洪步庭，任 平①，苑全治，王 玲

(1.四川師范大學(xué)西南土地資源評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610066；2.四川師范大學(xué)國(guó)土資源開發(fā)與保護(hù)協(xié)同創(chuàng)新中心，四川 成都 610066)

自然生態(tài)系統(tǒng)是地球生命支持系統(tǒng)的重要組成部分，是人類賴以生存和社會(huì)發(fā)展的基本保證[1]。當(dāng)前，人類活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的影響范圍和干擾強(qiáng)度正在不斷加大，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)破壞、功能下降，并由此引發(fā)土地退化、沙漠化和生物多樣性銳減等一系列生態(tài)環(huán)境問題，成為制約人類福祉提高和區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。如何對(duì)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行合理利用與科學(xué)管理，遏制生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的退化趨勢(shì)，從而維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全和人類福利不受影響是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容[2]，也是世界各國(guó)學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題[3-5]。

生態(tài)功能區(qū)劃是根據(jù)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)類型、生態(tài)環(huán)境敏感性和生態(tài)服務(wù)功能的空間分異規(guī)律，將區(qū)域劃分成不同生態(tài)功能區(qū)的過程[6]，對(duì)于促進(jìn)脆弱生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)與恢復(fù)、保障區(qū)域生態(tài)安全、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展具有十分重要的意義。中國(guó)于2002年發(fā)布了《生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》，對(duì)開展生態(tài)功能區(qū)劃的一般原則、主要內(nèi)容和方法等作出了明確規(guī)定[7]；原環(huán)境保護(hù)部和中科院于2008年聯(lián)合編制了《全國(guó)生態(tài)功能區(qū)劃》，并結(jié)合新時(shí)期中國(guó)生態(tài)安全與保護(hù)形勢(shì)，以“全國(guó)生態(tài)環(huán)境十年變化(2000—2010年)調(diào)查與評(píng)估”為基礎(chǔ)，對(duì)《全國(guó)生態(tài)功能區(qū)劃》進(jìn)行了修編[8]。除此以外，相繼有學(xué)者從省域[9]、市域[10]和縣域[11]等空間尺度開展了大量生態(tài)功能區(qū)劃實(shí)證研究，為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)管理提供了重要指導(dǎo)。但由于中國(guó)疆域遼闊，氣候和地形地貌等條件區(qū)域差異較大，各類生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育與演變的自然基礎(chǔ)和開發(fā)利用程度不盡相同，基于全國(guó)和行政區(qū)尺度的區(qū)劃方案不足以反映流域尺度的特征，區(qū)劃結(jié)果也很難直接用于指導(dǎo)流域生態(tài)保護(hù)和生態(tài)建設(shè)方案的實(shí)施[12-13]。因此，豐富以流域?yàn)槌叨葐卧纳鷳B(tài)功能區(qū)劃理論框架和案例研究，可為流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)流域的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

長(zhǎng)江上游是中國(guó)關(guān)鍵生態(tài)區(qū)域和整個(gè)長(zhǎng)江流域生態(tài)安全的重要屏障，其復(fù)雜多樣的生態(tài)系統(tǒng)、豐富的生物多樣性和特殊的自然環(huán)境，決定著它在長(zhǎng)江流域以及全國(guó)有著不可忽視的生態(tài)戰(zhàn)略地位[14]，上游地區(qū)的生態(tài)建設(shè)更應(yīng)以預(yù)防保護(hù)為主，因此開展長(zhǎng)江上游生態(tài)功能區(qū)劃則顯得至關(guān)重要，但現(xiàn)有相關(guān)研究還比較缺乏。筆者以長(zhǎng)江上游為研究區(qū)域，運(yùn)用GIS空間分析技術(shù)，在揭示研究區(qū)生態(tài)環(huán)境敏感性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性空間分異規(guī)律的基礎(chǔ)上，以子流域?yàn)榛緟^(qū)劃單元，采用兩步聚類法進(jìn)行長(zhǎng)江上游生態(tài)功能區(qū)劃，以期為明確對(duì)長(zhǎng)江上游生態(tài)安全有重要影響的區(qū)域、劃定生態(tài)保護(hù)紅線以及制定差別化的生態(tài)保護(hù)策略與管理措施等提供科學(xué)依據(jù)，進(jìn)而為長(zhǎng)江上游的生態(tài)屏障建設(shè)乃至實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的可持續(xù)發(fā)展提供決策參考。

