王德旺，何萍，徐杰，侯利萍，任穎

國(guó)家環(huán)境保護(hù)區(qū)域生態(tài)過(guò)程與功能評(píng)估重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院

河流在橫向上一般可分為河槽、河漫灘和岸坡幾個(gè)部分，分別具有水、水陸交錯(cuò)帶和陸地3種生態(tài)系統(tǒng)特征[1]。不同于大尺度景觀中的森林、草地等寬闊的自然生態(tài)系統(tǒng)，河流由于呈狹窄線狀，河道內(nèi)的生態(tài)差異難以在地理信息系統(tǒng)(GIS)平臺(tái)上表征[2]。已有的在全國(guó)性[3-4]、流域性[5-6]或區(qū)域性[7-9]等空間尺度上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算均未對(duì)線狀河流進(jìn)行強(qiáng)調(diào)。根據(jù)Costanza等[10]對(duì)全球各類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的核算，單位面積河流的價(jià)值是森林的8.77倍、草地的36.63倍、耕地的92.37倍，河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)不容忽視。目前針對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算多采用均一計(jì)算的方法，沒(méi)有落實(shí)在空間柵格上，如生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)公式用于黑河中游濕地[11],服務(wù)價(jià)值當(dāng)量法用于海河流域農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)[12]、漓江流域[13]、延河流域[14]與東江流域[15],能值轉(zhuǎn)化率方法用于舟山流域[16]和雙臺(tái)河濕地[17]。河流生態(tài)系統(tǒng)具有多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。在千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估[18]分類(lèi)基礎(chǔ)上，歐陽(yáng)志云等[4]基于水生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)的機(jī)制、類(lèi)型和效用，把水生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)劃分為提供產(chǎn)品功能(人類(lèi)生活生產(chǎn)用水、水力發(fā)電、航運(yùn)、水產(chǎn)品生產(chǎn)、基因資源等)，調(diào)節(jié)功能(水文調(diào)節(jié)、河流輸送、侵蝕控制、水質(zhì)凈化、空氣凈化、區(qū)域氣候調(diào)節(jié)等)，文化功能(生物多樣性、教育價(jià)值、靈感啟發(fā)、美學(xué)價(jià)值、文化遺產(chǎn)價(jià)值、娛樂(lè)和生態(tài)旅游價(jià)值等)和生命支持功能四大類(lèi)。這些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類(lèi)別，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，有的是由河槽產(chǎn)生的，如航運(yùn)、水產(chǎn)品生產(chǎn)等；有的是基于岸灘植被產(chǎn)生的，如固碳釋氧；大部分服務(wù)類(lèi)型是由河流整體空間共同產(chǎn)生的，如文化功能。對(duì)于一定寬度的河流，借助高分辨率遙感影像或土地利用/覆被數(shù)據(jù)，可使其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及價(jià)值核算的空間差異化表征成為可能。因此，研究建立基于GIS的高分辨率河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算方法具備現(xiàn)實(shí)意義。

在河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間計(jì)算中，河流寬度和柵格精度是主要限制因素。寬灘型河流通常位于河流下游平原地區(qū)，河道寬闊，具有流水河槽(平水期水流所占據(jù)的部分)和灘地(河槽的兩側(cè)，汛期淹沒(méi)而非汛期出露的部分[19])。應(yīng)用米級(jí)的遙感影像即可區(qū)分河流生態(tài)系統(tǒng)不同土地利用類(lèi)型，如水體、裸灘與植被(林、灌、草)等。對(duì)河槽、灘地或河流整體空間產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行精細(xì)化落地或分?jǐn)偅娠@示河流橫向和縱向不同空間的服務(wù)功能量及價(jià)值量的差異性。選擇寬灘型河流開(kāi)展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算，全面囊括生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類(lèi)型，不僅能深刻表達(dá)河流空間內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的差異性，還能將河流與更大空間尺度其他生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比和整合，提升對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的重視程度。

