基于RS的渤海灣沿岸近20年生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化分析

苗海南，劉百橋

（天津師范大學，天津 300387）

生態(tài)服務價值一般是指人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)得到的利益，即生態(tài)系統(tǒng)的供給服務價值、調節(jié)服務價值、支持服務價值和文化服務價值（中國國家標準化管理委員會，2011）。生態(tài)系統(tǒng)服務價值的研究最早始于20世紀70年代，Costanza等（1997） 13位科學家將全球生態(tài)系統(tǒng)服務類型分為17類，并計算出全球各生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務類型的平均價值。2002年國內學者在Costanza等的研究的基礎上將生態(tài)服務類型歸為9類，并制定中國不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務價值當量表（謝高地，2003）。近年來，國內對于海洋生態(tài)系統(tǒng)服務價值的研究逐漸深入，相關專家參照謝高地等的生態(tài)系統(tǒng)服務分類基礎，分別評估了廣東、海南、長江三角洲、環(huán)渤海海岸帶和渤海海域的生態(tài)系統(tǒng)服務價值（楊清偉等，2003；徐冉等，2011；索安寧 等，2011a；索安寧等，2011b）；2011年我國還頒布了基于生態(tài)系統(tǒng)服務價值概念的海洋生態(tài)資本評估技術導則。到目前為止，我國還沒有針對近岸海域資源條件和開發(fā)利用特點的生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量修訂成果。2012年有關學者以渤海灣沿岸為例，開展了基于土地利用的生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量修訂研究（徐麗芬等，2012），其中也未對不同條件的灘涂、圍海養(yǎng)殖、鹽田等的生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量做出修訂。上述原因，導致目前對近岸海域生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量的估算尚不十分成熟、精確。但通過對生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化趨勢的粗略分析，仍能看出人類開發(fā)活動對海洋生態(tài)系統(tǒng)服務的影響。渤海灣沿岸是環(huán)渤海經(jīng)濟圈的核心地帶，近20年來社會經(jīng)濟發(fā)展迅速，海岸帶開發(fā)利用強度極大，對海洋資源環(huán)境造成的影響也十分顯著。本文利用遙感（RS） 影像資料，并參照現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量研究成果，分析渤海灣沿岸近20年海域生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化，以期對渤海灣沿岸未來開發(fā)利用與保護提供參考。

1 近20年渤海灣沿岸開發(fā)動態(tài)分析

1.1 渤海灣概況

渤海灣位于渤海西部，北起河北省樂亭縣大清河口，南至山東省老黃河口，為陸地環(huán)抱的淺海盆，瀕臨的行政區(qū)有河北省唐山市和滄州市、天津市以及山東省濱州市和東營市。優(yōu)越的地理位置、特殊的地質地貌和良好的氣候條件決定渤海灣內含有豐富的自然資源、良好的開發(fā)條件，并成為環(huán)渤海經(jīng)濟圈的重點開發(fā)岸段。近20年來，隨著該地區(qū)海洋經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，渤海灣沿岸的海域狀況發(fā)生了巨大變化。

1.2 渤海灣沿岸開發(fā)活動遙感分析

本文采用1992年7月30日的Landsat7TM和2012年11月1日的中國環(huán)境1號衛(wèi)星HJ-1A的光學遙感影像，空間分辨率約為30m×30m。遙感影像均經(jīng)過輻射校正和幾何精校正。

本文采用目視解譯為主，計算機監(jiān)督分類為輔的方式，提取了1992年7月30日至2012年11月1日的渤海灣沿岸開發(fā)利用動態(tài)信息。具體步驟是：（1） 提取1992年7月30日和2012年11月1日的海陸分界線，結果見圖1；（2） 針對兩條海陸界線之間的區(qū)域，分別提取兩個時期的海域遙感分類信息；（3） 比對分析兩個時期的海域遙感分類信息，提取海域開發(fā)活動變化信息。

