全 文 ：广 西 植 物 Ｇｕｉｈａｉａ　Ｊａｎ．２０１３，３３（１）：５２－５７　　　　　　　　　　 ｈｔｔｐ：／／ｊｏｕｒｎａｌ．ｇｘｚｗ．ｇｘｉｂ．ｃｎ　
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－３１４２．２０１３．０１．００８
徐靖，银森录，吴楠，等．广西西江流域植被移除磷素污染的生态系统服务价值［Ｊ］．广西植物，２０１３，３３（１）：５２－５７
Ｘｕ　Ｊ，Ｙｉｎ　ＳＬ，Ｗｕ　Ｎ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｖａｌｕｅ　ｓｕｐｐｌｉｅｄ　ｂｙ　ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ａｖｏｉｄｉｎｇ　ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　ｐｏｌｕｔｉｏｎ　ｗｉｔｈｉｎ　Ｘｉｊｉａｎｇ　Ｒｉｖｅｒ　Ｂａｓｉｎ，Ｇｕａｎｇｘｉ［Ｊ］．
Ｇｕｉｈａｉａ，２０１３，３３（１）：５２－５７
广西西江流域植被移除磷素污染
的生态系统服务价值
徐　靖１，银森录１，吴　楠２，李俊生１＊，孙　光１
（１．中国环境科学研究院 环境基准与风险评估国家重点实验室，北京
１０００１２；２．安徽省环境科学研究院，合肥２３００７１）
摘　要：３Ｓ技术的应用，为快速计算生态系统服务价值提供了新的方法。以ＡｒｃＧＩＳ９．２为平台，构建广西西
江流域生态系统减轻集水区出口受纳水体非点源污染服务物质量和价值量评估模型，以总磷（ＴＰ）作为指示
污染物，模拟２００８年流域内每个栅格像元被植被移除而未进入水环境的污染物质量空间分布特征，结合期望
水质标准和净化污染物的边际成本计算出服务的价值。结果表明：西江流域的水文敏感区主要集中在地势平
缓的区域；磷素关键污染源区分布与水文敏感区相近，主要位于桂林、柳州、南宁、来宾及贵港。当年被西江流
域生态系统过滤移除而未进入水环境的磷素污染物质总量达２６７３．３６ｔ·ａ－１，占关键污染源区指数总量的
７３．２％，其中林地生态系统服务价值贡献率最高。流域生态系统对于减轻其出口受纳水体磷素非点源污染服
务的总价值为３４６２．４４万元。
关键词：广西；西江流域；水文敏感区；关键污染源区；植被移除磷素量；生态系统服务价值
中图分类号：Ｘ１７１．１　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１０００－３１４２（２０１３）０１－００５２－０６
＊ Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｖａｌｕｅ　ｓｕｐｐｌｉｅｄ　ｂｙ
ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ａｖｏｉｄｉｎｇ　ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　ｐｏｌｕｔｉｏｎ
ｗｉｔｈｉｎ　ＸｉｊｉａｎｇＲｉｖｅｒ　Ｂａｓｉｎ，Ｇｕａｎｇｘｉ
ＸＵ　Ｊｉｎｇ１，ＹＩＮ　Ｓｅｎ－Ｌｕ１，ＷＵ　Ｎａｎ２，ＬＩ　Ｊｕｎ－Ｓｈｅｎｇ１＊，ＳＵＮ　Ｇｕａｎｇ１
（１．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｃｒｉｔｅｒｉａ　ａｎｄ　Ｒｉｓｋ　Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ＣＲＥＡＳ，
Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００１２，Ｃｈｉｎａ；２．Ａｎｈｕｉ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｈｅｆｅｉ　２３００７１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　３Ｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｎｅｗ　ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｉｅｓ　ｆｏｒ　ｒａｐｉｄ　ｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ．Ｏｎ
ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ（ＧＩＳ）ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｐａｃｋａｇｅ　ＡｒｃＧＩＳ９．２，ａ　ｍｏｄｅｌ　ｗａｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｔｏ　ｓｉｍｕｌａｔｅ
ｔｈｅ　ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｓｕｐｐｌｉｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈｉｎ　Ｘｉｊｉａｎｇ　Ｒｉｖｅｒ　Ｂａｓｉｎ，Ｇｕａｎｇｘｉ　ｆｏｒ　ａｖｏｉｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ　ｗａｔｅｒｓ
ｆｒｏｍ　ｎｏｎ－ｐｏｉｎｔ　ｓｏｕｒｃｅ　ｐｏｌｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｖａｌｕｅ．Ｔｏｔａｌ　ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ（ＴＰ）ｗａｓ　ｃｈｏｓｅｎ　ａｓ　ａ　ｐｏｌｕｔａｎｔ　ｓｕｒｒｏｇａｔｅ
ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｏｌｕｔａｎｔ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ａｓ　ｗｅｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｌａｎｄ　ｕｓｅ／ｃｏｖｅｒ　ｔｙｐｅｓ
ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｓｐａｔｉａｌ　ｐａｔｔｅｒｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｎｎｕａｌ　ｑｕａｎｔｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｏｌｕｔａｎｔ　ｔｈａｔ　ｗｅｒｅ　ｐｒｅｖｅｎｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｅｎｔｅｒｉｎｇ
ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｅａｃｈ　ｃｅｌ　ｆｏｌｏｗｅｄ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｐａｔｈ　ｉｎ　ｗａｔｅｒｓｈｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｙｅａｒ　２００８．Ｔｈｅ　ｅｃｏ－
ｎｏｍｉｃ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｍｏｄｅｌ　ｗａｓ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｃｔｅｄ　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ａｎｄ　ｍａｒｇｉｎ－
