吳樹榮, 潘換換, 姬倩倩, 杜自強,*,武志濤,張 紅

1 山西大學(xué)黃土高原研究所, 太原 030006 2 山西大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院, 太原 030006

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指自然生態(tài)系統(tǒng)提供的能夠滿足和維持人類生活需要的條件和過程,是人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)獲得的所有惠益[1]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為人與自然的紐帶,基于社會—生態(tài)耦合系統(tǒng)框架連接自然生態(tài)系統(tǒng)與人類社會福祉,是當前宏觀生態(tài)學(xué)研究的熱點[2—4]。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)關(guān)系著整個黃河流域生態(tài)保護與高質(zhì)量發(fā)展。山西黃河流域是我國煤化工、能源電力等高耗水行業(yè)及煤炭開采業(yè)的重點區(qū)域,發(fā)展和保護矛盾突出,生態(tài)本底脆弱,水土流失和能源污染最突出,是目前生態(tài)治理和環(huán)境改善的關(guān)鍵點。流域生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)、固土固沙、碳固定和糧食生產(chǎn)等服務(wù)的重要性不可忽視,如果納入保護區(qū)分配資源對其予以保育,能夠有效改善當?shù)卮嗳跎鷳B(tài)環(huán)境,保護生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[20]。因此通過一套統(tǒng)一的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估體系,明確生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間和數(shù)量信息,構(gòu)建不同保護情景協(xié)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系,評估保護效率確定保護優(yōu)先區(qū),對黃河流域生態(tài)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

圖1 山西黃河流域示意圖Fig.1 Location of the Yellow River Basin in Shanxi

山西黃河流域范圍(34°33′—40°18′N,110°11′—113°37′E),涉及11市(地)91個縣(市,區(qū))。土地面積9.7萬km2,約占全省總面積的62%。該區(qū)域煤炭、天然氣、礦產(chǎn)等資源豐富,在全國占有重要地位。在“黃河流域生態(tài)保護與高質(zhì)量發(fā)展”國家戰(zhàn)略引領(lǐng)下,該區(qū)域正在成為我國未來發(fā)展的重點區(qū)域之一。

研究區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風氣候,雨熱同期,夏季高溫多雨,冬季寒冷干燥。該區(qū)地貌呈“兩山夾一川”(太行山和呂梁山,中為汾河谷地),屬于典型的黃土覆蓋的山地高原地區(qū)。土壤類型以土質(zhì)疏松的泥土和含砂土為主[21],抗侵蝕能力低,遇水極易流失。按照流域水系特征,研究區(qū)分為6個子流域(圖1),其中Ⅰ區(qū)為入黃支流流域；Ⅱ區(qū)為三川河流域；Ⅲ區(qū)為昕水河流域；Ⅳ區(qū)為涑水河流域、Ⅴ區(qū)為汾河流域；Ⅵ區(qū)為沁河流域。該區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性差、是土壤侵蝕、土壤鹽漬化、土地荒漠化等多重自然生態(tài)風險集中分布區(qū)。特別是近年來隨著該區(qū)域重點發(fā)展產(chǎn)業(yè)的迅速推進,人為環(huán)境與自然生態(tài)風險交織在一起,極易產(chǎn)生生態(tài)風險的放大效應(yīng)。因此,該區(qū)域是黃河流域生態(tài)保護的重點監(jiān)控區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本文使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：2010—2020年氣象數(shù)據(jù)(月均氣溫、降水和風速)、DEM高程數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、土壤類型數(shù)據(jù)、NDVI數(shù)據(jù)、碳密度數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)、自然保護區(qū)分布數(shù)據(jù)(表1)。利用ArcGIS 工具箱中的數(shù)據(jù)管理工具(Data management tools)統(tǒng)一坐標系,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具(Data conversion tools) 對數(shù)據(jù)格式進行均一化處理,最終轉(zhuǎn)換為分辨率1km 的柵格數(shù)據(jù)。

