环渤海海岸带生态服务价功能评价＊

索安宁,于永海,韩富伟

(1.国家海洋环境监测中心 大连 116023;2.国家海洋局海域管理技术重点实验室 大连 116023)

环渤海海岸带生态服务价功能评价＊

索安宁1,2,于永海1,2,韩富伟1,2

(1.国家海洋环境监测中心 大连 116023;2.国家海洋局海域管理技术重点实验室 大连 116023)

文章以环渤海海岸带土地利用数据为基础,参考生态服务功能评价的当量因子,补充建立了海岸带主要土地利用的生态服务功能单位价值表,并评估分析了环渤海海岸带13个区域的生态服务功能价值区域差异特征。

生态服务功能;区域差异;海岸带;土地利用;环渤海

生态系统服务是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然效用[1]。Daily和Costanza等都列举了各种特殊的生态系统服务[2-3]。尽管不同的学者在对某些特殊的服务是否应该包括在生态系统服务之内存在着不同的解释[4-8],但生态系统向人类提供各种物品和服务这一点是十分确定的。

海岸带处于海洋和陆地之间的过渡地带,生态系统类型复杂,生态服务功能多样,在维护海洋生态系统、陆地生态系统稳定性、海岸带社会经济可持续发展方面都发挥着极为重要的作用。近年来,虽然国内外开展了大量的生态系统服务功能评价方面的理论与实践研究,但多集中于陆地生态系统和滨海湿地生态系统方面,对海岸带生态服务功能空间复杂性方面的探讨涉及甚少[9-12]。

渤海处于我国北方的辽东半岛、胶东半岛和华北平原之间,是我国唯一的内海。环渤海沿岸的山东省、河北省、天津市和辽宁省以及附近的北京市组成的环渤海经济区是我国北方的最重要经济区域。渤海海岸带东起辽宁省大连市烙铁山角,南至山东省烟台市蓬莱角,其间既有黄河三角洲和辽河三角洲等河口芦苇湿地、也有河北秦皇岛市海岸沙地、更有唐山海岸带的鱼虾池塘,海岸带生态系统类型多样,生态服务功能区域竣异。开展环渤海海岸带生态服务功能区域评价,对于环渤海海岸带生态功能区划、渤海环境综合整治具有重要的理论与实践意义。

1 研究概况

渤海位于我国华北地区东部,地理位置37°07′～41°0′N、117°35′～121°10′E。海域面积为7.7万km2,平均水深18 m,小于10 m水深的极浅海水域面积约占总面积的26%。渤海海岸带北起辽宁省大连市老铁山角,南至山东省烟台市蓬莱角,呈反“C”型,沿岸包括辽东湾、渤海湾和莱州湾,主要生态系统类型包括河口芦苇湿地、农田、水产养殖池塘、盐田、海岸山地森林、海岸沙地和城镇等多种类型。在行政区划上分别隶属于辽宁省大连市、营口市、盘锦市、锦州市和葫芦岛市;河北省秦皇岛市、唐山市和沧州市;天津市和山东省滨州市、东营市、潍坊市和烟台市,共计13个地级行政区。环渤海地区是我国的经济热点地区之一,环渤海的河北、山东、辽宁和天津四省市以占全国1.8%的土地、6.1%的人口,创造了约占全国23%的国内生产总值。

2 研究方法

2.1 土地利用数据获取

收集2007年3—6月能完全覆盖环渤海海岸带中巴地球资源卫星(CBERS-1)CCD卫星遥感数据,共14景,作为环渤海海岸带土地利用数据信息提取的基本数据源,其他辅助数据包括环渤海海岸带基础地理信息数据和地形数据等。环渤海海岸带范围为最大高潮线以上5 km范围。土地利用数据信息提取方法与技术要求参考《海岛海岸带卫星遥感调查技术规程》[13]。土地利用分类体系根据环渤海海岸带具体情况,参照相关土地利用分类方法[14-15],将环渤海海岸带划分为耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地等6种一级土地利用类型,在一级土地利用类型的基础上又分有滩地、芦苇沼泽、人工水域(池塘、水库)、林地、耕地、草地、水产养殖用地、盐田、裸露地、河流和建设用地等11种类型。关于这11类资产的定义分别如下:①耕地,指种植农作物的土地,包括熟耕地、新开荒地、休闲地、轮歇地、草田轮作地和以种植农作物为主的用地及耕种3年以上的滩地和滩涂(包括水田和旱地);②林地,指生长乔木和灌木等的林业用地;③草地,指以生长草本植物为主,覆盖度在5%以上的各类草地,包括以牧为主的灌丛草地和郁闭度在10%以下的疏林草地;④水产养殖用地,指主要用于水产品(鱼、虾、蟹和参等)养殖的养殖池塘及附属用地;⑤盐田,指主要用于生产粗盐的晒盐池塘及附属用地;⑥河流,指地表面经常或间歇有水流动,形成的线形天然水道,这里包括河流、渠道和潮汐沟道等;⑦水库坑塘,指地表长期有一定积水的区域,这里主要包括水库、池塘和湖泊等;⑧滩涂,指地表长期湿润,但植被覆盖率在5%以下的区域,由于本研究区域主要为最大高潮线以上区域,这里的滩涂主要为河流在河口形成的淡水为主的滩涂;⑨建设用地,指城乡居民点及其以外的工矿和交通等用地;⑩湿地,指地表长期湿润,植被以水生植被为主,且覆盖度在5%以上的区域,这里主要包括芦苇湿地和米草湿地等;[11]裸露地,指地表植被低于5%的未利用土地。