ａｌ　ｃｏｓｔ　ｏｆ　ｐｕｒｉｆｙｉｎｇ　ｐｏｌｕｔａｎｔ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｆｌａｔ　ｒｅｇｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ　ａｒｅａｓ　ｏｆ
＊ 收稿日期：２０１２－０５－１８　　修回日期：２０１２－０７－１６
基金项目：国家环境保护部《生物多样性公约》项目（１４４１１０００３６）
作者简介：徐靖（１９８０－），硕士，助理研究员，从事生物多样性保护研究，（Ｅ－ｍａｉｌ）ｘｕｊｉｎｇ．２００１＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ。
＊通讯作者：李俊生，博士，研究员，从事生物多样性保护研究，（Ｅ－ｍａｉｌ）ｌｉｊｓｈ＠ｃｒａｅｓ．ｏｒｇ．ｃｎ。
ｔｈｅ　ｗａｔｅｒｓｈｅｄ　ｏｆ　Ｘｉｊｉａｎｇ　Ｒｉｖｅｒ．Ｔｈｅ　ｆａｒｍｌａｎｄｓ　ｉｎ　Ｇｕｉｌｉｎ，Ｌｉｕｚｈｏｕ，Ｎａｎｎｉｎｇ，Ｌａｉｂｉｎ　ａｎｄ　Ｇｕｉｇａｎｇ　ｗｅｒｅ　ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ
ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｓｏｕｒｃｅ　ａｒｅａｓ（ＣＳＡ），ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｓｉｍｉｌａｒｌｙ　ａｓ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ　ａｒｅａｓ．Ｉｎ　２００８，ｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　ｏｆ　ｐｈｏｓ－
ｐｈｏｒｕｓ　ｐｒｅｖｅｎｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｅｎｔｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｂｙ　ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｗａｔｅｒｓｈｅｄ　ｗａｓ　２　６７３．３６ｔ·ａ－１，ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　７３．２％ｏｆ
ｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　ＣＳＡ　ｉｎｄｅｘ．Ｆｏｒｅｓｔ　ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｓ　ｍｏｓｔ　ｔｏ　ｔｈｉｓ　ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｖａｌｕｅ．Ｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｆｏｒ　ａｖｏｉ－
ｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ　ｗａｔｅｒｓ　ｆｒｏｍ　ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　ｐｏｌｕｔｉｏｎ　ｗａｓ　３４．６２４４ｍｉｌｉｏｎ　ｙｕａｎ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｇｕａｎｇｘｉ；Ｘｉｊｉａｎｇ　Ｒｉｖｅｒ　Ｂａｓｉｎ；ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ａｒｅａ；ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｐｏｌｕｔｅｄ　ｓｏｕｒｃｅ　ａｒｅａｓ；ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｒｅ－
