三江源國家公園生態功能時空分異特征及其重要性辨識

曹 巍,劉璐璐,吳 丹,黃 麟

1 中國科學院地理科學與資源研究所陸地表層格局與模擬院重點實驗室, 北京 100101 2 成都大學建筑與土木工程學院, 成都 610106 3環境保護部南京環境科學研究所, 南京 210042

三江源區是我國青藏高原生態安全屏障的重要組成部分,然而其生態環境脆弱,在全球氣候變暖和人類活動加劇的多重影響下,近幾十年來生態系統持續退化[1]。三江源國家公園的建立,可加強對三江源區生態系統完整性、原始性的保護,重點解決保護地交叉重疊、多頭管理、管理不到位等突出問題[2]。三江源國家公園的定位遵循生態系統整體保護、系統修復理念,以一級功能分區明確空間管控目標,以二級功能分區落實管控措施[3]。科學合理的功能分區有助于自然資源保護和平衡各方利益[4],但目前體制試點區尚存在保護環境類型不夠全面、保護區域不連續等薄弱之處[5]。

目前,針對國家公園的研究多從體制建設[6]、制度創新、發展模式[7]、旅游開發[8]等角度開展,從生態角度針對國家公園的評估相對較少[9]。目前多以三江源區、自然保護區或單一流域為研究區,開展包括重要生態功能指標如水源涵養[10]、土壤保持[11]、碳固定、生物多樣性[12]、植被覆蓋度[13]等物質量、價值量時空分布狀況,生態補償機制研究[14],三江源生態工程的效益評估[15],生態系統服務的變化機理[16]等方面的有益探索。從地理空間上看, 盡管三江源國家公園與自然保護區范圍重疊較大, 但它們在環境條件上差異明顯[5]。

資源評估是國家公園功能區劃的重要方法之一[4],目前多是針對某一年份的評估分析[4,17]。然而因降水周期等外界環境的影響變化,單一年份評估結果存在一定不確定性,不能真實反應生態資源概況[1]。建立國家公園動態過程生態本底,即定量分析建立國家公園體制前一段時長內該區生態功能基礎狀況及其時空變化特征,對于支撐國家公園體制實施方案的管理決策,強化自然資源資產管理,指導該區生態保護的統籌規劃、科學布局、分區管控,明確后續環境影響評價和效益預估,后期進一步爭取中央加大財政轉移支付力度,探索生態補償機制具有重要意義。

本文利用遙感、地理信息系統、生態評估模型等數據與方法,對三江源國家公園生態系統類型及其功能狀況的空間分異特征,2000—2015年生態功能時空變化趨勢進行定量分析,厘清國家公園的生態系統本底狀況,辨識生態功能的重要性,可為科學劃分國家公園管理分區、實行差異化保護提供科學依據,在構建我國國家公園體制的頂層設計等方面具有科學和實踐意義。

1 數據與方法

1.1 研究區概況

三江源國家公園包括黃河源園區、長江源園區、瀾滄江源園區(圖1),總面積為12.31萬km2,占青海三江源區總面積的31.16%。其中,黃河源園區位于果洛州瑪多縣境內,包括三江源國家級自然保護區的扎陵湖—鄂陵湖和星星海2個自然保護分區,面積1.91萬km2；長江源園區(可可西里)位于玉樹藏族自治州治多、曲麻萊兩縣,包括可可西里國家級自然保護區與三江源國家級自然保護區的索加-曲麻河自然保護分區,面積9.03萬km2；瀾滄江源園區位于玉樹藏族自治州雜多縣,包括三江源國家級自然保護區的果宗木查、昂賽2個自然保護分區,面積1.37萬km2。

圖1 三江源國家公園地理位置、范圍及其與自然保護區的空間關系Fig.1 Location/scope and the relation between the Three-river-source National Park and National Nature Reserves

1.2 數據收集與處理

生態系統類型：基于多源衛星遙感數據,經輻射定標、大氣校正、幾何精糾正等預處理后,判讀解譯獲得土地利用/覆被數據,在此基礎上,生成森林、草地、水體與濕地、荒漠、聚落生態系統空間分布數據。遙感解譯成果精度達到95%左右,滿足研究需求[18]。

歸一化植被指數(NDVI)：收集了MODIS 2000—2015年的NDVI時間序列數據產品(MOD13Q1)。該數據空間分辨率為250 m,時間分辨率為16d。利用Savitzky-Golay濾波對長時間序列NDVI數據進行處理,以去除云和大氣等噪聲的影響。

