Page 111 - 《环境工程技术学报》2022年第5期

第 5 期 裴宏伟等：清水河流域生态系统服务评估及预测 · 1467 ·

ecological degradation in Qingshui River Basin.
Key words Qingshui River Basin; ecosystem service; CA-Markov model; Grain for Green

生态系统是人类赖以生存的环境与基础，在生 统服务和价值的变化，本研究以该流域 2000—
态过程中产生的物质与服务有着无法替代的价 201 年的产水服务、固碳服务、土壤保持服务以及
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值 。生态系统服务是人类从生态系统中获得的直 生态系统服务价值为研究内容，采用预测+设计的情
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接或间接的所有惠益，包括有形的物质供给和无形 景分析法，在预测未来土地格局自然发展的基础上
的服务提供，主要分为供给服务、调节服务、文化服 加入了人为管理的土地利用设计方案，以预测未来
务和支持服务 。随着人类活动对生态系统的干扰 自然、人为影响下的生态系统服务与价值变化，促使
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日益加强，加上不稳定的气候变化，全球超 过 2/ 的 实现生态系统服务与价值的最大化供给，以期为生
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生态系统服务出现下降，生态系统退化的程度已经 态系统服务和价值的预测提供评估框架，同时也为
超过了预期水平 [3-4] 。世界范围内，生态系统服务已 生态可持续发展、土地规划决策提供科学依据。
经成为地理学、生态学、测绘学、社会科学等相关学
1 研究区与研究方法
科的研究前沿与热点。目前，生态系统服务评估已
经上升到国家尺度 [5-7] ，生态系统服务价值的研究也 1.1 研究区概况
已在全球尺度上开展 [8-9] 。生态系统服务与价值的评 清水河流域（114°47′E～115°31′E，40°49′N～
估对自然资源的合理配置与利用，生态补偿、生态恢 41°16′N）位于海河上游，处于内蒙古高原和华北平原
复和生态红线政策制定等具有重大意义 [10-11] 。 过渡地区。流域 内 400 m m 等降水量线穿过，多年平
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由人类活动引起的土地利用变化是影响生态系 均降水量 为 442 mm，降水主要集中 在 6— 月，多年
统服务与价值的主要原因，情景分析法能够准确量 平均气温 为 8.6 ℃，属于大陆性季风气候。流域总面
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化土地利用变化对生态系统服务的具体影响。例 积 约 2 200 km ，高程 为 780～2 165 m（ 图 1）。2018
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如，Ba 等 [12 ] 基于情景比较法区分了土地利用对生态 年，清水河流域总人口 约 1 万人，人口密度 约 5 人/
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系统服务的相对贡献；王培俊等 [13 ] 通过土地预测模 km ，农、林、牧产值分别占经济总产值 的 1/2、1/5、
型预测了未来的生态系统服务价值，为未来的生态 1/4，其中仅蔬菜的经济产值就达到 了 2/5。高强度的
资产评估提供了可行的方案。然而，基于预测模型 农业活动和城镇化快速扩张给当地的水资源、生态
或假设情景建立的情景分析法往往难以量化某一种 环境带来了较大影响。此外，流域气候较为恶劣，暴
或某几种特定的土地利用变化对生态系统服务的影 雨、冰雹灾害时有发生，水土流失较为严重、生态环
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响。这是因为预测模型模拟出的土地情景产生了全 境极为脆弱 。

局的变化，无法准确解释最终的生态系统服务变化
主要受哪种土地利用转变的影响。为了解决这一问
题，部分研究通过设计未来的土地情景来判断某一
种人为的土地管理方式是否能够达到预期的生态系
统服务供给水平 [14-15] ，研究的方法是将对应某一土地
利用类型的栅格改变为另一种特定的土地利用栅
格，从而实现准确地量化某一种土地转变对生态系
统服务的影响，但这种设计情景法缺少了对未来的
预测。综上，通过模型预测未来的情景，并以此对未
来情景进行土地栅格的特定转变的设计（预测+设
计），能够达到准确地模拟未来不同发展方向变化的 图 1 清水河流域高程
土地情景，进而实现对未来不同情景下生态系统服 Fig.1 Elevation of Qingshui River Basin
务和价值的评估。 1.2 数据来源与处理
清水河流域地处河北省西北部，与张家口市崇 土地利用数据来源于遥感数据解译，在前期研
礼区行政边界较为一致。该流域为半湿润向半干旱 究 [16 ] 中已经完成，分辨率 为 30 m，选取 了 200 年、
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过渡的生态脆弱区，也是土地利用受人类活动影响 200 年、201 年 3 个年份数据，根据清水河流域实
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较大的典型区域。为揭示清水河流域未来的生态系 际情况分为耕地、林地、草地、水域、建设用 地 5 个