基于地理信息技術(shù)的升金湖濕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值

楊斐　董斌　徐文瑞　崔楊林　王裕婷　方磊　彭亮

摘要：濕地作為人類不可或缺的自然資源和生態(tài)系統(tǒng)，有著不可替代的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。升金湖濕地分布在安徽省，地處長(zhǎng)江中下游，是我國(guó)一處重要的濕地，現(xiàn)已成為我國(guó)重要的越冬珍稀鶴類棲息地。綜合利用遙感和地理信息技術(shù)，解譯研究區(qū)1986—2017年9期TM遙感影像，并運(yùn)用價(jià)值量評(píng)價(jià)法對(duì)其生態(tài)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行核算，根據(jù)核算結(jié)果分析各類型用地面積的變化對(duì)研究區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)變化可能產(chǎn)生的影響。結(jié)果表明，這30年間保護(hù)區(qū)內(nèi)土地利用變化速度較快，隨著各用地類型面積的變化，其生態(tài)服務(wù)價(jià)值也在不斷變化，變化趨勢(shì)不穩(wěn)定;1986—2017年濕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量減少了1700萬(wàn)元，濕地生態(tài)環(huán)境受到了嚴(yán)重威脅。為了更好地保護(hù)濕地，有必要加大保護(hù)力度，合理配置濕地資源，制定生態(tài)補(bǔ)償制度，實(shí)現(xiàn)濕地生態(tài)服務(wù)功能的重要目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：升金湖;濕地;生態(tài)服務(wù);價(jià)值評(píng)價(jià);地理信息技術(shù)

中圖分類號(hào)： X87? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2020）19-0288-05

收稿日期：2019-11-21

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：41571101）;安徽省智慧城市與地理國(guó)情監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（編號(hào)：2016-K-04Z）;北京林業(yè)大學(xué)精準(zhǔn)林業(yè)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及精準(zhǔn)林業(yè)關(guān)鍵技術(shù)與裝備研究項(xiàng)目（編號(hào)：2015ZCQ-LX-01）。

作者簡(jiǎn)介：楊 斐（1993—），男，安徽合肥人，碩士，主要從事土地信息技術(shù)與利用研究。E-mail：15656953665@163.com。

通信作者：董 斌，博士，教授，主要從事測(cè)繪地理信息技術(shù)及其生態(tài)環(huán)境應(yīng)用研究。E-mail：dbhy123@sina.com。

濕地蘊(yùn)藏著豐富的自然資源且具有重要的生態(tài)協(xié)調(diào)能力，還為人類的生產(chǎn)活動(dòng)營(yíng)造了良好的環(huán)境，濕地創(chuàng)造的價(jià)值難以估量[1]。濕地也是人類文明的重要載體，人類文明的衰落和濕地的消失有很大關(guān)系，例如樓蘭古城的消失[2]。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的角度來(lái)看，濕地是全球單位面積最有價(jià)值的生態(tài)系統(tǒng)之一，對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究是一項(xiàng)多學(xué)科的工作，須要從不同角度了解其提供的生態(tài)服務(wù)和從中獲得的巨大效益。20世紀(jì)90年代后期，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)概念才被Pearce等的出版物[3]廣泛關(guān)注，隨后許多國(guó)家開(kāi)展了關(guān)于生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的研究。例如，Pinke采用多種方法對(duì)匈牙利濕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估，建立了可持續(xù)土地利用系統(tǒng)[4]; Santosmartin等評(píng)估了1918—2006年期間西班牙西南部Donana沼澤地和河口的土地利用轉(zhuǎn)化中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化[5]。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，我國(guó)濕地被大量開(kāi)發(fā)，圍湖造田、填海造陸等造成濕地資源的嚴(yán)重破壞，根據(jù)近幾年的調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)存的天然濕地不足歷史天然濕地的1/3，如何更好地配置濕地資源成為目前人們面臨的一大難題。本研究以升金湖濕地為例，從生態(tài)服務(wù)價(jià)值角度分析探討升金湖濕地的土地合理利用規(guī)劃和水鳥(niǎo)保護(hù)的重要性與必要性。

1 研究區(qū)概況

升金湖濕地在1986年被確立為省級(jí)自然保護(hù)區(qū)，1997年又被確立為國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)[6];升金湖濕地地處116°55′～117°15′E，30°15′～30°30′N之間，位于安徽省池州市東至縣和貴池區(qū)交界處，保護(hù)區(qū)總面積達(dá)33 340 hm2，湖區(qū)面積為13 280 hm2[7]。由于升金湖優(yōu)越的地理位置和氣候條件，湖區(qū)水產(chǎn)資源和自然植被種類豐富，吸引了大量的珍稀候鳥(niǎo)每年來(lái)此過(guò)冬，是珍稀候鳥(niǎo)重要的越冬棲息地。通過(guò)對(duì)升金湖濕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值的核算，對(duì)于如何制定生態(tài)補(bǔ)償制度、合理利用濕地資源和保護(hù)生物多樣性具有重大意義。