ｍｏｖａｌ　ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　ｃｏｎｔｅｎｔ；ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｖａｌｕｅ
　　非点源污染（ｎｏｎ－ｐｏｉｎｔ　Ｓｏｕｒｃｅ　ｐｏｌｕｔｉｏｎ）是指溶
解的或固体污染物从非特定的地点，在降水和径流冲
刷作用下通过径流过程汇入受纳水体（如河流、湖泊，
水库、海湾等）引起的水体污染，与点源污染相对应
（贺缠生等，１９９８），是目前全球陆地水环境的重要污
染源或首要污染源（Ｌｏｖｅｊｏｙ　ｅｔ　ａｌ．，１９９７；Ｓｉｍｓ　ｅｔ　ａｌ．，
１９９９）。造成水体富营养化的重要限制性元素磷，就
主要由非点源污染产生（贺缠生等，１９９８）。自然生态
系统能有效减少地表径流，并通过一系列物理、化学
和生物过程降低污染物的毒性，减轻污染程度（Ｎａｉｍ－
ａｎ　ｅｔ　ａｌ．，１９９７；钱进等，２００９）。近期的研究将特定区
域植被滞留和净化污染物能力的定量化研究结论与
不同时空尺度上水文和非点源污染的过程模型，以及
３Ｓ技术（ＧＰＳ、ＲＳ和ＧＩＳ）相结合，使这一领域的研究
发展得到了多方面的提升（王建武等，２００２；郑丽波
等，２００８），为研究大尺度生态系统移除非点源污染
的生态系统服务提供了新的思路和技术参考。
本文以污染物溶质及泥沙共轭运移理论为基
础，用遥感数据和模型评估的方法，试图对广西西江
流域非点源磷污染的产生量、空间分布和流域生态
系统过滤移除此类型磷素的能力产生及其产生的经
济价值进行估算，从技术角度为研究广西西江流域
非点源污染提供参考。
１　区域概况
西江是珠江流域的主干流，河长２　０７５ｋｍ，平
均坡降０．５８‰。西江在广西境内部分长度为８６９
ｋｍ，流域土地面积２１．６９万平方公里。广西西江流
域人口４　４８６万人，年均径流量２　２７７×１０８　ｍ３，年均
径流深７５４ｍｍ。主要支流有北盘江、柳江、郁江、
桂江及贺江等。广西西江流域出露岩层是以灰岩和
白云岩为主的沉积岩，岩溶地貌广布，土壤类型多
样，其中红壤是分布面积最大的一个土类，其次为赤
红壤、砖红壤和石灰土，主要植被类型为森林、灌丛
及灌丛矮林，大部分为次生植被。此外，农田、林地
与草地是广西西江流域主要的土地利用／土地覆盖
类型（图１）。流域各地年均气温为１６．５～２３．１℃。
各地年降水量为１　０８０～２　７６０ｍｍ，大部分地区在
１　３００～２　０００ｍｍ之间。农业活动是广西西江流域
非点源污染的主要来源，农药化肥以及禽畜粪便等
其中的磷素随降水和地表径流进入水体，是农业非
点源污染中磷的主要产生途径。流域植被具有降低
流域土壤侵蚀，抑制水土流失等作用，因此在减轻流
域非点源污染过程中发挥了主要作用。
２　研究方法
通过模型计算水文敏感系数（ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓｅｎｓｉ－
ｔｉｖｅ　ｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔ，ＨＳＣ），结合各种土地利用方式的磷素
输出系数识别出关键污染源区（ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｓｏｕｒｃｅ　ａｒｅａｓ，
ＣＳＡ），然后沿汇流路径，结合每个栅格像元上不同土
地利用方式对磷素过滤能力系数得到植被移除的该
污染物质量。价值量模型则结合流域出口断面的期
望水质标准与净化改污染物的边际成本进行计算。
２．１污染关键源区的识别
集水区内高达９０％的磷流失量可能来源于
