system: [SYSTEM]

user: 2. 研究方法与数据 2.1. 研究区概况 成华区地处四川省成都市东北部，行政区域面积108.24 km 2 ，是成都市区面积最大的城区，位于东经103˚53'~104˚03'、北纬30˚33'~30˚44'之间，如图1。成华区地处轴状凹陷构造盆地——成都平原的东部， 图1. 研究区行政区划图 区内地势平坦，地质构造简单，地貌类型不多，主要由第四纪冲积平原、丘陵和台地组成，仅东北部偏高，属浅丘地带。成华区属亚热带湿润季风气候，终年温暖湿润，四季分明，常年平均气温16.2℃，全年雨量充沛，年平均降雨量900~1300 mm，日照偏少，年平均日照数1228.3 h，太阳辐射量90.94 kcal/cm 2 ，属全国低值区，全年无霜期278 d。成华区水源属岷、沱江水系，地处都江堰自流灌溉区，主要河流为沙河、府河和东风渠，河流纵横交错，地表水和地下水资源丰富。 成华区土质肥沃，区内水资源充足、气候温和，适宜多种动植物生长，生物资源十分丰富，生物种类多样。但由于成华区属于成都市中心城区，开发历史久远，区内自然生态环境受人类活动的干扰很大，自然植被被大量人工植被所取代，人工植被主要以道路交通绿化林、小区住宅绿化林及公园绿地绿化林等，主要树种有银杏、柏木、楠木、红豆木、黄连木等，林业属典型城市林业，栽培植物上千种，饲养动物百余种。区内有环城生态区、成都大熊猫繁育研究基地、西南地区最大的成都动物园、锦城绿道、多个大型公园等。 2.2. 数据来源及处理 土地利用数据为四川省环境保护科学研究院所提供的分辨率30 m × 30 m目视解译数据，遥感数据为美国国家航空航天局(NASA)的landsatETM7影像(像元大小30 m × 30 m，轨道号及行号为129/39)，相关数据处理在ENVI5.0和ArcGIS10.0环境中完成，所用数据均转换成统一的双标准纬线等面积圆锥(Albers)投影，采用的椭球体为Krasovsky椭球体。此外，研究还采用国际科学服务平台提供的DEM数据，以及当地相关部门提供的气象数据、社会统计数据及其他辅助数据。图2为预处理后的研究区2016年遥感影像。 图2. 研究区遥感影像 2.3. 研究方法 2.3.1. 生态保护红线划定 生态保护红线是在生态空间范围内具有特殊重要生态功能、必须强制性严格保护的区域，是保障和维护国家生态安全的底线和生命线，通常包括具有重要水源涵养、生物多样性维护、水土保持、防风固沙、海岸生态稳定等功能的生态功能重要区域，以及水土流失、土地沙化、石漠化、盐渍化等生态环境敏感脆弱区域。划定过程及方法如下： 1) 生态功能重要性评估 由于成华区属于成都市中心城区，城市化水平较高(90%以上)，整个区域以城市生态系统为主，自然生态系统及半自然生态系统所占比例较小。因此，成华区城市生态系统生态功能重要性评估主要从水源涵养、水土保持和生物多样性维护这3个方面进行评估。 a) 水源涵养功能评价模型 以生态系统水源涵养服务能力指数作为评估指标，计算公式为： W R = N P P mean × F sic × F pre × ( 1 − F slo ) (1) 式中： W R 为生态系统水源涵养服务能力指数； N P P mean 为多年植被净初级生产力平均值； F sic 为土壤渗流因子； F pre 为多年平均降水量因子； F slo 为坡度因子。 b) 水土保持功能评价模型 以生态系统水土保持服务能力指数作为评估指标，计算公式为： S pro = N P P mean × ( 1 − K ) × ( 1 − F slo ) (2) 式中： S pro 为生态系统水源涵养服务能力指数； N P P mean 为多年植被净初级生产力平均值；K为土壤可蚀性因子； F slo 为坡度因子。 