郭子堅，王浩然，王文淵，張 祺

（大連理工大學(xué) 建設(shè)工程學(xué)部，遼寧 大連 116023）

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港口生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算方法研究

郭子堅，王浩然，王文淵，張 祺

（大連理工大學(xué) 建設(shè)工程學(xué)部，遼寧 大連 116023）

摘要：港口的建設(shè)會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響，本文將港口建設(shè)產(chǎn)生的用地變化對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響進行了定量化計算研究。本文通過運用RS技術(shù)，建立了港口生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算模型并計算2000年和2013年大窯灣港口及其周邊地區(qū)的生態(tài)用地服務(wù)價值及產(chǎn)生的變化。結(jié)果表明，2000年至2013年間，由于港口開發(fā)與擴建，建設(shè)用地面積大量增加，生態(tài)用地大幅度減少，其中草地和水域分別減少了56.25 %和44.69 %，從而導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)生態(tài)服務(wù)價值的大量減少,總價值減少了約2.49億元。本研究將港口建設(shè)對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響定量化，可以為港口建設(shè)者在規(guī)劃設(shè)計工作中提供有效的參考。

關(guān)鍵詞：港口；RS；生態(tài)用地；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；

引 言

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，港口作為國家或地區(qū)的重要物流中心、交通咽喉在對外貿(mào)易中發(fā)揮著重要的作用，然而，港口建設(shè)的不斷發(fā)展導(dǎo)致大量的生態(tài)用地被開發(fā)為建設(shè)用地。在國內(nèi)，生態(tài)用地一詞最早由董雅文[1]在城市化生態(tài)防護研究中提出，鄧小文[2]等和趙丹[3]等根據(jù)城市的不同用地類型，提出對城市生態(tài)用地的分類方法。

港口生態(tài)系統(tǒng)是水域生態(tài)系統(tǒng)、陸域生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)和人文生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)合人工生態(tài)系統(tǒng)[4]，范圍包括港口用地與其周邊的生態(tài)用地，其中，生態(tài)用地發(fā)揮著重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值研究，Costanza[5]對全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行了分類與全面評估，將全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分為氣體調(diào)節(jié)、土壤形成、營養(yǎng)循環(huán)、侵蝕控制、生物控制等17大類并對其進行的價值估算。我國學(xué)者基本采用Costanza的評價理論和分類方法，歐陽志云[6]首先采用了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的概念，并對中國陸地生態(tài)系統(tǒng)的6種服務(wù)功能進行了初步評估，謝高地等[7]制定了中國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量表，為后人研究提供了重要的理論基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，國內(nèi)許多學(xué)者[8~11]在用地變化對生態(tài)服務(wù)價值的影響方面進行了研究。

本文根據(jù)研究區(qū)自然條件和社會經(jīng)濟條件以及生態(tài)保護要求，提出基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的生態(tài)用地分類，并以大連市大窯灣港區(qū)及周邊地區(qū)為研究實例，對2000—2013年間港口生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行估算，定量分析港口建設(shè)對其產(chǎn)生的影響，為當?shù)氐纳鷳B(tài)用地保護、港口建設(shè)規(guī)劃以及區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護提供科學(xué)依據(jù)。

1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算模型

1.1 模型構(gòu)建及計算方法

研究涉及的生態(tài)用地類型為林地、草地、水域并同時統(tǒng)計建設(shè)用地，利用RS軟件對生態(tài)用地和建筑用地進行識別并統(tǒng)計面積。根據(jù)Costanza對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的劃分，借鑒謝高地等人[7]的研究成果，對其制定的中國不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當量表進行修正。由于港口處于海洋與陸地的交錯地帶，同時也是近海濕地生態(tài)系統(tǒng)與陸地生態(tài)系統(tǒng)的銜接帶，故其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值處于陸地生態(tài)系統(tǒng)與濕地生態(tài)系統(tǒng)之間，本文將謝高地制定的當量因子表中林地與濕地平均值作為海岸帶林地當量因子，將草地與濕地平均值作為海岸帶草地當量因子，水域不變，港口建設(shè)用地不具有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值，當量因子為0，不列入表內(nèi)，海岸帶修正當量因子如表1所示。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子修正