遼河干流大堤內(nèi)河道的寬度為1.15～9.69 km，灘地內(nèi)分布有林地、草地、濕地、農(nóng)田、建設(shè)用地和裸地等土地利用/覆被類(lèi)型(圖1)，是典型的寬灘型河流。筆者基于高分辨率遙感影像，區(qū)分源于河槽、灘地植被和河流整體空間的各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類(lèi)型，梳理適用于GIS計(jì)算的方法和參數(shù)，并核算河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，以期建立一套適于寬灘型河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的核算方法，也可供其他地貌形態(tài)的河流參考。

圖1 遼河干流河槽灘地邊界與土地利用特征Fig.1 Channel flood plain and land use of the MSLR

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與核算方法

1.1 研究區(qū)概況

遼河干流由東遼河和西遼河在鐵嶺市福德店匯流而成，依次流經(jīng)鐵嶺、沈陽(yáng)、鞍山和盤(pán)錦4市，在盤(pán)錦紅海灘匯入渤海，干流全長(zhǎng)538 km。2010年3月，經(jīng)遼寧省政府批準(zhǔn)將遼河干流的狹長(zhǎng)區(qū)域劃定為遼河保護(hù)區(qū)[20]，面積為1 869.2 km2。區(qū)域地貌類(lèi)型以平原為主，地勢(shì)平坦，灘地開(kāi)闊，河道迂回曲折，主要土壤類(lèi)型為草甸土、潮土和沼澤土。區(qū)域?qū)倥瘻貛О霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年平均降水量為517～657 mm，年平均蒸發(fā)量為1 110～2 500 mm；生物多樣性豐富，2016—2017年共監(jiān)測(cè)到234種植物和483種動(dòng)物[21]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

采用的主要數(shù)據(jù)包括土地利用、凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)、數(shù)字高程模型(DEM)、土壤屬性、氣象數(shù)據(jù)(降水量、蒸散發(fā)量)等，其他數(shù)據(jù)來(lái)自問(wèn)卷調(diào)查、文獻(xiàn)資料、統(tǒng)計(jì)年鑒和網(wǎng)絡(luò)等。其中，土地利用數(shù)據(jù)由2.5 m×2.5 m分辨率的SPOT 5遙感影像解譯獲得，投影方式為WGS_1984_Albers，包含6個(gè)大類(lèi)11個(gè)小類(lèi)土地利用類(lèi)型，分別是林地(有林地、灌木林)，草地，濕地(河流、坑塘、灘涂)，耕地(水田、旱地)，建設(shè)用地(農(nóng)村居民用地、其他建設(shè)用地)，裸地；NPP數(shù)據(jù)基于歸一化植被指數(shù)(NDVI)、氣象數(shù)據(jù)、植被類(lèi)型數(shù)據(jù)應(yīng)用CASA模型計(jì)算獲得，分辨率為30 m×30 m；DEM數(shù)據(jù)源自地理空間數(shù)據(jù)云，分辨率為30 m×30 m；土壤屬性數(shù)據(jù)源自中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所1∶100萬(wàn)土壤類(lèi)型及屬性數(shù)據(jù)；氣象數(shù)據(jù)源自國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://data.cma.cn/)，由遼河保護(hù)區(qū)及周邊27個(gè)站點(diǎn)的降水量、蒸散發(fā)量計(jì)算年均值并經(jīng)過(guò)插值獲得。

1.3 核算方法

遼河干流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算過(guò)程中，供給服務(wù)包括水資源供給1項(xiàng)；調(diào)節(jié)服務(wù)包括水質(zhì)凈化、空氣污染物吸收、負(fù)離子提供、氣候調(diào)節(jié)、土壤保持、固碳釋氧、洪水調(diào)蓄、輸沙和水源涵養(yǎng)9項(xiàng)；支持服務(wù)包括棲息地服務(wù)價(jià)值1項(xiàng)；文化服務(wù)包括旅游休閑和科研教育2項(xiàng)。

