刁 震，王文淵，彭 云，郭子堅(jiān)

（大連理工大學(xué) 建設(shè)工程學(xué)部，遼寧 大連 116024）

引 言

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是人類賴以生存的自然環(huán)境條件與功能[1]，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估有利于人類福祉并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展[2]。定量研究港口區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化與土地利用轉(zhuǎn)換的關(guān)聯(lián)機(jī)制，分析港口區(qū)域生態(tài)環(huán)境與港口發(fā)展的關(guān)系，有助于港口區(qū)域土地的科學(xué)規(guī)劃利用，對(duì)促進(jìn)港口區(qū)域生態(tài)建設(shè)、實(shí)現(xiàn)港口可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1997年，Robert Costanza等[3]13位科學(xué)家對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了分類與全面評(píng)估，引發(fā)了國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的相關(guān)研究，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值是其中的重點(diǎn)之一。歐陽(yáng)志云等[4]分析了中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能，并估算了全國(guó)生態(tài)系統(tǒng)的間接經(jīng)濟(jì)價(jià)值；謝高地等[5]基于 Costanza等[3]的研究成果，得到了中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值表；王浩然[6]結(jié)合港口的特征，探討了港口生態(tài)系統(tǒng)的定義及其服務(wù)功能，將港口生態(tài)系統(tǒng)視為城市生態(tài)系統(tǒng)的子系統(tǒng)，研究了港口生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算方法。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的研究重點(diǎn)為某一區(qū)域的土地利用變化以及相對(duì)應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估[7-9]，分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化對(duì)土地利用變化的響應(yīng)[10-14]，探尋生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值發(fā)生變化的驅(qū)動(dòng)因素[15-16]，研究區(qū)域主要為海洋、森林、湖泊、流域等自然生態(tài)系統(tǒng)或者某一行政區(qū)域包括城市在內(nèi)的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[17-21]。很少有研究是針對(duì)港口生態(tài)系統(tǒng)開(kāi)展的，而對(duì)港口生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化及其與港口發(fā)展相關(guān)性的研究則更少。本文通過(guò)對(duì)港口區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估，定量分析港口區(qū)域土地利用變化引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的改變，量化港口區(qū)域生態(tài)環(huán)境的保護(hù)狀況，為港口區(qū)域的生態(tài)環(huán)境保護(hù)評(píng)估提供較為直觀的參考指標(biāo)。

1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域?yàn)榇筮B港某港區(qū)的臨港區(qū)域。該港區(qū)位于大連市東北部，發(fā)展迅速，土地利用類型變化劇烈。從 1999年至今已建成數(shù)十個(gè)專業(yè)化集裝箱泊位，集裝箱吞吐量逐年增長(zhǎng)，從1999年的74萬(wàn)TEU增長(zhǎng)到2013年的991萬(wàn)TEU[22]，是我國(guó)東北地區(qū)最主要的外貿(mào)集裝箱運(yùn)輸港。研究區(qū)域陸側(cè)以城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)域?yàn)檫吔缇€，海側(cè)以海岸線為邊界線。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)采集與處理

選取從1999年到2013年每年的Landsat TM/ETM/OLI_TRIS遙感影像，以2013年的研究區(qū)域邊界線對(duì)遙感影像進(jìn)行裁剪，然后以此為基礎(chǔ)對(duì)歷史遙感影像進(jìn)行裁剪。在完成影像的土地利用類型分類之后，通過(guò)隨機(jī)取樣的方法利用Kappa系數(shù)對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行精度評(píng)價(jià)。精度評(píng)價(jià)結(jié)果顯示每年土地利用類型分類的Kappa系數(shù)都在0.9左右，說(shuō)明土地分類精度較高。

2.2 研究方法

1）土地利用類型劃分

考慮港口生態(tài)系統(tǒng)的特征[6]，將港口區(qū)域劃分為林地、草地、水域以及建設(shè)用地四種土地利用類型，其中前三種為生態(tài)用地。