1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)江上游指長(zhǎng)江源頭至干流宜昌段，長(zhǎng)4 511 km，約占長(zhǎng)江總長(zhǎng)度的70%，主要支流有雅礱江、岷江、嘉陵江、烏江等；上游流域面積105.4×104km2，占長(zhǎng)江全流域面積的58.9%，涉及青、藏、云、貴、川、渝、陜、甘、鄂共9省(自治區(qū)、直轄市)(圖1)。

圖1 研究區(qū)地理位置Fig.1 Location of the study area

長(zhǎng)江上游地區(qū)分布著中國(guó)三大林區(qū)和五大草場(chǎng)之一，林地面積占全流域的43.7%，草場(chǎng)占全國(guó)的6%，草山、草坡約占全國(guó)的1/5。該區(qū)生物資源種類繁多，共有高等植物1萬多種，其中藥用植物 4 100 余種；野生脊椎動(dòng)物1 100余種，占全國(guó)總種數(shù)的40%以上[15]。長(zhǎng)江上游地區(qū)為規(guī)模宏大、具有全球意義的生態(tài)脆弱帶和全球環(huán)境變化的敏感區(qū)[16]。

2 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

研究使用的主要數(shù)據(jù)：氣象數(shù)據(jù)(氣溫、降水、風(fēng)速、相對(duì)濕度和日照時(shí)數(shù)等)，來源于國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)(http:∥data.cma.cn/site/index.html)提供的研究區(qū)及其周邊206個(gè)氣象站1980—2015年逐日氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)；DEM數(shù)據(jù)采用ASTER GDEM數(shù)據(jù)產(chǎn)品，空間分辨率為30 m，來源于中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http:∥www.gscloud.cn/)；土地利用數(shù)據(jù)采用2015年中國(guó)1∶10萬土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是基于Landsat 8遙感影像，通過人工目視解譯生成；生態(tài)系統(tǒng)類型數(shù)據(jù)采用2015年中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)類型空間分布數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是在遙感解譯獲取的中國(guó)1∶10萬土地利用/土地覆蓋數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對(duì)各生態(tài)系統(tǒng)類型進(jìn)行辨識(shí)，經(jīng)分類處理形成；植被類型數(shù)據(jù)采用中國(guó)1∶100萬植被類型空間分布數(shù)據(jù)；歸一化植被指數(shù)(NDVI)數(shù)據(jù)采用中國(guó)1998年以來SPOT_Vegetation 1 km月度植被指數(shù)數(shù)據(jù)集，2010—2015年共72期；土壤侵蝕數(shù)據(jù)采用中國(guó)土壤侵蝕空間分布數(shù)據(jù)；底圖(行政區(qū)劃、河流)采用2015年中國(guó)縣級(jí)行政邊界數(shù)據(jù)和中國(guó)三級(jí)流域空間分布數(shù)據(jù)，以上數(shù)據(jù)來源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn)。土壤數(shù)據(jù)采用世界土壤數(shù)據(jù)庫(HWSD)中的中國(guó)土壤數(shù)據(jù)集(V1.1)[17]，地貌數(shù)據(jù)采用中國(guó)1∶400萬數(shù)字地貌數(shù)據(jù)集，來源于寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥westdc.westgis.ac.cn/)。以上數(shù)據(jù)在經(jīng)過拼接、配準(zhǔn)、裁剪、投影變換和重采樣等一系列預(yù)處理后，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成grid柵格數(shù)據(jù)類型，空間分辨率為1 km，并統(tǒng)一地理坐標(biāo)和投影坐標(biāo)。

3 研究方法

3.1 生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)