為便于差異化、精細(xì)化地從空間上表達(dá)寬灘型河流的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，將不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生的空間類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)：河槽產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)包含水資源供給、水質(zhì)凈化和輸沙3項(xiàng)；灘地植被產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)包含固碳釋氧、空氣污染物吸收和土壤保持3項(xiàng)；河流整體空間產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)包含氣候調(diào)節(jié)、負(fù)離子提供、洪水調(diào)蓄、水源涵養(yǎng)、棲息地、旅游休閑和科研教育7項(xiàng)；建設(shè)用地和裸地的服務(wù)價(jià)值忽略不計(jì)。按照生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的類(lèi)型特征和數(shù)據(jù)可獲取性，核算方法可分為總量平攤、柵格計(jì)算和分類(lèi)賦值3種(表1)。

表1 寬灘型河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間差異化分布和精細(xì)化核算方式Table 1 Spatial differential allocation and detailed accounting for ecosystem services in broad beach rivers

由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能量單位不一，致使各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類(lèi)型間不可比；通過(guò)價(jià)值核算，可形成統(tǒng)一可比的價(jià)值量。受篇幅限制，對(duì)功能量的核算不予展開(kāi)，主要討論價(jià)值核算與價(jià)值差異內(nèi)容。

1.3.1供給服務(wù)

水資源供給量基于生活用水量、農(nóng)業(yè)用水量、工業(yè)用水量和環(huán)境用水量進(jìn)行評(píng)估，其價(jià)值核算采用市場(chǎng)價(jià)值法[22]，計(jì)算公式如下：

Vg=∑Qy×Py

(1)

式中：Vg為水資源供給價(jià)值，元/a；Qy為第y種用途的用水量，m3/a；Py為第y種用途的用水價(jià)格，元/m3。

1.3.2調(diào)節(jié)服務(wù)

1.3.2.1水質(zhì)凈化

水質(zhì)凈化量為河流生態(tài)系統(tǒng)對(duì)影響河流水質(zhì)的主要污染物(如COD、氨氮、總氮、總磷等)的凈化能力，其價(jià)值核算采用替代成本法[22]，計(jì)算公式如下：

VJ=Qk×Pk

(2)

式中：VJ為水質(zhì)凈化價(jià)值，元/a；Qk為河流水體對(duì)第k種水體污染物的納污量，t/a；Pk為第k種污染物的人工處理費(fèi)用，元/t。其中，水體污染物納污量根據(jù)河流或河段的特征，選擇GB/T 25173—2010《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》中的零維、一維或二維模型進(jìn)行計(jì)算[23]。

1.3.2.2空氣污染物吸收

空氣污染物吸收的物理量應(yīng)為河流生態(tài)系統(tǒng)對(duì)硫化物、氮氧化物、粉塵等主要空氣污染物的納污能力，其價(jià)值核算采用防治成本法[18]，計(jì)算公式如下：

Vx=∑Aj×NPPj×εj×Pj

(3)

式中：Vx為污染物吸收價(jià)值，元/a；Aj為第j類(lèi)植被的面積，m2；NPPj為第j類(lèi)植被的凈初級(jí)生產(chǎn)力，g/m2；εj為第j類(lèi)植被的凈化效率，無(wú)量綱；Pj為第j類(lèi)植被削減SO2和粉塵等廢氣的排污收費(fèi)價(jià)格。

1.3.2.3負(fù)離子提供

河道內(nèi)不同生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型提供的負(fù)離子量與下墊面類(lèi)型面積、負(fù)離子聚集高度等有關(guān)，負(fù)離子提供價(jià)值核算采用影子價(jià)格法[24]，計(jì)算公式如下：

Va=∑Am×Qa×L×Pa

(4)