1.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估

針對研究區(qū)自然地理特征,選取關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。棲息地的破壞和隨之面臨的生物多樣性的喪失是一個全球性的問題[22],為探討生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)結(jié)合的可能性,選取生境質(zhì)量作為生物多樣性的替代指標。山西黃河流域地處黃河中游,水土流失嚴重,選取土壤保持服務(wù)來衡量近年來水土保持工作成效[23]。研究區(qū)作為華北平原的生態(tài)屏障,防風固沙功能也是目前備受關(guān)注的服務(wù)[24]。此外,該區(qū)域水資源匱乏,產(chǎn)水供給服務(wù)對整個流域生態(tài)平衡具有重要作用[25]。由于碳固定服務(wù)能夠影響流域小氣候并指示人類活動,是揭示生態(tài)系統(tǒng)變化的關(guān)鍵指標[26],因此也被納入評估。糧食供給與國計民生息息相關(guān)[27],在考慮自然生態(tài)系統(tǒng)時,不該忽視人類生產(chǎn)需求。各項服務(wù)評估方法見表2。

1.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保護優(yōu)先區(qū)情景構(gòu)建

1.4.1單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

表1 數(shù)據(jù)來源

表2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估方法

其計算公式如下:

式中,wij為斑塊i、j之間的空間權(quán)重矩陣；xj為斑塊j的屬性值；n為總斑塊數(shù)；其中：

1.4.2綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

利用OWA有序決策方法權(quán)衡多項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系,該方法是一種依據(jù)風險系數(shù)任意選擇指標之間重要程度的決策方法[29—30]。指標權(quán)重經(jīng)過準則權(quán)重(某項指標在所有指標中的權(quán)重)和次序權(quán)重(指標按屬性值降序排列得到的權(quán)重)加權(quán)得到。OWA算子定義如下：

式中,ui為第i個圖層的準則權(quán)重；vi為第i個圖層的次序權(quán)重；Sij為按照生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)第i個圖層第j個位置屬性值大小進行降序排列后得到的新圖層屬性值；wi為第i個圖層的權(quán)重。根據(jù)降序后新圖層的權(quán)重計算風險和權(quán)衡,n為柵格圖層總數(shù),公式如下：

1.4.3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保護效率評價

為實現(xiàn)高生態(tài)效益和低保護成本的目標,需明確生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保護優(yōu)先區(qū)的保護成效。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保護效率的值為無單位正數(shù)[31—32],計算公式如下:

式中,E為保護優(yōu)先區(qū)某項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的保護效率,EP為保護優(yōu)先區(qū)的某項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)均值,ES為全區(qū)域某項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)均值。保護效率大于1,說明區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保護成效較高,若小于1,則相反。

2 研究結(jié)果

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空分布

研究區(qū)生境質(zhì)量、土壤保持、防風固沙、產(chǎn)水量、碳固定和糧食供給多年均值分別為0.67(無量綱)、94.95、37.2、114.76mm、119.05、3.19t/hm2。宏觀來看,土壤保持、產(chǎn)水和糧食供給服務(wù)低于全國范圍內(nèi)的服務(wù)供應(yīng)[33—34],防風固沙服務(wù)水平低于國內(nèi)風沙源區(qū)[24],這與研究區(qū)域獨特的地理環(huán)境和脆弱的生態(tài)系統(tǒng)密切相關(guān)。空間上,研究區(qū)西部和東南部生境質(zhì)量、土壤保持、產(chǎn)水和碳固定服務(wù)突出,防風固沙服務(wù)分布較破碎,主要位于草地覆蓋區(qū)域,中部及西南部平原地區(qū)糧食供給服務(wù)顯著。此外,研究期內(nèi)土壤保持、防風固沙、產(chǎn)水、碳固定、糧食供給呈現(xiàn)出整體上升趨勢,僅生境質(zhì)量呈現(xiàn)下降趨勢?？傮w看,最高值年份普遍在2015年以后。

2010—2020年主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空分布(圖2)顯示：(1)生境質(zhì)量呈中部低、東西高的特征,其中高值

圖2 山西黃河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空格局Fig.2 Spatio-temporal pattern of ecosystem services in the Yellow River Basin of ShanxiHQ: 生境質(zhì)量 Habitat quality；SC: 土壤保持 Soil conservation; SP: 防風固沙 Sand prevention; WY: 產(chǎn)水量 Water yield; CS: 碳固定Carbon Ssequestration; CP: 糧食供給 Crop production

