海湖南端、祁连山一带水源涵养服务功能增加明显, 藏北高原、藏南谷地、念青唐古拉山、横断山地区水源涵养服务功能显著降低; 而昆仑山脉、柴达木盆地、可可西里地区水源涵养服务功能基本保持不变(图2)。

(2)水土保持服务功能重要性

水土保持服务功能重要性指数介于0—0.71, 平均值约为0.098, 在藏南高原、若尔盖高原指数最高, 北部昆仑山脉一带指数最低。从重要性分级结果看(表2,图2): 藏南高原、三江源南部、若尔盖盆地、环青海湖一带、祁连山南麓地区水土保持服务功能极重要; 横断山区、三江源北部地区水土保持服务功能重要; 藏北高原、共和盆地等水土保持服务功能较重要; 柴达木盆地周边区域、可可西里山麓及喜马拉雅山麓等区域水土保持服务功能一般; 昆仑山脉、阿尔金山脉及柴达木盆地内部地区水土保持服务功能弱。从一元线性回归趋势结果来看, 藏北高原、藏南谷地、横断山区、若尔盖盆地、青海湖北端水土保持服务功能显著增加, 藏南高原、三江源地区、青海湖南端、祁连山地区水土保持服务功能显著下降; 高原北部地区水土保持服务功能基本不变(图2)。

(3)防风固沙服务功能重要性

防风固沙服务功能重要性指数介于0—0.09, 平均值为0.0005, 藏南高原、滇西横断山高山峡谷区指数最高, 河湟谷地指数最低。从重要性分级结果看(表2, 图2): 藏南高原、若尔盖高原和滇西横断山高山峡谷区防风固沙服务功能极重要; 藏南谷地、三江源区及祁连山脉地区防风固沙服务功能重要; 可可西里山脉南麓、青海高原中东部、喜马拉雅山麓防风固沙服务功能较重要; 昆仑山脉、阿尔金山脉、柴达木盆地周边区域、藏北高原防风固沙服务功能一般; 河湟谷地防风固沙服务功能弱, 从一元线性回归趋势结果来看: 藏南高原、青海湖周边区域, 祁连山地区防风固沙服务功能显著增加, 若尔盖盆地及周边高山峡谷区, 三江源地区防风固沙服务功能下降, 其他略有变动但并不明显(图2)。

(4)生物多样性维护服务功能重要性

生物多样性维护服务功能重要性指数介于0—0.47之间, 平均值约为0.021, 呈显出东南高、西北地, 自西北向东南逐渐递增的空间分异特征。从重要性分级结果来看(表2, 图2)藏南高原、横断山脉至若尔盖地区、互助北山国家森林地质公园对生物多样性维护极重要; 三江源区、共和盆地、河湟谷地、环青海湖一带, 祁连山自然保护区生物多样性维护服务功能重要; 柴达木盆地东部及南端、藏北高原中部、喜马拉雅山麓生物多样性维护服务功能较重要; 昆仑山脉南端及东段地区、阿尔金山山脉、可可西里及藏北高原北部地区生物多样性维护服务功能一般; 柴达木盆地、昆仑山北端生物多样性维护服务功能弱。从一元线性回归趋势结果来看: 青藏高原北部的昆仑山脉、柴达木盆地及藏南高原生物多样性服务功能略有上升外其他地区均呈现下降趋势, 尤其是横断山区、若尔盖盆地等下降最为明显(图2)。

表2 2000一2015生态系统服务功能重要性分级面积及所占青藏高原总面积百分比

Figure 2 Importance and changing trend of ecological service function

3.2 生态系统服务功能重要性综合评价

生态系统服务功能重要性综合指数介于0—1.26, 平均值为0.144, 东南部指数最高, 西北部指数较低, 总体上重要性指数由西北向东南递增, 从生态系统服务功能重要性综合评价结果来看(表2, 图2): 藏南高原、横断山脉以东至若尔盖地区、环青海湖一带、祁连山南麓、河湟谷地生态系统综合服务功能极重要; 青海高原中西部、祁连山北麓、藏南谷地生态系统综合服务功能重要; 共和盆地、藏北高原、喜马拉雅山麓地区生态系统综合服务功能较重要; 北部山麓地带、柴达木盆地周边区域生态系统综合服务功能一般; 昆仑山脉与阿尔金山脉海拔较高地区、柴达木盆内部生态系统综合服务功能弱。从一元线性回归综合趋势结果来看: 藏北高原、藏南谷地、横断山区、若尔盖盆地生态服务功能显著增强; 藏南高原、喜马拉雅山麓、三江源地区、青海湖南端、祁连山地区生态服务功能则明显下降, 其他地区略有变化, 但基本稳定。