3.1.1生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)是在不考慮人類活動(dòng)影響的前提下，評(píng)價(jià)具體的生態(tài)過程在自然狀況下潛在的產(chǎn)生生態(tài)環(huán)境問題的可能性[18]。根據(jù)長(zhǎng)江上游地區(qū)的實(shí)際情況[19]，生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)主要針對(duì)土壤侵蝕、土地沙漠化和石漠化等生態(tài)環(huán)境問題，共選取12個(gè)指標(biāo)進(jìn)行生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)，在參考相關(guān)研究成果[20-21]的基礎(chǔ)上，結(jié)合原國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局發(fā)布的《生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》，對(duì)各敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)按照不敏感、輕度敏感、中度敏感、高度敏感和極敏感分別賦值1、3、5、7和9(表1)。

表1 長(zhǎng)江上游生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Evaluation indices and classification of ecological environment sensitivity in the Upper Yangtze River

1)土壤質(zhì)地賦值中，1～12分別表示石礫、沙、粗砂土、細(xì)砂土、黏土、面砂土、壤土、砂壤土、粉黏土、壤黏土、砂粉土、粉土；2)植被類型賦值中，1～13分別表示水體、草本沼澤、稻田、闊葉林、針葉林、草甸、灌叢和萌生矮林、稀疏灌木草原、年兩熟糧作、一年水旱兩熟、荒漠、一年一熟糧作、無植被；3)大風(fēng)指風(fēng)速大于6 m·s-1。

降雨侵蝕力參考周伏建等[22]提出的簡(jiǎn)便算式進(jìn)行估算；濕潤(rùn)指數(shù)用年均降水量與年潛在蒸散量的比值表示[23]；冬春季大于6 m·s-1大風(fēng)天數(shù)的統(tǒng)計(jì)方法為選取每年1—5月和11—12月2個(gè)時(shí)段[24]，采用反距離權(quán)重插值法進(jìn)行空間插值；地形起伏度通過ArcGIS 9.3軟件中的鄰域計(jì)算工具，在研究區(qū)數(shù)字高程模型(DEM)圖上采用5 km×5 km的基本窗口提?。欢杭綨DVI則采用多年冬春季NDVI最大值的均值；植被覆蓋度采用李苗苗等[25]提出的改進(jìn)像元二分模型進(jìn)行估算，并取多年平均值。

評(píng)價(jià)過程首先基于各生態(tài)環(huán)境問題的形成機(jī)制對(duì)特定生態(tài)環(huán)境問題的敏感性進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后對(duì)多種生態(tài)環(huán)境問題的敏感性進(jìn)行綜合分析，以揭示長(zhǎng)江上游地區(qū)生態(tài)環(huán)境敏感性的空間分布特征和地域分異規(guī)律。

3.1.2特定生態(tài)環(huán)境問題敏感性評(píng)價(jià)

采用幾何平均數(shù)模型計(jì)算各生態(tài)環(huán)境問題的敏感性指數(shù)，其計(jì)算公式為

(1)

式(1)中，Sj為評(píng)價(jià)單元第j類生態(tài)環(huán)境問題的敏感性指數(shù)，j=1，2，3；Cij為第j類生態(tài)環(huán)境問題第i項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的敏感性程度分值；n為第j類生態(tài)環(huán)境問題對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

3.1.3綜合敏感性評(píng)價(jià)

由于綜合敏感性評(píng)價(jià)涉及諸多評(píng)價(jià)因子，任何因子受影響的程度一旦超過閾值，整體生態(tài)系統(tǒng)將受到嚴(yán)重破壞[26]，因此采用極大值法對(duì)多個(gè)生態(tài)環(huán)境問題的敏感性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，其計(jì)算公式為

I=max(Sj)。

(2)

式(2)中，I為生態(tài)環(huán)境的綜合敏感性指數(shù)。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)是對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)典型服務(wù)功能的能力和價(jià)值進(jìn)行評(píng)估，明確各類生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能對(duì)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的作用與重要性，并依據(jù)重要性分級(jí)，明確其空間分布[2]。根據(jù)長(zhǎng)江上游分布的主要陸地生態(tài)系統(tǒng)類型，從水源涵養(yǎng)、生物多樣性保護(hù)和土壤保持3個(gè)方面進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)過程首先針對(duì)單一生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要性進(jìn)行評(píng)定，依次劃分為一般重要、中等重要、較重要和極重要4個(gè)等級(jí)；然后為了識(shí)別研究區(qū)主導(dǎo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其重要性，采用極大值法對(duì)各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要性進(jìn)行疊加運(yùn)算，并繪制長(zhǎng)江上游生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性綜合評(píng)價(jià)圖，以揭示其空間分布格局與特征。