區(qū)主要位于兩山區(qū)域(太行山和呂梁山),即Ⅱ、Ⅲ和Ⅵ區(qū)植被覆蓋率高的區(qū)域,生境適宜性高。低值則主要位于Ⅳ和Ⅴ區(qū)。時間上,生境質(zhì)量呈現(xiàn)降低趨勢,各子流域無大面積增減。(2)土壤保持服務(wù)高值點主要位于研究區(qū)林草覆蓋且地形起伏的區(qū)域,包括Ⅱ區(qū)東部和Ⅰ、Ⅲ區(qū)局部。低值區(qū)位于Ⅳ和Ⅴ區(qū)中部平原盆地,這些區(qū)域土地利用以耕地為主,景觀格局較為破碎,更容易受到人為擾動,土壤保持能力弱。時間上,土壤保持服務(wù)呈波動上升趨勢,Ⅰ和Ⅲ區(qū)交界處及Ⅴ區(qū)東北部的土壤保持服務(wù)呈大面積增加趨勢。(3)防風固沙服務(wù)呈現(xiàn)低值廣泛分布,高值點狀分布于晉北、Ⅳ和Ⅴ區(qū)。研究期內(nèi)服務(wù)能力逐漸提高,主要為晉北區(qū)域、涑水河和汾河沿岸草地覆蓋區(qū)域,年際增長快。(4)產(chǎn)水服務(wù)低值分布于Ⅳ和Ⅴ區(qū),其他區(qū)域均大于多年均值。從時間來看,產(chǎn)水服務(wù)波動增加,Ⅰ區(qū)北部的產(chǎn)水服務(wù)年際變化呈下降趨勢,其他區(qū)域呈現(xiàn)不同程度的增加。(5)碳固定服務(wù)空間分異明顯,高低值分布與生境質(zhì)量基本一致,兩山區(qū)域林草地碳固定服務(wù)顯著,主要由于林草地可利用其地上和地下空間充分發(fā)揮固碳能力。服務(wù)增加區(qū)域主要位于高值區(qū),降低區(qū)域則明顯分布于低值區(qū)。(6)糧食供給服務(wù)主要分布在耕地覆蓋區(qū)域,高值區(qū)域主要為Ⅳ區(qū)涑水河谷地、Ⅴ區(qū)汾河谷地,其他區(qū)域也有少量分布。從年際變化來看,糧食供給能力明顯在不斷提高。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保護優(yōu)先區(qū)情景模式

2.2.1基于單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估的保護優(yōu)先區(qū)情景模式

基于熱點分析工具統(tǒng)計各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的熱冷點(圖3)得出：(1)生境質(zhì)量熱冷點空間分布呈東北—西南走向特征,熱點在Ⅱ、Ⅲ和Ⅵ區(qū)分布面積較大,Ⅳ和Ⅴ區(qū)廣泛分布冷點。(2)土壤保持服務(wù)熱點主要分布于Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ和Ⅵ區(qū)局部,冷點位于河流流經(jīng)的平坦區(qū)域。(3)防風固沙服務(wù)熱點在晉北、Ⅳ和Ⅴ區(qū)分布面積較大,集中分布于涑水河、汾河沿岸,冷點在區(qū)域內(nèi)廣布。(4)產(chǎn)水服務(wù)熱點主要位于兩山區(qū)域Ⅱ、Ⅲ和Ⅵ區(qū)的草地覆蓋區(qū)域,Ⅳ、Ⅴ區(qū)廣泛分布冷點。(5)碳固定熱點主要分布于兩山區(qū)域的Ⅱ、Ⅲ和Ⅵ區(qū),與生境質(zhì)量熱點分布大體一致。(6)糧食供給服務(wù)熱點主要分布于Ⅳ區(qū)和Ⅴ區(qū)河流沿岸,其他區(qū)域也有零星分布。

圖3 單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保護優(yōu)先區(qū)Fig.3 Single ecosystem service conservation priority area

從單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保護情景來看(圖3),生境質(zhì)量、土壤保持、產(chǎn)水和碳固定服務(wù)保護優(yōu)先區(qū)主要分布于三川河流域、昕水河流域和沁河流域,森林斑塊和草地斑塊面積足夠大,不容易受邊緣效應(yīng)影響,且以山地丘陵為主,地形上受到保護不受人為土地利用的影響；防風固沙服務(wù)保護優(yōu)先區(qū)分布于研究區(qū)草地高覆蓋區(qū)域,土地覆被和氣候條件對其影響關(guān)鍵；糧食供給服務(wù)保護優(yōu)先區(qū)位于涑水河谷地、汾河谷地,土壤肥沃,灌溉便利,適合作物耕作。

