海島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估及其時(shí)空變化
——以浙江舟山金塘島為例

趙 江,沈 剛,嚴(yán)力蛟,黃 璐,金愛(ài)民,霍思高

1 浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生態(tài)規(guī)劃與景觀設(shè)計(jì)研究所,杭州 310058 2 浙江大學(xué)海洋學(xué)院,杭州 310058 3 國(guó)家海洋局第二海洋研究所,杭州 310012 4 杭州電子科技大學(xué)智慧城市研究中心,杭州 310012

海島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估及其時(shí)空變化
——以浙江舟山金塘島為例

趙 江1,2,沈 剛3,嚴(yán)力蛟1,*,黃 璐1,4,金愛(ài)民2,霍思高1

1 浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生態(tài)規(guī)劃與景觀設(shè)計(jì)研究所,杭州 310058 2 浙江大學(xué)海洋學(xué)院,杭州 310058 3 國(guó)家海洋局第二海洋研究所,杭州 310012 4 杭州電子科技大學(xué)智慧城市研究中心,杭州 310012

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值研究是目前生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一,海島生態(tài)系統(tǒng)的特殊性令其更易受人類活動(dòng)和環(huán)境變化的影響。文章在海島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量修訂的基礎(chǔ)上,對(duì)典型海島金塘島1986—2014年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估,分析了金塘島近30年來(lái)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化。結(jié)果表明：城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)面積持續(xù)增加,其他生態(tài)系統(tǒng)類型面積不同程度減少,減少的生態(tài)系統(tǒng)類型大多數(shù)轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)。1986—2014年金塘島的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值呈下降趨勢(shì),共減少了1.08億元,減少了30.23%,其中濕地與森林的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量減少最多,城鎮(zhèn)的價(jià)值變化率最大?？臻g上表現(xiàn)為價(jià)值極低區(qū)域沿著人類活動(dòng)方向呈現(xiàn)急劇擴(kuò)大趨勢(shì)。生態(tài)系統(tǒng)提供的產(chǎn)品與服務(wù)在數(shù)量和質(zhì)量上逐步下降,不利于海島的可持續(xù)發(fā)展。該研究為海島地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量修訂提供參考,同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)變海島經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式,促進(jìn)海島可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)信息與決策依據(jù)。

海島;當(dāng)量修訂;生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值;金塘島

海島是四面環(huán)海水并在高潮時(shí)高于水面的自然形成的陸地區(qū)域,包括有居民海島和無(wú)居民海島。由于其地理位置的特殊性,極易受臺(tái)風(fēng)、海嘯等極端氣候或自然災(zāi)害的影響,生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)比較脆弱,一旦遭到破壞將難以修復(fù)。近些年來(lái),隨著人類對(duì)其干擾程度的加劇,海島生態(tài)系統(tǒng)正在經(jīng)歷著劇烈的變化。如海島旅游蓬勃發(fā)展給海島帶來(lái)環(huán)境污染、棲息地的破壞;城市化、工業(yè)化使得海島淡水資源緊缺與水環(huán)境惡化、漁業(yè)資源退化、灘涂濕地快速減少。因此,加強(qiáng)對(duì)海島生態(tài)系統(tǒng)的研究和保護(hù)至關(guān)重要。

每一個(gè)海島都是相對(duì)獨(dú)立而完整的生態(tài)系統(tǒng),為人類提供著一系列實(shí)物型服務(wù)(食物、原材料、藥品等)和非實(shí)物型服務(wù)(凈化空氣、水土保持、涵養(yǎng)水源等),而這些非實(shí)物型服務(wù)還未進(jìn)入市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體系被人們所關(guān)注和重視,這種忽視可能最終會(huì)威脅到人類的可持續(xù)發(fā)展[1- 5]。國(guó)外Daily、Costanza、De Groot等對(duì)全球的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的研究與價(jià)值估算,這為全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究奠定了基礎(chǔ)[1- 3]。國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者也在不同空間尺度上對(duì)國(guó)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了探討[4- 5],其中對(duì)海島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究相對(duì)較少[6- 7],僅見(jiàn)從能值分析、生態(tài)調(diào)節(jié)功能估值等方面對(duì)島嶼服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了探究[8- 10],而從價(jià)值當(dāng)量角度來(lái)對(duì)海島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估的研究相對(duì)缺乏。因此,文章選取了浙江舟山地區(qū)典型海島,基于海島區(qū)域的特殊性對(duì)其服務(wù)價(jià)值當(dāng)量進(jìn)行修訂,在此基礎(chǔ)上評(píng)估了金塘島1986—2014年各生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值,意在探究城鎮(zhèn)化、工業(yè)化背景下,海島地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空動(dòng)態(tài)變化。

