闫晓东 郭明 张希明 张渊媛 胡理乐

( 陕西长青国家级自然保护区管理局，陕西·汉中，723000) ( 北京麋鹿生态实验中心) ( 国家林业和草原局林草调查

高质量森林、草地、湿地等生态系统，不仅提供了各种供给服务、调节服务、支持服务，还包括丰富的文化服务产品[1-2]。目前，评估和量化生态产品价值的方法较多，生态系统生产总值(GEP)是使用最广泛、影响最大的方法[3]。生态系统生产总值核算，将生态效益纳入经济社会发展评价体系，为生态产品价值实现提供了制度保障[4-5]。陕西长青国家级自然保护区(以下简称长青保护区)，处于中国南北气候的分界线和动植物区系的交汇过渡地带，森林覆盖率达90%以上，为多种动植物繁衍生息提供了良好的条件[6-9]，保护区是秦岭地区重要的动植物“天然庇护所”和“生物资源库”[10-13]。因此，长青保护区生态价值显得极为重要，保护区不仅具备生态物质产品、生态调节服务产品、文化服务产品等有形价值，还具备生物多样性保护的无形价值，引起了全社会的广泛关注和高度重视[14]。

已有部分研究[15-17]采用不同方法、应用不同评估指标、从不同角度，对长青保护区、秦岭生态功能区、秦巴山区生态功能进行了核算与评估，但对陕西长青国家级自然保护区乃至整个秦岭地区生态服务能力的综合评估研究较少。为此，本研究以长青保护区为研究区域，以研究区域水源涵养、固碳、水土保持、防风固沙为评价指标，以获取的气象站数据、地理数据、环境数据、植被数据为计算基础，使用生态系统服务和权衡的综合评估模型(InVEST模型)分析研究区域的生态价值特征，应用局部莫兰指数分析研究区域生态价值空间分布格局。旨在为科学量化和细化研究区生态价值特征、为长青保护区保护管理及整合优化提供参考。

1 研究区域概况

长青保护区是以保护大熊猫及其栖息地为主的森林和野生动物类型保护区，位于秦岭中段南坡的洋县境内，地处东经107°17′～107°55′、北纬33°19′～33°44′；总面积29 906 hm2(见图1)，其中核心区面积11 000 hm2、缓冲区面积3 409 hm2、实验区面积15 497 hm2；区内最高处为兴隆岭混人坪(海拔3 071 m)，最低处为茅坪保护站(海拔800 m)，相对高差2 271 m。由于秦岭山系的屏障作用和东南季风的影响，保护区气候温暖湿润，属暖温带与北亚热带的交错与过渡地区，形成较为完整的从低山到亚高山的不同生境类型，构成了种类独特、丰富、多样的天然“生物资源库”[10-11]。长青保护区位于秦岭南侧，是汉江流域上游重要的水源地；森林覆盖率高，是秦岭地区重要的碳汇地[15，18]。

2 研究方法

生态价值核算方法：综合考虑长青保护区为汉江流域上游重要的水源地、秦岭地区重要的碳汇地和生态屏障的定位和特征，依据千年生态系统服务评估框架(MA)[1]，选取水源涵养、固碳、水土保持、防风固沙4项指标评估长青保护区的生态价值，核算时间为2020年。4项生态系统服务价值量，使用生态系统服务和权衡的综合评估模型(InVEST模型)进行计算[5，19-20]。参考《生态保护红线划定指南(2017)》，长青保护区生态价值核算的空间分辨率为250 m。

生态价值空间格局划分方法：依据地统计学方法，对长青保护区生态价值的空间格局进行量化分析；采用局部莫兰指数(local Moran’s index)，对长青保护区生态价值的聚集或离散情况进行分析。局部莫兰指数和显著性检验结果，将所有生态价值空间分布格局分为5种类型：①无显著区域，该区域的生态价值与周边区域没有显著性差异，不存在聚集性和离散性的分布特征；②高值聚集区，即热点区，为区域性高值聚集，并且与周围其他区域的差异显著；③高值离散区，为被低值包围的高值区域，并且差异显著；④低值离散区，为被高值包围的低值区域，并且差异显著；⑤低值聚集区，即冷点区，为区域性低值聚集，并且与周围其他区域的差异显著[21]。依据局部莫兰指数，可分析长青保护区生态价值空间格局，找出热点区、冷点区、离散区，以便针对不同区域采取不同的管理措施，实现长青保护区生态价值科学管理[22]。

