南水北调中线工程核心水源区生态服务价值变化研究

陈晓玲， 何 雄， 刘 海

(1.武汉大学 测绘遥感信息工程国家重点实验室， 武汉 430079； 2.湖北大学 资源环境学院， 武汉 430062)



陈晓玲1， 何 雄1， 刘 海2*

(1.武汉大学 测绘遥感信息工程国家重点实验室， 武汉 430079； 2.湖北大学 资源环境学院， 武汉 430062)

南水北调中线工程已正式开始向北方输水，研究核心水源区的生态服务价值，可以为合理利用自然资源，保护生态环境提供重要的参考依据.该文确定了南水北调中线工程核心水源区范围，在分析生态服务价值评估方法的基础，评估了核心水源区生态服务价值，并从生态服务价值生态系统差异、区域差异、变化率以及空间分布等方面，分析了20多年来核心水源区生态服务价值的变化特征：全流域生态系统服务价值呈逐年递增的趋势；单位面积生态服务价值最高的子流域为官渡河流域、堵河流域与霍河流域，丹江流域与老灌河流域最低；老灌河流域、丹江流域、天河流域变化趋势最好，潭口河流域最差；中南部生态服务价值高于西南、东南部，北部最低.

核心水源区; 南水北调; 生态服务价值; 变化分析

自然生态系统是人类和其他生命生存和发展所必须的环境条件，为人类提供了一切生存所需的资源，不仅包括实物型生态产品，还有更多类型的非实物型的生态系统服务[1].生态系统服务价值是指自然生态系统及其组成物种所产生的对人类生存和发展有支持作用的状况和过程，有着极大的经济价值[2].定量评估生态系统服务价值，可以为合理利用自然资源，提供重要的参考依据.而生态系统服务功能的不确定性和复杂性，使得对生态系统服务价值的获取有一定难度.自上世纪90年代以来，国内外许多研究者在各类生态系统服务价值方面做了大量研究.

国外对于生态系统服务价值的研究起步较早，在大范围评价某一类资源的生态服务价值方面，Costanza等人将全球生态系统服务功能划分为17种类型来进行评估，并以货币的形式对其服务价值进行估算[3].随后多位学者基于此方法，对世界各地，不同类型的区域开展了研究[4-8].近年来，部分学者又引入了不同的方法来进行生态系统服务价值的评估，如GIS方法，元分析和价值转移方法，效益转移方法，多目标的空间决策支持系统等方法开展了研究[9-12].在我国，生态系统服务功能的研究工作于20世纪80年代起步，多位学者分别对我国陆地生态系统、草地生态系统、农田生态系统、林地生态系统等的区域，基于不同的方法，评估研究了其生态服务价值[13-18].

南水北调中线工程核心水源区是缓解北方缺水问题，尤其是京津地区缺水的重大战略工程与基础设施[19].2014年11月，丹江口水源区正式开始向北方输水，研究核心水源区的生态服务价值，对水源区生态环境的保护，以及区域可持续发展具有重要意义.

1 研究区划定

根据南水北调中线工程水源区所涉及到搬迁的区域，即库区加高后可能被淹没的区域，将其定义为丹江口核心水源区.据此确定水源区所在的行政区域包括陕西省境内的白河县，河南省境内的淅川县和邓州市，以及湖北省十堰市全域.获取水源区行政区所在的DEM数据，本研究采用国际科学数据服务平台提供的SRTM 90 m空间分辨率DEM，通过水文分析，提取核心水源区流域范围及各个子流域边界，如图1.

图1 水源区流域分布图Fig.1 The watershed distribution of water source

2 生态系统服务价值估算

2.1 估算方法确定

目前，对于生态系统服务价值的评估方法有很多，但还没有形成一个统一的、规范的评估方法，大多数来源于生态经济学、环境经济学和资源经济学.目前较为常用的生态系统服务价值评估方法主要有市场价值法、替代市场法和假象市场价值法3大类，每类评价方法都有多种形式，常用的有市场价值法、机会成本法、费用支出法、条件价值法、影子工程法等[20-21].

谢高地等人依据Costanza提出的生态服务价值评估方法，结合我国的实际情况，运用条件价值法，对多位专业人员进行问卷调查，得出新中国生态系统单位面积生态服务价值表[22-23].根据生态系统服务功能的单位面积价值，可以计算研究区域生态服务功能的经济价值，其计算公式如下：

其中，ESV表示研究区域生态系统服务总价值(元)，VCi表示第i类土地利用类型单位面积的生态功能总服务价值系数(元/hm2)，Ai表示研究区域内第i类土地利用类型的面积(hm)，n为土地利用类型数目.

