基于GIS的鄱陽湖流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)變化研究

劉 海,殷 杰,林 苗,陳曉玲

1 湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,武漢 430062 2 區(qū)域開發(fā)與環(huán)境響應(yīng)湖北省重點實驗室,武漢 430062 3 武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點實驗室,武漢 430079

?

基于GIS的鄱陽湖流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)變化研究

劉 海1,2,殷 杰1,林 苗1,陳曉玲3,*

1 湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,武漢 430062 2 區(qū)域開發(fā)與環(huán)境響應(yīng)湖北省重點實驗室,武漢 430062 3 武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點實驗室,武漢 430079

鄱陽湖作為中國最大的淡水湖,國際重要濕地,其生態(tài)環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展意義重大?；谏鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分析方法,以鄱陽湖全流域為研究區(qū),利用1990年、2000年、2008年3個時期數(shù)據(jù),分別從全流域與子區(qū)域兩個層次,計算了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。并且基于威弗(Weaver)組合指數(shù),求出了鄱陽湖各子流域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)與坡度結(jié)構(gòu)類型。分析表明,鄱陽湖流域在3個時期生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量持續(xù)增大,全流域的可持續(xù)性向有利的方向發(fā)展。在各子區(qū)域中,大部分區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較高,可持續(xù)發(fā)展水平較好,且呈現(xiàn)良性發(fā)展趨勢,但是在鄱陽湖流域的中部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較低,可持續(xù)發(fā)展水平較差,且呈現(xiàn)不良發(fā)展趨勢。鄱陽湖流域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值組合結(jié)構(gòu)以林地、農(nóng)用地、水體3類為主,且單重結(jié)構(gòu)類型所占比例最大,雙重結(jié)構(gòu)類型與三重結(jié)構(gòu)類型次之；坡度類型以小于15°的組合類型為主,結(jié)構(gòu)類型除三重結(jié)構(gòu)類型外,其它類型分布均較多。 促進流域可持續(xù)發(fā)展向更高水平發(fā)展,在全流域角度,應(yīng)該繼續(xù)執(zhí)行退耕還林、還湖工程,嚴格控制建設(shè)用地的增加；從子區(qū)域的角度,對鄱陽湖流域的中部地區(qū)應(yīng)該控制建設(shè)用地與農(nóng)用地對林地、草地的占用,嚴格執(zhí)行退耕還林、還草工程。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)角度,對于山地丘陵區(qū),應(yīng)該加大對生態(tài)環(huán)境的維護,并且合理的發(fā)展林業(yè)經(jīng)濟以促進經(jīng)濟發(fā)展；對于環(huán)鄱陽湖平原區(qū),應(yīng)該推進資源消耗少,污染排放小,高科技產(chǎn)業(yè),促進湖區(qū)生態(tài)環(huán)境保護與社會經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展。

GIS；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)；鄱陽湖流域；可持續(xù)發(fā)展

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是指通過生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程和功能直接或間接提供的生命支持產(chǎn)品和服務(wù),包括人類生活所必需的生態(tài)產(chǎn)品和保證人類生活質(zhì)量的生態(tài)功能兩部分。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值研究是生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性研究的熱點之一[1- 3]。20世紀70年代,Westman提出了“自然的服務(wù)”概念及其價值評估的概念,90年代,Daily及Constanza等總結(jié)了國際上已有的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估的研究成果,將全球生物圈分為16種生態(tài)系統(tǒng)類型,并將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為不同類型,首次對全球生物圈生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行了估算[4]。近年來,隨著全球生態(tài)環(huán)境問題的加劇,對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究越來越受到關(guān)注[5- 7]。國內(nèi)外眾多學(xué)者分別從多種尺度對生態(tài)系統(tǒng)過程、服務(wù)功能的維持、服務(wù)功能對區(qū)域的影響等多個方面做了研究[8- 16]。國內(nèi)外眾多學(xué)者從多個方面對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值做了研究,但是,對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)則較少。在本研究中,將特定區(qū)域內(nèi),一定地域分異規(guī)律下的各種生態(tài)環(huán)境類型面積所貢獻的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值占區(qū)域生態(tài)服務(wù)總價值的比重定義為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)。區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu),兼有價值與結(jié)構(gòu)雙重特征,傳統(tǒng)的地理分析方法多是基于地表事物或現(xiàn)象某一方面的特性進行分析,對于多重特性分析存在不足。