2.2.2基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合評估的保護優(yōu)先區(qū)情景模式

通過OWA多準則決策方法構(gòu)建保護情景,設(shè)置風險范圍0—1,以0.1為間隔增加風險,模擬出11種情景(表3)。其風險與權(quán)衡之間的關(guān)系表明,當風險從0到1增加時,權(quán)衡的趨勢接近拋物線。風險為0.5,權(quán)衡達到其最高值1,其兩面為對稱分布。風險接近于0,權(quán)重偏向于低值,風險達到1,權(quán)重分配給高值[20],將權(quán)重與對應(yīng)柵格圖層相乘得到11種情景柵格圖。目前我國關(guān)于確定保護優(yōu)先區(qū)范圍的研究相對尚少,綜合考慮保護效益和成本,并結(jié)合學(xué)者們相關(guān)研究[18, 29—30],前20%的區(qū)域不僅在空間上與既有保護區(qū)廣泛重疊,還能維持更多生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)且集約化保護面積。因此本文選取不同情景前20%的區(qū)域作為保護優(yōu)先區(qū)。

表3 不同情景下的風險與權(quán)衡

通過OWA多屬性決策方法得出(圖4),情景1至情景11,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高值集聚越來越明顯,從點狀開始向連片狀擴散,兩山區(qū)域高值明顯增加。情景1低值廣布研究區(qū),高值零星分布于呂梁山林草地覆蓋區(qū)域。情景2高值區(qū)域開始擴散,且研究區(qū)東南部開始有高值覆蓋,水域為主的土地利用類型成為明顯的低值區(qū)域。情景3、情景4和情景5空間分布相類似,但高低值區(qū)域存在面積上的差異,耕地和建設(shè)用地區(qū)域的低值分布逐漸減少。情景6為權(quán)衡達到1時無偏向的情景,高低值分布最為均衡。情景7、情景8和情景9逐漸偏向高值區(qū)域,林地和草地區(qū)域高值分布越來越多。情景9和情景10決策風險較高,除汾河流域和涑水河流域以外區(qū)域,全部為高值區(qū)域。

不同情景下保護優(yōu)先區(qū)空間分布顯示(圖4),情景1至情景10保護優(yōu)先區(qū)分布相似局部不同,基本呈片狀分布于研究區(qū)西北部,點狀分布于研究區(qū)東南部,兩山區(qū)域分布最為明顯；情景11除汾河流域外呈片狀遍布研究區(qū)。結(jié)合前文的研究結(jié)果,保護情景空間分布很大程度受到碳固定和生境質(zhì)量服務(wù)的影響,二者貢獻度最大,服務(wù)高值區(qū)林草地長勢好,生境完整性強,固碳能力也高。其他服務(wù)也有影響,經(jīng)過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合機制,故而整體呈現(xiàn)西北連片東南破碎的空間態(tài)勢。

圖4 不同情景下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保護優(yōu)先區(qū)Fig.4 Ecosystem service conservation priority areas under different scenarios

2.3 最佳保護優(yōu)先區(qū)識別

單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保護情景,由于設(shè)置了單一保護標準,當僅考慮單個服務(wù)的熱點時,單一服務(wù)保護效率達到最高,而其他服務(wù)保護成效則相對較低。對單一服務(wù)保護優(yōu)先區(qū)進行疊加,生境質(zhì)量、產(chǎn)水量和碳固定保護優(yōu)先區(qū)兩兩之間空間重疊度達到60%以上,表明三者在空間上具有較高的協(xié)同效應(yīng)。此外,其他服務(wù)保護優(yōu)先區(qū)兩兩間重疊度較弱,均在15%左右。其中,糧食供給與其他保護優(yōu)先區(qū)之間的重疊度接近于0,表明這項服務(wù)與其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)疊加時會降低其他服務(wù)相關(guān)性,空間呈現(xiàn)權(quán)衡。因此,如果以單一保護目標設(shè)置保護優(yōu)先區(qū),難以合理協(xié)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的復(fù)雜關(guān)系。

