武愛彬，李永魁

（河北省科學(xué)院地理科學(xué)研究所，河北 石家莊 050021）

當(dāng)前，我國處于大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的新階段。土地等生態(tài)資源已成為國家發(fā)展建設(shè)的稀缺資源之一［1］，迫切需要對生態(tài)資源的可持續(xù)性利用有更科學(xué)的規(guī)劃。在此背景下，建立區(qū)域性生態(tài)資源數(shù)據(jù)庫對于動態(tài)監(jiān)測、綜合管理各種基礎(chǔ)信息就顯得尤為重要。數(shù)據(jù)庫的建立有利于量化、細(xì)化生態(tài)建設(shè)基礎(chǔ)，可以全面、準(zhǔn)確的反應(yīng)區(qū)域內(nèi)土地利用現(xiàn)狀、水文、植被、地形地貌等基礎(chǔ)地理信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時更新，快速、有效的檢索和使用。進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值動態(tài)研究可以為區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、重大建設(shè)項(xiàng)目布局、促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展及為生態(tài)環(huán)境保護(hù)管理提供科學(xué)決策依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

河北燕山淺山丘陵位于燕山東部，河北省東北部，地理位置介于北緯39°53′和40°58′，東經(jīng)117°19′和119°35′之間。涵蓋承德市東南部、秦皇島市北部和唐山市北部等區(qū)域，總面積約28534.26平方公里。中西部處于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年均溫6～10℃，1月均溫－12～－6℃，7月20～25℃，年降水量700mm 左右，流水侵蝕作用強(qiáng)烈。東部屬于溫帶季風(fēng)氣候，因受海洋影響較大，氣候比較溫和，春季少雨干燥，夏季溫?zé)釤o酷暑。

2 數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建

河北省燕山淺山丘陵區(qū)生態(tài)資源信息庫包含土地覆蓋、地貌、地形、氣象、DEM、水文、土壤、植被、自然災(zāi)害、行政區(qū)劃、古河道、環(huán)境現(xiàn)狀、環(huán)境敏感性分析、環(huán)境重要性評價、交通、旅游、農(nóng)業(yè)區(qū)劃、區(qū)片價等多種資源信息。

2.1 數(shù)據(jù)收集與處理

數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)主要來源于不同時段，不同譜段的遙感圖像（1987年、1995年、2000年TM影像，2010年中巴影像等）、各種基礎(chǔ)底圖（行政界線、地質(zhì)、地貌、植被、氣候等）、環(huán)境專題圖、GPS的定位信息和地面高程模型等。將圖件資料掃描矢量化，最后得到地貌、地形、氣象、DEM、水文（堤防、湖泊水庫、水利樞紐、水文站、水系、泄洪區(qū)、雨量站）、土地覆蓋（1987 年、1995年、2000年、2010年）、土壤（土壤氮含量、土壤鉀含量、土壤磷含量、土壤類型、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤質(zhì)地）、植被、自然災(zāi)害、行政區(qū)劃（區(qū)域、市、縣、鄉(xiāng)、村行政界線、鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民點(diǎn)、農(nóng)村居民點(diǎn)）、古河道、環(huán)境（環(huán)境現(xiàn)狀、環(huán)境敏感性分析、環(huán)境重要性評價）、交通、旅游、農(nóng)業(yè)區(qū)劃、土地利用現(xiàn)狀、區(qū)片價等圖層。

空間數(shù)據(jù)采用正軸等面積雙標(biāo)準(zhǔn)緯線割圓錐投影（Albers）。地形圖數(shù)據(jù)采用經(jīng)向分帶的高斯－克呂格投影方式，設(shè)計(jì)參數(shù)與變形估算如下：中央經(jīng)線選取東經(jīng)115°；坐標(biāo)原點(diǎn)位于東經(jīng)115°與北緯35°的交點(diǎn)；南標(biāo)準(zhǔn)緯線為北緯36°；北標(biāo)準(zhǔn)緯線為北緯40°；地理坐標(biāo)采用克拉索夫斯基橢球體。

2.2 建立拓?fù)潢P(guān)系

在在ArcCatalog中新建個人數(shù)據(jù)庫（Personal Geodatabase），在個人數(shù)據(jù)庫中新建一個要素集（Feature Dataset），并將處理好的各圖層數(shù)據(jù)作為要素類批量導(dǎo)入該要素集下。在該要素集空白處右鍵選擇Topology窗口，建立各圖層間的拓?fù)湟?guī)則。

