基于InVEST模型的商洛市生態系統服務時空變化研究

摘" 要：商洛市全境位于秦嶺自然保護區范圍內，對該區域展開生態系統服務研究，有助于保護該區域生物多樣性，可為制定生態保護措施、構建生態補償機制提供依據。該文以南水北調工程重要水源地商洛市作為研究對象，應用ArcGIS10.8軟件平臺以及InVEST模型對商洛市生態服務進行研究，進一步探討研究區生態服務功能的空間分布特征并提出針對性政策建議。

關鍵詞：生態系統服務；InVEST模型；時空變化；政策建議；商洛市

中圖分類號：X171.1" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）32-0103-04

Abstract： Shangluo City is entirely located within the Qinling Nature Reserve， and conducting ecosystem services research in this area is beneficial for protecting biodiversity and providing a basis for developing ecological protection measures and establishing ecological compensation mechanisms. This study focuses on Shangluo City， an important water source for the South-to-North Water Diversion Project. It utilizes the ArcGIS 10.8 software platform and the InVEST model to analyze the ecosystem services of the city. Furthermore， the research explores the spatial distribution characteristics of ecosystem service functions in the area and offers targeted policy recommendations.

Keywords： ecosystem services; InVEST model; spatiotemporal changes; policy recommendations; Shangluo City

生態系統服務是指由生態系統形成及維系人類生存依賴的自然環境條件和效用，為人類直接或間接從生態系統獲得各種惠益[1]。生態系統服務供給是指生態系統在一定時期和區域內實際能夠為人類提供的服務，與生態承載力密切相關[2]。隨著社會經濟發展，對資源需求逐漸增加，生態環境問題日益突顯，生態功能遭到破壞。進行生態系統服務的評估，分析生態系統服務功能類型、數量及時空演變特征，準確定位生態系統的功能結構，為提升生態功能治理提供理論依據，對促進生態文明建設具有重大指導意義[3]。

當前學界對生態系統服務研究內容主要包括生態系統服務功能評價[4]、生態系統價值評估[5]、生態補償[6]、生態安全格局[7]和不同類型土地生態功能價值量核算[8]等；研究方法上多采用生態評估模型對生態系統服務進行定量評估，主要有InVEST模型、Meta回歸模型、ARIES模型等。

陜西境內南水北調工程途經商洛、安康、漢中3市，面積共計6.27萬km2，占中線水源區面積的65.86%，承擔了南水北調中線工程70%的輸水量。其中，陜西省商洛市作為南水北調水源保護區，具有重要的生態涵養價值。本文以南水北調工程中線城市商洛市為研究區域，利用InVEST模型測算2000—2020年間生物多樣性、水土保持、固碳服務3項服務，分析各功能時空變化特征，以期為優化區域生態系統服務管理、制定生態保護與經濟協調發展的政策提供科學依據，推動水源保護地可持續發展。

1" 研究區概況與研究方法

1.1" 研究區概況

商洛市位于陜西省東南部，秦嶺南麓，與鄂豫兩省交界，全域處于秦嶺保護范圍，總面積約為1.93萬km2。商洛山地占比較大，具有“八山一水一分田”的空間分布特征。地勢西北高，東南低，由西北向東南伸展，區域內河流縱橫交錯，支流密布，橫跨長江、黃河2個流域。2020年，全市常住人口205.00萬人，城鎮化率48.03%。商洛市地處秦嶺山區，生態系統韌性強勁，在秦嶺生態安全屏障構建、生物多樣性保護、水土流失治理和釋氧固碳等服務中具有重要意義。

1.2" 數據來源與預處理

本文的研究數據包括3類：土地利用數據、數字高程數據及植被覆蓋度數據。土地利用數據來源于30米全球地表覆蓋數據，數字高程數據則來自地理空間數據云，植被覆蓋度數據來自2000—2020年中國30米年最大NDVI數據集，對數據進行掩膜、裁剪、插值等預處理，以WGS-84坐標系為統一地理研究基礎。

1.3" 研究方法

基于商洛市獨特的自然條件基礎，地處秦嶺同時，又是南水北調中線水源區典型地區，其生態系統具有保護生物多樣性、保持水土及提供碳匯等重要作用，因此本文主要選取了生物多樣性、水土保持、碳儲量3個生態系統指標，定量研究2000年、2010年、2020年研究區生態系統服務功能，利用自然斷點法對各項生態系統服務劃分等級，劃分為4個等級，分別為不適宜區、一般重要區、重要區和極重要區。

1）生物多樣性重要性評估。生物多樣性的研究采用的是InVEST模型中生境質量模塊。InVEST模型中生境質量和生境稀缺性作為生物多樣性的反映，可以通過評估某一地區各種生境類型或植被類型的范圍和這些類型各自的退化程度來表達。本研究將耕地、城市建設用地、水面等受人類活動影響較大的區域作為威脅源（表1、表2）。計算公式為

式中：Qxj為j類土地x元所代表的生境質量；Hj為j類土地代表的生境適宜度；Dxj為網格像素x在j中的威脅級別；z為一個常數，常設成2.5；k為半飽和常數，常設成0.5。