本研究選擇鄱陽湖流域為研究區(qū),2009年12月12日,國務(wù)院正式批準《鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)規(guī)劃》,鄱陽湖作為中國最大的淡水湖泊,是目前長江中下游僅存的3個大型通江湖泊之一。季節(jié)性的洪水、周期性的湖水更換,典型的洲灘濕地,豐富的生物多樣性,以及悠久的人文歷史,使鄱陽湖作為一個人地交互作用顯著的動態(tài)湖泊,受到世界自然基金會(World Wide Fund for Nature,WWF)等國際組織的廣泛關(guān)注,對鄱陽湖及其流域水環(huán)境的監(jiān)測與保護也成為國際科學(xué)界關(guān)注的焦點。

在鄱陽湖流域,對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)變化的研究目前還較少,僅有少數(shù)學(xué)者以鄱陽湖流域部分區(qū)域為研究區(qū),估算了濕地、森林、農(nóng)田等土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值[17- 19]。本文將以整個鄱陽湖流域為研究區(qū),在空間信息技術(shù)的支持下,獲取各種土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,并且利用威弗組合指數(shù)計算鄱陽湖流域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)；通過比較分析各個時期流域內(nèi)各區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)的組成及差異,評估鄱陽湖流域可持續(xù)發(fā)展狀況。

1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算

1.1 研究區(qū)確定與土地利用信息提取

鄱陽湖流域跨多個經(jīng)緯度帶,流域內(nèi)不同地方所處自然環(huán)境與社會經(jīng)濟發(fā)展狀態(tài)存在較大差異,故全流域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值并不能全面的反映流域內(nèi)各區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的特征,為了更準確的反映流域內(nèi)不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化特征,這里基于DEM數(shù)據(jù),將鄱陽湖全流域劃分為45個子流域,從全流域的角度與子流域的角度分別展開研究。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計算,首先需要提取各研究區(qū)的各種土地利用類型的面積。土地資源分類系統(tǒng)采用中國科學(xué)院資源科學(xué)數(shù)據(jù)中心的分類標準,將土地利用分為6個一級類：農(nóng)用地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用土地。各研究區(qū)土地利用類型的信息,是利用1990年TM影像、2000年ETM+影像、2008年HJ影像3個時期的遙感數(shù)據(jù),通過歸一化植被指數(shù)與非監(jiān)督分類結(jié)合,并借助DEM數(shù)據(jù)與其它更高分辨率的遙感數(shù)據(jù),邊界矢量數(shù)據(jù),綜合解譯處理后獲取,提取精度1990年,2000年為79.8%,2008年的為82.4%[20- 21]。

1.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算,當(dāng)前應(yīng)用最廣的為Costanza估算方法,其計算公式如下：

(1)

式中，ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量(當(dāng)量),Si為研究區(qū)第i類土地利用類型面積(hm2)；VCi為第i類土地利用類型的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(當(dāng)量/hm2)；i為土地利用類型

Costanza方法中,土地利用類型的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值主要反映的是歐美發(fā)達國家的經(jīng)濟水平,在中國應(yīng)用中存在一些缺陷,為了能更準確的評估鄱陽湖流域各地區(qū)各土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,本文參考中科院地理所謝高地等有關(guān)專家,以Costanza方法為基礎(chǔ),對中國多位具有生態(tài)學(xué)背景的專業(yè)人員進行問卷調(diào)查,得出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估當(dāng)量體系[22]和修正單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量表[23],此外，考慮到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化具有時間和空間效應(yīng),本文在借鑒已有研究方法的基礎(chǔ)上,采用研究區(qū)相應(yīng)年份農(nóng)田糧食單位面積產(chǎn)量與全國農(nóng)田糧食單位面積產(chǎn)量的比值作為地區(qū)逐年修訂系數(shù),同時參考江西省植被、草地和農(nóng)用地NPP水平[24- 26],將“中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表”修訂為“江西省生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表”(表1)。

表1 江西省生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量表

*江西省1個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子的經(jīng)濟價值量1990年424.9元/hm2,2000年為432.8元/hm2,2008年為496.5元/hm2

新的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估單價體系包含的6種土地利用類型中,其中5種土地利用類型與本研究分類解譯的土地利用類型相一致,存在差異的分類解譯的土地利用類型包括建設(shè)用地與未利用土地,新的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估單價體系中只包含有荒漠,鑒于鄱陽湖流域的未利用地主要為裸地,而裸地、城鄉(xiāng)工礦居民用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與荒漠較為相近,故這里以新的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估單價體系中荒漠的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量作為未利用地與建設(shè)用地的估算標準。

以提取的研究區(qū)各土地利用類型面積,結(jié)合新的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估單價體系,求得鄱陽湖流域不同土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,如表2。

表2 鄱陽湖流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(億元)

基于各流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)合流域面積,處理得到各流域單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,如表3。

