江蘇太湖流域生態(tài)系統(tǒng)重要性評價

田穎++李冰++王水

摘要：基于各生態(tài)系統(tǒng)的類型、面積及生態(tài)服務(wù)功能，以230個小區(qū)為基本研究單元，借助GIS等相關(guān)技術(shù)方法，對江蘇太湖流域生態(tài)系統(tǒng)重要性進(jìn)行評價。將研究區(qū)生態(tài)服務(wù)價值分為低、較低、中、較高和高5個等級，分別針對各級區(qū)域的不同特點(diǎn)，提出保護(hù)措施和開發(fā)對策。研究中發(fā)現(xiàn)單位面積生態(tài)服務(wù)價值與湖泊濕地分布一致，各小區(qū)單位面積生態(tài)服務(wù)價值主要取決于濕地面積的比重，其次為林地和耕地面積，荒漠面積的影響較小。

關(guān)鍵詞：生態(tài)服務(wù)價值；生態(tài)系統(tǒng)；重要性；評價；江蘇太湖流域

中圖分類號： X820.4；X171文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）05-0454-04

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是人類從生態(tài)系統(tǒng)所獲得的所有惠益，生態(tài)系統(tǒng)不僅為人類提供生產(chǎn)生活資料，更重要的是維持了人類賴以生存的生命支持系統(tǒng)，因此生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值常被用來作為評估研究區(qū)域生態(tài)重要性的依據(jù)，也成為生態(tài)學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)[1-2]。吳大千等對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的概念作了如下概括：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用[3-6]。20世紀(jì)90年代，國外的一些生態(tài)學(xué)家和生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家開始了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)經(jīng)濟(jì)價值的綜合測試探索，尤其是Ehrlich等對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分類和貨幣化評估研究，為生態(tài)服務(wù)功能及其價值評估奠定了理論和方法基礎(chǔ)[7-8]。國內(nèi)生態(tài)學(xué)者在20世紀(jì)90年代以后開始對生態(tài)系統(tǒng)的價值評估進(jìn)行探索與實(shí)踐[9]。但是，現(xiàn)有的研究忽視了區(qū)域差異性、空間異質(zhì)性及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差異對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性的影響[10]。

本研究以江蘇太湖流域?yàn)槔?，以Costanza等的研究理論[8]以及謝高地等制定的價值系數(shù)[11]為基礎(chǔ)，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際，在對謝高地等2007年所修訂的生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子表進(jìn)行修訂的基礎(chǔ)上，借助GIS技術(shù)，在對區(qū)域差異性、空間異質(zhì)性及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差異進(jìn)行考慮的基礎(chǔ)上，以網(wǎng)格采樣的方法劃分的230個小區(qū)為基本研究單元，對江蘇太湖流域生態(tài)系統(tǒng)重要性進(jìn)行評價，研究結(jié)果可為江蘇太湖流域區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、區(qū)域生態(tài)管理、制定生態(tài)保護(hù)和建設(shè)政策提供科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)概況

太湖流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，四季分明，雨水豐沛，熱量充裕。冬季受大陸冷氣團(tuán)侵襲，盛行偏北風(fēng)，氣候寒冷干燥；夏季受海洋氣團(tuán)的控制，盛行東南風(fēng)，氣候炎熱濕潤。太湖流域土地構(gòu)成上海市占14.1%，江蘇省占51.8%，浙江省占33.7%，安徽省占0.4%。由于人口高度稠密，平均每人僅占有土地0.112 hm2，土地利用率達(dá)到很高程度，墾殖指數(shù)達(dá)到48.6%，耕地、園地和精養(yǎng)魚池等集約型農(nóng)業(yè)用地約占55%，耕地復(fù)種指數(shù)為210%。湖蕩眾多，河網(wǎng)密布，水域面積達(dá)68.67萬hm2，占土地總面積18.9%，且以湖蕩水體為主。由于本區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，城鎮(zhèn)密集，工商業(yè)發(fā)達(dá)，非農(nóng)業(yè)用地比重達(dá)到10.8%。

