扎龙自然保护区生态系统服务价值变化研究

2010-05-05张淑花张雪萍

水土保持研究 2010年4期

张淑花，张雪萍

（1.绥化学院旅游与资源管理系，黑龙江绥化152061；2.哈尔滨师范大学地理科学学院，哈尔滨150024）

生态系统不仅创造了人类生存的环境，还不断地提供产品与服务来满足人类生存的需要，其产品与服务的价值化已被广泛运用在理解和探讨人类的可持续发展中。生态系统服务是指由自然系统的生境、物种、生物学状态、性质和生态过程所生产的物质及其所维持的良好的生活环境对人类的服务性能［1］。土地是各种自然生态系统的载体，生态系统类型在土地利用中的表现为土地利用类型，土地利用作为人类最基本的实践活动，通过区域生态进程和服务间的相互作用直接影响区域生态服务价值［2］。土地利用以及由此导致的土地覆盖变化影响着生态系统的结构和功能，对维持生态系统服务功能起着决定性的作用，研究土地利用／土地覆盖变化情况下的生态系统服务价值的变化具有重要现实意义［3］。

1 研究区概况

扎龙自然保护区位于黑龙江省西部，松嫩平原乌裕尔河下游，齐齐哈尔市东南郊26.7km处，地理坐标为123°47′－124°37′E，46°52′－47°32′N，地跨齐齐哈尔市的富裕县、泰来县、铁峰区、昂昂溪区和大庆市的林甸县、杜尔伯特蒙古族自治县等6个县区，总面积2 100km2，是一个以鹤类等大型水禽为主体的珍稀鸟类和湿地生态类型的国家级自然保护区。本区地势北高南低，中间低洼，东西地势高，整个湿地自北向南呈三角形。气候属温带大陆性季风气候，年平均气温2～4℃，年平均降雨量426mm，主要集中于7－9月，占全年降雨量的70%。1992年扎龙国家级自然保护区就已被列入国际重要湿地名录，根据生态环境和功能，湿地划分为3个区域：核心区面积500 km2，为保存完好的典型湿地生境，主要为芦苇沼泽，是鹤类等珍稀水禽重要的栖息地和巢区分布地；缓冲区面积1 480km2，分布着成片或断续的芦苇沼泽、苔草沼泽及湖泡，也是鹤类等珍稀水禽的活动领域和栖息繁殖地，区内村屯较多，有铁路、公路干线和大型水利工程；实验区面积为120km2，生境与缓冲区相同，主要进行鹤类实验研究，并有限开放生态旅游。

2 研究方法

2.1 土地利用／覆盖数据获取

主要以1989年6月、1999年9月美国Landsat－TM影像和2006年6月的CBERS（中巴资源卫星）为数据源，TM影像选用TM4，3，2波段进行假彩色合成，CBERS最高空间分辨率为19.5m，CCD（电荷合耦相机）光谱段的设计与美国Landsat－TM影像相似［4］，因此也选择4，3，2波段组合。所有遥感图像经过增强、纠正、镶嵌等处理后，根据影像特征，在参考其它相关资料的基础上，将研究区域的土地利用类型划分为耕地（平原旱地、水田）、草地、林地、未利用地（盐碱地）、水域、湿地（沼泽湿地）和建设用地（城镇、农村居民地、工矿、交通用地）等7类，建立不同土地利用类型的判读标志并进行人机交互解译，再进行实地校验，修改无误后建立扎龙自然保护区土地利用数据库，数据格式Coverage，投影方式为（Albers）等面积割圆锥投影，中央经线为105°E，双标准纬线分别为25°N和47°N，坐标原点为（0，0）。

2.2 土地利用类型动态度

土地利用类型动态度（K）指的是某研究区一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况，其计算公式如式（1）。