表3 單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值/(萬元/hm2)

以表3中各子流域單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,比較分析得到各子流域3個時期生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化圖(圖1)。

圖1 單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化圖 Fig.1 The map of per unit area ecosystem service value variation圖中“++”表示1990—2000—2008三個時期持續(xù)增加；“-+”表示1990—2000減少,2000—2008增加；“+-”表示1990—2000增加,2000—2008減少；“--”表示1990—2000—2008持續(xù)減少

2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)估算

本文采用威弗組合指數(shù)計算鄱陽湖流域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu),威弗(Weaver)組合指數(shù)是將實際分布與相應(yīng)的假設(shè)分布相比較,以求得一個最接近的近似分布,對解決含有幾個要素的分布問題具有優(yōu)勢[10- 11]。

2.1 組合結(jié)構(gòu)類型假設(shè)比例分布矩陣構(gòu)建

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值組合結(jié)構(gòu)類型的求取過程是按實際生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值類型的組合比例與某種相應(yīng)假設(shè)的判定比例比較后得到,因此,必須計算實際的6種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值類型的組合比例,并對所求得的一組數(shù)值按照由大到小的順序構(gòu)成相應(yīng)的指數(shù)序列。本研究以子流域為基本單元,計算子流域內(nèi)6種不同土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值占子流域總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的比例Tij,并按從大到小順序排列：Ti1,Ti2,…,Ti6。

建立組合結(jié)構(gòu)類型假設(shè)比例分布矩陣：為確定子流域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值組合結(jié)構(gòu)類型的實際類型,還需要按生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值類型組合的假設(shè)百分比分布來構(gòu)建相關(guān)矩陣,從而對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值組合結(jié)構(gòu)類型的求取提供參考體系。本研究中有6種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值類型,故理論上最多可以建立6種組合的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值類型,各假設(shè)的組合類型如表4。同時,由于地貌特征對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響較大,且鄱陽湖流域土地利用類型中林地占比例超過一半,依據(jù)上述分析得到的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值類型林地的比例將會很大,不利于對不同流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值類型的分析,故這里基于DEM數(shù)據(jù)計算鄱陽湖流域的坡度,并將坡度按小于等于5°(I)、5—10°(II)、10—15°(III)、15—20°(IV)、20—25°(V)、 大于25°(VI) 分為6個等級,在計算各子流域內(nèi)土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)同時,計算各子流域內(nèi)坡度類型的組合結(jié)構(gòu)類型。

2.2 威弗組合指數(shù)計算

計算子流域各組合結(jié)構(gòu)分類下的威弗組合指數(shù),這里采用最小距離法計算實際結(jié)構(gòu)類型與假設(shè)結(jié)構(gòu)類型的差異。最小距離越小,反映實際結(jié)構(gòu)類型與假設(shè)結(jié)構(gòu)類型越相近。

(2)

表4 組合結(jié)構(gòu)類型假設(shè)比例分布矩陣

2.3 組合結(jié)構(gòu)類型求取

分別比較子流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與坡度的6類結(jié)構(gòu)類型的威弗組合指數(shù),找出最小值。威弗組合指數(shù)最小的即為最合理的結(jié)構(gòu)類型。依此求得鄱陽湖流域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)分類結(jié)果與坡度類型結(jié)構(gòu)分類結(jié)果。表5—表7即為鄱陽湖流域各子流域1990年、2000年與2008年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與坡度結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

表5 鄱陽湖子流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與坡度結(jié)構(gòu)(1990)

表6 鄱陽湖子流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)(2000)

表7 鄱陽湖子流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)(2008)

在GIS技術(shù)的支持下,依據(jù)鄱陽湖流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)類型結(jié)果,得到鄱陽湖生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值圖譜結(jié)構(gòu)分布圖(圖2—圖4)。

圖2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)分布圖 (1990)Fig.2 Ecosystem services value structure distribution (1990)

圖3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)分布圖 (2000)Fig.3 Ecosystem services value structure distribution (2000)

圖4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)分布圖 (2008)Fig.4 Ecosystem services value structure distribution (2008)

2.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)變化模式構(gòu)建

對3個時期的鄱陽湖流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)圖譜進行地圖代數(shù)疊加運算,得到1990年—2000年—2008年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)變化模式。鄱陽湖流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)變化模式可以概括為3種模式：不變型模式：兩個時期內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)均未發(fā)生變化；反復(fù)變化型：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)在1990—2000年發(fā)生轉(zhuǎn)變后,在2000—2008年又變回1990年時的類型；持續(xù)變化型：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)在1990—2008年兩個時期內(nèi)持續(xù)發(fā)生變化(表8)。

