陳 ，邵 卓，桂 峰，趙 晟

（浙江海洋大學海洋與技術學院，舟山316000）

生態(tài)系統(tǒng)服務是指人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的利益[1]。海島生態(tài)系統(tǒng)提供了多種多樣的生態(tài)系統(tǒng)服務，如固碳釋氧、供給食物與原材料、凈化水質、文娛科教等。這些生態(tài)系統(tǒng)服務可以維持和滿足人類的生活，對海島及其周邊海域的開發(fā)起著重要的基礎性決定作用。然而近年來，隨著氣候變化、海平面上升和海洋經濟持續(xù)開發(fā)，海島生態(tài)系統(tǒng)服務的數(shù)量與質量急劇變化，本就脆弱的海島生態(tài)系統(tǒng)開始面臨愈漸嚴峻的挑戰(zhàn)。

準確量化評估海島生態(tài)系統(tǒng)服務是對海島資源科學管理、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基礎。InVEST模型是基于GIS的生態(tài)系統(tǒng)服務評估模型，可基于不同土地利用情景在多尺度上對多種生態(tài)系統(tǒng)服務功能進行較準確的評估，被認為是將生態(tài)系統(tǒng)服務功能研究納入不同尺度管理決策的高效工具[2]。王保盛等[3]運用InVEST模型模擬閩三角城市群2015年和2030年的水源涵養(yǎng)情景，發(fā)現(xiàn)到2030年閩三角城市群區(qū)域內水源涵養(yǎng)量總體會下降2.4E+07m3。Yang等人[4]運用InVEST模型對黃河三角洲濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能的空間格局、動態(tài)演變及其相互之間的權衡進行了評價。

舟山群島由于其自然地理位置特殊，易受熱帶氣旋、暴雨、風暴潮等自然災害影響。設立新區(qū)以來，舟山群島海洋經濟發(fā)展力度加大，海島城鎮(zhèn)化不斷推進。自然災害與人為干擾的雙重影響下，海島出現(xiàn)了淡水資源緊缺、漁業(yè)資源退化、周邊海域水質下降等生態(tài)問題。本文利用InVEST模型對舟山群島生態(tài)系統(tǒng)提供的三項服務（碳存儲、土壤保持、水源涵養(yǎng)）進行評估，研究舟山群島生態(tài)系統(tǒng)服務的空間分布特征，以期為舟山群島的保護與開發(fā)提供理論支持和科學指導。

1 研究區(qū)概述

舟山群島地處我國東南沿海，長江口南側，位于杭州灣外緣的東海洋面。陸地面積狹窄，海域面積達2.08萬平方公里，陸域面積1440.12平方公里，是我國第一大島群。其自然地貌主要由山地、平原和沿海灘涂濕地組成，島嶼呈現(xiàn)“大島近岸、小島離散”的分布趨勢。舟山群島屬亞熱帶海洋性季風氣候，氣候溫和，雨水豐沛，2017年全市平均降水為1411.8mm，降水量空間差異顯著。根據我國水土流失分區(qū)分類，舟山群島屬于南方紅壤丘陵地區(qū)。由于近岸1km的海域對海島海岸線影響最大且有極大的開發(fā)潛力，因此本研究選取了舟山群島及海島周圍1km海域為研究區(qū)域。

2 研究方法及數(shù)據來源

2.1 InVEST模型

InVEST模型（Integrated Valuation of EcosystemServices and Tradeoffs）由美國斯坦福大學、TNC和世界自然基金會合作聯(lián)合開發(fā)[5]，整合了多種生物物理模型包括水源涵養(yǎng)、水土保持、作物生產、漁業(yè)捕撈、碳儲量、生境質量、水質凈化等評估模塊。將空間數(shù)據和屬性數(shù)據等相關參數(shù)按要求輸入模型，可較為準確的評估相應的生態(tài)系統(tǒng)服務數(shù)量并分析生態(tài)系統(tǒng)服務的空間分布情況。此外，通過模擬不同的土地利用情景，InVEST模型可預測未來生態(tài)系統(tǒng)服務數(shù)量以及空間分布情況變化，為決策者提供更為直觀的決策評估結果。

2.1.1 碳存儲模塊。將研究區(qū)的土地利用/覆蓋類型與其相對應的四類碳庫（地上、地下生物量、土壤和死亡有機質）進行匹配，評估研究區(qū)的碳存儲量及其空間分布。碳儲量的計算公式為：

