1976-2011年博斯腾湖小湖区湿地生态系统服务价值变化分析

祖皮艳木·买买提, 赛迪古丽·哈西木, 玉米提·哈力克, 肉孜·阿吉

(1. 新疆师范大学 新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室, 乌鲁木齐 830054; 2.新疆维吾尔自治区地震局乌鲁木齐 830011; 3.新疆大学 资源与环境科学学院 绿洲生态教育部重点实验室, 乌鲁木齐 830046;4.新疆大学 生态学博士后科研流动站, 乌鲁木齐 830046; 5.埃希施塔特—因戈尔施塔特大学 数学与地理系,德国 埃希施塔特 85071; 6.新疆维吾尔自治区气象台, 乌鲁木齐 830002; 7.新疆师范大学 学报编辑部，乌鲁木齐 830054)



1976-2011年博斯腾湖小湖区湿地生态系统服务价值变化分析

祖皮艳木·买买提1,2,3,4, 赛迪古丽·哈西木7, 玉米提·哈力克3,5, 肉孜·阿吉6

(1. 新疆师范大学 新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室, 乌鲁木齐 830054; 2.新疆维吾尔自治区地震局乌鲁木齐 830011; 3.新疆大学 资源与环境科学学院 绿洲生态教育部重点实验室, 乌鲁木齐 830046;4.新疆大学 生态学博士后科研流动站, 乌鲁木齐 830046; 5.埃希施塔特—因戈尔施塔特大学 数学与地理系,德国 埃希施塔特 85071; 6.新疆维吾尔自治区气象台, 乌鲁木齐 830002; 7.新疆师范大学 学报编辑部，乌鲁木齐 830054)

以1976年、1990年、2002年和2011年4期的遥感影像资料为基础，结合野外实地调查及其他相关资料，研究了1976—2011年博斯腾湖小湖区湿地面积和生态系统服务价值变化及其影响因素。结果表明：(1) 近40年间小湖区湿地面积变化呈波动性趋势。其中1976年湿地面积最大为3 813.12 hm2；2002年和2011年湿地面积分别减少为3 138.12，2 285.53 hm2。(2) 在整个研究时段博斯腾湖小湖区湿地生态系统服务价值的变化整体上呈减少趋势：其中在1976—1990年，年平均减少2.67%；而在1990—2002年，年平均增长2.63%；2002年以后不断减少，减少速度比前15年明显加快。从研究区各生态功能服务价值对总的生态系统服务功能价值的贡献来看，废弃物处理、水涵养和气候调节功能服务价值的贡献率较大，且在整个研究时段呈增加的趋势。在研究期间，博斯腾湖小湖区湿地面积和生态系统服务价值的变化与流域自然和人为因素密切相关，应重视近年来人类活动的负面影响，对绿洲经济活动进行合理规划和控制。

湿地面积; 生态服务价值变化; 小湖区湿地; 博斯腾湖流域

干旱区内陆湖泊作为一种独特的生态系统单元，是维系干旱地区人类生存和发展的基本场所之一[1-2]。近年来，随着干旱区绿洲盆地社会经济的快速发展，在人类大规模的水土资源开发活动的影响下，干旱区内陆尾闾湖泊流域生态环境受到了诸如气候变化、工业发展、农业水利工程建设等自然和人为因素的共同影响，这极大地影响到尾闾湖泊生态环境的健康状况[3-4]。近年来对干旱区绿洲尾闾湖流域水域变化研究已成为尾闾湖泊自然水文过程及生态系统服务价值变化研究的重要方向[5-7]。

随着近年来博斯腾湖流域绿洲经济的快速发展，博斯腾湖区湿地生态环境退化问题日益严重，突出表现为湖区湿地面积急剧萎缩、沼泽景观持续退化、生物多样性剧烈减少和水体矿化度的明显增高，这些显著地影响到了博斯腾湖湖区生态系统的结构、功能、稳定性和生态安全。因此了解和掌握博斯腾湖湿地格局变化及其引起的生态系统服务价值变化是焉耆盆地生态环境健康和绿洲经济健康、协调发展的重要保障[8]。本研究以博斯腾湖小湖区湿地为研究区，通过采用3S技术，分析近40年来博斯腾湖湿地小湖区水域面积及其生态系统服务价值的变化，在此基础上，结合流域气候变化和人类活动等因素，定量阐明其变化的原因及主要的影响因素。研究成果可以为博斯腾湖湖区湿地生态环境保护和生态安全提供科学依据，同时也可以为博斯腾湖流域绿洲经济的稳定、健康与可持续发展提供参考。