１０％的区域，且主要分布在靠近河道的区域，是非点
源污染物的关键源区（Ｐｉｏｎｋｅ　ｅｔ　ａｌ．，１９９８；张淑荣
等，２００３）。影响水环境非点源污染关键源区形成的
因子可以分为源因子和迁移扩散因子两类：源因子
主要反映各土地利用方式下土壤中养分含量、肥料
输入及土壤对养分的持留能力等，表明是否具有较
高的养分输出潜力；迁移扩散因子包括直接和间接
影响养分迁移的因子，决定了流失潜力能否实现流
失。明确磷污染关键源区的空间变异特征，对于估
算广西境内西江流域植被移除非点源磷污染的生态
系统服务至关重要。
　　本模型基于土地利用／覆盖分布数据及每种土
地利用／覆盖类型的磷输出系数识别磷污染关键源
区涉及的源因子的空间分布特征。流域土地利用／
覆盖数据来源于２００８年ＬａｎｄｓａｔＴＭ 遥感解译数
３５１期　　　　　　　徐靖等：广西西江流域植被移除磷素污染生态系统服务及价值
据，比例尺１∶１００　０００。参考刘纪远（１９９６）提出
的分类体系，根据西江流域土地的自然属性，将其
类型划分为农业用地、林地、草地、城镇用地和未
利用地５类，数据格式为ＣＯＶＥＲＡＧＥ。根据相关
文献资料（Ｊｏｈｎｅｓ，１９９６；沈珍瑶等，２００８），西江流
域每种土地利用／覆盖类型的磷输出系数如表１
所示。
　　迁移扩散因子的空间分布特征基于水文敏感
系数来计算。水文敏感系数表示生态系统中土壤
渗透饱和性和随后产生的汇流潜力，由汇流量数
据、土壤参数和坡度数据确定（Ｄｅｎｇ　ｅｔ　ａｌ．，２００２）。
水文敏感系数分值越高，意味着土壤愈容易达到饱
和而产流，与区域中河流的连接性愈好。采用如下
模型计算：
ＨＳＣｉ＝ｌｇ（ｆｌｏｗ＿ａｃｃｉ／Ｋｓａｔｉ×ｓｏｉｌ＿ｄｅｐｔｈｉ×ｓｌ－
ｏｐｅｉ） （１）……………………………………………
式中，ＨＳＣｉ表示栅格ｉ标准化前的水文敏感系
数；ｆｌｏｗ＿ａｃｃｉ是栅格ｉ由上述ＤＥＭ 数据（３０ｍ分
辨率）派生出的汇流量数据；Ｋｓａｔｉ 是栅格ｉ上的土
壤渗透性数据（ｃｍ·ｄａｙ－１）；ｓｏｉｌ＿ｄｅｐｔｈｉ是栅格ｉ上
的土壤深度数据（ｍｍ），这两项数据来源于中国科
学院资源环境科学数据中心提供的１∶１　０００　０００数
字化《中国土壤图》数据库；ｓｌｏｐｅｉ 是栅格ｉ上由
ＤＥＭ数据派生出的坡度数据（单位为°）。
对计算得到的水文敏感系数栅格图层在数值上
进行０－１的标准化处理，得到表征集水区磷素迁移
扩散能力的系数图层，即水文敏感区指数（ＨＳＡ）。
表１　不同生态系统总磷输出及过滤移除系数
Ｔａｂｌｅ　１　Ｔｏｔａｌ　ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　ｅｘｐｏｒｔ　ａｎｄ　ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ
ｒｅｍｏｖａｌ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ
土地类型
单位面积年输出总磷
（ｋｇ·ｋｍ－２·ａ－１）
磷过滤移除能力
系数（无量纲）
农田 ９０　 ０．１
林地 １５　 ０．７５
草地 ２０　 ０．４
建设用地 ２４　 ０
未利用地 ５１　 ０
表２　汇流路径上每个栅格被植被过滤移除污染物质量模型
Ｔａｂｌｅ　２　Ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｑｕａｎｔｉｔｙ　ｏｆ　ｐｏｌｕｔａｎｔ　ｔｈａｔ　ｗｅｒｅ　ｒｅｍｏｖｅｄ　ｂｙ　ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｅａｃｈ　ｃｅｌ　ｆｏｌｏｗｅｄ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｐａｔｈ
栅格
编号
污染物过滤移除
能力系数（无量纲）
关键污染源区指数ＣＳＡ
（ｋｇ·ｋｍ－２·ａ－１）
被植被过滤移除污染物质量
