官冬杰， 黃大楠， 殷博靈

(重慶交通大學(xué) 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，重慶 400074)

0 引 言

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)起源于W.VOGT等[1]提出的自然資本概念。文獻(xiàn)[2]提出“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指自然生態(tài)系統(tǒng)及其物種所提供的能夠滿足和維持人類生活需要的條件和過(guò)程”。在經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)快速發(fā)展同時(shí)，我國(guó)生態(tài)環(huán)境形勢(shì)日益嚴(yán)峻，資源環(huán)境問(wèn)題亟待解決，為此國(guó)家制訂了相關(guān)政策。文獻(xiàn)[3]將生態(tài)保護(hù)紅線定義為：維護(hù)國(guó)家和區(qū)域生態(tài)安全及經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，保障人民群眾健康具有關(guān)鍵作用，在提升生態(tài)功能、改善環(huán)境質(zhì)量、促進(jìn)資源高效利用等方面必須嚴(yán)格保護(hù)的最小空間范圍與最高或最低數(shù)量限值。為響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，積極推進(jìn)生態(tài)保護(hù)與建設(shè)，奠定長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶上游區(qū)良好的生態(tài)基礎(chǔ)，重慶市也頒布了《重慶市生態(tài)保護(hù)紅線》[4]，森林生態(tài)系統(tǒng)和濕地生態(tài)系統(tǒng)是重慶市生態(tài)保護(hù)紅線的主要生態(tài)系統(tǒng)類型。

現(xiàn)階段對(duì)生態(tài)保護(hù)紅線的研究側(cè)重于生態(tài)保護(hù)紅線劃定，使得劃定結(jié)果符合當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)、經(jīng)濟(jì)效益[5]，但對(duì)生態(tài)保護(hù)紅線政策實(shí)施后的生態(tài)效益評(píng)價(jià)研究相對(duì)缺少，即現(xiàn)階段科學(xué)信息與政策機(jī)制無(wú)法完全滿足管理決策者和政策制定者對(duì)信息需求，生態(tài)保護(hù)紅線實(shí)踐和優(yōu)化面臨著執(zhí)行匱缺和信息匱缺等多方面挑戰(zhàn)[6]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究對(duì)資源環(huán)境管理及生態(tài)效益評(píng)價(jià)具有十分重要的意義。國(guó)外很多學(xué)者利用InVEST模型對(duì)全球不同區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行了評(píng)估并取得了不錯(cuò)的效果。J.H.GOLDSTEIN等[7]運(yùn)用InVEST模型對(duì)夏威夷O’ahu島進(jìn)行了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估，為地方投資700萬(wàn)美元進(jìn)行灌溉系統(tǒng)改善和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)優(yōu)化提供建議。Z.ASADOLAHI等[8]運(yùn)用InVEST模型中的土壤保持、食物供給、生境質(zhì)量等模塊對(duì)伊朗東北部的戈?duì)柛属數(shù)铝饔蜻M(jìn)行了較詳盡的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估。E.NELSON等[9]運(yùn)用InVEST模型分析了威拉米特河流域土地利用的變化并探索了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間特征，并同時(shí)進(jìn)行了情景模擬。國(guó)內(nèi)InVEST模型已被成功運(yùn)用于北京山區(qū)、四川寶興縣、岷江上游及長(zhǎng)江中上游等地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估[10-13]，為筆者的研究提供了模型使用經(jīng)驗(yàn)。

基于此，筆者結(jié)合重慶市劃定的生態(tài)保護(hù)紅線并對(duì)其范圍內(nèi)2015、2018年這兩期的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行評(píng)估及對(duì)比分析，補(bǔ)充了現(xiàn)階段重慶市生態(tài)保護(hù)紅線范圍內(nèi)有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)數(shù)據(jù)信息，以期為重慶市生態(tài)保護(hù)紅線生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)優(yōu)化提供相應(yīng)參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

重慶市生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域在重慶市各個(gè)區(qū)縣均有分布，主要分布在重慶市東北和東南部的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、森林覆蓋率高地區(qū)，在重慶市的主城區(qū)、西部地區(qū)也有少量分布。全市生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域面積共30 790.9 km2，占全市總面積的37.3%。重慶市生態(tài)保護(hù)紅線分布見(jiàn)圖1。

