国家重点生态功能区生态系统服务时空格局及其变化特征

　 中图分类号：X171 文献标识码：A 文章编号：1000-0690(2018)09-1508-08

      为优化国土开发空间格局，加强生态环境保护，国务院于2010年发布了《全国主体功能区规划》，其中国家重点生态功能区以保护和修复生态环境、提供生态产品为首要任务，其主要规划目标为增强生态服务功能，改善生态环境质量等；未来展望要求生态功能大幅提升，生态系统的稳定性增强。为此，中央财政设立重点生态功能区转移支付，主要包括重点补助、禁止开发补助、引导性补助、生态护林员补助及奖惩资金，重点用于环境保护以及涉及民生的基本公共服务领域。2008-2014年，中央财政累计下拨国家重点生态功能区转移支付2 004亿元。

      目前，国家重点生态功能区的相关研究主要集中在生态补偿机制、产业发展、生态与社会经济关系、生态文明建设、生态安全评价、典型生态系统服务及评估方法等方面[1-7]。生态系统服务是指人类从各种生态系统中获得的所有惠益[8]，对其进行评估是生态系统管理与决策制定的重要依据[9，10]。部分学者针对生态系统服务对中国国家重点生态功能区生态系统展开了深入研究，如重要生态功能区评估指标体系的构建[11]，区域或单一类型生态功能区典型[12]或综合生态系统服务评估[13]或生态状况变化分析[14]，全部生态功能区单一生态系统服务类型定量评估[15，16]、生态系统本底状况分析[17]等。为定量评价生态功能区生态环境状况及变化趋势，国家环境保护部颁布的《生态环境状况评价技术规范》(HJ 192-2015)中提出生态功能区功能状况指数(FEI)，包括生态状况指标、环境状况指标和生态功能调节指标。可以看出，目前针对国家重点生态功能区的已有研究多集中于单个类型或局部区域，对功能区整体生态状况的研究多针对单一生态系统服务类型或其本底状况的分析，并未开展针对其转移支付后的生态系统综合评估或前后对比分析；FEI可定量指示生态功能区生态环境质量，然而该指标体系中权重的设定受主观影响因素较大，且指标较多，数据难以获取，限制了其客观性和通用性。

      定量掌握实施转移支付后国家重点生态功能区生态系统状况及结构功能的时空变化特征，评估生态保护对其发挥生态保障功能的作用，可以为后续国家重点生态功能区综合监测与科学评估提供科学基础，对于支撑与完善国家重点生态功能区转移支付制度的管理决策及绩效评估考核具有重要意义。基于此，本文利用具有空间信息表达优势的遥感数据[18]，定量分析该区在实施转移支付前(2000-2010年)、后(2010-2015年)生态系统宏观格局及关键生态系统服务包括水源涵养、土壤保持、防风固沙及生物多样性维持的时空变化特征，完成国家重点生态功能区转移支付生态成效的综合评估。

      1 数据与方法

      1.1 研究区概况

      研究区为中国国家重点生态功能区(不包括港澳台地区)，由樊杰等[19]研究学者采用综合地理区划的方法，以县级行政区划为单位，在全国统一约束框架下按照省级区划进行拼图集成得来。研究区总面积约415.10万，占全国陆地国土面积的43.14%，主要分布在中国东北部、中部及西部地区。

      1.2 生态系统宏观结构

      生态系统空间分布面积有2000、2010、2015年3期，由相应年份的土地利用/覆盖数据生成。3期土地利用/覆盖数据则是利用相应年份TM图像和环境卫星图像，结合野外调查，基于基础地理数据和专家知识，通过人机交互解译获得(来源于中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn))。将土地利用/覆盖数据类型归类为农田、森林、草地、水体与湿地、荒漠、聚落等7个生态系统类型，生成国家重点生态功能区生态系统空间分布数据。

      1.3 生态系统服务

      1)生态系统水源涵养服务。本文采用降水贮存量法来衡量生态系统涵养水源的能力，即与裸地相比较，生态系统的水分调节效应。该方法原理较为简单，所需参数较少，主要利用降水、植被、土地覆被等长时间序列数据，可适用于较大时空尺度生态系统水源涵养量的估算[20]。

      本文以极度退化下残留植被的降雨径流率代替了裸地降雨径流率。利用基于薄片样条理论的ANUSPLIN方法，对气象站点的日降雨资料进行空间插值，生成了1 km逐月降水空间数据集。通过与多年均河川径流系数建立线性关系，得到产流降水量占降水总量的比例(K因子)的空间分布数据[17]。森林生态系统降雨径流率主要通过国内外公开发表的文献资料和出版专著中的实测结果整理得到；草地生态系统降雨径流率则利用与植被覆盖度的关系获得[21]。

      2)生态系统土壤保持服务。本文用潜在土壤侵蚀量与现实状况下土壤侵蚀量的差值来评估生态系统土壤保持服务的能力，采用修正的通用土壤流失方程(Revised Universal Soil Loss Equation，RUSLE)来计算土壤侵蚀模数。RUSLE模型由于结构简单、参数易于获取，同时综合考虑了影响土壤侵蚀的多个因素，在世界范围内得到了广泛应用[22～25]。