1 研究區(qū)域概況

研究地區(qū)為浙江省舟山市金塘島(圖1),該島位于舟山主島的西側(cè),處于長(zhǎng)江、錢塘江、甬江的入海交匯口,是長(zhǎng)江三角洲的前沿門戶。年平均氣溫為15.6—16.6℃,屬于亞熱帶海洋性氣候。自然生態(tài)環(huán)境優(yōu)美、農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施完善,是舟山歷史上重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)[11]。

圖1 研究區(qū)域位置示意圖Fig.1 The location of Jintang Island

金塘島屬于大陸基巖島,是舟山群島第4大島嶼,其東鄰冊(cè)子島,西有金塘大橋與寧波市鎮(zhèn)海區(qū)相接,北連灰鱉洋,是南北海運(yùn)和遠(yuǎn)東國(guó)際航線之要沖。全島陸域面積為77.35km2,最高點(diǎn)為東部的仙人山,坐標(biāo)為北緯30°01.9′、東經(jīng)121°54.4′,海拔455.7m,擁有60.32km的海岸線,其中可供開(kāi)發(fā)的深水岸線約14.5km,是發(fā)展大型臨港產(chǎn)業(yè)的理想之地[11]。

改革開(kāi)放以來(lái),隨著舟山地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的增長(zhǎng)、工業(yè)化與城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快,特別是在1987年之后舟山撤地建市等行政體制的變革,使得舟山小城鎮(zhèn)數(shù)量快速增加[12]。金塘島作為寧波-舟山港的“橋頭堡”,在快速城鎮(zhèn)化背景下面臨著建設(shè)用地急劇增加、耕地非農(nóng)轉(zhuǎn)化加速、灘涂濕地快速減少、環(huán)境日益惡化等情況。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

遙感影像數(shù)據(jù)下載日期為1986年5月31日、1995年8月12日、2005年6月4日、2014年12月4日,來(lái)源于美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)網(wǎng)站。2014年遙感解譯結(jié)果結(jié)合Google地圖高分辨率影像進(jìn)行人機(jī)交互解譯,歷史影像數(shù)據(jù)直接在此基礎(chǔ)上進(jìn)行取樣驗(yàn)證,解譯結(jié)果經(jīng)過(guò)混淆矩陣精度驗(yàn)證,得到的總體分類精度分別為86.4%、87.9%、93.8%、90.7%,滿足研究要求。借助ENVI軟件對(duì)這4期數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行基于專家知識(shí)的決策樹(shù)法分類,將研究區(qū)域分為森林、草地、農(nóng)田、濕地、城鎮(zhèn)、水域等6類生態(tài)系統(tǒng)。在ArcGIS中提取生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.2 海島農(nóng)田和森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量修訂

2.3.1 海島農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值修訂

海島隔絕于大陸且土地和淡水資源有限,使其農(nóng)作物產(chǎn)量和價(jià)格等都不同于大陸。文章基于前人的研究成果,結(jié)合數(shù)據(jù)可得性,對(duì)金塘島農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了修訂。以農(nóng)田食物生產(chǎn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量為1,作為其他生態(tài)系統(tǒng)類型當(dāng)量的參照和區(qū)域修訂的依據(jù)[13- 14]。金塘島農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值以其所在的舟山地區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值代替,通過(guò)如下公式獲得：

(1)

式中,Ed為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積食物生產(chǎn)服務(wù)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值(元/hm2);P為舟山地區(qū)平均糧食價(jià)格(元/t);Q為舟山地區(qū)糧食產(chǎn)量(t);A為舟山地區(qū)糧食播種面積(hm2);根據(jù)謝高地的研究成果,1個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量等于當(dāng)年每公頃糧食市場(chǎng)價(jià)值的1/7[10]。根據(jù)《舟山統(tǒng)計(jì)年鑒》和舟山商務(wù)局的相關(guān)數(shù)據(jù),2014年舟山市糧食批發(fā)均價(jià)為3.4元/kg,糧食作物播種面積為9.27×103hm2,糧食產(chǎn)量為4.42×104t。依此計(jì)算出舟山每公頃糧食的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量16211.4元/hm2以及舟山地區(qū)1個(gè)當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量為2315.9元。