式中：Va為提供空氣負(fù)離子價(jià)值，元/a；Am為第m種生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型面積，m2；Qa為空氣負(fù)離子濃度，個(gè)/cm3；L為負(fù)離子聚集高度，cm；Pa為空氣負(fù)離子生產(chǎn)的市價(jià)，元/個(gè)。

1.3.2.4氣候調(diào)節(jié)

河流生態(tài)系統(tǒng)中植物的蒸騰作用和水面蒸發(fā)能夠增加空氣濕度。氣候調(diào)節(jié)的物理量采用植物蒸騰所消耗的熱量與水面蒸發(fā)所吸收的熱量之和來(lái)計(jì)算，在遙感解譯的蒸散發(fā)數(shù)據(jù)產(chǎn)品中，可直接讀取蒸散發(fā)量。氣候調(diào)節(jié)價(jià)值核算采用替代成本法[25]，計(jì)算公式如下：

Vq=ET×γ×Pe

(5)

式中：Vq為氣候調(diào)節(jié)價(jià)值，元/a；ET為生態(tài)系統(tǒng)的蒸發(fā)量，m3/a；γ為加濕器蒸發(fā)單位體積水汽的耗電量，(kW·h)/a；Pe為電價(jià)，元/(kW·h)。

1.3.2.5土壤保持

土壤保持的物理量采用通用土壤流失方程(USLE)計(jì)算，其價(jià)值核算采用替代成本法[8]，計(jì)算公式如下：

(6)

式中：VT為土壤保持功能價(jià)值，元/a；Wusle為依據(jù)通用水土流失方程計(jì)算的土壤保持量，t/hm2；B為不同土地利用類(lèi)型土壤容重，t/m3；D為不同土地利用類(lèi)型土層厚度，m；Ps為人工固沙造田的成本，元/m2。

1.3.2.6固碳釋氧

根據(jù)光合作用反應(yīng)方程式，形成每g干物質(zhì)需要1.63 g CO2，釋放O21.19 g，結(jié)合NPP數(shù)據(jù)計(jì)算固碳釋氧量。固碳釋氧價(jià)值采用替代成本法[25]核算，計(jì)算公式如下：

Vfr=∑Aj×NPPj×(Tc×Pc+To×Po)

(7)

式中：Vfr為植被每年固碳釋氧的價(jià)值，元/a；Tc和To分別為單位質(zhì)量植物干物質(zhì)的CO2固定量和O2釋放量，t；Pc和Po分別為固定CO2的造林成本和人工生產(chǎn)O2的價(jià)格，元/t。

1.3.2.7洪水調(diào)蓄

洪水調(diào)蓄的物理量為河堤內(nèi)河道的最大洪水調(diào)蓄量，其價(jià)值核算采用影子工程法[22]，計(jì)算公式如下：

Vf=∑Am×H×Pr

(8)

式中：Vf為洪水調(diào)蓄價(jià)值，元/a；H為堤壩相對(duì)高度，指壩頂?shù)胶拥椎钠骄疃?m；Pr為水庫(kù)的單位庫(kù)容造價(jià)，元/m3。

1.3.2.8輸沙功能

輸沙能力的物理量為河流年均輸沙總量，其價(jià)值核算采用替代成本法[22]，計(jì)算公式如下：

Vs=Qs×Prc

(9)

式中：Vs為河流輸沙價(jià)值，元/a；Qs為河流年均輸沙量，t/a；Prc為人工清理河道費(fèi)用，元/t。

1.3.2.9水源涵養(yǎng)

水體水源涵養(yǎng)的物理量為年現(xiàn)存水量與年入滲量之和；林地、草地等水源涵養(yǎng)的物理量評(píng)估采用水量平衡法，為年降水量與蒸散發(fā)量之差。水源涵養(yǎng)價(jià)值核算采用替代成本法[23]，計(jì)算公式如下：

(10)

