龍門(mén)山地區(qū)1995-2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

胡利利,李亦秋,鄧 歐,申朝永,陳盼盼,周道琴

(1.貴州省第三測(cè)繪院,貴陽(yáng) 550004;2.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,貴陽(yáng) 550025;3.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,北京 100083 )

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能為人類(lèi)生產(chǎn)、生活提供物質(zhì)基礎(chǔ)的同時(shí)，還創(chuàng)造與維持地球生命支持系統(tǒng)，形成人類(lèi)生存所必需的環(huán)境條件[1-3]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類(lèi)福祉密切相關(guān)[4-5]，平衡協(xié)調(diào)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是人類(lèi)生存與可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[6]。開(kāi)展區(qū)域生態(tài)功能區(qū)劃、環(huán)境經(jīng)濟(jì)核算、生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及生態(tài)補(bǔ)償決策都需要以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估為重要依據(jù)和基礎(chǔ)[7-9]。目前生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(Ecosystem services value，縮寫(xiě)為“ESV”)研究已成為可持續(xù)發(fā)展的研究熱點(diǎn)[10]，開(kāi)展區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化研究對(duì)于區(qū)域生態(tài)建設(shè)與保護(hù)、區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

龍門(mén)山地區(qū)位于青藏高原與四川盆地的過(guò)渡地帶[11]，處于長(zhǎng)江中上游支流岷江、嘉陵江以及漢江的源頭區(qū)域，是長(zhǎng)江上游地區(qū)生態(tài)安全的重要屏障，在“生物多樣性保護(hù)”和“水源涵養(yǎng)”、“水土保持”等方面具有不可替代的作用[12]，具有極其重要的生態(tài)服務(wù)功能[12]。2008年汶川大地震及次生災(zāi)害在造成重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失[13-14]的同時(shí)，使得該區(qū)域景觀破碎化、生態(tài)廊道遭到不同程度破壞[15]，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重受損[16]。本文借鑒已有研究成果對(duì)龍門(mén)山地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化情況進(jìn)行分析，以期為區(qū)域?yàn)?zāi)后生態(tài)環(huán)境重建與保護(hù)、自然資產(chǎn)評(píng)估、區(qū)域生態(tài)建設(shè)、生態(tài)保護(hù)紅線(xiàn)劃定及區(qū)域國(guó)土空間規(guī)劃提供借鑒[17]。

1 研究區(qū)概況

龍門(mén)山地區(qū)位于青藏高原向四川盆地的過(guò)渡地帶，地跨川西北高原區(qū)、四川盆地平原區(qū)、盆周山地區(qū)以及川西南山地區(qū)四大地貌區(qū)[11]，區(qū)域地形地貌復(fù)雜多樣，整體呈現(xiàn)出西高東低的趨勢(shì)，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)極其強(qiáng)烈[11,18]，該區(qū)域是藏族、羌族的聚居地，處于“游牧文化”與“農(nóng)耕文化”的交錯(cuò)區(qū)[19]，自西南漢源、滎經(jīng)縣，向東北經(jīng)寶興縣、都江堰、安縣、江油市、廣元市延伸至陜西寧強(qiáng)、勉縣一帶[13,17](圖1)。在氣候類(lèi)型上，該區(qū)處于山地亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)與暖溫帶半干旱季風(fēng)氣候區(qū)過(guò)渡區(qū)[20-21]，垂直分布特征顯著，降水豐富且集中分布于夏季[20-21]同時(shí)該區(qū)是長(zhǎng)江支流岷江、嘉陵江和漢江的發(fā)源地(圖1)，具有重要的生態(tài)地位。汶川大地震及次生災(zāi)害給該區(qū)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞[22]。

圖1 龍門(mén)山地區(qū)地理位置[17]