3.2.1水源涵養(yǎng)重要性

區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)的重要性評(píng)價(jià)在于評(píng)價(jià)研究區(qū)提供水資源保障及洪水調(diào)節(jié)作用的大小[27]。結(jié)合已有研究成果[21，28]和研究區(qū)實(shí)際情況，選擇河流及其緩沖區(qū)、湖泊、水庫和水源涵養(yǎng)林作為水源涵養(yǎng)重要性評(píng)價(jià)指標(biāo)，并根據(jù)重要性程度對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)賦值(表2)。

表2 長(zhǎng)江上游水源涵養(yǎng)重要性評(píng)價(jià)指標(biāo)與分級(jí)Table 2 Evaluation indices and classification of water conservation importance in the Upper Yangtze River

3.2.2生物多樣性保護(hù)重要性

《生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》要求根據(jù)國(guó)家與省級(jí)保護(hù)物種的數(shù)量來評(píng)價(jià)生物多樣性保護(hù)的重要地區(qū)，但由于各保護(hù)物種很難落實(shí)到確切的空間上，而生物豐度指數(shù)指單位面積上不同生態(tài)系統(tǒng)類型在生物物種數(shù)量上的差異，可以間接反映被評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)生物的豐貧程度[29]。因此，采用生物豐度指數(shù)作為衡量生物多樣性保護(hù)重要性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并按照0～25(一般重要)、>25～50(中等重要)、>50～75(較重要)和>75～100(極重要)分別賦予重要性等級(jí)。其計(jì)算公式為

IVBR=Abio×(0.35×Af+0.21×Ag+0.28×Aw+0.11×

Aa+0.04×Ac+0.01×Au)/A，

(3)

Abio=100/Amax。

(4)

式(3)～(4)中，IVBR為生物豐度指數(shù)；Af為林地面積，km2；Ag為草地面積，km2；Aw為水域濕地面積，km2；Aa為耕地面積，km2；Ac為建設(shè)用地面積，km2；Au為未利用地面積，km2；A為區(qū)域面積，km2；Abio為生物豐度的歸一化指數(shù)；Amax為生物豐度指數(shù)歸一化處理前的最大值。

3.2.3土壤保持重要性

土壤保持重要性評(píng)價(jià)是在考慮土壤侵蝕敏感性的基礎(chǔ)上，分析其對(duì)下游河流和水資源的潛在危害程度?？紤]到如果以河流水系和主要水源水體作為評(píng)價(jià)對(duì)象，評(píng)價(jià)結(jié)果將呈現(xiàn)沿河流分布的線狀和分散的塊狀分布趨勢(shì)，與其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)結(jié)果難以銜接，也不利于土壤保持重要性空間分布特征的刻畫。因此，在參考相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，選取土壤侵蝕敏感性和土壤侵蝕強(qiáng)度作為土壤保持重要性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，將2個(gè)圖層進(jìn)行疊置分析，并根據(jù)表3的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)賦予重要性等級(jí)。

表3 長(zhǎng)江上游土壤保持重要性評(píng)價(jià)指標(biāo)與分級(jí)Table 3 Evaluation indices and classification of soil conservation importance in the Upper Yangtze River

3.3 生態(tài)功能區(qū)劃

兩步聚類法(Two Step Cluster)是近年來才發(fā)展起來的一種智能聚類方法，可以用來解決海量數(shù)據(jù)、復(fù)雜類別結(jié)構(gòu)時(shí)的聚類分析問題[30]。與常用的層次聚類法和快速聚類法相比，兩步聚類法可以同時(shí)處理連續(xù)變量和離散變量，而不需要在聚類前先對(duì)離散變量進(jìn)行連續(xù)化。同時(shí)，兩步聚類法采用對(duì)數(shù)似然值度量類間距離，并根據(jù)一定的統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來“自動(dòng)地”建議甚至確定最佳的類別數(shù)[31]，結(jié)果的正確性更有保障。