圖1 重慶市生態(tài)保護(hù)紅線分布Fig. 1 Distribution map of ecological conservation redline inChongqing

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

筆者研究所使用數(shù)據(jù)有：① 生態(tài)保護(hù)紅線矢量邊界數(shù)據(jù)，來(lái)源于2016年重慶市人民政府辦公廳關(guān)于印發(fā)重慶市生態(tài)保護(hù)紅線劃定方案通知[渝府辦發(fā)〔2016〕230號(hào)][4]；② 土地利用數(shù)據(jù)，2015年重慶市土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于文獻(xiàn)[14]，分辨率為30 m；2018年土地利用數(shù)據(jù)基于2015年土地利用數(shù)據(jù)和美國(guó)陸地衛(wèi)星Landsatsat8遙感影像和通過(guò)人工目視解譯獲取。根據(jù)研究需要，在進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)動(dòng)態(tài)變化評(píng)估時(shí)，將土地利用類型分為耕地、有林地、灌木林、疏林地、其他林地、草地、水域、城鄉(xiāng)工礦居民用地和裸土地這9種土地利用/覆蓋類型；③ 碳密度數(shù)據(jù)，本研究的碳密度基于重慶市森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查報(bào)告和相關(guān)文獻(xiàn)資料整理分析形成，見(jiàn)表1。因研究區(qū)內(nèi)的死亡有機(jī)物碳儲(chǔ)量數(shù)據(jù)難以獲取，筆者將碳儲(chǔ)量默認(rèn)設(shè)置為0；④ 土壤數(shù)據(jù)，來(lái)源于文獻(xiàn)[15]；⑤ DEM數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http:∥www.gscloud.cn)，分辨率為30 m。

表1 重慶市碳密度匯總Table 1 Summary of carbon density in Chongqing kg/m2

2 研究方法

2.1 InVEST模型

InVEST(the integrate valuation of ecosystem services and tradeoffs tool)全稱為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合估價(jià)和權(quán)衡得失評(píng)估模型，該模型由美國(guó)斯坦福大學(xué)、TNC和世界自然基金會(huì)合作聯(lián)合開(kāi)發(fā)，其初衷是為了計(jì)算自然資本，使其能夠直觀地在地圖上表示。

InVEST模型具有強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估能力，其最大優(yōu)勢(shì)是能定量計(jì)算生態(tài)服務(wù)價(jià)值并進(jìn)行空間化展示；其次由于模型可輸入較多的參數(shù)且模塊參數(shù)較容易獲取，有較大的適用范圍。InVEST模型具有許多不同模塊的生態(tài)服務(wù)計(jì)算，根據(jù)本次研究目的及研究區(qū)概況，筆者決定選取水源供給、碳儲(chǔ)存和土壤保持這3個(gè)模塊來(lái)綜合評(píng)估重慶市生態(tài)保護(hù)紅線生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

2.2 InVEST模型碳儲(chǔ)存評(píng)估原理

生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境中的碳主要儲(chǔ)存在4種基本的碳庫(kù)中，分別為地上生物量、地下生物量、土壤和死亡有機(jī)物[16]。故生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存總量為4個(gè)碳庫(kù)之和，其計(jì)算如式(1)：

ctotal=cabove+cbelow+csoil+cdead

(1)

式中：ctotal為碳總儲(chǔ)存量；cabove為地上生物量的碳儲(chǔ)存量；cbelow為地下生物量的碳儲(chǔ)存量；csoil為土壤中的碳儲(chǔ)存量；cdead為死亡有機(jī)物中的碳儲(chǔ)存量。

2.3 InVEST模型水源供給功能評(píng)估原理

水源供給模型適用于模擬一個(gè)區(qū)域的地表水量供給，該區(qū)域水量供給越充足表示水源供給能力越強(qiáng)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估價(jià)值越高。水源供給評(píng)估模型基于水量平衡原理，其計(jì)算如式(2)：

Yx=Px-Aetx

(2)

式中：Yx為研究區(qū)每個(gè)柵格單元x的水源供給量，mm；Px為研究區(qū)柵格x的年平均降雨量，mm；Aetx為柵格單元x的年平均實(shí)際蒸散量，mm。