本研究區(qū)為太湖流域江蘇段，包括揚(yáng)中市、鎮(zhèn)江市區(qū)、鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)、句容市、丹陽市、張家港市、江陰市、常州市金壇區(qū)、常州市區(qū)、常熟市、太倉市、溧陽市、無錫市區(qū)、宜興市、昆山市、南京市高淳區(qū)、蘇州市區(qū)和吳江市18個行政區(qū)的部分或全部區(qū)域（圖1），緯度在30.761°～32.251°之間，經(jīng)度在119.051°～121.301°之間，總面積19 114.2 km2。

2研究方法

2.1數(shù)據(jù)源

以太湖流域（江蘇段）（以下簡稱流域）2012年的影像數(shù)據(jù)以及地形圖數(shù)據(jù)，研究10年間流域的土地利用變化，尤其是建設(shè)用地的變化。在土地覆被信息獲取方面，采用了3S集成技術(shù)，首先在Erdas環(huán)境下，采用三次多項(xiàng)式及最近鄰域插值法對各期遙感影像進(jìn)行幾何糾正，其中包括對影像的幾何糾正、大氣校正、圖像拼接、圖像裁剪等。其次，運(yùn)用GPS，到研究區(qū)進(jìn)行實(shí)地考察，并根據(jù)地表覆蓋分布的空間特征和光譜特征，建立遙感解譯標(biāo)志。再次，以ArcGIS 10.0為支撐，對不同時期的遙感影像進(jìn)行解譯，得到了2012年江蘇太湖流域的土地覆被數(shù)據(jù)。

基于網(wǎng)格采樣的方法，將研究區(qū)劃分為10 km×10 km的單元網(wǎng)格（圖2），采用等間距分割，建立生態(tài)系統(tǒng)重要性評價單元，同時計算每個評價單元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。具體如下：（1）根據(jù)研究區(qū)實(shí)際特點(diǎn)，擬選擇林地、耕地、水域、濕地、荒漠5類生態(tài)系統(tǒng)，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際，對謝高地等研究的中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量進(jìn)行修正，得到研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子；（2）計算研究區(qū)農(nóng)田

單位面積食物生產(chǎn)的價值，并根據(jù)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子表，獲得研究區(qū)其他生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值；（3）通過生態(tài)服務(wù)價值評估模型，確定研究區(qū)各個小區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，利用GIS空間分析功能，將230個小區(qū)劃分為5級（較低、低、中等、較高、高）。

2.2生態(tài)服務(wù)功能重要性系數(shù)確定

不同生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能的重要性是不同，即使是同一生態(tài)系統(tǒng)，在不同地域中承擔(dān)的職能和發(fā)揮的作用也是不同的[12-13]。因此，首先要根據(jù)各生態(tài)系統(tǒng)在不同區(qū)域的差異性、同一區(qū)域內(nèi)不同生態(tài)系統(tǒng)重要性的差別以及不同區(qū)域由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差異而產(chǎn)生的支付能力確定各類生態(tài)系統(tǒng)的重要性系數(shù)，以此反映各生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值隨地域差異的變化，公式如下：

Ey=Dy×Iy×Py。（1）

式中：Ey為研究區(qū)生態(tài)服務(wù)功能重要性系數(shù)；Dy為區(qū)域差異性系數(shù)，用生態(tài)系統(tǒng)類型面積與區(qū)域土地利用總面積的比表示；Iy為區(qū)域重要性等級，根據(jù)各生態(tài)系統(tǒng)在不同生態(tài)區(qū)的重要性確定各生態(tài)區(qū)的生態(tài)服務(wù)功能重要性等級，共分為5級，即極重要（0.9）、重要（0.7）、中等重要（0.5）、較重要（0.3）、不重要（0.1）；Py為區(qū)域支付能力系數(shù)，用江蘇太湖流域的人均GDP與江蘇人均GDP之比表示。

根據(jù)表1，在江蘇太湖流域，各生他系統(tǒng)重要性系數(shù)依次為水域>耕地>林地>濕地>荒漠，水域生態(tài)系統(tǒng)重要性系數(shù)最高。