c) 生物多样性维护功能评价模型 以生物多样性维护服务能力指数作为评估指标，计算公式为： S bio = N P P mean × F pre × F tem × ( 1 − F alt ) (3) 式中： S bio 为生态系统水源涵养服务能力指数； N P P mean 为多年植被净初级生产力平均值； F pre 为多年平均降水量因子； F tem 为多年平均气温； F alt 为海拔因子。 2) 生态敏感性评估 成华区水土流失敏感区域敏感性评价主要对区域内水动力为主的水土流失敏感性进行评价，结合成华区实际情况，选取降水侵蚀力、土壤可蚀性、坡度坡长和地表植被覆盖等评价指标，并根据成华区的实际对分级评价标准做相应调整 [ 26 ] 。将反映各因素对水土流失敏感性的单因子分布图，用地理信息系统技术进行乘积运算，公式如下： S S j = R i × K i × L S i × C i 4 (4) 式中：SS j 为j空间单元水土流失敏感性指数，评价因子包括R i 、K i 、LS i 和C i ，其中R i 为降雨侵蚀力；K i 为土壤可蚀性；LS i 为坡度坡长；C i 为地表植被覆盖。不同评价因子对应的敏感性等级在ArcGIS的重分类模块方法下，根据水土流失敏感性评价指标及分级赋值进行判定。 2.3.2. 生态资产定量评估 一定区域内生态资产的总量是一个随时间动态变化的量值，它是区域内所有生态系统类型提供的所有服务功能及其自然资源价值的总和，并随着区域内所含有的生态系统的类型、面积、质量的变化而变化。COSTANZA等 [ 27 ] 在进行全球生态资产测量时，将全球生态系统划分为17个类型的研究方法，为基于定量遥感测量的生态资产价值评估模型的建立提供了一种可借鉴的方法。一定区域内的生态资产价值总量( )可以表示为： V = ∑ c ≡ 1 n V c (5) V c = ∑ i = 1 n ∑ j = 1 m R i j × V c i × S i j (6) 式中： c = 1 ， 2 ， ⋯ ， n ，表示生态系统的类型； V c 表示第c类生态系统生态资产价值。 i = 1 ， 2 ， ⋯ ， n ，表示第c类生态系统的第 种生态服务功能； V c i 表示第c类生态系统的第i种生态服务功能类型的单位面积价值； j = 1 ， 2 ， ⋯ ， m ，表示一定区域内第c类生态系统在空间上分布的像元数；S ij 表示各个像元的面积大小，对于等面积投影S ij ，为给定的常数；R ij 表示每个像元的调整系数。 对于调整系数的计算，参照国内外研究成果，本文选取植被覆盖度和植被净第一性生产力(NPP)作为表征当年生态系统质量状况的生态参数，来反映不同像元价值量的动态变化。对于任意像元，调整系数可表示为： R i j = ( N P P j / N P P mean + f j / f mean ) / 2 (7) 式中： N P P mean 和 f mean 为区域内第c类生态系统植被净第一性生产力的均值和植被覆盖度的均值； N P P j 和f i 为j像元的净第一性生产力和植被覆盖度。 NPP和植被覆盖度估算分别采用改进的光能利用率CASA模型和像元二分模型 [ 28 ] ，公式如下： N P P = F P A R × S O L × T ε 1 × T ε 2 × W ε × ε ′ × 0.5 (8) f = ( N D V I − N D V I min ) / ( N D V I max − N D V I min ) (9) 式中： F P A R 为植被冠层对入射光合有效辐射的吸收比例； S O L 为太阳总辐射量，MJ·m − 2 ； T ε 1 和 T ε 2 分别为温度胁迫系数； W ε 为水分胁迫系数； ε ′ 为理想条件下的最大光能利用率，gC·MJ − 1 ；常数0.5为植被所能利用的太阳有效辐射(波长为0.4~0.7 um)占太阳总辐射的比例； N D V I 为像元的归一化植被指数； N D V I min 和 N D V I max 表示不同生态系统的 N D V I 最小值和最大值。 