區(qū)劃過程首先基于DEM數(shù)據(jù)和ArcGIS 9.3軟件中的水文分析工具，提取子流域作為生態(tài)功能區(qū)劃的基本單元；然后，以生態(tài)環(huán)境敏感性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)結(jié)果作為聚類變量，采用兩步聚類法對(duì)子流域進(jìn)行聚類分析，并根據(jù)施瓦茨貝葉斯準(zhǔn)則(BIC)、BIC變化量和距離測(cè)量比率確定最佳聚類數(shù)；最后，遵循主導(dǎo)因素、區(qū)域相關(guān)性與共軛性、生態(tài)系統(tǒng)類型相似性與差異性、主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能一致性等區(qū)劃原則，并通過地理相關(guān)法、空間疊置法和主導(dǎo)標(biāo)志法等空間分析方法與GIS技術(shù)，對(duì)有關(guān)子流域進(jìn)行合并和邊界調(diào)整，自上而下將研究區(qū)劃分為不同層次的生態(tài)功能區(qū)劃單位。

4 結(jié)果與分析

4.1 長(zhǎng)江上游生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

長(zhǎng)江上游生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果如圖2所示。從綜合評(píng)價(jià)結(jié)果來看，長(zhǎng)江上游生態(tài)環(huán)境整體上處于中度至高度敏感的狀態(tài)，其中土壤侵蝕敏感性最為突出。土壤侵蝕極敏感區(qū)主要分布在甘肅隴南的西和、禮縣和武都區(qū)以及天水的秦州區(qū)和麥積區(qū)中北部，面積0.36萬 km2；高度敏感區(qū)主要分布在隴南地區(qū)、四川盆地周邊、川滇干熱河谷、川西北以及長(zhǎng)江源區(qū)的通天河下游地區(qū)，面積33.64萬 km2，占研究區(qū)總面積的34.33%。土地沙漠化極敏感區(qū)主要分布在長(zhǎng)江源區(qū)楚瑪爾河中游地區(qū)，面積0.83萬 km2；高度敏感區(qū)與極敏感區(qū)毗鄰，主要分布在楚瑪爾河上游、北麓河流域以及通天河上游地區(qū)，面積5.46萬 km2，占研究區(qū)總面積的5.58%。石漠化極敏感區(qū)和高度敏感區(qū)交織分布，面積2.38萬 km2，占研究區(qū)總面積的2.43%，主要分布在川西南峽谷山地，云南東北部的曲靖、昭通，貴州北部和西北部的遵義、畢節(jié)，重慶的東部和東北部以及湖北的秭歸、興山和巴東等地區(qū)。

4.2 長(zhǎng)江上游生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

長(zhǎng)江上游生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)結(jié)果如圖3所示。從綜合評(píng)價(jià)結(jié)果來看，長(zhǎng)江上游生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總體上呈現(xiàn)較重要、極重要的態(tài)勢(shì)，其中水源涵養(yǎng)和生物多樣性保護(hù)的貢獻(xiàn)較大。水源涵養(yǎng)極重要區(qū)主要分布在岷山—邛崍山一線、烏蒙山以及黔川渝3省市結(jié)合部的遵義等地，面積4.48萬 km2；較重要區(qū)面積37.22萬 km2，分布于川西北高原、橫斷山區(qū)、藏東南、川南、貴州北部、渝東南和大巴山等地區(qū)。生物多樣性保護(hù)極重要區(qū)面積25.20萬km2，主要包括岷山—邛崍山區(qū)、橫斷山區(qū)等，涉及甘肅的迭部、舟曲、文縣，四川的若爾蓋、九寨溝、松潘、平武、北川、汶川、小金、寶興、天全，云南的香格里拉、德欽，貴州的開陽、修文、龍里，重慶的武隆、石柱以及湖北的神農(nóng)架林區(qū)等；較重要區(qū)主要分布在長(zhǎng)江源區(qū)、川西高原、川滇交界、川滇黔交界以及秦巴山區(qū)等地，面積45.43萬km2，占研究區(qū)總面積的46.37%。土壤保持極重要區(qū)主要分布在甘肅的禮縣、西和，四川的平昌、通江、屏山、會(huì)理、會(huì)東，西藏的貢覺、察雅以及重慶的開縣、綦江等地，面積3.03萬 km2；較重要區(qū)主要分布在環(huán)四川盆地丘陵區(qū)、川西高原、藏東南以及川滇干熱河谷等區(qū)域，面積43.26萬 km2，占研究區(qū)總面積的44.15%。