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

由1995年、2000年、2005年、2010年、2015年的Landsat系列遙感影像解譯獲取土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，糧食價(jià)格及產(chǎn)量來(lái)源于《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編-2016年》[23]、《四川統(tǒng)計(jì)年鑒》[24]等相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算方法 謝高地等[25-26]在Costanza等[27]的基礎(chǔ)上提出了符合中國(guó)實(shí)際的“中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表”，構(gòu)建了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值化的當(dāng)量因子法，該方法適合且便于開(kāi)展大、中尺度區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值研究[28-29]，得到了廣泛應(yīng)用。2015年，謝高地等參照千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估(MA)的分類(lèi)方法對(duì)該方法進(jìn)行了改進(jìn)，得出新的當(dāng)量因子表[7]。本文依據(jù)新的當(dāng)量因子表，結(jié)合龍門(mén)山地區(qū)實(shí)際來(lái)對(duì)其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行核算。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算模型[30-32]如下：

(1)

ESVf=∑(Ak×VCfk)

(2)

式中：ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值[30-32]；Ak為k類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)面積(hm2)[30-32]；VCk為k類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值系數(shù)[元/(hm2·a)][30-32]；ESVf為生態(tài)系統(tǒng)第f項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值[30-32]；VCfk為k類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)第f項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值系數(shù)[元/(hm2·a)][30-32]。該方法不考慮建設(shè)用地生態(tài)服務(wù)價(jià)值。

2.2.2 敏感性分析 本文利用敏感性指數(shù)(Coefficient of Sensitivity，CS)[32-34]來(lái)分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值系數(shù)變化的依賴(lài)程度。敏感性指數(shù)計(jì)算公式[32-34]如下：

(3)

式中：VCik，VCjk分別為k類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)調(diào)整前和調(diào)整后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值系數(shù)(value coefficient,VC)[32-34]；ESVi，ESVj則分別代表生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值系數(shù)調(diào)整前、后生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值。通過(guò)對(duì)VC分別上調(diào)50%和下調(diào)50%來(lái)計(jì)算CS，如果CS>1，說(shuō)明ESV對(duì)VC具有彈性，表明其準(zhǔn)確度差、可信度較低；如果CS<1，則說(shuō)明ESV對(duì)生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值系數(shù)(VC)缺乏彈性，表明結(jié)果可信[32-34]。

3 結(jié)果與分析

3.1 龍門(mén)山地區(qū)1995-2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)

謝高地等[7]構(gòu)建的當(dāng)量因子表反映的是全國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的平均狀態(tài)[25]，為了符合龍門(mén)山地區(qū)的實(shí)際，本文利用代表區(qū)域差異顯著的生物量因子[35]來(lái)對(duì)基礎(chǔ)當(dāng)量進(jìn)行修正。由于龍門(mén)山地區(qū)大部分地區(qū)位于四川省內(nèi)且位于陜西省的勉縣、寧強(qiáng)縣在地域上與四川省毗鄰，氣候、降水等自然地理概況都具有一定的相似性，因此本文依據(jù)四川省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物量因子[35]對(duì)基礎(chǔ)當(dāng)量進(jìn)行修正。依據(jù)已有研究成果[7,25]，由《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編-2016年》[23]、《四川統(tǒng)計(jì)年鑒》[24]獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，得到龍門(mén)山地區(qū)1995年、2000年、2005年、2010年、2015年標(biāo)準(zhǔn)單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子價(jià)值量分別為：2 485.94元/hm2，1 783.57元/hm2，1 917.22元/hm2，2 124.00元/hm2，2 004.43元/hm2，結(jié)合當(dāng)量因子得到龍門(mén)山地區(qū)對(duì)應(yīng)年份生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)。

3.2 龍門(mén)山地區(qū)1995—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化分析

3.2.1 龍門(mén)山地區(qū)1995—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化分析 根據(jù)5期遙感影像解譯得到的土地利用數(shù)據(jù)，結(jié)合各期生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)，基于ARC GIS10可視化處理得到單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空分異圖(圖2)并將其劃分為5個(gè)等級(jí)(空值為建設(shè)用地，本文不對(duì)其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行核算)。

圖2 龍門(mén)山地區(qū)1995-2015年單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空分異

根據(jù)公式(1—2)對(duì)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空分異圖層運(yùn)算、統(tǒng)計(jì)得到1995—2015年龍門(mén)山地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)面積及其生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化圖(圖3)。