2.2 生态服务功能评价

笔者根据环渤海海岸带土地利用特征及其服务功能类型的特点,将环渤海海岸带生态服务功能类型可以划分为物质生产、大气组分调节、水文调节、污染物净化、物种保护、休闲娱乐、文化科研、提供基因资源、涵养水源和保护土壤共9种主要生态服务功能,各种服务功能的价值量化方法如下。

林地、耕地、草地、河流水域、沼泽湿地、裸露地的各项生态服务功能参考谢高地等[16]在Costanza等研究的基础上,对生态系统服务价值单价进行了生物量的修订,提出中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表。其中,一个当量是1 hm2农田每年平均粮食自然产量的经济价值,计算中一般取实际产量的1/7作为自然产量。本研究根据环渤海海岸带的具体情况,采2007年环渤海海岸带主要粮食作物的平均实际粮食产量(小麦6 000 kg/hm2、玉米7 500 kg/hm2和水稻6 000 kg/hm2)和主要粮食作物的平均收购价,计算出环渤海海岸带每个当量的生态服务价值为1 485.70元。土地利用类型和生态系统类型虽非一一对应,根据已有研究和环渤海海岸带的具体情况,把每种土地利用类型与最接近的生态系统类型联系起来,其中农田与耕地对应;林地与森林对应;草地与草丛对应;河流、湖泊、坑塘和水库等水域对应;滩涂、芦苇沼泽与湿地对应。裸露地由于地表植被稀少,与荒漠的生态服务功能接近,因此采用荒漠的服务功能当量因子。对于建设用地,地表相对坚密,植被相对稀疏,其食品生产、原材料提供、污染物净化、生物多样性维持、水源涵养、土壤保持功能都为0,其气候调节和气体调节功能参照荒漠的气候调节和气体调节功能,文化娱乐功能参照森林的文化娱乐功能。盐田主要为原材料提供功能,根据莱州湾的研究结果[9],盐田单位面积原盐产量为99 t·hm-2·a-1,市场销售平均价格为200元/t,生产成本为120元/t,原材料提供功能为7 920元·hm-2·a-1。水产养殖用地的食品生产功能参考莱州湾研究结果[9],单位面积水产品产量为0.4 t·hm-2·a-1,平均价格为42 000元/t,利润率按照40%计算,食品生产功能为6 720元·hm-2·a-1。水产养殖用地原材料生产功能按照食品生产功能的10%计算,其气体调节和气候调节功能参照水域的气体调节和气候调节功能,休闲娱乐功能参照农田的休闲娱乐功能,其他的生态服务功能均为0[17-18]。按照以上方法修改形成环渤海海岸带每种土地利用类型单位面积的生态服务功能价值表(表1)。

表1 环渤海海岸带不同土地利用类型单位面积生态服务价值元·hm-2·a-1

3 结果分析

3.1 环渤海海岸带生态服务功能价值的区域差异

图1为环渤海海岸带生态服务功能价值的区域差异,可以看出,在环渤海海岸带的13个区域中,东营市海岸带的生态服务功能价值最高,达到了每年42.36亿元,其次为大连市海岸带,生态服务功能为31.51亿元,另外,烟台市海岸带、盘锦市海岸带和葫芦岛市海岸带生态服务功能价值也分别达到了15.60亿元、14.30亿元和12.96亿元。依次分别为潍坊市海岸带、唐山市海岸带、秦皇岛市海岸带、天津市海岸带、营口市海岸带和锦州市海岸带,滨州市海岸带和沧州市海岸带生态服务功能价值最小,分别仅为2.73亿元和3.70亿元。