4 讨论

从上述结果来看, 以上4类生态服务功能极重要区分布在藏南高原、若尔盖高原、滇西横断山高山峡谷等地, 而高原北部的昆仑山脉、柴达木盆地一带生态服务功能弱, 且在空间分布上呈现出自东南向西北递减的规律, 该结论从已有研究结论中得到相关证实。此前, 部分学者对青藏高原的生态功能已经展开了较多研究, 但多集中于区域性研究和单一性研究。从青藏高原范围来看, 水源涵养功能由高原东南部向西北递减[36]; 从区域范围来看, 长江上游的岷山, 邛崃山水源涵养与生物多样性生态服务功能极重要[37], 若尔盖水源涵养能力由北向南递增[28], 西藏中部防风固沙服务功能极重要[6]等研究结果与本文结论较吻合, 这是因为青藏高原东南部和南部由于较高的海拔阻挡了太平洋季风及印度洋季风的深入, 导致降水比高原其他地区充沛, 植被覆盖率高, 森林、灌丛、湿地发育良好, 同时复杂的地理环境也在一定程度上限制了人类活动, 使其保留较多的原有生境和珍稀动植物, 高原中部是诸多河流发源地, 草地、冰川、湿地、滩涂等广泛分布, 是全球气候变化的敏感区和我国最大的水源涵养功能区, 对维护区域生态安全和研究气候变化极为重要[38-40]; 而北部降水稀少、干旱、多大风、植被覆盖率低, 生态系统极为脆弱, 生态服务功能较弱; 高原东北部为祁连山自然保护区, 境内河流发育众多, 植被覆盖率较高, 其中草甸和草原占主体,生态服务功能重要[41]。

此外, 2000—2015年以来, 藏北高原、藏南谷地、横断山区等地生态服务功能呈增强趋势; 而藏南高原、喜马拉雅山麓、三江源地区、青海湖南端、祁连山地区生态服务功能呈下降趋势。导致生态功能发生改变的原因极为复杂, 从模型内在关系来看, 植被、气温、降水的变化是影响生态功能的最主要因素, 已有研究表明青藏高原植被净初级生产力自东南向西北递减[42], 且1981—2006以来植被覆盖率在藏北高原、雅鲁藏布江中上游、高原东南部显著增加, 但在喜马拉雅山山麓、青海湖南端、三江源地区显著下降[20]。另外, 2000—2015年以来, 青藏高原降水量略有下降, 气温则显著上升, 其中高原中部气温上升较明显, 但降水有所下降, 东南部降水量呈减少趋势[43]。综上所述, 藏北高原、藏南谷地、横断山区生态功能增强可能与植被恢复有关, 藏南高原、喜马拉雅山山麓、三江源地区生态功能减弱可能与降水量下降, 气温升高, 耐寒物种减少植被覆盖率下降有关, 青海湖南端、祁连山地区生态服务功能减弱可能与强烈的人类活动有关。综上所述, 从青藏高原4类主要生态功能的角度, 进行长时间尺度的综合研究; 具有一定的可行性, 更具有借鉴意义。

高原东南部地形复杂, 森林灌丛发育良好, 水热条件比西北部优越, 生态系统保留有部分的原有生境。根据前人对我国自然保护地体系的研究[44], 建议将极重要区与重要区以及生态服务功能有所下降的藏南等地划定为国家自然保护区, 优先纳入国家保护行列, 对该区域实行严格保护。生态系统服务功能一般与生态系统服务功能较弱区域, 土壤贫瘠、植被稀疏, 生态系统极度脆弱, 而当前该区域仅有可可西里地区被确定为国家自然保护区, 但这对于实现区域内整体生态系统的稳定性有所欠缺, 因此, 建议将藏北高原、柴达木盆地及边缘地带划定为自然公园; 对于生态功能下降明显的区域因地制宜加强生态修复与保护, 遏制生态衰退的趋势。同时本研究采用的气象数据来自青藏高原气象站点, 而高原内站点分布不均, 客观上会影响数据的精确性, 此外中国1:100万土壤数据库中, 冰川、湖泊、砾石等缺乏数值, 为了保持数据的原始性, 本研究没有刻意赋值以白色区域表示空值, 不参与重要性评价, 希望以后能弥补这方面的缺陷。

