張欣蓉,王曉峰,程昌武,4,劉世榮,周潮偉,6

1 長安大學地球科學與資源學院,西安 710054 2 長安大學土地工程學院,西安 710054 3 陜西省土地工程重點實驗室,西安 710054 4 中國科學院水利部水土保持研究所,楊凌 712100 5 中國林業(yè)科學研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所,北京 100091 6 中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心,北京 100085

生態(tài)系統(tǒng)服務是人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的各種產品與惠益[1],與人類福祉密切相關,是人類生存與發(fā)展的基礎[2]。在全球變化背景下,隨著人類活動的加劇導致全球環(huán)境破壞、生態(tài)退化、生物多樣性喪失,損害生態(tài)系統(tǒng)的健康,從而威脅人類福祉[3- 4]。聯(lián)合國千年生態(tài)系統(tǒng)評估計劃對全球24項生態(tài)系統(tǒng)服務進行評估,發(fā)現(xiàn)約60%生態(tài)系統(tǒng)服務類型都在退化,如淡水供應、侵蝕控制、區(qū)域氣候調節(jié)等[5]。生態(tài)系統(tǒng)服務是連接生物過程和人類福祉的橋梁和紐帶,其研究應包括自然和社會經濟兩方面:既關注生態(tài)系統(tǒng)服務的自然供給,同時重視人類從自然中獲得惠益的生態(tài)系統(tǒng)服務需求[6]。生態(tài)系統(tǒng)服務流是實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務供給和人類需求耦合的重要橋梁[7],對生態(tài)系統(tǒng)服務的輸送、轉化和維持具有重要的作用[8]。從授粉[9- 10],物種遷徙[11]、水文[12]以及污染物的傳輸[13]等,與生態(tài)系統(tǒng)服務相關的各個研究領域都認識到空間流動的重要性。因此,需要對生態(tài)系統(tǒng)服務從產生、流動到使用的全過程進行研究,理清生態(tài)系統(tǒng)服務從供給到達需求的流動過程,才能明確生態(tài)系統(tǒng)服務變化究竟對人類福祉產生了什么樣的影響[14]。

自千年生態(tài)系統(tǒng)服務評估以來,全球范圍內掀起了生態(tài)系統(tǒng)服務研究的熱潮,并在生態(tài)系統(tǒng)服務空間制圖、價值評估、形成與影響機制、多種類型生態(tài)系統(tǒng)服務之間的權衡協(xié)同關系等多個方面,取得了較大的研究進展[15- 18]。隨著生態(tài)系統(tǒng)服務研究的不斷深入,生態(tài)系統(tǒng)服務研究中越來越關注人類需求,離開人類受益者,生態(tài)系統(tǒng)的結構和過程無法形成生態(tài)系統(tǒng)服務[19- 20]。因此,國內外學者對生態(tài)系統(tǒng)服務供需開展了大量基礎研究和應用研究,如張立偉等[21]認為供給與需求是生態(tài)系統(tǒng)服務研究的一項重要內容；Goldenberg等[22]以瑞典西德哥爾摩地區(qū)為景觀案例,選取氣候調節(jié)和洪水調節(jié)兩個調節(jié)服務,量化并繪制潛在和實際生態(tài)系統(tǒng)服務供需；劉立程等[23]以蘭州市為例,分析研究區(qū)產水、食物供給、碳固定和土壤保持4項服務的供需匹配狀況。生態(tài)系統(tǒng)服務流可以將具有空間異質性的供給與需求有效連接,目前處于發(fā)展的起步階段,并向著定量化和空間化的趨勢發(fā)展[24]。如Li等[25]基于流量比對關中-天水經濟區(qū)碳固定服務的供需空間匹配特征進行研究,并量化固碳服務流的大小和方向；Li等[26]利用水文模型從格網尺度和行政區(qū)尺度對京津冀區(qū)域水源供給服務流和水安全格局進行研究；Xu等[27]基于修正風蝕模型(RWEQ)和混合單粒子拉格朗日積分軌跡模型(HYSPLIT)模型了寧夏自治區(qū)鹽湖縣防風固沙服務的時空格局和流動軌跡。綜上所述,目前較多學者主要通過生態(tài)系統(tǒng)服務供給的變化描述其對人類福祉的影響[28- 30],但這些研究忽略了受益區(qū)的具體空間位置,沒有綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)服務供需的空間異質性及空間錯位問題[8]；其次靜態(tài)研究較多,重點探討供給和需求在某一時間點的空間和數(shù)量關系,少數(shù)涉及時間段內兩者的時間和空間動態(tài)[31]；現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)服務流動的研究大多還停留在概念化和初步探索階段,明確繪制具體服務流路徑的研究相對較少[32- 33]。