1　研究区概况

博斯腾湖位于新疆维吾尔自治区焉耆盆地，由大湖、小湖群和湖滨湿地(黄水区)3部分组成。其中大湖水域辽阔，东西长55 km，南北平均宽20 km，历史最高水位1 049.39 m，最低水位为1 044.63 m。博斯腾湖小湖区位于大湖区西南(86.53°—86.90°E,41.67°—41.89°N)，处于开都河三角洲、孔雀河河漫滩和博斯腾湖湖滨的交汇地带，有地面支沟、河叉、小湖群相串通，洪水期大水漫溢，而枯水期地表变干。小湖区总面积约为370 km2，湖区西浅东深，最深处16 m，最浅2～8 m，平均深度约10 m，湖水平均矿化度2.57 g/L，是我国最大的芦苇产区之一，习惯上称为小湖苇区[9]。

2　数据来源与研究方法

2.1数据来源与处理

本研究以博斯腾湖流域1976年、1996年、2002年和2011年4期的MSS，TM和ETM遥感影像为基础，结合野外实地调查及地形图、土壤图、地质地貌图等相关资料作为主要信息源。利用ENVI 4.5软件，参考《中国资源环境遥感宏观调查与动态研究》[10-11]土地分类系统，根据研究区的具体特点，将博斯腾湖小湖区湿地面积进行分类解译，并结合实地勘察验证(Kappa指数>0.83)及资料查证[12]，获取博斯腾湖小湖区4个时期的湿地面积数据，然后利用ArcGIS 9.2和Excel软件对解译的数据进行统计分析。

2.2研究方法

2.2.1土地利用/覆被类型动态度土地利用动态度可定量描述区域土地利用变化的速度，它对对比土地利用变化的区域差异和预测未来土地利用变化趋势都具有积极的作用[13]。单一土地利用类型动态度能表示某一研究区在一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况。其表达式为：

(1)

式中：K——研究时段内某一土地利用/覆被类型动态度；Ua，Ub——研究初期和末期同一种土地利用/覆被类型的面积；T——研究时段。

2.2.2生态系统服务价值的计算Costanza等[14-15]将全球生物圈划分成16种生态系统和17种生态系统功能，并估算了它们的生态系统服务价值。近年来国内学者应用Costanza等[14-15]的方法分别对全国[16]、省份[17]、典型流域[18]以及经济较发展的东部沿海[19]地区的生态系统服务价值进行了估算，积累了大量的研究成果。但Costanza等[14-15]的方法是基于全球尺度，同时对某些生态系统单位面积的价值量估计过高或过低，如可能对耕地过低、对湿地偏高[20]。为了减少这种误差，谢高地等[20]通过对我国200多位生态学专家进行问卷调查，制定出我国生态系统生态服务价值的当量因子表(表1)。在表1中生态系统服务价值的当量因子指1 hm2农田每年自然粮食产量的经济价值，在研究中通过将平均自然粮食产量的经济价值继续归一化处理，然后就可以得到各生态系统服务价值的价值量。

表1　中国陆地生态系统单位面积服务价值当量(2002年)

本研究采用焉耆盆地的平均自然粮食产量的经济价值为参考价值量来评估研究区各生态系统服务价值量。为了反映土地利用/覆被变化对生态系统服务价值计算的影响，研究中采用1970—2011年焉耆盆地年均粮食产量(2 418.32 kg/hm2)来代替整个研究时段粮食的单产量，然后根据2011年全国粮食的平均收购价格3.27元/kg，计算出研究区1个当量因子的生态系统服务价值为1 129.70元。再利用单位面积生态系统服务价值当量表计算出研究区单位面积不同土地类型对应于Costanza等[14-15]所划分的不同生态系统服务类型的价值，分别为：气体调节为2 033.46元/hm2，气候调节为19 317.87元/hm2，水源涵养为17 510.35元/hm2，土壤形成为1 931.78元/hm2，废物处理为20 537.95元/hm2，生物多样性保护为2 824.25元/hm2，食物生产为338.91元/hm2，原材料为79.08元/hm2，娱乐休闲为6 269.84元/hm2。