式中：Vw為水源涵養(yǎng)價(jià)值，元/a；R為年降水量，mm/a；Pw為水資源價(jià)格，元/m3。

1.3.3支持服務(wù)

河流生態(tài)系統(tǒng)棲息地服務(wù)的物理量基于高分辨率遙感影像和土地利用數(shù)據(jù)，通過(guò)InVEST模型生境質(zhì)量模塊計(jì)算得出的生境質(zhì)量指數(shù)來(lái)評(píng)估。在問(wèn)卷調(diào)查基礎(chǔ)上，采用支付意愿法[18]核算棲息地服務(wù)價(jià)值，計(jì)算公式如下：

Vh=∑Wn×ρ×Pn

(11)

式中：Vh為棲息地服務(wù)價(jià)值，萬(wàn)元/a；Wn為評(píng)估流域內(nèi)第n個(gè)行政區(qū)每人每年的支付意愿，元/(人·a)；ρ為調(diào)查群體的支付率，%；Pn為評(píng)估流域內(nèi)第n個(gè)行政區(qū)的城鎮(zhèn)人口數(shù)，萬(wàn)人。

1.3.4文化服務(wù)

旅游休閑服務(wù)的評(píng)估主要考慮流域內(nèi)以自然景觀為主體的旅游風(fēng)景區(qū)。在問(wèn)卷調(diào)查基礎(chǔ)上，采用旅行費(fèi)用法[26]核算價(jià)值，計(jì)算公式如下：

Ve=E×ω×μ×Pt

(12)

式中：Ve為休閑娛樂(lè)服務(wù)價(jià)值，元/a；E為流域內(nèi)城鎮(zhèn)人口數(shù)，萬(wàn)人；ω為城鎮(zhèn)人口中去往景區(qū)旅游的人數(shù)占比，%，可由調(diào)查問(wèn)卷獲取；μ為每年游客前往景區(qū)的旅游次數(shù)；Pt為每次旅游的平均費(fèi)用，可由旅游總?cè)藬?shù)和總費(fèi)用計(jì)算得到。

科研教育服務(wù)的物理量采用公開(kāi)發(fā)表的河流類(lèi)(以評(píng)估河流為調(diào)研區(qū)域或?qū)嶒?yàn)場(chǎng)所)科技論文的數(shù)量進(jìn)行評(píng)估，其價(jià)值核算采用直接成本法[27]，計(jì)算公式如下：

Vr=Qz×F

(13)

式中：Vr為科研教育價(jià)值，萬(wàn)元/a；Qz為每年發(fā)表的以評(píng)估河流為調(diào)查研究區(qū)域或?qū)嶒?yàn)場(chǎng)所的河流類(lèi)科技論文的數(shù)量，篇/a；F為每篇河流類(lèi)科技論文的科研經(jīng)費(fèi)投入，萬(wàn)元/篇，采用國(guó)家和地方河流相關(guān)科技項(xiàng)目科研經(jīng)費(fèi)投入與同年發(fā)表河流類(lèi)科技論文總數(shù)之比來(lái)計(jì)算。

1.4 參數(shù)選取及來(lái)源

遼河干流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算分類(lèi)體系、基本參數(shù)及其來(lái)源等見(jiàn)表2。

表2 遼河干流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算參數(shù)及來(lái)源Table 2 Accounting parameters and sources for ecosystem services value in the MSLR