2.3.2 海島森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量修訂

干旱、土壤條件差、風(fēng)害、鹽霧四大自然因素制約著海島植被發(fā)育,使得海島區(qū)域植被生物量有別于大陸。一般來(lái)說(shuō),生物量越大,生態(tài)服務(wù)功能越強(qiáng)。為此假定生態(tài)服務(wù)功能強(qiáng)度與生物量成線性關(guān)系,森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量可作如下修訂[13]：

(2)

式中，E為修訂后的單位面積森林的生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量,b為研究區(qū)域森林的生物量,B為中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)單位面積的平均生物量,Ei為中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量。由舟山市林業(yè)局獲得舟山森林中針葉林、針闊混交林、闊葉林、灌木林的面積比為12.8∶19.2∶32∶36。典型的原生植被已不復(fù)存在,現(xiàn)有的丘陵山地植被除部分更新為松林外,以林相殘破、林分質(zhì)量差的次生闊葉林和灌木林為主,常見(jiàn)的有楓香林、栓皮櫟林、白櫟林及其萌生灌叢[15- 16]。對(duì)應(yīng)方精云《我國(guó)各類森林的生物生產(chǎn)力》表格得出舟山海島森林單位面積平均生物量為57.64t/hm2,我國(guó)森林平均生物量74.8t/hm2[17- 18]。依此修訂得到森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量為21.68。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算

生態(tài)資產(chǎn)中有形的自然資源價(jià)值可以直接通過(guò)市場(chǎng)價(jià)值法求得,而無(wú)形的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值則需要建立一系列的評(píng)估指標(biāo)。為了估算海島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,文章采用Costanza、謝高地等人的估算方法體系[2,13]。鑒于謝高地等的研究成果未考慮以人為主體的城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng),故而為了研究的完整性,文章從生態(tài)服務(wù)的供應(yīng)與消耗平衡關(guān)系出發(fā),對(duì)城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量予以賦值[19- 20]。最終得到如下海島地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量系數(shù)表(表1)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算公式是[21]：

(3)

式中,k為生態(tài)系統(tǒng)類型,Ak為生態(tài)系統(tǒng)類型k的面積,Ck是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù),ESV是研究區(qū)域總的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

表1 研究區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量系數(shù)表

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值按照2014年不變價(jià)計(jì)算

2.4 敏感性分析

文章利用敏感性指數(shù)(Coefficient of Sensitive,CS),來(lái)確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值隨時(shí)間的變化對(duì)于價(jià)值系數(shù)變化的依賴程度。敏感性指數(shù)的計(jì)算公式如下：

(4)

式中,CS代表敏感性指數(shù), ESVi和ESVj分別表示初始的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和調(diào)整后的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,ai和aj分別為調(diào)整前與調(diào)整后的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)。如果CS>1,則表明ESV對(duì)a是富有彈性的,即1%的自變量變動(dòng)講引起因變量大于1%的變動(dòng),則其準(zhǔn)確度差、可信度較低;如果CS<1,則說(shuō)明ESV對(duì)a是缺乏彈性的,結(jié)果是可信的。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)化分析

圖2 1986—2014年金塘島生態(tài)系統(tǒng)變化圖Fig.2 Ecosystem changes map of Jintang Island,1986—2014

金塘島生態(tài)系統(tǒng)類型變化的總體趨勢(shì)為城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)面積的增加與其他生態(tài)類型面積的減少(圖2),城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)面積的增加主要來(lái)自于濕地、森林與農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化。在1986—2014年,城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)面積變化幅度最大,增加了1390.86hm2,變化幅度為427.50%,年均變化率為6.12%;其次是濕地生態(tài)系統(tǒng),其變化率為-82.31%;草地、農(nóng)田、水域 、森林的變化率分別是-32.7%、-20.75%、-18.73%、-7.68%。森林面積的變化幅度最小,變化率僅為-7.68%。由于研究區(qū)域海島多巖石與山體,開(kāi)發(fā)難度大,反而使得森林得到了較好的保護(hù)。1986—1995年,各生態(tài)系統(tǒng)類型的面積變化率都較小,城鎮(zhèn)面積緩慢增大,各生態(tài)系統(tǒng)類型緩慢減小;1995—2005年,城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)面積大幅度增加,變化率為131%,其他生態(tài)系統(tǒng)面積則一直處于下降趨勢(shì);2005—2014年,城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)面積保持大幅度增加,變化率為74%,濕地與農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)面積大幅度減小,分別變化了-72.9%、-19.9%,其他生態(tài)系統(tǒng)則處于緩慢下降趨勢(shì)。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

