土地覆盖变化对盐城海岸带湿地生态系统服务价值的影响

邢 伟，王进欣，王今殊，仲崇庆，张维康，毛霞丽

（1.徐州师范大学 城市与环境学院，江苏 徐州 221116；2.浙江农林大学 环境科技学院，杭州 311300）

生态系统服务功能是指自然生态系统及其物种维持和满足人类生存，维持生物多样性和生产生态系统产品的条件和过程［1］。土地利用／覆盖变化（Land Use and Land Cover Change，LUCC）是人与自然交叉最为密切的环节，是全球环境变化研究的核心领域之一。由土地利用导致的土地覆盖变化通过改变生态系统的结构和功能，对生态系统服务功能维持起着决定性的作用［2］。同时，土地利用／覆盖变化驱动下的生态系统服务变化，也是LUCC环境效应的一个重要量化指标［3］。研究表明，以土地利用／覆盖为测度指标来计算生态系统的服务功能价值是可行和可靠的［4］，研究土地利用／覆盖变化情况下的生态系统服务价值的变化具有重要的现实意义。

1997年Costanza等［1］对全球生态系统服务价值进行估价之后，国内外学者也展开了对湿地生态系统服务价值的研究，并取得了较快进展［5－7］，但以往的研究多是对湿地生态系统服务价值进行估算，而从土地覆盖变化引起湿地生态系统结构变化进而导致的生态系统服务功能变化的角度来探讨湿地生态问题的研究并不多见。随着3S技术的发展，卫星遥感影像逐渐成为评价和监测生态系统服务功能的一种重要的信息资源，而这项工作的前提则是以土地覆盖变化作为生态系统服务功能评价的测度指标［8］。因此，本文选取1992年和2008年的遥感影像数据，以遥感影像提供的土地覆盖分类数据为主要信息源，应用Costanza等的生态服务价值计算方法，参考中国陆地生态系统单位服务价值系数估算了1992年和2008年盐城海岸带湿地的生态系统服务价值，并对盐城海岸带湿地由于土地覆盖变化所导致的生态系统服务价值变化做了探讨，旨在为合理利用、保护盐城海岸带湿地提供重要的资料和科学依据。

1 研究区概况

盐城海岸带湿地地处江苏中北部（32°34′－34°28′N，119°27′－121°16′E），东临黄海，由江苏省盐城市辖5县市（响水、滨海、射阳、大丰和东台）的滨海滩涂组成。该区地跨暖温带和北亚热带2个气候带，年平均气温14℃，地貌类型主要为黄河三角洲和江苏中部海积平原，海拔0～4m，主要入海河流有灌河、射阳河、黄沙港、新洋港、斗龙港、王港河、川东港和东台河等。

2 数据资料与研究方法

2.1 土地覆盖类型的划分

根据盐城海岸带湿地实际情况和野外考察结果，参考盐城海岸带湿地土地覆盖分类体系的研究结果［9－10］，本文将研究区内的土地覆盖方式分为自然湿地和生产用地两大类别，自然湿地包括河流湿地（包括自然河流和灌溉沟渠）、互花米草、盐地碱蓬、芦苇和潮间带光滩；生产用地包括盐田、水产养殖塘（包括海水养殖塘和淡水养殖塘）和弃耕地。

2.2 土地覆盖动态数据获取及分析

在野外调查的基础上，以1992年和2008年两期Land sat TM／ETM＋遥感影像作为主要数据源，利用ERDAS Imagine 8.7软件对遥感影像进行波段合成、几何纠正和图像增强等处理；运用监督分类（最大似然法）结合专家分类的方法提取研究区土地覆盖信息，并辅以土地利用现状图和野外调查资料以及GPS数据，建立研究区各种土地覆盖类型的解译标志，并在ArcGIS 9.2环境下利用目视解译结合地面调查对分类结果进行修正，最终生成1992年和2008年研究区的土地覆盖类型图，并提取了1992年和2008年盐城海岸带湿地各种土地覆盖类型的属性数据。

2.3 生态系统服务价值评价方法

1997年Costanza等［1］的研究成果使生态系统服务价值评估的原理与方法从科学意义上得以明确，将生态系统服务研究推向生态经济学研究的前沿。据此，谢高地等［11］根据中国的实际情况，参考Costanza的研究成果，在概括综合的基础上，制定了中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表，并成为许多学者研究中所采用的基础数据。但考虑到促淤造陆、大气组分调节、科教旅游及生物多样性保护等在盐城海岸带湿地的重要性，本文根据谢高地等制定的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表（表1），依据当地市场的价格和研究区实地概况，参考海岸带湿地生态服务价值已有文献对研究区的促淤造陆、食物生产、原材料、大气组分调节、科考旅游与生物多样性保护等服务价值进行了重新计算，而水分调节及污染物降解的服务价值则借鉴谢高地等确定的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表，并依据研究区的实际情况进行修正，以此来确定研究区生态服务价值系数（表2），计算盐城海岸带湿地生态系统服务价值。