西南喀斯特區(qū)是我國典型的生態(tài)脆弱區(qū)。近年來,由于喀斯特地區(qū)自身脆弱的生態(tài)條件,加之人為干擾和資源的不合理利用,導致區(qū)域內生態(tài)環(huán)境退化,自然災害頻發(fā),產生嚴重的水土流失和石漠化現(xiàn)象,極大破壞了生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能,威脅人類的生存和發(fā)展[34]。因此,以西南喀斯特區(qū)為研究區(qū),分別運用RUSLE、CASA、InVEST三種生態(tài)模型精準核算2000—2015年土壤保持服務、固碳服務和產水服務的供給量,基于土地利用數(shù)據(jù)和社會經濟數(shù)據(jù)對三種服務的需求進行量化和空間化,揭示生態(tài)系統(tǒng)服務供需數(shù)量關系和空間匹配特征,最終確定生態(tài)系統(tǒng)服務的供給區(qū)、需求區(qū)以及服務流的傳輸路徑和流量。這不僅可以豐富生態(tài)系統(tǒng)服務的相關研究,還可以為生態(tài)補償、國土空間規(guī)劃、生態(tài)系統(tǒng)服務付費提供科學依據(jù)和理論支撐,對于實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展及提高人類福祉具有重要意義。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

西南喀斯特區(qū)包括:四川、重慶、湖北、湖南、云南、貴州、廣東和廣西8個省份,占地面積約193萬km2(圖1),巖溶面積占八省總面積的26.51%。氣候類型為典型的亞熱帶季風氣候,年平均氣溫-11.12—24.56℃,年降雨量450.11—2759.88 mm。植被類型主要為亞熱帶常綠闊葉林、少部分區(qū)域分布有熱帶季雨林、雨林和青藏高原高寒植被。我國西南喀斯特區(qū)是全球喀斯特集中分布面積最大,巖溶發(fā)育最強烈、景觀類型復雜、生物多樣性豐富、生態(tài)系統(tǒng)極為脆弱的典型地區(qū),在全球喀斯特生態(tài)系統(tǒng)中占重要地位[35]。

圖1 研究區(qū)概況Fig.1 Study area

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本文所使用的基礎數(shù)據(jù)包括以下幾類:①氣象數(shù)據(jù):包括西南喀斯特區(qū)以及周邊氣象站點的太陽輻射、降水量、溫度等數(shù)據(jù),來源于中國氣象科學數(shù)據(jù)網站(http://data.cma.cn/)。風速和風向數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)來源于歐洲中期天氣預報中心(https://www.ecmwf.int/)。②NDVI數(shù)據(jù):來源于美國國家航空航天局(NASA)的MODIS數(shù)據(jù)(https://search.earthdata.nasa.gov/search),空間分辨率為250 m。③土地利用數(shù)據(jù):2000、2005、2010和2015年,空間分辨率1km,來源于資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(https://www.resdc.cn/)。④土壤數(shù)據(jù):采用基于世界土壤數(shù)據(jù)庫(HWSD)的中國土壤數(shù)據(jù)集(v1.1),來源于寒區(qū)旱區(qū)科學數(shù)據(jù)中心(http://westdc.westgis.ac.cn)。⑤DEM數(shù)據(jù):來源于地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn),空間分辨率為30 m。本文基于填洼的DEM數(shù)據(jù),計算水流的方向與匯流積累量,并以100 km2作為流域最小集水面積閾值提取喀斯特區(qū)域的水系河網,并將整個區(qū)域劃分為106個流域。⑥社會經濟數(shù)據(jù):主要包括牲畜數(shù)量、氮肥施用數(shù)量、用電量、蒸汽和熱水的用量、城鄉(xiāng)居民人口、GDP等,主要來源于國家統(tǒng)計局、各省市統(tǒng)計局、水資源公報、土壤保持公報等。將所有空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一為Albers投影,空間分辨率為1 km。

