門云云,周申燕,石靜儒,田雪峰,宮小燕*
(1.中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院,北京100193;
2.環(huán)境保護部環(huán)境工程評估中心,北京100012)
生態(tài)系統(tǒng)服務是指通過生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程和功能直接或間接得到的生命的支持產(chǎn)品和服務[1-2]。土地利用/覆蓋變化能改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程和功能,進而影響生態(tài)系統(tǒng)服務[3]。土地利用變化多以提高產(chǎn)量或經(jīng)濟效益,有可能會降低生態(tài)系統(tǒng)的眾多調(diào)節(jié)服務功能[4]。通過研究土地利用變化下生態(tài)系統(tǒng)服務功能的響應,可定量分析土地利用對生態(tài)環(huán)境的影響[5]。在生態(tài)系統(tǒng)服務眾多定量方法中,價值核算是最直觀的定量方法,其有利于引起政策決策者、公眾等對生態(tài)系統(tǒng)服務的關(guān)注[6]。研究土地利用變化,下的生態(tài)系統(tǒng)服務價值響應,可以使土地利用利益相關(guān)者更加直觀和科學地了解土地利用效益,對保護生態(tài)安全,建立可持續(xù)的土地利用模式都有重要意義。國內(nèi)已有很多學者對土地利用變化引起的生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化進行了定量研究[7-9]。筆者根據(jù)東高村鎮(zhèn)土地利用類型變化,估算該鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化過程,旨在探討東高村鎮(zhèn)土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響,為該鎮(zhèn)土地利用規(guī)劃與決策及生態(tài)環(huán)境保護提供參考。
東高村鎮(zhèn)位于北京市平谷區(qū)南部,地處40°2'54.55″~40°7'38.195″N,117°1'8.984″~117°10'45.608″E,總面積為56.0 km2。該鎮(zhèn)地勢東南高、西北低,為低山丘陵崗臺階地,境內(nèi)最高山峰青龍山,海拔350 m;西北部低,海拔20 m。
東高村鎮(zhèn)所在區(qū)域春季風沙多雨水少,夏季高溫多雨,秋季晝夜溫差大,冬季寒冷,降雪少而干燥。降雨主要集中在6~8月份,年降水雨量為400 mm左右,屬于干旱少雨、水資源匱乏區(qū)。但是,該區(qū)域深水水質(zhì)優(yōu)良,水源豐富。年平均氣溫11.5℃,年均濕度60%,無霜期191 d。全年以東北偏東風出現(xiàn)最多,東南風出現(xiàn)頻率最少,春、夏兩季較之秋冬兩季東北風有所減少,西南偏南風相應增加。年平均風速2.4 m/s,月平均風速4 月份最大,為 3.3 m/s。
該鎮(zhèn)注重生態(tài)環(huán)境的發(fā)展,大力開展植樹造林,2013年林木覆蓋率已達41.55%。平原地區(qū)分布有河灘人工林、公路護路林和農(nóng)田防護林。低山丘陵植被以荊條、灌木叢為主,局部有松、柏、楊、槐、果樹等。
根據(jù)MEA的分類,生態(tài)系統(tǒng)服務包括供給服務、調(diào)節(jié)服務、支持服務、文化服務4個一級類型,在一級類型之下進一步劃分出11種二級類型,包括食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、水資源供給、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、水文調(diào)節(jié)、土壤保持、維持養(yǎng)分循環(huán)、維持生物多樣性、提供美學景觀服務等[2]。國內(nèi)學者在全球生態(tài)系統(tǒng)服務價值核算表的基礎上,根據(jù)國內(nèi)以實物量計算方法為主的生態(tài)系統(tǒng)服務價值量評價結(jié)果[10],并結(jié)合遙感影像數(shù)據(jù)對NPP和生物量的模擬分析和專家經(jīng)驗,修訂得到我國二級生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子表[11]。該研究以修訂的我國二級生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子表為基礎,得出東高村鎮(zhèn)不同生態(tài)系統(tǒng)單位面積的生態(tài)服務價值當量因子表。東高村鎮(zhèn)位于平谷區(qū),2005~2013年平谷區(qū)年均糧食產(chǎn)量為2 577 kg/hm2,1978~2009年全國糧食的平均價格為1.1元/kg。在考慮沒有人力投入的自然生態(tài)系統(tǒng)提供的經(jīng)濟價值是現(xiàn)有單位面積農(nóng)田提供的食物生產(chǎn)服務經(jīng)濟價值的1/7,可計算出研究區(qū)農(nóng)田食物生產(chǎn)服務的經(jīng)濟價值量為405元。園地取森林與草地的均值,研究區(qū)各地類的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值見表1?;谏鷳B(tài)系統(tǒng)服務價值計算模型,對東高村鎮(zhèn)不同時期的生態(tài)服務價值進行計算[1],計算公式如下:
式中,V為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務總價值(元);Pij為單位面積上i土地利用類型的j種生態(tài)系統(tǒng)價值,元/(hm2·a);Ai為研究區(qū)內(nèi)土地利用類型i的分布面積,hm2。