根据研究区各土地类型单位面积生态服务价值系数，利用Costanza的生态系统服务的价值计算公式，计算出研究区各土地利用/覆被类型的生态系统服务的价值，具体的生态系统服务功能计算模型如下：

(2)

ESV=∑Ak·VCkf

(3)

式中：ESVf——生态系统第f项服务功能价值；ESV——研究区生态服务价值；Ak——k种土地利用/覆被类型的面积(hm2)；VCkf——k种土地利用/覆被类型所对应的生态系统第f项功能的服务价值指数[元/(hm2·a)]。

2.2.3敏感性指数计算为了确定生态服务价值随时间变化对价值指数变化的依赖程度，本研究通过选取经济学中常用的弹性系数来计算博斯腾湖小湖区湿地生态系统价值系数的敏感性指数[19-22]，以此来检验已计算得到的博斯腾湖小湖区湿地生态系统价值系数是否适合本研究区，分析步骤如下：首先将研究区各土地利用类型的价值指数分别调整50%来衡量生态系统服务价值的变化，当CS>1，表明ESV相对于CS是富有弹性的；当CS<1，表明ESV则缺乏弹性，其比值越大，表明生态系统服务功能价值指数的准确性越高。其计算公式如下：

(4)

式中：CS——敏感度；ESV——研究区生态系统服务价值的总量；VC——价值系数；i，j——初始的生态系统服务价值和生态服务功能价值指数调整后的价值；k——土地利用类型。

3　结果与分析

3.1小湖区水域面积变化

通过对博斯腾湖小湖区1976年、1990年、2002年、2011年4期的遥感影像进行解译，得出各时期博斯腾湖小湖区湿地面积(表2)。研究表明，近40年来博斯腾湖小湖区湿地面积呈波动性变化趋势。其中在1976年小湖区湿地面积最大为3 813.12 hm2；1990年减小到2 385.58 hm2；2002年小湖区湿地面积最大为3 138.12 hm2，此后呈不断减少趋势，2011年为2 285.53 hm2。

分析表明博斯腾湖湿地小湖区湿地面积动态度在1990—2002年为负值，在1990—2002年为正值，表明前期湿地面积逐年减少，而1990—2002年湿地面积逐年增加。到了2000—2011年，湿地面积又呈逐年下降的趋势，而且下降速度比前期增长明显快。

3.2小湖区生态系统服务价值变化

为了揭示博斯腾湖小湖区湿地面积变化对生态系统服务价值的影响，根据博斯腾湖湿地生态系统单位面积服务价值表，利用生态经济学理论和生态系统服务功能价值评价方法(公式2—3)，对1976年、1990年、2002年和2011年4个不同时期博斯腾湖湿地生态服务价值进行评估，得出其生态服务价值(表3)。

表2　1976-2011年博斯腾湖小湖区湿地面积变化

表3　1976-2011年博斯腾湖小湖区生态系统服务价值的变化

分析表明，在整个研究时段博斯腾湖湿地生态系统服务价值的变化表现为波动减少的趋势。其中在1976—1990年，斯腾湖湿地的生态系统服务价值平均减少约2.67%；而在1990—2002年，博斯腾湖小湖区生态系统服务价值平均增长2.63%；而在研究时段后半期博斯腾湖小湖区湿地生态服务价值呈不断减少的趋势，到2011年仅为16.192万元。

从整个研究时段内博斯腾湖湿地单位面积生态功能服务价值量来看，研究区各生态功能服务价值对总的生态系统服务价值的贡献率大小并不相同。根据博斯腾湖湿地小湖区各生态功能服务价值对总的生态系统服务价值贡献的大小进行等级划分，从高到低顺序依次为废物处理、气候调节、水源涵养、娱乐文化、生物多样性保护、气体调节、土壤形成与保护、食物生产和原材料；研究表明在整个研究时段(1976—2011年)研究区各生态系统服务价值中废弃物处理、水涵养和气候调节功能对博斯腾湖小湖区湿地生态系统服务价值的贡献率最大，表明湿地对博斯腾湖生态环境的净化作用最显著。

3.3生态系统服务价值敏感度分析

根据研究区实际情况并参考相关文献分析，在本研究中将博斯腾湖小湖区湿地生态价值系数分别上下调整50%，然后利用公式(4)计算出不同时期小湖区湿地生态系统服务价值的敏感度指数，计算结果表明在4个时期敏感指数值各不相同，其中在1976年为0.34，在1990年为0.33，在2002年为0.35，在2011年为0.33，均小于1(图1)，从而表明，在整个研究时段，博斯腾湖小湖区湿地生态系统服务价值对其价值系数缺乏弹性，本研究结果可信。