图1 环渤海海岸带生态服务功能区域差异

由于环渤海海岸带各个区域的面积差异较大,为了剔除面积差异带来的影响,从生态服务功能价值密度来分析(图2)。盘锦市海岸带以3.90万元/hm2的单位面积生态服务功能价值居首,其次为东营市海岸带,生态服务功能价值为3.32万元/hm2,再次为潍坊市海岸带,生态服务功能价值为2.12万元/hm2。依次分别为锦州市海岸带1.81万元/hm2、大连市海岸带1.80万元/hm2、秦皇岛市海岸带1.67万元/hm2、烟台市海岸带1.58万元/hm2、葫芦岛市海岸带1.52万元/hm2、营口市海岸带1.42万元/hm2和唐山市海岸带1.17万元/hm2。处于渤海湾的天津市海岸带、沧州市海岸带和滨州市海岸带单位面积的生态服务功能价值最小,分别为1.08万元/hm2、1.07万元/hm2和1.01万元/hm2。

图2 环渤海海岸带生态服务功能密度区域差异

3.2 环渤海海岸带生态服务功能类型的区域差异

在环渤海海岸带生态服务功能9种类型中,以水源涵养服务功能价值最大,为27.38亿元,主要贡献来源于东营市海岸带9.15亿元、大连市海岸带3.83亿元、盘锦市海岸带3.36亿元和葫芦岛市海岸带2.04亿元。其次为气候调节功能的服务价值,达到27.07亿元,贡献较大的区域为东营市海岸带9.21亿元、大连市海岸带4.19亿元、盘锦市海岸带2.98亿元和烟台市海岸带2.08亿元。再次为废物处理功能,总价值26.15亿元,其中东营市海岸带9.41亿元、盘锦市海岸带3.43亿元、大连市海岸带2.92亿元、葫芦岛市海岸带2.08亿元。依次为原材料提供功能价值20.04亿元、食品生产功能15.82亿元、生物多样性保护功能14.41亿元、土壤形成与保护功能13.74亿元、文化娱乐功能14.20亿元、气体调节功能11.90亿元。贡献最大的区域分别是大连市海岸带4.00亿元、东营市海岸带3.17亿元、大连市海岸带4.12亿元、大连市海岸带4.32亿元、东营市海岸带3.19亿元和大连市海岸带3.71亿元(表2)。

表2 环渤海海岸带生态服务功能类型组成亿元

续表

3.3 环渤海海岸带土地利用类型的生态服务功能区域差异

在环渤海海岸带11种土地利用类型中(表3),以湿地生态服务功能价值最大,达到了40.65亿元,其次为林地的生态服务功能价值,为33.89亿元,再次为耕地的生态服务功能价值28.35亿元,水产养殖用地的生态服务功能价值20.95亿元,依次为河流的生态服务功能价值15.63亿元,盐田13.47亿元,滩涂8.51亿元。裸露地、水库坑塘、建设用地和草地,因面积较小,生态服务功能价值也都比较小,分别为0.71亿元、1.55亿元、2.84亿元和3.01亿元。

对主要土地利用类型的生态服务功能进行分析,生态服务功能价值最大的湿地,主要贡献集中来源于黄河三角洲的东营市海岸带和辽河三角洲的盘锦市海岸带,它们贡献比例分别为61.11%和22.26%。林地的生态服务功能贡献主要来源于大连市海岸带52.98%和烟台市海岸带17.90%,耕地服务功能在空间上相对比较分散,主要来源于大连市海岸带33.12%、烟台市海岸带21.73%和葫芦岛市海岸带21.38%。水产养殖用地的生态服务功能价值也比较分散,以东营市海岸带24.92%和唐山市海岸带17.85%最大。河流的生态服务功能在各个区域分配相对均匀。盐田只有唯一的粗盐生产功能,在空间上分布也相对均匀,以唐山市海岸带和潍坊市海岸带最大。可以看出,湿地面积最大的东营市海岸带和盘锦市海岸带、林地面积最大的大连市海岸带是环渤海海岸带生态服务功能价值最大的区域土地利用类型。

表3 环渤海海岸带不同土地利用类型的生态服务功能亿元

续表

4 讨论

环渤海海岸带在提供海洋水产品、工业原材料、保护生物多样性、处理工业、生活废弃物、调节气候和涵养水源等方面发挥着极为重要的作用,是维持渤海海洋生态系统稳定性,维护环渤海区域生态平衡,保持环渤海区域社会经济可持续发展的重要区域[19]。环渤海海岸带13个区域中,以东营市海岸带、大连市海岸带、盘锦市海岸带的生态服务功能总价值最大,其中盘锦市海岸带生态服务功能为3.90万元/hm2,东营市海岸带生态服务功能价值为3.32万元/hm2。环渤海海岸带生态服务功能类型以水源涵养、气候调节和废物处理最大,分别达到27.38亿元、27.07亿元和26.15亿元,主要贡献区域为东营市海岸带、大连市海岸带和盘锦市海岸带。在环渤海海岸带11种土地利用类型中,以湿地、林地、耕地和水产养殖用地的生态服务功能最为显著,分别达到4 065亿元、33.89亿元、28.35亿元和20.95亿元,是环渤海海岸带中生态服务功能发挥的主要土地承载类型。