2.3 輸入屬性和注記

按照相關(guān)部門的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和研究的實(shí)際需要對數(shù)據(jù)的屬性進(jìn)行輸入和完善。輸入注記可以新建注釋標(biāo)記點(diǎn)圖層，將地名注記、地形地貌注記、地類注記和道路注記等錄入圖層，導(dǎo)入注記層，建立注記層和線、面圖層的拓?fù)潢P(guān)系。

2.4 數(shù)據(jù)庫檢查與建立數(shù)據(jù)庫字典

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫檢查方法一般有目視法、屬性檢查法、透明圖與原圖疊加比較法和追蹤元數(shù)據(jù)法等。此外，本數(shù)據(jù)庫還利用了空間數(shù)據(jù)自身的地理特征的相關(guān)性來分析數(shù)據(jù)質(zhì)量，如利用數(shù)據(jù)庫中的等高線和等高點(diǎn)生成DEM 數(shù)據(jù)與河流等數(shù)據(jù)疊加分析，效果十分直觀。數(shù)據(jù)庫檢查合格后建立數(shù)據(jù)庫字典。

3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計(jì)算方法

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用，包括對人類生存及生活質(zhì)量有貢獻(xiàn)的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和生態(tài)系統(tǒng)功能［2］。Costanza等［3］在總結(jié)過去幾十年生態(tài)系統(tǒng)公益價值評價研究的基礎(chǔ)上，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能歸納為17種類型，并進(jìn)行了貨幣化測算（公式1），謝高地等人在Costanza的基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)修正得出的“中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子表”［4－5］，土地利用的變化是影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能變化最重要的因素之一［6］，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的變化直接影響生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值。通過生態(tài)資源數(shù)據(jù)庫不同年份同季遙感影像可以獲取不同年份的土地利用現(xiàn)狀圖，利用“中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子表”可以計(jì)算出研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的動態(tài)變化。

式中：ESV——生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值；AK——研究區(qū)k種土地利用類型的面積；VCk——生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)。

結(jié)合研究區(qū)域的實(shí)際情況，在從遙感圖像中提取6種土地利用類型：耕地、林地、草地、建設(shè)用地、水域和未利用地進(jìn)行監(jiān)督分類，并參照土地利用現(xiàn)狀圖進(jìn)行野外校核、進(jìn)行錯誤糾正，獲取研究區(qū)1987、2000和2010的遙感解譯土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。

謝高地等制定了“中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子表”（表1），當(dāng)量因子是指在定義1公頃全國平均產(chǎn)量的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價值為1的基礎(chǔ)上，其他生態(tài)系統(tǒng)相對于農(nóng)田食物生產(chǎn)服務(wù)的貢獻(xiàn)值。本研究針對研究區(qū)域的具體情況，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的當(dāng)量因子做如下修訂：以燕山淺山丘陵區(qū)1987－2010年平均糧食產(chǎn)量3195.52kg／ha為研究區(qū)的基準(zhǔn)單產(chǎn)，考慮到?jīng)]有人力投入的自然生態(tài)系統(tǒng)提供的經(jīng)濟(jì)價值是現(xiàn)有單位面積農(nóng)田提供的食物生產(chǎn)服務(wù)經(jīng)濟(jì)價值的1／7［6］，得出燕山淺山丘陵區(qū)單位面積農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價值是456.70元／（ha·a），以此來計(jì)算燕山淺山丘陵區(qū)各類土地面積年度生態(tài)服務(wù)價值量，建設(shè)用地生態(tài)服務(wù)價值為零。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化分析

如表2所示，河北燕山淺山丘陵區(qū)1987、2000和2010年的生態(tài)服務(wù)價值分別為171.21、198.02和202.82億元，表明該區(qū)域生態(tài)生產(chǎn)力呈上升趨勢，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能整體上是提高的，生態(tài)環(huán)境不斷優(yōu)化。1987－2000年生態(tài)服務(wù)價值增加26.80億元，平均每年增加2.06億元，2000－2010年生態(tài)服務(wù)價值增加4.80億元，平均每年增加0.48億元，說明與2000年相比生態(tài)系統(tǒng)調(diào)整速度變緩，2000年前生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整更為明顯，總體上來說，從1987－2010年，土地利用類型的變化從生態(tài)服務(wù)價值角度判斷是可持續(xù)發(fā)展的。