2.4 InVEST模型土壤保持模塊構(gòu)建原理

InVEST模型中土壤保持模型稱為泥沙輸入比例模型，是通過(guò)定量計(jì)算研究區(qū)域裸地情況的潛在土壤侵蝕量Qrkls、有植被和工程管理措施覆蓋的實(shí)際土壤侵蝕量Qulse和下游對(duì)上游攔截量E[17]，從而獲取該區(qū)域不同土地利用/覆蓋類型的土壤保持量。其計(jì)算如式(3)：

(3)

式中：Qsr為土壤保持量；Qrkls為潛在土壤侵蝕量；Qusle為實(shí)際土壤侵蝕量；E為泥沙持流量；R為降雨侵蝕力因子，(MJ·mm·ha-1·h-1·a-1)；K為土壤可蝕性因子，(t·ha·MJ-1·mm-1)；Qls為坡長(zhǎng)坡度因子；C為植被覆蓋和作物管理因子；P為水土保持措施因子。

3 研究結(jié)果

3.1 碳儲(chǔ)存功能評(píng)估結(jié)果

筆者分別導(dǎo)入2015、2018年這兩期的生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域土地用類型圖及碳密度匯總表格至InVEST模型Carbon模塊，再利用ArcGIS顯示結(jié)果進(jìn)行處理，如圖2。

圖2 2015、2018年重慶市碳儲(chǔ)量分布Fig. 2 Carbon reserve distribution map of Chongqing in 2015 and 2018注：基于國(guó)家測(cè)繪地理信息局地圖審圖號(hào)為渝S(2015)022的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無(wú)修改。

據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果：2015年生態(tài)紅線區(qū)域碳儲(chǔ)存總量為6.821×107t，單元柵格(900 m2)碳儲(chǔ)量最大值為2.864 t，最小值為1.117 t；2018年生態(tài)紅線區(qū)域碳儲(chǔ)存總量為7.063×107t，單元柵格碳儲(chǔ)量最大值為2.864 t，最小值為1.117 t。由于林地碳密度值高，因此高碳儲(chǔ)量分布區(qū)域與土地利用類型為林地的區(qū)域相吻合，在整個(gè)研究區(qū)內(nèi)都有分布，較為均勻。

從時(shí)間角度分析，2018年碳儲(chǔ)量比2015年增加了2.417×106t，增幅為3.54%，這主要是林地面積增加所致。同時(shí)，2018年碳儲(chǔ)量功能增強(qiáng)也說(shuō)明生態(tài)保護(hù)紅線的管控對(duì)整個(gè)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保持穩(wěn)定起到了一定作用。

3.2 水源供給功能評(píng)估結(jié)果

筆者運(yùn)用InVEST模型的產(chǎn)水量模塊評(píng)估了2015、2018年重慶市生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域水源供給能力分布及能力分布變化，如圖3。統(tǒng)計(jì)表明：2015年重慶市生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域水源供給量為2.788×1010mm，單元柵格最大水源供給量為1367.97 mm；2018年水源供給量為2.573×1010mm，單元柵格最大水源供給量為1 195.84 mm。從時(shí)間角度而言，2015年水源供給能力大于2018年，一方面是2015年年平均降雨量大于2018年，另一方面是蒸散量減少。從區(qū)域角度分析，重慶市生態(tài)保護(hù)紅線的東北部和東南部水源供給能力突出，而中西部地區(qū)水源供給則相對(duì)匱乏。

圖3 2015、2018年重慶市水源供給量分布Fig. 3 Distribution map of water supply in Chongqing in 2015 and 2018注：基于國(guó)家測(cè)繪地理信息局地圖審圖號(hào)為渝S(2015)022的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無(wú)修改。

3.3 土壤保持功能評(píng)估結(jié)果

筆者將InVEST模型計(jì)算結(jié)果在ArcGIS中進(jìn)行展示，得出2015、2018年重慶市生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域土壤保持分布量(圖4)。2015年重慶市生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域土壤保持總量為9.696×1010t，單元柵格最大土壤保持量為6.151×105t，最小土壤保持量為0 t，因?yàn)樗蛟谀Ｐ椭心J(rèn)為無(wú)土壤保持；2018年重慶市生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域土壤保持總量為7.782×1010t，單元柵格最大值降低為3.813×105t。

