人类活动影响下蒙辽农牧交错区的生态系统服务空间格局_徐梦冉.pdf

第 25 卷第 1 期2023 年 1 月大 连 民 族 大 学 学 报Journal of Dalian Minzu UniversityVol25，No1January 2023收稿日期:20220804;最后修回日期:20221128基金项目:辽宁省联合基金项目(2020MZLH11)。作者简介:徐梦冉(1997)，女，内蒙古锡林郭勒盟人，大连民族大学环境与资源学院硕士研究生，主要从事生态系统评估研究。通讯作者:张靖(1981)，男，内蒙古赤峰人，讲师，博士，主要从事生态系统评估等方面研究，Email:zhangjing dl-nueducn。文章编号:20961383(2023)01002107人类活动影响下蒙辽农牧交错区的生态系统服务空间格局徐梦冉，张靖，鲍雅静，李政海，刘睿，张贻龙(大连民族大学 环境与资源学院，辽宁 大连 116605)摘要:以蒙辽农牧交错区为研究区，通过 InVEST 模型，计算其 2000 年2019 年的产水量、土壤保持、碳固持和生物多样性保护等 4 种生态系统服务指标，分析各生态系统服务指标的空间分布格局及空间自相关性，探讨人类活动对蒙辽农牧交错带生态系统服务空间格局的影响。结果表明，2000 年2019 年研究区产水量空间差异明显，呈现出东南高西北低的分布格局;20 年间土壤保持呈现增加趋势;碳固持量整体偏低，生态系统多样性保护服务量较高，但也存在空间异质性。4 种服务均呈现不同程度的空间自相关性，具有空间聚集性;2000 年和 2010 年产水量的 Morans I 分别为 0676 5、0682 3，空间聚集性最强;生物多样性保护的 Morans I 提高最明显，从 2010 年增长至大于 07，具有较强的空间聚集性。关键词:蒙辽交错区;生态系统服务;人类活动;空间格局中图分类号:Q148文献标志码:ASpatial Pattern of Ecosystem Services under the Influence of HumanActivities in Ecotone of Inner Mongolia and LiaoningXU Mengran，ZHANG Jing，BAO Yajing，LI Zhenghai，LIU ui，ZHANG Yilong(School of Environment and Bioresources，Dalian Minzu University，Dalian Liaoning 116605，China)Abstract:In this study，four ecosystem service indicators(water yield，soil conservation，car-bon sequestration and biodiversity conservation)were calculated by InVEST model in the Mon-goliaLiaoning egion from 2000 to 2019，and the spatial distribution pattern and spatial auto-correlation of each ecosystem service index were analyzed，to explore the effects of human activi-ties on the spatial pattern of ecosystem services in the Mengliao agropastoral ecotone The re-sults showed that the water yield in the study area was significantly different from 2000 to 2019，showing a distribution pattern of high water yield in southeast and low water yield in northwestSoil conservation showed an increasing trend in the past 20 years The overall carbon sequestra-tion was low，and the ecosystem diversity protection services were high，but there was also spa-tial heterogeneity The four services showed different degrees of spatial autocorrelation and spatialaggregation Morans I of annual water volume in 2000 and 2010 were 0676 5 and 0682 3，re-spectively，showing the strongest spatial aggregation Morans I of biodiversity conservation in-creased significantly from 2010 to more than 07，with strong spatial aggregationKey words:ecotone of Inner Mongolia and Liaoning;ecosystem services;human activity;spa-tial patternDOI:10.13744/21-1431/g4.2023.01.009生态系统服务是指生态系统形成和所维持的人类赖以生存和发展的环境条件与效用1，它支撑与维持了地球的生命过程，为人类提供生活、生产所需的原料2。