2.2 生态服务价值估算

采用1990年、2000年和2013年3期30m分辨率的Landsat遥感影像，通过几何校正配准，基于最大似然的监督分类以及目视解译相结合的方法，获得丹江口1990年、2000年和2013年3期土地利用数据.运用谢高地等人计算生态系统服务价值的方法，对丹江口核心水源区不同流域生态服务价值进行计算[22].结果见表1.

表1 丹江口流域生态系统服务价值

3 生态服务价值分析

3.1 生态服务价值生态系统差异分析

1.2.2 MDC荧光染色检测TU686细胞自噬产生 参考文献[10]进行自噬检测。在24孔培养板中铺上爬片，3×104/孔，37 ℃、5% CO2培养箱中贴壁培养24 h。按OPC浓度分为4组实验组，浓度分别为0、20、30和40 μg/mL，分别处理细胞24 h。培养板中将已爬好细胞的玻片用PBS浸洗3次，3 min/次。每孔加入200 μL 1 mmol/L MDC染液，37 ℃孵育1 h。PBS浸洗爬片3次，3 min/次，洗尽残余MDC染液。爬片置于载玻片，正置荧光显微镜下观察。

分析丹江口流域不同类型生态系统服务价值可知，林地生态系统服务价值最高，2013年服务价值为1 684 356.82万元，占流域生态系统总服务价值的72.9%，远高于其他类型生态系统服务价值；其次是耕地和水体，2013年生态系统服务价值分别为280 004.97万元和169 360.41万元，占流域生态系统总服务价值的比例分别为12.1%和7.3%；未利用地生态系统服务价值最低，为261.64万元.

对比分析不同类型生态系统年际变化趋势，1990年～2013年，林地和水体生态系统服务价值逐年增加，草地、耕地和未利用地生态系统服务价值逐年降低.流域生态系统服务总价值呈逐年增加的趋势.

3.2 生态服务价值区域差异分析

为使各流域间差异在各时期更为直观明了，计算各流域各时期单位面积生态服务价值占全流域单位面积生态服务价值比例(表2).

表2 各时期单位面积生态服务价值占总价值比例

对各流域而言，官渡河流域生态服务价值在3个时期所占比例均明显高于其余流域，即该流域发展潜力最大，价值最高，其3个时期所占比例均超过1.2.堵河流域与霍河流域单位面积生态服务价值比例次之，其生态服务价值比例在3个时期均在1.0以上.丹江流域与老灌河流域单位面积生态服务价值比例最低，3个时期生态服务价值比例均在0.71以下.其余流域单位面积生态服务价值除夹河流域、天河流域、汉江流域在2013年在1.0与1.05之间外，其余时期各流域均在0.7与0.1之间.

3.3 生态服务价值变化率分析

根据不同时期各流域生态服务价值分布，计算得到丹江口核心水源区各子流域不同时期生态服务价值变化率，如表3所示：

表3 丹江口核心水源区各流域生态服务价值变化率

全流域1990年～2000年总体生态服务价值状况呈上升趋势.天河河流生态服务价值上升程度最高，增长率为15.54%，约为该时期全流域生态服务价值涨幅的3倍，是该时期发展潜力最高的区域.官渡河流域生态服务价值提升程度最小，为0.22%.

从全流域角度而言，1990年～2013年丹江口核心水源区生态服务价值呈上升趋势，即水源区土地发展潜力逐期提升.1990年～2000年生态服务价的变化率小于2000年～2013年生态服务价值的变化率，即水源区2000年～2013年土地发展潜力提升程度大于1990年～2000年生土地发展潜力提升的程度.从各流域生态服务价值变化量分布来看，老灌河流域、丹江流域、天河流域变化趋势最好，生态服务价值逐期增加，即发展潜力逐期提升，而潭口河流域生态服务价值是在该时期内唯一下降的流域.

3.4 生态服务价值空间分布分析

为了更加直观的表达评价的结果，将各流域单位面积生态服务价值标准化后从高到低划分为不同的等级，以表达不同区域的生态服务价值分布情况.

表4 丹江口核心水源区各流域生态服务价值标准化处理

使用处理公式对其进行标准化处理：

yi=(ximax-xi)/(ximax-ximin)，

式中，yi表示第i种营养物负荷归一化后的值；xi表示第i种营养物负荷的原始值；ximin表示第i种营养物负荷的最小值.

根据各流域单位面积生态服务价值标准化计算结果，对其进行分级评估.本次分级评估选择使用自然断点法(Natural Breaks)分类.将各流域生态服务价值分为5个等级，分别为高、较高、一般、较低、低，分级标准如表5.

