胡利利,李亦秋,鄧 歐,申朝永,陳盼盼,周道琴

(1.貴州省第三測繪院,貴陽 550004;2.貴州師范大學 地理與環(huán)境科學學院,貴陽 550025;3.北京林業(yè)大學 精準林業(yè)北京市重點實驗室,北京 100083 )

生態(tài)系統服務功能為人類生產、生活提供物質基礎的同時，還創(chuàng)造與維持地球生命支持系統，形成人類生存所必需的環(huán)境條件[1-3]。生態(tài)系統服務與人類福祉密切相關[4-5]，平衡協調的生態(tài)系統服務功能是人類生存與可持續(xù)發(fā)展的基礎[6]。開展區(qū)域生態(tài)功能區(qū)劃、環(huán)境經濟核算、生態(tài)環(huán)境保護以及生態(tài)補償決策都需要以生態(tài)系統服務評估為重要依據和基礎[7-9]。目前生態(tài)系統服務價值(Ecosystem services value，縮寫為“ESV”)研究已成為可持續(xù)發(fā)展的研究熱點[10]，開展區(qū)域生態(tài)系統服務價值變化研究對于區(qū)域生態(tài)建設與保護、區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

龍門山地區(qū)位于青藏高原與四川盆地的過渡地帶[11]，處于長江中上游支流岷江、嘉陵江以及漢江的源頭區(qū)域，是長江上游地區(qū)生態(tài)安全的重要屏障，在“生物多樣性保護”和“水源涵養(yǎng)”、“水土保持”等方面具有不可替代的作用[12]，具有極其重要的生態(tài)服務功能[12]。2008年汶川大地震及次生災害在造成重大人員傷亡和經濟損失[13-14]的同時，使得該區(qū)域景觀破碎化、生態(tài)廊道遭到不同程度破壞[15]，區(qū)域生態(tài)系統嚴重受損[16]。本文借鑒已有研究成果對龍門山地區(qū)生態(tài)系統服務價值變化情況進行分析，以期為區(qū)域災后生態(tài)環(huán)境重建與保護、自然資產評估、區(qū)域生態(tài)建設、生態(tài)保護紅線劃定及區(qū)域國土空間規(guī)劃提供借鑒[17]。

1 研究區(qū)概況

龍門山地區(qū)位于青藏高原向四川盆地的過渡地帶，地跨川西北高原區(qū)、四川盆地平原區(qū)、盆周山地區(qū)以及川西南山地區(qū)四大地貌區(qū)[11]，區(qū)域地形地貌復雜多樣，整體呈現出西高東低的趨勢，新構造運動極其強烈[11,18]，該區(qū)域是藏族、羌族的聚居地，處于“游牧文化”與“農耕文化”的交錯區(qū)[19]，自西南漢源、滎經縣，向東北經寶興縣、都江堰、安縣、江油市、廣元市延伸至陜西寧強、勉縣一帶[13,17](圖1)。在氣候類型上，該區(qū)處于山地亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)與暖溫帶半干旱季風氣候區(qū)過渡區(qū)[20-21]，垂直分布特征顯著，降水豐富且集中分布于夏季[20-21]同時該區(qū)是長江支流岷江、嘉陵江和漢江的發(fā)源地(圖1)，具有重要的生態(tài)地位。汶川大地震及次生災害給該區(qū)生態(tài)環(huán)境造成了嚴重破壞[22]。

圖1 龍門山地區(qū)地理位置[17]

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

由1995年、2000年、2005年、2010年、2015年的Landsat系列遙感影像解譯獲取土地利用現狀數據，糧食價格及產量來源于《全國農產品成本收益資料匯編-2016年》[23]、《四川統計年鑒》[24]等相關統計數據。

2.2 研究方法

2.2.1 生態(tài)系統服務價值核算方法 謝高地等[25-26]在Costanza等[27]的基礎上提出了符合中國實際的“中國生態(tài)系統生態(tài)服務價值當量因子表”，構建了生態(tài)系統服務價值化的當量因子法，該方法適合且便于開展大、中尺度區(qū)域生態(tài)系統服務價值研究[28-29]，得到了廣泛應用。2015年，謝高地等參照千年生態(tài)系統評估(MA)的分類方法對該方法進行了改進，得出新的當量因子表[7]。本文依據新的當量因子表，結合龍門山地區(qū)實際來對其生態(tài)系統服務價值進行核算。