(1) 時(shí)序變化分析。如圖3所示：1995—2015年各類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)中森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最高，其次是草地生態(tài)系統(tǒng)，二者合計(jì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的貢獻(xiàn)介于86.32%～87.30%，荒漠生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最低，不足0.10%。各類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值基本呈現(xiàn)出一致的變化規(guī)律，即1995—2000年趨于下降，2000—2010年趨于上升，2010—2015年除濕地生態(tài)系統(tǒng)外，各類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值均呈下降趨勢(shì)。具體來(lái)說(shuō)：1995—2000年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量從1995年的2 473.19億元下降到2000年的1 760.88億元，下降了28.80%；2000—2005年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量增加到1 892.96億元，增加了7.50%，2010年繼續(xù)增加到2 105.94億元，增加了11.25%；2010—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量下降到1 984.67億元，下降了5.76%；1995—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量下降了19.75%。

圖3 龍門(mén)山地區(qū)1995-2015年各類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)面積及其生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化

(2) 空間特征分析。由圖2可知：1995—2015年不同區(qū)域單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值具有顯著空間差異性：山區(qū)、高原區(qū)遠(yuǎn)大于丘陵、平原區(qū)；1995—2015年單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空值區(qū)域不斷增大，這可能與區(qū)域城市化過(guò)程建設(shè)用地面積不斷擴(kuò)大占用其他生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)(圖3)。

對(duì)不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖4所示：1995—2000年不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值同樣與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值變化規(guī)律一致，即1995—2000年趨于下降，2000—2010年趨于上升，2010—2015年呈下降趨勢(shì)，最低值出現(xiàn)在2000年?？傮w上，1995—2015年盆周山地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值從1 489.88億元下降到1 197.14億元，下降了19.65%，平原區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值從495.68億元下降到391.70億元，下降了20.98%，川西北高原區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值從350.50億元下降到282.10億元，下降了19.52%，川西南山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值從118.86億元下降到97.97億元，下降了17.58%，丘陵區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值從18.27億元下降到15.77億元，下降了13.64%。

如圖4所示，從比重分布上來(lái)看，1995—2015年盆周山地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值所占比重最高，均在60.00%以上，加上川西南山區(qū)，山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總比重達(dá)65.00%以上；其次，平原區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值所占比重約為20.00%；川西北高原區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值所占比重約為14.20%；由于丘陵區(qū)占地面積小，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值所占比重最低，小于1.00%。綜上，1995—2015年不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值總體呈現(xiàn)出山區(qū)>平原區(qū)>高原區(qū)>丘陵區(qū)的特點(diǎn)。此外，值得注意的是：2005—2010年平原區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值所占比重呈下降趨勢(shì)，而盆周山地區(qū)、川西北高原區(qū)、川西南山區(qū)、丘陵區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值所占比重均呈上升趨勢(shì)，這可能與汶川地震及其次生災(zāi)害對(duì)平原區(qū)農(nóng)田的破壞相關(guān)。

圖4 龍門(mén)山地區(qū)1995-2015年不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及其比重變化

3.2.2 龍門(mén)山地區(qū)1995—2015年各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化分析 對(duì)龍門(mén)山地區(qū)1995—2015年各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖5所示。1995—2015年，同一項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值所占比重趨于穩(wěn)定；同一時(shí)期各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值所占比重呈現(xiàn)顯著差異；其中，氣候調(diào)節(jié)價(jià)值、水文調(diào)節(jié)價(jià)值占比最大，合計(jì)達(dá)49.00%以上；其次是土壤保持價(jià)值與氣體調(diào)節(jié)價(jià)值，水資源供給價(jià)值所占比例最小。

圖5 龍門(mén)山地區(qū)1995-2015年各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值比重變化