表1 中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表

從各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值來看，林地生態(tài)系統(tǒng)所占比例最大，1987、2000和2010年都達(dá)到了總價值的65%以上且在不斷增長，增長幅度為52.49%。草地、耕地、水域和未利用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量都在不斷下降，其中未利用地下降幅度最大，由1987年164.76萬元／年下降到2010 年11.85 萬元／年，下降幅度達(dá)到了92.81%；水域、草地和耕地分別下降了73.86%、55.30%和21.51%。說明1987－2010年期間，耕地、草地、水域和未利用地的變化趨勢對生態(tài)服務(wù)價值和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響是負(fù)面的，林地起到了明顯改善生態(tài)環(huán)境的作用。

表2 河北燕山淺山丘陵區(qū)1987－2010年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值及其變化

由表3可以看出燕山丘陵區(qū)1987－2010年期間占生態(tài)系統(tǒng)功能總價值比重較大的單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是保持土壤、水源涵養(yǎng)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)和維持生物多樣性，食物生產(chǎn)和提供美學(xué)景觀價值比重最小。1987－2000年，食物生產(chǎn)和廢物處理生態(tài)服務(wù)功能價值在減少，減少比例為14.57%和5.46%，其他各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能價值都在增加，增加幅度較大的為保持土壤、氣體調(diào)節(jié)、維持生物多樣性和水源涵養(yǎng)，分別增加了18.34%、14.76%、14.43%和14.39%，這與期間耕地大幅度減少和林地大幅度增加有關(guān)。2000－2010年，食物生產(chǎn)、水源涵養(yǎng)和廢物處理生態(tài)服務(wù)功能價值在減少，減少比例分別為7.65%、3.15%和12.44%，食物生產(chǎn)生態(tài)服務(wù)功能價值減少的數(shù)量和幅度相比1987－2000年都在減緩，與此期間耕地?cái)?shù)量減少的速度在放緩有關(guān)，廢物處理服務(wù)功能價值減少的速度在增加，水源涵養(yǎng)服務(wù)功能價值由1987－2000年期間增加變成了減少，主要與此期間水域面積銳減相關(guān)。總體來說，1987－2010年期間，保持土壤、維持生物多樣性、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、原材料生產(chǎn)和提供美學(xué)景觀的服務(wù)功能價值在不斷增加，食物生產(chǎn)、水源涵養(yǎng)和廢物處理的服務(wù)功能價值在減少。

表3 燕山淺山丘陵區(qū)1987－2010年各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價值變化（億元／a）

4 結(jié)論與討論

（1）生態(tài)資源數(shù)據(jù)庫的建立可以對燕山淺山丘陵區(qū)資源環(huán)境諸領(lǐng)域業(yè)已獲取的大量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合管理，以備作進(jìn)一步的分析研究，提供基礎(chǔ)研究所必需的資料.以地理信息系統(tǒng)作為支撐條件，使本系統(tǒng)具備足夠的靈活性，今后可以根據(jù)一些具體的應(yīng)用需求，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)充和展開，完善相關(guān)的分析和建模功能，進(jìn)行系統(tǒng)的二次開發(fā)，達(dá)到滿足不同需要的目的.

（2）燕山淺山丘陵區(qū)1987、2000 和2010 年的生態(tài)服務(wù)價值分別為171.21、198.70 和202.02億元。其中林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在不斷增加，增長幅度為52.49%，草地、耕地、水域和未利用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在不斷下降，其中未利用地下降幅度最大，下降幅度達(dá)到了92.81%；水域、草地和耕地分別下降了73.86%、55.30%和21.51%。說明1987－2010年期間，耕地、草地、水域和未利用地的變化趨勢對生態(tài)服務(wù)價值和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響是負(fù)面的，林地起到了明顯改善生態(tài)環(huán)境的作用。保持土壤、維持生物多樣性、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、原材料生產(chǎn)和提供美學(xué)景觀等單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能價值在不斷增加，食物生產(chǎn)、水源涵養(yǎng)和廢物處理等單項(xiàng)服務(wù)功能價值在減少。

（3）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值可以一定程度上反應(yīng)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，結(jié)合生態(tài)資源數(shù)據(jù)庫中自然、地理、環(huán)境狀況以及經(jīng)濟(jì)、人口、社會等信息數(shù)據(jù)，可以更加深入、系統(tǒng)地分析研究區(qū)域土地利用以及生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，為各級政府和有關(guān)部門規(guī)劃和決策提供可靠的科技支撐，有利于研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

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