根據(jù)(3)式計(jì)算得到研究區(qū)域1986—2014年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,從圖4中可以看出：在過(guò)去的近30年間,研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值呈明顯下降趨勢(shì),下降速率逐漸增大。從1986年的3.58億元下降到2014年的2.50億元,減少了30.23%。1986—1995年,金塘島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少了1.93×107元,變化率為-5.39%;1995—2005年,金塘島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值持續(xù)減少,減少量為3.74×107元,變化率為-11.05%;2005—2014年,金塘島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少量達(dá)到最大值,為5.15×107元,變化率為-17.10%。

圖3 1986—2014年金塘島生態(tài)系統(tǒng)類型面積結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of different ecosystem types in in Jintang Island,1986—2014

圖4 1986—2014年金塘島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化Fig.4 Ecosystem service value changes of Jintang Island,1986—2014

其中森林的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值所占比重最大,達(dá)到66.9%以上,其次分別為濕地、農(nóng)田、水域、草地,城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最低。1986—1995年與2005—2014年,森林的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值保持穩(wěn)定,處于較小的衰減趨勢(shì);而在1995—2005年中,其服務(wù)價(jià)值減少量最大,達(dá)到1.46×107元,變化率為-6.18%。1986—2014年間,濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少量最大,服務(wù)價(jià)值減少了5.85×107元,下降了82.28%。其中,1986—2005年,保持在-9%的穩(wěn)定變化趨勢(shì),而在2005—2014年則下降了72.84%。1986—2014年,水域與草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)相似的減少趨勢(shì),價(jià)值減少量都是先增大后減小,其中1986—1995年,水域與草地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分別減少了1.49%、4.49%;1995—2005年,水域與草地分別減少了15.91%、20.00%;2005—2014年,水域與草地分別減少了1.80%、11.76%。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在1986—2005年保持穩(wěn)定,變化率在-1%以內(nèi);2005—2014年間,則減少了19.86%。城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)由于其在水分調(diào)節(jié)與廢物處理服務(wù)等方面表現(xiàn)的負(fù)向價(jià)值大于其在水土保持服務(wù)方面的正向價(jià)值,因此城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值表現(xiàn)為負(fù)向增加,1986—2014年間,城鎮(zhèn)服務(wù)價(jià)值變化率為426.09%,是6種生態(tài)系統(tǒng)中變化最大的;其中1986—1995年、1995—2005年、2005—2014年變化率分別為30.43%、131.67%、74.10%。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布

在ArcGIS10.1軟件中,計(jì)算出1986、1995、2005、2014年金塘島的生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值,對(duì)各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了分類：極低(小于0萬(wàn)元/hm2)、低(0—3萬(wàn)元/hm2)、中(3—7萬(wàn)元/hm2)、 高(7—11萬(wàn)元/hm2)、極高(大于11萬(wàn)元/hm2),并在時(shí)空?qǐng)D中表示其空間差異,結(jié)果如下圖所示(圖5)?？梢钥闯?986—2014年,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值極低區(qū)域,主要分布于港口碼頭、道路樞紐與城鎮(zhèn)聚集區(qū),如金塘島極低價(jià)值區(qū)出現(xiàn)在瀝港、舟甬高速沿線、鄉(xiāng)鎮(zhèn)聚集區(qū)。服務(wù)價(jià)值極低區(qū)域隨著城市化的加劇呈現(xiàn)急劇擴(kuò)大趨勢(shì),沿著人類活動(dòng)中心方向擴(kuò)展。從時(shí)空分布圖上可以看出,大面積出現(xiàn)極低區(qū)域的時(shí)間是在1995—2014年舟山社會(huì)經(jīng)濟(jì)大發(fā)展時(shí)期,舟山跨海大橋(1999年)和大陸引水工程(1998年)亦在這段時(shí)間開(kāi)始修建。1986—2014年,低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值區(qū)域的分布與農(nóng)田的空間分布吻合,從時(shí)空分布上來(lái)看,低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值區(qū)域逐漸被極價(jià)值區(qū)域替代和向中服務(wù)價(jià)值區(qū)域擴(kuò)散。而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值中區(qū)域逐漸被低、極低區(qū)域所替代,服務(wù)價(jià)值中區(qū)域逐漸向價(jià)值高、極高區(qū)域擴(kuò)散。高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值區(qū)域與森林分布區(qū)域相一致,而極高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值區(qū)域與水域、濕地生態(tài)系統(tǒng)分布相一致。1986—2014年間,高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值區(qū)域略有減少,服務(wù)價(jià)值極高區(qū)域處于減小的趨勢(shì)。