3.3 敏感性分析

根據(jù)敏感性指數(shù)(CS)計(jì)算公式(3)，通過(guò)對(duì)各類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)(VC)分別上、下調(diào)動(dòng)50%來(lái)分析ESV對(duì)價(jià)值系數(shù)的敏感程度，結(jié)果見(jiàn)表1。同一生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型在不同時(shí)期其ESV對(duì)價(jià)值系數(shù)的敏感性指數(shù)變化較?。煌粫r(shí)期不同生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型其ESV對(duì)價(jià)值系數(shù)的敏感性指數(shù)差別較大，具體表現(xiàn)為：1995年，灌木林CS>針闊混交林CS>闊葉林CS>灌草叢CS>針葉林CS>草甸CS>草原CS>水系CS>旱地CS>水田CS>濕地CS>荒漠CS>冰川積雪CS>裸地CS；2000年、2005年，灌木林CS>針闊混交林CS>灌草叢CS>闊葉林CS>針葉林CS>草甸CS>草原CS>水系CS>旱地CS>水田CS>濕地CS>荒漠CS>冰川積雪CS>裸地CS；2010年、2015年，灌木林CS>針闊混交林CS>灌草叢CS>闊葉林>CS針葉林CS>水系CS>草甸CS>草原CS>旱地CS>水田CS>濕地CS>荒漠CS>冰川積雪CS>裸地CS；各時(shí)段各敏感性指數(shù)均遠(yuǎn)小于1，表明龍門(mén)山地區(qū)各年份ESV對(duì)功能價(jià)值系數(shù)缺乏彈性，表明本文采用的價(jià)值系數(shù)適合龍門(mén)山地區(qū)的實(shí)際情況，研究結(jié)果可信。

表1 龍門(mén)山地區(qū)1995-2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值敏感性指數(shù)

4 結(jié) 論

(1) 1995—2015年，各生態(tài)系統(tǒng)中森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最高，其次是草地生態(tài)系統(tǒng)，荒漠生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最低。

(2) 不同區(qū)域單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值具有顯著空間差異：山區(qū)、高原區(qū)遠(yuǎn)大于丘陵、平原區(qū)；不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值總體呈現(xiàn)出山區(qū)>平原區(qū)>高原區(qū)>丘陵區(qū)的特點(diǎn)。

(3) 1995—2015年各類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)其服務(wù)價(jià)值、不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值基本呈現(xiàn)出一致的變化規(guī)律：1995—2000年趨于下降，2000—2010年趨于上升；2010—2015年基本呈下降趨勢(shì)；整體上，1995—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量下降了19.75%。

(4) 同一項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在不同時(shí)期所占比重趨于穩(wěn)定；同一時(shí)期，各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值所占比重呈現(xiàn)顯著差異性，11種生態(tài)服務(wù)類(lèi)型中，氣候調(diào)節(jié)價(jià)值、水文調(diào)節(jié)價(jià)值對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的貢獻(xiàn)最大，其次是土壤保持價(jià)值、氣體調(diào)節(jié)價(jià)值，水資源供給價(jià)值所占比例最小。

(5) 同一時(shí)期不同生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型其ESV對(duì)價(jià)值系數(shù)的敏感性指數(shù)差別較大；同一生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型在不同時(shí)期其ESV對(duì)價(jià)值系數(shù)的敏感性指數(shù)變化較小，各時(shí)段各敏感性指數(shù)均遠(yuǎn)小于1，表明龍門(mén)山地區(qū)各時(shí)期生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)本文采用的價(jià)值系數(shù)缺乏彈性，研究結(jié)果可信。

運(yùn)用當(dāng)量因子法可以有效進(jìn)行龍門(mén)山地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值研究。同時(shí)應(yīng)注意到：運(yùn)用該方法進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算，不僅受生態(tài)環(huán)境(生態(tài)系統(tǒng)面積)變化影響，還受區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素(糧食價(jià)格和糧食產(chǎn)量)影響，甚至掩蓋生態(tài)環(huán)境變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的影響。如汶川地震造成農(nóng)田、草地生態(tài)系統(tǒng)面積的縮減，同時(shí)引起荒漠的增加，但由于糧食價(jià)格及產(chǎn)量的影響，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的最低值并沒(méi)有出現(xiàn)在汶川大地震發(fā)生后的2010年。

龍門(mén)山地區(qū)在今后的生態(tài)建設(shè)與保護(hù)、生態(tài)保護(hù)紅線(xiàn)劃定及區(qū)域國(guó)土空間規(guī)劃等工作中要堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展道路，繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值貢獻(xiàn)高的森林、草地等自然生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)，同時(shí)應(yīng)重視對(duì)濕地等生態(tài)脆弱區(qū)的修復(fù)與保護(hù)，嚴(yán)禁不合理的開(kāi)墾開(kāi)發(fā)，不以破壞資源環(huán)境為代價(jià)換取經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，努力謀求經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的高度協(xié)調(diào)發(fā)展。