依據(jù)鄱陽湖流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)變化模式結(jié)果,得到鄱陽湖生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值圖譜結(jié)構(gòu)變化模式分布圖(圖5)。

3 分析與評價

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分析

由表3與圖1可以分析出,在全流域尺度上,2000年和2008年的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值都較前一個時期有提高,2000年比1990年上升了166元/hm2,提高了1.9%,2008年比2000年上升了1587元/hm2,提高了18.2%。單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間分布方面,鄱陽湖流域中部以及贛江中游部分地區(qū),單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值相對較低,鄱陽湖流域的北部與南部則相對較高。

表8 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值組合結(jié)構(gòu)變化模式

*編碼說明：1:水地-農(nóng)用地-林地Ⅳ-Ⅰ-Ⅴ-Ⅲ-Ⅱ-Ⅵ; 2:水體-林地-農(nóng)用地Ⅳ-Ⅰ-Ⅴ-Ⅲ-Ⅱ-Ⅵ; 3：水體-林地-農(nóng)用地Ⅰ-Ⅲ-Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ; 4：林地-水體-農(nóng)用地Ⅰ-Ⅲ-Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ; 5：林地-農(nóng)用地Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅳ;6：林地Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅳ;7：林地-農(nóng)用地Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅳ;8：農(nóng)用地-林地-水體Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅳ;9：林地-農(nóng)用地Ⅱ-Ⅲ-Ⅰ-Ⅳ-Ⅴ;10：林地Ⅱ-Ⅲ-Ⅰ-Ⅳ-Ⅴ；11：林地-農(nóng)用地-草地Ⅲ-Ⅳ-Ⅱ-Ⅰ-Ⅴ-Ⅵ；12：林地-農(nóng)用地-水體Ⅲ-Ⅳ-Ⅱ-Ⅰ-Ⅴ-Ⅵ；13：林地-農(nóng)用地Ⅰ-Ⅱ；14：林地-水體Ⅰ-Ⅱ；15: 林地-農(nóng)用地-水體-草地Ⅲ-Ⅳ-Ⅱ-Ⅰ-Ⅴ-Ⅵ；16：林地-水體-農(nóng)用地Ⅰ-Ⅱ

圖5 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值圖譜結(jié)構(gòu)變化模式分布圖 Fig.5 Distribution graph ecosystem service value structure changing pattern

在子流域尺度上,對1990年到2000年這段時期,單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值提升的子流域有33個,占73.33%,下降的子流域有12個,占比26.67%；單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值提升超過1000元/hm2的子流域有5個,分別是贛江豐城段、贛江吉安段、贛江下游區(qū)、潦河流域和遂川江流域,提升不超過1萬元/hm2的子流域有28個,占提升總流域數(shù)的84.8%；在12個單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值下降的子流域中,贛江萬安段減少最多,為1084元/hm2。

對2000年到2008年這段時期,單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值提升的子流域有43個,占95.6%,其中,有6個子流域提升超過2000元/hm2,占提升總流域數(shù)的13.3%。下降的子流域只有2個,占比4.4%,減少均不超過1600元/hm2。

對1990年到2008年整個時期分析,所有子流域的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值都有所提升,提高最多的是遂川江流域,提升了3089元/hm2,提升超過1500元/hm2的子流域有16個,占比35.6%。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值組合類型分析

由表5—表7與圖2—圖4可以分析出,鄱陽湖流域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值組合結(jié)構(gòu)以林地為主,農(nóng)用地、水體為輔,其它類型除草地在個別流域有分布,其它則沒有。坡度組合結(jié)構(gòu)以小于等于5°(I)為主,5—10°(II)、10—15°(III)為輔,其它坡度類型則較少。

林地為主的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)類型在3個時期占鄱陽湖流域面積與流域個數(shù)均超過90%,其中,有80%的流域是單一的林地類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)。林地為主,其它為輔的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)類型,為輔的類型主要為農(nóng)用地與水體,占鄱陽湖流域面積與流域個數(shù)在10%左右。流域坡度結(jié)構(gòu)方面,林地為的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)類型主要以小于等于5°(I)為主,其它坡度類型為輔,在3個時期以小于等于5°(I)為首要坡度類型的林地為的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)類型占鄱陽湖流域面積與流域個數(shù)在85%左右。