生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值當量因子是指生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的服務(wù)功能價值的相對貢獻大小的潛在能力，定義為1 hm2全國平均產(chǎn)量的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟價值，以此將權(quán)重因子表轉(zhuǎn)換成當年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單價表，即生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)表，1個生態(tài)服務(wù)價值當量因子的經(jīng)濟價值量等于當年本地平均糧食單產(chǎn)市場價值的1/7。

根據(jù)修正的當量因子表，通過公式（1）計算各生態(tài)用地類型生態(tài)服務(wù)功能價值系數(shù)：

式中：Ea為單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供食物生產(chǎn)服務(wù)功能的經(jīng)濟價值（元/hm2），根據(jù)當?shù)丶Z食作物產(chǎn)量與單價求得；i為生態(tài)服務(wù)功能類型；j為生態(tài)用地類型；Eij為j類i種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值系數(shù)（元/hm2）；ρij為j類i種生態(tài)服務(wù)功能的海岸帶修正當量因子。

通過公示（2）和（3）計算生態(tài)用地服務(wù)價值總量：

式中：ESV為研究地區(qū)用海岸帶修正當量因子計算的生態(tài)用地服務(wù)功能總價值；Ai為第i種生態(tài)用地面積；Ei為第i種生態(tài)用地的生態(tài)服務(wù)功能價值。

1.2 生態(tài)價值敏感指數(shù)計算方法

為驗證以上用海岸帶修正當量因子計算的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)的準確性，引入生態(tài)系統(tǒng)價值敏感性指數(shù)[12]（CS），以反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)的依賴程度。CS的含義是E變動1 %引起ESV的變化情況。當CS＜1，表明生態(tài)系統(tǒng)價值缺乏彈性的；當CS＞1，表明生態(tài)系統(tǒng)價值是有彈性的，ESV對E是敏感的。CS越大，表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值相對于價值系數(shù)是有彈性的，同時也說明生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)的準確性對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估越重要。CS計算公式如下：

式中：ESVi、ESVj分別為代表初始研究區(qū)生態(tài)服務(wù)功能總價值和系數(shù)調(diào)整以后研究區(qū)生態(tài)服務(wù)功能總價值；Eik、Ejk分別代表初始研究區(qū)生態(tài)服務(wù)功能價值系數(shù)和調(diào)整以后研究區(qū)生態(tài)服務(wù)功能價值系數(shù)。

2 實例分析

2.1 研究區(qū)概況

大窯灣港區(qū)位于大連市金普新區(qū)，在遼東半島南端黃海水域的大窯灣內(nèi)，是大連市的核心港之一。大窯灣港區(qū)由南岸和北岸組成，南、北岸水域輪廓為東西向不規(guī)則的長條形，灣底位置為已建和在建汽車碼頭岸線，其水域分別與南、北岸銜接交叉。

由于港口的地理位置與海岸帶地理位置幾乎重合，根據(jù)海岸帶劃分界限[13,14]定義港口生態(tài)系統(tǒng)范圍為，向陸側(cè)與城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)為界，向海側(cè)延伸至海岸線外5 km。本文只考慮港口建設(shè)用地變化，將向海側(cè)研究范圍縮小至海岸線，包括大窯灣灣內(nèi)水域。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本次研究采用的遙感數(shù)據(jù)為2000年與2013年美國陸地資源衛(wèi)星Landsat TM遙感影像，分辨率為30 m×30 m，大連市統(tǒng)計年鑒[15]中主要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)情況以及農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值情況。

2.3 計算結(jié)果

運用RS技術(shù)獲取港區(qū)及其附近周邊地區(qū)生態(tài)用地面積，如表2所示。

表2 大窯灣港區(qū)各生態(tài)用地面積及變化值

由表2可知，2000年至2013年間，大窯灣港區(qū)及周邊地區(qū)生態(tài)用地面積均減少，其中水域減少面積最多，為1 688.85 hm2。草地面積下降幅度最大，減少了56.25 %。由于林地多分布在周邊的突起的山丘地區(qū)，開發(fā)較為困難，因而受影響較少，而草地開發(fā)較為容易，故其受到影響較大。而建設(shè)用地面積大幅度增加，增加了3 267 hm2，增長了134.37 %。這說明港口的開發(fā)與擴建導(dǎo)致了生態(tài)用地的大量減少。

由大連市各種糧食作物播種面積、糧食單產(chǎn)、各糧食作物的平均價格，計算大連農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供生產(chǎn)服務(wù)功能價值為2 349元/hm2。