氣象觀測數據：來源于國家氣象科學數據共享平臺2000—2015年的日值觀測數據,主要包括日均風速、風向、降水、溫度、日照時數等。采用ANUSPLINE對站點觀測數據進行插值得到空間分辨率為1 km的柵格數據。

地形數據：SRTM(Shuttle Radar Topography Mission,航天飛機雷達地形測繪任務)數字高程模型(DEM)數據(V4.1),空間分辨率為90 m,來源于中國科學院計算機網絡信息中心國際科學數據鏡像網站。

土壤數據：來源于中國科學院資源環境科學數據中心的1∶100萬中國土壤數據庫,為空間矢量數據,主要包括土壤類型、土壤顆粒含量、土壤有機質含量等屬性。

1.3 生態功能評估方法

1.3.1 水源涵養

水源涵養量計算采用的是降水貯存量法,它通過評估生態系統的水文調節效應來衡量其涵養水分的能力,具體公式如下：

Q=A×J×R

(1)

J=J0×K

(2)

R=R0-Rg

(3)

式中,Q表示與裸地相比較,森林、草地、農田、荒漠等生態系統涵養水分的增加量(m3)；A表示生態系統面積(hm2)；J表示計算區多年均產流降雨量(mm)；J0表示計算區多年均降雨總量(mm)；R0表示產流降雨條件下裸地(或皆伐跡地)降雨徑流率；Rg表示產流降雨條件下生態系統降雨徑流率；K表示計算區產流降雨量占降雨總量的比例；R表示與裸地(或皆伐跡地)相比,生態系統減少徑流的效益系數。

在計算過程中,將K值利用實測日降水值、TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission,熱帶降雨監測計劃)數據、多年均河川徑流系數等,修正為1 km分辨率的空間分布數據；森林Rg通過文獻收集得到；草地Rg與草地植被覆蓋度建立關系,以得到其空間分布數據[10]。

利用直門達、沱沱河、吉邁、唐乃亥水文站1997—2012年的實測徑流量數據,對4個流域估算結果進行相關性驗證,R2系數均超過0.6。

1.3.2 土壤保持

土壤保持量為潛在土壤侵蝕量與真實土壤侵蝕量的差值,本研究土壤侵蝕量采用修正的通用土壤流失方程(Revised Universal Soil Loss Equation, RUSLE)計算。具體公式如下：

A真實=R×K×L×S×C×P

(4)

A潛在=R×K×L×S×C潛在

(5)

A保持=A潛在-A真實

(6)

式中,A為土壤侵蝕模數(t hm-2a-1)；R為降雨侵蝕力因子(MJ mm hm-2h-1a-1)；K為土壤可蝕性因子(t hm2h hm-2MJ-1mm-1)；L為坡長因子,無量綱；S為坡度因子,無量綱；C為土地覆蓋和管理因子,取值范圍為0—1,無量綱；P為水土保持措施因子,取值范圍為0—1,無量綱。

降雨侵蝕力因子采用章文波等[19]提出的基于日降雨量估算半月降雨侵蝕力的方法計算。土壤可蝕性因子采用諾謨圖[20]模型計算。坡度因子綜合采用RUSLE方程和劉寶元等[21]的研究成果進行計算,當坡度小于等于18%時,采用RUSLE的計算公式；當坡度大于18%時,采用劉寶元等[21]改進后的計算公式。坡長因子的計算采用RUSLE的計算公式。覆蓋和管理因子通過與植被覆蓋度建立關系式[22]進行計算。水土保持措施因子反映作物管理措施對土壤流失量的影響,結合前人研究成果[23-26]及三江源國家公園實地概況,根據三江源國家公園土地利用數據,林地和草地取1,水體與沼澤取0,居民地與建設用地取0,旱地取0.4,沙地與鹽堿地取1。

通過搜集稱多縣及德念溝2個地面監測點的土壤侵蝕實測資料(2006—2009年)與本研究土壤侵蝕模擬結果進行對比,R2系數達到0.63。利用沱沱河、吉邁以及直門達3個水文站1996—2004年5—10月的逐日輸沙量數據對估算結果進行相關性驗證,R2為0.89[27]。