農(nóng)用地為主的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值類型與水體為主的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值類型在組合結(jié)構(gòu)類型與分布區(qū)域兩方面均較為相近,主要以農(nóng)用地、水體、林地組合結(jié)構(gòu)類型為主,主要分布在鄱陽湖流域中部,農(nóng)用地為主的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值類型分布在贛江豐城段,水體為主的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值類型分布在鄱陽湖環(huán)湖區(qū)周邊的贛江、信江、撫河的下流區(qū)域,兩者在1990年和2008年占鄱陽湖流域面積與流域個數(shù)8%左右,在2000年占4%；坡度組合結(jié)構(gòu)方面以小于等于5°(I)為主,以5—10°(II)為輔。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)類型分析

鄱陽湖流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)類型主要有4種類型,其中,單一結(jié)構(gòu)類型所占比例最大,三重結(jié)構(gòu)類型與雙重結(jié)構(gòu)類型次之,四重結(jié)構(gòu)類型則只在個別流域有分布；單一結(jié)構(gòu)類型主要以林地為主,三重結(jié)構(gòu)類型主要以林地、水體、農(nóng)用地為主,雙重結(jié)構(gòu)類型主要以林地、水體,或林地、農(nóng)用地為主。在空間分布方面,單一結(jié)構(gòu)類型在鄱陽湖流域大部分區(qū)域均有分布,而三重結(jié)構(gòu)類型與雙重結(jié)構(gòu)類型主要分布在鄱陽湖環(huán)湖區(qū)及周邊區(qū)域。坡度結(jié)構(gòu)類型則6種結(jié)構(gòu)類型均有,除三重結(jié)構(gòu)類型在3個時期分布均較少外,其它5種結(jié)構(gòu)類型分布均較多。其中,單一結(jié)構(gòu)類型以小于等于5°(I)為主,雙重結(jié)構(gòu)類型以小于等于5°(I)、5—10°(II)組合為主,四重結(jié)構(gòu)類型以小于等于5°(I)、5—10°(II)、10—15°(III)、15—20°(IV)組合為主,五重結(jié)構(gòu)類型以小于等于5°(I)、5—10°(II)、10—15°(III)、15—20°(IV)、20—25°(V)為主。

3.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值組合結(jié)構(gòu)變化分析

鄱陽湖流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值組合結(jié)構(gòu)變化的3種模式中,以不變型為主,占鄱陽湖全流域面積的90%；反復(fù)變化型主要分布在鄱陽湖流域中南部的贛江中下游,信江下游與撫河中游,占鄱陽湖全流域面積的7%,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值組合結(jié)構(gòu)主要由農(nóng)用地、水體、林地3種類型構(gòu)成的三重結(jié)構(gòu)類型與雙重結(jié)構(gòu)類型為主。持續(xù)變化型占全流域面積的比例較低,主要分布在贛江中游與修水下游,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值組合結(jié)構(gòu)也主要由農(nóng)用地、水體、林地3種類型構(gòu)成的三重結(jié)構(gòu)類型與雙重結(jié)構(gòu)類型為主。

3.5 促進流域可持續(xù)發(fā)展建議

從全流域的角度分析,鄱陽湖流域3個時期可持續(xù)發(fā)展水平是逐步提高的,原因在于全流域林地、水域、建設(shè)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在逐年增加,這說明鄱陽湖流域在退耕還林,退耕還湖等生態(tài)保護工作執(zhí)行較好,可持續(xù)發(fā)展總體水平較好,但是也存在一些問題,如農(nóng)用地、未利用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值降低,建設(shè)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加,這說明鄱陽湖流域的社會經(jīng)濟的發(fā)展,建設(shè)用地的擴張占用了大量的農(nóng)用地與未利用地,不太利于生態(tài)環(huán)境的保護。故對于全流域,促進可持續(xù)發(fā)生水平向更高水平發(fā)展要注重兩個方面：一方面繼續(xù)執(zhí)行退耕還林,退耕還湖工程,是鄱陽湖流域更多的山林、湖區(qū)恢復(fù)原貌；另一方面,提高建設(shè)用地集約利用水平,嚴格控制建設(shè)用地的增加,尤其是對農(nóng)用地等的占用。

從子區(qū)域的角度分析,大部分區(qū)域可持續(xù)發(fā)展水平較高,且呈現(xiàn)上升趨勢,但還存在部分區(qū)域,可持續(xù)發(fā)展水平較低,且可持續(xù)發(fā)展水平呈下降趨勢,這些區(qū)域主要位于鄱陽湖流域的中部。分析原因在于這些區(qū)域地勢平坦,社會經(jīng)濟活動活躍,在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值組成方面,農(nóng)用地、建設(shè)用地所占比例要較其它區(qū)域高,而林地、草地所占比例較其它區(qū)域低,且農(nóng)用地、建設(shè)用地所在比例在持續(xù)增高,林地、草地所占比例在持續(xù)降低。然而林地與草地單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值要高于農(nóng)用地與建設(shè)用地,故這些區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值偏低,可持續(xù)發(fā)展水平較差,且在3個時期內(nèi),農(nóng)用地與建設(shè)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量的增加,低于林地、草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量的降低,因此,對于這些區(qū)域,促進可持續(xù)發(fā)生水平朝向有利的方向發(fā)展應(yīng)該控制建設(shè)用地、農(nóng)用地對林地、草地的占用,嚴格執(zhí)行退耕還林、還草工程,保護生態(tài)環(huán)境。