（ｋｇ·ｋｍ－２·ａ－１）
未被植被过滤移除而汇入下一栅格的
污染物质量 （ｋｇ·ｋｍ－２·ａ－１）
１ Ｒ１ ＣＳＡ１ ＣＳＡ１×Ｒ１ ＣＳＡ１×（１－Ｒ１）
２ Ｒ２ ＣＳＡ２ ［ＣＳＡ１×（１－Ｒ１）＋ＣＳＡ２］×Ｒ２ ［ＣＳＡ１×（１－Ｒ１）＋ＣＳＡ２］×（１－Ｒ２）
３ Ｒ３ ＣＳＡ３ ｛［ＣＳＡ１×（１－Ｒ１）＋ＣＳＡ２］×
（１－Ｒ２）＋ＣＳＡ３｝×Ｒ３
｛［ＣＳＡ１×（１－Ｒ１）＋ＣＳＡ２］×（１－Ｒ２）
＋ＣＳＡ３｝×（１－Ｒ３）
　注：假设第一个栅格像元可以对自身的污染负荷进行过滤移除
　　在ＡｒｃＧＩＳ９．２中对磷素输出潜力图层与水文
敏感区指数图层进行栅格相乘，得到西江流域集水
区内磷污染关键源区的空间变异特征：
ＣＳＡｉ＝Ｌｏａｄｓｉ×ＨＳＡｉ （２）……………………
式中，ＣＳＡｉ为栅格ｉ的关键污染区指数（ｋｇ·
ｋｍ－２·ａ－１）；Ｌｏａｄｓｉ为栅格ｉ的磷年输出系数，即磷
素的年污染负荷（ｋｇ·ｋｍ－２·ａ－１），通过综合栅格内
土地利用类型及其对应的年输出总磷量（表１）计算
得出；ＨＳＡｉ为栅格ｉ的水文敏感区指数（无量纲）。
２．２被植被移除的磷素空间变异
集水区内被植被移除的磷素即为生态系统对于
减轻集水区出口受纳水体非点源污染服务的物质
量。由关键污染源区数据和各种土地利用方式对磷
素的过滤移除能力系数（表１）得到。水文表面上的
每个像元都有从汇水盆地顶端延伸到注入点的汇流
路径。根据ＤＥＭ 派生出的汇流量数据，结合研究
集水区的实际河道分布，指定汇流量大于１０　０００这
一阈值的栅格像元为河流，并将其流向值赋为０。
对集水区内每个栅格按照其流向数据搜寻汇入相邻
的下一个栅格，直至汇入河流，每个栅格ｉ过滤移除
的磷素量按照表２所列的前３个栅格计算模型以此
类推进行模拟，进而得到每个栅格对于减轻集水区
出口受纳水体磷素非点源污染服务的物质量一级该
项服务量的空间分布。
２．３价值量评估模型
将集水区出口断面期望的年输出磷素标准按照
集水区总栅格数进行均分，被相应栅格年过滤移除
的磷素量相减，得出每个栅格修正的服务物质量。
通过成本替代技术（Ｓｍｉｔｈ，１９９３），按照下式计算集
水区内每个栅格减轻集水区出口受纳水体磷素非点
源污染服务价值量：
ＶａｌｕｅＦｉｌｔｅｒ＿ｌｏａｄｓ＝ＭＣ×ｍａｘ（０，Ｆｉｌｔｅｒ＿ｌｏａｄｓｉ－
ＥＷＱ／ＣＮ） （３）………………………………………
式中，ＶａｌｕｅＦｉｌｔｅｒｉ＿ｌｏａｄｓｉ为集水区内栅格ｉ该项生态
４５ 广　西　植　物　　　 　　　　　　　　　　　　　　３３卷
图１　广西西江流域土地利用／土地覆盖分类
Ｆｉｇ．１　Ｌａｎｄ－ｕｓｅ／ｌａｎｄｃｏｖｅｒ　ｉｎ　Ｘｉｊｉａｎｇ　Ｒｉｖｅｒ　Ｂａｓｉｎ，Ｇｕａｎｇｘｉ
表３　西江流域２００８年不同生态系统水文敏感区指数、关键污染源区指数、植被移除磷素量和经济价值估算
Ｔａｂｌｅ　３　Ｅｓｔｉｍａｔｅｓ　ｏｆ　ＨＳＡ，ＣＳＡ，ｑｕａｎｔｉｔｙ　ｏｆ　ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ　ｆｉｌｔｅｒｅｄ　ｂｙ　ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｉｔｓ
ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　Ｘｉｊｉａｎｇ　Ｒｉｖｅｒ　Ｂａｓｉｎ　ｉｎ　２００８
生态系
统类型
Ｔｙｐｅｓ
面积比例
Ａｒｅａ
ｐｅｒｃｅｎｔ
（％）
水文敏感区
指数 ＨＳＡ
关键污染源区指数
ＣＳＡ
移除磷素量
Ｆｉｌｔｅｒ＿ｌｏａｄｓ
经济价值
Ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｖａｌｕｅ
平均值
（无量纲）
平均值
（ｋｇ·ｋｍ－２·ａ－１）
总值
（ｔ·ａ－１）
平均值
（ｋｇ·ｋｍ－２·ａ－１）
总值
（ｔ·ａ－１）