2.3.1 促淤造陆的价值 互花米草滩每1km2每年比光滩多淤积4.28万 m3的泥沙［12］，以我国耕作土壤的平均厚度0.5m计，每1km2增加土壤总面积为0.0856 km2。采用机会成本法，根据射阳垦区年农业生产的平均效益对促淤造陆价值进行估算。

2.3.2 食物生产和原材料价值 以年产量与当地市场价格得出其总产值，进而得水产养殖塘食物生产价值进行估算；而弃耕地提供粮食作物的价值采用谢高地等人的研究结果。以干芦苇单产与当地芦苇市场价格得出芦苇滩提供原材料的单位生态服务价值；盐田产出则以原盐年产量与市场价格的乘积得出盐田提供原盐的生态服务价值。

表1 中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值 ［11］ 元／（a·hm2）

表2 与土地覆盖类型相对应的生态服务类型及生态服务价值系数 万元／km2

2.3.3 大气组分调节价值 盐城海岸带湿地的大气组分调节功能分为3部分:植物固定CO2、释放O2以及排放温室气体。大气组分调节价值为植物固定CO2与释放O2价值之和减去温室气体排放的价值。

2.3.4 科考旅游价值 我国单位面积湿地生态系统的平均科研价值38200 元／km2［11］，Costonza等［1］人对全球湿地生态系统科研文化功能价值为86100 ＄／km2。本研究采用二者的平均值来计算盐城海岸带湿地的科考旅游价值。

2.3.5 生物多样性保护价值 盐城海岸带湿地的生物多样性保护价值的估算，采用吴玲玲和陈国强等在长江口及厦门海岸带研究的结果［6－7］；研究区弃耕地的生物多样性保护价值仍采用谢高地等人的研究结果。

2.3.6 生态系统服务价值的计算公式为

式中:V——研究区生态系统服务价值；Pi——表2中不同生态系统服务的基准单价；Si——研究区第i种土地覆盖类型的分布面积。

3 结果与分析

3.1 盐城海岸带湿地土地覆盖的变化

在1992－2008年期间，整个盐城海岸带湿地的土地覆盖发生了显著的变化（表3）。除互花米草滩面积增长外，光滩、芦苇滩、碱蓬滩、河流湿地的自然湿地的面积持续下降，由1992年的2383 .96km2下降到2008年的1696 .98km2，降幅达29%。而生产用地的面积则大幅上升，由1992年的600.54km2上升到2008年的1249 .04km2，增幅达到108%。

在各种自然湿地类型中，芦苇群落在1992年面积为354km2，到2008年下降到87.53km2，降幅达到75.3%；盐地碱蓬群落面积由1992年273.16km2下降到2008年的74.21km2，降幅达到72.8%；潮间带光滩的面积由1692 .35km2下降到1313 .72km2，降幅为22.4%。河流湿地面积变化较小。作为入侵种的互花米草群落在1992年以前入侵面积较小，仅为33.45 km2，到2008年面积已达156.91km2（表3）。

表3 1992－2008年盐城海岸带湿地各种土地覆盖类型面积及变化率

研究区内的水产养殖塘和弃耕地大部分是由人类对自然湿地的围垦利用而来，其面积都呈现出逐渐增加的趋势。在1992－2008年，水产养殖塘面积由199.97km2增长到658.82km2，增幅达到229.6%；弃耕地面积由34.92km2增长到266.71km2，增幅达到663.8%（表3）。

分析研究区主要土地覆盖方式间的转移过程发现（表4），1992－2008年期间土地覆盖变化的主要特征表现为光滩向水产养殖塘和互花米草滩转移；盐地碱蓬滩向水产养殖塘、互花米草滩和芦苇滩转移；芦苇滩向水产养殖塘和弃耕地转移。到2008年，有高达127.00km2和155.26km2的光滩湿地转变成水产养殖塘和互花米草滩景观；盐地碱蓬在此期间损失严重，仅有27.17%保留下来；而芦苇湿地在此期间则有高达46.15%和40.90%的面积转化为水产养殖塘和弃耕地景观。

表4 盐城海岸带湿地1992－2008年各种土地覆盖类型转移矩阵 km2

总体上，盐城海岸带湿地的土地覆盖变化特征表现为以芦苇、碱蓬滩为代表的自然湿地的大幅减少和弃耕地、水产养殖塘等人为活动强度较高的土地覆盖方式的显著增加；盐城海岸带湿地的土地覆盖的最主要变化过程为人类活动对自然湿地围垦利用，占所有变化面积的76.33%，自然湿地演化占11.24%，米草生物的入侵占湿地整体变化面积的5.86%。