圖4 2015、2018年重慶市土壤保持量分布Fig. 4 Distribution map of soil conservation in Chongqing in 2015 and 2018注：基于國(guó)家測(cè)繪地理信息局地圖審圖號(hào)為渝S(2015)022的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無(wú)修改。

3.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)動(dòng)態(tài)變化分析

3.4.1 服務(wù)數(shù)量變化

筆者統(tǒng)計(jì)出2015、2018年研究區(qū)內(nèi)碳儲(chǔ)存、水源供給和土壤保持這3大生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)數(shù)量變化，如表2。

表2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)數(shù)量變化Table 2 Quantity changes of ecosystem services

重慶市生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域碳儲(chǔ)量有所增加，2015年生態(tài)紅線區(qū)域碳儲(chǔ)存總量為6.821×107t，單元柵格碳儲(chǔ)量最大值為2.864 t，最小值為1.117 t；2018年生態(tài)紅線區(qū)域碳儲(chǔ)存總量為7.063×1010t，單元柵格碳儲(chǔ)量最大值為2.864 t，最小值為1.117 t。2018年碳儲(chǔ)量相較于2015年增加了2.417×106t，增幅為3.54%。

2015年重慶市生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域水源供給量為2.788×1010mm，單元柵格最大產(chǎn)水量為1 367.97 mm；2018年水源供給量為2.573×1010mm，單元柵格最大產(chǎn)水量為1 195.84 mm。從時(shí)間角度而言，2015年水源供給能力大于2018年，一方面是2015年年平均降雨量大于2018年，另一方面是蒸散量減少。從區(qū)域角度分析，重慶市生態(tài)保護(hù)紅線的東北部和東南部水源供給能力突出，而中西部地區(qū)水源供給則相對(duì)匱乏。

土壤保持服務(wù)水平有所降低，2015年重慶市生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域土壤保持總量為9.696×1010t，單元柵格最大土壤保持量為6.151×105t，最小土壤保持量為0 t，因?yàn)樗蛟谀Ｐ椭心J(rèn)為無(wú)土壤保持；2018年土壤保持量為7.782×1010t，相比于2015年降低了1.914×1010t，單元柵格最大值降低為3.813×105t，相比2015年最大值降低2.338×105t。土壤保持量降低主要是降雨侵蝕力增強(qiáng)導(dǎo)致土壤流失量增加，從而導(dǎo)致土壤保持量下降。

3.4.2 服務(wù)空間變化

筆者利用ArcGIS對(duì)重慶市生態(tài)保護(hù)紅線范圍內(nèi)2015、2018年的碳儲(chǔ)量分布、水源供給量分布和土壤保持量分布進(jìn)行處理，再進(jìn)行重分類得到圖5。表3為2015—2018年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間變化重分類統(tǒng)計(jì)。

由圖5(a)可看出：重慶市生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域碳儲(chǔ)量分布呈現(xiàn)三面環(huán)繞布局，即東部、東南、東北部地區(qū)碳儲(chǔ)量豐富，中西部地區(qū)較少。從圖5和表3可看出：2015、2018年碳儲(chǔ)量保持穩(wěn)定的區(qū)域面積高達(dá)91.23%，兩年碳儲(chǔ)量空間分布變化很小。

由圖5(b)可看出：2015年強(qiáng)供水量區(qū)域集中分布在東北部和東南部區(qū)域，其他區(qū)域分布相對(duì)比較均勻；2018年仍然維持原有格局。據(jù)表3統(tǒng)計(jì)可知：相較于2015年，2018年56.08%區(qū)域的水源供給量減少，42.36%區(qū)域水源供給量增加，僅有5.27%區(qū)域水源供給量保持穩(wěn)定。

圖5 2015—2018年重慶市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化Fig. 5 Chongqing ecosystem services change map from 2015 to 2018注：基于國(guó)家測(cè)繪地理信息局地圖審圖號(hào)為渝S(2015)022的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無(wú)修改。

表3 2015—2018級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石疲勞方程類統(tǒng)計(jì)Table 3 Reclassified statistical table on spatial change of ecosystem services from 2015 to 2018

