基于RS的渤海湾沿岸近20年生态系统服务价值变化分析

苗海南，刘百桥

（天津师范大学，天津 300387）

生态服务价值一般是指人类直接或间接从生态系统得到的利益，即生态系统的供给服务价值、调节服务价值、支持服务价值和文化服务价值（中国国家标准化管理委员会，2011）。生态系统服务价值的研究最早始于20世纪70年代，Costanza等（1997） 13位科学家将全球生态系统服务类型分为17类，并计算出全球各生态系统的生态服务类型的平均价值。2002年国内学者在Costanza等的研究的基础上将生态服务类型归为9类，并制定中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表（谢高地，2003）。近年来，国内对于海洋生态系统服务价值的研究逐渐深入，相关专家参照谢高地等的生态系统服务分类基础，分别评估了广东、海南、长江三角洲、环渤海海岸带和渤海海域的生态系统服务价值（杨清伟等，2003；徐冉等，2011；索安宁 等，2011a；索安宁等，2011b）；2011年我国还颁布了基于生态系统服务价值概念的海洋生态资本评估技术导则。到目前为止，我国还没有针对近岸海域资源条件和开发利用特点的生态系统服务价值当量修订成果。2012年有关学者以渤海湾沿岸为例，开展了基于土地利用的生态系统服务价值当量修订研究（徐丽芬等，2012），其中也未对不同条件的滩涂、围海养殖、盐田等的生态系统服务价值当量做出修订。上述原因，导致目前对近岸海域生态系统服务价值当量的估算尚不十分成熟、精确。但通过对生态系统服务价值变化趋势的粗略分析，仍能看出人类开发活动对海洋生态系统服务的影响。渤海湾沿岸是环渤海经济圈的核心地带，近20年来社会经济发展迅速，海岸带开发利用强度极大，对海洋资源环境造成的影响也十分显著。本文利用遥感（RS） 影像资料，并参照现有生态系统服务价值当量研究成果，分析渤海湾沿岸近20年海域生态系统服务价值变化，以期对渤海湾沿岸未来开发利用与保护提供参考。

1 近20年渤海湾沿岸开发动态分析

1.1 渤海湾概况

渤海湾位于渤海西部，北起河北省乐亭县大清河口，南至山东省老黄河口，为陆地环抱的浅海盆，濒临的行政区有河北省唐山市和沧州市、天津市以及山东省滨州市和东营市。优越的地理位置、特殊的地质地貌和良好的气候条件决定渤海湾内含有丰富的自然资源、良好的开发条件，并成为环渤海经济圈的重点开发岸段。近20年来，随着该地区海洋经济建设的快速发展，渤海湾沿岸的海域状况发生了巨大变化。

1.2 渤海湾沿岸开发活动遥感分析

本文采用1992年7月30日的Landsat7TM和2012年11月1日的中国环境1号卫星HJ-1A的光学遥感影像，空间分辨率约为30m×30m。遥感影像均经过辐射校正和几何精校正。

本文采用目视解译为主，计算机监督分类为辅的方式，提取了1992年7月30日至2012年11月1日的渤海湾沿岸开发利用动态信息。具体步骤是：（1） 提取1992年7月30日和2012年11月1日的海陆分界线，结果见图1；（2） 针对两条海陆界线之间的区域，分别提取两个时期的海域遥感分类信息；（3） 比对分析两个时期的海域遥感分类信息，提取海域开发活动变化信息。

图1 1992-2012年渤海湾海陆界线变迁

本文将上述两个时期渤海湾海陆界线之间的区域作为研究区域。根据海域遥感分类信息，参照海岸带相关土地分类原则，将研究区域划分为围海养殖、盐田、建设用地、废弃物处置用地、裸露地、滩涂和水域7种景观类型，面积统计见表1。表中1992年的滩涂和水域均处于开阔环境，2012年的滩涂和水域处于人工围割状态。

从图1可以看出，近20年来渤海湾海陆界线向海推进明显，其中尤以河北省曹妃甸工业园区、天津滨海新区中部和南部、河北省黄骅港以及山东省东营市沿海最为突出。新增的开发利用活动主要采用填海和围海方式，其中填海（建设用地、裸露地和废弃物处置用地） 69418.3hm2，围海（围海养殖、盐田以及被围割的滩涂和水域） 64116.4hm2。