根據(jù)生態(tài)用地單位面積生態(tài)服務(wù)價值當量表和公式（1），得到生態(tài)用地單位面積生態(tài)服務(wù)功能價值系數(shù)表，如表3所示。

表3 港口生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能每公頃價值系數(shù)

根據(jù)公式（2）和公式（3）計算得到各生態(tài)用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，見表4。

表4 大窯灣港區(qū)生態(tài)用地服務(wù)價值及變化值

由表4可知，2000年至2013年間，由于生態(tài)用地的減少，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值也隨之減少，總價值減少了約2.5億元，減少幅度為38.77 %，其中，由于水域的面積減少最多，水域的生態(tài)服務(wù)價值減少最多，減少約1.47億元，需要注意的是，雖然有些水域沒有被填成土地，但是其已經(jīng)被用于港口船舶的停泊，錨泊，航行等用途，其生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)應(yīng)該有所減少，因此其實際的生態(tài)服務(wù)價值損失會高于1.47億元；草地的生態(tài)服務(wù)價值降低幅度最大，為56.25 %。

2.4 敏感性分析

根據(jù)公式（5），本文通過對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)E分別上下調(diào)整50 %分析ESV對E的敏感程度，敏感性指數(shù)計算結(jié)果見表5。

表5 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值敏感指數(shù)

由表5可知，2000年和2013年研究區(qū)內(nèi)各生態(tài)用地的ESV對E的敏感性指數(shù)均小于1，說明研究區(qū)內(nèi)ESV對E是缺乏彈性的，計算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值海岸帶修正當量因子選取合理，研究結(jié)果是可信的。而在敏感性指數(shù)中，水域的敏感性指數(shù)最高，這說明水域?qū)ι鷳B(tài)服務(wù)價值的貢獻率最大。

3 結(jié) 論

本文從生態(tài)的角度對港口建設(shè)給生態(tài)環(huán)境帶來的影響做了定量的分析研究，初步探討了港口建設(shè)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值影響。

由于港口建設(shè)中填海造地導(dǎo)致水域面積大幅度減少，周邊生活配套設(shè)施的建設(shè)導(dǎo)致大量的草地被開發(fā)為建設(shè)用地，2000—2013年間，水域和草地面積分別減少了56.25 %和44.69 %，從而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的減少?？梢钥闯?，港口建設(shè)使得草地、林地、水域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分別減少了-17.92百萬元、-84.24百萬元、-147.34百萬元，造成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值總量減少了約2.5億元。

敏感性分析表明，水域?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的貢獻最大，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值敏感性指數(shù)均小于1，說明生態(tài)用地對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)缺乏彈性，用海岸帶修正當量因子計算的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值系數(shù)準確合理，本研究結(jié)果可信。

基于以上研究結(jié)果，在港口建設(shè)過程中，應(yīng)注意對生態(tài)用地的保護，尤其是對水域的保護，雖然港口開發(fā)會帶動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，但是其帶來的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值損失也非常高，而且是不可逆的，因此在港口建設(shè)中要注意對生態(tài)用地的保護。

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Research on Calculation Method of Port Ecosystem Value-to-service

Guo Zijian, WangHaoran, Wang Wenyuan, Zhang qi
（Faculty of Infrastructure Engineering, Dalian University of Technology, Dalian Liaoning 116023, China）

Abstract：Port construction will affect local ecological environment. A quantified calculation research has been made for the impact of land-use change caused by port construction on local ecological environment. RS technique has been used to establish the calculation model of port ecosystem value-to-service, and calculate the ecological land value-to-service of Dayaowan port and the surrounding area in 2000 and 2013. The result shows that the area of construction land increases largely, but that of ecological land decreases sharply, among which grassland and water area decrease by 56.25 % and 44.69 % respectively due to port development and expansion from 2000 to 2013. The decrease of ecological land lowers local ecosystem value-to-service, which is reduced by approx. 249 million RMB. The above quantified study will serve as a reference for port planning design.

Key words:port; RS; ecological land; ecosystem value-to-service

作者簡介：郭子堅（1965-），男，教授，主要從事港口規(guī)劃與港口物流研究。

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（51279026）

收稿日期：2015-03-15

DOI:10.16403/j.cnki.ggjs20160114

中圖分類號：U652.1+1

文獻標識碼：A

文章編號：1004-9592（2016）01-0059-04