1.3 生態(tài)系統(tǒng)服務供需評估

1.3.1土壤保持服務

本研究基于修正土壤流失通用方程(RUSLE),土壤保持服務的供給量以潛在土壤侵蝕量與實際土壤侵蝕量之差作為衡量指標。實際的土壤侵蝕是人類期望能夠被治理的和期望獲得的生態(tài)系統(tǒng)服務數(shù)量,因此,本研究以實際的土壤侵蝕量表征土壤保持服務的需求量。具體計算公式如下:

供給量:

Ac=Ap-Ar=R×K×LS×(1-C×P)

(1)

需求量:

Ar=R×K×LS×C×P

(2)

式中,Ac為土壤保持量,Ap為土壤潛在侵蝕量,Ar為實際土壤侵蝕量;K為土壤侵蝕因子；LS為坡度坡長因子；P為水土保持因子；C為植被覆蓋因子,具體計算過程詳見參考文獻[36]。

土壤保持服務流是指沉積物的源、匯和使用者之間建立的空間連接,也就是從土壤侵蝕供給區(qū)到需求區(qū)的空間移動。泥沙在到達河流前,先被地上徑流攜帶,從較高的地方移動到較低的地方,然后匯入河流,被攜帶到中下游。因此,本研究以子流域為連通尺度,將土壤保持供給能滿足需求的流域視為供給區(qū),相反,將供給難以滿足需求的流域視為需求區(qū)。土壤保持服務流路徑主要依據(jù)地形和河流水文網確定,流量主要依據(jù)供給盈余量確定。

1.3.2產水服務

本研究采用InVEST模型中的產水模塊計算區(qū)域產水服務供給量[37],該模型基于水量平衡原理,利用區(qū)域水分的輸入量降水與輸出量蒸散發(fā)的差值得到區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的產水量。以地區(qū)水資源的消耗量作為產水服務需求的保守估計根據(jù)。ARIES模型中對水資源消耗的定義與分類[38],水需求模型主要包括4大類:農業(yè)用水、工業(yè)用水、居民生活用水(又分為農村居民與城鎮(zhèn)居民)、牲畜用水,由于數(shù)據(jù)限制,本文沒有計算牲畜用水量。計算公式如下:

(3)

(4)

PETx=Kcx×ETox

(5)

(6)

需求量:Wtot=Wagr+Wind+Wdom=Ax×Agrx+Gx×Indx+Px×Domx

(7)

式中,WYx為柵格單元x的產水量,Px為年降雨量,AETx為年實際蒸散量,PETx為年潛在蒸散量,ETOx為參考植被蒸散量,KCx為作物蒸散發(fā)系數(shù),AWCx為植物可利用含水量,wx為經驗參數(shù)。Wtot為總需水量,由Wagr農業(yè)灌溉用水量、Wind工業(yè)用水量和Wdom居民生活(城,鄉(xiāng))用水相加得到；Wagr農業(yè)灌溉用水量由Ax耕地面積與Agrx實灌畝均用水量相乘得到；Wind工業(yè)用水量由Gx工業(yè)GDP生產總值與Indx每萬元GDP所消耗的年均用水量相乘得到；Wdom居民生活(城,鄉(xiāng))用水由Px人口總數(shù)(分城、鄉(xiāng)人口)與Domx城鄉(xiāng)居民的年均生活用水量相乘得到。其中各省實灌畝均用水量、每萬元GDP所消耗的年均用水量和城鄉(xiāng)居民生活日均用水量指標均來自于各省的《水資源公報》。

產水服務流以地勢高低造成的重力差異而引起的“水往低處流”作為水流移動的直接動力,以河道作為傳遞通道,從上游流動到下游的定向服務流[38]。因此,本研究根據(jù)河流的水文連通性,以子流域為連通尺度,識別產水的供給區(qū)和需求區(qū)。以河流水系網絡確定產水服務流的路徑,以流域的水供給盈余量確定流量。