1.3.3 防風固沙

防風固沙量為潛在土壤風蝕量與真實土壤風蝕量的差值,土壤風蝕量采用修正的土壤風蝕方程(Revised Wind Erosion Equation, RWEQ)計算。具體公式如下：

SL=Qx/x

(7)

Qx=Qmax[1-e(x/s)2]

(8)

Qmax=109.8(WF·EF·SCF·K′·COG)

(9)

s=150.71(WF·EF·SCF·K′·COG)-0.3711

(10)

式中,SL表示土壤風蝕模數(kg/m2);x表示地塊長度(m);Qx表示地塊長度x處的沙通量(kg/m)；Qmax表示風力的最大輸沙能力(kg/m)；s表示關鍵地塊長度(m)；WF表示氣象因子；EF表示土壤可蝕性因子；SCF表示土壤結皮因子；K′表示土壤糙度因子；COG表示植被因子,包括平鋪、直立作物殘留物和植被冠層。

氣候因子中的風因子和土壤濕度因子利用獲取的氣象觀測數據計算完成，雪蓋因子利用從寒區旱區科學數據中心(http://westdc.westgis.ac.cn)下載的中國雪深長時間序列數據集進行計算。土壤可蝕性因子[28]及土壤結皮因子主要利用1∶100 萬中國土壤數據庫所附的土壤屬性表和空間數據進行計算，同時需先利用實測數據對土壤顆粒含量進行粒徑轉換。土壤糙度因子取決于自由糙度和定向糙度，采用滾軸式鏈條法來測定地表糙度。植被因子用來確定植被殘茬和生長植被的覆蓋對土壤風蝕的影響，利用照片法定點及NDVI數據進行計算。

根據文獻收集地面測定的不同地區的風蝕模數結果對本估算結果進行驗證,結果尚好[29-30]。

1.4 數據分析

1.4.1 變化趨勢分析方法

采用最小二乘法分析生態系統水源涵養、土壤保持以及防風固沙等功能,及植被覆蓋度、氣象要素的年際變化趨勢：

(11)

式中,S為變化斜率,Xi為水源涵養、土壤保持以及防風固沙等功能及植被覆蓋度、氣象要素,i= 1,2,3,…,n,mi為年份序數,m1=1,m2= 2,m3= 3,…,mn=n。

1.4.2 生態功能重要性辨識方法

利用《生態保護紅線劃定指南》[31]中關于生態系統服務重要性的分級方法,分別對三江源國家公園生態系統水源涵養、土壤保持和防風固沙功能值進行從高到底的排序并累加,將累加功能量值占生態功能總值比例的50%與80%所對應的值,作為生態功能評估分級的分界點,以此將生態功能重要性分為3級,即極重要、重要和一般重要。分級結果中,極重要區累積功能值占功能總值的50%,重要區累積功能值占比為30%,一般重要區累積功能值占比為20%。

2 結果與分析

2.1 三江源國家公園生態系統類型空間分布格局

三江源國家公園以草地、荒漠、水體與濕地生態系統為主(圖2),面積分別為6.9×104、4.34×104和1.04×104km2,分別占國家公園總面積的56.2%、35.2%和8.4%；森林及聚落生態系統分別占國家公園總面積的0.16%、0.004%。其中：

長江源園區以草地與荒漠生態系統為主,分別占長江源園區面積的48.0%和43.2%。草地主要分布在該園區東南部,荒漠主要分布在該園區西北部,園區內還分布著大量的湖泊與濕地,面積約占園區面積的8.8%,占三江源國家公園水體與濕地面積的76.7%(圖2)。

黃河源園區以草地生態系統為主,面積約占該園區面積的72.5%；其次是荒漠生態系統,約占該園區面積的17.8%；園區內同樣分布著以扎陵湖與鄂陵湖為代表的眾多高原湖泊以及濕地生態系統,面積約占國家公園水體與濕地生態系統的17.3%(圖2)。

瀾滄江源園區的草地生態系統的面積占比最高,為88.1%,其次是荒漠、水體與濕地生態系統,面積占比均不足10%。該園區南部分布少量森林生態系統,面積約占國家公園森林生態系統的63.8%；聚落生態系統約占國家公園聚落面積的41.5%(圖2)。

圖2 三江源國家公園各分園區不同生態系統類型面積及占比Fig.2 Area and its percentage of different ecosystem in each sub-park in the Three-river-source National Park