圖2 長(zhǎng)江上游生態(tài)環(huán)境敏感性空間分布Fig.2 Spatial distribution of ecological environment sensitivity in the Upper Yangtze River

圖3 長(zhǎng)江上游生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性空間分布Fig.3 Spatial distribution of ecosystem services importance in the Upper Yangtze River

4.3 長(zhǎng)江上游生態(tài)功能區(qū)劃方案

通過DEM和GIS水文分析工具，研究區(qū)共生成子流域5 725個(gè)(圖4)，將DEM自動(dòng)提取的河網(wǎng)與現(xiàn)狀河流進(jìn)行空間對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者總體吻合較好，說明提取的子流域較為可靠。

圖4 長(zhǎng)江上游子流域空間分布Fig.4 Distribution of sub-basin in the Upper Yangtze River

利用ArcGIS 9.3軟件中的分區(qū)統(tǒng)計(jì)工具，將生態(tài)環(huán)境敏感性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性的評(píng)價(jià)結(jié)果賦予(關(guān)聯(lián))子流域單元，為了最大程度保留數(shù)據(jù)的基本信息，除水源涵養(yǎng)重要性評(píng)價(jià)結(jié)果采用眾數(shù)(majority)方法進(jìn)行處理，其他評(píng)價(jià)結(jié)果(重分類前的評(píng)價(jià)值)采用平均值。利用SPSS 21.0軟件中的分類模塊對(duì)所有子流域進(jìn)行兩步聚類分析，聚類結(jié)果顯示，當(dāng)聚為15類時(shí)BIC值相對(duì)較小，同時(shí)BIC變化率的絕對(duì)值和距離測(cè)量比率的數(shù)值相對(duì)較大，因此初步判斷最佳類別數(shù)為15。將軟件生成的聚類成員變量與子流域矢量圖層進(jìn)行關(guān)聯(lián)，對(duì)有關(guān)子流域進(jìn)行合并，并參照相關(guān)自然地理分區(qū)成果對(duì)邊界進(jìn)行調(diào)整，最終形成長(zhǎng)江上游三級(jí)生態(tài)功能區(qū)劃方案(圖5～6)。

一級(jí)區(qū)劃主要參考大地貌特征和研究區(qū)地理特點(diǎn)，共劃分3個(gè)生態(tài)區(qū)，分別是青藏高原生態(tài)區(qū)、云貴高原生態(tài)區(qū)和四川盆地生態(tài)區(qū)。

二級(jí)區(qū)劃是在一級(jí)區(qū)劃的基礎(chǔ)上，將一級(jí)區(qū)劃結(jié)果與研究區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)類型空間分布數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，選擇其重要或典型者，共劃分7個(gè)生態(tài)亞區(qū)，即長(zhǎng)江源草地生態(tài)亞區(qū)、橫斷山區(qū)林草復(fù)合生態(tài)亞區(qū)、云南高原農(nóng)林草復(fù)合生態(tài)亞區(qū)、貴州高原農(nóng)林復(fù)合生態(tài)亞區(qū)、四川盆地農(nóng)林復(fù)合生態(tài)亞區(qū)、漢中盆地農(nóng)林草復(fù)合生態(tài)亞區(qū)和三峽地區(qū)森林生態(tài)亞區(qū)。

圖5 長(zhǎng)江上游生態(tài)功能一級(jí)和二級(jí)區(qū)劃Fig.5 The first and second order of ecological funcation regionalization in the Upper Yangtze River

