玉溪市生態系統服務功能重要性評價及機理

杜園園 劉士鑫 譚美仙 向冬蕾 陳運春

杜園園，劉士鑫，譚美仙，等. 玉溪市生態系統服務功能重要性評價及機理［J］. 湖北農業科學，2024，63（2）：170-177，188．

摘要：以玉溪市為研究對象，結合其生態環境的實際情況及數據，對玉溪市生態系統服務功能重要性進行評價，并探究其形成重要性格局的內在機理。結果表明，玉溪市生態系統服務功能重要性主要是極重要，其面積為13 556.94 km²，占玉溪市總面積的90.74%；一般重要地區分布較少，分布在玉溪市西南地區，主要分布在元江縣；重要地區分布較離散，多分布在玉溪市東部地區，主要分布在紅塔區、江川區、海通縣、澄江市；極重要地區分布較廣，涵蓋了玉溪市各縣區，主要分布在峨山縣、易門縣、新平縣、華寧縣；在不同重要性等級中，耕地和林地的總面積占比較大，耕地面積占比與生態系統服務功能重要性等級呈負相關，林地面積占比與生態系統服務功能重要性等級呈正相關，隨著重要性等級的變化，二者呈此消彼長的規律。

關鍵詞：生態系統服務功能重要性；水源涵養；水土保持；生物多樣性維護；玉溪市

中圖分類號：X826? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2024）02-0170-08

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.02.027 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Evaluation and mechanism on the importance of ecosystem service functions in Yuxi City

DU Yuan-yuan1a ， LIU Shi-xin1b， TAN Mei-xian1a， XIANG Dong-lei2， CHEN Yun-chun1a

（1a.College of Water Resources；1b.College of Resources and Environment，Yunnan Agricultural University， Kunming? 650500， China；

2.Yunnan Land Resources Planning and Design Institute，Kunming? 650216，China）

Abstract： Taking Yuxi City as the research object， combined with the actual situation and data of its ecological environment， this paper evaluated the importance of ecosystem service functions in Yuxi City and explored the internal mechanism of its importance pattern formation.The results showed that the importance of ecosystem service functions in Yuxi City was mainly extremely important， with an area of 13 556.94 km²， accounting for 90.74% of the total area of Yuxi City； the distribution of general important areas was relatively small， located in the southwest of Yuxi City， mainly in Yuanjiang County；the distribution of important areas was relatively scattered， mostly in the eastern part of Yuxi City， mainly distributed in Hongta District， Jiangchuan District， Haitong County， and Chengjiang City；the extremely important areas were widely distributed， covering various counties and districts in Yuxi City， mainly distributed in Eshan County， Yimen County， Xinping County， and Huaning County；among different importance levels， the total area of cultivated land and forest land accounted for a relatively large proportion. The proportion of cultivated land area was negatively correlated with the importance level of ecosystem service functions， while the proportion of forest land area was positively correlated with the importance level of ecosystem service functions. As the importance level changed， the two showed a pattern of one declining and the other growing.

Key words： importance of ecosystem service functions； water source conservation； soil and water conservation； biodiversity maintenance； Yuxi City

改革開放以來，中國經濟突飛猛進，取得了驕人的成果，但也帶來了不容忽視的生態環境問題，如何實現經濟發展和生態環境保護共贏的局面成為當務之急^［1-3］。目前生態環境保護已經引起了中國的重視，但環境污染形勢嚴峻，缺乏針對性對策，平衡高質量發展和生態環境保護等問題迫在眉睫^［4-6］。黨的十八大將生態文明建設觀念深烙于人心，開啟了全民生態文明建設新征程，黨的十九大加大環境保護力度，完善環境保護體系，讓生態文明建設的步伐更大、更快^［7-9］。因此，對生態系統服務功能進行重要性評價，根據評價結果有的放矢、采取高效的生態環境治理措施至關重要。