2.2 三江源國家公園生態功能及其重要性空間格局

2.2.1 水源涵養

2000—2015年,三江源國家公園多年平均水源涵養量約為65.4×108m3,單位面積水源涵養量為6.8萬m3/km2,呈西北低東南高的空間格局(圖3)。從水源涵養總量來看,長江源園區最大,為33.3×108m3,其次是黃河源園區,為21.2×108m3,瀾滄江涵養水源量為10.9×108m3；從單位面積量來看,黃河源園區最高,為11.9萬m3/km2,其次是瀾滄江源園區,為8.0萬m3/km2,長江源園區為5.2萬m3/km2(圖3)。

圖3 三江源國家公園生態系統水源涵養功能空間分布和各園區水源涵養量及單位面積量Fig.3 Spatial distribution of water regulation function in the Three-river-source National Park and the total and per unit area volume in each sub-park

三江源國家公園生態系統水源涵養功能一般重要區面積占比為74.6%,主要分布于全區的西北部,其中長江源園區面積占比最大,為74%,其次為黃河源園區,面積占比為16%,瀾滄江源園區面積占比為10%；重要區面積占比10.1%,主要分布于全區中部,其中瀾滄江源園區面積占比最大,為45%,其次為長江源園區,面積占比為36%,黃河源園區面積占比為18%；極重要區面積占比15.3%,主要分布于長江源園區中部、南部,黃河源園區中部,瀾滄江源園區北部和南部,其中長江源園區面積占比最大,為52%,其次為黃河源園區,面積占比為34%,瀾滄江源園區面積占比為14%(圖4)。

圖4 三江源國家公園水源涵養重要性分級及各園區面積占比概況Fig.4 Importance classification of water regulation function in the Three-river-source National Park and area percentages of different important levels in each sub-park

2.2.2 土壤保持

2000—2015年,三江源國家公園多年平均土壤保持量約為1.52×108t,單位面積土壤保持量為13.5 t/hm2,呈中部高西北部低的空間格局(圖5)。從土壤保持總量來看,長江源園區最大,為1.01×108t,其次是瀾滄江源園區,為0.35×108t,黃河源園區保持土壤量為0.16×108t；從單位面積量來看,瀾滄江源園區最高,為26.4 t/hm2,其次是長江源園區,為12.3 t/hm2,黃河源園區為9.2 t/hm2(圖5)。

圖5 三江源國家公園生態系統土壤保持功能空間分布和各園區土壤保持量及單位面積量Fig.5 Spatial distribution of soil conservation function in the Three-river-source National Park and the total and per unit area volume in each sub-park

三江源國家公園生態系統土壤保持功能一般重要區面積占比為73.5%,主要分布于西北部,其中長江源園區面積占比最大,為75%,其次為黃河源園區,面積占比為17%,瀾滄江源園區面積占比為8%；重要區面積占比為12.8%,主要分布于中部,其中長江源園區面積占比最大,為69%,其次為黃河源園區,面積占比為16%,瀾滄江源園區面積占比為15%；極重要區面積占比13.7%,主要分布于長江源園區中東部,瀾滄江源園區南部,其中長江源園區面積占比最大,為67%,其次為瀾滄江源園區,面積占比為26%,黃河源園區面積占比為8%(圖6)。

圖6 三江源國家公園土壤保持重要性分級及各園區面積占比概況Fig.6 Importance classification of soil conservation function in the Three-river-source National Park and area percentages of different important levels in each sub-park

2.2.3 防風固沙

2000—2015年,三江源國家公園多年平均防風固沙量約為4.80×108t,單位面積防風固沙量為42.6 t/hm2,呈西高東低的空間格局(圖7)。從防風固沙總量來看,長江源園區最大,為4.37×108t,其次是瀾滄江源園區,為0.36×108t,黃河源園區防風固沙總量為0.07×108t；從單位面積量來看,長江源園區最高,為53.1 t/hm2,其次是瀾滄江源園區,為27.0 t/hm2,黃河源園區為4.1 t/hm2(圖7)。

圖7 三江源國家公園生態系統防風固沙功能空間分布和各園區防風固沙量及單位面積量Fig.7 Spatial distribution of wind prevention/sand fixation function in the Three-river-source National Park and the total and per unit area volume in each sub-park

