贵州芙蓉江流域生态系统服务功能综合评价与生态功能区划.pdf

第 卷第期 年月贵 州 林 业 科 技G u i z h o uF o r e s t r yS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yV o l ,N o J u n,贵州芙蓉江流域生态系统服务功能综合评价与生态功能区划陈鸿申,陈忠发,龚芯磊,赵爽,梁龙(贵州省地矿局 地质大队,贵州 遵义 )摘要:对贵州芙蓉江流域生态系统服务功能进行综合评价,在此基础上,结合R S、G I S等技术对其生态功能进行了区划,为该流域针对性地开展生态修复工程提供科学参考.以贵州芙蓉江流域为研究对象,采用R S、G I S等技术,分别以生物多样性维护功能、水源涵养功能、水土保持功能以及水土流失敏感性和石漠化敏感性等指标作为评价因子,对其生态系统服务功能和生态敏感性进行评价.贵州芙蓉江流域水源涵养功能中等以上的区域面积为 k m,中等以下的为 k m,分别占项目区总面积的 和 ;水土保持功能中等以上的区域面积为 k m,中等以下的为 k m,分别占项目区总面积的 和 ;生物多样性维护功能中等以上的区域面积为 k m,中等以下的为 k m,分别占项目区总面积的 和 ;水土流失敏感性主要为较低和低等级,分别占项目区总面积的 和 ;石漠化敏感性等级主要为低等级,将近占了项目区总面积的;根据生态系统自然属性、主导服务功能类型以及生态系统服务功能重要性,可将该流域区划为生态调节、产品提供、人居保障个生态功能区和个生态功能类型.贵州芙蓉江流域水源涵养功能和生物多样性维护功能整体偏低,而水土保护功能整体较好;水土流失敏感性和石漠化敏感性等级较低;该流域的生态系统服务功能重要性等级多处于中等或中等偏下水平,生态敏感性较低.关键词:芙蓉江流域;水源涵养功能;水土保持功能;生物多样性维护功能;生态功能区划中图分类号:S 文献标识码:AE v a l u a t i n ge c o s y s t e ms e r v i c e s t or e g i o n a l i z ee c o l o g i c a l f u n c t i o n i nF u r o n gR i v e rB a s i no fG u i z h o uP r o v i n c eCHE N H o n g s h e n,CHE NZ h o n g f a,G ON GX i n l e i,Z HAOS h u a n g,L I ANGL o n g(NO G e o l o g i c a lP a r t y,G u i z h o uB u r e a uo fG e o l o g ya n dM i n e r a lE x p l o r a t i o na n dD e v e l o p m e n t,Z u n y i ,C h i n a)A b s t r a c t:Ac o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no fe c o s y s t e ms e r v i c e sw a sp e r f o r m e di nt h eF u r o n gR i v e rB a s i no fG u i z h o uP r o v i n c e,C h i n a T h ee c o l o g i c a l f u n c t i o n sw e r et h e nr e g i o n a l i z e dw i t ht h eR S,a n dG I St e c h n o l o g i e s S o m ee v a l u a t i o nf a c t o r sw e r es e l e c t e dt oe v a l u a t et h ee c o s y s t e ms e r v i c ef u n c t i o na n de c o l o g i c a l s e n s i t i v i t y,i nt e r m so f t h eb i o d i v e r s i t ym a i n t e n a n c e f u n c t i o n,t h e f u n c t i o no fw a t e r c o n s e r v a t i o n,s o i l