經(jīng)驗證OWA模擬出的情景能夠合理平衡生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系(圖5),對多項服務(wù)保護效率更為均衡,充分體現(xiàn)了OWA多準則決策方法的優(yōu)越性。綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保護情景中,情景7和8對生境質(zhì)量、土壤保持和產(chǎn)水服務(wù)保護效率最高,情景2對碳固定服務(wù)保護效率最高,情景1對防風固沙和糧食供給服務(wù)保護效率最高。情景11面積最大但保護效率最低,情景6至情景10保護效率都比較高。其中,情景8對多項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保護效率最高,為最佳情景,對生境質(zhì)量、土壤保持、防風固沙、產(chǎn)水、碳固定和糧食供給服務(wù)的保護效率分別為1.45、1.38、1.04、1.31、1.16和0.98,面積1.85萬km2,相對其他情景面積較小,能高效保護多項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

圖5 情景對比分析Fig.5 Comparative analysis of scenarios

決策者可以將情景8作為確定保護優(yōu)先區(qū)的信息來源(圖6),與實際保護區(qū)(包括太行山保護優(yōu)先區(qū)和國家級自然保護區(qū)，占研究區(qū)25.5%)重疊面積為1.1萬km2,主要位于兩山區(qū)域的Ⅱ、Ⅲ和Ⅵ流域,其土地利用類型主要為林地和草地,二者占比達90%以上,其中林地占50%以上,林草地具有較高維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的能力。此外,存在著不在任何法定保護區(qū)的高連通性地區(qū),對于維持景觀連通性十分重要,還能保護部分敏感物種,考慮到其未來所提供的生態(tài)效益,可作為可持續(xù)發(fā)展的保護優(yōu)先區(qū)進而充分管理。

圖6 山西黃河流域最佳保護優(yōu)先區(qū) Fig.6 The optimal conservation priority areas of the Yellow River Basin in Shanxi

3 結(jié)論

以山西黃河流域為例,基于2010—2020年多源數(shù)據(jù)通過GIS空間分析和InVEST等模型方法模擬主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空格局并采用熱點分析和OWA多準則決策方法構(gòu)建保護情景,評估保護效率篩選出保護優(yōu)先區(qū)。結(jié)果表明：

(1)2010—2020年,土壤保持、防風固沙、產(chǎn)水、碳固定和糧食供給服務(wù)整體呈現(xiàn)出上升趨勢,僅生境質(zhì)量小幅度下降。空間上,研究區(qū)西部和東南部生境質(zhì)量、土壤保持、產(chǎn)水和碳固定服務(wù)突出,防風固沙服務(wù)分布較破碎,中部及西南部平原地區(qū)糧食供給服務(wù)顯著。

(2)保護情景中,單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保護優(yōu)先區(qū)主要位于三川河流域、昕水河流域和沁河流域,由單一服務(wù)主導(dǎo)呈現(xiàn)空間異質(zhì)性。綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)構(gòu)建了11種保護優(yōu)先區(qū)情景,受生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)耦合機制影響,整體呈現(xiàn)西北連片東南破碎的空間態(tài)勢。

(3)綜合考慮風險、權(quán)衡及保護效率,情景8為最佳保護優(yōu)先區(qū),保護面積1.85萬km2,能高效保護多項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),對生境質(zhì)量、土壤保持、防風固沙、產(chǎn)水、碳固定和糧食供給服務(wù)保護效率分別為1.45、1.38、1.04、1.31、1.16和0.98。

4 討論

目前,實際保護區(qū)傾向于保護單一目標,如太行山保護優(yōu)先區(qū)以保護生物多樣性為目標,國家級自然保護區(qū)設(shè)立目標更明確于保護特定珍稀動植物種,研究區(qū)的龐泉溝、蘆芽山、五鹿山和靈空山國家級自然保護區(qū)均以保護珍禽褐馬雞和一些特定生態(tài)系統(tǒng)及樹種為目標,構(gòu)建保護區(qū)過程中并未考慮物種的遷移與交流,部分保護區(qū)甚至處于“生態(tài)孤島”狀態(tài),有可能將生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)完整性割裂開來[8]。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)視角識別保護區(qū)是經(jīng)過權(quán)衡多指標加權(quán)集成的結(jié)果,空間上更考慮生態(tài)系統(tǒng)的完整性,集中于森林和草地相對完整的斑塊,其林草面積達到94%,而實際保護區(qū)林草面積占60%,農(nóng)田灌叢占35%。本文基于的方法能夠最大程度揭示自然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為人類所帶來的惠益,提供多目標權(quán)衡和雙贏的空間規(guī)劃信息,以減少社會經(jīng)濟和保護成本沖突為目標,服務(wù)于黃河流域生態(tài)保護與高質(zhì)量發(fā)展大局。隨著當前人口增長和經(jīng)濟發(fā)展需求,整合生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和社會經(jīng)濟活動之間協(xié)同發(fā)展,是未來極具前景的選擇[10]。

