基于InVEST模型的商洛市生态系统服务时空变化研究

摘" 要：商洛市全境位于秦岭自然保护区范围内，对该区域展开生态系统服务研究，有助于保护该区域生物多样性，可为制定生态保护措施、构建生态补偿机制提供依据。该文以南水北调工程重要水源地商洛市作为研究对象，应用ArcGIS10.8软件平台以及InVEST模型对商洛市生态服务进行研究，进一步探讨研究区生态服务功能的空间分布特征并提出针对性政策建议。

关键词：生态系统服务；InVEST模型；时空变化；政策建议；商洛市

中图分类号：X171.1" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2024）32-0103-04

Abstract： Shangluo City is entirely located within the Qinling Nature Reserve， and conducting ecosystem services research in this area is beneficial for protecting biodiversity and providing a basis for developing ecological protection measures and establishing ecological compensation mechanisms. This study focuses on Shangluo City， an important water source for the South-to-North Water Diversion Project. It utilizes the ArcGIS 10.8 software platform and the InVEST model to analyze the ecosystem services of the city. Furthermore， the research explores the spatial distribution characteristics of ecosystem service functions in the area and offers targeted policy recommendations.

Keywords： ecosystem services; InVEST model; spatiotemporal changes; policy recommendations; Shangluo City

生态系统服务是指由生态系统形成及维系人类生存依赖的自然环境条件和效用，为人类直接或间接从生态系统获得各种惠益[1]。生态系统服务供给是指生态系统在一定时期和区域内实际能够为人类提供的服务，与生态承载力密切相关[2]。随着社会经济发展，对资源需求逐渐增加，生态环境问题日益突显，生态功能遭到破坏。进行生态系统服务的评估，分析生态系统服务功能类型、数量及时空演变特征，准确定位生态系统的功能结构，为提升生态功能治理提供理论依据，对促进生态文明建设具有重大指导意义[3]。

当前学界对生态系统服务研究内容主要包括生态系统服务功能评价[4]、生态系统价值评估[5]、生态补偿[6]、生态安全格局[7]和不同类型土地生态功能价值量核算[8]等；研究方法上多采用生态评估模型对生态系统服务进行定量评估，主要有InVEST模型、Meta回归模型、ARIES模型等。

陕西境内南水北调工程途经商洛、安康、汉中3市，面积共计6.27万km2，占中线水源区面积的65.86%，承担了南水北调中线工程70%的输水量。其中，陕西省商洛市作为南水北调水源保护区，具有重要的生态涵养价值。本文以南水北调工程中线城市商洛市为研究区域，利用InVEST模型测算2000—2020年间生物多样性、水土保持、固碳服务3项服务，分析各功能时空变化特征，以期为优化区域生态系统服务管理、制定生态保护与经济协调发展的政策提供科学依据，推动水源保护地可持续发展。

1" 研究区概况与研究方法

1.1" 研究区概况

商洛市位于陕西省东南部，秦岭南麓，与鄂豫两省交界，全域处于秦岭保护范围，总面积约为1.93万km2。商洛山地占比较大，具有“八山一水一分田”的空间分布特征。地势西北高，东南低，由西北向东南伸展，区域内河流纵横交错，支流密布，横跨长江、黄河2个流域。2020年，全市常住人口205.00万人，城镇化率48.03%。商洛市地处秦岭山区，生态系统韧性强劲，在秦岭生态安全屏障构建、生物多样性保护、水土流失治理和释氧固碳等服务中具有重要意义。

1.2" 数据来源与预处理

本文的研究数据包括3类：土地利用数据、数字高程数据及植被覆盖度数据。土地利用数据来源于30米全球地表覆盖数据，数字高程数据则来自地理空间数据云，植被覆盖度数据来自2000—2020年中国30米年最大NDVI数据集，对数据进行掩膜、裁剪、插值等预处理，以WGS-84坐标系为统一地理研究基础。

1.3" 研究方法

基于商洛市独特的自然条件基础，地处秦岭同时，又是南水北调中线水源区典型地区，其生态系统具有保护生物多样性、保持水土及提供碳汇等重要作用，因此本文主要选取了生物多样性、水土保持、碳储量3个生态系统指标，定量研究2000年、2010年、2020年研究区生态系统服务功能，利用自然断点法对各项生态系统服务划分等级，划分为4个等级，分别为不适宜区、一般重要区、重要区和极重要区。

1）生物多样性重要性评估。生物多样性的研究采用的是InVEST模型中生境质量模块。InVEST模型中生境质量和生境稀缺性作为生物多样性的反映，可以通过评估某一地区各种生境类型或植被类型的范围和这些类型各自的退化程度来表达。本研究将耕地、城市建设用地、水面等受人类活动影响较大的区域作为威胁源（表1、表2）。计算公式为

式中：Qxj为j类土地x元所代表的生境质量；Hj为j类土地代表的生境适宜度；Dxj为网格像素x在j中的威胁级别；z为一个常数，常设成2.5；k为半饱和常数，常设成0.5。