生態系統服務是指人類從生態系統中獲取的對自己有益的生態產品和服務，在維系人類與生態系統關系中至關重要，是人類保證生態環境安全平衡以及經濟可持續發展的重要因素，逐漸成為了關注的熱點^［10-15］。近年來，國內生態系統服務的研究集中于以下領域：①對某種生態系統類型進行生態系統服務綜合性評價，如森林^［16-19］，濕地^［20-22］等；②對某地區或流域進行生態系統服務綜合評價^［23-26］；③基于某種方法模型對某地區的生態系統服務綜合性評價^{［11，27，28］}；④對于某區域的生態系統服務功能進行時空變化分析^［29-31］。這些研究成果豐富了生態系統服務功能的研究內容，但是也存在一定的局限性。例如在等級劃分中，人的主觀因素會對結果準確性產生一定的影響；在處理數據過程中存在誤差，導致數據精度不夠；現有的生態系統服務評價方法對小尺度或特有地形針對性不強，得出的結果準確性有待提高^{［32， 33］}。如何避免主觀因素對結果準確性帶來的影響，以及提高數據準確性是研究中需要解決的難題。

玉溪市位于中國西南地區，屬于云南省，近年來各方面發展迅速，在經濟文化水平快速增長的同時，生態環境問題也伴隨而來。因城鎮化的推進，出現了林地、草地轉變為城市用地，植被覆蓋度下降等問題；因不科學地使用化肥、農藥，出現耕地生態安全狀態下降等問題^{［34，35］}。但是，現有文獻對玉溪市生態系統服務功能重要性的評價單一，綜合性評價及內在機理研究較少。因此，本研究以玉溪市為研究區域，基于玉溪市高程數據、氣象數據及土壤數據等，以《生態保護紅線劃定指南》為參考依據，對玉溪市的生態系統服務功能重要性進行評價，以期為玉溪市開展生態環境保護和建設工作、平衡高質量發展和生態環境保護提供參考。

1 研究區概況與方法

1.1 研究區概況

玉溪市屬于中國云南省，位于滇中地區，地處101°16′E—103°09′E、23°19′N—24°53′N，如圖1所示。玉溪市從西北到東南地勢逐漸降低，海拔為? ? 1 500～1 800 m，研究區內各類地形縱橫交錯。玉溪市為1市（澄江市）2區（紅塔區、江川區）3縣（通?？h、華寧縣和易門縣）和3個民族自治縣（峨山彝族自治縣、新平彝族傣族自治縣和元江哈尼族彝族傣族自治縣，本研究分別簡稱為峨山縣、新平縣、元江縣），總面積約1.5萬km²。境內河流東有南盤江、曲江，屬珠江水系；西有元江及其支流綠汁江、小河底河，屬紅河水系。玉溪市對建設滇中城市經濟圈具有區域優勢，在經濟發展和東盟交流中發揮著重要作用。

1.2 數據來源與預處理

本研究使用的氣象數據來源中國科學院、水利部成都山地災害與環境研究所數字山地與遙感應用中心侵蝕地貌過程與生態過程研究團隊分享的中國30 m分辨率數據集，包括降水侵蝕力、潛在蒸散量、降水量、氣溫等，時間為1991—2020年；植被凈初生產力數據采用MODIS數據集（MOD17A3）；土地利用數據來源于中國科學院空天信息創新研究院，本研究采用一級地類數據（GLC_FCS30-2020，https：//data.casearth.cn/sdo/detail/6123651428a58f70c2a51e49）；植被覆蓋數據采用中國科學院地理科學與資源研究所土地利用與全球變化遙感團隊分享的數據集，分辨率為30 m，時間為2000—2020年；高程數據來源于地理空間數據云（http：//www.gscloud.cn/），分辨率為30 m；土壤數據來源于世界土壤數據庫。

大部分原始數據可以直接通過GIS軟件進行技術處理，得到相關因子和柵格圖，個別數據因缺少直接數據材料，所以需要先進行計算，再通過軟件處理。數據預處理結果如圖2所示。

1.3 研究思路與評價方法

水源涵養和水土保持采用模型評估法中的水量平衡方程和修正的水土流失方程；生物多樣性維護因收集數據有限，采用凈初級生產力（NPP）定量指標評估法?；谝陨戏椒?，通過GIS軟件，計算每種生態服務類型重要性。重要性等級由高到低依次為極重要、重要、一般重要，生態系統服務功能重要性評價方法及重要性等級見表1、表2。