表1 研究区域景观面积变化（hm2）

遥感解译的误差主要缘于遥感图像的空间分辨率不足和景观类型误判。本文采用的遥感影像分辨率在30m左右，虽然对分类精度有一定影响，但在土地利用、景观生态等相关领域研究中被有效应用，精度上可以接受；围海养殖、盐田、建设用地、滩涂、水域等在遥感影像中的特征区分较明显，以目视解译为主的分类方法基本可保证准确分类，如开发面积较大的河北省曹妃甸工业区、天津临港经济区和天津南港工业区的遥感分类面积分别为19909.24hm2、11517.00hm2和10761.25hm2，相比《河北省海洋功能区划（2011-2020）》 和《天津市海洋功能区划（2011-2020）》中记载的对应区域的面积19918.73hm2、11887.00hm2和10456.00hm2，解译误差小于3.2%；废弃物处置用地、裸露地在遥感图像中易混淆，但因渤海湾中废弃物处置用地主要是唐山三友化工有限公司的碱渣场，作者专门通过实地调查，核实了其类型。因此，就区域性生态系统服务价值估算的目的而言，遥感解译精度基本满足要求。

2 渤海湾沿岸生态系统服务价值估算

2.1 生态系统服务价值当量因子的选取

目前对近岸海域生态系统服务价值当量的修订研究十分匮乏，尚需做大量基础性工作。本文为了能用一定的量化方式，反映高强度海洋开发活动导致海岸带生态系统服务价值较大损失这一现象，暂参照谢高地等（2008） 修订后的中国陆地生态系统单位面积生态系统服务价值当量表（表2） 估算渤海湾沿岸生态系统服务价值。

2.2 生态系统服务价值估算

生态系统服务价值的估算首先应知道本地区单位当量的对应价值。由于表2中单位当量对应耕地的食物生产价值，因此应先估算渤海湾海岸带单位耕地面积的食物生成价值。考虑天津市位于渤海湾沿海地区的中部，本文采用2011年天津市主要粮食作物的实际产量（天津市统计局，2012） 和平均收购价格（表3），计算研究区域单位耕地面积的食物生产价值。计算公式如下：

表2 中国陆地生态系统单位面积生态系统服务价值当量

式中：VE为单位耕地面积的食物生产价值；Pi为第i 种粮食作物的平均价格；qi为第i种粮食作物的总产量；A 为所有粮食作物的总播种面积。

表3 2011年天津市主要粮食作物相关项目统计

根据上述公式和数据，得出研究区域单位耕地面积的食物生产价值为1596.3元/hm2，比索安宁等（2011a） 得到的1485.7元/hm2高7.4%。

在此基础上，根据景观类型与当量表中生态系统类型的相似性、生态系统服务价值当量，估算各类型生态系统服务价值。参照索安宁等（2011a）的估算方法，将滩涂对应湿地；裸露地对应荒漠；建设用地由于地表密实，水源涵养、土壤形成与保护、废物处理、生物多样性、食物生产和原材料提供功能都为0，气体调节和气候调节对应荒漠；围海养殖对应水产养殖的生态系统服务，估算食品生产功能价值为89760元/hm2，原材料供给按食品生产功能的10%计算，气体和气候调节对应水域的气体和气候调节功能，娱乐文化对应农田的娱乐文化功能，其他生态系统服务均为0；盐田的原材料生产价值估算为4868元/hm2。研究区域中的废弃物处置用地为碱渣场，主要用来堆放、周转碱渣，提取上清液作为工业原料，生态系统服务价值主要为原材料生产，其生态系统服务价值参照盐田估算。由此，估算出渤海湾沿岸主要景观类型的单位面积生态系统服务价值，见表4。

表4 研究区域单位面积生态系统服务价值（元/hm2/年）

根据表1和表4可得出渤海湾1992年和2012年海陆界线之间区域的生态系统服务价值及其变化，见表5。

表5 1992年-2012年研究区域生态系统服务价值变化（亿元/年）

3 渤海湾沿岸生态系统服务价值变化分析

3.1 价值总量变化分析

由表5可以看出，在渤海湾1992年和2012年海陆界线之间区域，1992年的生态系统服务总价值为106.86亿元/年，2012年变为63.07亿元/年，减少了43.79亿元/年。可见近20年的渤海湾沿岸开发在创造巨大经济效益的同时，也对海域的生态系统服务造成了较大损失。

3.2 单项价值变化分析

1992年研究区域主要为自然海域，平均生态系统服务价值约为8万元/hm2。经过20年的开发，研究区域绝大部分转换为围海养殖、盐田、建设用地、废弃物处置用地和裸露地。其中对海域生态系统服务价值有显著提升的是围海养殖，单位面积价值上升为水域的1.4倍、滩涂的1.2倍，提升的价值总量为11.4亿元/年，主要贡献源于食物和原材料生产功能。造成海域生态系统服务价值损失最大的是建设用地，其单位面积的生态系统服务价值是水域的5.0%、滩涂的4.2%，价值主要体现在娱乐文化功能上。