圖5(c)為2015、2018年土壤保持量在整個(gè)研究區(qū)內(nèi)均勻分布。2018年重慶市生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平總體呈現(xiàn)東南、東北兩頭高，中間低的空間布局。由表3發(fā)現(xiàn)：與2015年土壤保持量相比，2018年有79.52%區(qū)域土壤保持量下降，僅有19.65%區(qū)域土壤保持量增加，且主要分布在研究區(qū)的東南部。

總體而言，2015、2018年碳儲(chǔ)量變化率僅為3.54%，水源供給量變化率也低于10%，但土壤保持量變化率高達(dá)19.74%。

3.4.3 服務(wù)綜合評(píng)估

通過(guò)對(duì)重慶市生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域2015、2018年兩期的碳儲(chǔ)存、水源供給和土壤保持這3大生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估，并分析其變化情況，在此基礎(chǔ)上對(duì)水源供給、土壤保持和碳儲(chǔ)存這3大功能進(jìn)行綜合評(píng)估。通過(guò)對(duì)研究區(qū)綜合評(píng)估，得出生態(tài)保護(hù)紅線生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能等級(jí)最低區(qū)域。根據(jù)文獻(xiàn)[18,19]對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性劃分標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)調(diào)整制定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要區(qū)分類(表4)，這3種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性疊加結(jié)果如圖6。其中：等級(jí)1表示得分為3分，即碳儲(chǔ)量、水源供給量和土壤保持量均為脆弱，以此類推。

表4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分級(jí)Table 4 Classification of ecosystem services

由圖6可知：等級(jí)1表示該區(qū)域碳儲(chǔ)存、水源供給和土壤保持功能均為一般穩(wěn)定，總體得分最低，為生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域脆弱區(qū)；等級(jí)7表示該區(qū)域碳儲(chǔ)存、水源供給和土壤保持功能均為非常穩(wěn)定，得分最高，為生態(tài)保護(hù)紅線穩(wěn)定區(qū)域。

圖6 2015、2018年重慶市生態(tài)保護(hù)紅線生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分區(qū)Fig. 6 Zoning map of ecosystem services of ecological conservation redline in Chongqing in 2015 and 2018注：基于國(guó)家測(cè)繪地理信息局地圖審圖號(hào)為渝S(2015)022的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無(wú)修改。

2018年重慶市生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域，碳儲(chǔ)存、水源供給和土壤保持這3大生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能均非常穩(wěn)定的區(qū)域位于重慶市東北部和東南部，呈現(xiàn)雙翼形狀，占整個(gè)生態(tài)保護(hù)紅線面積的0.7%；碳儲(chǔ)存、水源供給、土壤保持這3大生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能綜合評(píng)定等級(jí)為第6級(jí)的區(qū)域面積占比為5.66%；第5級(jí)面積占比為17.75%；第4級(jí)面積占比29.15%，該級(jí)別在整個(gè)研究區(qū)域占有最高比例，主要分布在研究區(qū)域的東部地區(qū)，被西部低等級(jí)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)區(qū)、北部及南部高等級(jí)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)區(qū)所環(huán)繞包圍；第3級(jí)別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)區(qū)面積占比為27.23%，與第4級(jí)別相接近，主要分布在研究區(qū)中東部地區(qū)；第3、4級(jí)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)區(qū)面積之和占了整個(gè)研究區(qū)的56%，最具有代表性，基本上代表了重慶市生態(tài)紅線保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平處于中等水平。第2級(jí)別生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)區(qū)面積占比為11.14%，最低級(jí)別的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)區(qū)面積占比8.35%，兩者主要分布在研究區(qū)的中部和西部地區(qū)。一方面，重慶市中西部地區(qū)是重慶市的人口中心和經(jīng)濟(jì)中心，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平相對(duì)較低；另一方面，該區(qū)域土地利用類型有較多耕地分布，也一定程度降低了其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合水平。

3.5 重慶市生態(tài)保護(hù)紅線土地利用變化

根據(jù)重慶市生態(tài)保護(hù)紅線范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)動(dòng)態(tài)變化情況，為進(jìn)一步了解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化內(nèi)在因素，筆者結(jié)合2015、2018年的土地利用類型進(jìn)行分析。利用Excel統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，可獲取2015—2018年重慶市生態(tài)保護(hù)紅線范圍內(nèi)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，見(jiàn)表5。

