0 引言

随着美丽江苏建设的推进，生态系统服务功能的作用逐渐凸显，对于指导区域生态保护和可持续发展具有重要意义。生态系统服务是通过生态系统的结构、过程和功能直接或间接提供的服务，是生态系统正向评价的核心。生态系统服务评价适用于县级及以上的区域。本研究选择固碳释氧、水质净化、水资源供给、生物多样性4个方面对生态系统服务进行综合评价。固碳释氧是调节生态系统平衡，缓解城市快速发展带来的生态问题的重要途径；水质净化与水资源供给分别代表净水与产水能力，在改善居民饮用水安全方面起到重要作用；生物多样性评估是区域生态系统服务评估的重要内容，也是科学构建生态保护空间格局和管理生物多样性保护的基础^[1-2]。

现以具备典型的沿海低岗丘陵与平原地貌的江苏省连云港市赣榆区为研究对象，从固碳释氧、水质净化、水资源供给和生物多样性4项服务进行生态功能重要性评价分区，以科学评价、定量识别该地区重要生态功能区，为本区农业开发利用提出建议，为生态文明建设和生态系统管理提供科学依据。

1 研究区概况

江苏省连云港市赣榆区位于苏鲁两省交界的黄海之滨(图 1)，是沿海经济带和东陇海产业带开发的东部交汇点，也是陆上丝绸之路和海上丝绸之路交汇区，区位优越、交通便利、海域辽阔、物产丰饶。拥有720 km²浅海域和江苏县级最长的黄金海岸线(62.5 km)，自古以来就享有“鱼米之乡”之称，素有“黄海明珠”“徐福故里”之美名。赣榆区地处鲁东南低山丘陵与苏北黄淮海平原交接地带，地形地貌自西向东呈现梯次结构布局，依次为西部山地、中部平原、东部沿海。属暖温带季风气候，年均气温13.2~22.8 ℃，年降雨量976.4 mm。2023年，赣榆区国内生产总值(GDP)为760亿元，常住总人口99.8万人，其中城镇常住人口57.99万人，城镇化率56.7%，城乡一体化建设稳步推进。

2 研究方法与数据获取 2.1 研究方法

目前，有关基于生态系统服务评价的研究主要采用生态系统服务和权衡的综合评估(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs，InVEST)模型，由美国斯坦福大学、大自然保护协会(TNC)与世界自然基金会(WWF)联合开发，旨在通过模拟不同土地覆被情景下生态服务系统物质量和价值量的变化，为决策者权衡人类活动的效益和影响提供科学依据。该模型具有操作简单、参数设置灵活、准确度高等特点^[3]，通过对各类土地覆盖下生态服务的物理属性及其价值演变进行精确模拟，显著增强了评估结果的可视化展示效果，进而有效地促进了生态系统服务价值的空间化定量分析^[4]。生态系统服务评价研究多见于对研究区生态安全格局或区域生态功能分区等的把握。如张道熙等^[5]通过梳理与总结研究区域的生境特征，应用空间聚类法，对湄公河上游沙湾拿吉-桔井段进行水生态功能一、二级分区；肖杨等^[6]在4项生态系统服务的基础上，识别贵阳市生态系统重要性空间、生态源地-廊道-节点；宋家鹏等^[7]基于1 km网格计算农产品供给、产水、碳固持、水土保持、生境质量和文化6项服务，通过地形分区，探讨福州市不同地形区生态系统服务簇的空间异质格局。同时，基于InVEST模型进行生态系统服务评价在沿海地区也被广泛应用。周娇娣等^[3]基于InVEST模型和地理信息系统(GIS)模型探究了2000—2020年广西北部湾沿海地区碳储量时空演变格局；李军等^[8]基于FLUS-InVEST模型，以雅安市为例，在川西山地区实现了土地利用变化和碳储量时空演变及预测，充分说明了InVEST模型在沿海丘陵地区的实用性。而赣榆区具有滨海湿地、低海拔平原、丘陵山地3种典型的生态系统类型分布，适宜利用InVEST模型分析生态系统的碳固持、土壤保持、生境质量等服务功能。

本研究基于不同土地利用类型，采用InVEST模型3.14.2版软件的碳固持、土壤保持、生境质量等模块对生态系统进行综合评估，具有模型输入变量易于获取、模型结果空间可视化程度高的特点，适用于对不同生态系统进行初步评价^[9-13]，数据处理和分析评价流程见图 2。其中，数据的处理既可以在InVEST软件中通过用户界面开展处理，也可以通过在Anaconda中安装实现了生态服务功能计算的Python库natcap.invest提供交互式、批量处理计算支持。

