圖們江跨國界地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值研究

江淑芳， 南穎， 吉吉吉， 張沖沖

( 延邊大學理學院 地理系， 吉林 延吉 133002 )

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[1]是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用.自從1997年Costanza等[2]在《Nature》上發(fā)表“The value of the world’s ecosystem services and natural capital”一文以后，國內(nèi)外學者從不同尺度[3-4]]、不同類型[5-8]以及不同評價方法[9-10]對生態(tài)系統(tǒng)進行了大量的研究，其中土地利用/土地覆蓋變化評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化是研究熱點之一[11-12].圖們江地區(qū)由于其地理位置的特殊性，一直受到學者們的關(guān)注，例如杜會石等[13]研究了圖們江流域(中國一側(cè))土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響.在此基礎(chǔ)上，本文對圖們江跨國界地區(qū)(中國、朝鮮、俄羅斯)土地利用變化引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化進行評估，以期為圖們江跨國界地區(qū)生態(tài)環(huán)境的恢復、重建與保護以及可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)[14-15].

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)范圍為圖們江跨國界地區(qū)，即以圖們江流域為核心的中、朝、俄三國邊境地區(qū)(圖1).中國一側(cè)包括延邊朝鮮族自治州的7個縣市；朝鮮一側(cè)主要是羅先直轄市、兩江道、咸境北道；俄羅斯一側(cè)為哈桑地區(qū).地理位置為東經(jīng)127°39′～131°44′，北緯41°06′～44°05′之間，土地總面積約54 496.29 km2.該區(qū)地處溫帶大陸性季風氣候區(qū)，冬季盛行西北風，夏季以東南風為主；氣候的垂直變化明顯，氣溫的年較差??；雨量充足，水、熱同季.

圖1 研究區(qū)域圖

2 數(shù)據(jù)處理及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)處理

研究采用2000年和2010年的landsat TM影像數(shù)據(jù)，空間分辨率為30 m,同時收集1∶5萬的地形圖、土壤類型圖、水系分布圖、土地利用圖用于幾何校正和輔助解譯.首先利用1∶5萬的地形圖對影像進行幾何校正，精度控制在1個像元內(nèi)；然后采用線性拉伸方法對校正好的影像圖進行圖像增強處理,并利用ENVI軟件對處理后的影像進行鑲嵌，獲取研究區(qū)兩個時期的完整影像圖；最后利用行政區(qū)劃界限進行裁剪，獲取研究區(qū)范圍的兩個時期的影像圖.結(jié)合國家通用的土地利用分類系統(tǒng)及研究區(qū)的實際情況，將土地利用類型分為水田、旱田、針葉林、闊葉林、混交林、草地、水體、建設(shè)用地及未利用地.在ENVI軟件的支持下，采用CART決策樹方法對影像圖進行解譯，得到研究區(qū)的土地利用分類圖(圖2).經(jīng)驗證，兩個時期的影像分類總體精度分別為86.9%和90.8%，滿足精度要求.

圖2 研究區(qū)影像解譯

2.2 研究方法

2.2.1研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計算 國內(nèi)學者通常使用公式(1)計算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值：

(1)

式中：ESV為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值；Aj為j類生態(tài)系統(tǒng)的面積；VCi j為j種生態(tài)系統(tǒng)i種生態(tài)服務(wù)功能相對于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供食物生產(chǎn)服務(wù)單價的當量因子，即生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能因子；E為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)食物生產(chǎn)的價值；i為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能類型；j為生態(tài)系統(tǒng)類型.

2.2.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能因子的確定 謝高地等[10]在Constanza研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國的實際情況制定出了全國平均水平上的生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能因子表.本文結(jié)合研究區(qū)的區(qū)域特點對該因子表進行相應(yīng)修訂[13]：將農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)拆分為水田及旱田生態(tài)系統(tǒng)；旱田因子不變，水田因子修訂見表1.

表1 圖們江地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值當量因子表

注：森林生態(tài)系統(tǒng)包括針葉林、闊葉林、混交林，未利用地包括建設(shè)用地，水體包括濕地.

2.2.3農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)食物生產(chǎn)服務(wù)功能的計算

國內(nèi)學者通常使用公式(2)[16]計算單位面積農(nóng)田食物生產(chǎn)服務(wù)功能經(jīng)濟價值：

(2)

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·hm-2)，i為作物種類，pi為i種作物全國平均價格(元·hm-2)，qi為i種作物單位產(chǎn)量(t·hm-2)，mi為i種作物面積(hm2)，M為i種糧食作物的總面積(hm2)， 1/7是指在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(wù)經(jīng)濟價值的1/7.

為了增強2000年和2010年兩個時期的可比性，對單位面積旱田生態(tài)系統(tǒng)食物生產(chǎn)利用(2)式和(3)式進行校正[17]，排除通貨膨脹因素的影響.