生態(tài)系統服務價值計算模型[30-32]如下：

(1)

ESVf=∑(Ak×VCfk)

(2)

式中：ESV為生態(tài)系統服務總價值[30-32]；Ak為k類生態(tài)系統面積(hm2)[30-32]；VCk為k類生態(tài)系統價值系數[元/(hm2·a)][30-32]；ESVf為生態(tài)系統第f項生態(tài)服務功能價值[30-32]；VCfk為k類生態(tài)系統第f項生態(tài)服務功能價值系數[元/(hm2·a)][30-32]。該方法不考慮建設用地生態(tài)服務價值。

2.2.2 敏感性分析 本文利用敏感性指數(Coefficient of Sensitivity，CS)[32-34]來分析生態(tài)系統服務價值對生態(tài)系統價值系數變化的依賴程度。敏感性指數計算公式[32-34]如下：

(3)

式中：VCik，VCjk分別為k類生態(tài)系統調整前和調整后生態(tài)系統服務功能價值系數(value coefficient,VC)[32-34]；ESVi，ESVj則分別代表生態(tài)服務功能價值系數調整前、后生態(tài)服務功能價值。通過對VC分別上調50%和下調50%來計算CS，如果CS>1，說明ESV對VC具有彈性，表明其準確度差、可信度較低；如果CS<1，則說明ESV對生態(tài)系統價值系數(VC)缺乏彈性，表明結果可信[32-34]。

3 結果與分析

3.1 龍門山地區(qū)1995-2015年生態(tài)系統服務價值系數

謝高地等[7]構建的當量因子表反映的是全國生態(tài)系統服務價值的平均狀態(tài)[25]，為了符合龍門山地區(qū)的實際，本文利用代表區(qū)域差異顯著的生物量因子[35]來對基礎當量進行修正。由于龍門山地區(qū)大部分地區(qū)位于四川省內且位于陜西省的勉縣、寧強縣在地域上與四川省毗鄰，氣候、降水等自然地理概況都具有一定的相似性，因此本文依據四川省農田生態(tài)系統生物量因子[35]對基礎當量進行修正。依據已有研究成果[7,25]，由《全國農產品成本收益資料匯編-2016年》[23]、《四川統計年鑒》[24]獲取相關數據，得到龍門山地區(qū)1995年、2000年、2005年、2010年、2015年標準單位生態(tài)系統服務價值當量因子價值量分別為：2 485.94元/hm2，1 783.57元/hm2，1 917.22元/hm2，2 124.00元/hm2，2 004.43元/hm2，結合當量因子得到龍門山地區(qū)對應年份生態(tài)系統服務價值系數。

3.2 龍門山地區(qū)1995—2015年生態(tài)系統服務價值變化分析

3.2.1 龍門山地區(qū)1995—2015年生態(tài)系統服務價值時空變化分析 根據5期遙感影像解譯得到的土地利用數據，結合各期生態(tài)系統服務價值系數，基于ARC GIS10可視化處理得到單位面積生態(tài)系統服務價值時空分異圖(圖2)并將其劃分為5個等級(空值為建設用地，本文不對其生態(tài)系統服務價值進行核算)。

圖2 龍門山地區(qū)1995-2015年單位面積生態(tài)系統服務價值時空分異

根據公式(1—2)對單位面積生態(tài)系統服務價值時空分異圖層運算、統計得到1995—2015年龍門山地區(qū)生態(tài)系統面積及其生態(tài)服務價值變化圖(圖3)。

(1) 時序變化分析。如圖3所示：1995—2015年各類生態(tài)系統中森林生態(tài)系統服務價值最高，其次是草地生態(tài)系統，二者合計對生態(tài)系統服務總價值的貢獻介于86.32%～87.30%，荒漠生態(tài)系統服務價值最低，不足0.10%。各類生態(tài)系統服務價值與生態(tài)系統服務總價值基本呈現出一致的變化規(guī)律，即1995—2000年趨于下降，2000—2010年趨于上升，2010—2015年除濕地生態(tài)系統外，各類生態(tài)系統服務價值及生態(tài)系統服務總價值均呈下降趨勢。具體來說：1995—2000年生態(tài)系統服務價值總量從1995年的2 473.19億元下降到2000年的1 760.88億元，下降了28.80%；2000—2005年生態(tài)系統服務價值總量增加到1 892.96億元，增加了7.50%，2010年繼續(xù)增加到2 105.94億元，增加了11.25%；2010—2015年生態(tài)系統服務價值總量下降到1 984.67億元，下降了5.76%；1995—2015年生態(tài)系統服務價值總量下降了19.75%。