5 结论

本文选用2000—2015年各指标相关数据, 从青藏高原生态系统服务功能重要性及多年变化趋势的角度, 通过单一类生态系统服务功能、综合类生态系统服务功能及一元线性趋势线法进行定量评价, 主要结论如下:

(1) 2000—2015年青藏高原水源涵养、水土保持、防风固沙及生物多样性服务功能重要性指数均呈现出由东南向西北递减的趋势; 其中藏南高原、滇西横断山高山峡谷、若尔盖盆地指数较高生态系统服务功能强; 北部的昆仑山脉、阿尔金山脉以及柴达木盆地指数较低, 生态系统综合服务功能较弱。

(2) 通过综合评价发现, 生态系统综合服务功能重要性优于单一生态系统服务功能重要性,更能反映青藏高原复杂的生态环境。

(3) 从一元线性回归综合趋势变化结果可知, 2000—2015年来青藏高原生态功能发生较大变化, 其中高原北部略有变化, 但幅度不明显, 其他地区变化显著; 主要表现在原生态环境较优越的藏南高原、三江源地区, 青海湖南端、祁连山等地生态功能呈下降趋势, 藏北高原、藏南谷地、横断山区生态功能呈增加趋势。

[1] 陈峰, 李红波, 张安录. 基于生态系统服务的中国陆地生态风险评价[J]. 地理学报, 2019, 74(3): 432–445.

[2] 孙鸿烈, 郑度, 姚檀栋, 等. 青藏高原国家生态安全屏障保护与建设[J]. 地理学报, 2012, 67(1): 3–12.

[3] 姚檀栋, 秦大河, 沈永平, 等. 青藏高原冰冻圈变化及其对区域水循环和生态条件的影响[J]. 自然杂志, 2013, 35(3): 179–186.

[4] 钟祥浩, 刘淑珍, 王小丹, 等. 西藏高原生态安全研究[J]. 山地学报, 2010, 28(1): 1–10.

[5] 樊杰, 钟林生, 黄宝荣, 等. 地球第三极国家公园群的地域功能与可行性[J]. 科学通报, 2019, 64(27): 2938–2948.

[6] 黄麟, 曹巍, 吴丹, 等. 西藏高原生态系统服务时空格局及其变化特征[J]. 自然资源报, 2016, 31(4): 543–555.

[7] 李军豪, 杨国靖, 王少平. 青藏高原区退化高寒草甸植被和土壤特征[J]. 应用生态学报, 2020, 31(6): 2109– 2118.

[8] 程国栋, 赵林, 李韧, 等. 青藏高原多年冻土特征、变化及影响[J]. 科学通报, 2019, 64(27): 2783–2795.

[9] 谢飙, 熊成品, 刘寻续. 三江源地区水土流失成因、特点及防治对策[J]. 中国水土保持, 2007(11): 19–21.

[10] 程琳琳, 黄婷, 刘焱序. 基于改进价值当量因子的1992-2015年青藏高原生态系统服务价值演化分析[J]. 水土保持通报, 2019, 39(5): 242–248.

[11] 熊善高, 秦昌波, 于雷, 等. 基于生态系统服务功能和生态敏感性的生态空间划定研究——以南宁市为例[J]. 生态学报, 2018, 38(22): 7899–7911.

[12] 黄麟, 曹巍, 吴丹, 等. 2000—2010年我国重点生态功能区生态系统变化状况[J]. 应用生态学报, 2015, 26(9): 2758–2766.

[13] 孔凡斌. 江河源头水源涵养生态功能区生态补偿机制研究: 以江西东江源区为例[J]. 经济地理, 2010, 30(2): 299–305.

[14] 朴世龙, 张宪洲, 汪涛, 等. 青藏高原生态系统对气候变化的响应及其反馈[J]. 科学通报, 2019, 64(27): 2842– 28550.

[15] 曹叶琳, 宋进喜, 李明月, 等. 陕西省生态系统水源涵养功能评估分析[J]. 水土保持学报, 2020, 34(4): 217–223.

[16] 刘宥延, 刘兴元, 张博, 等. 基于InVEST模型的黄土高原丘陵区水源涵养功能空间特征分析[J]. 生态学报, 2020, 40(17): 6161–6170.