4　讨论与结论

4.1讨 论

本文利用不同时期的遥感数据源，采用谢高地等[16]的研究成果，结合研究区粮食产量和粮食平均价格估算了博斯腾湖小湖区湿地不同生态系统功能的服务价值，结果表明：该方法在评估生态系统服务价值对LUCC的响应，对生态系统服务价值随时间变化的研究方面具有重要意义。

图1　1976-2011年博斯腾湖小湖区生态系统服务价值敏感度指数变化

从整个研究时段看，博斯腾湖水位出现历史性的两次变化[23](1987年的枯水期和2002年的丰水期)引起的小湖区湿地面积的变化是造成该时期小湖区湿地生态系统服务价值变化的主要原因。封闭的内陆湖泊水面变化与入湖水量关系密切，入湖水量取决于入湖河流的径流量，它与大气降水、蒸发和冰雪融水等因素有关。因此，影响内陆湖泊水面变化的主要自然因素是降水和温度等气象因素[24]。根据1960—2011年焉耆气象站年平均气温、蒸发量和降水量和开都河焉耆水文站平均径流量变化可知(图2A)，近40年来焉耆气象站年平均气温和总体呈较平稳的变化趋势；在1960—2000年降水量总体呈增加趋势，2000年以后逐渐减少；蒸发量不断增加；开都河径流量变化保持平稳状态。

随着社会生产力的不断提高，经济规模的进一步扩大，博斯腾湖湿地的经济发展和环境保护之间的矛盾变得越来越尖锐。人为因素的变化比较频繁直接引起土地利用模式与格局的变化(图2B)。从20世纪60年代末期到80年代中期为新疆大规模水土开发的第二个高峰期[24-25]，在此时段，由于绿洲盆地内盲目扩大耕地面积以及湖滨开荒等掠夺式的资源开发不断扩大，直接导致博斯腾湖湿地的来水量急剧减少导致资源遭受严重破坏，从而造成博斯腾湖滨湿地生态系统的损失[25]；在1990年后随着当地政府采取一系列控制措施，控制农田垦殖规模，水土资源开发趋向合理，再加上绿洲盆地对地下水资源的开采力度加大，部分替代了对地表水的引用，使得开都河等主要补给河流的入湖水量增加，博斯腾湖的湖泊水位明显上升，湖水矿化度下降，到2002年博斯腾湖水位已达到1 048.9 m，超过了历史最高水位，其湖水矿化度也降至1.27 g/L[24-27]，使得博斯腾湖湿地水环境恶化的状况得到了较大程度的缓解，湿地小湖区的生态系统服务价值也得到明显提高。湖区土地利用/覆被类型由盐碱地向多汁木本盐柴类荒漠、草地和湖泊水体，农田向湖泊、湿地转化，盆地生态环境逐渐变好，湖区湿地生态系统服务价值功能得到恢复[28]。但同时也应看到，随着近年来流域人口的不断增加、工农业生产的不断发展、污染物排放和2000年开始的从博斯腾湖向塔里木河下游应急引水工程等以及博斯腾湖流域资源开发力度的增加和小湖区调运出流量的不断增加又导致博斯腾湖湖区湿地面积的减少[29]，造成湿地生态系统服务价值在一定程度上降低，应对此重视。

图2　焉耆盆地气候变化和人口、播种面积变化

从博斯腾湖湿地生态环境保护措施来看，在整个流域控制农田垦殖的合理规模，提高农业生产效率，加强对工、农业用水的管理，加强对博斯腾湖周围地区淡水资源的管理，提高调水投入，加大向湿地的调水力度，从而保证湿地的水资源供给；并尽量减少农田排水的负面影响，适当提高工、农业生产超额用水的收费标准；发展趋于特色农、牧业，控制污染源排放是博斯腾湖流域经济良性发展与生态环境保护的良性之路。

4.2结 论

(1) 研究表明在1976—2011年博斯腾湖小湖区湿地面积变化呈波动性减少趋势。其中1976年湿地小湖水域面积最大，为3 813.12 hm2；2002年小湖区湿地面积略微增加，到2011年又减少为2 285.53 hm2；从整个研究时段看博斯腾湖湿地的水域面积呈不断减少的趋势。