数据来源：本研究使用的数据，包括气象站数据、地理数据、环境数据、植被数据。2020年陕南地区气象站数据和数字高程模型数据(DEM)，来源于资源环境科学与数据中心；2020年土地利用类型数据，来源于中科院空天信息创新研究院；土壤属性、2020年植被净初级生产力(NPP)、2020年归一化植被指数(NDVI)数据，来源于美国航空航天局(NASA)；植被数据，采用长青保护区森林二类调查数据。

数据处理：通过InVEST模型计算出长青保护区2020年水源涵养、防风固沙、水土保持、固碳的物质量及总价值。应用ArcGIS 10.5中局域统计工具，计算出长青保护区3个功能分区以及各类植被的生态价值和单位面积价值。使用单因素方差分析、多重比较(Duncan检验)的方法，分析长青保护区3个功能区生态价值的差异性；分析样本为栅格数据。

3 结果与分析

3.1 陕西长青国家级自然保护区生态价值特征

由表1可见：长青保护区生态价值总量，核心区最高，其次为实验区，缓冲区最低；单位面积生态价值量，从大到小依次为核心区、缓冲区、实验区。对于水源涵养和固碳服务，生态总价值和单位面积价值，在3个功能区的数量符合上述特征；对于水土保持和防风固沙，其总价值和单位面积价值，都从大到小依次为核心区、实验区、缓冲区。水源涵养、水土保持、固碳、防风固沙4项生态价值，在核心区、缓冲区、实验区中呈现出相同的大小排序，无论总价值还是单位面积价值，均是固碳最高，其次水源涵养和水土保持，防风固沙最低。

表1 长青保护区及不同功能分区生态价值

由表2可见：长青保护区主要植被类型有10种，总面积为25 236.97 hm2，占整个保护区面积的比例接近85%，是长青保护区发挥生态功能的主体。栎木林的生态服务总价值及4项具体生态服务价值，是所有植被中最高的，生态服务总价值为12 171.23万元，占长青保护区生态总价值的23.19%。云杉林的5种生态价值，在10种主要植被类型中最低。竹林单位面积生态服务总价值最高(达16.65万元/hm2)，其次是冷杉林，其单位面积生态服务总价值为16.37万元/hm2，二者单位面积水源涵养、固碳、防风固沙价值也最高；华山松林和桦木林单位面积水土保持价值最高。

表2 长青保护区主要植被生态价值

3.2 长青保护区生态价值空间分布格局

由图2可见：长青保护区的生态价值基本上呈现出北部高南部低的空间分布特征。水源涵养、固碳、生态总价值呈现出相似的分布特征，即北部高南部低，高生态价值主要分布在核心区北部和东部，低生态价值主要分布在实验区南部；防风固沙价值呈现出西北部高东南部低的特征，核心区北部和东部以及西北部实验区是防风固沙高价值区，东南部实验区和缓冲区的防风固沙价值较低；水土保持价值空间分布特征与其他4类差别较大，无明显的分布规律，高生态价值和低生态价值交错分布于核心区、缓冲区、实验区。

应用局部莫兰指数对长青保护区5类生态价值的空间聚集和离散分布格局进行地统计分析(见图3)。长青保护区生态价值呈现出大片显著的高值聚集区和低值聚集区的空间格局，即生态价值热点区和冷点区，高值离散点和低值离散点则很少。陕西长青国家级自然保护区5类生态价值中，热点区面积最大的是固碳功能(为5 256.25 hm2)，占保护区总面积的20.69%，单位面积价值为6.32万元/hm2；冷点区面积最大的是水源涵养功能(为6 343.75 hm2)，占保护区总面积的23.98%，单位面积价值为3.06万元/hm2。水土保持价值热点区和冷点区面积均最小，分别为3 137.50、2 787.5 hm2，占保护区总面积的比例分别为12.59%、11.18%，单位面积生态价值分别为3.01、1.26万元/hm2(见表3)。

长青保护区5类生态价值热点区和冷点区呈现出3种不同的空间分布规律。水源涵养和固碳的生态价值热点区，基本全部位于核心区，主要分布在核心区中部和北部；冷点区，主要分布于保护区东南部和西北部，多数处于实验区，小部分位于缓冲区。防风固沙和生态服务总价值的热点区，主要分布于保护区核心区东部和北部，以及西部实验区的西北部；冷点区，主要分布于保护区东南部和西北部。水土保持价值的冷热点区域分布与其他4类有着明显的不同，生态价值热点区和冷点区较为破碎，零散地分布于保护区的所有功能区，核心区西北部和南部实验区的生态价值热点区分布面积较大且相对集中，而生态价值冷点区零散分布于核心区东部和西部实验区。

