【科技进展】北京市浅山区森林生态系统服务功能评估

摘要：文章对北京市浅山区森林生态系统的多种生态功能进行评估，从调节服务、支持服务以及文化服务3方面构建适宜的森林生态系统服务评价指标体系。综合运用Invest、USLE模型、ITREE效益计算器以及GIS空间分析技术，对浅山区森林生态系统涵养水源、固碳释氧、土壤保持、生境保护、森林游憩生态系统服务功能进行评估，识别关键保护区域，并提出相应的保护修复措施，为北京市林业可持续发展和生态保护修复优化战略提供一定的基础与科学依据。

关键词：森林生态系统，生态系统服务评估，保护修复，浅山区，北京

作者：刘阳  梁淑榆  蔡怡然  邹天娇  郑曦

来源：中国林业科学研究院《中国城市林业》2020年第2期

　　党的十九大报告提出，浅山区是首都最重要的第一道生态屏障，森林覆盖率达43.5%。推进北京市浅山区森林生态系统服务功能评估研究既能有效识别保护重要的生态空间，还可以为城市森林建设提供科学依据，特别是随着生态学、风景园林学、地理学等研究及实践的深入，基于生态系统服务评估的森林生态系统保护修复成为热点问题。

　　森林生态系统服务是指森林生态系统对于人类社会产生的影响与效用。联合国千年生态系统评估计划（Millennium Ecosystem Assessment，MA）将生态系统服务定义为人类从生态系统获得的效益，并将其分为供给服务、调节服务、支持服务和文化服务4大类型。目前国外关于森林生态系统服务功能评估研究方法大多依据土地利用/覆盖数据，使用地理信息系统（GIS）、InVest模型等评估并绘制森林资源生态系统服务图，评价涵养水源、保育土壤、固碳释氧等生态系统服务效益，确定优先保护区域。国内森林生态系统服务功能评估研究也已积累了一定的基础，其中应用最为广泛的是欧阳志云、谢高地优化的价值当量系数。基于单位面积价值当量因子进行评估，对于将生态系统服务价值纳入国民经济核算体系有重要意义，促进了生态系统服务价值量化研究。总体来看，大多数研究尚不深入，只关注森林生态系统经济价值评估无法反映其产生的原理，缺乏广泛适用的评价方法，因此部分学者开始引用生态系统服务物质量评估方法。物质量评价依托生态系统生态复杂过程研究，结合数学算法和空间模型分析模拟，能够客观反映森林生态系统服务机制，相比单纯的经济量化评估具有一定的科学性与合理性。

　　本文对北京市浅山区森林资源生态系统服务功能进行评价，选取适宜的森林生态系统服务功能评价指标，综合运用Invest、USLE模型以及GIS空间分析技术，评价浅山区森林生态系统服务功能的重要性，识别关键保护修复区域。

　　1 研究区域概况与数据来源

　　1.1 研究区域概况

　　北京市浅山地区是指市域内高程在100～300 m的浅山丘陵地区，共涉及海淀、门头沟、密云等10个区，总面积3 915.01 km2。浅山区区域森林资源丰富，森林覆盖率达43.5%；风景名胜与自然保护区星罗棋布，具有一定的游憩发展潜力，承载着平原发展辐射和带动山区城镇化的双重职能。

　　1.2 数据来源

　　本研究需要的数据类型主要包括土地利用/覆盖数据、高程、坡度、道路、森林公园、保护区、土壤类型、降水等数据以及社会经济数据。

　　2 研究内容

　　2.1 生态系统服务评估指标体系

　　构建浅山区森林资源优先保护区域遴选可实施的量化指标体系，应充分考虑浅山区的核心生态社会服务功能。据此，本文提取浅山区森林资源调节、支持与文化服务功能，提出相应的评估指标，采取AHP层次分析法结合多位专家意见，确定各类指标的权重比例。

　　2.2 生态系统服务功能评估

　　2.2.1 调节服务

　　1）水源涵养。北京市浅山区分布着密云水库、怀柔水库等重要的水源地，提升森林水源涵养生态系统服务功能，对于为首都提供长期可靠的稳定水源意义重大。考虑地表植被覆盖类型以及坡度对径流系数产生的影响，以植被覆盖类型为研究单元，计算研究范围内的雨水滞留量（不同植被覆盖类型的林冠截留量、森林枯落物持水量以及土壤持水量）、径流系数和水源涵养能力空间分布情况。分析结果表明，浅山区整体植被水源涵养生态系统服务能力较高，最高的区域面积占植被总覆盖面积的66%，其中密云区、平谷区等植被覆盖完善，发挥重要的水源涵养服务功能。水源涵养能力较低和最低的面积分别占植被总覆盖面积的10%和2%，其中石景山区植被水源涵养能力最低，亟需采取一定生态以及工程修复措施进行更新、补植，调整森林结构，控制土壤侵蚀，实现林区的高中低植被的综合发展。