(2) 在1976—2011年博斯腾湖湿地小湖区的生态系统服务价值变化表现为波动减少的趋势：其中在1976—1990年，平均减少约2.67%；而在1990—2002年，平均增长约2.63%；2002年以后呈不断减少的趋势，到2011年仅为161.92万元；从博斯腾湖湿地各生态系统服务功能价值对总的生态系统服务功能价值的贡献来看，其贡献大小各不相同。总体看，在整个研究时段博斯腾湖湿地小湖区废弃物处理、水源涵养和气候调节功能的生态系统服务价值贡献最大并呈不断增加的趋势，敏感度指数分析表明分析结果可信。

(3) 研究表明近年来人为因素正成为博斯腾湖流域小湖区湿地面积及生态系统服务价值变化的重要影响因素，应重视，在研究区进行合理的水土资源开发和水利工程建设等活动，合理地规划经济活动以减少人为因素导致的湿地生态系统服务功能的退化，从而保护博斯腾湖流域重要的湿地生态环境。

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Changes of the Ecosystem Service Values of the Wetlands of Small Lake in Bosten Lake Basin During the Period from 1976 to 2011

Zulpiya·Mamat1,2,3,4, Saidiguli·Haximu7, Umut·Halik3,5, Rouzi·Aji6

(1.XinjiangKeyLaboratoryofLakeEnvironmentandResourcesinAridZone,XinjiangNormalUniversity,Urumqi830054,China; 2.EarthquakeAdministrationofXinjiangUygurAutonomousRegion,Urumqi830011,China;3.XinjiangKeylaboratoryofOasisEcology,CollegeofResourcesandEnvironmentScience,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China; 4.EcologicalPostdoctoralResearchStation,XinjiangUniversity,Urumqi830046，China; 5.FacultyofMathematicsandGeography,CatholicUniversityofEichstaett-Ingolstadt,Eichstaett85071,Germany; 6.XinjiangMeteorologicalObservatory,Urumqi830002,China; 7.EditorialOfficeofJournal,XinjiangNormalUniversity,Urumqi830054,China)

Based on the remote sensing images of 1976, 1990, 2002, and 2011 of Bosten Lake Basin, the field investigation and other related information, the changes and the influential factors of the ecosystem service values of the wetlands of small lakes of the Bosten Lake Basin during the period from 1976 to 2011 were examined. The results showed that: (1) the fluctuating change trend of the wetlands area of the small lakes of the Bosten Lake Basin was observed during these nearly forty years, among which, in 1976, the wetland area was the maximum, and reached up to 3 813.12 hm2; while in 2002 and 2011, these reduced to 3 138.12 hm2and 2 285.53 hm2, respectively; (2) in the whole research period, as the whole, we could see that the changes of the ecosystem service values of the wetlands of the small lakes showed decreasing trends; and from 1976 to 1990, there was a mean reduction of them as 2.67% per year; but from 1990 to 2002, these increased by 2.63% per year. This research showed in the whole research period, the wetland areas and the ecosystem service values of the research area showed decreasing trends since 2002, and the decreasing trends were much faster than the former 15 years. From the contribution of each ecological function service value of the total ecological system function service values, we could get that the contribution rates of the waste disposal, the water conservation and the climate regulation to the whole ecological service values were the maximum, and they increased from 1976 to 2011. This research showed the changes of the wetland areas and the ecosystem service values of the small lakes of the Bosten Lake Basin were closely related with the natural and anthropogenic factors in nearly 40 years, and we should pay much attention to the negative influent that was caused by the unreasonable human activities, and should make reasonable plans for the development of the economy activities in the basin.

the areas of wetlands； changes of the ecosystem service values; wetlands of small lake; Bosten Lake Basin

2015-05-11

2015-06-03

新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室开放课题“博斯腾湖湿地系统的生态安全调控机理研究”(2014KL016);国家自然科学基金(31360200);德国大众基金会EcoCAR项目(Az:88497)

祖皮艳木·买买提(1983—),女,新疆拜城人,博士后,主要从事干旱区资源与环境研究。E-mail:zulpiya1219@sina.com

玉米提·哈力克(1966—),男,新疆乌鲁木齐人,教授,主要从事干旱区恢复生态研究。E-mail:halik@xju.edu.cn

X171

A

1005-3409(2016)03-0328-05