3.2 土地覆盖变化对湿地生态系统服务价值的影响

3.2.1 对单项生态服务功能的影响 根据生态系统服务价值的估算方法，结合盐城海岸带湿地生态系统具体情况，定量计算出1992年和2008年盐城海岸带湿地主导生态服务功能的经济价值（表5）。

表5 1992－2008年盐城海岸带湿地各项生态服务价值

由表5可以看出，1992－2008年间，盐城海岸带湿地的促淤造陆和物质生产功能价值呈增长趋势，其中食物生产的价值增长幅度最大，达40.524亿元，促淤造陆价值增长了0.197亿元，这主要是由于水产养殖塘的扩建以及入侵种互花米草面积扩大引起的（表3）。而大气组分调节、水分调节、污染物降解、科考旅游和生物多样性保护的价值减少了，这主要是由于人类活动的加剧以及外来入侵种互花米草面积的扩大，使得研究区生产用地面积大大增加，而自然湿地的面积却大幅度减少（表3），自然湿地的减少使得湿地进行大气组分调节、生物多样性保护等环境保护功能的价值减少（表5）。

3.2.2 土地覆盖变化引起的海岸带湿地生态系统服务功能价值的变化 由表6可以看出，1992年盐城海岸带湿地生态系统服务总价值为60.690亿元，2008年为86.039亿元，即在16a间生态系统服务价值增加了25.349亿元。从不同土地覆盖类型来看，1992－2008年间，水产养殖塘的生态服务价值增长最多，达到41.991亿元，其次是互花米草滩的生态服务价值，增长了5.047亿元；而芦苇滩的生态服务价值损失最大，达11.097亿元，其次是盐地碱蓬滩的生态服务价值，损失达7.815亿元。

表6 1992－2008年盐城海岸带不同土地覆盖类型生态系统服务价值变化

土地覆盖变化对盐城海岸带湿地生态系统服务价值造成了显著影响。从表3和表6中可以看出，1992年水产养殖塘的面积所占比例仅为6.70%，生态系统服务价值却占30.15%，占整个湿地生态系统的主导地位，为各种土地覆盖类型价值之首；到2008年水产养殖塘的面积所占比例达到22.70%，生态系统服务价值所占比例更达到70.07%，在此期间生态系统服务价值增长了229.46%，这主要是由于受人类活动的影响，人类为获取更大的经济利益，加大了水产养殖塘的建设，大面积的自然湿地转化为水产养殖塘（表4），从而扩大了水产养殖塘的面积（表3），使得水产养殖塘的物质生产价值显著增加。

1992－2008年间，盐城海岸带互花米草滩的生态服务价值由1.367亿元增长到6.414亿元，增幅达369.20%。这是由于互花米草的面积扩大造成的，互花米草已由入侵时的分散斑块状分布演变为现在的连续带状分布，并呈现显著的向海扩张的趋势［12］，互花米草具有促淤造陆的功能，且互花米草根系发达，污染降解能力强，入侵面积的扩大使得互花米草滩的生态服务功能价值大大增加。

1992－2008年间，盐城海岸带湿地芦苇和盐地碱蓬滩的面积由1992年的627.16km2，占研究区面积的21.01%，到2008年面积减少为161.74km2，仅占研究区面积的5.57%，在此期间造成的生态系统服务价值的损失达18.912亿元。芦苇和盐地碱蓬滩面积的减少主要是由于人类活动开发以及互花米草的入侵，使得芦苇和盐地碱蓬滩大面积转化为水产养殖塘和互花米草滩（表4），这使得芦苇和盐地碱蓬滩的生态服务价值显著减少。

4 讨论与结论

4.1 讨 论

（1）近20a间，盐城海岸带湿地土地覆盖发生了显著变化。土地覆盖变化的主要原因来自自然因素和人为因素。人为因素中，围垦使得大量滩涂湿地转化为弃耕地和水产养殖塘；而在自然因素中起决定作用的是海域来沙和河流输沙导致的滩面淤涨及互花米草盐沼的形成。滩面的淤高及人类对土地的需求使得沿海滩涂湿地被改作其他生产用地成为可能，互花米草滩的形成则彻底改变了潮间带（光滩）基本无覆被的格局，同时互花米草滩的形成和扩展对潮滩地貌演化产生很大的影响［12］，从而使得海岸带土地覆盖空间格局的进一步演变成为可能。