三級(jí)區(qū)劃重點(diǎn)體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能類型及其重要性和生態(tài)環(huán)境敏感性特點(diǎn)，選擇其重要或典型者，共劃分15個(gè)生態(tài)功能區(qū)(圖6、表4)。

表4 長(zhǎng)江上游生態(tài)功能區(qū)命名與特征Table 4 The name and characteristic of ecological function regions in the Upper Yangtze River

5 討論與結(jié)論

5.1 討論

5.1.1區(qū)劃方法

該研究在區(qū)劃方法上與《生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》和已有研究存在一定的差異，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)定性指標(biāo)定量化。例如，在土地沙漠化敏感性評(píng)價(jià)中，針對(duì)冬春季植被覆蓋指標(biāo)，暫行規(guī)程和文獻(xiàn)[32]均根據(jù)茂密、適中、較少、稀疏和裸地等類型劃分敏感性程度，缺乏明確的界定標(biāo)準(zhǔn)，該研究則采用多年冬春季NDVI最大值的均值進(jìn)行衡量，提高了指標(biāo)分級(jí)涵義的準(zhǔn)確性。

(2)在數(shù)據(jù)可獲得性的基礎(chǔ)上，選擇適當(dāng)?shù)闹笜?biāo)表征生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性。例如，在生物多樣性保護(hù)重要性評(píng)價(jià)中，暫行規(guī)程和文獻(xiàn)[33]均根據(jù)區(qū)域保護(hù)物種的數(shù)量來進(jìn)行評(píng)價(jià)，但由于該研究中的研究區(qū)域?qū)僦杏^尺度，保護(hù)物種的空間分布數(shù)據(jù)較難獲取，因此筆者在參考借鑒相關(guān)專題研究成果的基礎(chǔ)上，采用生物豐度指數(shù)來進(jìn)行表征，在一定程度上也能夠反映生物多樣性保護(hù)的重要區(qū)域。

(3)分區(qū)劃界的方法不同。暫行規(guī)程要求采用定性和定量相結(jié)合的方法進(jìn)行分區(qū)劃界，邊界的確定應(yīng)考慮利用山脈、河流等自然特征與行政邊界；有學(xué)者主張區(qū)劃邊界保持行政邊界的完整性，有利于生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)能與以行政單元統(tǒng)計(jì)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)更好地融合[34]；還有學(xué)者采用專家智能集成、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析與GIS空間表達(dá)相結(jié)合的方法進(jìn)行區(qū)劃界線的擬定[35]。該研究以子流域作為基本區(qū)劃單元，采用兩步聚類法進(jìn)行分區(qū)劃界是一個(gè)新的嘗試。一方面，子流域作為兼具封閉性與開放性的水文單元，對(duì)于流域尺度的生態(tài)功能區(qū)劃來說針對(duì)性較強(qiáng)，子流域確定的邊界范圍也與國(guó)家全面推行河長(zhǎng)制有一定的銜接；另一方面，兩步聚類法作為一種快速分區(qū)分類方法，根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)特征和一定的判別準(zhǔn)則進(jìn)行聚類，既能反映每個(gè)類型區(qū)主導(dǎo)因素的顯著差異，也能夠在較大程度上減少人為劃界的不確定性。

考慮到在實(shí)際的自然環(huán)境中，生態(tài)系統(tǒng)的分布界線大多為過渡邊界，人為確定的固定區(qū)界將不可避免地對(duì)自然邊界有所打破，尤其是在各類區(qū)界相交的位置處，不確定性較大，從而給生態(tài)管理的實(shí)施帶來一定困難，未來如何進(jìn)一步提高區(qū)劃邊界的科學(xué)性還有待深入研究。

5.1.2區(qū)劃結(jié)果

將該研究的區(qū)劃結(jié)果與《全國(guó)生態(tài)功能區(qū)劃》(修編版)以及部分省(自治區(qū)、直轄市)的區(qū)劃結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可以看出：