2 結果與分析

根據以上數據及方法得出各類生態系統服務功能重要性評價結果，如表3所示。

2.1 水源涵養功能重要性評價

2.1.1 水源涵養功能重要性及空間分布 水源涵養功能是指生態系統通過其特有的結構與水相互作用，對降水進行截留、滲透、蓄積，并通過蒸散發實現對水流、水循環的調控。由表3可知，玉溪市水源涵養功能極重要地區面積為13 485.36 km²，重要地區面積為1 324.66 km²，一般重要地區面積為130.53 km²，分別占研究區總面積的90.26%、8.87%、0.87%。玉溪市水源涵養功能重要性主要為極重要。

由圖3可知，一般重要地區呈線形分布，多分布在元江干流即紅河水系附近，主要在新平縣和元江縣。重要地區分布較離散，多分布在玉溪市的東北方向，主要在紅塔區、江川區、通?？h、澄江市。極重要地區分布較廣，覆蓋了玉溪市各縣區，主要分布在峨山縣、易門縣、新平縣、華寧縣、元江縣。結合水源涵養功能評價結果和海拔，極重要地區多分布于海拔1 000～1 500 m，重要地區多分布于海拔1 500～2 500 m，一般重要地區多分布于海拔281～1 000 m。

2.1.2 水源涵養功能重要性區域地類結構研究 不同土地利用類型面積在水源涵養功能不同重要地區面積的占比如圖4所示，在一般重要等級中，耕地面積占比最大，其次為草地，第三為林地；在重要等級中，耕地面積占比最大，其次為林地，第三為草地；在極重要等級中，林地面積占比最大，其次為草地，第三為耕地，草地、耕地面積相差較小。林地面積占比與重要性等級呈明顯的正相關；耕地和草地面積占比與重要性等級呈負相關，耕地面積占比在重要性等級提升時，出現明顯下降的趨勢，草地面積占比的下降趨勢較平緩；水域面積占比在重要性等級提升時呈“V”形下降趨勢，城鄉、工礦、居民用地的面積占比在重要性等級提升時則呈“倒V”形下降趨勢。

2.2 水土保持功能重要性評價

2.2.1 水土保持功能重要性及其空間分布 水土保持功能是指為防治水土流失采取的水土保持措施，是生態系統提供的重要調節服務。由表3可知，玉溪市水土保持功能極重要地區面積為94.27 km²，重要地區面積為1 636.58 km²，一般重要地區面積為13 209.70 km²，分別占研究區總面積的0.63%、10.95%、88.42%。玉溪市水土保持功能重要性主要為一般重要。

由圖5可知，一般重要地區分布較廣，集中在玉溪市中部和東部地區，主要分布在峨山縣、易門縣、紅塔區、江川區、通?？h、澄江市。重要地區分布較分散，分布在玉溪市的西部、南部和東部地區，在西部、南部地區呈線形沿元江及其支流綠汁江、小河底河即紅河水系分布，在東部地區零散分布，主要分布在新平縣、元江縣、華寧縣。極重要地區分布較集中，呈線形分布在元江及其支流綠汁江、小河底河即紅河水系附近，主要在新平縣和元江縣。結合水土保持功能評價結果和海拔，一般重要地區集中分布在海拔1 500 m以上，極重要地區集中分布在海拔281～500 m，重要地區在東部集中分布在海拔500～? 2 000 m，在西部集中分布在海拔1 500～2 500 m。

2.2.2 水土保持功能重要性區域地類結構研究 不同土地利用類型面積在水土保持功能不同重要地區面積的占比如圖6所示，在一般重要等級中，林地面積占比最大，其次為草地，第三為耕地；在重要等級中，林地面積占比最大，其次為耕地，第三為草地；在極重要等級中，草地面積占比最大，其次為林地，第三為耕地。隨著重要性等級的提升，各地類面積占比出現不同形式的波動，耕地和林地面積占比均呈小幅度上升后明顯下降的趨勢，但林地面積占比的浮動相對較大；草地面積占比呈先下降后上升趨勢；水域面積占比呈平緩上升趨勢；城鄉、工礦、居民用地的面積占比波動較小。

2.3 生物多樣性維護功能重要性評價

2.3.1 生物多樣性維護功能重要性及其空間分布 生物多樣性維護功能是生態系統對基因、物種、生態系統多樣性的維持維護。由表3可知，玉溪市生物多樣性維護功能極重要地區面積為295.28 km²，重要地區面積為5 060.80 km²，一般重要地區面積為9 584.47 km²，分別占研究區總面積的1.98%、33.87%、64.15%。玉溪市生物多樣性維護功能重要性主要為一般重要。