2）水土保持重要性評估。水土保持是指由于流水造成的土壤侵蝕，導致生態系統結構和過程的減少。根據2020年發布的《資源環境承載能力和國土空間開發適宜性評價指南（試行）》，對水土保持重要性進行評估，主要是通過研究區植被覆蓋度、生態系統類型及地形特征的差異這些因子進行評估水土保持的重要性，分級閾值見表3。

3）碳儲量重要性評價。本文在評價碳儲量功能重要性時主要是利用InVEST模型的碳固定模塊進行。根據不同土地利用類型的分布和平均碳密度，計算研究區的碳儲量。計算公式為

C=Cabove+Csoil+Cdead+Cbelow， （2）

式中：C為總碳儲量；Cabove為地上碳儲量；Csoil為土壤碳儲量；Cdead為死亡碳儲量；Cbelow為地下碳儲量。

2" 結果與分析

2.1" 生物多樣性重要性變化

2000—2020年，生物多樣性極重要區域分布分散，集中在東部、西部和北部，南部較少（圖1）。西部和西南地區的極重要區域顯著減少，不適宜區域面積逐步擴大，至2020年占比超過89%。2000—2010年，極重要區域減少67%（表4），而2010—2020年減少約40.2 km2，降幅30%?？傮w而言，2000—2020年，極重要區域減少約317.09 km2，而一般重要區域面積則呈現先增后減的趨勢，最終減少了約205.35 km2。

2.2" 水土保持重要性變化

商洛市水土保持水平較高，極重要區域呈現先增后減的趨勢，主要分布在南部和中部（圖2）。不適宜區域持續增加，集中在城鎮中心附近。東南區域的水土保持重要區域增加，分布零散。2000—2020年，水土保持重要區域面積占比約70%，整體增長545.93 km2（表5）。極重要區域在2000—2010年增加2 830.31 km2， 2010—2020年減少3 219.73 km2，最終減少389.42 km2，整體降幅14.4%。一般重要區域面積減少，2000年至2020年下降19.24%。不適宜區域在2010—2020年增加386.07 km2。

2.3" 碳儲量重要性變化

商洛市全境碳儲量水平較高，除城區建設用地密集區外，碳儲量分布均勻（圖3），極重要區域占比超過85%（表6）。2000—2020年，極重要區域減少840.72 km2，主要減少發生在2010—2020年，降幅為5.47%。重要區域在2000—2010年持續增加，面積從1 642.25 km2增至1 673.11 km2，2020年達到1 943.11 km2。一般重要區域2000—2010年大幅減少158.96 km2，2010—2020年雖有增加，但仍比2000年低113.96 km2。不適宜區域在2000—2010年小幅下降后整體快速增加，2010—2020年增加656.71 km2，占比增至3.49%。

3" 討論

本研究以商洛市為研究對象，對商洛市2000年、2010年、2020年生境質量、水土保持、固碳服務進行評價，揭示了各生態服務功能時間和空間上的變化特征，得到以下結論。

首先，2000—2020年生物多樣性極重要區在西部減少情況最為嚴重，主要在柞水縣和鎮安縣。西南地區生物重要性重要區域減少同樣比較明顯，不適宜區域面積逐漸擴大。2000—2010年生物多樣性重要區域降幅較大，降幅達8.75%。2000—2020年生物多樣性重要區域面積減少共計1 187.28 km2。

其次，2000—2020年研究區整體水土保持水平較高，2010—2020年水土保持極重要區域水平降低，極重要水平向重要水平轉變，重要區域面積出現增多趨勢，重要區域的增加部分主要在商洛東南區域，分布較為零散，主要在山陽縣和商南縣，不適宜區域面積增加幅度386.07 km2，增長比例相對較低，變化主要發生在2010—2020年間。

再次，商洛市全境碳儲量水平較高，碳儲量重要區域分布較為均勻，除城區等建設用地密集區碳儲量偏低，其他區域碳儲量水平整體較高。

最后，商洛市整體生態系統服務水平較高，但在2000—2020年間，各功能不適宜區域面積持續增加，尤其2010—2020年間，因城鎮化快速發展，生物多樣性遭受破壞，應加強生態保護監管力度，發掘生態源地，構建生態長廊，穩固生態系統內在功能。

4" 對策與建議

作為傳統農業發展區，商洛市應著力打造現代農業產業體系，持續創新“生態產業化、產業生態化”實踐探索，促進農村一、二、三產業深度融合，按照“產業化、綠色化、景區化、品牌化”發展思路，持續壯大茶、菌、果、畜、藥和漁等特色優勢產業，全面延伸產業鏈條，促進產業提質增效。加快推進產業路修建，局部地區應加強改善“有特色資源但運輸條件不暢”的狀況，暢通與拓寬商品流通渠道，使優質農副產品快速地進入流通領域。

積極推動生態服務價值化，建立完善彈性生態補償機制。構建南水北調中線水源區典型地域生態系統服務價值評估體系，使生態系統服務轉化為可量化、可交易的經濟價值，創建生態產品和服務的市場平臺，通過生態產品市場化、碳交易等手段，實現生態服務的經濟創收，同時探索實施彈性生態補償機制，推動跨區域生態合作，引導供給和需求跨區域流動，跨地區解決錯配問題，引導生態系統服務走向均衡。

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