其中，C為碳存儲量，Cabove為地上生物量，Cbelow為地下生物量，Csoil為土壤碳庫，Cdead為死亡有機物碳含量。

2.1.2 水源涵養(yǎng)模塊。InVEST模型的水源涵養(yǎng)模塊主要基于水量平衡原理，通過輸入土地利用空間數(shù)據、降水量數(shù)據、蒸散量數(shù)據、土壤植被數(shù)據等對研究區(qū)內的水源涵養(yǎng)狀況進行評估。對柵格x的水源涵養(yǎng)量計算公式如下：

其中，AET(x)和P(x)是柵格 x的年實際蒸散量（mm）和年降水量（mm）。對于有植被覆蓋的土地利用類型，)的計算方法如式（3），ω(x)是表示自然氣候土壤特性的非物理參數(shù)。PE T(x)為柵格x的潛在蒸散量（mm），由植被蒸散系數(shù)Kc和參考蒸散量E T0(x)相乘而得，見式（4）。AWC(x)為植被有效含水量，Z為Zhan g系數(shù)，表示季節(jié)影響因子。

2.1.3 土壤保持模塊。土壤保持模塊基于改進的土壤流失方程，將土壤實際侵蝕量與潛在侵蝕量之差作為研究區(qū)域的土壤保持量，其計算方法如下：

其中，SRETi為柵格i的土壤保持量，RKLS、USLE分別為柵格i的潛在侵蝕量和裸土侵蝕量，Ei為柵格i的泥沙持留量。R為降雨侵蝕因子[6]（式10），Pi表示i月的月降雨量，P為年降雨量。K是土壤侵蝕因子[7]（式 11），Sand、Silt、Clay、C分別表示土壤的砂粒含量（%）、粉粒含量（%）、粘粒含量（%）和土壤有機碳含量（%），SN1=1-San d/100。L S為坡長—坡度因子，C為植被覆蓋因子，P為管理因子。

2.2 數(shù)據來源及處理

本研究使用的數(shù)據主要有以下幾類：（1）地理數(shù)據。研究區(qū)土地利用/覆蓋數(shù)據來自于清華大學提供的F ROM-GLC數(shù)據庫，舟山主要有建筑用地、林地、耕地、水體等八種土地利用類型；舟山群島數(shù)字高程D EM數(shù)據來源于“地理空間數(shù)據云”的GDEMDEM數(shù)據集，分辨率為30m；使用A rcGIS軟件對研究區(qū)的D EM數(shù)據進行水文分析獲得舟山群島的子流域劃分。（2）水文數(shù)據。舟山群島的年降水量、月降水量站點數(shù)據來自亞太數(shù)據研究中心和舟山市氣象局，通過普通克里金插值分析獲得整個群島的降水分布情況；蒸散量數(shù)據（ET0）則來自“全球干旱指數(shù)與潛在蒸散量數(shù)據庫”。（3）土壤數(shù)據。舟山群島的土壤質地數(shù)據來自“黑河計劃數(shù)據管理中心”提供的全球土壤數(shù)據庫（HWSD）數(shù)據。因國內外土壤分類體系不同，通過《中國土種志》等資料將中國土壤數(shù)據庫與HW S D數(shù)據匹配，獲得土壤深度數(shù)據。植被可利用含水率（PAWC）由田間持水量和永久萎蔫系數(shù)作差獲得[8]。碳庫數(shù)據主要來自于相關研究文獻[9，10]及InVEST模型提供的數(shù)據庫。使用A rcGIS將上述空間數(shù)據坐標系統(tǒng)轉換為W GS_1984_U T M投影坐標系，空間分辨率為30m，裁剪提取出研究區(qū)域數(shù)據后輸入InVEST模型進行相關分析。

3 研究結果分析

3.1 碳存儲服務

通過輸入模型指定參數(shù)，分析得到舟山群島2017年碳儲存總量為94.78萬t。利用A rcGIS對舟山群島各海島碳存儲能力進行分區(qū)統(tǒng)計，得到舟山群島各海島的平均碳儲量數(shù)據如圖1所示?？臻g分布上看，舟山群島沿海緩坡區(qū)域碳儲量普遍偏低。這是因為在耕地資源緊張的情況下，為解決海島有限的土地資源和城市建設發(fā)展需求之間的矛盾，灘涂及緩坡林地成為了城市進一步發(fā)展的潛在空間。從群島尺度看，普陀山、桃花島等海洋旅游島島陸植被覆蓋度高，旅游資源豐富，這些島上的自然資源和人文資源受到嚴格保護，碳儲存能力較強。岱山島耕地和建筑用地面積在島陸總面積中占比高，碳存儲能力相對較差。小洋山島、長白島等海島為碳儲能力的低值區(qū)。這些島嶼具有優(yōu)越的港口岸線資源，被開發(fā)作為港口物流島或工農業(yè)用島。島上建設有港口、碼頭、運輸公路等設施，近岸海域、灘涂以及島陸發(fā)展有水產養(yǎng)殖、制鹽、能源等產業(yè)，島上的自然資源被作為原材料直接提取或被移除以轉變土地利用方式，原生生態(tài)系統(tǒng)受干擾較大，碳存儲服務數(shù)量大幅減少。