a n dw a t e r收稿日期:基金项目:贵州省地矿局科研项目资助(黔地矿 科合 号)第一作者简介:陈鸿申(),男,工程师,主要从事脆弱山区生态修复研究.Em a i l:q q c o m通信作者简介:陈忠发(),男,工程师,主要从事水工环地质与生态修复研究.Em a i l:q q c o m贵州林业科技 卷c o n s e r v a t i o nf u n c t i o n,t h es e n s i t i v i t yo fs o i le r o s i o n,a n dt h ed e s e r t i f i c a t i o ns e n s i t i v i t yi n d e x T h er e s u l t ss h o wt h a t t h ea r e a so fw a t e rc o n s e r v a t i o nf u n c t i o na b o v et h em e d i u m(i n c l u d i n gm e d i u m)a n db e l o w w e r e ,a n d k m,a c c o u n t i n gf o r a n d o ft h et o t a lp r o j e c ta r e a s,r e s p e c t i v e l y T h ea r e a sa b o v ea n db e l o wt h em e d i u m w a t e ra n ds o i lc o n s e r v a t i o nf u n c t i o nw e r e ,a n d k m,a c c o u n t i n gf o r a n d o f t h et o t a l,r e s p e c t i v e l y T h ea r e a so fb i o d i v e r s i t ym a i n t e n a n c ef u n c t i o na b o v ea n db e l o w m e d i u m w e r e ,a n d k m,a c c o u n t i n gf o r a n d o ft h e t o t a l,r e s p e c t i v e l y T h es e n s i t i v i t yo fs o i la n dw a t e rl o s sw a sm a i n l yl o wa n dl o w e r,a c c o u n t i n gf o r a n d o ft h et o t a l,r e s p e c t i v e l y T h es e n s i t i v i t yg r a d eo fr o c k yd e s e r t i f i c a t i o nw a sm a i n l yl o w,a c c o u n t i n g f o rn e a r l y o f t h e t o t a l T h ew a t e r s h e dw a sd i v i d e d i n t o t h r e e e c o l o g i c a l f u n c t i o nz o n e s:e c o l o g i c a l r e g u l a t i o n,p r o d u c tp r o v i s i o n,a n dh u m a ns e t t l e m e n t s u p p o r t,t o g e t h e rw i t ht h ee i g h te c o l o g i c a lf u n c t i o nt y p e s,a c c o r d i n gt ot h en a t u r eo f e c o s y s t e m,t h ed o m i n a n ts e r v i c ef u n c t i o nt y p e s,a n dt h e i m p o r t a n c eo f e c o s y s t e ms e r v i c e f u n c t i o n s T h e r ew a s t h e r e l a t i v e l y l o wf u n c t i o no fw a t e r c o