1.3.3碳固定服務

在本研究中采用植被凈初級生產力(net primary productivity, NPP)表征碳固定服務的供給量,選用朱文泉等改進的Carnegie-Ames-Stanford Approach (CASA)實現(xiàn)對NPP的模擬[39]。CASA模型因其計算精度較高、數(shù)據(jù)和參數(shù)容易獲取等優(yōu)勢,已被廣泛應用于不同尺度上NPP的計算。以地區(qū)碳排放量作為碳固定服務需求量的保守估計值[40- 41],結合柵格化的人口密度數(shù)據(jù)、GDP數(shù)據(jù)、NDVI以及土地利用數(shù)據(jù),得到研究區(qū)碳固持服務的需求空間分布圖。具體計算公式如下:

供給量:

NPP(x,t)=APAR(x,t)×ε(x,t)

(8)

APAR(x,t)=SOL(x,t)×0.5×FPAR(x,t)

(9)

ε(x,t)=Tε(x,t)×Wε(x,t)×εmax

(10)

需求量:Ctot=Cpop+Clive+Cfert+Cheat+Celec+Clucc

(11)

Cpop=p×l×365

(12)

Clive=EF(T)×N(T)/1000

(13)

Cfert=EF(NF)×N(NF)×44/28

(14)

Cheat+Celec+Clucc=ACh×EFh+ACe×EFe+ACl×EFl

(15)

式中,NPP(x,t)為植被凈初級生產力,APAR(x,t)為植被吸收的光合有效輻射,由SOL(x,t)太陽總輻射量、FPAR(x,t)植被對光合有效輻射的吸收比例估算獲得；ε(x,t)為光合有效輻射轉化為有機碳的效率,由最大光能利用率(εmax)、溫度脅迫(Tε)、水分脅迫(Wε)估算獲得。Ctot為碳固定服務需求量,Cpop為居民呼吸碳排放量,由p人口數(shù)量和l每人每天呼吸CO2排放量計算得到；Clive為牲畜CH4排放量,包括驢、牛、山羊、騾子、馬、綿羊,由EF(T)牲畜的排放因子和N(T)牲畜數(shù)量計算得到；Cfert為農業(yè)氮肥施用過程中N2O排放量,由EF(NF)氮肥施用排放因子和N(NF)氮肥施用量計算得到；Cheat為熱力碳排放量,由ACh蒸汽和熱水的供熱總量和EFh蒸汽和熱水的排放因子計算得到；Celec為電力碳排放量,由ACe使用電量和EFe電力排放因子計算得到；Clucc為土地利用變化的碳排放量,由ACl土地利用類型轉移面積和EFl土地利用轉移碳排放因子計算得到 。

在碳固定服務流模型中,碳釋放生態(tài)系統(tǒng)作為碳源,所有碳源通過大氣環(huán)流與碳匯和使用者聯(lián)系在一起。依據(jù)區(qū)域碳排放量計算需求量,將每個區(qū)域內植被固定的殘余量分配到每一個使用地點。未被固定的碳隨大氣環(huán)流運動到其他區(qū)域,被其他地區(qū)的固碳服務所消耗,因此,本研究依據(jù)碳供給量和需求量的大小關系,識別碳供給區(qū)和需求區(qū)。碳固定服務流路徑主要依據(jù)年均風流場確定,流量主要依據(jù)供給盈余量確定,流速主要依據(jù)年均風速確定。

1.4 生態(tài)系統(tǒng)服務供需比

本研究引入生態(tài)系統(tǒng)服務供需指數(shù)(Ecosystem Services supply and Demand Index, ESSDI)來衡量區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)供需狀況。ESSDI是指區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務供給和需求之間的比值,實現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)服務供給和需求耦合[42]。

(16)

式中,S為生態(tài)系統(tǒng)服務的供給量,D為生態(tài)系統(tǒng)服務的需求量。

2 結果與分析

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務供給量時空變化分析

2000、2005、2010、2015年的土壤保持服務供給量分別為3204.30、3754.38、3888.99、3883.82 t/hm2,說明研究區(qū)2000—2015年土壤保持服務呈先增長后減少的趨勢。2000—2015年土壤保持供給量的空間分布格局變化不大(圖2)。整體上看:土壤保持的高供給區(qū)主要分布在四川省西部和云南省西部的林地和草地覆蓋區(qū),土壤保持量普遍高于5000 t/hm2。