三江源國家公園生態系統防風固沙功能一般重要區面積占比為53.0%,主要分布于黃河源園區、瀾滄江源園區南部以及長江源園區中北部,其中長江源園區面積占比最大,為55%,其次為黃河源園區,面積占比為29%,瀾滄江源園區面積占比為16%；重要區面積占比24.6%,主要分布于長江源園區南部及瀾滄江源園區北部,其中長江源園區面積占比最大,為87%,其次為瀾滄江源園區,面積占比為13%,黃河源園區無；極重要區面積占比22.4%,主要分布于長江源園區中西部地區,其中長江源園區面積占比最大,為99%,其次為瀾滄江源園區,面積占比為1%,黃河源園區無(圖8)。

圖8 三江源國家公園防風固沙重要性分級及各園區面積占比概況Fig.8 Importance classification of wind prevention/sand fixation function in the Three-river-source National Park and area percentages of different important levels in each sub-park

2.2.4 生態功能重要性總體評價

三江源國家公園生態功能極重要區約占全區面積的51.4%,其中水源涵養極重要區主要位于東部,土壤保持極重要區主要位于中部,防風固沙極重要區主要位于西部(圖9)。

從不同生態功能極重要區能力來看,黃河源園區的水源涵養極重要區能力最強,為35.9萬m3/km2；瀾滄江園區的土壤保持極重要區能力最強,為68.4 t/hm2；長江源園區的防風固沙極重要區能力最強,為95.1 t/hm2(圖10)。

分園區來看,黃河源園區中,生態功能極重要區約占該分區面積的32.9%,其中水源涵養極重要區在該區面積占比最高,為26.0%,因此該分區核心生態功能為水源涵養；瀾滄江源園區中,生態功能極重要區約占該分區面積的45.6%,其中土壤保持極重要區在該區面積占比最高,為29.9%,因此該分區核心生態功能為土壤保持；長江源園區中,生態功能極重要區約占該分區面積的54.1%,其中防風固沙極重要區在該區面積占比最高,為30.5%,因此該分區核心生態功能為防風固沙(圖10)。

由此,三江源國家公園形成了東部以水源涵養、中部以土壤保持、西部以防風固沙為核心生態功能的空間格局。

圖9 三江源國家公園生態功能極重要區空間分布Fig.9 Spatial distribution of ecosystem functions with the utmost importance in the Three-river-source National Park

圖10 各園區生態功能極重要區單位面積功能量及面積占比Fig.10 Ecosystem functions volume per unit area and area percentages in each sub-park

2.3 2000—2015年三江源國家公園生態功能變化態勢

2.3.12000—2015年水源涵養功能變化

2000—2015年,三江源國家公園水源涵養量呈波動下降態勢,年變化趨勢約為-0.56×108m3/a,單位面積水源涵養量變化趨勢約為-617 m3km-2a-1(圖11)。其中,黃河源園區變化趨勢有所上升,約為78 m3km-2a-1,長江源園區和瀾滄江源園區均有所下降,分別為-671 m3km-2a-1和-1229 m3km-2a-1。極重要區單位面積水源涵養量的平均變化趨勢明顯下降,約為-5067 m3km-2a-1,一般重要區和重要區有所上升。

圖11 三江源國家公園水源涵養功能變化態勢時空分布概況Fig.11 Change trend of water regulation function in the Three-river-source National Park

從不同變化態勢的分布來看,國家公園水源涵養功能主要呈轉好態勢,約有84.5%的地區水源涵養量呈上升趨勢,僅有14.6%的地區呈下降趨勢,3個源區水源涵養量增加的地區也均超過各源區面積的80%,但因升幅不高,導致全區年均水源涵養總量呈下降趨勢。極重要區水源涵養量增加的地區超過其面積的53.8%,減少區域占45.4%,一般重要區和重要區均以增加為主(圖11)。

2.3.22000—2015年土壤保持功能變化

2000—2015年,三江源國家公園土壤保持量呈波動上升態勢,年變化趨勢約為987萬t/a,單位面積土壤保持量變化趨勢約為0.88 t hm-2a-1(圖12)。其中,瀾滄江源園區的變化趨勢最大,約為2.52 t hm-2a-1,長江源園區與黃河源園區相當,分別為0.69 t hm-2a-1和0.50 t hm-2a-1。極重要區單位面積土壤保持量的平均變化趨勢明顯上升,約為3.69 t hm-2a-1,一般重要區和重要區也有所上升。

圖12 三江源國家公園土壤保持功能變化態勢時空分布概況Fig.12 Change trend of soil conservation function in the Three-river-source National Park