2 數(shù)據(jù)處理與研究方法

2.1 影像數(shù)據(jù)選取與處理

本研究選取了升金湖保護(hù)區(qū)近30年的9期（1986年、1990年、1995年、2000年、2004年、2008年、2011年、2015年和2017年）Landsat TM 遙感影像，選取的影像時(shí)期均在冬季。利用ERDAS 9.3軟件對(duì)選取的9期影像進(jìn)行幾何校正、波段融合、影像增強(qiáng)、監(jiān)督分類及影像解譯等預(yù)處理，并翻閱土地利用分類相關(guān)文獻(xiàn)，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，在遙感目視解譯時(shí)將土地類型共劃分為八大類，分別是旱地、林地、泥灘地、蘆葦灘地、草灘地、水田、水域、建設(shè)用地。分類后結(jié)合外業(yè)調(diào)繪結(jié)果對(duì)處理后的影像進(jìn)行精度檢驗(yàn)，Kappa系數(shù)均大于0.85，解譯精度較高，滿足本研究對(duì)解譯精度的要求。最后通過(guò)ARCGIS軟件統(tǒng)計(jì)各地類面積，并分析其面積變化。

2.2 土地利用變化分析方法

土地利用動(dòng)態(tài)度是通過(guò)定量的方式來(lái)表達(dá)土地利用變化的速率，并通過(guò)變化模型來(lái)分析研究區(qū)各類型用地演變的過(guò)程[8]。其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

K1=（Ub-Ua）;（1）

K2=Ub-UaUa×T-1×100%。（2）

式中：Ua、Ub各表示研究初期和末期某一類型的土地面積;T指研究區(qū)段之間的時(shí)間差值; K1為某一類型土地的變化幅度;K2指研究期內(nèi)某一類型土地的變化速度。

2.3 濕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值估算方法

目前，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估是生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性研究的一個(gè)重點(diǎn)，它引起了許多生態(tài)學(xué)家和經(jīng)濟(jì)學(xué)家的關(guān)注，而對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行定量分析的方法主要有價(jià)值量評(píng)價(jià)法、能值分析法和物質(zhì)量評(píng)價(jià)法3種[9]。其中，價(jià)值量評(píng)價(jià)法是從價(jià)值量的角度根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化把各生態(tài)服務(wù)功能進(jìn)行定量化，從而得到真實(shí)直觀的數(shù)據(jù)，能夠?qū)Σ煌鷳B(tài)系統(tǒng)的價(jià)值量進(jìn)行定量評(píng)估與比較，同時(shí)將特定生態(tài)系統(tǒng)的各單項(xiàng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行綜合評(píng)估，適用性較強(qiáng)[10];能值分析法能夠把系統(tǒng)中不同類別的能量轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的能值來(lái)評(píng)價(jià)分析并定量比較，但它具有片面性[11];物質(zhì)量評(píng)價(jià)法能夠評(píng)價(jià)出不同生態(tài)系統(tǒng)中同一服務(wù)功能的價(jià)值量大小，但它很難對(duì)特定生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)整體的評(píng)估[12]。所以本研究采用價(jià)值量評(píng)價(jià)法對(duì)升金湖濕地1986—2017年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行核算，公式[13-14]為

本研究根據(jù)公式（6）把生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)上下調(diào)整50%后，分別對(duì)保護(hù)區(qū)各年度生態(tài)服務(wù)價(jià)值敏感性指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果得知，升金湖濕地各年度不同用地類型的CS值均小于1，說(shuō)明隨著時(shí)間的推移，研究區(qū)各年度生態(tài)服務(wù)價(jià)值對(duì)于生態(tài)價(jià)值系數(shù)均不敏感，所以本研究采用的生態(tài)價(jià)值系數(shù)合理。

4 結(jié)論與討論

本研究綜合利用遙感和地理信息技術(shù)和價(jià)值量評(píng)價(jià)法對(duì)研究區(qū)1986—2017年生態(tài)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估分析得出以下結(jié)果：1986—2017年保護(hù)區(qū)各類型用地面積變化較大;其中，旱地、林地、蘆葦灘地面積整體上呈下降趨勢(shì)，其他各類型用地的面積均呈上漲趨勢(shì)。1986—2017年間，升金湖濕地內(nèi)以耕地用途為主，尤其是2000年前耕地面積占比均達(dá)到30%以上，其次是水域和林地;其中旱地面積在不斷減少，2004—2017年間旱地面積不足20%;各類型用地中水田面積的變化速率最大，其次是建設(shè)用地，分別為7.02%和6.78%。升金湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量變化不穩(wěn)定，2017年較1986年的生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量是下降的，下降總額為1 700萬(wàn)元。升金湖濕地土地利用結(jié)構(gòu)的變化，如旱地、灘涂等面積的減少，建設(shè)用地面積的增加等都會(huì)對(duì)其區(qū)域生態(tài)、鳥(niǎo)類棲息地選擇及生物多樣性保護(hù)產(chǎn)生不同程度的影響，從而引起濕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值的變動(dòng)。

綜上所述，升金湖保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的變化與其土地利用結(jié)構(gòu)的變化息息相關(guān)。因?yàn)槿祟惢顒?dòng)的過(guò)多干預(yù)，導(dǎo)致升金湖濕地出現(xiàn)圍湖造田、水產(chǎn)資源破壞、過(guò)度養(yǎng)殖與放牧、水資源利用不合理、生態(tài)多樣性減少等生態(tài)問(wèn)題。升金湖保護(hù)區(qū)作為我國(guó)重要的濕地資源和越冬鶴類棲息地，政府應(yīng)加強(qiáng)管理，合理規(guī)劃土地利用布局，不僅要提升當(dāng)?shù)鼐用竦纳钏剑訌?qiáng)當(dāng)?shù)鼐用駥?duì)濕地生態(tài)和生物多樣性的保護(hù)意識(shí)。本研究通過(guò)對(duì)升金湖濕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化的研究和分析，能為今后制定生態(tài)補(bǔ)償制度、保護(hù)和恢復(fù)濕地生態(tài)功能提供重要依據(jù)。

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