2）水土保持重要性评估。水土保持是指由于流水造成的土壤侵蚀，导致生态系统结构和过程的减少。根据2020年发布的《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价指南（试行）》，对水土保持重要性进行评估，主要是通过研究区植被覆盖度、生态系统类型及地形特征的差异这些因子进行评估水土保持的重要性，分级阈值见表3。

3）碳储量重要性评价。本文在评价碳储量功能重要性时主要是利用InVEST模型的碳固定模块进行。根据不同土地利用类型的分布和平均碳密度，计算研究区的碳储量。计算公式为

C=Cabove+Csoil+Cdead+Cbelow， （2）

式中：C为总碳储量；Cabove为地上碳储量；Csoil为土壤碳储量；Cdead为死亡碳储量；Cbelow为地下碳储量。

2" 结果与分析

2.1" 生物多样性重要性变化

2000—2020年，生物多样性极重要区域分布分散，集中在东部、西部和北部，南部较少（图1）。西部和西南地区的极重要区域显著减少，不适宜区域面积逐步扩大，至2020年占比超过89%。2000—2010年，极重要区域减少67%（表4），而2010—2020年减少约40.2 km2，降幅30%。总体而言，2000—2020年，极重要区域减少约317.09 km2，而一般重要区域面积则呈现先增后减的趋势，最终减少了约205.35 km2。

2.2" 水土保持重要性变化

商洛市水土保持水平较高，极重要区域呈现先增后减的趋势，主要分布在南部和中部（图2）。不适宜区域持续增加，集中在城镇中心附近。东南区域的水土保持重要区域增加，分布零散。2000—2020年，水土保持重要区域面积占比约70%，整体增长545.93 km2（表5）。极重要区域在2000—2010年增加2 830.31 km2， 2010—2020年减少3 219.73 km2，最终减少389.42 km2，整体降幅14.4%。一般重要区域面积减少，2000年至2020年下降19.24%。不适宜区域在2010—2020年增加386.07 km2。

2.3" 碳储量重要性变化

商洛市全境碳储量水平较高，除城区建设用地密集区外，碳储量分布均匀（图3），极重要区域占比超过85%（表6）。2000—2020年，极重要区域减少840.72 km2，主要减少发生在2010—2020年，降幅为5.47%。重要区域在2000—2010年持续增加，面积从1 642.25 km2增至1 673.11 km2，2020年达到1 943.11 km2。一般重要区域2000—2010年大幅减少158.96 km2，2010—2020年虽有增加，但仍比2000年低113.96 km2。不适宜区域在2000—2010年小幅下降后整体快速增加，2010—2020年增加656.71 km2，占比增至3.49%。

3" 讨论

本研究以商洛市为研究对象，对商洛市2000年、2010年、2020年生境质量、水土保持、固碳服务进行评价，揭示了各生态服务功能时间和空间上的变化特征，得到以下结论。

首先，2000—2020年生物多样性极重要区在西部减少情况最为严重，主要在柞水县和镇安县。西南地区生物重要性重要区域减少同样比较明显，不适宜区域面积逐渐扩大。2000—2010年生物多样性重要区域降幅较大，降幅达8.75%。2000—2020年生物多样性重要区域面积减少共计1 187.28 km2。

其次，2000—2020年研究区整体水土保持水平较高，2010—2020年水土保持极重要区域水平降低，极重要水平向重要水平转变，重要区域面积出现增多趋势，重要区域的增加部分主要在商洛东南区域，分布较为零散，主要在山阳县和商南县，不适宜区域面积增加幅度386.07 km2，增长比例相对较低，变化主要发生在2010—2020年间。

再次，商洛市全境碳储量水平较高，碳储量重要区域分布较为均匀，除城区等建设用地密集区碳储量偏低，其他区域碳储量水平整体较高。

最后，商洛市整体生态系统服务水平较高，但在2000—2020年间，各功能不适宜区域面积持续增加，尤其2010—2020年间，因城镇化快速发展，生物多样性遭受破坏，应加强生态保护监管力度，发掘生态源地，构建生态长廊，稳固生态系统内在功能。

4" 对策与建议

作为传统农业发展区，商洛市应着力打造现代农业产业体系，持续创新“生态产业化、产业生态化”实践探索，促进农村一、二、三产业深度融合，按照“产业化、绿色化、景区化、品牌化”发展思路，持续壮大茶、菌、果、畜、药和渔等特色优势产业，全面延伸产业链条，促进产业提质增效。加快推进产业路修建，局部地区应加强改善“有特色资源但运输条件不畅”的状况，畅通与拓宽商品流通渠道，使优质农副产品快速地进入流通领域。

积极推动生态服务价值化，建立完善弹性生态补偿机制。构建南水北调中线水源区典型地域生态系统服务价值评估体系，使生态系统服务转化为可量化、可交易的经济价值，创建生态产品和服务的市场平台，通过生态产品市场化、碳交易等手段，实现生态服务的经济创收，同时探索实施弹性生态补偿机制，推动跨区域生态合作，引导供给和需求跨区域流动，跨地区解决错配问题，引导生态系统服务走向均衡。

参考文献：

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[5] 谢高地，张彩霞，张昌顺，等.中国生态系统服务的价值[J].资源科学，2015，37（9）：1740-1746.

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