南水北調中線水源地生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估

王曉洋，楊展飛

（河南省新鄉(xiāng)水文水資源測報分中心，河南 新鄉(xiāng) 453000）

0 引言

鄧州市是南水北調中線工程首個生態(tài)補水受水城市，對鄧州市生態(tài)系統(tǒng)服務價值在時空尺度變化的評估與預測，將為保障區(qū)域生態(tài)環(huán)境質量、社會發(fā)展規(guī)劃等提供理論依據。生態(tài)系統(tǒng)服務價值的評估是將生態(tài)系統(tǒng)的各項功能以貨幣形式展示，讓人們更直觀了解從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的服務。文章基于生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子法，利用GIS 和ENVI 分析鄧州市土地利用類型變化，根據實際情況建立生態(tài)系統(tǒng)價值評價體系，對2007-2020年鄧州市生態(tài)系統(tǒng)服務價值及演變特征進行評估。

1 研究方法

1.1 生態(tài)系統(tǒng)服務價值指標體系

根據鄧州市的詳細特征，結合南水北調的實際情況，參考Burkhard B等學者研究成果，可以將南水北調中線水源地鄧州市的生態(tài)系統(tǒng)服務價值劃分為供給、支持、調節(jié)與文化四個方面。

1.2 遙感解譯

由于遙感數(shù)據值與實際地物輻射反射形成的數(shù)值存在差異，文章采用了美國蘭德薩特系列衛(wèi)星遙感影像資料，對蘭德薩特系列遙感影像進行了預處理，消除了由于灰度值失真而造成的遙感影像。

1.3 研究區(qū)生態(tài)服務價值估算

1.3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子計算

根據鄧州市實際特征與收集得到的相關資料，結合國內常用的生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量表，參考研究區(qū)域不同生態(tài)系統(tǒng)的不同二級分類比例，估算研究區(qū)的生態(tài)服務價值當量。

參照南水北調水源地植被分布情況，林地主要是闊葉林與針葉林為主，其中闊葉林占85%、針葉林占10%，其他的針闊混交占4%、灌木林占1%；水域主要為河流水系；農田中水田與旱地比為1.15∶5.10；草地種類主要為灌草叢65%，草甸35%。綜上所述，選取研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務當量值見表1所示。

表1 研究區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務當量表

1.3.2 單位面積的服務價值估算

當量因子是計算生態(tài)系統(tǒng)服務價值的主要手段之一，其物理意義是生態(tài)系統(tǒng)之間各服務價值對于總價值的相對貢獻。由于當量表是基于大尺度制定的，對于不同區(qū)域會存在差異，因此必須進行空間修正，修正系數(shù)計算公式為：

式中：Ea為單位農田的經濟價值（元/hm2）；i為研究區(qū)主要農作物種類；Pi為i種農作物當前的平均價格（元/kg）；qi為農作物產量（kg/hm2），mi為i種農作物的種植面積（hm2）；M為農作物的種植總面積（hm2）。

1.3.3 總服務價值估算

依據Costanza提出的生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估理論體系，針對鄧州市土地覆蓋及其對應的單位面積當量值，研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務總價值計算公式為：

式中：ESV為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務的總價值（元）；Ai為第i種土地覆蓋的面積（hm2）；VCi為第i 種土地覆蓋的價值系數(shù)（元/hm2）；其中i=1，2…n；n=5。

2 鄧州市生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估

2.1 研究區(qū)概況

鄧州屬于河南省南陽市，位于河南省西南部。坐標為北緯32°22′～32°59′，東經111°37′～111°20′之間，國土面積為2 369 km2。鄧州所在區(qū)域屬于亞熱帶季風型大陸性氣候，多年平均氣溫為15.10 ℃，多年平均降水量為723 mm。鄧州市作為南水北調中線第一個受水城市，選取鄧州整體市域范圍自然生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)服務功能作為研究對象。

2.2 服務價值評估

2.2.1 數(shù)據來源

文章選取鄧州市2007、2011、2014、2015、2020年作為研究的典型年，分析其土地覆蓋與利用的變化特征。研究所需的遙感數(shù)據主要為中國地理空間數(shù)據云Landsat 系列中的數(shù)據，其他自然、資源、社會與經濟數(shù)據來源于當?shù)亟y(tǒng)計年鑒、相關報表與發(fā)展規(guī)劃等。