　　2）固碳释氧。基于土地利用/覆盖数据，采用美国林务局设计开发的ItreeEco计算工具进行效益量化，得到不同植被类型单位面积固碳释氧能力的经验值，以分析评估浅山区植被固碳释氧能力。分析结果表明，整体上固碳释氧能力表现出由中心城区向深山区递减的规律，浅山区固碳释氧效益显著，是平原区最近的固碳释氧源。固碳释氧能力最高和较高的区域面积占植被覆盖总面积的16%和18%，集中在怀柔区的百泉山风景区、慕田峪长城风景区、密云水库周边及平谷区的老象峰、四座楼自然保护区等区域，应对森林生态系统进行重点保育。固碳释氧能力低和较低的区域面积占植被覆盖总面积的29%和22%。门头沟区、房山区部分区域由于地质原因不适宜森林营建，以灌木林地为主要林分，固碳释氧调节功能薄弱。对覆盖率小、利用价值和生产率较低的灌木林地，应采取人工补植、定向培育等措施，提高灌木林地的利用率和生产力水平。

2.2.2 支持服务

　　1）土壤保持。森林资源对于维持土壤保持能力、减少土壤侵蚀情况有重要的作用。选取应用最为广泛的USLE（Universal Soil Loss Equation）土壤侵蚀模型，根据不同植被覆盖类型以及土壤类型等因子对北京浅山区土壤侵蚀状况进行评价。分析结果表明，研究区域的土壤涵养适宜性呈现基本随海拔与坡度增加而提高，靠近市区过渡的地带土壤涵养适宜性基本都较低。土壤保持能力最高的区域面积占总植被覆盖面积的4.45%。土壤保持能力最低的区域面积占总植被覆盖面积的8.66%，对＞25°的0.016 km2坡耕地尽快逐步退耕还林。房山区地质灾害影响最为严重，需在保护现有天然林地的基础上对低效林进行提质改造，丰富群落层次，灌木林地要调整林分结构，未成林地加强保育措施。

　　2）生物多样性保护。北京浅山区森林是北京重要的种质资源库。基于现状覆盖数据与浅山地区实际状况，首先，定义生境威胁源并采取主成分分析法确定权重；其次，参考以往学者对区域尺度生境质量的评估研究，确定不同土地覆盖类型对不同威胁源的相对敏感程度；最后，运用InVEST模型中的Biodiversity模型评价栖息地质量。

　　分析结果表明，生境质量最好的区域面积达1 133.69 km2，占浅山区植被覆盖总面积的38%，其中密云区的西部、昌平区、怀柔区森林覆盖率较高，生境质量整体较高。生境质量较低和最低的区域面积分别占浅山区植被覆盖总面积的14%和5%，其中房山区、昌平区、怀柔山区——平原交界处、密云区北部的生境质量明显较差，表明过渡地带目前受到极强的人为干扰威胁，在未来不加以保护的情况下，生境质量可能持续下降。应选择较大面积连续的有林地和灌木林地进行植被优化提升，增加林分组成，提高森林覆盖率，形成复合型生境群落。

2.2.3 文化服务

　　浅山地区丰富的森林资源以及文物古迹提供了重要的文化服务功能，游憩娱乐机会与区域道路可达性以及森林景观资源的分布密切相关。采取核密度分析方法计算道路可达性，同时将各类森林景观资源（森林公园、风景名胜区）作为像源中心进行欧式距离计算，服务适宜范围取值为5 km。

分析结果表明，昌平区、海淀区、密云区森林景观资源丰富，游憩机会较大。怀柔区、房山区虽然森林景观资源较好，但道路可达性较低，提供游憩机会略显不足。

　2.2.4 综合评估

　　通过加权叠加分析浅山区区域森林资源调节服务、支持服务以及文化服务能力，对浅山区森林资源生态系统服务功能重要性分为5个等级。分析结果表明，森林生态系统服务呈现出东北部较高，西南部较低，随海拔高度升高而增加的整体趋势。综合生态系统服务能力最高的区域面积832.79 km2，占总植被覆盖面积28%，其中，怀柔区、密云区西北部、海淀区小西山整体森林生态系统服务表现良好，应该以严格保护为前提，增加森林面积、提高森林质量以促进生态效益发挥，为建设首都第一道生态屏障奠定坚实基础；同时注重森林风貌建设，结合立地条件、规划要求和风貌定位，补植彩叶林。综合生态系统服务能力最低的区域面积398.08 km2，占总植被覆盖面积的13%。其中门头沟区以及房山区森林生态系统服务较差，部分原因是由于西南部地质地貌不适宜森林营建，但该区域历史文化丰富，依托“一脉十山三石洞、四库六河多沟道”的特色山水体系，以岩溶地质地貌为亮点，打造两片一线的景观风貌区。以矿山植被生态修复为基底，以景区植物观光休闲为亮点增植山桃花、山杏等春花灌木。

3 结语

　　本文采取物质量评估方法代替传统的价值量核算，利用INVEST、USLEM多种计算模型，强调森林生态系统服务评估的科学性与合理性，并且实现了不同生态系统服务功能的空间可视化，对于森林资源的保护、可持续开发利用以及规划建设具有一定的指导意义。本研究也具有一定的局限性，如土地利用/覆盖数据依据解译和资料查询，精确度有待进一步考核；森林生态系统服务类型多样，目前评价体系尚不完善，缺少森林供给服务类型评价；研究区域是一个较为封闭静态的系统，没有考虑市区以及深山区整体性，这将是以后关注的重点。

第一作者：刘阳（1994-），女，硕士，研究方向为风景园林规划设计。E-mail：863833260@qq.com

通信作者：郑曦（1978- ）,男，博士，教授，博士生导师，研究方向为风景园林规划设计。E-mail：zhengxi@bjfu.edu.cn

来源：中国林业科学研究院《中国城市林业》2020年第2期