在过去几十年，由于人类对生态系统服务及其重要性缺乏充分认识及科学而有效的管理3，如对供给服务(如粮食)的过分追求4，导致除供给服务以外的大多数生态系统服务呈不同程度的降低5，6。生态系统服务的退化和丧失必将对人类的福祉产生不利的影响，直接威胁区域和国家，甚至全球的生态安全2。在这种情况下，生态系统服务作为生态系统管理的有效工具，受到学术界越来越高的关注。而生态系统服务管理的关键在于明确其空间分布特征及聚集程度，以把握服务供给、明晰空间异质性。因此，研究人类活动影响下的生态系统服务空间格局，对人类生存空间与生态环境可持续发展具有重要意义。国内外学者评估生态系统服务的方法主要分为物质量评估法7 和价值量评估法8，传统的价值量评估虽然简单实用，但科学性较低，例如，仅估算生态系统服务的价值，则会忽略其空间异质性9;而物质量评估法可以根据生态系统服务的形成机制进行评价，结果可靠，解释力高，因而应用广泛10。随着对生态系统服务研究的深入和3S 技术的发展，众多模型应运而生。InVEST 模型(Integrated valuation of ecosystem services andtradeoffs)是由美国资本项目组研发的生态系统服务评估模型，它广泛应用于各种尺度的评估，其结果空间可视化、评估精度方面更具优势，可用于量化多种生态系统服务功能(如产水量、土壤保持、碳固持和生物多样性)1114。例如，Leh 等运用InVEST模型中的水源涵养、碳固持、土壤保持和生境质量模块，分析了科特迪瓦和加纳地区的生态系统服务功能空间分布和时间变化情况15。Himlal Baral 等人利用 InVEST 模型评价了澳大利亚维多利亚州不同土地覆盖情景下生物多样性的变化情况16。国内学者对 InVEST 模型的应用多位于长江上游、北京等地，基于农牧交错区的研究较为罕见。例如，方露露等人对比长江和黄河流域 2000 年2015 年植被净初级生产力(Net PrimaryProductivity，NPP)、产水服务和土壤保持的时空变化规律17。吴丹等人基于遥感影像和 InVEST模型，探究了长江经济带的产水量、土壤保持、碳固持与生物多样性的生态系统服务功能18。如今，基于 InVEST 模型关于生态系统服务功能的研究非常成熟。农牧交错带是农业和牧业两种生产方式间的交错区。近年来，在不合理人类活动和全球变化的双重影响下，蒙辽农牧交错带的草地退化明显、土地荒漠化现象加剧，给当地人民生产、生活带来了极大危害，并对我国东部地区的生态环境和经济发展带来了不良影响19。为此，分析和评估人类活动对生态系统服务的影响是十分必要的。因此，本文以蒙辽农牧交错区为研究对象，采用InVEST模型定量评估该地区产水量、土壤保持、碳固持及生物多样性保护等 4 项生态系统服务指标，并利用 Morans I 指数描绘出各生态系统服务的空间聚集特征，探究人类活动对生态系统服务空间格局的影响，以期为蒙辽农牧交错区及其他区域的可持续发展提供科学的数据。1研究区概况本文依据史文娇等20 划定的北方农牧交错带界线确定蒙辽农牧交错区位于内蒙古自治区和辽宁省的交界处，坐标范围:E11905E12231，N4137N4436，具体包含辽西北的 10 个半农半牧县(康平、彰武、阜蒙、建平、北票、喀左、义县、凌源、朝阳、建昌)，内蒙古通辽的 7 个旗县(开鲁、科左中旗、科左后旗、库伦、通辽县、扎鲁特、奈曼)和赤峰的 9 个旗县(翁牛特、巴林左、巴林右、林西、敖汉、阿鲁科尔沁、喀喇沁、克什克腾、宁城)。研究区 总 面 积 13 9 104km2，其 中 草 地 面 积57104km2。2数据与方法21数据来源与处理以蒙辽农牧交错区为研究对象，通过 InVEST模型计算 2000 年2019 年逐年蒙辽农牧交错区的产水量、土壤保持、碳固持和生物多样性保护等4 种生态系统服务。数据来源如下:归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index，ND-VI)，采用 MODIS MOD13Q1 NDVI(2000 2019年，时间分辨率16 d、空间分辨率250 m，数据获取地址:https:/ladsweb modaps eosdis nasa gov/search/);年降水量、10 积温、降水侵蚀力()、潜在蒸散发(Potential Evapotranspiration，PET)和陆表太阳辐射(s)等气候参数来源于中国地面气候资料日值数据集(V30)，下载地址:22大连民族大学学报第 25 卷http:/datacmacn/，经在 MySQL80 和 ArcGIS 中处理获得;土壤参数，如沙粒、粉粒、黏粒、有机碳、碳酸盐的比率或含量来源于 Harmonized WorldSoil Database V12，下载地址 http:/westdcwest-gis accn/;土地利用图，基于中国科学院资源环境科学与数据中心每 5 年更新的土地利用数据，分辨率 30 m。22生态系统服务计算与空间格局分析221生态系统服务计算(1)产水量，由 InVEST 产水模型计算获得，公式如下:Yieldxj=(1 AETxj/Px)Px;(1)AETxj/Px=1+PETxj/Px1+(PETxj/Px)x1/x。(2)式中:Yieldxj为某一栅格中土地覆盖类型年单位区域产生的径流量，mm;Px 为栅格的一年中平均降水量(mm)，AETxj为栅格中土地覆盖类型包括植被蒸腾、土壤水分蒸发等真正失去水分量，mm;x为自然气候等非物理参数;PETxj为栅格中土地覆盖类型 j 的年有可能会蒸散量，mm21。(2)土壤保持服务，采用土壤保持服务量来表示，计算公式如下:SC=K L S 1 P C()。(3)式中:SC为土壤保持服务量，t(hm2a)1，是降雨侵蚀力因子，MJ(mmhm2ha)1，K 是土壤可蚀性因子，MJ(mmhm2ha)1，L 为一定坡度下单位面积土壤流失量与标准坡度流失量的比值;S 为定坡度下单位面积土壤流失