n s e r v a t i o na n db i o d i v e r s i t ym a i n t e n a n c e,w h e r e a s,t h eb e t t e rw a t e ra n ds o i lp r o t e c t i o nf u n c t i o nw a sf o u n di nt h i sc a s e T h e r ew a s t h e l o ws e n s i t i v i t yo f s o i l e r o s i o na n dr o c k yd e s e r t i f i c a t i o n T h e i m p o r t a n c eo f e c o s y s t e ms e r v i c e s i n t h eb a s i nw a sm o s t l ya tt h em e d i u mo rl o w e rl e v e l,i n d i c a t i n gt h el o we c o l o g i c a ls e n s i t i v i t y T h ef i n d i n gc a na l s op r o v i d e t h es c i e n t i f i c r e f e r e n c e f o r t h e t a r g e t e de c o l o g i c a l r e s t o r a t i o np r o j e c t s i nt h eb a s i n K e yw o r d s:F u r o n gR i v e rB a s i n;w a t e rc o n s e r v a t i o nf u n c t i o n;w a t e ra n ds o i l c o n s e r v a t i o nf u n c t i o n;b i o d i v e r s i t ym a i n t e n a n c e f u n c t i o n;e c o l o g i c a l f u n c t i o nr e g i o n a l i z a t i o n芙蓉江是乌江左岸最大的一级支流,属长江流域乌江水系,发源于贵州省遵义市绥阳县大娄山脉东麓的枧坝乡,河长约 k m,由南向北流经正安县、道真县,在下游的重庆市武隆区江口镇汇入乌江.芙蓉江流域处于云贵高原向湖南丘陵和四川盆地过渡的斜坡地带,流域内地形起伏较大,地貌类型复杂多样,物种组成丰富,生态区位重要,是关系到长江流域生态安全的屏障地区.随着社会经济的发展,贵州芙蓉江流域的生态系统服务功能在人类活动和内营力作用的双重干扰下出现了不同程度退化,具体表现为表土层流失、土壤贫瘠薄弱以及生境的人为割裂和破碎化,导致生态系统服务功能结构失调,河道、水库淤浅;而维护生态系统服务功能是当今世界普遍关注的热点,因其支撑与维持着地球生命系统的平衡和稳定,是实现可持续发展的基础.因此,研究该区域的生态系统服务功能重要性和敏感性意义重大.本文选取了水源涵养功能、水土保持功能和生物多样性维护功能作为生态系统服务功能重要性的评价指标,水土流失敏感性和石漠化敏感性作为生态敏感性的评价指标,采用N P P法、模型法以及单因子敏感性平均法,综合分析了芙蓉江流域生态系统服务功能重要性及敏感性程度;在此基础上,根据生态系统自然属性、主导服务功能类型以及生态系统服务功能重要性评价结果,结合R S和G I S技术 对贵州芙蓉江流域生态功能进行了区划,旨在为该流域开展生态修复工程提供科学参考.材料和方法 研究区概况贵州芙蓉江流域位于云贵高原东北部,行政区划属贵州省遵义市(E、N).区内喀斯特发育,重峦叠嶂,河谷幽深,地形起伏大,地貌类型复杂多样;海拔 m,垂直分异较为明显;属亚热带季风湿润气候,降水充沛.评价方法本文以贵州芙蓉江流域所涉及的遵义市绥阳县、正安县和道真县国土区域范围为研究对象,面积约为 k m.运用A r c G I S 软件建立相关空间数据库,生成模型所需的参数图层,并进行叠加、运算,最后得到贵州芙蓉江流域水源涵养功能、水土保持功能、生物多样性维护功能评价数据库和水土流失敏感性、石漠化敏感性评价数据库.参考 国家生态保护红线生态功能红线划定技术指南(试行)中的定量指标法,在适当调整的基期陈鸿申,等:贵州芙蓉江流域生态系统服务功能综合评价与生态功能区划础上对其进行评价,生物多样性维护功能评价采用N P P法,水源涵养和水土保持功能评价采用模型法,水土流失和石漠化敏感性评价采用单因子敏感性平均法.