表2 1986—2014年金塘島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及總價(jià)值變化

圖5 1986—2014年金塘島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布Fig.5 Distribution of the ecosystem services value of Jintang Island,1986—2014

3.4 敏感性分析

應(yīng)用公式(4)先將各生態(tài)系統(tǒng)類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)調(diào)整50%,隨后對(duì)金塘島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的敏感性指數(shù)進(jìn)行計(jì)算,得到的結(jié)果如圖6所示。可以發(fā)現(xiàn)林地的敏感性指數(shù)最高,而其他用地類型的敏感型指數(shù)值都小于0.2,這是由于林地的面積優(yōu)勢(shì)使得其在總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值中所占比例最大造成的。所有的敏感性指數(shù)均小于1,也就是說(shuō)研究區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)是缺乏彈性的,研究結(jié)果是可信的。

4 討論

4.1 生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)換分析

在過(guò)去近30年的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中,海島區(qū)域GDP與人口不斷增長(zhǎng)、城鎮(zhèn)化進(jìn)程持續(xù)加快,研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)類型變化主要體現(xiàn)在城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)的面積持續(xù)增加,其他生態(tài)系統(tǒng)類型面積不同程度減少,特別是2005—2014年間變化顯著。根據(jù)統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù),舟山地區(qū)城鎮(zhèn)化率由1986年的22.93%增長(zhǎng)到2014年的43.38%,城建區(qū)面積不斷擴(kuò)大、森林草地遭到持續(xù)破壞、潮間帶逐步收縮,同時(shí)可耕種地類的面積也在不斷減少。而海島地區(qū)土地資源非常有限,建設(shè)用地指標(biāo)嚴(yán)重不足。一直以來(lái)建設(shè)用地是由其他用地類型轉(zhuǎn)化、灘涂圍墾、開(kāi)山、填海造陸等方式獲得。這種開(kāi)發(fā)方式雖帶來(lái)了GDP近百倍的增長(zhǎng)[12],但經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)平衡的矛盾卻日益凸顯。根據(jù)Jianyu Chen的研究[22],舟山群島從20世紀(jì)90年代末期開(kāi)始,建設(shè)力度不斷加大,其建設(shè)用地面積年平均增長(zhǎng)率為4.17%,而研究區(qū)域1995—2014年間平均增長(zhǎng)率為7.60%,金塘島作為連接舟山主島與大陸之間的重要島嶼,其建設(shè)用地的面積增長(zhǎng)速率大于舟山群島的平均值。長(zhǎng)此以往下去,海島生態(tài)系統(tǒng)將無(wú)法支撐起島域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)期發(fā)展。

圖6 金塘島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值敏感性分析 Fig.6 Sensitive coefficient of ecosystem services in Jintang Island, 1986—2014

4.2 生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)換對(duì)服務(wù)價(jià)值的影響