2000、2005、2010、2015年的水供給量分別為1.72×105、1.36×105、2.35×105、3.92×105m3/km2,說明研究區(qū)2000—2015年水供給量大致呈先減少后增加的趨勢。2000—2015年水供給的空間分布格局變化較大(圖2),主要表現(xiàn)為2000年水供給的高值區(qū)主要分布在重慶、貴州和湖南,2010年水供給的高值區(qū)主要分布在湖北東部、廣東北部和湖南地區(qū),2015年水供給的高值區(qū)主要分布在湖北東部、廣東、廣西和湖南,水供給量普遍高于4×105m3/km2。

2000、2005、2010、2015年的碳固定服務的供給量分別為731.49、715.20、713.47、804.40 t/km2,說明研究區(qū)2000—2015年碳固定服務供給量呈先減少后增加的趨勢。2000—2015年碳固定供給量的空間分布格局變化不大(圖2)。整體上看:碳固定的高供給區(qū)主要分布在云南省的西南部和廣東省,碳固定供給量普遍高于1100 t/km2。

圖2 2000—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務供給空間分布Fig.2 Spatial distribution of ecosystem services supply from 2000 to 2015

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務需求量時空變化分析

2000、2005、2010、2015年的土壤保持服務需求量分別為1951.57、2172.73、2048.31、2250.17 t/hm2,說明研究區(qū)2000—2015年土壤保持需求量大致呈波動增長趨勢。2000—2015年土壤保持需求量的空間分布格局變化不大(圖3)。整體上看:土壤保持的高需求區(qū)主要分布在四川省西部和云南省,土壤保持需求量普遍高于1000 t/hm2。

圖3 2000—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務需求空間分布Fig.3 Spatial distribution of ecosystem services demand from 2000 to 2015

2000、2005、2010、2015年的水需求量分別為0.92×105、0.93×105、0.98×105、0.96×105m3/km2,說明研究區(qū)2000—2015年水需求量大致呈先增加后減少的趨勢。2000—2015年水需求量的空間分布格局變化不大(圖3)。水需求的高值區(qū)主要分布在廣東省東南部、湖北省東部、湖南東部,水需求量普遍高于2.5×105m3/km2。從圖4可以看出各省份不同年份的水資源用途分類變化:除重慶外,其余所有省份農業(yè)灌溉用水最多。在2005和2010年重慶工業(yè)用水高于農業(yè)灌溉用水,而在2000和2015年工業(yè)用水和農業(yè)灌溉用水相對持平。工業(yè)用水量中屬廣東省最高,高于1.0×1010m3,其次為湖北和湖南。

圖4 2000—2015年不同省份水資源用途分類柱狀圖Fig.4 The structure of water consumption from 2000 to 2015

2000、2005、2010、2015年的碳固定服務的需求量分別為225.47、312.36、369.31、393.83 t/km2,說明研究區(qū)2000—2015年碳固定服務需求量呈持續(xù)增長趨勢。2000—2015年碳固定服務需求量的空間分布格局變化較大(圖3),2000年碳固定服務高需求區(qū)分布在四川東部、重慶西部和廣東東部,而在2015年四川東部、廣東、湖南、湖北、重慶大部分區(qū)域均已成為高需求區(qū),碳固定服務的需求量普遍高于500.00 t/km2。從表1中可以看出各省份不同年份碳需求結構變化:各省份不同類型碳排放中,電力碳排放占主導位置,其次為人口呼吸和土地利用轉變。電力碳排放屬廣東最高,其次為四川和湖北。土地利用轉變碳排放屬云南最高,其次為四川和廣西。居民呼吸碳排放屬廣東和四川最高。農業(yè)化肥碳排放屬湖北最高,其次為四川。牲畜碳排放中屬四川最高,其次為云南。除四川和湖北省以外,其余省份均不存在熱力碳排放。

表1 研究區(qū)各類碳固定需求量變化表

A代表居民呼吸碳排放量,B代表農業(yè)碳排放量,C代表牲畜碳排放量,D代表土地利用變化產生的碳排放量,E代表熱力碳排放量,F代表電力碳排放量

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務供需平衡分析

2000、2005、2010、2015年的土壤保持服務的供需比分別為336.74%、172.80%、189.86%、172.60%,說明研究區(qū)的整體土壤保持服務供給能滿足需求,但供需比呈波動減少趨勢?？臻g分布上(圖5),四川西部、重慶東部和云南的土壤保持供不應求。從表2中可以看出:四川和云南的土壤保持供給量最高,對應的需求量也最高。除2000年廣東省和2015年云南省供需比小于100%,其余省份土壤保持供給都能滿足需求。廣西省的供需比最高,可達到300%以上。

