劉 陽 梁淑榆 蔡怡然 鄒天嬌 鄭 曦

北京林業(yè)大學園林學院 北京 100083

黨的十九大報告提出，淺山區(qū)是首都最重要的第一道生態(tài)屏障，森林覆蓋率達43.5%[1]。推進北京市淺山區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估研究既能有效識別保護重要的生態(tài)空間，還可以為城市森林建設提供科學依據(jù)，特別是隨著生態(tài)學、風景園林學、地理學等研究及實踐的深入，基于生態(tài)系統(tǒng)服務評估的森林生態(tài)系統(tǒng)保護修復成為熱點問題。

森林生態(tài)系統(tǒng)服務是指森林生態(tài)系統(tǒng)對于人類社會產(chǎn)生的影響與效用[2]。聯(lián)合國千年生態(tài)系統(tǒng)評估計劃 (Millennium Ecosystem Assessment，MA)將生態(tài)系統(tǒng)服務定義為人類從生態(tài)系統(tǒng)獲得的效益，并將其分為供給服務、調節(jié)服務、支持服務和文化服務4大類型[3]。目前國外關于森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估研究方法大多依據(jù)土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)，使用地理信息系統(tǒng) (GIS)、InVest模型等評估并繪制森林資源生態(tài)系統(tǒng)服務圖，評價涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧等生態(tài)系統(tǒng)服務效益，確定優(yōu)先保護區(qū)域[4-5]。國內森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估研究也已積累了一定的基礎，其中應用最為廣泛的是歐陽志云、謝高地優(yōu)化的價值當量系數(shù)?；趩挝幻娣e價值當量因子進行評估，對于將生態(tài)系統(tǒng)服務價值納入國民經(jīng)濟核算體系有重要意義[6]，促進了生態(tài)系統(tǒng)服務價值量化研究?？傮w來看，大多數(shù)研究尚不深入，只關注森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)濟價值評估無法反映其產(chǎn)生的原理，缺乏廣泛適用的評價方法，因此部分學者開始引用生態(tài)系統(tǒng)服務物質量評估方法。物質量評價依托生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)復雜過程研究，結合數(shù)學算法和空間模型分析模擬，能夠客觀反映森林生態(tài)系統(tǒng)服務機制，相比單純的經(jīng)濟量化評估具有一定的科學性與合理性。

本文對北京市淺山區(qū)森林資源生態(tài)系統(tǒng)服務功能進行評價，選取適宜的森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評價指標，綜合運用Invest、USLE模型以及GIS空間分析技術，評價淺山區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能的重要性，識別關鍵保護修復區(qū)域 (圖1)。

1 研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

北京市淺山地區(qū)是指市域內高程在100～300 m的淺山丘陵地區(qū)，共涉及海淀、門頭溝、密云等10個區(qū)，總面積3 915.01 km2(表1，圖2)。淺山區(qū)區(qū)域森林資源豐富，森林覆蓋率達43.5%(表2，表3)；風景名勝與自然保護區(qū)星羅棋布，具有一定的游憩發(fā)展?jié)摿?，承載著平原發(fā)展輻射和帶動山區(qū)城鎮(zhèn)化的雙重職能。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究需要的數(shù)據(jù)類型主要包括土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)、高程、坡度、道路、森林公園、保護區(qū)、土壤類型、降水等數(shù)據(jù)以及社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)來源見表4。

圖1 技術路線

圖2 北京市淺山區(qū)土地利用類型

表1 淺山區(qū)區(qū)域土地利用類型與面積 km2

表2 不同坡度的植被類型與面積km2

表3 不同高程的植被類型與面積 km2

表4 數(shù)據(jù)類型與來源

2 研究內容

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務評估指標體系

構建淺山區(qū)森林資源優(yōu)先保護區(qū)域遴選可實施的量化指標體系，應充分考慮淺山區(qū)的核心生態(tài)社會服務功能。據(jù)此，本文提取淺山區(qū)森林資源調節(jié)、支持與文化服務功能，提出相應的評估指標，采取AHP層次分析法結合多位專家意見，確定各類指標的權重比例 (表5)。