1986—2014年,金塘島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降的主要原因是濕地和森林面積的下降,城鎮(zhèn)面積的增加。由于城鎮(zhèn)化、工業(yè)化對(duì)海島建設(shè)的影響,使得城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)面積激增,濕地水域、森林、草地等這些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)較高的類型向城鎮(zhèn)類型轉(zhuǎn)化,在本研究中主要是由于濕地生態(tài)系統(tǒng)和森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的減少,城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)面積的大幅增加,導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值在過(guò)去的近30年里減少了30.23%。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的角度上看,社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之所以導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降,是因?yàn)?986年以來(lái),海港經(jīng)濟(jì)的繁榮、工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展,迫使各生態(tài)系統(tǒng)類型土地不得不逐步的向城鎮(zhèn)建設(shè)用地發(fā)展。其中城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)所提供的服務(wù)功能較弱,而濕地、森林等生態(tài)系統(tǒng)提供的服務(wù)功能較強(qiáng),使得生態(tài)系統(tǒng)提供的產(chǎn)品與服務(wù)在數(shù)量和質(zhì)量上下降。這樣就導(dǎo)致服務(wù)價(jià)值系數(shù)較高的土地越來(lái)越少,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量逐步下降,海島的生態(tài)環(huán)境越來(lái)越差。對(duì)比海南島、崇明島的歷史發(fā)展時(shí)期亦有相似的情況發(fā)生,海南島在1998—2008年間,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少了29.3%[23];崇明島1989—2008年間,土地利用情況發(fā)生較大的變化,農(nóng)田、森林大面積減少,而城鄉(xiāng)建設(shè)用地明顯增多[24]。說(shuō)明海島歷史發(fā)展過(guò)程中,人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)及其服務(wù)價(jià)值的影響是相似的。

4.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化對(duì)海島管理保護(hù)的啟示

過(guò)去,海島的開(kāi)發(fā)模式是漁業(yè)碼頭、港口經(jīng)濟(jì)所伴隨的城鎮(zhèn)化建設(shè)。特別是 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái),人類活動(dòng)的干擾對(duì)海島生態(tài)系統(tǒng)的影響逐步居于主導(dǎo)地位。海島地區(qū)出現(xiàn)的沿海水質(zhì)污染、魚(yú)類資源銳減、紅樹(shù)林等濕地的喪失、生物多樣性的減少、自然災(zāi)害頻繁等問(wèn)題嚴(yán)重影響了區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。產(chǎn)生這些環(huán)境問(wèn)題的根源,很大程度上在于人類對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的功能、地位及其對(duì)人類發(fā)展所提供的服務(wù)等問(wèn)題認(rèn)識(shí)的不足,重視不夠,以至于過(guò)度開(kāi)發(fā),引起了海島的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的下降?！叭撕ｊ憽比呒凶饔脤?duì)海島生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了諸多影響,分別表現(xiàn)在：經(jīng)濟(jì)發(fā)展城市建設(shè)與用地資源短缺的矛盾;農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活用水與淡水資源短缺的矛盾;城市建設(shè)用地的擴(kuò)張與天然灘涂濕地、耕地的矛盾;海洋侵蝕對(duì)海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的破壞。為了解決淡水資源的矛盾,舟山政府從 1998 年開(kāi)始“大陸引水工程”;為了支持開(kāi)發(fā), 1999 年開(kāi)始了“大陸連島工程”。就地區(qū)發(fā)展而言,這樣的措施是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的,但海島生態(tài)系統(tǒng)管理不光要體現(xiàn)在發(fā)展方面,還要著力于保護(hù)。

如今由于連接寧波鎮(zhèn)海和舟山本島的舟山跨海大橋在2009年底建成通車,且浙江舟山在2011年6月被國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)設(shè)立為“舟山群島新區(qū)”,使得海島地區(qū)的生態(tài)建設(shè)正在面臨嚴(yán)峻考驗(yàn),森林、灘涂沼澤、水域等這些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)較高的土地一旦被破壞,將較難重建起原有的生態(tài)體系。因此必須合理規(guī)劃利用土地,樹(shù)立管理自然資本的理念,構(gòu)建資源有償使用和生態(tài)補(bǔ)償制度,把握人口、經(jīng)濟(jì)、資源環(huán)境的平衡點(diǎn)推動(dòng)發(fā)展,將人口規(guī)模、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增長(zhǎng)速度控制在資源承載能力和環(huán)境容量?jī)?nèi)[25]。就保護(hù)而言,應(yīng)充分保護(hù)現(xiàn)有各種資源,開(kāi)發(fā)以不能超過(guò)其利用閾值為限。就開(kāi)發(fā)而言,應(yīng)進(jìn)行分類利用,計(jì)劃開(kāi)發(fā),避免重復(fù)開(kāi)發(fā)與短期開(kāi)發(fā)所帶來(lái)的浪費(fèi)。