本研究構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的保護優(yōu)先區(qū)情景,并結(jié)合法定自然保護區(qū)作驗證,其高度重疊表明將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)結(jié)合在一個空間規(guī)劃中是有可能的,這是對Egoh等[12]發(fā)現(xiàn)的南非區(qū)域中度重疊以及Turner等[35]關(guān)于全球其他地方生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)整合研究的有力例證。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估方法上看,生境質(zhì)量、土壤保持、產(chǎn)水量和碳固定服務(wù)均利用InVEST模型實現(xiàn),數(shù)據(jù)獲取便捷且評估準確性和靈活性高,可結(jié)合研究區(qū)實際環(huán)境去調(diào)節(jié)和校正參數(shù),因此在不同區(qū)域被廣泛應(yīng)用,本文的評估結(jié)果與其他學(xué)者在黃河流域尺度的研究空間格局相吻合[33—34]。防風固沙量基于修正的土壤風蝕方程模型評估得到,該模型在干旱與半干旱區(qū)驗證效果最佳,因山西黃河流域?qū)儆陲L沙源區(qū)的緩沖區(qū),這項服務(wù)供給量相對較少,空間和數(shù)量特征呈現(xiàn)結(jié)果并不顯著。糧食供給NDVI配比法空間化得到,在實際中耕地的生產(chǎn)能力受諸多因素影響,結(jié)果難免存在誤差,但不會對空間格局造成重要影響。在這項研究中,生境質(zhì)量、產(chǎn)水量和土壤保持服務(wù)在山西黃河流域具有較高空間相關(guān)性,與徐建英[36]關(guān)于“一帶一路”地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)研究一致,然而其他服務(wù)兩兩間協(xié)同度較弱,糧食供給與其他服務(wù)之間甚至呈現(xiàn)權(quán)衡關(guān)系。因此,考慮到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的復(fù)雜關(guān)系,在保護優(yōu)先區(qū)識別過程中,從單項和綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡兩方面入手,以熱點識別單項服務(wù)保護情景,以驗證OWA綜合服務(wù)保護情景,協(xié)調(diào)多項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系,實現(xiàn)小范圍達到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)最高值,最大程度減少成本投入,提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供能力。

本文突破了傳統(tǒng)生物多樣性保護優(yōu)先區(qū)識別方法,將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)納入保護優(yōu)先區(qū)識別,但研究仍具局限性,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)無法完全表征生物多樣性,評估只能獨立進行,盡管選取生境質(zhì)量作為替代指標,但其與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系仍需輔以廣泛的案例研究來驗證。在本研究中,保護優(yōu)先區(qū)范圍并不代表人類受益的規(guī)模,不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間供應(yīng)和需求不盡相同,例如碳固定服務(wù)由當?shù)毓?yīng),但其可受益全球,因此未來可結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供應(yīng)和需求,為具爭議的區(qū)域的保護政策提供更直觀的依據(jù)。由于研究區(qū)脆弱敏感的生態(tài)環(huán)境,保護優(yōu)先區(qū)具體管理過程可能具有挑戰(zhàn)性,從目前的植樹造林以固定碳的恢復(fù)方案到防治水土流失和水質(zhì)惡化的管理措施等等,如需達到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和生物多樣性的雙贏,仍需創(chuàng)新形成一種動態(tài)管理方法,在戰(zhàn)略制定和實施的框架內(nèi),確保人類生產(chǎn)和發(fā)展活動得到適當?shù)亩ㄎ缓凸芾?以便生物多樣性保護和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的提供不受損害[12]。此外,這個框架下對其他區(qū)域進行保護規(guī)劃時,需要從多方面、多層次綜合考慮該地區(qū)的自然生態(tài)和社會經(jīng)濟問題、提供的典型服務(wù)類型以及多種服務(wù)之間的復(fù)雜關(guān)系,鼓勵在識別出的保護優(yōu)先區(qū)域采取可持續(xù)的土地利用政策,以維持和擴展其生態(tài)效益。