由于海岸带处于海洋和陆地的过渡区域,生态系统类型既有农田、森林和草地等陆地生态系统特点,也存在盐沼、人工养殖池塘、滩涂和芦苇湿地等海洋、湿地生态系统特点,生态服务功能价值评价难度比较大。本研究是在借鉴陆地生态系统服务功能价值评估的当量因子基础上,探索补充了海岸湿地类型的生态服务功能评估方法,形成了海岸带主要土地利用类型的生态服务功能单位价值表。以此为基础,分析了环渤海海岸带生态服务功能价值的区域差异特征,为环渤海海岸带土地开发利用与保护提供了一定的参考依据。但由于本研究的生态服务功能评估的理论和方法上多是在参考了其他研究的当量因子基础上开展的,更为切合海岸带特点的当量因子表,将在以后研究中进一步探索。

[1] 谢高地,甄霖,鲁春霞,等.生态系统服务的供给、消费和价值化[J].资源科学,2008,30(1):49-58.

[2] DA IL Y GC.nature’s services:societal dependence on natural ecosystem s[M].Washington D C:Island Press,1997.

[3] COSTANZA R,ARGE R,GROOT R,et al.The value of the world’s ecosystem services and natural cap ital[J].Nature,1997,387:253-260.

[4] 谢高地,肖玉,鲁春霞.生态系统服务研究:进展、局限和基本范式[J].植物生态学报,2006,30(2):191-199.

[5] GROOT R S,W ILSONM A,BOUMAN RM J.A typology for the classification,descrip tion and valuation of ecosystem services,goods and services[J].Ecological Economics,2002,41:393-408.

[6] 欧阳志云,王效科,苗鸿.中国陆地生态系统服务功能及其生态经济价值的初步研究[J].生态学报,1999,19(5):607-613.

[7] ALLEN B P,LOOM ISJB.Deriving values for the ecological suppo rt function of w ild life:An indirect valuation app roach[J].Ecological Economics,2006,56:49-57.

[8] BOUMANS R,COSTANZA R,FARLEY J,et al.Modeling the dynamics of the integrated earth system and the value of global ecosystem services using the GUMBO model[J].Ecological Economics,2002,41:529-560.

[9] 张绪良,叶思源,印萍,等.莱州湾南岸滨海湿地的生态系统服务价值及变化[J].生态学杂志,2008,27(12):2195-2202.

[10]WOODWARD R T,WU I Y S.The economic value of wetland services:A meta-analysis[J].Ecological Economics,2001,37:257-270.

[11]CHEN Zhongxin,ZHANG Xinshi.Value of ecosystem services in China[J].Chinese Science Bulletin,2000,45(10):870-876.

[12]索安宁,赵冬至,卫宝泉,等.基于遥感的辽河三角洲湿地生态系统服务价值评估[J].海洋环境科学,2009(4).

[13]国家海洋局908办公室.海岛海岸带卫星遥感调查技术规程[Z].北京:海洋出版社,2005.

[14]索安宁,赵冬至,高树岗,等.基于本底格局的鸭绿江口滨海湿地景观破碎化评价[J].农村生态与环境学报,2009,25(3)1-7.

[15]KONARSKA KM,SU TTON P C,CASTELLON M.Evaluating scale dependence of ecosystem service valuation:A comparison of NOAA-AVHRR and Landsat TM datasets[J].Ecological Economics,2002,41:491-507.

[16]谢高地,鲁春霞,冷允法,等.青藏高原生态资产的价值评估[J].自然资源学报,2003,18(2):189-196.

[17]HOLMLUND CM,HAMM ERM.Ecosystem services generated by fish populations[J].Ecological E-conomics,1999,29:253-268.

[18]KREUTERU P,HARRISH G,MA TLOCKM D,et al.Change in ecosystem service values in the San Antonio area,Texas[J].Ecological Economics,2001,39:333-346.

[19]索安宁,赵冬至,葛剑平.景观生态学在近海资源环境中的应用[J].生态学报,2009,29(9):2289-2295.

国家海洋行业公益性科研专项(200705015)、(201005009).