5 結(jié)論

(1) 文章基于遙感數(shù)據(jù)獲得的土地利用數(shù)據(jù),估算浙江舟山金塘島1986—2014年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的方法,簡(jiǎn)單易行,對(duì)于舟山群島地區(qū)的海島可以直接套用,對(duì)于其他海島地區(qū)需結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)田產(chǎn)值與森林生物量修訂,才能使結(jié)果更加符合實(shí)際。

(2) 1986—2014年期間,研究區(qū)域城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)面積持續(xù)增加,其他生態(tài)系統(tǒng)類型面積不同程度減少。其中城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)面積的增加了427.5%,而其他減少的生態(tài)系統(tǒng)類型大多數(shù)轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn),這樣就導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)較高的土地減少,提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)越來(lái)越少,海島的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量越來(lái)越差。

(3)1986—2014年金塘島的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值呈減少趨勢(shì),共減少了1.08億元,減少了30.23%,其中濕地與森林的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量減少最多,城鎮(zhèn)的服務(wù)價(jià)值變化率最大。空間上表現(xiàn)為價(jià)值極低區(qū)域沿著人類活動(dòng)中心方向擴(kuò)展的且呈現(xiàn)急劇擴(kuò)大趨勢(shì)。研究發(fā)現(xiàn),城鎮(zhèn)化、工業(yè)化背景下的海島經(jīng)濟(jì)發(fā)展,使大量用地類型向城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)集聚,生態(tài)系統(tǒng)提供的產(chǎn)品與服務(wù)在數(shù)量和質(zhì)量上逐步下降,不利于海島的可持續(xù)發(fā)展。

[1] Daily G C, S?derqvist T, Aniyar S, Arrow K, Dasgupta P, Ehrlich P R, Folke C, Jansson A, Jansson B, Kautsky N, Levin S, Lubchenco J, M?ler K, Simpson D, Starrett D, Tilman D, Walker B. The value of nature and the nature of value. Science, 2000, 289(5478): 395- 396.

[2] Costanza R, D′Arge R, de Groot R, Farber S, Grasso M, Hannon B, Limburg K, Naeem S, O′Neill R V, Paruelo J, Raskin R G, Sutton P, van den Belt M. The value of the world′s ecosystem services and natural capital. Nature, 1997, 387(6630): 253- 260.

[3] de Groot R S, Wilson M A, Boumans R M J. A typology for the classification, description and valuation of ecosystem functions, goods and services. Ecological Economics, 2002, 41(3): 393- 408.

[4] 李文華, 張彪, 謝高地. 中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的回顧與展望. 自然資源學(xué)報(bào), 2009, 24(1): 1- 10.

[5] 趙軍, 楊凱. 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估研究進(jìn)展. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2007, 27(1): 346- 356.

[6] Lin T, Xue X Z, Shi L Y, Gao L J. Urban spatial expansion and its impacts on island ecosystem services and landscape pattern: a case study of the island city of Xiamen, Southeast China. Ocean & Coastal Management, 2013, 81(9): 90- 96.

[7] Lopes R, Videira N. Valuing marine and coastal ecosystem services: an integrated participatory framework. Ocean & Coastal Management, 2013, 84: 153- 162.

[8] 趙晟, 李夢(mèng)娜, 吳常文. 舟山海域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能值價(jià)值評(píng)估. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2015, 35(3): 678- 685.

[9] 石洪華, 鄭偉, 丁德文, 呂吉斌. 典型海島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及價(jià)值評(píng)估. 海洋環(huán)境科學(xué), 2009, 28(6): 743- 748.

[10] 歐陽(yáng)志云, 趙同謙, 趙景柱, 肖寒, 王效科. 海南島生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)調(diào)節(jié)功能及其生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值研究. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2004, 15(8): 1395- 1402.

[11] 《中國(guó)海島志》編纂委員會(huì). 中國(guó)海島志(浙江卷). 北京: 海洋出版社, 2014.

[12] 舟山市統(tǒng)計(jì)局. 舟山統(tǒng)計(jì)年鑒1986—2014. 北京: 中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社, 1986—2014.

[13] 謝高地, 甄霖, 魯春霞, 肖玉, 陳操. 一個(gè)基于專家知識(shí)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值化方法. 自然資源學(xué)報(bào), 2008, 23(5): 911- 919.

[14] 謝高地, 魯春霞, 冷允法, 鄭度, 李雙成. 青藏高原生態(tài)資產(chǎn)的價(jià)值評(píng)估. 自然資源學(xué)報(bào), 2003, 18(2): 189- 196.