式中：Ua、Ub——研究初期及研究末期某一种土地利用类型的数量；T——研究时段，当T的时段设定为年时，K——该研究区某种土地利用类型年变化率。

2.3 生态系统服务价值评价

生态系统对人类的贡献可以用经济价值来评估，通过货币化生态系统服务的功能和效益，可以给出这种服务在经济上的价格标签。认识生态系统服务的巨大价值，特别是将生态系统服务的经济价值融入到市场经济的运行中去，将会使人们更加意识到保护生态系统服务功能的重要性［2－3］。近年来，生态系统服务价值的研究逐渐成为生态学和生态经济学的一个热点，其中，美国生态学家Constanza等人的研究成果引起了世界各国极大的反响［5］。他将全球生物圈划分为：海洋、森林、草原、湿地、水面、荒漠、农田等16大类26小类；将生态系统服务功能划分为气体调节、气候调节、养分循环、土壤形成、文化娱乐等17种功能，对不同土地利用类型的生态系统服务价值进行了量化。但在其研究中某些数据与实际存在较大偏差，如对耕地服务价值估计过低，湿地价值又偏高等。针对此问题，谢高地等将生态系统服务体系分为9种功能，并结合我国的土壤、地形等特点，对Costanza的生态系统单价进行了修正，并得出我国一级生态系统的生态服务价值［6］，此外，我国其他学者对不同区域生态系统服务价值也作了大量的研究［7－11］。

本文基于Constanza的生态系统服务价值理论，结合谢高地等对我国平均状态生态系统服务价值的单价，对扎龙自然保护区生态系统服务价值变化进行研究。生态系统服务价值计算公式如式（2）。

式中：ESV——研究区生态系统服务总价值（元）；Ak——研究区第k种土地利用类型的分布面积（hm2），VCk——生态价值系数，即单位面积上k种土地利用类型的生态系统服务价值（元／hm2）。

为得到不同土地利用类型的生态系统服务价值，现将本文所划分的研究区土地利用类型与生态系统类型进行对照（表1）。

表1 与土地利用类型相对应的生态系统类型及其生态价值系数元／hm2

2.4 敏感度指数计算方法

为验证生态系统类型对于土地覆盖类型的代表性以及生态价值系数的准确性，引入生态价值弹性系数（CS），以反映生态系统服务价值对生态价值系数的依赖程度，其基本理论与经济学的弹性系数相似，即某一生态系统价值系数的变化引起整个生态系统的总价值的变化状况［12－13］。具体计算方法如下：

式中：CS——生态价值弹性系数；ESV——估算的生态系统服务价值；VC——生态价值系数，i，j——调整前和调整后的状态，k代表各土地利用类型。CS＞1，表明1%的VC变动会引起ESV大于1%的变动，说明ESV对VC是富有弹性的；CS＜1，表明1%的VC变动会引起ESV小于1%的变动，说明生态系统服务价值是缺乏弹性的，比值越大，表明生态价值系数的准确性对生态系统服务价值的评估越关键。

3 结果与分析

3.1 土地利用／土地覆被变化

表2为研究区的各土地利用类型1989－2006年变化面积、变化率及动态度。从表2可以看出，扎龙自然保护区1989－2006年土地利用变化面积较大的有耕地、未利用地和草地，其中耕地、未利用地面积增加，增加率均在20%以上，这主要是因为17a间对土地的开垦以及过度利用使得盐碱地面积增加所致，另外建设用地也表现出增加的趋势，这主要是由于农村和城镇用地以及交通用地增加所致。土地利用面积减小的类型有草地、湿地和水域，其中草地面积减小程度最大，年均减少率为1.04%。

表2 研究区土地利用类型变化面积及动态度

3.2 生态系统服务价值变化

根据前文所述生态系统服务价值的估测方法，得出扎龙地区生态系统服务价值从1989－2006年的变化状况（见表3）。从生态系统服务总价值看，生态系统服务价值总体呈下降趋势。从各生态系统服务价值的构成看，湿地系统、水域系统和草地系统的生态价值占总生态系统服务价值的97%以上，是生态系统服务的主体部分；林地系统、耕地系统、建设用地系统及未利用地系统的生态价值较少，占生态系统服务价值的不到3%。1989－2006年湿地面积减少4 032 hm2，生态价值损失了2.237 3亿元，水域面积减少了456hm2，生态价值损失了0.185 5亿元，草地面积减少6 805hm2，生态价值损失了0.436 0亿元；湿地生态价值损失占生态系统总服务价值损失量的92.5%，而水域和草地的生态价值变化量相对较小，因此，湿地生态价值的变化在一定程度上决定了扎龙自然保护区生态系统服务价值的变化。