圖1 1992-2012年渤海灣海陸界線變遷

本文將上述兩個時期渤海灣海陸界線之間的區(qū)域作為研究區(qū)域。根據(jù)海域遙感分類信息，參照海岸帶相關土地分類原則，將研究區(qū)域劃分為圍海養(yǎng)殖、鹽田、建設用地、廢棄物處置用地、裸露地、灘涂和水域7種景觀類型，面積統(tǒng)計見表1。表中1992年的灘涂和水域均處于開闊環(huán)境，2012年的灘涂和水域處于人工圍割狀態(tài)。

從圖1可以看出，近20年來渤海灣海陸界線向海推進明顯，其中尤以河北省曹妃甸工業(yè)園區(qū)、天津濱海新區(qū)中部和南部、河北省黃驊港以及山東省東營市沿海最為突出。新增的開發(fā)利用活動主要采用填海和圍海方式，其中填海（建設用地、裸露地和廢棄物處置用地） 69418.3hm2，圍海（圍海養(yǎng)殖、鹽田以及被圍割的灘涂和水域） 64116.4hm2。

表1 研究區(qū)域景觀面積變化（hm2）

遙感解譯的誤差主要緣于遙感圖像的空間分辨率不足和景觀類型誤判。本文采用的遙感影像分辨率在30m左右，雖然對分類精度有一定影響，但在土地利用、景觀生態(tài)等相關領域研究中被有效應用，精度上可以接受；圍海養(yǎng)殖、鹽田、建設用地、灘涂、水域等在遙感影像中的特征區(qū)分較明顯，以目視解譯為主的分類方法基本可保證準確分類，如開發(fā)面積較大的河北省曹妃甸工業(yè)區(qū)、天津臨港經(jīng)濟區(qū)和天津南港工業(yè)區(qū)的遙感分類面積分別為19909.24hm2、11517.00hm2和10761.25hm2，相比《河北省海洋功能區(qū)劃（2011-2020）》 和《天津市海洋功能區(qū)劃（2011-2020）》中記載的對應區(qū)域的面積19918.73hm2、11887.00hm2和10456.00hm2，解譯誤差小于3.2%；廢棄物處置用地、裸露地在遙感圖像中易混淆，但因渤海灣中廢棄物處置用地主要是唐山三友化工有限公司的堿渣場，作者專門通過實地調查，核實了其類型。因此，就區(qū)域性生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算的目的而言，遙感解譯精度基本滿足要求。

2 渤海灣沿岸生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算

2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子的選取

目前對近岸海域生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量的修訂研究十分匱乏，尚需做大量基礎性工作。本文為了能用一定的量化方式，反映高強度海洋開發(fā)活動導致海岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務價值較大損失這一現(xiàn)象，暫參照謝高地等（2008） 修訂后的中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量表（表2） 估算渤海灣沿岸生態(tài)系統(tǒng)服務價值。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算

生態(tài)系統(tǒng)服務價值的估算首先應知道本地區(qū)單位當量的對應價值。由于表2中單位當量對應耕地的食物生產(chǎn)價值，因此應先估算渤海灣海岸帶單位耕地面積的食物生成價值?？紤]天津市位于渤海灣沿海地區(qū)的中部，本文采用2011年天津市主要糧食作物的實際產(chǎn)量（天津市統(tǒng)計局，2012） 和平均收購價格（表3），計算研究區(qū)域單位耕地面積的食物生產(chǎn)價值。計算公式如下：

表2 中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量

式中：VE為單位耕地面積的食物生產(chǎn)價值；Pi為第i 種糧食作物的平均價格；qi為第i種糧食作物的總產(chǎn)量；A 為所有糧食作物的總播種面積。

表3 2011年天津市主要糧食作物相關項目統(tǒng)計

根據(jù)上述公式和數(shù)據(jù)，得出研究區(qū)域單位耕地面積的食物生產(chǎn)價值為1596.3元/hm2，比索安寧等（2011a） 得到的1485.7元/hm2高7.4%。