详见表.表评价指标体系评价类型评价指标一级评价因子二级评价因子评价方法生态系统服务功能综合评价生态系统服务功能重要性生态系统敏感性生物多样性维护功能生物多样性N P P法水源涵养功能水源涵养量模型法水土保持功能水土保持量模型法水土流失敏感性降雨侵蚀力因子、土壤可蚀性因子、地形起伏度因子、植被覆盖因子单因子敏感性平均法石漠化敏感性碳酸岩出露面积百分比、地形坡度、植被覆盖度单因子敏感性平均法 生态系统服务功能重要性评价()水源涵养功能水源涵养功能采用模型法进行评价,以水源涵养量作为评估指标,影响因子有河流源区气候、地表覆盖、地形等.具体计算公式如下:T Qhi(PiRiE Ti)Ai.()式()中:T Q为水源涵养量;Pi为降雨量;Ri为地表径流量;E Ti为蒸散发量;Ai为i类生态系统面积;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.()水土保持功能水土保持功能采用模型法进行评价,以水土保持量作为评价指标,水土保持量为潜在土壤侵蚀量与实际土壤侵蚀量的差值.采用修正的水土流失方程(RU S L E)进行计算,具体计算公式如下:ARKLS(C).()式()中:A为水土保持量;R为降雨侵蚀力因子;K为土壤可蚀性因子;L、S为地形因子,分别代表坡长和坡度;C为植被因子.()生物多样性维护功能生物多样性维护功能采用N P P法 计算,生物多样性维护服务能力指数反映不同物种群落分布、生态系统结构层次类型及其复杂性.具体计算公式如下:Sb i oNP Pm e a nFp r eFt e m(Fa l t).()式()中:Sb i o为生物多样性维护服务能力指数;NP Pm e a n为 多 年 植 被 净 初 级 生 产 力 平 均 值;Fp r e为多年平均降水量;Ft e m为多年平均气温;Fa l t为海拔因子.()生态系统服务功能重要性评价 生态系统服务功能重要性M a x(生物多样性维护重要性,水源涵养重要性,水土保持重要性).()生态敏感性评价()水土流失敏感性参照国家发展改革委、原环境保护部于 年月发布的 生态保护红线划定指南,以土壤可蚀性、降水侵蚀力、坡度坡长和地表植被覆盖作为评价指标,并根据流域的实际情况进行适当调整.将各因素对水土流失敏感性的单因子评估数据,采用地理信息系统技术进行乘积运算,具体计算公式如下:水土流失敏感性(RKL SC).()式()中:R为降雨侵蚀力因子;K为土壤可蚀性因子;L S为地形起伏度因子;C为植被覆盖因子.()石漠化敏感性通过对各单因子的分级、赋值,运用地理信息系统的空间叠加功能,将各单因子敏感性影响分布图进 行 乘 积 运 算,得 到 石 漠 化 敏 感 性 等 级 分 布图,具体计算公式如下:石漠化敏感性(DPC).()式()中:D为碳酸岩出露面积百分比;P为地形坡度;C为植被覆盖度.在响应面优化条件下,进行验证性试验,与理论预测值进行比较,以验证优化结果.贵州林业科技 卷()生态敏感性评价 生态敏感性 M a x(水土流失敏感性,石漠化敏感性).()结果与分析 生态系统服务功能重要性评价 水源涵养功能由表可以看出,流域范围内的水源涵养功能整体偏低,其中低等级(含较低)面积为 k m,中等以上(含较高)面积为 k m,分别为项目区总面积的 和 ,表明流域范围内缓和地表径流、补充地下水、减缓河流流量的 季 节 波 动、滞 洪 补 枯、保 证 水 质 等 功 能较差.表水源涵养功能评价表水源涵养功能低较低中等较高面积/k m 面积占比/水土保持功能由表可以看出,流域范围内的水土保持功能相对较好,呈两头低中间高的抛物线趋势,中等(含中等)以上的面积为 k m,占了项目区总面积的 ,而低等级(含较低)的面积为 k m,占了项目区总面积 .表水土保持功能评价表水土保持功能低较低中等较高高面积/k m 面积占比/生物多样性维护功能由表可看出,生物多样性维护功能以生物多样性指数来表征,生物多样性指数中等和较高的区域面积为 k m,仅占总国土面积的 ,低等级(含较低)的面积为 k m,占项目区总面积 ,表明流域范围内的物种丰富度整体偏低,生境被人为切割,破碎化程度偏高.表生物多样性维护功能评价表生物多样性指数低较低中等较高面积/k m 面积占比/生态敏感性评价生态敏感性是指一定区域内发生生态问题的可能性和发生程度,反映人类活动可能造成的生态后果,主要包括水土流失、沙漠化、石漠化和海岸侵蚀等.