表5 生態(tài)系統(tǒng)服務功能評價指標體系

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估

2.2.1 調節(jié)服務

1)水源涵養(yǎng)。北京市淺山區(qū)分布著密云水庫、懷柔水庫等重要的水源地，提升森林水源涵養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)服務功能，對于為首都提供長期可靠的穩(wěn)定水源意義重大?？紤]地表植被覆蓋類型以及坡度對徑流系數(shù)產(chǎn)生的影響，以植被覆蓋類型為研究單元，計算研究范圍內的雨水滯留量 (不同植被覆蓋類型的林冠截留量[7-8]、森林枯落物持水量[9-10]以及土壤持水量[11]) 和徑流系數(shù)[11]和水源涵養(yǎng)能力空間分布情況 (表6)。分析結果(表7)表明，淺山區(qū)整體植被水源涵養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)服務能力較高，最高的區(qū)域面積占植被總覆蓋面積的66%，其中密云區(qū)、平谷區(qū)等植被覆蓋完善，發(fā)揮重要的水源涵養(yǎng)服務功能。水源涵養(yǎng)能力較低和最低的面積分別占植被總覆蓋面積的10%和2%，其中石景山區(qū)植被水源涵養(yǎng)能力最低，亟需采取一定生態(tài)以及工程修復措施進行更新、補植，調整森林結構，控制土壤侵蝕，實現(xiàn)林區(qū)的高中低植被的綜合發(fā)展。

表6 徑流系數(shù)計算所需的相關系數(shù)

表7 各區(qū)不同水源涵養(yǎng)能力水平的植被覆蓋面積與占總植被覆蓋面積的比例

2)固碳釋氧?；谕恋乩?覆蓋數(shù)據(jù)，采用美國林務局設計開發(fā)的ItreeEco計算工具進行效益量化[12]，得到不同植被類型單位面積固碳釋氧能力的經(jīng)驗值 (表8)，以分析評估淺山區(qū)植被淺山區(qū)固碳量/釋氧總和，Aij為j類型植被第i個斑塊地上部分單位面積固碳量/釋氧量，Si為第i個斑塊面積)。分析結果 (表9)表明，整體上固碳釋氧能力表現(xiàn)出由中心城區(qū)向深山區(qū)遞減的規(guī)律，淺山區(qū)固碳釋氧效益顯著，是平原區(qū)最近的固碳釋氧源。固碳釋氧能力最高和較高的區(qū)域面積占植被覆蓋總面積的16%和18%，集中在懷柔區(qū)的百泉山風景區(qū)、慕田峪長城風景區(qū)、密云水庫周邊及平谷區(qū)的老象峰、四座樓自然保護區(qū)等區(qū)域，應對森林生態(tài)系統(tǒng)進行重點保育。固碳釋氧能力低和較低的區(qū)域面積占植被覆蓋總面積的29%和22%。門頭溝區(qū)、房山區(qū)部分區(qū)域由于地質原因不適宜森林營建，以灌木林地為主要林分，固碳釋氧調節(jié)功能薄弱。對覆蓋率小、利用價值和生產(chǎn)率較低的灌木林地，應采取人工補植、定向培育等措施，提高灌木林地的利用率和生產(chǎn)力水平。

表8 不同植被類型固碳釋氧量 kg/yr

表9 各區(qū)不同固碳釋氧能力水平的植被覆蓋面積與占總植被覆蓋面積的比例

2.2.2 支持服務

1)土壤保持。森林資源對于維持土壤保持能力、減少土壤侵蝕情況有重要的作用。選取應用最為廣泛的USLE(Universal Soil Loss Equation)土壤侵蝕模型，根據(jù)不同植被覆蓋類型以及土壤類型等因子對北京淺山區(qū)土壤侵蝕狀況進行評價[13]。分析結果 (表10)表明，研究區(qū)域的土壤涵養(yǎng)適宜性呈現(xiàn)基本隨海拔與坡度增加而提高，靠近市區(qū)過渡的地帶土壤涵養(yǎng)適宜性基本都較低。土壤保持能力最高的區(qū)域面積占總植被覆蓋面積的4.45%。土壤保持能力最低的區(qū)域面積占總植被覆蓋面積的8.66%，對＞25°的0.016 km2坡耕地盡快逐步退耕還林。房山區(qū)地質災害影響最為嚴重，需在保護現(xiàn)有天然林地的基礎上對低效林進行提質改造，豐富群落層次，灌木林地要調整林分結構，未成林地加強保育措施。

表10 各區(qū)不同水土保持能力水平的植被覆蓋面積與占總植被覆蓋面積的比例

2)生物多樣性保護。北京淺山區(qū)森林是北京重要的種質資源庫?；诂F(xiàn)狀覆蓋數(shù)據(jù)與淺山地區(qū)實際狀況，首先，定義生境威脅源并采取主成分分析法確定權重 (表11)；其次，參考以往學者對區(qū)域尺度生境質量的評估研究[14]，確定不同土地覆蓋類型對不同威脅源的相對敏感程度 (表12)；最后，運用InVEST模型中的Biodiversity模型評價棲息地質量。