全區超過95%的地區土壤保持量均呈上升趨勢,其中長江源園區94.4%的區域呈上升趨勢,黃河源園區及瀾滄江源園區分別達到98.6%及99.5%。極重要區土壤保持量增加的地區占其總面積的97.3%,一般重要區和重要區也均以增加為主(圖12)。

2.3.32000—2015年防風固沙功能變化

2000—2015年,三江源國家公園防風固沙量呈波動下降態勢,年變化趨勢約為-356萬t/a,單位面積防風固沙量呈波動變化態勢,變化趨勢約為-0.32 t hm-2a-1(圖13)。其中,長江源園區和黃河源園區均有所下降,變化趨勢均為-0.36 t hm-2a-1,瀾滄江源園區基本不變。極重要區單位面積防風固沙量的平均變化呈下降趨勢,約為-1.41 t hm-2a-1,一般重要區有些許下降,重要區有所上升。

圖13 三江源國家公園防風固沙功能變化態勢時空分布概況Fig.13 Change trend of wind prevention/sand fixation function in the Three-river-source National Park

全區39.3%的地區防風固沙量有所上升,56.0%的地區則出現了下降。下降幅度較大的地區主要集中在長江源園區西部以及黃河源園區東部。長江源園區出現上升和下降的區域面積相當,分別為45.2%和49.2%；而黃河源園區下降的區域超過了90%。極重要區防風固沙量增加的地區占其面積的35.3%；重要區以增加為主,增加區域占其面積的56.8%；一般重要區以減少為主,減少區域占其面積的58.6%(圖13)。

2.4 驅動因素

2000—2015年,三江源國家公園溫度及降水量分別以0.05℃/a和2.10 mm/a的變化趨勢波動上升,其中,黃河源園區增加最快,分別為0.053℃/a和5.26 mm/a,其次是長江源園區,分別為0.053℃/a和1.56 mm/a,瀾滄江源園區的溫度及降水增加趨勢不顯著,分別為0.039℃/a和1.40 mm/a(圖14)。氣候暖濕化有助于植被返青期提前、生長期延長,進而提高植被覆蓋度[32]。此外,三江源區實施了大量生態保護與修復工程,至2012年累計完成退牧還草631.22萬hm2,封山育林42.34萬hm2,治理黑土灘18.46萬hm2,治理沙漠化土地4.41萬hm2,草原鼠害防治面積785.41萬hm2[1]。在暖濕化氣候與生態工程的共同作用下,三江源國家公園草地退化趨勢基本遏制,森林面積、郁閉度、蓄積量有所增加[1],區域內生態系統狀況得到較明顯改善。過去15年間,三江源國家公園植被覆蓋度呈波動上升趨勢,為1.55%/10a,其中,黃河源園區植被覆蓋度上升趨勢最明顯,為2.29%/10a,其次是長江源園區,為1.58%/10a,瀾滄江源園區僅0.49%/10a(圖14)。得益于以上因素,水源涵養及土壤保持功能主要呈轉好態勢。

防風固沙功能的下降主要由風速的減小及植被覆蓋度的局部降低造成。過去15年間,三江源國家公園風速總體以-0.01 m/s/10a的趨勢波動下降,黃河源園區下降最明顯,為-0.11 m/s/10a,其次是長江源園區,為-0.007 m/s/10a,瀾滄江源園區平均風速呈上升趨勢,為0.11 m/s/10a(圖14)。風速降低會造成潛在土壤風蝕量減少,進而有可能造成防風固沙量的降低。同時,通過植被覆蓋度及防風固沙量空間變率數據的耦合可以發現,防風固沙量的降低主要發生在植被覆蓋度降低的區域,尤其在長江源園區的西北區域最為明顯。

圖14 2000—2015年三江源國家公園降雨、氣溫、植被覆蓋度、風速變化趨勢空間分布Fig.14 Change trends of the precipitation, temperature, vegetation coverage, wind speed from 2000 to 2015 in the Three-river-source National Park

3 討論

生態功能極重要區對于三江源國家公園生態功能的發揮具有重大意義。2000—2015年間,三江源國家公園生態功能雖整體呈現好轉態勢,但防風固沙功能及極重要區水源涵養功能呈明顯下降趨勢。草地退化態勢尚未完全遏制,局部地區植被覆蓋度仍有所下降,而且植被根系層的恢復極其緩慢,尤其在氣候條件相對較差的西部地區,要進一步加強退化草地的修復。Liu等[13]預測,由于氣溫上升趨勢顯著高于降水,隨著氣溫的進一步升高,潛在蒸散量將隨之增加,三江源區暖濕化趨勢將有所減弱[33],促使其呈現暖干化趨勢,進而抑制植被的生長。