基于上述4个方面的指标评价，构建赣榆区生态系统质量综合评价体系，本研究采用了基于国土第三次调查(以下简称“国土三调”)的土地利用类型数据，这一数据在分类精细度和准确性上具有明显的优越性，尤其是在识别和分析不同类型的建设用地。国土三调数据提供了更为详细的土地利用类型分类，这些分类能够更加精准地反映人类活动对生态空间的影响，包括生态空间的格局变化和生态功能的变化，从而对人类活动(建设)占用生态空间的影响进行精细的统计和分析，更好地对生态系统进行综合诊断，做出综合的生态分析，评价其当前状态，并预测生态系统今后的发展趋势，为生态系统保护调整等提供科学依据。生态系统服务评价方法见表 1。

2.1.1 固碳释氧功能

固碳释氧功能是陆地生态系统吸收二氧化碳、释放氧气的能力体现，常用于表征区域气候调节的功能。InVEST模型碳储量模块包括地上生物碳、地下生物碳、土壤有机碳及死亡有机物4个碳库，区域碳储量由地类碳密度乘以地类面积得到^[14]，土地覆被变化将引起植被固碳释氧服务的变化，碳密度数据一般为常量，但各地地理气候分异、生态状况与植被类型的差异，导致各地碳密度也有所差异。因此，综合国内学者研究结果，结合赣榆区临近亚热带北缘、滨海平原和丘陵的地理特征，基于中国陆地生态系统碳密度数据集^[15]，以及利用气温、降水对天山碳储量研究中的碳密度进行修正，优化得到较为适合赣榆区碳密度值(表 2)。首先利用InVEST碳固持模型评价得到不同土地利用类型的碳固持量，再选取多年平均归一化植被指数(NDVI)数据对碳固持结果进行校正^[16-18]，从而得到碳固持功能的评价结果。

2.1.2 水质净化功能

水质净化功能是指从水中去除污染物的能力，常用对微量元素的截留率来表示。传统的水资源供给服务主要是基于Budyko曲线估算产水量，即各栅格的降雨量减去实际蒸散量等于该栅格水源供给量，但这些水量无法作为水资源进行大量取用。评价基于InVEST水质净化模型，量化不同土地利用类型植被和土壤对营养元素(如氮、磷)的截留能力，以最终输入到水体中的氮、磷元素含量表征水质净化功能的高低(表 3)。所需数据主要包括数字高程模型(DEM)、土地利用类型数据、年均降水量、流域边界、生物物理表、汇水积累量阈值、Borselli K参数、地下径流氮磷最大保留率和最大保留率下氮磷的输送距离等，通过模型计算得到的氮负荷量、氮输出量、氮截留量以及固氮效率 ^[19-21]。

2.1.3 生物多样性功能

生物多样性功能评价可以表征生物多样性服务能力的高低，评价研究一般分为遗传、物种、生态系统、景观4个层次，在大尺度区域水平上多指景观的度量，包括景观的丰富度、均匀度和弹性等^[22-23]。考虑生物多样性指标计算数据获取的难易程度，本次评价以生境质量、植被净初生产力(NPP)和景观结构指数为影响因子，综合分析赣榆区实地特点，利用层次分析法计算出生境质量、植被净初生产力和景观结构指数的权重分别为0.5，0.3和0.2。在此基础上，计算赣榆区的生物多样性综合指数。

2.1.4 水资源供给功能

淡水资源是决定区域发展、经济成长的重要战略性资源，对推进工业化、提高城镇化率意义重大，本研究将0.3 km²以上的水体提取出来，将其作为水资源供给服务重要功能区。

在具体的水资源供给计算中，引入了InVEST模型，结合塔山水库和石梁河水库的特点，对区域的水资源供给进行了深入分析。石梁河水库作为连云港、沂宿迁、泗水流域的重要水资源保障库，这些大型水库不仅为当地的农业灌溉提供了重要支持，同时也通过优良的水质维持了水资源的供给能力，为区域水生态和水安全做出了重要贡献。InVEST模型通过考虑这些水库的库容和灌溉用水需求，精细量化了其对区域内淡水供给的支持度。

此外，这些水库的存在不仅提供了实际的淡水供给，更维持了区域内良好的水生态系统，为当地的水文化提供了基础。这些综合服务(如供水、灌溉支持、优良水质维持、生态稳定性及水安全等)构成了区域水资源的重要生态功能，进一步凸显了这些功能区在生态系统中的重要地位。通过对水资源供给服务的详细评估，能够更加准确地反映赣榆区水资源的重要性，体现出生态功能在区域发展和生态保护中的重要作用，为后续的生态功能重要性分级提供了有力支撑。