2.2.2 土地覆蓋面積

基于Landsat影像，運用ENVI5.3劃分鄧州市土地類型，包括人工建筑、林地、水域、耕地、草地共5 種類型。鄧州市不同土地類型面積統(tǒng)計數(shù)據如表2所示。

2.2.3 當量系數(shù)確定

參考河南省2020年統(tǒng)計年鑒，鄧州市主要農作物有小麥、玉米和花生，產量分別為82.85 萬、30.62 萬、25.57 萬t，均價分別為1.19、1.87、4.79 元。由式（3）計算可得鄧州生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子經濟價值為2 353元/（hm2·a）。綜合考慮到鄧州市域面積較小且依托刁河、湍河、南水北調中線工程等水系而形成的城市現(xiàn)狀，參照河南省生態(tài)系統(tǒng)生物量因子修正系數(shù)1.39對研究區(qū)當量因子校核與修正。

2.2.4 生態(tài)系統(tǒng)服務價值計算

根據鄧州市單位面積生態(tài)服務價值當量系數(shù)及土地類型面積，由式4得出鄧州市不同土地利用類型的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值。從生態(tài)指標類型看，調節(jié)服務價值所占比例最高，占比60%左右；從土地利用類型看，耕地系統(tǒng)服務價值所占比例最高，占比55.84%，面積占67.96%，其對整個市域生態(tài)系統(tǒng)服務總價值影響較為顯著。

2.3 研究區(qū)演變特性研究

2.3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務價值的時間變化

鄧州市2007年、2011年、2014年、2015年和2020年的生態(tài)系統(tǒng)服務總價值分別為39.72 億美元、41.75 億、44.93 億、45.42億以及46.12 億美元，呈持續(xù)增長的趨勢，增長率16.10%。從土地類型生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化來看，草地生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化率最大。耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值減少了14.52%，減少4.38億美元；水域、林地、草地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值分別增加了101.81%，34.30%，113.06%，共計增加11.58 億美元；人工建筑的生態(tài)系統(tǒng)服務價值為負值，負向增長了13.44%，共計0.77億美元。草地和水域的生態(tài)系統(tǒng)服務價值在研究期內增長超過100%，從一定程度上體現(xiàn)了其對于整個研究區(qū)服務總價值的貢獻較大，對區(qū)域服務價值的演變會造成顯著的影響。

2.3.2 土地利用空間變化分析

研究區(qū)土地利用結構受生態(tài)系統(tǒng)的自然限制，區(qū)域林地和人工建筑面積較小，存在大面積的耕地、草地和水域?？芍?007-2020年研究區(qū)地類正向變化的有草地、林地、人工建筑、未利用地和水域；負向變化的有耕地。草地單一土地利用動態(tài)度變化最大，為113.06%，其最大變化幅度發(fā)生在2015-2020年，達到25.12%，面積增加了122.98 km2。

3 結論

①運用當量因子法，對鄧州市2007-2020年進行評估，結果表明，2007 年生態(tài)系統(tǒng)服務價值為39.72 億美元，2011 年為41.75億美元，2014年為44.93億美元，2015年為45.42億美元，2020年為46.12億美元。近年來鄧州市生態(tài)系統(tǒng)服務價值持續(xù)增長，在合理開發(fā)利用以及南水北調中線工程二期順利實施的前提下，預測未來生態(tài)服務價值會持續(xù)增長。②通過對研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務價值演變特征的分析，水域和草地2種類型的生態(tài)系統(tǒng)服務價值在2007-2020年間增長了100%，變化最大；耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值占比最高；土地覆蓋變化上草地面積變化最大，增長了113.06%；單個指標而言，水文調節(jié)是最主要影響因素。③通過對鄧州市生態(tài)系統(tǒng)服務價值時空變化分析，隨著耕地面積的減少以及草地、林地及水域面積的擴大，研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務價值增加速率明顯變大，表明研究區(qū)土地覆蓋當量系統(tǒng)越大，其對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的演變與影響越大。