1992－2008年间研究区自然湿地面积大幅减少，而生产用地中水产养殖塘和弃耕地的面积却显著增加。自然湿地向生产用地转移是盐城海岸带湿地土地覆盖变化的主要形式，这与已有研究结果相似［9］。但翟可等［10］研究得出盐城海岸带盐田的面积有所增长，而弃耕地面积要比文中研究结果大；伍蓝［13］和李扬帆［14］的研究结果中不同土地覆盖类型面积变化也有偏差，这可能是由于不同学者对盐城海岸带湿地的分类体系、土地覆盖动态变化信息提取方法的不同以及遥感图像解译的精度差异造成的。但总体上，盐城海岸带湿地土地覆盖变化趋势与文中的研究结果是类似的，人类对湿地围垦、开发利用及互花米草的入侵是最主要的生态过程，也是一系列变化的主导因子。

（2）湿地生态系统服务价值比其他生态系统类型的价值高［15］，但在其生态系统各项生态功能中，能被准确规范计量其价值的只占少数，在计算生态系统服务功能价值时，不同学者所采用的Pi值各不相同（表7）。目前许多学者在计算湿地生态系统服务价值时，多采用谢高地等制定的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表［2，16］，以此当量表计算出盐城海岸带湿地的总价值为69.450亿元和45.491亿元，但这没有考虑每年Pi值都在随着市场价格以及研究区的实际情况在变动，最终得出的结果也只是以2003年的价格系数得出的值，这与实际情况出入较大。而另有部分学者在计算时仍采用Costanza等的研究结果，但研究证明Costanza等提出的生态价值系数，对耕地的估计偏低，对湿地的估计偏高［2］，以其结果计算得出盐城海岸带湿地的总价值为95.720亿元和53.972亿元，而Costanza等人在生态服务功能评估中，湿地的水分调节占到了总价值的1／4以上，而研究区湿地水分调节功能并没有这样高，这难免会对研究结果的准确性产生影响。因此，本文在计算盐城海岸带湿地生态系统服务价值时，根据谢高地的研究结果，结合当地的实际情况，依据市场价格来确定各生态价值系数（表2），这在考虑陆地生态系统服务价值的一般情况下，兼顾盐城海岸带地区特有的湿地生态服务价值特点，确定的生态系统服务价值系数是比较合理的。当前，已经有许多学者在计算生态系统服务价值时也采用了这一方法［7，17－18］。

表7 不同学者计算的单位面积生态服务价值对比

（3）文中对盐城海岸带湿地生态系统服务功能价值核算的研究，有一定的局限性。对于生态系统服务功能的价值计算一直存在很大的争议，采用不同的计算方法得出的结果差别可能很大［16］。但由于生态系统是一个复杂的系统，很多功能仍然没有被人们认识到，其服务价值本身也不可能被精确地评估［19］。因此，由于技术上可行性、资料可获得性、学科本身的限制以及认识尺度的局限等，文中仅对当前社会经济和技术条件下海岸带湿地生态系统的8项主导服务功能的经济价值进行估算，一些其他生态服务功能如防风固堤等没有列入核算的范畴，所以本文的估算只是一个研究的起点。此外，如果只计算生态系统静态的价值，应用和参考意义则不强，因此，本文对盐城海岸带湿地生态服务价值的动态变化研究更具有意义，可为研究区的正确调控和管理提供有用信息。

4.2 结 论

1992年和2008年盐城海岸带湿地生态系统为人类提供了60.690亿元和86.039亿元的服务价值，其中仅食物生产价值就分别占到29.00%和67.56%，但这并不说明人类就可以任意利用盐城海岸带的生态价值。由表3可以看出，盐城海岸带湿地总的生态系统服务价值增加，主要是由于湿地物质生产价值的增加；而海岸带湿地作为大气组分调节、污染物降解、生物多样性保护等方面的重要环境保护功能价值却由于人类活动的强烈干扰而大幅度降低。这种现象说明盐城海岸带湿地在发展经济的同时，忽略了生态环境的重要性。所以，不能只追求物质生产价值而忽视了其他价值。物质生产要以湿地生态系统各项服务功能价值平衡持续发挥为原则。否则，将会导致对生态系统无节制的利用，甚至造成毁灭性的灾害。这种忽视生态系统健康的结果，也会导致其物质生产功能下降，直接影响到经济效益的发挥。

因此，为了保持盐城海岸带湿地生态系统高水平的服务价值，实现海岸带湿地生态系统服务功能的长期维持和持续利用，就要维护好湿地的生态环境，提高各级湿地相关部门对湿地功能和价值的认识，在海岸带湿地资源开发过程中，应保持生态系统平衡，维持生态系统结构完整，使得海岸带湿地生态系统各项服务功能能够得到充分发挥。

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