2.2江蘇太湖流域不同生態(tài)系統(tǒng)類型單位面積生態(tài)服務(wù)價值計算

Ea=∑ni=1（Mi×Pi×Qi）/∑ni=1Mi。（2）

式中：Ea為單位面積農(nóng)田提供食物生產(chǎn)服務(wù)功能的經(jīng)濟(jì)價值（元/hm2）；i為作物種類，研究區(qū)主要糧食作物有小麥、稻谷、玉米、豆類、薯類、棉花、油料、甘蔗等；Pi為第i種作物平均價格（元/t）；Qi為第i種糧食作物單產(chǎn)（t/hm2）；Mi為第i種糧食作物面積（hm2）。

根據(jù)式（2）計算單位面積農(nóng)田提供的食物生產(chǎn)價值（表2）。并以此為基準(zhǔn)，結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表，獲得其他生態(tài)系統(tǒng)類型單位面積生態(tài)服務(wù)價值（表3）。

2.3生態(tài)服務(wù)價值評估模型

以230個小區(qū)為評價單元，根據(jù)各個小區(qū)林地、耕地、水域、濕地和荒漠的面積及其提供的服務(wù)價值計算各小區(qū)生態(tài)服務(wù)價值，以此為依據(jù)對各小區(qū)生態(tài)重要性進(jìn)行綜合評價，公式如下：

EV=[∑ni=1∑mj=1aiybijy]/Sy。（3）

式中：EV為第y個小區(qū)單位面積上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（元/hm2）；aiy為第y個小區(qū)第i種生態(tài)系統(tǒng)的面積（hm2）；bijy為第y個小區(qū)第i種生態(tài)系統(tǒng)的第j種服務(wù)價值（元/hm2）；Sy為y個小區(qū)的總面積（hm2）。

2.4空間分析方法

生態(tài)系統(tǒng)重要性本身是一種空間變量，其空間變化特征具有結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性，本研究采用地統(tǒng)計學(xué)中的變異函數(shù)的方法，借助半方差函數(shù)進(jìn)行區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險程度的空間分析[14-17]。其具體公式為：

γ（h）=12N（h）∑N（h）i=1[Z（xi）-Z（xi+h）]2，[i=1，2，…，N（h）]。（4）

3結(jié)果分析

3.1單位面積生態(tài)服務(wù)價值空間分布特征

將表2中的數(shù)據(jù)帶入公式（3），可計算出江蘇太湖流域230個小區(qū)的林地、耕地、水域、濕地、荒漠的生態(tài)服務(wù)價值。按照5級分類標(biāo)準(zhǔn)（低、較低、中、較高、高），利用ArcGIS軟件的空間分析功能，根據(jù)各小區(qū)單位面積生態(tài)服務(wù)價值得分進(jìn)行生態(tài)重要性評價，可得出研究區(qū)各小區(qū)生態(tài)重要性評價結(jié)果分級，同時將該圖與《江蘇省主體功能區(qū)劃》中的限制區(qū)疊加，得到江蘇太湖流域限制開發(fā)區(qū)域內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值重要性的分布（圖3）。

江蘇太湖流域中單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值處于較低水平的區(qū)域占據(jù)較大比例，占整個研究區(qū)的67.42%，其次為中水平區(qū)域，低水平區(qū)域占據(jù)第3位，而具有較高和高水平的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值區(qū)均較?。ū?）。

單位面積生態(tài)服務(wù)價值高（EV>70萬元/hm2）區(qū)域主要位于太湖湖體，面積為922.55 km2，比例為4.83%（表4），涵養(yǎng)水源和保護(hù)生物多樣性是該區(qū)主要的生態(tài)服務(wù)功能，因此該區(qū)應(yīng)作為禁止建設(shè)區(qū)，禁止任何開發(fā)建設(shè)活動。該區(qū)生態(tài)保護(hù)和建設(shè)的方向?yàn)椋阂陨鷳B(tài)保護(hù)為重點(diǎn)，保護(hù)水源涵養(yǎng)的功能，加強(qiáng)生物多樣性建設(shè)和保護(hù)，同時控制周邊水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展和沿湖開采水塘的面積。