[17] 张镱锂, 李炳元, 郑度. 论青藏高原范围与面积[J]. 地理研究, 2002(1): 1–8.

[18] 范科科, 张强, 史培军, 等. 基于卫星遥感和再分析数据的青藏高原土壤湿度数据评估[J]. 地理学报, 2018, 73(9): 1778–1791.

[19] 陈槐, 鞠佩君, 张江, 等. 青藏高原高寒草地生态系统变化的归因分析[J]. 科学通报, 2020, 65(22): 2406–2418.

[20] 于伯华, 吕昌河, 吕婷婷, 等. 青藏高原植被覆盖变化的地域分异特征[J]. 地理科学进展, 2009, 28(3): 391–397.

[21] 鲁春霞, 谢高地, 肖玉, 等. 青藏高原生态系统服务功能的价值评估[J]. 生态学报, 2004(12): 2749–2755.

[22]刘军会, 高吉喜, 王文杰. 青藏高原植被覆盖变化及其与气候变化的关系[J]. 山地学报, 2013, 31(2): 234– 242.

[23] 郭毅, 杨志松, 范馨月. 生物多样性与生态系统功能关系研究进展[J]. 四川林业科技, 2020, 41(3): 137–142.

[24] 陈鹏飞. 北纬18°以北中国陆地生态系统逐月净初级生产力1公里栅格数据集(1985–2015) [J]. 全球变化数据学报, 2019, 3(1): 34–41.

[25] 张定祥, 潘贤章, 史学正, 等. 中国1:100万土壤数据库建设中的几个问题[J]. 土壤通报, 2003(2): 81–84.

[26] 环境保护部. 生态保护红线划定指南[M]. 北京: 中华人民共和国环境保护部, 2017.

[27] 樊杰. 中国主体功能区划方案[J]. 地理学报, 2015, 70(2): 186–201.

[28] 苑跃, 张亮, 崔林林. 若尔盖高原生态系统水源涵养功能时空变化特征[J]. 生态学杂志, 2020, 39(8): 2713– 2723.

[29] 傅伯杰, 吕一河, 高光耀. 中国主要陆地生态系统服务与生态安全研究的重要进展[J]. 自然杂志, 2012, 34(5): 261–272.

[30] 孙莉英, 栗清亚, 蔡强国, 等. 水土保持措施生态服务功能研究进展[J]. 中国水土保持科学, 2020, 18(2): 145– 150.

[31] 徐洁, 肖玉, 谢高地, 等. 防风固沙型重点生态功能区防风固沙服务的评估与受益区识别[J]. 生态学报, 2019, 39(16): 5857–5873.

[32] 刘慧, 李晓英, 肖建华, 等. 1961—2015年雅鲁藏布江流域风蚀气候侵蚀力变化[J]. 地理科学, 2019, 39(4): 688– 695.

[33] 黄心怡, 赵小敏, 郭熙, 等. 基于生态系统服务功能和生态敏感性的自然生态空间管制分区研究[J]. 生态学报, 2020, 40(3): 1065–1076.

[34] 张立伟, 傅伯杰, 吕一河, 等. 基于综合指标法的中国生态系统服务保护有效性评价研究[J]. 地理学报, 2016, 71(5): 768–780.

[35] 张丹红, 王效科, 张路, 等. 大比例尺土壤保持服务制图分级方法研究[J]. 生态学报, 2021, 41(4): 1391–1401.

[36] 聂忆黄, 龚斌, 李忠. 青藏高原水源涵养能力时空变化规律[J]. 地学前缘, 2010, 17(1): 373–377.

[37] 洪步庭, 任平, 苑全治, 等. 长江上游生态功能区划研究[J]. 生态与农村环境学报, 2019, 35(8): 1009–1019.

[38] 舒婷, 郭兵, 杨飞, 等. 2000—2015年青藏高原植被NPP时空变化格局及其对气候变化的响应[J]. 自然资源学报, 2020, 35(10): 2511–2527.

[39] 吕乐婷, 任甜甜, 孙才志, 等. 1980—2016年三江源国家公园水源供给及水源涵养功能时空变化研究[J]. 生态学报, 2020, 40(3): 993–1003.

[40] 彭凯锋, 蒋卫国, 侯鹏, 等. 三江源国家公园植被时空变化及其影响因子[J]. 生态学杂志, 2020, 39(10): 3388– 3396.