依据上述生态服务价值污染分级表，结合处理得到的丹江口流域各年各区域生态服务价值得分，处理得到各流域不同时期生态服务价值级别分布图，如图2.

表5 生态服务价值分级

图2 丹江口核心水源区生态服务价值分级图Fig.2 The map of ecosystem service value classification

分析可知，1990年即第1期时，丹江口核心水源区大部分地区生态服务价值状况涵盖了低、较低、一般、较高和高5个等级.水源区中南部区域可持续发展能力最佳，处于高水平级别，整体水平南高北低.

2000年即第2时期时，除水源区西北向、东北向部分地区的生态服务价值有跨级别上升外，其余流域的生态服务价值均与上一个时期保持一致，但水源区北部的生态服务价值级别仍总体低于中南部区域.

2013年即第3时期时，除东北角老灌河流域水源区生态服务价值由低级别上升至较低级别外，其余流域的生态服务价值均与上一个时期保持一致.全区生态服务价值状况的最低级别提升，由低级别提升至较低级别.中南部水源区域的生态服务价值虽高于北部水源区，但其提升幅度低于北部水源区.

对于丹江口核心水源区整体而言，中南部水源区生态服务价值高于水源区西南角、东南角，北部水源区虽在不同时期生态服务价值状况提升较大，但其生态服务价值状况仍低于上述区域.

4 小结

论文分析了生态服务价值的研究现状以及估算方法，并采用Costanza等人计算生态系统服务价值的方法，对丹江口流域及其各子流域在1990年、2000年和2013年3个时期的生态服务价值进行了估算，并对其时空变化进行了分析.结果表明：

(1)1990年～2013年，丹江口流域生态系统服务价值呈逐年递增的趋势.各类型生态系统中，林地生态系统服务价值最高，其次是耕地和水体，未利用地生态系统服务价值最低.

(2)比较各子流域，官渡河流域生态服务价值在3个时期所占比例均明显高于其余流域；堵河流域与霍河流域单位面积生态服务价值比例次之，其生态服务价值比例在3个时期均全流域平均以上.丹江流域与老灌河流域单位面积生态服务价值比例最低，3个时期生态服务价值比例均在0.71以下.其它流域各时期均在0.7以上.

(3)全流域1990年～2013年生态服务价值呈上升趋势,其中2000年年～2013年提升程度大于1990年年～2000年提升的程度.从各流域生态服务价值变化量分布来看，老灌河流域、丹江流域、天河流域变化趋势最好，而潭口河流域生态服务价值是在该时期内唯一下降的流域.

(4)在空间分布方面， 中南部水源区生态服务价值高于西南、东南部，北部水源区虽在不同时期生态服务价值状况提升较大，但其生态服务价值状况仍低于上述区域.

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Changes on eco-service value in central water source area of Middle Route of South-to-North Water Diversion Project

CHEN Xiaoling1， HE Xiong1， LIU Hai2

(1.State Key Laboratory of Information Engineering in Surveying， Mapping and Remote Sensing，Wuhan University， Wuhan 430079; 2.Faculty of Resources and Environmental， Hubei University， Wuhan 430062)

Middle Route of South-to-North Water Diversion Project has diverted water to north. Research on the eco-service value in central water source area provides reference for rational utilization of natural resources and protecting the ecological environment. This paper determined the range of Middle Route of South-to-North Water Diversion Project， evaluated eco-service value in central water source area based on analyzing the ecological service value evaluation method. And it analyzed the ecological service value change characteristics for more than twenty years of the central water source， from the several aspects of ecosystem differences， regional difference， rate of change and spatial distribution and so on. The whole watershed ecosystem services value gradually increases. The sub-basins with the highest per unit area ecosystem service value include Guandu river basin， Duhe river basin and Hohe river basin. The lowest includes Danjiang river basin and Laoguan river basin.The Sub-basins with the best variation trend include Laoguan river basin， Danjiang river basin and Tianhe river basin. The worst is Tankou river basin. Ecological service value in south-central is higher than both the southwest and southeast， while north is the lowest．

central water source area; South-to-North Water Diversion; eco-service value; change analysis

2015-01-26.

2015测绘地理信息公益性行业科研专项项目(201512026).

陈晓玲(1962- )，女，湖北武汉人，二级教授，博士生导师，主要从事定量遥感理论方法以及RS/GIS技术在生态、环境、灾害中的应用研究.E-mail：cxl@lmars.whu.edu.cn.

*通讯联系人. E-mail: liuhai11191@163.com.

1000-1190(2015)03-0434-06

TU991.11；F062.2

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