2）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算

基于中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表[5]進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算。假設(shè)建設(shè)用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為 0。采用王浩然[6]提出的修正模型，從時(shí)間、空間和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等方面對(duì)該生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表進(jìn)行修正。采用Costanza等[3]提出的公式計(jì)算港口生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值：

式中：ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，元；Ak為土地利用類型k的土地面積，hm2；VCk為土地利用類型k生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)，元/hm2。

3）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變差貢獻(xiàn)率

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變差貢獻(xiàn)率這一指標(biāo)可以衡量某種土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化在總的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化中所占的比重，進(jìn)而了解某種土地利用類型變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的影響程度，由式（2）計(jì)算：

式中：ESVc為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變差貢獻(xiàn)率；ESVib和ESVia分別為第i種土地利用類型的末期和初期生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，元；ESVb和ESVa分別為末期和初期生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值，元。

若ESVc＜0，則說(shuō)明該種土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化趨勢(shì)與總的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化趨勢(shì)相反；若ESVc＞0，則說(shuō)明該種土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化趨勢(shì)與總的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化趨勢(shì)相同。

4）相關(guān)性分析

采取Pearson相關(guān)系數(shù)來(lái)衡量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和港口的集裝箱吞吐量以及泊位個(gè)數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系。

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用類型動(dòng)態(tài)變化分析

各年份土地利用類型變化如圖1所示，以1999年、2004年、2009年和2013年為例，土地利用類型的分類結(jié)果如圖2所示。

圖1 各種土地利用類型的面積變化情況

圖2 部分年份的土地利用分類

從1999年到2013年，該區(qū)域的建設(shè)用地得到了顯著的增加，與之相對(duì)應(yīng)的林地、草地和水域的面積卻逐漸減少。在該時(shí)間段內(nèi)，與1999年相比，建設(shè)用地增加了大約360 %，草地減少了60 %左右，林地減少了52.5 %，水域面積減少了48.5 %。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，港口的建設(shè)用地不斷擴(kuò)大，一方面通過(guò)填海造陸不斷向海域發(fā)展，另一方面通過(guò)占用林地和草地來(lái)實(shí)現(xiàn)港口區(qū)域的陸側(cè)擴(kuò)張。草地相比林地，其面積變化率更大，主要原因是草地的開(kāi)發(fā)難度較小，林地大多分布在該區(qū)域的山丘上，開(kāi)發(fā)難度較大，且由于當(dāng)?shù)貙?duì)山林的保護(hù)政策，山丘區(qū)域的林地得到了較好的保護(hù)。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

表1 港口生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值

根據(jù)《大連統(tǒng)計(jì)年鑒—2014》[23]計(jì)算出單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的食物生產(chǎn)服務(wù)功能價(jià)值，從而得到港口生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值，如表1。

根據(jù)表1中的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，結(jié)合土地類型分類的結(jié)果，利用公式（1）計(jì)算該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，得到各單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)的價(jià)值的變化情況如表 2，港口生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價(jià)值變化情況如圖3所示。

表2 各單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化情況

圖3 研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化情況

從表2中可以看出，在1999年到2013年這段研究期間內(nèi)各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值均在減少，其中變化量最大的前三項(xiàng)分別為：水源涵養(yǎng)、廢物處理和氣候調(diào)節(jié)，這與它們自身的生態(tài)服務(wù)系數(shù)較大有著密切關(guān)系。各單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的變化率差別不大，均在50 %左右。

從圖3中可以看出，從1999年到2013年，該港口區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值逐年減少，林地、草地、水域等生態(tài)用地的服務(wù)價(jià)值總體變化趨勢(shì)也為逐漸減少，其中，草地的服務(wù)價(jià)值改變率最大，接下來(lái)依次是水域和林地。與研究期起始相比，研究末期的總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少了52.11 %。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變差貢獻(xiàn)率