3.2 土壤保持服務

經模型分析，舟山群島2017年土壤保持總量為4560萬t，土壤侵蝕量為175.31萬t，平均每平方千米土壤侵蝕量達648.34t，依據南方紅壤丘陵區(qū)的水土流失標準[11]，舟山群島屬于輕度土壤侵蝕。以島嶼尺度看，舟山群島大多數(shù)島嶼土壤侵蝕強度屬于微度侵蝕（＜500t/km2）和輕度侵蝕（500～2500t/km2），而中街山列島和小衢山的單位面積土壤侵蝕量已達強度侵蝕（2500～8000t/km2），東福山平均每平方千米土壤侵蝕量達8771.55t，屬于極強度侵蝕。小衢山島港域條件優(yōu)越，島上設有特大型砂石骨料開采生產基地，大量的工業(yè)開采破壞了海島生境，急劇加速了小衢山島的土壤流失。中街山列島位于舟山漁場的中心，有著豐富的旅游資源，漁業(yè)經濟活動和文化旅游開發(fā)極大地擾動了中街山列島的生態(tài)系統(tǒng)。東福山為中街山列島東部的一座小島，島上淡水資源貧瘠，植被覆蓋率僅18%，約三分之一的林地為水土保護林。東福山人類活動頻繁，夏季常常遭受臺風侵害，島陸土壤侵蝕嚴重，盡管島上已采取水土養(yǎng)護措施，但土壤侵蝕狀況尚未得到緩解，東福山的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展仍舊面臨很大的挑戰(zhàn)（圖2）。

圖1 舟山群島碳儲量及島均碳儲量空間分布

3.3 水源涵養(yǎng)服務

2017年舟山群島水源涵養(yǎng)總量為15.7億m3，受土地利用方式和降水因素影響，總體呈現(xiàn)為西南多，東北少的趨勢（圖3）。土地利用分類中，水體的實際蒸散量最大，實際蒸散量與降水量之比接近于1，對降水幾乎沒有截留能力，因此舟山群島周邊海域的水源涵養(yǎng)能力極弱。舟山群島西南部諸島降水豐富，林地灌叢等植被覆蓋面積大，降水截留能力較強，因此群島西南部近岸的金塘島、六橫島、岱山島、蝦峙島、舟山本島等大島水源涵養(yǎng)能力較強。衢山島、嵊泗列島以及其他東北部小島島陸面積小，建設用地與耕地面積相對占比高，實際蒸散量較大而降水量相比西南各島較少，水源涵養(yǎng)能力較弱，淡水資源貧乏。

圖2 舟山群島土壤保持量及土壤侵蝕強度空間分布

4 結論

舟山群島2017年總碳儲量為94.78萬t，土壤保持量為4560萬t，水源涵養(yǎng)量為15.7億m3。總體而言，舟山群島中面積較大的島嶼生態(tài)系統(tǒng)服務水平普遍高于偏遠小島。偏遠的小島遠離大陸，交通不便，生態(tài)脆弱性強，各類資源十分緊張。評估結果顯示偏遠小島碳存儲數(shù)量少，水土流失嚴重，水源涵養(yǎng)能力差。單一的生態(tài)系統(tǒng)結構和低水平的生態(tài)系統(tǒng)服務導致偏遠小島開發(fā)難度大，生態(tài)風險高。

圖3 舟山群島2017年降水量、實際蒸散量、水源涵養(yǎng)服務空間分布

舟山新區(qū)在我國實施區(qū)域發(fā)展總體戰(zhàn)略、海洋經濟發(fā)展戰(zhàn)略中具有獨特地位。隨著舟山群島進一步發(fā)展建設，對海島資源的需求與日俱增，供給服務與調節(jié)服務、支持服務的矛盾愈加激烈，海島開發(fā)為環(huán)境帶來的危害與矛盾需要解決。因此應以生態(tài)系統(tǒng)服務指標為約束條件，優(yōu)化海島土地利用結構，根據海島實際生態(tài)系統(tǒng)狀況及時調整實施政策。對于資源相對較多的海島可實施空間整治、土地集約利用、城市綠化建設等措施。對于偏遠小島，應有約束的開發(fā)，做好災害預防、環(huán)境影響評價工作，并進行生態(tài)修復，加強水土綜合防治，實現(xiàn)海島生態(tài)系統(tǒng)服務的可持續(xù)利用。