统计可知，导致研究区域生态系统服务价值损失的主要景观类型为建设用地、裸露地、盐田和废弃物处置用地，相对原来开阔环境水域和滩涂，单位面积的价值损失分别为7.64 万元/hm2/年、7.78 万 元/hm2/年、 7.51 万 元/hm2/年 和7.51 万元/hm2/年，损失的价值总量分别为40.63 亿元/年、12.45 亿元/年、1.23 亿元/年和0.17亿元/年。

3.3 重点区域变化分析

天津市是渤海湾经济发展的中心地带，岸线长度占渤海湾的29.48%。近年来，随着天津滨海新区的发展，天津市海岸带生态系统服务价值的变化较大。根据上述生态系统服务价值估算方法及统计的天津市海域各景观类型利用情况（表6），得出近20年来天津市海域生态系统服务价值损失了18.12亿元/年，占整个渤海湾沿岸生态系统服务价值损失的41.38%。导致天津市海域生态系统服务价值损失最大的景观类型为建设用地，损失的价值总量为18.54亿元/年。

表6 1992-2012年天津市沿岸生态系统服务价值变化

4 结论与讨论

4.1 结论

（1） 通过比对1992年和2012年渤海湾沿岸遥感资料，参照现有陆地生态系统价值当量研究成果，估算出近20年来渤海湾沿岸生态系统服务价值损失。虽然渤海湾开发在提供食物、原材料方面发挥着重要的作用，但是，近20年来生态系统服务价值总量呈显著减少的态势，损失约为43.79亿元/年。

（2） 围海养殖显著提升了海域生态系统服务价值，单位面积价值上升为水域的1.4倍、滩涂的1.2倍，提升的价值总量为11.4亿元/年，主要贡献于食物和原材料生产功能。建设用地、裸露地、盐田和废物处置用地占用原来开阔环境水域和滩涂导致单位面积生态系统服务价值损失最大，损失的价值总量分别为40.63亿元/年、12.45亿元/年、1.23亿元/年和0.17亿元/年，其中建设用地导致的损失占全区总损失的83.51%。

（3） 天津市海域近20年来生态系统服务价值损失了18.12亿元/年，虽然天津市岸段长度占渤海湾的29.48%，但生态系统服务价值损失却占到总损失的41.38%。

4.2 讨论

（1） 近年来，随着渤海湾地区社会经济的快速发展，围填海造地强度不断加大，成为沿海地区解决土地供需矛盾的主要方法。虽然全国海洋功能区划中明确指出对渤海海域实施最严格的围填海管理与控制政策，但社会各界对是否应该控制围填海造地仍有较多争论。本文研究表明，近20年来渤海湾沿岸高强度的海洋开发活动对海洋生态系统服务价值造成较大损失，其中填海造地导致的海洋生态系统服务价值损失占全区总损失的83.51%，填海造地引起海洋生态系统服务价值损失已成为不争事实。这些损失相对于渤海湾沿岸地区的海洋经济增长似乎并不多，但海洋生态系统服务价值的损失具有累计性，若不加以控制，必将影响海洋生态系统的健康和海洋经济的可持续发展。

（2） 目前，我国缺少针对近岸海域各类景观的准确的生态系统服务价值当量。由于研究基础不足，本文与目前大部分相关研究一样，直接借鉴陆地生态系统服务价值的估算方法以及价值当量，估算了渤海湾沿岸近20年生态系统服务价值的损失，且未考虑同类景观区域因资源环境条件改变而导致的生态系统服务价值变化。虽然估算结果与实际损失之间存在误差，但仍能基本反映渤海湾沿岸高强度开发活动导致生态系统服务价值较大损失这一现象。今后应进一步完善海洋生态系统服务价值当量研究，提高评估工作的可靠性。

（3） 近年来，随着海洋生态文明建设的推进，海洋生态红线的提出，以及海洋功能区划中围填海规模控制政策的制定，海洋生态系统保护制度建设得到不断完善。但在操作层面，如规划编制、指标测算和开发方案审定等决策环节，一直缺少明确的依据和科学的指导。采用科学的方法，开展各种条件下的海洋生态系统服务价值评估，不失为一种值得推荐的决策辅助手段。

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