从生态系统服务价值时间序列变化看，对于1989－1999年和1999－2006年两个时间段，后一时间段的生态系统服务价值减少量和变化率明显小于前一时间段。1989－1999年生态系统服务价值减少1.889 1亿元，变化率为2.51%，年均减少0.188 9亿元；1999－2006年生态系统服务价值减少0.529 5亿元，变化率为0.72%，年均减少7.56亿元。可见扎龙自然保护区生态系统服务价值的损失量正在明显减少，说明扎龙自然保护区生态环境恶化趋势正在逐步减缓，近年来对扎龙自然保护区实施的一系列湿地生态保护措施及工作已经开始初见成效。

3.3 生态系统单项服务功能价值变化

表4是扎龙自然保护区生态系统单项服务功能的变化状况，从中可以看出，1989－2006年生态系统各项服务功能的价值由高到低排列顺序基本保持不变，依次为废物处理功能、水源涵养功能、气候调节功能、娱乐文化功能、生物多样性保护功能、土壤形成与保护功能、气体调节功能、食物生产功能和原材料功能，其中废物处理功能、水源涵养功能和气候调节功能的价值贡献最大，占生态系统总服务价值的79%以上，是扎龙自然保护区生态系统服务功能的主要表现形式，食物生产和原材料功能价值贡献最小，只占生态系统总服务价值的1%。

1989－2006年生态系统各项服务功能变化程度大小不同，除食物生产功能表现增加外，其它的功能都表现出降低的趋势。各项服务功能价值损失程度差异不大，只有原材料功能价值损失率为1.06%，其它功能价值损失率均在3%～4%之间。

表3 研究区生态系统服务价值变化

表4 研究区1989－2006年生态系统服务功能价值变化

3.4 敏感度分析

根据前文所述的敏感性指数计算方法，将各类生态系统服务价值系数分别向上下调整50%，应用调整后的生态价值系数对研究区1989－2006年的总服务价值进行了估算，估算结果及敏感度指数如表5所示。

表5 生态系统服务价值敏感度

分析表明价值系数的敏感性指数CS都是小于1，表明扎龙自然保护区土地类型对生态系统价值变化缺乏弹性。其中湿地的敏感度指数最大，接近0.88，即湿地的VC增加1%，生态系统的总服务价值增加约0.88%，而其它土地利用类型的敏感度指数都在0.1以下。这说明在扎龙自然保护区，除湿地外，其它土地利用类型VC的变化对扎龙地区整个生态系统服务总价值的变化影响不大。

4 结论

（1）从生态系统服务价值组成来看，湿地、水域和草地所表现出很高的生态服务价值，占生态系统总服务价值的97%以上，说明扎龙自然保护区生态系统的服务价值主要是通过湿地、水域和草地体现出来。

（2）对比1989年、1999年、2006年扎龙自然保护区生态价值得出生态系统服务价值表现出明显的下降趋势，由原来的7.511 65×109元降为7.269 79×109元，价值损失为2.418 6×108元，损失率为3.22%。1989－1999年和1999－2006年两个时间段，后一时间段的生态系统服务价值减少量和变化率明显小于前一时间段，说明扎龙自然保护区生态环境恶化趋势正在逐步减缓。

（3）对扎龙自然保护区生态系统单项服务功能的价值分析，废物处理功能、水源涵养功能和气候调节功能的价值贡献最大，占生态系统总服务价值的79%以上，是扎龙自然保护区生态系统服务功能的主要表现形式。

（4）各土地利用类型的敏感性指数均小于1，说明他们对生态系统价值变化缺乏弹性。其中湿地的敏感度指数为0.88，而其它土地利用类型的敏感度指数均在0.1%以下，说明对扎龙地区整个生态系统服务价值影响较大的土地类型为湿地，因此加强对湿地的保护是保持扎龙地区生态系统服务价值的重要途径。

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