(1)區(qū)劃體系與部分省(自治區(qū)、直轄市)尺度的區(qū)劃體系能夠較好的銜接，但與全國(guó)尺度的區(qū)劃體系存在差異。筆者參照《生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》，建立了生態(tài)區(qū)(3個(gè))—生態(tài)亞區(qū)(7個(gè))—生態(tài)功能區(qū)(15個(gè))三級(jí)區(qū)劃體系，四川省[36]、云南省[37]和重慶市[38]等地也采用了相同的區(qū)劃體系，只不過在區(qū)劃數(shù)量上有所不同，而全國(guó)層面的區(qū)劃方案則采用了主導(dǎo)服務(wù)功能(3類)—重要生態(tài)功能類型(9類)—生態(tài)功能區(qū)(242個(gè))的分區(qū)方式，側(cè)重于明確生態(tài)功能區(qū)的空間分布。

(2)區(qū)劃結(jié)果在邊界范圍上與已有研究有所差異，但所反映的區(qū)域生態(tài)環(huán)境敏感性狀況和主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能大致相同(表5)，導(dǎo)致差異的原因主要是該研究在基本區(qū)劃單元選擇、指標(biāo)計(jì)算處理以及區(qū)劃方法上與已有研究不同。另外，該研究的生態(tài)系統(tǒng)類型數(shù)據(jù)采用了2015年的最新成果，大多數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)也都統(tǒng)一到了該時(shí)點(diǎn)，時(shí)效性較強(qiáng)；而其他地區(qū)的區(qū)劃結(jié)果大多于2010年前發(fā)布，采用的數(shù)據(jù)時(shí)間則更早，這也是導(dǎo)致結(jié)果存在差異的一個(gè)重要原因。

表5 與部分已有研究區(qū)劃結(jié)果的對(duì)比[36-38]Table 5 Comparisons of the ecological function regionalization in this study and that in existing researches

5.2 結(jié)論

筆者基于中觀尺度的區(qū)劃視角，在揭示長(zhǎng)江上游生態(tài)環(huán)境敏感性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性空間分異規(guī)律的基礎(chǔ)上，以子流域?yàn)榛緟^(qū)劃單元，采用兩步聚類法劃分生態(tài)功能區(qū)，對(duì)于落實(shí)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶“共抓大保護(hù)、不搞大開發(fā)”的方針，推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶綠色與可持續(xù)發(fā)展具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。主要研究結(jié)論如下：

(1)長(zhǎng)江上游生態(tài)環(huán)境整體上處于中度、高度敏感的狀態(tài)，其中土壤侵蝕敏感性最為突出。土壤侵蝕極敏感區(qū)主要分布在隴南市和天水市；土地沙漠化極敏感區(qū)主要分布在長(zhǎng)江源區(qū)楚瑪爾河中游地區(qū)；石漠化極敏感區(qū)和高度敏感區(qū)交織分布，主要分布在川西南峽谷山地、云南東北部、貴州北部和西北部等地區(qū)。

(2)長(zhǎng)江上游生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總體上呈現(xiàn)較重要、極重要的態(tài)勢(shì)，其中水源涵養(yǎng)和生物多樣性保護(hù)的貢獻(xiàn)較大。水源涵養(yǎng)極重要區(qū)主要分布在岷山—邛崍山區(qū)、烏蒙山以及黔川渝3省市結(jié)合部的遵義等地；生物多樣性保護(hù)極重要區(qū)主要包括岷山—邛崍山區(qū)、橫斷山區(qū)等；土壤保持極重要區(qū)主要分布在甘肅的禮縣、西和，四川的平昌、通江、屏山、會(huì)理、會(huì)東，西藏的貢覺、察雅以及重慶的開縣、綦江等地。

(3)長(zhǎng)江上游地區(qū)可劃分為青藏高原生態(tài)區(qū)、云貴高原生態(tài)區(qū)和四川盆地生態(tài)區(qū)，進(jìn)而可細(xì)分為7個(gè)生態(tài)亞區(qū)和15個(gè)生態(tài)功能區(qū)。區(qū)劃結(jié)果對(duì)于明確當(dāng)?shù)卮嬖诘闹饕鷳B(tài)環(huán)境問題，劃定生態(tài)保護(hù)紅線以及制定差別化的生態(tài)保護(hù)策略與管理措施等具有一定參考價(jià)值。