圖5 2000—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務供需平衡變化Fig.5 Balance between supply and demand of ecosystem services from 2000 to 2015

2000、2005、2010、2015年的產水服務的供需比分別為186.96%、146.24%、239.80%、408.33%,說明研究區(qū)的整體產水服務供給能滿足需求,但供需比呈先減少后增加的趨勢。空間分布上(圖5),2000年在廣東西南部、廣西南部、云南東部,2010年在云南省,2015年在四川東部水供給難以滿足需求,供需比普遍低于35%。從表2中可以看出:云南省在2005年和2010年、廣西省在2000年和2005年水供給均為負值,遠不能滿足需求。廣東省在2000年和2005年供需比小于100%,分別為13.42%和77.91%,說明水供給服務供不應求。貴州、重慶、四川和湖北供需比均大于200%,說明水供給服務供大于求。

2000、2005、2010、2015年的碳固定服務的供需指數(shù)分別為324.43%、228.97%、193.19%、204.25%,說明研究區(qū)的整體碳固定服務供給能滿足需求,但供需比呈波動減少趨勢?？臻g分布上(圖5),各省份之間供需關系差異大,在四川東部、廣東省珠江三角洲、湖北省東部碳固定供給小于需求,供需指數(shù)普遍小于100%。從表2中可以看出:廣東省在2005、2010、2015年供需指數(shù)小于100%,分別為84.17%、74.06%、77.53%,呈現(xiàn)碳固定供需赤字。云南省供需指數(shù)最高,可達到500%以上,供給遠大于需求。其次為四川和廣西省,供需指數(shù)可達到200%以上。

表2 2000—2015年各類生態(tài)系統(tǒng)服務供需平衡表

2.4 生態(tài)系統(tǒng)服務流

土壤保持需求區(qū)(圖6)主要分布在云南西北部的金沙江流域,以及廣東部分沿海流域,2000年和2010年需求區(qū)較2015年增加了云南省的元江流域。云南省的元江流域和廣東部分沿海流域由于靠近研究區(qū)邊界,未被本地土壤保持的那部分土壤流失量隨著河流水文網流動研究區(qū)外。從土壤保持服務流的流量等級來看,高服務流主要分布在云南的黑水河流域、四川的雅礱江流域、廣東的北江和東江流域,2000年和2010年四川省的岷江和大渡河流域為高服務流而到2015年轉變?yōu)檩^高服務流。湖南省的湘江流域從2000年的較低服務流到2010年和2015年轉變?yōu)橹械确樟鳌?/p>

2000—2015年產水需求區(qū)面積逐年縮減(圖6),云南的元江、普渡河、牛欄江流域在2000年、2010年和2015年均為產水需求區(qū),除此之外,2000年的需求區(qū)還分布在云南的南盤江流域,廣西的紅水河流域以及廣東的東江和北江流域,2010年需求區(qū)還分布在云南的瀾滄江和南盤江流域,2015年需求區(qū)還分布在四川省培江和渠江流域。云南省的需求區(qū)主要由金沙江和雅礱江供給,廣西和廣東的需求區(qū)主要由紅水河供給。廣西的紅水河流域在2000年為需求區(qū),而到2010年變?yōu)檩^低服務流,最后在2015年轉變?yōu)楦叻樟鳌?/p>

2000—2015年碳固定需求區(qū)(圖6)主要分布在廣東沿岸、湖北東部、重慶西部和四川東部區(qū)域。其中湖北東部碳需求區(qū)中未被本地植被固定的碳,隨著風被傳遞到湖北西部和湖南區(qū)域從而被固定；重慶西部和四川東部的碳固定需求區(qū)主要由四川中部和北部區(qū)域植被固定；廣東沿岸的碳固定需求區(qū)主要由廣西植被固定。碳高服務流主要分布在云南的西南部,方向由西南至東北。碳較高服務流主要分布在四川西部區(qū)域,較低服務流主要分布在湖南省。