[41] 钱大文, 曹广民, 杜岩功, 等. 2000—2015年祁连山南坡生态系统服务价值时空变化[J]. 生态学报, 2020, 40(4): 1392–1404.

[42] 杨潇, 郭兵, 韩保民, 等. 青藏高原NPP时空演变格局及其驱动机制分析[J]. 长江流域资源与环境, 2019, 28(12): 3038–3050.

[43] 许洁, 陈惠玲, 商沙沙, 等. 2000—2014年青藏高原植被净初级生产力时空变化及对气候变化的响应[J]. 干旱区地理, 2020, 43(3): 592–601.

[44] 欧阳志云, 杜傲, 徐卫华. 中国自然保护地体系分类研究[J]. 生态学报, 2020, 40(20): 7207–7215.

Quantitative evaluation of the ecological service function on Qinghai-Tibet Plateau Based on GIS Analysis

QI Baozheng1, YANG Haizhen2, *, ZHOU Huakun3, HOU Guangliang1, 4

1. School of Geographical Science, Qinghai Normal University, Xining 810008, China 2. Academy of Plateau Science and Sustainability, Xining 810008, China 3. College of Eco-environment and Resources, Qinghai Nationalities University, Xining 810007, China 4. Key Laboratory of Restoration Ecology of Cold Area in Qinghai Province, Northwest Institute of Plateau Biology, CAS, Xining 810008, China

Ecosystem service is important for human survival and social development, as well as for reginal sustainable development. The objective of this study is to assess the spacial distribution characteristic and importance of water conservation, land erosion control, wind erosion prevention and biodiversity conservation function on the Qinghai Tibet Plateau from 2000-2015. The study applied the vegetation net primary productivity (NPP) quantitative index evaluation method, GIS spatial analysis method, comprehensive evaluation of ecological service function method and one variable linear logistic trend method. The results are as follows. (1) Water conservation, land erosion control, wind erosion prevention and biodiversity conservation function index were higher in the southeast and lower in the northwest of the study area, showing a decreasing trend from the southeast to the northwest. (2) Based on classification characteristic of the importance of ecological service function, among these four types of the ecosystem service functions, the general category occupied the largest proportion, respectively accounting for 27.06%, 19.73%, 61.44%, 41.7% of the plateau's total area, and the areas with poor ecological service function occupied the smallest area, respectively accounting for 16.47%, 16.96%, 0.97%, 4.06%. (3) In terms of comprehensive importance classification attributes, the areas with general ecological functions accounted for the largest area size with over 20.72%. Areas with least important ecological service function accounted for the smallest area size, only about 16.73%. In all, the result of comprehensive evaluation was better than the single evaluation. (4) From 2000 to 2015, the ecological functions of the Qinghai Tibet Plateau showed two obvious characteristics: first, in southern Plateau, three rivers source region, southern part of Qinghai Lake and Qilian mountain area showed a decreasing trend; second, in northern Tibetan Plateau, southern Tibetan Valley and Hengduan Mountain area showed an obvious increasing trend, while other areas remained unchanged. The research results of this paper would provide reference for the demarcation of key ecological functional zones and ecological red lines, as well as the management of ecological zones and establishing of ecological barriers on the Qinghai Tibet Plateau.

GIS; Qinghai-Tibet Plateau; ecological function; quantitative evaluation

戚宝正, 杨海镇, 周华坤,等. 基于GIS的青藏高原生态服务功能定量评价[J]. 生态科学, 2023, 42(1): 187–196.

QI Baozheng, YANG Haizhen, ZHOU Huakun, et al. Quantitative evaluation of the ecological service function on Qinghai-Tibet Plateau Based on GIS Analysis[J]. Ecological Science, 2023, 42(1): 187–196.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2023.01.022

X826

A

1008-8873(2023)01-187-10

2020-11-21;

2021-01-03

国家重点研发计划课题(2016YFC0501901); 中国科学院-青海省人民政府2020年三江源国家公园联合研究专项(LHZX-2020-08); 青海省科技厅国际合作项目(2019-HZ-802)

戚宝正(1993—), 男, 甘肃积石山人, 硕士研究生, 主要从事环境变化等方面研究, E-mail:qbz2020f@163.com

杨海镇(1973—), 男, 博士, 副教授, 主要从事土地资源管理方面的研究, E-mail: yanghaizhen@ 21cn.com