平均值
（ｙｕａｎ·ｋｍ－２·ａ－１）
总值
（１０４　ｙｕａｎ·ａ－１）
农田 ２１．６８　 ０．６５　 ５８．０６　 ２５４４．８３　 １４．４４　 ６３２．７７　 １８５．２６　 ８１１．９８
林地 ６７．３１　 ０．４４　 ６．５４　 ８８８．３４　 １３．５８　 １８４４．８２　 １７６．５７　 ２３９９．１６
草地 ７．８８　 ０．４８　 ９．６２　 １５３．０５　 １２．３０　 １９５．７８　 １５７．８９　 ２５１．３０
建设用地 １．７６　 ０．７５　 １７．８９　 ６３．６２　 ０　 ０　 ０　 ０
未利用地 １．３７　 ０．７３　 ２３．０８　 ０．４１　 ０　 ０　 ０　 ０
合计 １００．００　 ３６５０．２５　 ２６７３．３６　 ３４６２．４４
系统服务的价值（元）；ＭＣ为清除单位重量磷素的
费用（元／公斤），按照国家相关部门提出的《排污费
征收标准及计算方法》（自２００３年７月１日起实
施），取１４元／公斤；Ｆｉｌｔｅｒ＿ｌｏａｄｓｉ为栅格ｉ年过滤移
除的磷素量（ｋｇ·ｋｍ－２·ａ－１）；ＥＷＱ为集水区出口
断面的期望输出水质标准，目前西江段流域水体水
质为 二类，按照国家 《地表水环境质量标准》
（ＧＢ３８３８－２００２）二类水总磷（以磷素计）含量不得超
过０．１ｍｇ·Ｌ－１的标准，西江年均径流量２　２７７亿立
方米，期望出口断面年输出２．２８×１０４　ｔ的磷素；ＣＮ
为集水区总栅格数，输出像元大小统一设为１ｋｍ×１
ｋｍ，ＥＷＱ／ＣＮ单位为ｋｇ·ｋｍ－２·ａ－１；ｍａｘ（ａ，ｂ）函数
表示取ａ和ｂ中较大的数值，避免出现负数。
３　结果与分析
３．１流域内各生态系统类型水文敏感性
２００８年广西西江流域内各种主要生态系统类
型的水文敏感区指数（ＨＳＡ）模拟结果如表３所示。
模型中各生态系统类型的ＨＳＡ在０．４４～０．７５之间，
其中农田、建设用地和未利用地（包括裸岩、水体、沼
泽和滩涂等）水文敏感性较高，与其多位于地势平缓
之地，且往往靠近河道有关；林地和草地相对较低。
　　水文敏感区指数的空间分布表明在集水区内哪
５５１期　　　　　　　徐靖等：广西西江流域植被移除磷素污染生态系统服务及价值
图２　水文敏感系数、关键污染源
区指数、植被移除磷素量
Ｆｉｇ．２　ＨＳＣ，ＣＳＡ　ａｎｄ　ｑｕａｎｔｉｔｙ　ｏｆ　ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ
ｆｉｌｔｅｒｅｄ　ｂｙ　ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｓ
些区域更容易产生汇流，反映了磷素扩散因子高值
的空间分布特征。图２：ａ表明 ＨＳＡ较高的区域有
桂东北（桂林、灵川、临桂和永福）、桂中南地区（南
宁、邕宁、武鸣、上林、宾阳、来宾、贵港、桂平和平
南），以及桂西、桂西南的河谷地带（百色、田阳、田
东／宁明及上思）。而桂中北、西南石漠化较严重的
区域，由于土层薄、坡度大等原因对非点源磷污染进
入地表径流贡献不明显，ＨＳＡ往往不如平原和河谷
区域高。
３．２流域内各生态系统关键污染源区（ＣＳＡ）指数
经估算，广西西江流域２００８年各主要生态系统
的ＣＳＡ指数范围为６．５４～５８．０６ｋｇ·ｋｍ－２·ａ－１（表
３）。农田的该指数均值最高，未利用地和建设用地次
之，林地和草地的ＣＳＡ指数均值显著低于其它系统。
农田系统总磷的ＣＳＡ指数总量最大，占流域总
量（３　６５０．２５ｔ·ａ－１）的６９．７％；林地虽然均值最低，
但由于面积最大，总量占流域总量的２４．３％；其它
三种系统类型由于面积小及指数均值低，共占总量
的６．０％。
通过识别集水区内磷素关键污染源区的空间分
布，可将磷素非点源污染治理重点和有限的资源投入
到流域内污染负荷最高、且对水体危害可能性最大而
范围相对较小的敏感地区和地段。本研究中，桂西南
右江流域（百色、田阳、田东），左江流域的龙州、宁明、