3.1 東高村鎮(zhèn)土地利用的變化 東高村鎮(zhèn)總面積56 km2,其中耕地面積占比最大,1996、2005、2013年分別占區(qū)域總面積的 50.1%、39.5%、31.2%;其次為建設用地,3 個年份分別占區(qū)域總面積的 16.1%、17.3%、28.4%。由 1996 ~2013 年東高村鎮(zhèn)土地利用變化可以看出,耕地面積逐漸減少,林地、水域、建設用地面積逐漸增加,園地和草地面積先增加后減少(表2)。1996~2005年,研究區(qū)除耕地面積減少外,其他土地利用類型面積均有所增加,耕地面積減少了21.1%,林地增幅最大,增加了91.1%,其次是園地,增加了50.4%。2005~2013年,研究區(qū)林地、水域和建設用地面積增加,林地增幅最大,增加了118.5%,其次是建設用地,增加了64.1%;草地、園地、耕地的面積減少,草地減幅最大,減少了91.4%,其次為耕地,減少了21.1%。土地利用類型的變化將極大地影響生態(tài)系統(tǒng)服務價值的動態(tài)變化,尤其是水域、林地等生態(tài)價值較高的土地類型。
表2 1996~2013年東高村鎮(zhèn)土地利用結(jié)構(gòu)變化
3.2.1 總生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化。由表3可知,1996~2013年,東高村鎮(zhèn)總生態(tài)系統(tǒng)服務價值(ESV)逐漸增加。1996年東高村鎮(zhèn)總生態(tài)系統(tǒng)服務價值為4 317.95萬元,其中水域、草地和耕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值所占比例較大,分別為52.95%、19.41%、12.41%;2005 年總生態(tài)系統(tǒng)服務價值增至4 883.14萬元,較1996年增加了565.19萬元,水域、林地、草地生態(tài)系統(tǒng)服務價值是主要構(gòu)成部分,所占比例分別為49.91%、13.72%、18.26%,耕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值減少,較1996年減少了113.27萬元;2013年總生態(tài)系統(tǒng)服務價值增至5 013.38萬元,較2005年增加了130.24萬元,水域和林地生態(tài)系統(tǒng)服務價值是主要構(gòu)成部分,所占比例分別為54.56%、29.21%,草地、園地、耕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值減少,分別減少814.63 萬、58.16 萬、89.21 萬元。
從2個時段(1996~2005年、2005~2013年)各土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化來看(表3),林地和水域生態(tài)系統(tǒng)服務價值逐漸增加,耕地逐漸減少,草地和園地呈先增加后減少趨勢。林地在1996~2005年的生態(tài)系統(tǒng)服務價值增加319.37萬元,在2005~2013年增加794.2萬元;草地在1996~2005年的生態(tài)系統(tǒng)服務價值增加53.51萬元,在2005~2013年減少814.63萬元;園地在1996~2005年的生態(tài)系統(tǒng)服務價值增加154.81萬元,在2005~2013年減少58.16萬元;耕地在1996~2005年的生態(tài)系統(tǒng)服務價值減少113.27萬元,在2005~2013年減少89.21萬元;水域在1996~2005年的生態(tài)系統(tǒng)服務價值增加150.77萬元,在2005~2013年增加298.04萬元。
表3 1996~2013年不同土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化
3.2.2 單項生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化。由表4可知,1996~2013年,從生態(tài)系統(tǒng)服務價值的構(gòu)成來看,研究區(qū)單項生態(tài)系統(tǒng)服務價值均發(fā)生了不同程度的變化,水文調(diào)節(jié)和氣候調(diào)節(jié)在3個時期所占的比例均最大,維持養(yǎng)分循環(huán)和原料生產(chǎn)所占比例均最小。1996年水文調(diào)節(jié)所占的比例最大,為50.15%,其次為氣候調(diào)節(jié),所占比例為11.72%;維持養(yǎng)分循環(huán)所占比例最小,為0.72%,其次為原料生產(chǎn),所占比例為2.35%。2005年水文調(diào)節(jié)所占比例最大,為48.45%,其次為氣候調(diào)節(jié),所占比例為13.40%;維持養(yǎng)分循環(huán)所占比例最小,為0.67%,其次為原料生產(chǎn),所占比例為2.18%。2013年水文調(diào)節(jié)所占比例最大,為50.97%,其次為氣候調(diào)節(jié),所占比例為13.19%;維持養(yǎng)分循環(huán)所占比例最小,為0.60%,其次為原料生產(chǎn),所占比例為1.94%。
從各單項生態(tài)系統(tǒng)服務價值的數(shù)量變化來看,各項生態(tài)系統(tǒng)服務功能均呈不同的變化趨勢,其中呈持續(xù)增加的生態(tài)服務功能有水資源供給、氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、水文調(diào)節(jié),主要由于水域和林地面積的增加;食物生產(chǎn)功能則呈持續(xù)減少的趨勢,主要由于耕地的面積逐漸減少;其余的生態(tài)服務功能則先增加后減少。從各單項生態(tài)系統(tǒng)服務功能的變化幅度來看,1996~2005年,增幅最大的生態(tài)服務功能為氣候調(diào)節(jié),增加了29.29%;其次是生物多樣性,增加了25.43%;減幅最大的為食物生產(chǎn),減少了9.89%。2005~2013年,增幅最大的生態(tài)服務功能為水資源供給,增加了9.33%,其次是水文調(diào)節(jié),增加了8%;減幅最大的為食物生產(chǎn),減少了16.58%,其次是維持養(yǎng)分循環(huán),減少了8.91%。