本研究所在区域位于西南岩溶地区,存在的生态隐患主要为水土流失和石漠化,而沙漠化和海岸侵蚀则相对较少,故未对其进行评价.水土流失敏感性由表可知,流域范围内水土流失敏感性等级整体较低,低敏感性和较低敏感性面积为 k m,为项目区总面积的 ,中等敏感区域面积为 k m,占项目区总面积的 ,表明流域范围受地形、降水量、土壤性质和植被的影响,发生滑坡、泥石流等自然灾害的可能性较小.表水土流失敏感性评价表水土流失敏感性低敏感较低敏感中等敏感面积/k m 面积占比/期陈鸿申,等:贵州芙蓉江流域生态系统服务功能综合评价与生态功能区划 石漠化敏感性由表可知,流域范围内的石漠化敏感性低等级(含较低)区域面积为 k m,占项目区总面 积 的 ,中 等 敏 感 以 上 区 域 面 积 为 k m,占比为 ,表明流域范围内受水力、重力、风力侵蚀影响石漠化程度总体偏低.表流域范围内石漠化敏感性评价表石漠化敏感性低敏感较低敏感中等敏感较高敏感高敏感面积/k m 面积占比/生态系统综合评价生态系统综合评价体系主要由生态系统服务功能重要性评价指标和生态敏感性评价指标组成.生态系统服务功能重要性由表可知,流域范围内生态系统服务功能重要性中等以上(含中等)面积为 k m,占比为 ,低等级(含较低)面积为 k m,占比为 ,表明流域范围生物多样性维护、水源涵养、水土保持重要性等级相对较高.表流域范围内生态系统服务功能重要性评价表生态系统服务功能重要性低较低中等较高高面积/k m 面积占比/生态敏感性根据水土流失和石漠化最高等级确定流域范围内的生态敏感性等级,由表可知,生态敏感性中等以上(含中等)面积为k m,占比为 ,低等 级(含 较 低)面 积 为 k m,占 比为 .表流域范围内生态敏感性评价表生态敏感性低较低中等较高高面积/k m 面积占比/生态功能区划根据生态系统自然属性和主导服务功能类型,采用R S和G I S技术,可将贵州芙蓉江流域的生态功能区划为生态调节、产品提供与人居保障大类(表);在此基础上,依据贵州芙蓉江流域生态系统服务功能重要性评价结果,可将其划为个生态功能类型,具体为水源涵养、生物多样性维护、土壤保持、洪水调蓄、农产品提供、林产品提供、大都市群、重点城镇(村)群.生态调节功能区生态调节功能区包括水源涵养、生物多样性维护、土壤保持、洪水调蓄个类型.生态修复以废弃矿山生态环境修复、水土保持林和水源涵养林建设以及河道水环境综合治理措施为主;流域水环境综合治理以生态岸坡垒砌、泄洪沟为主;工程措施应兼顾河道底栖生物栖息地保护,河道断面形态宜多样化,河岸堤以格宾石笼、雷诺护垫为主.产品提供功能区产品提供功能区包括农产品和林产品个类型.生态修复以土地整治、农田生态功能提升兼顾流域水环境综合治理为主,具体工程可结合实际开展挂坡地水土保持、机耕道、泄洪沟、蓄水池和沉沙池等.人居保障功能区人居保障功能区主要包括人口和经济密集的大都市群和重点城镇(村)群个类型.生态修复以保护保育措施为主,可结合实际情况着重开展封山育林、生物资源评估调查、外来物种入侵防控、林分组成优化、防火应急设施、生态林征收、生态隔贵州林业科技 卷离带建设、人居缓冲带绿化、水土保持林和水源涵养林建设以及废弃矿山生态环境修复等工程内容.表生态功能区划体系表生态功能大类生态功能类型主要生态问题生态调节功能(A)水源涵养(A)人类活动干扰强度大;生态系统结构单一、质量低;森林资源过度开发、过度放牧等导致植被破坏、水土流失与土地沙化严重;湿地萎缩、面积减少等生物多样性维护(A)人口增加以及农业和城镇扩张,矿产资源开发,过度放牧、生物资源过度利用,外来物种入侵等,导致生物资源退化,栖息地破碎化严重;野生动植物种群锐减土壤保持(A)挂坡地水土流失、森林破坏、草原过度放牧,以及交通建设、矿产开发等人为活动,地表植被退化、水土流失加剧和石漠化严重等洪水调蓄(A)湖泊、河道泥沙淤积严重、湖泊容积减小、调蓄能力下降;工业废水、生活污水、农业面源污染、淡水养殖等导致湖泊污染加剧等产品提供功能(B)农产品提供(B)农田侵占、土壤肥力下降、农业面源污染严重;草地退化沙化,抵御灾害能力低等林产品提供(B)林分组成单一,乔灌草生态结构不合理人居保障功能(C)大都市群(C)城镇化无序扩张,生态承载力超负荷,生态功能低,污染严重,人居环境质量下降等重点城镇(村)群(C)城镇(村)无序扩张、环境污染严重,环保设施严重滞后,人居环境恶化等 讨论与结论影响生态系统评价的因素主要有生态系统服务功能和生态敏感性,其中生态系统服务功能反映生态空间的重要程度,生态敏感性主要表征生态系统对评价区内自然和人类活动干扰的敏感程度 .