依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu),鄱陽湖流域可以分為兩大區(qū)域：環(huán)鄱陽湖平原區(qū)以及環(huán)湖區(qū)以外的山地丘陵區(qū)。山地丘陵區(qū)主要以林地主的生態(tài)服務(wù)結(jié)構(gòu)類型,坡度主要以小于15°的坡度組合類型為主,此區(qū)域森林覆蓋率高,是環(huán)鄱陽湖生態(tài)環(huán)境維護較好的地區(qū),對于這些區(qū)域,應(yīng)加大生態(tài)環(huán)境的維護,進行天然林資源保護,對于經(jīng)濟的發(fā)展,要發(fā)展林業(yè)經(jīng)濟,此外,還可以引進一些對環(huán)境質(zhì)量要求較高的企業(yè),促進當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展。

環(huán)鄱陽湖平原區(qū)是鄱陽湖流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)最多樣化的地區(qū),主要以林地、水體、農(nóng)用地組合的生態(tài)服務(wù)類型為主,也是鄱陽湖流域社會經(jīng)濟活動最為活躍,對于這些區(qū)域,發(fā)展生態(tài)經(jīng)濟是實現(xiàn)綠色崛起的必由之路。一方面需要淘汰高污染、高消耗的項目,推進資源消耗少,污染排放小,科技含量高的項目。另一方面,通過調(diào)整土地利用類型調(diào)整區(qū)域生態(tài)價值服務(wù)結(jié)構(gòu)類型,使之朝有利于資源可持續(xù)利用的方向轉(zhuǎn)變。對于以農(nóng)業(yè)地為主的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值類型區(qū),應(yīng)減少化肥農(nóng)藥的使用,要以生態(tài)農(nóng)業(yè)為主；對于以水體為主的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)類型,要保護水質(zhì),防治水污染與富營養(yǎng)化,保護水域生態(tài)平衡,使湖區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護共同發(fā)展。

4 小結(jié)

基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分析方法,以鄱陽湖全流域為研究區(qū),從全流域整體與子區(qū)域兩個角度,計算了1990年、2000年、2008年3個時期的流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量。基于韋弗組合指數(shù),求出了鄱陽湖流域1990年、2000年、2008年3個時期的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)類型。

從全流域的角度,鄱陽湖流域3個時期生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量是逐年增加的,全流域可持續(xù)發(fā)展水平逐步增加。從子區(qū)域的角度,大部分區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較高,可持續(xù)發(fā)生水平較好,且呈現(xiàn)良性發(fā)展趨勢,但鄱陽湖流域的中部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較低,可持續(xù)發(fā)展水平較差,且呈現(xiàn)不良發(fā)展趨勢。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值組合角度,鄱陽湖流域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值組合類型以林地、農(nóng)用地、水體三類為主,坡度類型以小于15°的3種坡度類型為主。結(jié)構(gòu)類型方面,鄱陽湖流域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)類型以單重結(jié)構(gòu)類型為主,以雙重結(jié)構(gòu)類型與三重結(jié)構(gòu)類型為輔,坡度結(jié)構(gòu)類型方面,除三重結(jié)構(gòu)類型較少外,其它五種類型均較多。

為促進流域可持續(xù)發(fā)展向更高水平發(fā)展,從全流域角度,應(yīng)該繼續(xù)執(zhí)行退耕還林、還湖工程,嚴格控制建設(shè)用地的增加,尤其是對耕地等的占用。從子區(qū)域的角度,對鄱陽湖流域的中部地區(qū)應(yīng)該控制建設(shè)用地與農(nóng)用地對林地、草地的占用,嚴格執(zhí)行退耕還林、還草工程,保護生態(tài)環(huán)境。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)角度,對于山地丘陵區(qū),應(yīng)該加大對生態(tài)環(huán)境的維護,進行天然林資源的保護,并且合理的發(fā)展林業(yè)經(jīng)濟以促進經(jīng)濟發(fā)展；對于環(huán)鄱陽湖平原區(qū),應(yīng)該推進資源消耗少,污染排放小,高科技產(chǎn)業(yè),并且對以建設(shè)用地、農(nóng)業(yè)地、水體為主的生態(tài)價值服務(wù)類型地區(qū),要分別采取相應(yīng)的措施,促進湖區(qū)生態(tài)環(huán)境保護與經(jīng)濟社會的共同發(fā)展。

[1] Jenkins W A, Murray B C, Kramer R A, Faulkner S P. Valuing ecosystem services from wetlands restoration in the Mississippi Alluvial Valley. Ecological Economics, 2010, 69(5): 1051- 1061.