圖3 龍門山地區(qū)1995-2015年各類生態(tài)系統面積及其生態(tài)服務價值變化

(2) 空間特征分析。由圖2可知：1995—2015年不同區(qū)域單位面積生態(tài)系統服務價值具有顯著空間差異性：山區(qū)、高原區(qū)遠大于丘陵、平原區(qū)；1995—2015年單位面積生態(tài)系統服務價值空值區(qū)域不斷增大，這可能與區(qū)域城市化過程建設用地面積不斷擴大占用其他生態(tài)系統相關(圖3)。

對不同區(qū)域生態(tài)系統服務價值進行統計，結果如圖4所示：1995—2000年不同區(qū)域生態(tài)系統服務價值同樣與生態(tài)系統服務總價值變化規(guī)律一致，即1995—2000年趨于下降，2000—2010年趨于上升，2010—2015年呈下降趨勢，最低值出現在2000年。總體上，1995—2015年盆周山地區(qū)生態(tài)系統服務價值從1 489.88億元下降到1 197.14億元，下降了19.65%，平原區(qū)生態(tài)系統服務價值從495.68億元下降到391.70億元，下降了20.98%，川西北高原區(qū)生態(tài)系統服務價值從350.50億元下降到282.10億元，下降了19.52%，川西南山區(qū)生態(tài)系統服務價值從118.86億元下降到97.97億元，下降了17.58%，丘陵區(qū)生態(tài)系統服務價值從18.27億元下降到15.77億元，下降了13.64%。

如圖4所示，從比重分布上來看，1995—2015年盆周山地區(qū)生態(tài)系統服務價值所占比重最高，均在60.00%以上，加上川西南山區(qū)，山區(qū)生態(tài)系統服務價值總比重達65.00%以上；其次，平原區(qū)生態(tài)系統服務價值所占比重約為20.00%；川西北高原區(qū)生態(tài)系統服務價值所占比重約為14.20%；由于丘陵區(qū)占地面積小，其生態(tài)系統服務價值所占比重最低，小于1.00%。綜上，1995—2015年不同區(qū)域生態(tài)系統服務總價值總體呈現出山區(qū)>平原區(qū)>高原區(qū)>丘陵區(qū)的特點。此外，值得注意的是：2005—2010年平原區(qū)生態(tài)系統服務價值所占比重呈下降趨勢，而盆周山地區(qū)、川西北高原區(qū)、川西南山區(qū)、丘陵區(qū)生態(tài)系統服務價值所占比重均呈上升趨勢，這可能與汶川地震及其次生災害對平原區(qū)農田的破壞相關。

圖4 龍門山地區(qū)1995-2015年不同區(qū)域生態(tài)系統服務價值及其比重變化

3.2.2 龍門山地區(qū)1995—2015年各項生態(tài)系統服務價值變化分析 對龍門山地區(qū)1995—2015年各項生態(tài)系統服務價值進行統計，結果如圖5所示。1995—2015年，同一項生態(tài)系統服務價值所占比重趨于穩(wěn)定；同一時期各項生態(tài)系統服務價值所占比重呈現顯著差異；其中，氣候調節(jié)價值、水文調節(jié)價值占比最大，合計達49.00%以上；其次是土壤保持價值與氣體調節(jié)價值，水資源供給價值所占比例最小。