在黃河源園區,盡管植被覆蓋度上升趨勢明顯,但其好轉僅表現在長勢上,群落結構并未發生好轉[15]；在長江源園區,西北區域植被覆蓋度存在大面積的降低,同時溫度的升高會造成冰川、永久積雪和凍土加速融化,一旦打破該地區生態系統的平衡狀態,將會嚴重威脅其生態安全；在瀾滄江源園區,氣候暖濕化趨勢并不明顯,同時植被覆蓋度增速緩慢,生態系統未見明顯好轉。因此,三江源國家公園總體規劃目標的實現仍任重道遠。

在未來的研究中,將圍繞高寒地區生態系統服務維持機理與提升技術中的關鍵科學問題,以生態系統服務提升、水土資源協調利用為主線,通過生態系統格局-過程-服務的有機結合,更加深入研究高寒地區生態系統服務形成過程、人為與自然驅動機制,為三江源國家公園山水林田湖草重要生態系統原真性、完整性的永續保護提供科學依據。

4 結論

本文分析了三江源國家公園生態系統類型及其功能狀況的時空分異特征,追溯了2000—2015年生態功能時空變化趨勢,進行生態功能重要性辨識,有助于三江源國家公園建立生態本底、科學劃分管理分區與分級。得到主要結論如下：

(1)三江源國家公園生態系統類型以草地、荒漠、水體與濕地生態系統為主。其中,長江源園區以草地與荒漠生態系統為主；黃河源園區以草地生態系統為主；瀾滄江源園區以草地生態系統為主,同時該園區南部分布少量森林生態系統。

(2)生態系統水源涵養功能呈現西北低、東南高的空間分布態勢,其中黃河源園區單位面積量最高,其次是瀾滄江源園區,長江源園區最低；土壤保持功能呈現中部高、西北部低的分布態勢,其中瀾滄江源園區單位面積量最高,其次是長江源園區,黃河源園區最低；防風固沙功能呈現西部高、東部低的分布態勢,其中長江源園區單位面積量最高,其次是瀾滄江源園區,黃河源園區最低。

(3)三江源國家公園形成了東部以水源涵養、中部以土壤保持、西部以防風固沙為核心生態功能的空間格局,其中黃河源園區以水源涵養為主,水源涵養極重要區在該區面積占比為26.0%；瀾滄江源園區以土壤保持為主,土壤保持極重要區在該區面積占比為29.9%；長江源園區以防風固沙為主,防風固沙極重要區在該區面積占比為30.5%。

(4)2000—2015年,三江源國家公園生態系統水源涵養功能從量上看呈下降趨勢,年變化趨勢約為-0.56×108m3/a,但從變化態勢的空間分布來看,提升區的面積占比達到84.5%,總體提升,極重要區呈現下降態勢；土壤保持功能總體提升,年變化趨勢為987萬t/a,轉好區面積超過95%；防風固沙功能則出現下降態勢,年變化趨勢為-356萬t/a,僅39.3%的地區防風固沙量有所上升。

(5)氣候暖濕化以及三江源生態保護工程的實施是三江源國家公園生態系統水源涵養及土壤保持功能呈現轉好態勢的主要原因。防風固沙功能的下降主要由風速的減小及植被覆蓋度的局部降低造成。

三江源國家公園的規劃建設,應遵循生態系統整體保護、系統修復理念,依照各分園區生態系統特點、核心生態功能類型及其重要性分級分布,分區施策,因地制宜。在黃河源園區,應以草地及濕地的保護為主,采取以禁牧、圍欄封育為主的自然修復措施。在長江源園區,除草地外,還應注重雪山、冰川及荒漠的保護,嚴格限制冰川雪山周邊的人類生產經營活動。在瀾滄江源園區,除草地外,還應以森林生態系統的保護為主,采取公益林補償、封山育林等綜合保護措施。最后,在加強保護力度的基礎上,需要加強生態工程的管理利用,充分發揮廣大農牧民群眾生態保護的主體作用,盡快設立生態管護公益崗位。