2.1.5 生态系统服务综合评价

对固碳释氧、水质净化、生物多样性、水资源供给区每一单项评价结果进行归一化处理(表 4)，在不同空间上的生态功能区进行叠加，根据自然断点法进行分级，依据叠加结果和本身生态重要性，划分三级(Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级)重要生态功能区。

2.2 数据获取

数据的精度与来源直接关系到评价结果的科学性，本研究使用的数据包括土地利用数据、高程数据等。数据精度及来源见表 5。

3 结果与分析 3.1 单项指标评价 3.1.1 固碳释氧功能

固碳释氧服务能力评价见图 3(a)(b)。

由图 3(a)可见，固碳量范围为0~20.25 mg/hm²，平均值为3.47 mg/hm²；空间上，固碳量呈现整体偏低、零星区域较高的趋势。固碳量最高区域为区内西北部的少量低山丘陵，土地利用类型以林地为主；固碳量极低区域为东部、西南部、西北部，土地利用类型以水域、湿地为主；其余地区土地利用以受人类活动影响较大的耕地和建设用地为主，因此固碳值处于较低水平，起到的固碳释氧作用也相较于林地和草地等植被更低。

提取固碳值前10%的区域为固碳释氧的高供给区，作为固碳释氧重要功能区。高供给区的面积为101.01 km²，占全区总面积的6.83%。由图 3(b)可见，固碳释氧的高供给区呈零星分布，主要集中在西北部低山丘陵区，包括黑林镇、班庄镇等，土地利用以林地为主。高供给区内有夹谷山-车幅山-啦子山风景区、徐福泊船山风景区、大吴山自然风景区和安湖湿地公园等，因此要有效增加赣榆区森林面积，扩大固碳释氧规模。

3.1.2 水质净化功能

水质净化(磷截留率)服务评价见图 4(a)(b)。

由图 4(a)可见，区内磷截留率为0~0.138 058，平均值为0.012，空间分布为整体较低、零星区域较高。高值区域为个别低山丘陵区，土地利用以林地为主，表示植被对磷具有较强的吸附与截留作用，因此水质净化功能也相应较强；中值区域分布于中部，土地利用类型以耕地及建设用地为主，受人类活动影响较大；低值区域分布在东部、西南部以及西北部水域处，土地利用类型以水域、湿地为主。此外，中部建成区水质净化功能也较低，原因是受人类活动影响较大，耕地及建设用地分布较为集中。

提取磷截留率前10%的区域为水质净化服务的高供给区，作为水质净化服务重要功能区。总体上，高供给区的面积为71.6 km²，占全区总面积的4.85%。由图 4(b)可见，水质净化服务的高供给区呈零星分布，主要集中分布在低山丘陵区，土地利用类型以林地为主。针对赣榆区地表水和地下水条件、水生态系统特点，需制定水生态保护和修复管理的措施，保持水生态系统的完整性和多样性。

3.1.3 生物多样性功能

生物多样性综合指数分布示意见图 5(a)(b)。由图 5(a)可见，本区生物多样性综合指数为0~0.999 933，平均值为0.55，处于相对较高水平。空间分布呈现中部高东部低的趋势，高值区集中在中部地区，中部(偏南)地区土地利用类型以农田为主，农作物生长旺季会带来很大的生物量贡献；中值区主要分布于南北部河网水系较为发达的区域，土地利用以水域为主，表明丰富的水环境为水生生物提供了良好的栖息地；低值区主要分布在东西两侧，土地利用以耕地和建设用地为主，表明城乡集中分布区受人类活动干扰强烈，景观破碎化程度高、物种相对贫乏、生态系统类型较为单一。

提取生物多样性综合指数前10%的区域为生物多样性服务的高供给区，作为生物多样性服务重要功能区。高供给区的面积为35.57 km²，占全区总面积的2.41%；由图 5(b)可见，生物多样性服务的高供给区整体表现为南部较为集中、其余地区零星分布，涉及沙河镇、城西镇等，土地利用类型以林地为主，包括潜园公园、抗日山等，要加强生物多样性就地保护，建立生物多样性保护综合管理体系。

3.1.4 水资源供给功能

赣榆区耕地面积为580 km²，耕地耗水量大，淡水资源也是保障本区生物多样性和生态环境质量的最重要因素。鉴于赣榆区水资源丰富，河网水系复杂且实际提取面积为＞0.3 km²的水体，这些水体供给了区内生活用水、耕地灌溉、植被生长等，故将其作为水资源供给服务的重要功能区。