表11 威脅源的影響范圍及其權重

表12 生境適宜度及其對不同威脅源的相對敏感程度

分析結果 (表13)表明，生境質量最好的區(qū)域面積達1 133.69 km2，占淺山區(qū)植被覆蓋總面積的38%，其中密云區(qū)的西部、昌平區(qū)、懷柔區(qū)森林覆蓋率較高，生境質量整體較高。生境質量較低和最低的區(qū)域面積分別占淺山區(qū)植被覆蓋總面積的14%和5%，其中房山區(qū)、昌平區(qū)、懷柔山區(qū)—平原交界處、密云區(qū)北部的生境質量明顯較差，表明過渡地帶目前受到極強的人為干擾威脅，在未來不加以保護的情況下，生境質量可能持續(xù)下降。應選擇較大面積連續(xù)的有林地和灌木林地進行植被優(yōu)化提升，增加林分組成，提高森林覆蓋率，形成復合型生境群落。

表13 不同生物多樣性保護能力水平的植被覆蓋面積與比例

2.2.3 文化服務

淺山地區(qū)豐富的森林資源以及文物古跡提供了重要的文化服務功能，游憩娛樂機會與區(qū)域道路可達性以及森林景觀資源的分布密切相關。采取核密度分析方法計算道路可達性，同時將各類森林景觀資源 (森林公園、風景名勝區(qū))作為像源中心進行歐式距離計算，服務適宜范圍取值為5 km[15]。

分析結果表明，昌平區(qū)、海淀區(qū)、密云區(qū)森林景觀資源豐富，游憩機會較大。懷柔區(qū)、房山區(qū)雖然森林景觀資源較好，但道路可達性較低，提供游憩機會略顯不足。

2.2.4 綜合評估

通過加權疊加分析淺山區(qū)區(qū)域森林資源調節(jié)服務、支持服務以及文化服務能力，對淺山區(qū)森林資源生態(tài)系統(tǒng)服務功能重要性分為5個等級。分析結果 (表14)表明，森林生態(tài)系統(tǒng)服務呈現(xiàn)出東北部較高，西南部較低，隨海拔高度升高而增加的整體趨勢。綜合生態(tài)系統(tǒng)服務能力最高的區(qū)域面積832.79 km2，占總植被覆蓋面積28%，其中，懷柔區(qū)、密云區(qū)西北部、海淀區(qū)小西山整體森林生態(tài)系統(tǒng)服務表現(xiàn)良好，應該以嚴格保護為前提，增加森林面積、提高森林質量以促進生態(tài)效益發(fā)揮，為建設首都第一道生態(tài)屏障奠定堅實基礎；同時注重森林風貌建設，結合立地條件、規(guī)劃要求和風貌定位，補植彩葉林。綜合生態(tài)系統(tǒng)服務能力最低的區(qū)域面積398.08 km2，占總植被覆蓋面積的13%。其中門頭溝區(qū)以及房山區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務較差，部分原因是由于西南部地質地貌不適宜森林營建，但該區(qū)域歷史文化豐富，依托 “一脈十山三石洞、四庫六河多溝道”的特色山水體系，以巖溶地質地貌為亮點，打造兩片一線的景觀風貌區(qū)。以礦山植被生態(tài)修復為基底，以景區(qū)植物觀光休閑為亮點增植山桃花、山杏等春花灌木 (圖3)。

表14 不同綜合服務能力水平的植被覆蓋面積與比例

圖3 綜合生態(tài)系統(tǒng)服務重要性等級

3 結語

本文采取物質量評估方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的價值量核算，利用INVEST、USLEM多種計算模型，強調森林生態(tài)系統(tǒng)服務評估的科學性與合理性，并且實現(xiàn)了不同生態(tài)系統(tǒng)服務功能的空間可視化，對于森林資源的保護、可持續(xù)開發(fā)利用以及規(guī)劃建設具有一定的指導意義。本研究也具有一定的局限性，如土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)依據(jù)解譯和資料查詢，精確度有待進一步考核；森林生態(tài)系統(tǒng)服務類型多樣，目前評價體系尚不完善，缺少森林供給服務類型評價；研究區(qū)域是一個較為封閉靜態(tài)的系統(tǒng)，沒有考慮市區(qū)以及深山區(qū)整體性，這將是以后關注的重點。