3 討論

生態(tài)系統(tǒng)服務供需雙方是服務形成、輸送和最終被消費的主體,沒有人類需求,生態(tài)系統(tǒng)功能和過程無法形成服務。目前生態(tài)系統(tǒng)服務供給的定量研究方法相對比較成熟,尤其是物質量、價值量以及評價模型等方面,然而,生態(tài)系統(tǒng)服務需求的量化仍處于不斷探索和發(fā)展中[43]。由于人們對于生態(tài)系統(tǒng)服務需求概念內涵缺乏統(tǒng)一的理解,對于生態(tài)系統(tǒng)服務需求量化的方法和標準也并不一致[44],可能導致評價結果存在很大的差異,所以亟需建立普適性的定量化和空間化準則和框架,以利于多種方法在不同地區(qū)的應用,從而通過對比驗證增強結果可靠性,進一步應用到生態(tài)系統(tǒng)管理和規(guī)劃等領域。本文雖然從數(shù)量和空間上對各項生態(tài)系統(tǒng)服務的供需狀況進行研究,但仍無法充分反映生態(tài)系統(tǒng)服務供需平衡內部機理與驅動機制。此外,本文僅對供給和調節(jié)這兩種生態(tài)系統(tǒng)服務進行分析,并對未對西南喀斯特區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務供需平衡進行全面評估。

生態(tài)系統(tǒng)服務的供給和消費是生態(tài)系統(tǒng)服務空間流動的起點和終點,通過復雜多變的網絡途徑,從供給方出發(fā)最終到達受益方[45]。目前生態(tài)系統(tǒng)服務流的研究主要關注其概念與理論內涵,以及研究框架,缺乏具體案例研究。本文基于大氣環(huán)流和水流量化生態(tài)系統(tǒng)服務流路徑,很大程度上是一種嘗試與探索。其次,本研究服務流繪制過程中僅考慮了自然因素,而忽略了人類活動對于服務流的影響,也沒有綜合考慮服務流在傳輸路徑上的衰減或累積效應。因此,未來應該從生態(tài)系統(tǒng)服務的供給、流量、流向、流速、耗散和消費變化以及不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務的作用方向與供給范圍等方面出發(fā),分析生態(tài)系統(tǒng)服務在傳遞過程中對其所涉及的區(qū)域產生的影響,揭示生態(tài)系統(tǒng)服務在傳遞過程中的損耗與衰減規(guī)律,實現(xiàn)對跨尺度、跨區(qū)域、跨邊界的生態(tài)系統(tǒng)服務空間轉移規(guī)律的探索。

西南喀斯特區(qū)碳固定服務供不應求區(qū)主要分布在人口分布較為集中、工業(yè)化程度較高,且大型生態(tài)源地缺失的區(qū)域。警戒我們在追求經濟發(fā)展的同時,還應該考慮植被固碳對于維持區(qū)域碳平衡的重要性。產水供需平衡空間分布格局變化較大,主要受水供給的動態(tài)影響較大,要實現(xiàn)區(qū)域產水服務的供需穩(wěn)定平衡,不僅依靠自然的降雨供給,還應該依靠水庫蓄水和跨區(qū)域調水。因此,對于生態(tài)系統(tǒng)服務供需平衡分析有利于對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務的供需狀況有一個整體的把握,從而重點關注并將有限的人力和物質資料投入供給緊張區(qū),實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。

4 結論

(1)2000、2005、2010、2015年的土壤保持服務供給量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢,需求量呈現(xiàn)波動增長的趨勢,供需比呈現(xiàn)波動減少趨勢。土壤保持高服務流主要分布在云南的黑水河流域、四川的雅礱江流域、廣東的北江和東江流域

(2)2000、2005、2010、2015年的水供給量呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢,水需求量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢,供需比呈先減少后增加的趨勢。2000—2015年產水需求區(qū)面積逐年縮減,廣西的紅水河流域在2000年為需求區(qū),而到2010年變?yōu)檩^低服務流,最后在2015年轉變?yōu)楦叻樟鳌?/p>

(3)2000、2005、2010、2015年的碳固定供給量呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢,碳固定需求量呈現(xiàn)持續(xù)增長趨勢,供需比呈波動減少趨勢。碳固定需求區(qū)主要分布在廣東沿岸、湖北東部、重慶西部和四川東部區(qū)域。碳高服務流主要分布在云南的西南部,方向由西南至東北。