續(xù)表2

2 結(jié)果與分析

2.1 河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)整體狀況

2.1.1分類(lèi)型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值

依據(jù)河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估指標(biāo)和評(píng)估方法，核算得到遼河干流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及價(jià)值如表3所示。由表3可知，2013年遼河干流(遼河保護(hù)區(qū))生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值為537.39億元。從服務(wù)類(lèi)型看，遼河干流不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類(lèi)型的價(jià)值量表現(xiàn)為調(diào)節(jié)服務(wù)>供給服務(wù)>文化服務(wù)>支持服務(wù)，其中，調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值為424.13億元，占總價(jià)值的78.92%，在遼河干流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值中占主導(dǎo)地位。從服務(wù)功能看，遼河干流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)以洪水調(diào)蓄價(jià)值為最高(占比46.99%)，其次是氣候調(diào)節(jié)價(jià)值(占比29.22%)，水資源供給價(jià)值和旅游休閑價(jià)值分別占總價(jià)值的9.13%和8.51%，其他各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值占比都低于5%。從空間分布看(圖2)，遼河干流單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值高值區(qū)主要在河槽寬闊的遼河口區(qū)，為50～65元/m2；低值區(qū)主要在遼河口附近的灘涂區(qū)和遼河干流上游，為20～25元/m2；其他區(qū)域?yàn)?5～50元/m2。

表3 遼河干流各類(lèi)型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的功能量及價(jià)值量Table 3 Function and value of ecosystem services of different types in the MSLR

圖2 2013年遼河干流單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布Fig.2 Spatial distribution of ecosystem services value per unit area in the MSLR in 2013

2.1.2單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值

遼河干流不同土地利用類(lèi)型的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值統(tǒng)計(jì)如表4所示。由表4可知，遼河干流不同土地利用類(lèi)型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值存在差異。具體表現(xiàn)為河槽(46.300元/m2)>坑塘(43.760元/m2)>旱地(28.740元/m2)>灌木林(28.700元/m2)>有林地(28.690元/m2)>草地、灘涂(28.630元/m2)>水田(28.380元/m2)。河槽的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最高，其次是坑塘，這主要與水資源供給服務(wù)價(jià)值產(chǎn)生在河槽空間內(nèi)有關(guān)；旱地、灌木林、有林地、草地、灘涂和水田的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值較為接近，這與植被的NPP及其他環(huán)境因素有關(guān)。

表4 遼河干流不同土地利用類(lèi)型的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值統(tǒng)計(jì)Table 4 Statistics for ecosystem services value of different land use types in the MSLR 元/m2

分河槽、灘地和河流整體空間3種核算空間，分析不同生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，結(jié)果如圖3～圖5所示。由圖3可知，基于河槽的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，表現(xiàn)為水資源供給(13.330元/m2)>輸沙(1.710元/m2)>水質(zhì)凈化(0.550元/m2)。由圖4可知，基于灘地植被的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，都是水田最高，灘涂最低，其他類(lèi)型居中。其中，單位面積空氣污染物吸收價(jià)值為水田(0.180元/m2)>旱地(0.120元/m2)>有林地(0.110元/m2)>灌木林、草地(0.100元/m2)>灘涂(0.090元/m2)；單位面積土壤保持價(jià)值為水田(0.009元/m2)>有林地、旱地(0.006元/m2)>草地、灌木林(0.005元/m2)>灘涂(0.004元/m2)；單位面積固碳釋氧價(jià)值為水田(0.500元/m2)>旱地(0.330元/m2)>有林地(0.320元/m2)>灌木林、草地(0.290元/m2)>灘涂(0.250元/m2)。由圖5可知，基于河流整體空間的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值中，單位面積的負(fù)離子提供價(jià)值為河槽(0.230元/m2)>灘涂(0.190元/m2)>坑塘(0.120元/m2)>有林地(0.080元/m2)>灌木林(0.040元/m2)>草地(0.020元/m2)>旱地、水田(0.010元/m2)；單位面積的氣候調(diào)節(jié)價(jià)值坑塘、灘涂和河槽略高，高于9.360元/m2，旱地最低，低于9.320元/m2；單位面積的水源涵養(yǎng)價(jià)值河槽、坑塘略高，水田最低；單位面積棲息地價(jià)值河槽最高(2.970元/m2)，水田最低(0.220元/m2)。另外3項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在河流整體空間平攤，沒(méi)有生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型間的差異，平均水平表現(xiàn)為洪水調(diào)蓄(15.000元/m2)>旅游休閑(2.900元/m2)>科研教育(0.190元/m2)。

