Page 113 - 《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 · 1469 ·

只考虑基本的四大碳库，碳密度数据参考同地区研 ∑
11
V j = C jn （11）
究结果（ 表 1） [18] ，用总碳储量表示固碳服务，计算公
n=1
式如下： ∑
5
C = (C a +C b +C c +C d )×S （6） ESV = V j ×S j （12）
式中： 为总碳储量，t；C 为地上碳密度，t/hm ；C 为 j=1
2
b
a
C
式中：V 为土地利用类 型 j 的生态系统服务价值，元；
j
地下碳密度，t/hm ；C 为土壤碳密度，t/hm ；C 为死
2
2
c
d
C 为土地利用类 型 j 对应的二级生态系统服务价
n
亡有机质碳密度，t/hm ； 为各土地利用类型面积， j
2
S
值 n（食物生产价值、气候调节价值等），元；S 为土地
j
2
hm 。
2
利用类 型 j 的总面积，hm ；ES V 为研究区总的生态
表 1 清水河流域不同土地利用类型碳密度参数 系统服务价值，元。

Table 1 Carbon density parameters of 以单位面积农田生态系统粮食生产的净利润当
2
land use types in Qingshui River Basin t/hm
作 1 个标准当量因子的生态系统服务价值量，标准
土地利用类型 C a C b C c C d 当量因子的值参考以往研究定义为实际粮食产值的
耕地 6.60 0.66 92.90 0 1/7 ，当量系数表参照文 献 [19]。根据《全国农产品
[21]
林地 29.66 9.79 110.75 1.68 成本收益资料汇编》，201 年全 国 3 种稻谷粮食收
8
1
草地 1.03 2.61 62.90 0.24 购价格平均值为 2.5 元/kg，清水河流域 2000—
8
水域 2.29 0 17.16 0 201 年粮食产量均值 为 19 314 t/a，粮食种植面积均
值 为 8 374 hm /a，其 中 200 年、200 年粮食种植面
2
2
1
建设用地 7.61 4.51 42.17 0
积数据缺失，采 用 200 年、200 年的数据利用线性
0 3
1.3.4 土壤保持服务 插值法得到。参考谢高地等 [19 ] 发展的植被净初级生
InVES 泥沙运移模型在土壤流失流失方程 产力（net primary productivity，NPP）修正方法，崇礼
T
2
（USLE）的理论基础上进行了改进，在沉积物持留方 区 201 年平 均 NP 为 422.38 g/(m ·a)，全国水平为
P
8
面，该模型考虑了植物对土壤侵蚀的减缓以及对上 338.16 g/(m ·a)，修正系数 为 1.25。最终计算得到标
2
2
坡沉积物具有拦截作用这一重要水文过程，使得模 准当量因子 为 1 033.8 元/hm ，进而得 到 2000—2018
2
拟结果更科学合理。本研究采用改进 的 USL 方 年清水河流域不同土地利用类型单位面积生态系统
E
程，具体计算方法如下： 服务价值（ 表 2）。
（7） 1.3.6 未来情景构建
RKLS i = R i × K i ×LS i
（8） 结 合 CA-Marko 模型以 及 ArcMa 软件中的重
USLE i = R i × K i ×LS i ×C i ×Z i v p
i−1 i−1 分类工具来实现土地情景预测及设计。按照清水河
∑ ∏
(1−SE i ) （9）
SEDR i = SE i USLE i
流域自然发展情景，通过 CA-Marko 模型模拟出
v
1 i+1
7
（10） 202 年流域的土地利用分布（参考前期研究 [16] ），在
SEDRET i = RKLS i −USLE i +SEDR i
p
式中：RKLS 为栅 格 i 基于地貌和气候计算的潜在土 ArcMa 软件中对该栅格实施不同规则的栅格属性
i
壤侵蚀量，t；R 、K 、LS 、C 、Z 为单元栅格 i 的降水 重分类，得到不同力度生态修复措施下的土地利用
i
i i i i
侵蚀力因子、土壤可蚀性因子、坡长坡度因子、植被 情景。重分类规则参考清水河流域当地的退耕还
覆盖与管理因子、土壤保持措施因子；USLE 为栅 林、还草政策而制定，不同情景设计具体见 表 3。
i
格 i 的土壤实际侵蚀量，t；SEDR 为栅 格 i 的土壤持
i
2 结果和分析
留量，t；SE 为栅 格 i 的泥沙持留率；SEDRET 为栅
i
i
格 i 的土壤保持量，t；C 对应于栅 格 i 中耕地、林地、 2.1 清水河流 域 2000—201 年生态系统服务时空
i
8
草地、水域、建设用地的取值分别为 0.05、0.03、 变化
0.04、0、0， 类似地，Z 对应栅 格 i 中的耕地、林地、 2000—201 年清水河流域碳储量、土壤保持
i
8
草地、水域、建设用地分别取 值 1、1、1、0、0。其他 量、产水量及其空间变化分别如 表 4 和 图 3 所示。
7
因子根据模型推荐参数输入。 碳储量 由 200 年 的 2.23×10 减 至 200 年 的 2.21×
t
0
9
7
1.3.5 生态系统服务价值计算 10 t，201 年进一步减 至 2.20×10 t。整个时期清水
7
8
2
根据谢高地等 [19-20 ] 发展的当量因子法来计算生 河流域单位面积碳储量减少 约 1.10 t/hm （ 表 4），固
态系统服务价值，计算公式如下： 碳服务呈下降趋势。研究区土壤保持总量 在 2000—