圖5 龍門山地區(qū)1995-2015年各項生態(tài)系統服務價值比重變化

3.3 敏感性分析

根據敏感性指數(CS)計算公式(3)，通過對各類生態(tài)系統服務價值系數(VC)分別上、下調動50%來分析ESV對價值系數的敏感程度，結果見表1。同一生態(tài)系統類型在不同時期其ESV對價值系數的敏感性指數變化較??；同一時期不同生態(tài)系統類型其ESV對價值系數的敏感性指數差別較大，具體表現為：1995年，灌木林CS>針闊混交林CS>闊葉林CS>灌草叢CS>針葉林CS>草甸CS>草原CS>水系CS>旱地CS>水田CS>濕地CS>荒漠CS>冰川積雪CS>裸地CS；2000年、2005年，灌木林CS>針闊混交林CS>灌草叢CS>闊葉林CS>針葉林CS>草甸CS>草原CS>水系CS>旱地CS>水田CS>濕地CS>荒漠CS>冰川積雪CS>裸地CS；2010年、2015年，灌木林CS>針闊混交林CS>灌草叢CS>闊葉林>CS針葉林CS>水系CS>草甸CS>草原CS>旱地CS>水田CS>濕地CS>荒漠CS>冰川積雪CS>裸地CS；各時段各敏感性指數均遠小于1，表明龍門山地區(qū)各年份ESV對功能價值系數缺乏彈性，表明本文采用的價值系數適合龍門山地區(qū)的實際情況，研究結果可信。

表1 龍門山地區(qū)1995-2015年生態(tài)系統服務價值敏感性指數

4 結 論

(1) 1995—2015年，各生態(tài)系統中森林生態(tài)系統服務價值最高，其次是草地生態(tài)系統，荒漠生態(tài)系統服務價值最低。

(2) 不同區(qū)域單位面積生態(tài)系統服務價值具有顯著空間差異：山區(qū)、高原區(qū)遠大于丘陵、平原區(qū)；不同區(qū)域生態(tài)系統服務總價值總體呈現出山區(qū)>平原區(qū)>高原區(qū)>丘陵區(qū)的特點。

(3) 1995—2015年各類生態(tài)系統其服務價值、不同區(qū)域生態(tài)系統服務價值均與生態(tài)系統服務總價值基本呈現出一致的變化規(guī)律：1995—2000年趨于下降，2000—2010年趨于上升；2010—2015年基本呈下降趨勢；整體上，1995—2015年生態(tài)系統服務價值總量下降了19.75%。

(4) 同一項生態(tài)系統服務價值在不同時期所占比重趨于穩(wěn)定；同一時期，各項生態(tài)系統服務價值所占比重呈現顯著差異性，11種生態(tài)服務類型中，氣候調節(jié)價值、水文調節(jié)價值對生態(tài)系統服務總價值的貢獻最大，其次是土壤保持價值、氣體調節(jié)價值，水資源供給價值所占比例最小。

(5) 同一時期不同生態(tài)系統類型其ESV對價值系數的敏感性指數差別較大；同一生態(tài)系統類型在不同時期其ESV對價值系數的敏感性指數變化較小，各時段各敏感性指數均遠小于1，表明龍門山地區(qū)各時期生態(tài)系統服務價值對本文采用的價值系數缺乏彈性，研究結果可信。

運用當量因子法可以有效進行龍門山地區(qū)生態(tài)系統服務價值研究。同時應注意到：運用該方法進行生態(tài)系統服務價值估算，不僅受生態(tài)環(huán)境(生態(tài)系統面積)變化影響，還受區(qū)域社會經濟因素(糧食價格和糧食產量)影響，甚至掩蓋生態(tài)環(huán)境變化對生態(tài)系統服務價值變化的影響。如汶川地震造成農田、草地生態(tài)系統面積的縮減，同時引起荒漠的增加，但由于糧食價格及產量的影響，生態(tài)系統服務價值的最低值并沒有出現在汶川大地震發(fā)生后的2010年。

龍門山地區(qū)在今后的生態(tài)建設與保護、生態(tài)保護紅線劃定及區(qū)域國土空間規(guī)劃等工作中要堅持可持續(xù)發(fā)展道路，繼續(xù)加強對生態(tài)系統服務價值貢獻高的森林、草地等自然生態(tài)系統的保護，同時應重視對濕地等生態(tài)脆弱區(qū)的修復與保護，嚴禁不合理的開墾開發(fā)，不以破壞資源環(huán)境為代價換取經濟的增長，努力謀求經濟與生態(tài)環(huán)境的高度協調發(fā)展。