[2] de Groot R, Brander L, van der Ploeg S, Costanza R, Bernard F, Braat L, Christie M, Crossman N, Ghermandi A, Hein L, Hussain S, Kumar P, McVittie A, Portela R, Rodriguez L C, ten Brink P, van Beukering P. Global estimates of the value of ecosystems and their services in monetary units. Ecosystem Services, 2012, 1(1): 50- 61.

[3] 吳大千, 劉建, 賀同利, 王淑軍, 王仁卿. 基于土地利用變化的黃河三角洲生態(tài)服務(wù)價值損益分析. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2009, 25(8): 256- 261.

[4] 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.

[5] 岳耀杰, 閆維娜, 王秀紅, 申元村, 仇夢夢, 周蘭, 栗健. 區(qū)域生態(tài)退耕對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響——以寧夏鹽池為例. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2014, 28(2): 60- 67.

[6] Martínez M L, Pérez-Maqueo O, Vázquez G, Castillo-Campos G, García-Franco J, Mehltreter K, Equihua M, Landgrave R. Effects of land use change on biodiversity and ecosystem services in tropical montane cloud forests of Mexico. Forest Ecology and Management, 2009, 258(9): 1856- 1863.

[7] Di Sabatino A, Coscieme L, Vignini P, Cicolani B. Scale and ecological dependence of ecosystem services evaluation: spatial extension and economic value of freshwater ecosystems in Italy. Ecological Indicators, 2013, 32: 259- 263.

[8] Radford K G, James P. Changes in the value of ecosystem services along a rural-urban gradient: a case study of Greater Manchester, UK. Landscape and Urban Planning, 2013, 109(1): 117- 127.

[9] Li J C, Wang W L, Hu G Y, Wei Z H. Changes in ecosystem service values in Zoige Plateau, China. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2010, 139(4): 766- 770.

[10] Yang W, Chang J, Xu B, Peng C H, Ge Y. Ecosystem service value assessment for constructed wetlands: a case study in Hangzhou, China. Ecological Economics, 2008, 68(1/2): 116- 125.

[11] Fanny B, Nicolas D, Sander J, Erik G B, Marc D.How (not) to perform ecosystem service valuations:pricinggorillasinthemist. Biodiversity and Conservation, 2015, 24(1): 187- 197.

[12] 劉海, 王興玲, 陳曉玲, 陸建忠. 利用地學(xué)信息圖譜的江西省生態(tài)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)研究. 武漢大學(xué)學(xué)報: 信息科學(xué)版, 2012, 37(1): 118- 121.

[13] 陳陽, 張建軍, 杜國明, 付梅臣, 劉凌露. 三江平原北部生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時空演變. 生態(tài)學(xué)報, 2015, 35(18): 6157- 6164.

[14] 李想, 李闖, 王鳳友, 王詩陽, 王雪. 大連中心城區(qū)綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值時空分異特征研究. 地理科學(xué), 2014, 34(3): 302- 308.

[15] 陳美球, 趙寶蘋, 羅志軍, 黃宏勝, 魏曉華, 呂添貴, 許莉. 基于RS與GIS的贛江上游流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化. 生態(tài)學(xué)報, 2013, 33(9): 2761- 2767.

[16] 陳國階, 何錦峰, 涂建軍. 長江上游生態(tài)服務(wù)功能區(qū)域差異研究. 山地學(xué)報, 2005, 23(4): 406- 412.

[17] 王兵, 王丹. 江西廣豐森林生態(tài)服務(wù)及其價值研究. 江西科學(xué), 2010, 28(5): 630- 637, 687- 687.

[18] 熊凱, 孔凡斌. 基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的鄱陽湖濕地生態(tài)補償標準研究. 農(nóng)林經(jīng)濟管理學(xué)報, 2014, 13(6): 669- 677.

[19] 倪才英, 曾珩, 汪為青. 鄱陽湖退田還湖生態(tài)補償研究(I)——濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算. 江西師范大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版, 2009, 33(6): 737- 742.