表5 2015—2018年重慶市生態(tài)保護(hù)紅線土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Table 5 Land use transfer matrix of Chongqing ecological conservation redline from 2015 to 2018 km2

借助R語(yǔ)言繪制土地利用轉(zhuǎn)移和弦圖，直觀生動(dòng)地表現(xiàn)出2015—2018年重慶市生態(tài)保護(hù)紅線范圍內(nèi)土地利用變化情況，見(jiàn)圖7。

圖7中：外圈數(shù)字表示2015、2018年各土地利用類型的面積(km2)。以A11耕地弧段為例，最左側(cè)表示由耕地轉(zhuǎn)出，其中轉(zhuǎn)出的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)锽21有林地；同一顏色之間轉(zhuǎn)換表示土地利用類型未發(fā)生改變；中間部分表示由其他土地利用類型轉(zhuǎn)入；其他以此類推。具體數(shù)值變化可參考表5。

根據(jù)表5和圖7可得出：2015年重慶市生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域的耕地總面積為9 160.48 km2，2015—2018年期間耕地向各土地利用類型都有轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變總量為879 km2，主要轉(zhuǎn)變?yōu)橛辛值?401.6 km2)、灌木林(140.68 km2)、疏林地(176.65 km2)和草地(108.29 km2)，分別占耕地轉(zhuǎn)變總量的45.69%、16%、19.98%、12.32%；同時(shí)，其他各土地利用類型也均有一部分轉(zhuǎn)為耕地，其中主要有有林地和草地，分別貢獻(xiàn)了38.28%和25.59%；但從總變化量來(lái)看，耕地總面積減少了473.07 km2，呈減少趨勢(shì)，減少率為5.16%。2015年有林地總面積為11 821.4 km2，這3年期間向其他各土地利用類型均有轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變總量為260.57 km2，其中有59.53%轉(zhuǎn)為耕地；同樣，其他各土地利用類型均有一部分轉(zhuǎn)變?yōu)橛辛值兀渲懈刎暙I(xiàn)了67.4%；從總變化量來(lái)看，有林地面積增加了335.25 km2，增加率為2.84%，總體呈增加趨勢(shì)。除此之外，重慶生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域灌木林、疏林地、其他林地、水域、城鄉(xiāng)工礦居民用地面積均有增加，增加率分別為3.93%、1.89%、2.85%、4.37%、4.01%；草地和裸土地面積則呈減少趨勢(shì)，分別減少1.51%和18.65%。

圖7 2015—2018年重慶市生態(tài)保護(hù)紅線土地利用轉(zhuǎn)移弦圖Fig. 7 Land use transfer circle of Chongqing ecological conservationredline from 2015 to 2018

4 討 論

4.1 土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響

不同土地利用類型由于其本身屬性差異，其所具有的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)必然會(huì)有差異。如耕地由于受人為改造影響較大，其植被多為人工種植的糧食作物或經(jīng)濟(jì)作物，土壤中有機(jī)物一直會(huì)被吸收利用；而受人為干擾程度較小的林地，土壤中有機(jī)物會(huì)一直累積，因此其碳儲(chǔ)量會(huì)高于耕地。

InVEST模型碳儲(chǔ)存功能計(jì)算中，總碳儲(chǔ)存量等于地上生物量、地下生物量、土壤碳儲(chǔ)量和死亡有機(jī)物中碳儲(chǔ)量這4個(gè)碳庫(kù)之和，各土地利用類型具有不同的碳密度值。故研究計(jì)算的碳儲(chǔ)量?jī)H僅與土地利用類型及碳密度有關(guān)。2015—2018年期間，耕地總面積減少，林地總面積增加，從而導(dǎo)致2018年碳儲(chǔ)量較2015年增加。

水源供給量方面，降雨量和各土地利用類型潛在蒸散量起到了決定性作用，兩者差值決定了水源供給量大小。由圖3可看出：水域這一土地利用類型具有最低的水源供給量，這是因其降雨量與其周圍一致，但其蒸散系數(shù)遠(yuǎn)高于其他土地利用類型。

