基于地理信息技术的升金湖湿地生态服务价值

杨斐　董斌　徐文瑞　崔杨林　王裕婷　方磊　彭亮

摘要：湿地作为人类不可或缺的自然资源和生态系统，有着不可替代的经济、社会和生态效益。升金湖湿地分布在安徽省，地处长江中下游，是我国一处重要的湿地，现已成为我国重要的越冬珍稀鹤类栖息地。综合利用遥感和地理信息技术，解译研究区1986—2017年9期TM遥感影像，并运用价值量评价法对其生态服务价值进行核算，根据核算结果分析各类型用地面积的变化对研究区生态服务价值动态变化可能产生的影响。结果表明，这30年间保护区内土地利用变化速度较快，随着各用地类型面积的变化，其生态服务价值也在不断变化，变化趋势不稳定;1986—2017年湿地生态服务价值总量减少了1700万元，湿地生态环境受到了严重威胁。为了更好地保护湿地，有必要加大保护力度，合理配置湿地资源，制定生态补偿制度，实现湿地生态服务功能的重要目标。

关键词：升金湖;湿地;生态服务;价值评价;地理信息技术

中图分类号： X87  文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2020）19-0288-05

收稿日期：2019-11-21

基金项目：国家自然科学基金（编号：41571101）;安徽省智慧城市与地理国情监测重点实验室项目（编号：2016-K-04Z）;北京林业大学精准林业北京市重点实验室及精准林业关键技术与装备研究项目（编号：2015ZCQ-LX-01）。

作者简介：杨 斐（1993—），男，安徽合肥人，硕士，主要从事土地信息技术与利用研究。E-mail：15656953665@163.com。

通信作者：董 斌，博士，教授，主要从事测绘地理信息技术及其生态环境应用研究。E-mail：dbhy123@sina.com。

湿地蕴藏着丰富的自然资源且具有重要的生态协调能力，还为人类的生产活动营造了良好的环境，湿地创造的价值难以估量[1]。湿地也是人类文明的重要载体，人类文明的衰落和湿地的消失有很大关系，例如楼兰古城的消失[2]。从生态系统服务的角度来看，湿地是全球单位面积最有价值的生态系统之一，对湿地生态系统服务的研究是一项多学科的工作，须要从不同角度了解其提供的生态服务和从中获得的巨大效益。20世纪90年代后期，生态系统服务概念才被Pearce等的出版物[3]广泛关注，随后许多国家开展了关于生态服务价值评估的研究。例如，Pinke采用多种方法对匈牙利湿地生态服务价值进行评估，建立了可持续土地利用系统[4]; Santosmartin等评估了1918—2006年期间西班牙西南部Donana沼泽地和河口的土地利用转化中生态系统服务的变化[5]。随着我国社会经济的日益发展，我国湿地被大量开发，围湖造田、填海造陆等造成湿地资源的严重破坏，根据近几年的调查统计数据显示，现存的天然湿地不足历史天然湿地的1/3，如何更好地配置湿地资源成为目前人们面临的一大难题。本研究以升金湖湿地为例，从生态服务价值角度分析探讨升金湖湿地的土地合理利用规划和水鸟保护的重要性与必要性。

1 研究区概况

升金湖湿地在1986年被确立为省级自然保护区，1997年又被确立为国家级自然保护区[6];升金湖湿地地处116°55′～117°15′E，30°15′～30°30′N之间，位于安徽省池州市东至县和贵池区交界处，保护区总面积达33 340 hm2，湖区面积为13 280 hm2[7]。由于升金湖优越的地理位置和气候条件，湖区水产资源和自然植被种类丰富，吸引了大量的珍稀候鸟每年来此过冬，是珍稀候鸟重要的越冬栖息地。通过对升金湖湿地生态服务价值的核算，对于如何制定生态补偿制度、合理利用湿地资源和保护生物多样性具有重大意义。

2 数据处理与研究方法

2.1 影像数据选取与处理

本研究选取了升金湖保护区近30年的9期（1986年、1990年、1995年、2000年、2004年、2008年、2011年、2015年和2017年）Landsat TM 遥感影像，选取的影像时期均在冬季。利用ERDAS 9.3软件对选取的9期影像进行幾何校正、波段融合、影像增强、监督分类及影像解译等预处理，并翻阅土地利用分类相关文献，结合研究区实际情况，在遥感目视解译时将土地类型共划分为八大类，分别是旱地、林地、泥滩地、芦苇滩地、草滩地、水田、水域、建设用地。分类后结合外业调绘结果对处理后的影像进行精度检验，Kappa系数均大于0.85，解译精度较高，满足本研究对解译精度的要求。最后通过ARCGIS软件统计各地类面积，并分析其面积变化。