表4 1996~2013年東高村鎮(zhèn)各單項生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化
以1996、2005和2013年平谷區(qū)東高村鎮(zhèn)的土地利用數(shù)據(jù)為基礎,利用謝高地等制定的我國二級生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子表,對東高村鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行計算。結(jié)果表明:
(1)1996~2013年,東高村鎮(zhèn)總生態(tài)系統(tǒng)服務價值逐漸增加,增加了695.43萬元。
(2)從各土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化來看,林地和水域生態(tài)系統(tǒng)服務價值逐漸增加,耕地逐漸減少,草地和園地呈先增加后減少趨勢。
(3)從各單項生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化來看,呈持續(xù)增加的生態(tài)服務功能有水資源供給、氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、水文調(diào)節(jié),1996~2005年增幅最大的生態(tài)服務功能為氣候調(diào)節(jié),2005~2013年增幅最大的為水資源供給,主要由于水域和林地面積的增加;食物生產(chǎn)功能則呈持續(xù)減少的趨勢,主要由于耕地面積的逐漸減少。
(4)生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化是區(qū)域土地利用類型變化的響應,東高村鎮(zhèn)近幾年通過實施平原造林、荒山造林、濱河森林公園建設等工程,提高了水域和林地的面積,進而提高了東高村鎮(zhèn)的生態(tài)系統(tǒng)服務價值。對東高村鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務價值的研究,旨在合理配置、協(xié)調(diào)鎮(zhèn)域土地及環(huán)境資源,使鎮(zhèn)域有限的土地資源和生態(tài)資源得到可持續(xù)利用,促進鎮(zhèn)域經(jīng)濟與環(huán)境保護協(xié)調(diào)持續(xù)發(fā)展。
[1]COSTANZA R,DEGROOTR,SUTTONP,et al.Changes in the global value of ecosystem services[J].Global environmental change,2014,26:152 -158.
[2] Millennium Ecosystem Assessment.Ecosystems and human well-being:Synthesis[M].Washington,DC:Island Press,2005.
[3]NELSON E,MENDOZA G,REGETZ J,et al.Modeling multiple ecosystem services,biodiversity conservation,commodity production,and tradeoffs at landscape scales[J].Frontiers in ecology and the environment,2009,7:4 -11.
[4]BENNETT E M,PETERSON G D,GORDON L J.Understanding relationships among multiple ecosystem services[J].Ecology letters,2009,12:1394-1404.
[5]梅艷.區(qū)域土地利用變化及其對生態(tài)安全的影響研究[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學,2009.
[6]RUDOLF DE GROOT R,BRANDERL,VAN DERPLOEGS,et al.Global estimates of the value of ecosystems and their services in monetary units[J].Ecosystem services,2012,1:50 -61.
[7]段瑞娟,郝晉珉,張潔瑕.北京區(qū)位土地利用與生態(tài)服務價值變化研究[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2006,22(9):21 -28.
[8]周德成,羅格平,許文強,等.1960-2008年阿克蘇河流域生態(tài)系統(tǒng)服務價值動態(tài)[J].應用生態(tài)學報,2010,21(2):399 -408.
[9]李保杰,渠愛雪,顧和和,等.徐州市賈汪礦區(qū)土地利用變化及其對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響[J].生態(tài)科學,2015,34(5):147 -153.
[10]謝高地,甄霖,魯春霞.一個基于專家知識的生態(tài)系統(tǒng)服務價值化方法[J].自然資源學報,2008,23(5):911 -919.
[11]謝高地,張彩霞,張昌順,等.中國生態(tài)系統(tǒng)服務的價值[J].資源科學,2015,37(9):1740 -1746.