由圖7可知，玉溪市生物多樣性維護功能重要性等級由玉溪市東北地區向西南地區逐漸提升。一般重要地區分布較廣，主要分布在江川區、海通縣、澄江市、紅塔區、峨山縣。重要地區沿元江及其支流綠汁江、小河底河即紅河水系分布，主要分布在新平縣、元江縣，呈線形分布。極重要地區集中在元江干流，主要分布在元江縣。結合生物多樣性維護功能評價結果和海拔，一般重要地區集中分布在海拔1 500 m以上，極重要地區集中分布在海拔281～? ? ? 1 000 m，重要地區集中分布在海拔500～1 500 m。

2.3.2 生物多樣性維護功能重要性區域地類結構研究 不同土地利用類型面積在生物多樣性維護功能不同重要地區面積的占比如圖8所示，在一般重要等級中，林地面積占比最大，其次為耕地，第三為草地，耕地、草地面積相差較??；在重要等級中，林地面積占比最大，其次為耕地，第三為草地；在極重要等級中，草地面積占比最大，其次為耕地，第三為林地。隨著重要性等級的提升，各地類面積占比出現不同形式的波動，耕地面積占比呈先下降后上升的趨勢，總體波動幅度不大；林地面積占比呈先上升后下降的趨勢，在重要等級中林地面積占比最高，為67.28%；草地面積占比呈小幅下降后大幅上升的趨勢；水域面積占比呈緩慢上升趨勢；城鄉、工礦、居民用地的面積占比波動較小。

2.4 生態系統綜合服務功能重要性評價

2.4.1 生態系統綜合服務功能重要性及其空間分布 由表3可知，玉溪市生態系統服務功能重要性主要是極重要，極重要地區面積為13 556.94 km²，占研究區總面積的90.74%，重要地區面積為1 362.43 km²，一般重要地區面積為21.18 km²，分別占玉溪市總面積的9.12%和0.14%。觀察各生態系統類型的重要性等級面積占比，水源涵養功能極重要地區和重要地區占研究區面積的99.13%，玉溪市主要生態系統服務功能為水源涵養功能。

由圖9可知，一般重要地區分布較少，分布在玉溪市西南地區，主要在元江縣。重要地區分布較離散，多分布在玉溪市東部地區，主要在紅塔區、江川區、海通縣、澄江市。極重要地區分布較廣，涵蓋了玉溪市各縣區，主要分布在峨山縣、易門縣、新平縣、華寧縣。結合生態系統服務功能評價結果和海拔，極重要地區集中分布在海拔1 500 m以上，重要地區集中分布在海拔500～200 m，一般重要地區集中分布在海拔281～500 m。

2.4.2 生態系統服務功能重要性區域地類結構研究 不同土地利用類型面積在生態系統服務功能不同重要地區面積的占比如圖10所示，在一般重要等級中，耕地面積占比最大，其次為林地，第三為城鄉、工礦、居民用地；在重要等級中，耕地面積占比最大，其次為林地，第三為草地；在極重要等級中，林地面積占比最大，其次為草地，第三為耕地。耕地面積占比與生態系統服務功能重要性等級呈明顯的負相關，耕地面積占比在重要性等級提升時，出現明顯下降的趨勢；林地面積占比與生態系統服務功能重要性等級呈正相關，耕地面積占比在重要性等級提升時，出現明顯上升的趨勢；草地面積占比呈大幅上升后小幅下降的趨勢；水域面積占比呈“V”形趨勢，但幅度較??；耕地、城鄉、工礦、居民用地的面積占比呈明顯下降趨勢。