單位面積生態(tài)服務(wù)價值較高（50

單位面積生態(tài)服務(wù)價值中等（30

單位面積生態(tài)服務(wù)價值較低（10

生態(tài)服務(wù)總價值低（EV≤10萬元/hm2）的區(qū)域主要分布在張家港、江陰以及無錫市區(qū)，面積為2 001.16 km2，占總面積的10.47%（表4）。此區(qū)生態(tài)系統(tǒng)較為簡單，生物多樣性較低，應(yīng)在合理控制人口規(guī)模的同時，調(diào)整區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展生態(tài)產(chǎn)業(yè)。

3.2單位面積生態(tài)服務(wù)價值與湖泊濕地分布一致

由圖3可以看出，研究區(qū)各小區(qū)單位面積生態(tài)服務(wù)價值與湖泊濕地分布基本一致，江蘇太湖流域主要的湖泊濕地有太湖、澄湖、陽澄湖、滆湖、竺山湖、梅梁湖、貢湖、洮湖、滆湖、胥湖和錢資蕩等，以及各區(qū)分布的水庫。單位面積生態(tài)服務(wù)價值較高的區(qū)域基本上與湖泊濕地所在位置相同，因此，湖泊濕地對江蘇太湖流域的生態(tài)安全起著重要作用，在開發(fā)和建設(shè)的過程中要注重對湖泊濕地的保護(hù)。

3.3單位面積生態(tài)服務(wù)價值與生態(tài)系統(tǒng)類型高度相關(guān)

通過對各個小區(qū)單位面積生態(tài)服務(wù)價值與各生態(tài)系統(tǒng)類型面積的比較發(fā)現(xiàn)：（1）各小區(qū)單位面積生態(tài)服務(wù)價值主要取決于濕地面積的比重，其次為林地和耕地面積，荒漠面積的影響較??；（2）單位面積生態(tài)服務(wù)價值高的小區(qū)濕地和林地的面積均占有很高的比重，這些小區(qū)的氣體、氣候調(diào)節(jié)、廢物處理、生物多樣性保護(hù)和水源涵養(yǎng)等方面的生態(tài)服務(wù)價值很高，而一些耕地面積較大、單位面積產(chǎn)出較高的小區(qū)食物生產(chǎn)的生態(tài)服務(wù)價值較高，而水源涵養(yǎng)、氣候調(diào)節(jié)以及生物多樣性保護(hù)等卻很低。

4結(jié)論

本研究根據(jù)不同生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能重要性系數(shù)確定了江蘇太湖流域不同生態(tài)系統(tǒng)類型單位面積生態(tài)服務(wù)價值，并采用生態(tài)服務(wù)價值評估模型，對研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)機(jī)制進(jìn)行了評價，結(jié)果表明：（1）單位面積生態(tài)服務(wù)價值高和較高區(qū)主要位于太湖湖體和湖體周邊區(qū)域，涵養(yǎng)水源和保護(hù)生物多樣性是該區(qū)主要的生態(tài)服務(wù)功能，該區(qū)域應(yīng)為禁止開發(fā)區(qū)；中等區(qū)域主要分布于湖體周邊、金壇市、相城區(qū)、武進(jìn)區(qū)和宜興市，這些區(qū)域應(yīng)作為強(qiáng)限值開發(fā)區(qū)，限值大規(guī)模、高強(qiáng)度的開發(fā)活動；研究區(qū)絕大部分為生態(tài)服務(wù)價值較低區(qū)，該區(qū)域?qū)K太湖流域的生態(tài)安全有著極為重要的影響，該區(qū)內(nèi)應(yīng)該控制人口的增長，減少生態(tài)負(fù)荷；生態(tài)服務(wù)價值低的區(qū)域主要分布在張家港、江陰和無錫市區(qū)，此區(qū)生態(tài)系統(tǒng)簡單，生物多樣性較低，應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展生態(tài)產(chǎn)業(yè)。（2）研究區(qū)單位面積生態(tài)服務(wù)價值與湖泊濕地分布一致，湖泊濕地對江蘇太湖流域的生態(tài)安全起著重要作用，在開發(fā)和建設(shè)的過程中要注重對湖泊濕地的保護(hù)。（3）各小區(qū)單位面積生態(tài)服務(wù)價值主要取決于濕地面積的比重，其次為林地和耕地面積，荒漠面積的影響較小，單位面積生態(tài)服務(wù)價值高的小區(qū)濕地和林地的面積均占有很高的比重。

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