[20] Chen X L, Bao S M, Li H, Cao X B, Guo P, Wu Z Y, Fu W J, Zhao H M. LUCC impact on sediment loads in subtropical rainy areas. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 2007, 73(3): 319- 327.

[21] Liu H, Xia H Q, Zhou B. Land use information extraction and spatio-temporal variation analysis of Poyang Lake Basin based on remote sensing//Proceedings of SPIE 8921, MIPPR 2013: Remote Sensing Image Processing, Geographic Information Systems, and Other Applications. Wuhan, China: SPIE, 2013.

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

[23] 謝高地, 張彩霞, 張雷明, 陳文輝, 李士美. 基于單位面積價值當(dāng)量因子的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值化方法改進. 自然資源學(xué)報, 2015, 30(8): 1243- 1254.

[24] 丁慶福, 王軍邦, 齊述華, 葉輝, 黃玫, 徐躍通, 應(yīng)天玉, 陶健. 江西省植被凈初級生產(chǎn)力的空間格局及其對氣候因素的響應(yīng). 生態(tài)學(xué)雜志, 2013, 32(3): 726- 732.

[25] 黃麟, 邵全琴, 劉紀遠. 江西省森林碳蓄積過程及碳源/匯的時空格局. 生態(tài)學(xué)報, 2012, 32(10): 3010- 3020.

[26] 孫成明, 劉濤, 田婷, 郭斗斗, 王力堅, 陳瑛瑛, 李菲, 李建龍. 基于MODIS的南方草地NPP遙感估算與應(yīng)用. 草業(yè)學(xué)報, 2013, 22(5): 11- 17.

Sustainable development evaluation of the Poyang Lake Basin based on ecological service value and structure analysis

LIU Hai1,2, YIN Jie1,LIN Miao1, CHEN Xiaoling3,*

1FacultyofResourcesandEnvironmental,HubeiUniversity,Wuhan430062,China2HubeiKeyLaboratoryofRegionalDevelopmentandEnvironmentalResponse(HubeiUniversity),Wuhan430062,China3StateKeyLaboratoryofInformationEngineeringinSurveying,MappingandRemoteSensing,WuhanUniversity,Wuhan430079,China

As the largest freshwater lake in China and a wetland of international importance, the Poyang Lake Basin has received considerable attention from the international scientific community; therefore, research on the ecological environmental protection and sustainable development of Poyang Lake Basin is of great importance. In this paper, based on ecosystem service value analysis, taking the entire Poyang Lake basin as the study area and using data from 1990, 2000, and 2008, the value and per unit area value of ecosystem services were calculated from the whole and the sub-region. In addition, based on the Weaver composite index, the ecological service value structure and slope structure of each sub-basin in the Poyang lake basin were calculated. Analysis revealed that the ecosystem service value of Poyang Lake Basin continues to increase over the three periods, and that the sustainability of the entire area is driven in a positive direction. In each sub-area, most of the area has a higher ecosystem service value per unit area; the level of sustainable development is also better, and it showed a positive trend. These regions have a high ratio of forest, water, and construction land, and low ratio of cultivated land to unutilized land. However, the ecosystem service value per unit area in the central region of the Poyang Lake Basin is lower, and the level of sustainable development is lower and it shows a negative trend. These regions have a high ratio of cultivated land to construction land, and a low ratio of forest to grass. In order to promote the sustainable development of the basin, engineering strategies for returning cultivated land to forest and returning cultivated land to lake should be implemented, and the increase in construction land area should be strictly controlled, especially the conversion of farmland to construction land. The lake and forest regions of the Poyang lake basin could potentially be restored through these measures. As for the sub-regions, it should control the construction land and the cultivated land to occupy the forest and grass, and engineering strategies for returning cultivated land to forest and returning cultivated land to grass should be implemented. These measures would aid in the protection of the ecological environment of the Poyang Lake Basin.

GIS; ecosystem service value; structure of ecosystem services value; Poyang Lake Basin; sustainable development

2015測繪地理信息公益性行業(yè)科研專項項目(201512026); 江西省重大生態(tài)安全問題監(jiān)控協(xié)同創(chuàng)新中心專項項目(JXS-EW-08)

2015- 10- 10; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2016- 10- 29

10.5846/stxb201510102045

*通訊作者Corresponding author.E-mail: xiaoling_chen@whu.edu.cn

劉海,殷杰,林苗,陳曉玲.基于GIS的鄱陽湖流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)變化研究.生態(tài)學(xué)報,2017,37(8):2575- 2587.

Liu H, Yin J,Lin M, Chen X L.Sustainable development evaluation of the Poyang Lake Basin based on ecological service value and structure analysis.Acta Ecologica Sinica,2017,37(8):2575- 2587.