3 小結與討論

3.1 小結

1）玉溪市水源涵養功能重要性以極重要為主，覆蓋了各縣區，極重要地區面積占研究區總面積的90.26%，一般重要地區呈線形分布，多分布在元江干流即紅河水系附近，主要在新平縣和元江縣。重要地區分布較離散，多分布在玉溪市的東北方向，主要在紅塔區、江川區、通?？h、澄江市。極重要地區分布較廣，覆蓋了玉溪市各縣區，主要分布在峨山縣、易門縣、新平縣、華寧縣、元江縣；水土保持功能重要性以一般重要為主，一般重要地區面積占研究區總面積的88.42%，一般重要地區分布較廣，集中在玉溪市中部和東部地區，主要分布在峨山縣、易門縣、紅塔區、江川區、通?？h、澄江市。重要地區分布較分散，分布在玉溪市的西部、南部和東部地區，在西部、南部地區呈線形沿元江及其支流綠汁江、小河底河即紅河水系分布，在東部地區零散分布，主要分布在新平縣、元江縣、華寧縣。極重要地區分布較集中，呈線形分布在元江及其支流綠汁江、小河底河即紅河水系附近，主要在新平縣和元江縣；生物多樣性維護功能重要性以一般重要為主，一般重要地區面積占研究區總面積的64.15%，一般重要地區分布較廣，主要分布在江川區、海通縣、澄江市、紅塔區、峨山縣。重要地區沿元江及其支流綠汁江、小河底河即紅河水系分布，主要分布在新平縣、元江縣，呈線形分布。極重要地區集中在元江干流，主要分布在元江縣。

2）玉溪市生態系統服務功能重要性主要是極重要，極重要地區面積為13 556.94 km²，占研究區總面積的90.74%，重要地區和一般重要地區面積分別為1362.43、21.18 km²，分別占研究區總面積的9.12%和0.14%。玉溪市主要生態系統服務功能為水源涵養功能，其極重要和重要地區面積占研究區面積的99.13%。玉溪市植被覆蓋率高，因而生態系統服務功能較好。流域及地勢較平坦地區適宜人類開發居住，林地、草地和耕地轉換成城市用地，降低了植被覆蓋度，生態系統服務功能重要性等級也隨之下降，主要表現在紅塔區及元江干流附近。

3）在不同重要性等級中耕地和林地的總面積占比較大，耕地面積占比與生態系統服務功能重要性等級呈負相關，林地面積占比與生態系統服務功能重要性等級呈正相關，隨著重要性等級的變化，二者呈此消彼長的規律；草地面積占比呈大幅上升后小幅下降的趨勢；水域面積占比呈“V”形趨勢，但幅度較??；耕地、城鄉、工礦、居民用地的面積占比呈明顯下降趨勢。

3.2 討論

結合玉溪市生態現狀和現有數據，本研究采用模型評估法對水源涵養和水土保持功能進行重要性評價。相較于其他方法，模型評估法對數據和參數數量要求較多，方法較復雜，但是其評價過程中，邏輯性較強，有著較高的準確性，因此評價結果精度高。因現有的數據不足，而NPP定量指標評估法對于數據量的要求并不高，因此該方法適用于生物多樣性維護功能的重要性評價。

在劃分重要性等級時，采用自然斷點法對相似數據進行識別和分類，設置邊界，通過對數據的處理凸顯其特性，將數據差異性放大，避免出現削弱數據特征的情況。

在評價過程中發現同類型的研究集中于生態系統服務功能的評價過程及結果，對結果內在機理的探討較少?；诖?，本研究在得出玉溪市生態系統服務功能重要性評價結果后，進一步分析玉溪市生態系統服務功能重要性等級區域的形成與土地利用類型之間存在的潛在關系。以探討二者的內在聯系為目的，在評價結果的基礎上，計算不同重要性等級區域內各土地利用類型面積占比來研究二者之間的關系，揭示玉溪市生態系統服務功能重要性格局形成的內在機理，研究得出了影響重要性格局形成的主要土地利用類型和變化規律，研究結果可加深對生態系統服務功能重要性格局形成的理解。

基于本研究結果，通過獲取多年的影響因子數據，研究玉溪市生態系統服務重要性的時空演變規律，推測未來分布格局。

生態系統是一個錯綜復雜又有其自身運行規則的系統，環境保護任重道遠，研究方法與結果可以為類似研究提供科學參考，可以為玉溪市生態保護和建設發展提供合理的決策依據。

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收稿日期：2022-11-02

基金項目：云南省教育廳科學研究項目（2022Y290）

作者簡介：杜園園（1996-），女，河南洛陽人，碩士，主要從事土地資源利用與保護研究，（電話）18638890277（電子信箱）1049634851@qq.com；

通信作者，陳運春（1976-），女，云南昭通人，副教授，碩士，主要從事土地資源利用與保護研究，（電話）15565367976（電子信箱）

504681206@qq.com。