圖3 遼河干流基于河槽的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值Fig.3 Ecosystem services value per unit area in the MSLR based on river channel

1)單位為0.1元/m2。圖4 遼河干流基于灘地植被的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值Fig.4 Ecosystem services value per unit area in the MSLR based on beach vegetation

1)單位為0.1元/m2；2)單位為10元/m2。圖5 遼河干流基于河流整體空間的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值Fig.5 Ecosystem services value per unit area in the MSLR based on the space of land and water

2.2 河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間差異

通過(guò)柵格計(jì)算方式獲得遼河干流生態(tài)系統(tǒng)的空氣污染物吸收、氣候調(diào)節(jié)等6項(xiàng)服務(wù)價(jià)值，結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，空氣污染物吸收價(jià)值和固碳釋氧價(jià)值的高值區(qū)均集中分布在遼河口附近和遼河干流中游，其他區(qū)域差異??；氣候調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值在遼河口和遼河干流北段較高，其他區(qū)域多為中低值區(qū)；水源涵養(yǎng)服務(wù)價(jià)值在遼河口最高，其他區(qū)域多為中低值區(qū)；土壤保持服務(wù)價(jià)值在遼河干流普遍較低，無(wú)明顯高值區(qū)；棲息地服務(wù)價(jià)值高值區(qū)集中在遼河口，其他區(qū)域多為中低值區(qū)。

圖6 2013年遼河干流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布及代表區(qū)段示意Fig.6 Spatial distribution of ecosystem services value in the MSLR and representative sections in 2013

結(jié)合環(huán)境影響因素，對(duì)基于柵格運(yùn)算得出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間差異的原因進(jìn)行分析。據(jù)統(tǒng)計(jì)，各土地利用類(lèi)型中，年均NPP以水田最高，灘涂最低(表5)。從遼河干流年均NPP的空間分布來(lái)看，NPP年均值為0～400 g/m2，在遼河口附近和遼河干流中游區(qū)最高(>150 g/m2)〔圖7(a)〕。這2個(gè)區(qū)域土地利用類(lèi)型均以農(nóng)田為主，其中遼河口附近是水田的主要分布區(qū)。由于固碳釋氧價(jià)值和空氣污染物吸收價(jià)值與NPP呈正相關(guān)，因此二者的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值都表現(xiàn)為水田最高，灘涂最低。

表5 2013年遼河干流不同土地利用類(lèi)型的年均NPP統(tǒng)計(jì)Table 5 Annual average net primary productivity of different land use types in the MSLR in 2013 g/m2

2013年遼河干流年降水量在上游偏高，遼河口偏低〔圖7(b)〕；而蒸發(fā)量自上游向河口有升高趨勢(shì)〔圖7(c)〕。水源涵養(yǎng)價(jià)值主要受降水量和蒸發(fā)量影響，降水量和蒸發(fā)量的差值表現(xiàn)為遼河口區(qū)低、干流上游區(qū)高；由于遼河口附近主要土地利用類(lèi)型為水田，因此水田的單位面積水源涵養(yǎng)價(jià)值很低。另外，遼河口蒸發(fā)量高，灘涂面積廣，氣候調(diào)節(jié)價(jià)值與蒸發(fā)量正相關(guān)，因此單位面積氣候調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值最高；而旱地自上游向河口分布廣泛，蒸發(fā)量的均值偏低，導(dǎo)致旱地的單位面積氣候調(diào)節(jié)價(jià)值較低。

圖7 2013年遼河干流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算相關(guān)參數(shù)Fig.7 Related parameters for ecosystem services value accounting in the MSLR in 2013

2.3 河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)年際差異

由2013年遼河保護(hù)區(qū)土地利用類(lèi)型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值推算，2009年遼河干流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值為435.76億元，2009—2013年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值增加了101.63億元，平均每年增加25.4億元。