崇左、扶绥，桂中（宜州、柳城、柳州、来宾、武宣、象
州），桂中南（南宁、武鸣、宾阳、贵港、桂平、平南）和桂
东北（永安、灵川、桂林、临桂、荔浦、平乐及贺州）等地
是关键污染源区指数高值集中的区域（图２：ｂ）。
３．３集水区各生态系统植被移除磷素量及经济价值
运用表２所列模型和公式（３）的计算结果 （表
３）表明，农田、林地和草地生态系统移除磷素量为
２　６７３．３６ｔ·ａ－１，占ＣＳＡ指数总量的７３．２％。农田
移除磷素的平均量最大，移除磷素总量６３２．７７ｔ·
ａ－１；林地平均值次之，由于面积大，总量达１　８４４．８２
ｔ·ａ－１，占被植被移除磷素污染物质总量的６９％；草
地移除总量为１９５．７８ｔ·ａ－１。２００８年生态系统移
除磷素污染的服务价值达到３　４６２．４４万元，其中具
有该项服务功能的农田、林地、草地系统价值分别为
８１１．９８、２　３９９．１６、２５１．３０万元。
虽然农田移除磷素的能力最强，但其ＣＳＡ指数
远高于移除能力，因此农田整体上还是磷素污染的
输出者。在本研究中，林地往往分布在集水区上游
或者坡度较大的区域，不易产生汇流，污染物产出量
也相对少，大部分磷素未经林地过滤，因此本研究模
拟林地移除磷素能力的结果可能无法反映林地这一
项生态系统服务的极限。
４　结论与讨论
该模型依靠经验参数结果，综合考虑了面源污
染的产生和传输过程，直接估算进入水体的面源总
６５ 广　西　植　物　　　 　　　　　　　　　　　　　　３３卷
磷污染负荷，不必考虑面源污染的过程和内在机制
以及其它影响因素，结构简单，受研究尺度、数据基
础等方面的限制较少，适当调整模型参数还可以进
行其它非点源污染物如氮素等的模拟。模型计算出
广西西江流域非点源污染水文敏感性和关键污染源
区的分布格局，对广西西江流域非点源污染研究和
治理具有重要的参考意义；此外，模型对不同土地利
用／覆盖类型和各市区非点源磷污染产生的数量及
其被植被过滤移除的数量，以及该生态系统服务的
价值估算对评估广西西江流域非点源磷污染程度有
一定的参考意义。
本研究只对新的生态系统服务评价方法的探
讨，还存在以下问题：（１）使用其它流域和生态系统
的小区实验结果和经验参数作为广西西江流域生态
系统总磷输出及过滤移除系数，并没有进行实地检
测和实验模拟，可能会造成模拟结果的偏差，如李生
等（２００９）通过在广西凌云县的径流实验发现喀斯特
地区尤其是石漠化地区由于形成负地形以具有及复
杂的地下渗漏系统，降雨历时短的大雨以上强度的
降雨才产生地表径流，而本模型在计算流域水文敏
感区指数分布的过程中难以对此过程进行有效的处
理，可能使非点源磷污染的水文敏感区范围估计结
果偏大。因此，需要通过实地验证，进一步了解喀斯
特／岩溶生态系统的水文敏感性特征，才能更为准确
地评价其对磷污染的影响。（２）喀斯特地区土层较
薄，土壤含磷量也相对较低，经验数据的使用可能使
非点源磷污染产生的总量估计结果偏高；除此之外，
模型中使用的土地利用和生态系统类型分类不够精
细，也会在一定程度上影响模型运行结果的准确性。
解决这些问题需要对广西西江流域非点源污染尤其
是磷素污染进行更加深入的研究，得到适合西江流
域的经验参数，并通过更多的过程研究完善模型的
设计和运行。（３）本研究使用替代成本的方法，从治
理污染的花费表现了生态系统服务某一方面的经济
价值，但无法定量其它生态系统服务如吸收水土保
持、调蓄洪水、ＣＯ２、释放氧气、提供木材等产品，以
及文化景观享受等方面的经济价值，仍然具有一定
的局限性，需要用更完善的理论和方法来全面评估
生态系统服务的价值。
广西喀斯特地区地貌的复杂性和生态系统的脆
弱性，使非点源污染极易影响区域内水质，并且对地
下水水质的影响比非喀斯特地区更显著。保护喀斯
特地区的生态系统，提升生态系统服务，减轻水土流
失，才能从源头上减少非点源污染的影响。
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