從表3中可以看出，對(duì)于生態(tài)用地，變差貢獻(xiàn)率均為正值，與總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化趨勢(shì)均在減少，說(shuō)明它們對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化貢獻(xiàn)均為負(fù)，即這些土地利用類型的服務(wù)價(jià)值的減少導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的減少。水域的貢獻(xiàn)率最大，為48.02 %，林地次之，為16.99 %，這與它們的生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)較大有著密不可分的聯(lián)系，草地的面積變化雖然最大，但是由于草地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值較小，因此其貢獻(xiàn)率最小。

表3 港口生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價(jià)值變化情況

3.4 相關(guān)性分析

在得到該港區(qū)每年的總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值之后，進(jìn)一步分析其與該港口區(qū)域的泊位建設(shè)個(gè)數(shù)、集裝箱吞吐量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)的相關(guān)性。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值隨港口發(fā)展的變化情況的相關(guān)性分析的結(jié)果如表4所示。

表4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與港口發(fā)展指標(biāo)的相關(guān)性

從相關(guān)性分析可以看出，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與港口的泊位個(gè)數(shù)和集裝箱吞吐量之間存在著顯著的負(fù)相關(guān)性，說(shuō)明隨著港口區(qū)域不斷擴(kuò)張，土地利用類型的變化趨勢(shì)為從生態(tài)用地向建設(shè)用地發(fā)展，區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值不斷減少。

圖4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與泊位數(shù)量的相關(guān)趨勢(shì)

從圖4中可以看出，隨著泊位數(shù)量的增加，港口區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在不斷地減少，說(shuō)明港口泊位數(shù)量的增加對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值有著明顯的負(fù)面影響港口的擴(kuò)張?jiān)谝欢ǔ潭壬辖档土松鷳B(tài)環(huán)境的質(zhì)量。

圖5 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與集裝箱吞吐量的相關(guān)趨勢(shì)

從圖5中可以看出，該港口區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值隨集裝箱吞吐量的增加有著不斷減少的趨勢(shì)。分析這兩個(gè)變量的變化趨勢(shì)可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，隨著港口的不斷發(fā)展，港口處理貨物數(shù)量的增加，港口需要更多的堆場(chǎng)，更長(zhǎng)的碼頭前沿線等。與此同時(shí)，貨物處理量的增加也帶動(dòng)著周邊臨港區(qū)域的不斷發(fā)展，吸引大量物流業(yè)、制造業(yè)聚集于此，改變臨港區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。隨著集裝箱吞吐量的增加，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值雖然在不斷減少，但是其變化趨勢(shì)卻越來(lái)越緩，隨著港口處理貨物效率的提升，集裝箱吞吐量增加引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的減少量也會(huì)越來(lái)越小。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文選取的樣本時(shí)間跨度較大，且包含每年的遙感影像，較好地還原了 15年間研究區(qū)域生態(tài)用地的變化情況，并在此基礎(chǔ)上定量評(píng)估了該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化情況及驅(qū)動(dòng)因素。主要得出以下結(jié)論：

1）在研究期間，該區(qū)域的建設(shè)用地顯著增加，與之相對(duì)應(yīng)的林地、草地和水域的面積卻逐漸減少。建設(shè)用地呈現(xiàn)出沿海岸線以及垂直海岸線的擴(kuò)張趨勢(shì)；

2）從1999年到2013年，研究區(qū)域的各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值均減少50 %左右，變化量最大的前三項(xiàng)分別為：水源涵養(yǎng)、廢物處理和氣候調(diào)節(jié)；

3）對(duì)于林地、草地、水域等各種生態(tài)用地，變差貢獻(xiàn)率均為正值，與總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化趨勢(shì)是一致的，其生態(tài)服務(wù)價(jià)值均在減少，說(shuō)明它們對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化貢獻(xiàn)均為負(fù)，即這些土地利用類型的服務(wù)價(jià)值的減少導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的減少；

4）隨著港口泊位數(shù)量和集裝箱吞吐量的增加，港口區(qū)域的土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值不斷減少。研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與港口的泊位數(shù)量、集裝箱吞吐量有著顯著的負(fù)相關(guān)性。