自遼河保護(hù)區(qū)劃定以來(lái)，因注重河流生態(tài)保護(hù)，河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值得以提升。由土地利用數(shù)據(jù)變化看，2009—2013年草地和河流面積分別增加了211.61和136.49 km2；與此同時(shí)，旱地和灘涂面積分別減少了250.29和105.50 km2。另外，根據(jù)《2014年遼寧省統(tǒng)計(jì)年鑒》，2013年鐵嶺、沈陽(yáng)、鞍山和盤(pán)錦4市的GDP共1.21萬(wàn)億元，遼河保護(hù)區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值占4市GDP總量的4.42%，與永定河流域[37]和廣東省河流生態(tài)系統(tǒng)[7]研究結(jié)果接近。

2.4 河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域差異

遼河保護(hù)區(qū)自下游向上游分別是盤(pán)錦市、鞍山市、沈陽(yáng)市、鐵嶺市，單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為26.38～37.16元/m2；單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值盤(pán)錦市最高，鐵嶺市最低，沈陽(yáng)市和鞍山市居中(表6)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的區(qū)域分異與河槽、坑塘面積比例關(guān)系緊密(單位面積的河槽和坑塘價(jià)值遠(yuǎn)高于其他類(lèi)型)。遼河口附近的盤(pán)錦市以灘涂為主要類(lèi)型，占全市總面積的65.1%，遼河源頭區(qū)的鐵嶺市以草地和旱地為主，二者共占73.60%；盤(pán)錦、沈陽(yáng)、鞍山、鐵嶺4市河槽和坑塘面積占比分別為11.93%、82.5%、7.70%和7.26%。

表6 遼河干流不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值Table 6 Ecosystem services value of different regions in the MSLR

3 結(jié)論與展望

(1)2013年遼河干流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值為537.39億元，其中洪水調(diào)蓄服務(wù)占比最高(46.99%)，其次是氣候調(diào)節(jié)服務(wù)(29.22%)。

(2)遼河干流單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值以河槽最高，坑塘次之，其主要來(lái)自水體的水資源供給等服務(wù)價(jià)值；旱地、灌木林、有林地、草地、灘涂和水田較低且數(shù)值接近，這主要與土地利用分布、NPP和氣象因素等有關(guān)。

(3)2013年遼河干流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值比2009年增長(zhǎng)了101.63億元；遼河干流流經(jīng)的4個(gè)城市，單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值均以遼河口的盤(pán)錦市為最高，洪水調(diào)蓄和氣候調(diào)節(jié)2項(xiàng)服務(wù)在該區(qū)域的作用明顯。

相較于以往的研究，本研究提出的寬灘型河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算方法表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)：核算結(jié)果落在空間柵格上，突破了1條河流1個(gè)數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)局限；可以反映河流上下游不同區(qū)段價(jià)值變化及生態(tài)修復(fù)取得的成效，以服務(wù)于河流管理工作。但研究尚存在對(duì)于灘地按照陸域生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型核算的不足。灘地連接水體和陸地，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，灘地植被對(duì)降水、氣溫等環(huán)境條件反應(yīng)敏感，灘地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值年內(nèi)和年際波動(dòng)較大，使用年均值來(lái)表征其服務(wù)價(jià)值稍顯粗略。依靠長(zhǎng)時(shí)間序列、高精度的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估將有助于提升評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確性。目前生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算普遍存在潛在價(jià)值與現(xiàn)實(shí)價(jià)值交織問(wèn)題，現(xiàn)有方法尚未區(qū)分。多種數(shù)據(jù)源精度不一，也會(huì)對(duì)核算結(jié)果產(chǎn)生影響。未來(lái)隨著遙感影像分辨率以及參數(shù)獲取能力的不斷提高，河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算有望從寬灘型河流拓展到普通線狀河流。