对于生态资产评估指标，本研究从宏观生态学角度，基于遥感手段的区域生态资产计算的特点，考虑数据获取的可能性和可靠性，以及生态红线划定中开展的生态功能重要性评估，最终确定营样物质循环价值、水源涵养价值、水土保持价值、固碳释氧价值、大气净化价值和精神文化价值这6种生态资产评估指标 [ 29 ] ，计算方法是在遥感和GIS技术的支持下，结合经济学方法进行确定和评价的，具体见表1。 Table 1 Assessment method of ecological asse 评估指标 计算方法 参数 营样物质循环价值 以生态系统的净初级生产力为基础，以氮、磷、钾肥的平均价格，对应的纯氮、磷、钾元素折算率分别为79/14、506/62、174/78 [ 30 ] 。 V = V N + V P + V K 以氮元素为例， V N = ∑ V N ( x ) ； V N ( x ) = N P P ( x ) × r 1 × r 2 × M V为区域每年吸收的营养物质价值，元； V N ( x ) 为像元x处每年吸收的氮元素价值，元； N P P ( x ) 为像元x处每年生产的有机质，gC； r 1 为不同生态系统中氮元素在有机物质中的分配率，gN/gC； r 2 为纯氮折算成化肥的比，79/14；M为氮肥的平均价格，400元/t； V N 为区域每年吸的的氮元素价值，元 水源涵养价值 采用影子工程法 [ 31 ] 。 V = ∑ V ( x ) ； V ( x ) = Q ( x ) × P × S ； Q ( x ) = J ( x ) × R ( x ) J ( x ) 为像元x处的年降雨量，m； R ( x ) 为像元x处的降雨贮蓄量占总降水量的百分比降雨蓄积量 = (降雨量 − 蒸散量)/1000 × 单位像元面积；P为建造1 m 3 水库所需的成本；S为研究区面积，m 2 水土保持价值 从保护土壤肥力、减少表土损失量和减少泥沙淤积3个方面来评价水土保持的价值 [ 32 ] 。 V ( x ) = V 1 ( x ) + V 2 ( x ) + V 3 ( x ) V ( x ) 为像元x处每年的水土保持价值，元； V 1 ( x ) 为像元x处每年保护土壤肥力的价值，元； V 2 ( x ) 为像元x处每年减少表土损失量的价值，元； V 3 ( x ) 为像元x处每年减少泥沙淤积损失的价值，元 固碳释氧价值 通过植被固碳和释氧两个指标进行评价 [ 33 ] 。以固碳指标为例， V r = ∑ V r ( x ) ； V r ( x ) = 1.63 × N P P ( x ) × R V r 为区域每年吸收CO 2 的价值，元； V r ( x ) 为像元x处每年吸收CO 2 的价值，元； N P P ( x ) 为像元x处每年生产的有机物质，gC；R为碳税法中CO 2 的单位质量价值 大气净化价值 选取吸收二氧化硫、氟化物、氮氧化物和滞尘4个指标评价生态系统净化大气环境能力 [ 34 ] 。以吸收二氧化硫指标为例， V SO 2 = ∑ V SO 2 ( x ) ； V SO 2 = Q SO 2 ( x ) × P SO 2 V SO 2 为区域每年吸收SO 2 的价值，元； V SO 2 ( x ) 为像元x处每年吸收SO 2 的价值，元； Q SO 2 ( x ) 为像元x处每年吸收的SO 2 量，gC； P SO 2 为SO 2 的治理费用，元 精神文化价值 利用COSTANZA等估算出的全球精神文化服务价值的均值来近似计算研究区的精神文化价值 [ 35 ] 。 V js = t js × S V js 为区域每年精神文化价值，元； t js 为单位面积生态系统精神文化服务价值，元/m 2 ；S为研究区面积，m 2 。 表1. 生态资产评价方法