(3)

(4)

式中E為研究期校正之后的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)食物生產(chǎn)的價值(以基期不變價格計算)，t為經(jīng)濟發(fā)展階段指標，Ea m為研究期經(jīng)濟價值的當年價，φ為各年的通貨膨脹指數(shù)，m為研究期，n為基期，En為恩格爾系數(shù).

3 中朝俄三國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值比較

通過遙感影像解譯的土地利用類型數(shù)據(jù)，對圖們江跨國界地區(qū)2000年和2010年的土地利用類型面積進行統(tǒng)計,如圖3所示:中朝俄三國主要土地利用類型為林地和草地;2000—2010年間，中國一側(cè)的林地減少了212 863.14 hm2，草地、旱田、未利用地都有少量增加，增加比率分別為24.16%、19.36%、20.65%；朝鮮一側(cè)的林地、旱田、草地及未利用地都有一定程度的增加，特別是旱田增加比率達到28.54%，說明2000—2010年間朝鮮開辟了大量旱田；俄羅斯一側(cè)的森林和未利用地面積有所增加，增加比率為14.55%和23.52%，草地和旱田面積則有所減少.

圖們江跨國界地區(qū)中朝俄三國的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，見表2.從表2可知，2000—2010年間，中國一側(cè)的ESV呈減少趨勢，由4.18×1010元減少至3.96×1010元，減少了5.26%；朝鮮一側(cè)的ESV呈增加趨勢，由1.88×1010元增加至2.29×1010元，增加了21.8%；俄羅斯一側(cè)的ESV呈增加趨勢，由0.53×1010元增加至0.56×1010元，增加幅度為5.66%.

圖3 各國土地利用結(jié)構(gòu)比例比較圖

從表2可知：中國一側(cè)的森林服務(wù)價值從352.33×108元減少至318.18×108元，減少了9.69%，雖然損失的價值通過草地、旱田、水體、未利用地服務(wù)價值的增加得到了一定的緩解，但總的服務(wù)價值仍呈下降趨勢.這表明在過去的10年里，圖們江流域的中國一側(cè)有大量砍伐森林的現(xiàn)象，雖然開墾農(nóng)田及拓寬城市使得生態(tài)服務(wù)價值有所增加，但這遠遠彌補不了由于砍伐森林帶來的價值損失，同時也說明森林生態(tài)系統(tǒng)較其他生態(tài)系統(tǒng)具有更大的隱含價值.朝鮮一側(cè)的森林服務(wù)價值由160.03×108元增加至177.71×108元，水田和旱田服務(wù)價值也有了一定程度的上升，尤其是水田10年間的增長率達到了142.32%，這是因為水田的價值系數(shù)遠高于旱田，小面積的擴展也會帶來很高的價值效應(yīng)；未利用地及水體的增長則相對較小，這說明朝鮮一側(cè)的城市擴建速度較慢，對生態(tài)系統(tǒng)破壞較小，使得森林、草地等生態(tài)系統(tǒng)受到了較好地保護.俄羅斯一側(cè)只有森林和未利用地服務(wù)價值有所增長，草地、水田、旱田、水體服務(wù)價值都有不同程度的減少，但從整體上看俄羅斯一側(cè)總的ESV呈上升趨勢，這主要是由于森林服務(wù)價值的增長，這也進一步表明了森林生態(tài)系統(tǒng)的重要性.另外，由于俄羅斯的經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)主要集中在西部，東部地區(qū)相對落后，因此其耕地(水田、旱田)面積呈逐年下降趨勢；同時未利用地增長緩慢也表明其城市擴建緩慢.

表2 2000年和2010年中朝俄三國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值

4 結(jié)論

2000—2010年間，圖們江跨國界地區(qū)中國一側(cè)的ESV呈現(xiàn)下降趨勢，朝鮮及俄羅斯一側(cè)則呈現(xiàn)上升趨勢.中國一側(cè)的ESV的減少主要歸因于森林生態(tài)系統(tǒng)面積的大幅度減少，朝鮮一側(cè)的ESV增加主要是由于森林、草地生態(tài)系統(tǒng)面積的增加，俄羅斯一側(cè)的ESV增加是由于森林生態(tài)系統(tǒng)面積的大量增加.朝鮮和俄羅斯一側(cè)由于人類活動對環(huán)境的干擾作用較小，其森林面積在10年間都有了一定程度的增長，彌補了其他生態(tài)系統(tǒng)損失的價值，使得其整體的ESV呈上升趨勢；中國一側(cè)則由于近年來圖們江區(qū)域合作及長吉圖開發(fā)項目的實施，使得環(huán)境受到人類干擾的作用明顯增強，表現(xiàn)為森林面積的大幅度減少，從而導致總的ESV呈現(xiàn)下降趨勢，因此，應(yīng)及時采取有效措施促進森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的恢復，維護該區(qū)的可持續(xù)發(fā)展.

本文研究的是土地利用面積變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的影響；由于濕地的服務(wù)功能并不完全等同于水體，因此不能簡單地將濕地與水體進行合并，如何將濕地從水體中劃分出來需今后進一步研究.

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