生态系统服务功能包括水源涵养、水土保持和生物多样性个指标 ,生态敏感性主要包括水土流失和石漠化程度.生态功能区划是基于生态环境现状调查,运用R S和G I S技术,分析研究对象的生态环境现状、生态敏感性以及生态服务功能相关数量和空间分布特征,从而对研究对象生态功能进行区划 .本研究中,贵州芙蓉江流域水源涵养功能中等以上(含中等)面积占比为 ,生物多样性维护功能中等以上(含中等)面积占比为 ,水土保持功能中等以上(含中等)的面积占比为 ,水土流失敏感性主要为较低和低等级分别占项目区总面积的 和 ,石漠化敏感性低等级约占项目区总面积的.在生态系统服务功能和生态敏感性评价基础上,结合R S、G I S等技术,本研究将贵州芙蓉江流域区划为生态调节、产品提供、人居保障个生态功能区和个生态功能类型.根据各分区功能特征,生态调节功能区推荐保护保育工程措施,建议围绕国家级和省级保护区、饮用水源保护区、各级自然保护地、各级湿地公园,加强保护宣传和教育警示,强化数据监测,遏制生物入侵,对低效防护林进行综合抚育和改培;产品提供功能区推荐农田生态功能提升工程,建议减少坡耕地,对挂坡地进行综合治理,集中连片开展土地整治,强化绿肥草籽培肥,科学推进产业布局和调整;人居保障功能区推荐人类活动区缓冲带建设工程,建议加强对古村落、古井、珍稀濒危野生动植物以及传统农耕文化的保护和宣传,人居绿化树种兼顾生态功能、群众拥护、商品化原则,乔 木 树 种 建 议 选 择 栾 树(K o e l r e u t e r i ap a n i c u l a t a)、香 樟(C i n n a m o m u mc a mp h o r a)、柏木(C u p r e s s u s f i m e b r i s)、乌柏树(T r i a d i c as e b i f e r a)、杨 树(P o p u l u s)和 楠 木(P h o e b ez h e n n a n)等;灌木则以木芙蓉(H i b i s c u sm u t a b i l i s)、木 蓝(I n d i g o f e r at i n c t o r i a)、红 叶 石 楠(P h o t i n i a x f r a s e r i)、木 槿(H i b i s c u ss y r i a c u s)、南天竹(N a n d i n ad o m e s t i c a)和火棘(P y r a c a n t h af o r t u n e a n a)等为主.参考文献 何磊芙蓉江流域水电资源开发问题研究D北京:清华大学,何洪茜,肖加飞,兰青,等黔北下志留统龙马溪组黑色泥岩沉积环境及页岩气成藏条件J地球与环境,():辜娇峰,王德良贵州芙蓉江动物资源调查及保护对策J贵州林业科技,():期陈鸿申,等:贵州芙蓉江流域生态系统服务功能综合评价与生态功能区划 段兴勤芙蓉江旅游资源的开发规划J资源开发与市场,():何学福,谢恩义芙蓉江下游脊椎动物资源初步考察J怀化师专学报,():李学东,刘云慧,李鹏山,等生态脆弱区农村居民点布局优化对区域生态系统服务功能的影响 以四川省西昌市为例J生态学报,():张心语,郭诗韵,王亚萍,等雄安新区森林生态系统服务功能价值评估及其空间分析研究J河南农业大学学报,():肖羽芯,王妍,刘云根,等典型岩溶湿地流域生态功能区划研究 以滇东南普者黑流域为例J华中农业大学学报,():王丽霞,张茗爽,隋立春,等渭河流域生态功能区划J干旱区研究,():赵万奎,张晓庆,陈智平,等基于G I S的金昌市生态功能区划分及发展对策J草业科 学,():田野,冯启源,唐明方,等基于生态系统评价的山水林田湖草生态保护与修复体系构建研究 以乌梁素海流域为例J生态学报,():徐欢,李美丽,梁海斌,等退化森林生态系统评价指标体系研究进展J生态学报,():杨帆,李纯斌,吴静,等基于生态系统服务功能重要性及生态敏感性分析的生态空间分布与保护方向研究J国土与自然资源研究,():佟思纯,李卫正,严陶韬,等基于生态系统服务功能重要性评价的喀斯特宜林地识别J西北林学院学报,():吕广斌万州区生态系统服务功能变化及景观生态安全格局研究D重庆:西南大学,王传辉,吴立,王心源,等基于遥感和G I S的巢湖流域生 态 功 能 分 区 研 究 J生 态 学 报,():蔡佳亮,殷贺,黄艺生态功能区划理论研究进展J生态学报,():