[15] 莊杰. 舟山海島典型植物群落結(jié)構(gòu)及優(yōu)化對(duì)策研究[D]. 杭州: 浙江農(nóng)林大學(xué), 2012.

[16] 孫玉冰. 舟山群島的植被覆蓋度與景觀格局的變化研究[D]. 上海: 華東師范大學(xué), 2010.

[17] 方精云, 劉國(guó)華, 徐嵩齡. 我國(guó)森林植被的生物量和凈生產(chǎn)量. 生態(tài)學(xué)報(bào), 1996, 16(5): 497- 508.

[18] 劉雙娜, 周濤, 舒陽(yáng), 戴銘, 魏林艷, 張?chǎng)? 基于遙感降尺度估算中國(guó)森林生物量的空間分布. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 32(8): 2320- 2330.

[19] 董家華, 包存寬, 舒廷飛. 生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)的供應(yīng)與消耗平衡關(guān)系分析. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 26(6): 2001- 2010.

[20] 石垚, 王如松, 黃錦樓, 陽(yáng)文銳. 中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的時(shí)空變化分析. 科學(xué)通報(bào), 2012, 57(9): 720- 731.

[21] 劉桂林, 張落成, 張倩. 長(zhǎng)三角地區(qū)土地利用時(shí)空變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 34(12): 3311- 3319.

[22] Chen J Y, Pan D L, Mao Z H, Chen N H, Zhao J H, Liu M L. Land-cover reconstruction and change analysis using multisource remotely sensed imageries in Zhoushan islands since 1970. Journal of Coastal Research, 2014, 30(2): 272- 282.

[23] 隋磊, 趙智杰, 金羽, 關(guān)學(xué)彬, 肖明. 海南島自然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)評(píng)估. 資源科學(xué), 2012, 34(3): 572- 580.

[24] 馬明睿. 崇明土地利用與景觀格局動(dòng)態(tài)分析及生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)[D]. 上海: 華東師范大學(xué), 2013.

[25] 彭本榮, 洪華生. 海岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估: 理論與應(yīng)用研究. 北京: 海洋出版社, 2006.

Assessment and spatiotemporal analysis of the ecosystem services value of island：a case study of Jintang Island

ZHAO Jiang1,2,SHEN Gang3,YAN Lijiao1,*,HUANG Lu1,4,JIN Aimin2,HUO Sigao1

1InstituteofEcologicalPlanningandLandscapeDesign,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China2OceanCollege,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China3SecondInstituteofOceanography,StateOceanicAdministration,Hangzhou310012,China4SmartCityResearchCenter,HangzhouDianziUniversity,Hangzhou310012,China

Ecosystem services value is a hotspot research topic in ecology. The uniqueness of island ecosystems makes them more vulnerable to human activities and environmental changes. In revising the ecosystem services value coefficients, we evaluated the ecosystem services value and spatiotemporal dynamics of Jintang Island using remote sensing data from 1986 to 2014. The results showed that, as the area of construction land on the island continuously increased between 1986 and 2014, areas of other land types decreased at various rates. The ecosystem services value of Jintang Island showed a downward trend of 30.23%, and the total value decreased by 108 million yuan. Wetland and woodland lost the most ecosystem services value and the value changed most when used as construction land. From a spatial distribution perspective, areas with lower values expanded dramatically along the center with substantial human activities over the 28 years of the study period. Consequently, ecosystem products and services gradually declined in both quantity and quality, which is not conducive to the sustainable development of the island. This study provides a reference for revising ecosystem services value coefficients, as well as useful information for island economic development transformation and sustainable development.

island; equivalent revision; ecosystem services value; Jintang Island

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(41376068)

2015- 11- 18;

2016- 04- 25

10.5846/stxb201511182328

*通訊作者Corresponding author.E-mail: yanlj@zju.edu.cn

趙江,沈剛,嚴(yán)力蛟,黃璐,金愛(ài)民,霍思高.海島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估及其時(shí)空變化——以浙江舟山金塘島為例.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(23):7768- 7777.

Zhao J,Shen G,Yan L J,Huang L,Jin A M,Huo S G.Assessment and spatiotemporal analysis of the ecosystem services value of island：a case study of Jintang Island .Acta Ecologica Sinica,2016,36(23):7768- 7777.