【科技進(jìn)展】北京市淺山區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估

摘要：文章對(duì)北京市淺山區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的多種生態(tài)功能進(jìn)行評(píng)估，從調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)以及文化服務(wù)3方面構(gòu)建適宜的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。綜合運(yùn)用Invest、USLE模型、ITREE效益計(jì)算器以及GIS空間分析技術(shù)，對(duì)淺山區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源、固碳釋氧、土壤保持、生境保護(hù)、森林游憩生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行評(píng)估，識(shí)別關(guān)鍵保護(hù)區(qū)域，并提出相應(yīng)的保護(hù)修復(fù)措施，為北京市林業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)修復(fù)優(yōu)化戰(zhàn)略提供一定的基礎(chǔ)與科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：森林生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估，保護(hù)修復(fù)，淺山區(qū)，北京

作者：劉陽(yáng)  梁淑榆  蔡怡然  鄒天嬌  鄭曦

來(lái)源：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院《中國(guó)城市林業(yè)》2020年第2期

　　黨的十九大報(bào)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(dá)43.5%。推進(jìn)北京市淺山區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估研究既能有效識(shí)別保護(hù)重要的生態(tài)空間，還可以為城市森林建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)，特別是隨著生態(tài)學(xué)、風(fēng)景園林學(xué)、地理學(xué)等研究及實(shí)踐的深入，基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估的森林生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)修復(fù)成為熱點(diǎn)問(wèn)題。

　　森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)于人類社會(huì)產(chǎn)生的影響與效用。聯(lián)合國(guó)千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估計(jì)劃（Millennium Ecosystem Assessment，MA）將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)4大類型。目前國(guó)外關(guān)于森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)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(píng)估并繪制森林資源生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)圖，評(píng)價(jià)涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)效益，確定優(yōu)先保護(hù)區(qū)域。國(guó)內(nèi)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估研究也已積累了一定的基礎(chǔ)，其中應(yīng)用最為廣泛的是歐陽(yáng)志云、謝高地優(yōu)化的價(jià)值當(dāng)量系數(shù)?；趩挝幻娣e價(jià)值當(dāng)量因子進(jìn)行評(píng)估，對(duì)于將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)核算體系有重要意義，促進(jìn)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量化研究。總體來(lái)看，大多數(shù)研究尚不深入，只關(guān)注森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)估無(wú)法反映其產(chǎn)生的原理，缺乏廣泛適用的評(píng)價(jià)方法，因此部分學(xué)者開(kāi)始引用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量評(píng)估方法。物質(zhì)量評(píng)價(jià)依托生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)復(fù)雜過(guò)程研究，結(jié)合數(shù)學(xué)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(wù)機(jī)制，相比單純的經(jīng)濟(jì)量化評(píng)估具有一定的科學(xué)性與合理性。

　　本文對(duì)北京市淺山區(qū)森林資源生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，選取適宜的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)價(jià)指標(biāo)，綜合運(yùn)用Invest、USLE模型以及GIS空間分析技術(shù)，評(píng)價(jià)淺山區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要性，識(shí)別關(guān)鍵保護(hù)修復(fù)區(qū)域。

　　1 研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

　　1.1 研究區(qū)域概況

　　北京市淺山地區(qū)是指市域內(nèi)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(gè)區(qū)，總面積3 915.01 km2。淺山區(qū)區(qū)域森林資源豐富，森林覆蓋率達(dá)43.5%；風(fēng)景名勝與自然保護(hù)區(qū)星羅棋布，具有一定的游憩發(fā)展?jié)摿Γ休d著平原發(fā)展輻射和帶動(dòng)山區(qū)城鎮(zhèn)化的雙重職能。

　　1.2 數(shù)據(jù)來(lái)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(hù)區(qū)、土壤類型、降水等數(shù)據(jù)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。

　　2 研究?jī)?nèi)容

　　2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估指標(biāo)體系

　　構(gòu)建淺山區(qū)森林資源優(yōu)先保護(hù)區(qū)域遴選可實(shí)施的量化指標(biāo)體系，應(yīng)充分考慮淺山區(qū)的核心生態(tài)社會(huì)服務(wù)功能。據(jù)此，本文提取淺山區(qū)森林資源調(diào)節(jié)、支持與文化服務(wù)功能，提出相應(yīng)的評(píng)估指標(biāo)，采取AHP層次分析法結(jié)合多位專家意見(jiàn)，確定各類指標(biāo)的權(quán)重比例。

　　2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估

　　2.2.1 調(diào)節(jié)服務(wù)

　　1）水源涵養(yǎng)。北京市淺山區(qū)分布著密云水庫(kù)、懷柔水庫(kù)等重要的水源地，提升森林水源涵養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，對(duì)于為首都提供長(zhǎng)期可靠的穩(wěn)定水源意義重大。考慮地表植被覆蓋類型以及坡度對(duì)徑流系數(shù)產(chǎn)生的影響，以植被覆蓋類型為研究單元，計(jì)算研究范圍內(nèi)的雨水滯留量（不同植被覆蓋類型的林冠截留量、森林枯落物持水量以及土壤持水量）、徑流系數(shù)和水源涵養(yǎng)能力空間分布情況。分析結(jié)果表明，淺山區(qū)整體植被水源涵養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(wù)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(fù)措施進(jìn)行更新、補(bǔ)植，調(diào)整森林結(jié)構(gòu)，控制土壤侵蝕，實(shí)現(xiàn)林區(qū)的高中低植被的綜合發(fā)展。