土壤保持量方面，有林地具有最高的土壤保持能力，與相關(guān)的研究結(jié)果一致[20-22]。InVEST模型的泥沙輸移比模塊的作用是描述坡面土壤侵蝕和流域輸沙的空間過(guò)程，能一定程度評(píng)估研究區(qū)的土壤保持能力。由于研究區(qū)域?yàn)樯鷳B(tài)保護(hù)紅線區(qū)域，有林地占有比例超過(guò)研究區(qū)域1/3，灌木林、疏林地、其他林地和草地也占有很高比例，故整個(gè)研究區(qū)域土壤保持量較高。

4.2 模型運(yùn)用中的不足

碳儲(chǔ)存模塊方面，模型核心是在相關(guān)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上最終獲得碳匯價(jià)值空間分布圖[19]。由于我國(guó)沒(méi)有美國(guó)那樣標(biāo)準(zhǔn)的木材經(jīng)營(yíng)方式，同時(shí)資料也難以獲得，筆者只進(jìn)行了研究區(qū)碳儲(chǔ)存量評(píng)估計(jì)算。

水源供給模塊方面，根據(jù)水源供給量計(jì)算原理，長(zhǎng)江流經(jīng)重慶市生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域必然會(huì)帶來(lái)水量供給，其水源供給量應(yīng)該等于流入量與流出量之差。僅從這一角度分析，本研究計(jì)算的水源供給量應(yīng)是小于實(shí)際水源供給量。為使研究結(jié)果更加符合實(shí)際情況，下一步工作擬對(duì)InVEST模型進(jìn)行校正或利用ArcGIS統(tǒng)計(jì)研究區(qū)域集水區(qū)流入量和流出量。

土壤保持模塊方面，在有關(guān)土壤保持研究中，對(duì)侵蝕量影響最大的是植被覆蓋和作物管理因子C和水土保持措施因子P，與C因子直接相關(guān)的是土地利用類型和植被覆蓋度，與P因子直接相關(guān)的是水土保持措施[21,22]。顯然，不同的水土保持措施必然會(huì)導(dǎo)致土壤保持量變化。本研究中的C、P因子均參考了對(duì)應(yīng)的土地利用類型取值，并沒(méi)有根據(jù)研究區(qū)域特征進(jìn)行調(diào)整，故應(yīng)進(jìn)一步研究并不斷修正C、P取值，以提高模型評(píng)估的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

5 結(jié) 論

筆者應(yīng)用InVEST模型，分別評(píng)估了重慶市生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域的碳儲(chǔ)存、水源供給、土壤保持這3大生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，將其進(jìn)行疊加分析，并綜合評(píng)估了研究區(qū)綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平及動(dòng)態(tài)變化，最后討論了土地利用變化分析及其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響。得出結(jié)論如下：

1)重慶市生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域碳儲(chǔ)量有所增加，2018年碳儲(chǔ)量相較于2015年增加了2.417×106t，增幅為3.54%；碳儲(chǔ)量分布呈現(xiàn)三面環(huán)繞布局，即東部、東南、東北部地區(qū)碳儲(chǔ)量豐富，中西部地區(qū)碳儲(chǔ)量較少。水源供給能力降低，2018年水源供給能力低于2015年，減幅為7.70%；強(qiáng)供水量區(qū)域仍集中分布在東北部和東南部區(qū)域，其他區(qū)域分布相對(duì)比較均勻。土壤保持服務(wù)水平有所降低，2018年土壤保持量相比于2015年降低了1.914×1010t，減幅為19.74%，土壤保持量在整個(gè)研究區(qū)內(nèi)均勻分布。根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平等級(jí)劃分，僅有0.7%區(qū)域的3大生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平均很穩(wěn)定，56%區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平等級(jí)在3、4級(jí)，即中等水平生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域占比較重，仍有8.35%研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的3大功能均處于一般穩(wěn)定水平；

2)土地利用變化會(huì)影響研究區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平。耕地減少、林地增加都會(huì)導(dǎo)致碳儲(chǔ)量增加；降雨量和各土地利用類型潛在蒸散量對(duì)水源供給能力起到?jīng)Q定性作用，兩者差值決定了水源供給量大?。挥辛值鼐哂凶罡叩耐寥辣３帜芰?。