4 结论与讨论

4.1 陕西长青国家级自然保护区是秦岭地区生态价值高值区域

长青保护区生态总价值较高(52 479.03万元)，水源涵养、水土保持、固碳、防风固沙价值，占生态总价值比例分别为32.16%、21.60%、40.3%、12.25%。水源涵养和固碳价值占生态总价值比例超过70%，表明长青保护区生态价值主要体现在水源涵养和固碳服务[15，18]，这也符合长青保护区作为秦岭地区重要水源涵养区和碳汇区的生态定位，这2项价值的发挥源于长青保护区高质量和高覆盖的森林生态系统[18]。因此，水源涵养和固碳服务将是长青保护区未来重点保护功能，需要进一步做好森林生态系统的保护和修复。

长青保护区是秦岭地区产生高生态价值的重点区域，已有研究表明，秦岭地区水源涵养、水土保持、固碳、防风固沙价值之和为2.55×106万元[18]。本研究表明，长青保护区4项生态总价值占整个秦岭地区生态价值的2.06%，远高于其面积比例0.52%，因此长青保护区是秦岭地区生态价值较高的区域。对比各项单位面积生态价值(见表4)表明，长青保护区单位面积生态价值是整个秦岭地区的10倍，其中水源涵养和固碳服务的单位面积价值超过了10倍。

表4 长青保护区和秦岭地区单位面积生态价值

4.2 长青保护区3个功能区生态价值差异明显

长青保护区3个功能区生态价值，基本上呈现出核心区显著高于缓冲区，缓冲区显著高于实验区的特征，因此，长青保护区的核心区是产生高生态价值的主要区域。数据服从正态分布说明处在一个正常的数值范围中，没有异常值[23]。本研究对长青保护区3个功能区生态价值正态分布进行检验(Shapiro-Wilk检验[24])表明，核心区和缓冲区所有生态价值均呈正态分布(见表5)，说明核心区和缓冲区生态系统保持自然状态，保护效果明显；除了水土保持价值外，其他生态价值在实验区均为非正态分布，即生态价值数值出现了许多过高或过低的异常值，是由于受到了一定的外界干扰所致。综上所述，核心区生态价值最高，且保持自然状态，后续仍需进一步加强核心区的保护力度；实验区生态价值相对较低，且受到一定干扰，后续需要加强保护监管，并视具体情况开展生态修复工作。

表5 长青保护区不同功能分区生态价值正态检验

4.3 长青保护区的竹林是重点保护植被

长青保护区不同植被中，生态总价值最高的为栎木林，因为栎木林是长青保护区面积最大的植被类型，占整个保护区面积比例达37.47%，但栎木林的生态总价值占整个保护区的比例(23.19%)低于面积比例，可见栎木林的生态价值发挥并不突出。长青保护区竹林面积仅占整个保护区的2.06%，却贡献了4.21%的生态服务总价值，竹林单位面积生态价值最高。长青保护区是以大熊猫作为核心保护对象的保护区，而竹林是大熊猫的主要食物来源和栖息地。综合看，长青保护区竹林为其重要植被类型，后续保护区在植被管理工作中应重点考虑竹林的保护和恢复。

4.4 长青保护区生态价值聚集性空间分布格局更利于保护管理

长青保护区的生态价值基本上呈现出北部高南部低的空间分布特征。其中，水源涵养、固碳、防风固沙的生态价值符合相似的空间分布规律；北部是长青保护区核心区，其植被覆盖度高、生态系统保持较好的原真性，且外界干扰较少，因此发挥出巨大的生态价值。通过与长青保护区地形对比表明，水土保持价值的空间分布特征与海拔分布特征较为类似(见图1)，水土保持价值空间分布受地形因素的影响较大，而分区管理等人为因素对水土保持价值的影响较小[25-26]。

长青保护区生态价值的聚集性特征明显，具有集中成片分布的热点区和冷点区，基本上无离群值，这一结果可以为长青保护区管理和整合优化提供参考；有利于开展集中性的生态保护和修复工作，可以有效降低管理成本并取得显著成效[22]。长青保护区生态价值热点区集中分布于核心区的北部和东部，建议将其设定为生态保护重点区，采取有效管制措施，降低外界干扰；长青保护区生态价值冷点区主要分布在实验区东南部和西北部，建议作为开展生态修复的重点区，重点进行植被保护和修复。建议在后期陕西长青国家级自然保护区整合优化工作中，将现阶段缓冲区和实验区分布着成片的生态价值热点区纳入核心保护区中，以便更好地让保护区发挥更高的生态价值，这一做法已在其他区域自然保护地整合优化工作中得到广泛应用[27]。