评价结果表明，赣榆区水资源供给重要功能区面积为194.44 km²，占全区总面积的12.82%；区内有江苏第二大人工水库(塔山水库、石梁河水库)以及海滨湿地等，因此要加强农业和工业污染防控，减少化肥、农药、工业废水等污染，增加水源地的植被覆盖，保护地表水和地下水水质稳定。在赣榆区东部，主要土地利用类型以湖泊、河流水体和湿地为主，西部和南部地区零散分布，土地利用类型以湖泊水库以及河流为主。

3.2 重要生态功能评价分区

本次评价综合考虑固碳释氧、水质净化、生物多样性、水资源供给这4项功能与服务，并赋予相同的权重，在空间上进行叠加取并集。依据不同空间上的生态功能区叠加数量结果及其自身生态重要性，将重要生态功能区划分为：Ⅲ级重要生态功能区、Ⅱ级重要生态功能区和Ⅰ级重要生态功能区，功能区的重要性依次递增。赣榆区重要生态系统服务区图斑分布示意见图 6。重要生态功能区具有维持生态系统服务和改善生物及人居环境的能力，也是重点保护区^[24-27]。评价结果表明，赣榆区重要生态功能区图斑总面积为383.06 km²，占全区总面积的25.93%。

由图 6可见，Ⅰ级重要生态功能区图斑面积为8.24 km²，占全区面积的0.56%，主要位于赣榆区西部。班庄镇和黑林镇分布较多，分别占Ⅰ级重要生态功能区总面积的44.90%和44.78%，土地利用以林地为主。

Ⅱ级重要生态功能区图斑面积为82.13 km²，占全区面积的5.56%，主要位于赣榆区西北部。班庄镇和塔山镇分布较多，分别占Ⅱ级重要生态功能区总面积的38.65%和29.16%，土地利用以水域为主。

Ⅲ级重要生态功能区图斑面积为292.69 km²，占全区面积的19.81%，其土地利用以耕地和建设用地为主。沙河镇分布较多，占Ⅲ级重要生态功能区总面积的11.46%。

4 区域生态保护与开发利用建议

本次研究在4项生态服务重要功能区评价的基础上划定了三级重要生态功能区，初步构建了赣榆区农业生态安全格局，此举将有助于构建赣榆区生态安全保障，促进本区农业生态系统保护与社会经济发展相协调^[28-31]。目前，结合赣榆区当前农业发展现状，提出以下两方面建议。

一是对三级重要生态功能区的保护建议。Ⅰ级重要生态功能区以丘陵为主，自然资源类型有山体、森林、草地等，是构筑区域生态安全的重要屏障，资源开发及人类活动会对植被造成一定程度的破坏。建议加强生态保育、生境修复，开展农业用地综合整治，提升区域生境质量和水源涵养功能。Ⅱ级重要生态功能区以湖泊水体和岗坡为主，是本区重要的水源涵养地；农业活动产生的面源污染对水环境造成了一定的影响，存在一定的水土流失问题；建议开展土地综合整治，清淤疏浚河道，贯通河渠水系，加强河岸林草带建设，加强农业面源污染治理。Ⅲ级重要生态功能区以滨海湿地、河流湿地为主。湿地开发程度较高、入海河道与湖泊淤积，造成一定程度的生物多样性降低；建议开展入海河道清淤，拆除围网、退圩还海，修复沿海湿地景观，恢复水生动植物群落，保护水源地和水生境。

二是对赣榆区农业开发利用的建议。严格实施赣榆国土空间总体规划，优化全区农业发展格局，形成东部、中部、西北部特色鲜明的农业发展格局。东部沿海建设特色农业片区，培育海-淡水特色养殖业，促进现代化渔业发展，打造现代“海洋牧场”与海鲜电商发展区域；中部建设高效优质农业片区，发展高效、优质农业和生态休闲观光农业，规模化种植优质农作物，打造优质良田集中区域；西北部建设绿色生态农业片区，围绕山区和丘陵岗地，加强绿色农业、生态农业建设，打造生态重要区域和特色农产品集中种植区域。

综上所述，通过系统规划、严格管控，保障赣榆区农业开发利用空间稳定性，保证区内耕地和永久基本农田数量不减、质量不降，至2035年，耕地保有量不低于550.73 km²，永久基本农田面积不低于504.33 km²。通过优化国土空间格局，健全国土空间规划体系，以永久基本农田红线、生态保护红线和城市开发边界为底线，保护永久基本农田和生态用地，构建适应生产空间节约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀的高品质赣榆城乡空间格局。