在此基礎上，根據(jù)景觀類型與當量表中生態(tài)系統(tǒng)類型的相似性、生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量，估算各類型生態(tài)系統(tǒng)服務價值。參照索安寧等（2011a）的估算方法，將灘涂對應濕地；裸露地對應荒漠；建設用地由于地表密實，水源涵養(yǎng)、土壤形成與保護、廢物處理、生物多樣性、食物生產(chǎn)和原材料提供功能都為0，氣體調節(jié)和氣候調節(jié)對應荒漠；圍海養(yǎng)殖對應水產(chǎn)養(yǎng)殖的生態(tài)系統(tǒng)服務，估算食品生產(chǎn)功能價值為89760元/hm2，原材料供給按食品生產(chǎn)功能的10%計算，氣體和氣候調節(jié)對應水域的氣體和氣候調節(jié)功能，娛樂文化對應農田的娛樂文化功能，其他生態(tài)系統(tǒng)服務均為0；鹽田的原材料生產(chǎn)價值估算為4868元/hm2。研究區(qū)域中的廢棄物處置用地為堿渣場，主要用來堆放、周轉堿渣，提取上清液作為工業(yè)原料，生態(tài)系統(tǒng)服務價值主要為原材料生產(chǎn)，其生態(tài)系統(tǒng)服務價值參照鹽田估算。由此，估算出渤海灣沿岸主要景觀類型的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值，見表4。

表4 研究區(qū)域單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值（元/hm2/年）

根據(jù)表1和表4可得出渤海灣1992年和2012年海陸界線之間區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務價值及其變化，見表5。

表5 1992年-2012年研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化（億元/年）

3 渤海灣沿岸生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化分析

3.1 價值總量變化分析

由表5可以看出，在渤海灣1992年和2012年海陸界線之間區(qū)域，1992年的生態(tài)系統(tǒng)服務總價值為106.86億元/年，2012年變?yōu)?3.07億元/年，減少了43.79億元/年?？梢娊?0年的渤海灣沿岸開發(fā)在創(chuàng)造巨大經(jīng)濟效益的同時，也對海域的生態(tài)系統(tǒng)服務造成了較大損失。

3.2 單項價值變化分析

1992年研究區(qū)域主要為自然海域，平均生態(tài)系統(tǒng)服務價值約為8萬元/hm2。經(jīng)過20年的開發(fā)，研究區(qū)域絕大部分轉換為圍海養(yǎng)殖、鹽田、建設用地、廢棄物處置用地和裸露地。其中對海域生態(tài)系統(tǒng)服務價值有顯著提升的是圍海養(yǎng)殖，單位面積價值上升為水域的1.4倍、灘涂的1.2倍，提升的價值總量為11.4億元/年，主要貢獻源于食物和原材料生產(chǎn)功能。造成海域生態(tài)系統(tǒng)服務價值損失最大的是建設用地，其單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務價值是水域的5.0%、灘涂的4.2%，價值主要體現(xiàn)在娛樂文化功能上。

統(tǒng)計可知，導致研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務價值損失的主要景觀類型為建設用地、裸露地、鹽田和廢棄物處置用地，相對原來開闊環(huán)境水域和灘涂，單位面積的價值損失分別為7.64 萬元/hm2/年、7.78 萬 元/hm2/年、 7.51 萬 元/hm2/年 和7.51 萬元/hm2/年，損失的價值總量分別為40.63 億元/年、12.45 億元/年、1.23 億元/年和0.17億元/年。

3.3 重點區(qū)域變化分析

天津市是渤海灣經(jīng)濟發(fā)展的中心地帶，岸線長度占渤海灣的29.48%。近年來，隨著天津濱海新區(qū)的發(fā)展，天津市海岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化較大。根據(jù)上述生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算方法及統(tǒng)計的天津市海域各景觀類型利用情況（表6），得出近20年來天津市海域生態(tài)系統(tǒng)服務價值損失了18.12億元/年，占整個渤海灣沿岸生態(tài)系統(tǒng)服務價值損失的41.38%。導致天津市海域生態(tài)系統(tǒng)服務價值損失最大的景觀類型為建設用地，損失的價值總量為18.54億元/年。