　　2）固碳釋氧。基于土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)，采用美國(guó)林務(wù)局設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的ItreeEco計(jì)算工具進(jìn)行效益量化，得到不同植被類型單位面積固碳釋氧能力的經(jīng)驗(yàn)值，以分析評(píng)估淺山區(qū)植被固碳釋氧能力。分析結(jié)果表明，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(fēng)景區(qū)、慕田峪長(zhǎng)城風(fēng)景區(qū)、密云水庫(kù)周邊及平谷區(qū)的老象峰、四座樓自然保護(hù)區(qū)等區(qū)域，應(yīng)對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行重點(diǎn)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(zhì)原因不適宜森林營(yíng)建，以灌木林地為主要林分，固碳釋氧調(diào)節(jié)功能薄弱。對(duì)覆蓋率小、利用價(jià)值和生產(chǎn)率較低的灌木林地，應(yīng)采取人工補(bǔ)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。

2.2.2 支持服務(wù)

　　1）土壤保持。森林資源對(duì)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(yīng)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(duì)北京淺山區(qū)土壤侵蝕狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。分析結(jié)果表明，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(guò)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(duì)＞25°的0.016 km2坡耕地盡快逐步退耕還林。房山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害影響最為嚴(yán)重，需在保護(hù)現(xiàn)有天然林地的基礎(chǔ)上對(duì)低效林進(jìn)行提質(zhì)改造，豐富群落層次，灌木林地要調(diào)整林分結(jié)構(gòu)，未成林地加強(qiáng)保育措施。

　　2）生物多樣性保護(hù)。北京淺山區(qū)森林是北京重要的種質(zhì)資源庫(kù)?；诂F(xiàn)狀覆蓋數(shù)據(jù)與淺山地區(qū)實(shí)際狀況，首先，定義生境威脅源并采取主成分分析法確定權(quán)重；其次，參考以往學(xué)者對(duì)區(qū)域尺度生境質(zhì)量的評(píng)估研究，確定不同土地覆蓋類型對(duì)不同威脅源的相對(duì)敏感程度；最后，運(yùn)用InVEST模型中的Biodiversity模型評(píng)價(jià)棲息地質(zhì)量。

　　分析結(jié)果表明，生境質(zhì)量最好的區(qū)域面積達(dá)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(zhì)量整體較高。生境質(zhì)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(zhì)量明顯較差，表明過(guò)渡地帶目前受到極強(qiáng)的人為干擾威脅，在未來(lái)不加以保護(hù)的情況下，生境質(zhì)量可能持續(xù)下降。應(yīng)選擇較大面積連續(xù)的有林地和灌木林地進(jìn)行植被優(yōu)化提升，增加林分組成，提高森林覆蓋率，形成復(fù)合型生境群落。

2.2.3 文化服務(wù)

　　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(wù)功能，游憩娛樂(lè)機(jī)會(huì)與區(qū)域道路可達(dá)性以及森林景觀資源的分布密切相關(guān)。采取核密度分析方法計(jì)算道路可達(dá)性，同時(shí)將各類森林景觀資源（森林公園、風(fēng)景名勝區(qū)）作為像源中心進(jìn)行歐式距離計(jì)算，服務(wù)適宜范圍取值為5 km。

分析結(jié)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(jī)會(huì)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(dá)性較低，提供游憩機(jī)會(huì)略顯不足。

　2.2.4 綜合評(píng)估

　　通過(guò)加權(quán)疊加分析淺山區(qū)區(qū)域森林資源調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)以及文化服務(wù)能力，對(duì)淺山區(qū)森林資源生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性分為5個(gè)等級(jí)。分析結(jié)果表明，森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(shì)。綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(wù)表現(xiàn)良好，應(yīng)該以嚴(yán)格保護(hù)為前提，增加森林面積、提高森林質(zhì)量以促進(jìn)生態(tài)效益發(fā)揮，為建設(shè)首都第一道生態(tài)屏障奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；同時(shí)注重森林風(fēng)貌建設(shè)，結(jié)合立地條件、規(guī)劃要求和風(fēng)貌定位，補(bǔ)植彩葉林。綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(wù)較差，部分原因是由于西南部地質(zhì)地貌不適宜森林營(yíng)建，但該區(qū)域歷史文化豐富，依托“一脈十山三石洞、四庫(kù)六河多溝道”的特色山水體系，以巖溶地質(zhì)地貌為亮點(diǎn)，打造兩片一線的景觀風(fēng)貌區(qū)。以礦山植被生態(tài)修復(fù)為基底，以景區(qū)植物觀光休閑為亮點(diǎn)增植山桃花、山杏等春花灌木。

3 結(jié)語(yǔ)

　　本文采取物質(zhì)量評(píng)估方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的價(jià)值量核算，利用INVEST、USLEM多種計(jì)算模型，強(qiáng)調(diào)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估的科學(xué)性與合理性，并且實(shí)現(xiàn)了不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的空間可視化，對(duì)于森林資源的保護(hù)、可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用以及規(guī)劃建設(shè)具有一定的指導(dǎo)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(jìn)一步考核；森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型多樣，目前評(píng)價(jià)體系尚不完善，缺少森林供給服務(wù)類型評(píng)價(jià)；研究區(qū)域是一個(gè)較為封閉靜態(tài)的系統(tǒng)，沒(méi)有考慮市區(qū)以及深山區(qū)整體性，這將是以后關(guān)注的重點(diǎn)。

第一作者：劉陽(yáng)（1994-），女，碩士，研究方向?yàn)轱L(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)。E-mail：863833260@qq.com

通信作者：鄭曦（1978- ）,男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)轱L(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)。E-mail：zhengxi@bjfu.edu.cn

來(lái)源：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院《中國(guó)城市林業(yè)》2020年第2期