表6 1992-2012年天津市沿岸生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化

4 結論與討論

4.1 結論

（1） 通過比對1992年和2012年渤海灣沿岸遙感資料，參照現(xiàn)有陸地生態(tài)系統(tǒng)價值當量研究成果，估算出近20年來渤海灣沿岸生態(tài)系統(tǒng)服務價值損失。雖然渤海灣開發(fā)在提供食物、原材料方面發(fā)揮著重要的作用，但是，近20年來生態(tài)系統(tǒng)服務價值總量呈顯著減少的態(tài)勢，損失約為43.79億元/年。

（2） 圍海養(yǎng)殖顯著提升了海域生態(tài)系統(tǒng)服務價值，單位面積價值上升為水域的1.4倍、灘涂的1.2倍，提升的價值總量為11.4億元/年，主要貢獻于食物和原材料生產(chǎn)功能。建設用地、裸露地、鹽田和廢物處置用地占用原來開闊環(huán)境水域和灘涂導致單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值損失最大，損失的價值總量分別為40.63億元/年、12.45億元/年、1.23億元/年和0.17億元/年，其中建設用地導致的損失占全區(qū)總損失的83.51%。

（3） 天津市海域近20年來生態(tài)系統(tǒng)服務價值損失了18.12億元/年，雖然天津市岸段長度占渤海灣的29.48%，但生態(tài)系統(tǒng)服務價值損失卻占到總損失的41.38%。

4.2 討論

（1） 近年來，隨著渤海灣地區(qū)社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，圍填海造地強度不斷加大，成為沿海地區(qū)解決土地供需矛盾的主要方法。雖然全國海洋功能區(qū)劃中明確指出對渤海海域實施最嚴格的圍填海管理與控制政策，但社會各界對是否應該控制圍填海造地仍有較多爭論。本文研究表明，近20年來渤海灣沿岸高強度的海洋開發(fā)活動對海洋生態(tài)系統(tǒng)服務價值造成較大損失，其中填海造地導致的海洋生態(tài)系統(tǒng)服務價值損失占全區(qū)總損失的83.51%，填海造地引起海洋生態(tài)系統(tǒng)服務價值損失已成為不爭事實。這些損失相對于渤海灣沿岸地區(qū)的海洋經(jīng)濟增長似乎并不多，但海洋生態(tài)系統(tǒng)服務價值的損失具有累計性，若不加以控制，必將影響海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康和海洋經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

（2） 目前，我國缺少針對近岸海域各類景觀的準確的生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量。由于研究基礎不足，本文與目前大部分相關研究一樣，直接借鑒陸地生態(tài)系統(tǒng)服務價值的估算方法以及價值當量，估算了渤海灣沿岸近20年生態(tài)系統(tǒng)服務價值的損失，且未考慮同類景觀區(qū)域因資源環(huán)境條件改變而導致的生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化。雖然估算結果與實際損失之間存在誤差，但仍能基本反映渤海灣沿岸高強度開發(fā)活動導致生態(tài)系統(tǒng)服務價值較大損失這一現(xiàn)象。今后應進一步完善海洋生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量研究，提高評估工作的可靠性。

（3） 近年來，隨著海洋生態(tài)文明建設的推進，海洋生態(tài)紅線的提出，以及海洋功能區(qū)劃中圍填海規(guī)模控制政策的制定，海洋生態(tài)系統(tǒng)保護制度建設得到不斷完善。但在操作層面，如規(guī)劃編制、指標測算和開發(fā)方案審定等決策環(huán)節(jié)，一直缺少明確的依據(jù)和科學的指導。采用科學的方法，開展各種條件下的海洋生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估，不失為一種值得推薦的決策輔助手段。

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