2.2 土地利用变化分析方法

土地利用动态度是通过定量的方式来表达土地利用变化的速率，并通过变化模型来分析研究区各类型用地演变的过程[8]。其数学表达式如下：

K1=（Ub-Ua）;（1）

K2=Ub-UaUa×T-1×100%。（2）

式中：Ua、Ub各表示研究初期和末期某一类型的土地面积;T指研究区段之间的时间差值; K1为某一类型土地的变化幅度;K2指研究期内某一类型土地的变化速度。

2.3 湿地生态服务价值估算方法

目前，生态系统服务评估是生态系统可持续性研究的一个重点，它引起了许多生态学家和经济学家的关注，而对生态服务价值进行定量分析的方法主要有价值量评价法、能值分析法和物质量评价法3种[9]。其中，价值量评价法是从价值量的角度根据生态系统服务的变化把各生态服务功能进行定量化，从而得到真实直观的数据，能够对不同生态系统的价值量进行定量评估与比较，同时将特定生态系统的各单项服务价值进行综合评估，适用性较强[10];能值分析法能够把系统中不同类别的能量转化为统一标准的能值来评价分析并定量比较，但它具有片面性[11];物质量评价法能够评价出不同生态系统中同一服务功能的价值量大小，但它很难对特定生态系统进行一个整体的评估[12]。所以本研究采用价值量评价法对升金湖湿地1986—2017年的生态系统服务功能价值进行核算，公式[13-14]为

本研究根据公式（6）把生态服务价值系数上下调整50%后，分别对保护区各年度生态服务价值敏感性指数进行计算，结果得知，升金湖湿地各年度不同用地类型的CS值均小于1，说明随着时间的推移，研究区各年度生态服务价值对于生态价值系数均不敏感，所以本研究采用的生态价值系数合理。

4 结论与讨论

本研究综合利用遥感和地理信息技术和价值量评价法对研究区1986—2017年生态服务价值进行评估分析得出以下结果：1986—2017年保护区各类型用地面积变化较大;其中，旱地、林地、芦苇滩地面积整体上呈下降趋势，其他各类型用地的面积均呈上涨趋势。1986—2017年间，升金湖湿地内以耕地用途为主，尤其是2000年前耕地面积占比均达到30%以上，其次是水域和林地;其中旱地面积在不断减少，2004—2017年间旱地面积不足20%;各类型用地中水田面积的变化速率最大，其次是建设用地，分别为7.02%和6.78%。升金湖湿地生态系统服务价值总量变化不稳定，2017年较1986年的生态服务价值总量是下降的，下降总额为1 700万元。升金湖湿地土地利用结构的变化，如旱地、滩涂等面积的减少，建设用地面积的增加等都会对其区域生态、鸟类栖息地选择及生物多样性保护产生不同程度的影响，从而引起湿地生态服务价值的变动。

综上所述，升金湖保护区生态系统服务功能价值的变化与其土地利用结构的变化息息相关。因为人类活动的过多干预，导致升金湖湿地出现围湖造田、水产资源破坏、过度养殖与放牧、水资源利用不合理、生态多样性减少等生态问题。升金湖保护区作为我国重要的湿地资源和越冬鹤类栖息地，政府应加强管理，合理规划土地利用布局，不仅要提升当地居民的生活水平，更要加强当地居民对湿地生态和生物多样性的保护意识。本研究通过对升金湖湿地生态服务价值变化的研究和分析，能为今后制定生态补偿制度、保护和恢复湿地生态功能提供重要依据。

参考文献：

[1]吴玲玲，陆健健，童春富，等. 长江口湿地生态系统服务功能价值的评估[J]. 长江流域资源与环境，2003，12（5）：411-416.

[2]马占东，高 航，杨 俊，等. 基于多源数据融合的南四湖湿地生态系统服务功能价值评估[J]. 资源科学，2014，36（4）：840-847.

[3]Pearce D W. Auditing the earth：the value of the worlds ecosystem services and natural capital[J]. Environment Science & Policy for Sustainable Development，1998，40（2）：23-28.

[4]Pinke Z. Modernization and decline：an eco-historical perspective on regulation of the Tisza Valley，Hungary[J]. Journal of Historical Geography，2014，45（45）：92-105.

[5]Santosmartin F，Zorrilla-Miras P，Palomo I，et al. Protecting nature is necessary but not sufficient for conserving ecosystem services：a comprehensive assessment along a gradient of land-use intensity in Spain[J]. Ecosystem Services，2019，35：43-51.

[6]盛书薇，董 斌，李 鑫，等. 升金湖国家自然保护区土地利用生态风险评价[J]. 水土保持通报，2015，35（3）：305-310.

[7]杨 李，董 斌，汪 庆，等. 安徽升金湖国家级自然保护区水鸟生境适宜性变化[J]. 湖泊科学，2015，27（6）：1027-1034.

[8]杨慧琳.基于GIS和RS的北湖公园地区土地利用动态变化及驱动力分析[J]. 经营管理者，2017（13）：58-59.

[9]刘晓辉，吕宪国，姜 明，等. 湿地生态系统服务功能的价值评估[J]. 生态学报，2008，28（11）：5625-5631.

[10]汪 庆.基于土地利用变化下的生态系统服务价值评估[D]. 合肥：安徽农业大学，2015.

[11]Alphan H，Yilmaz K T.Monitoring environmental changes in the mediterranean coastal landscape：the case of Cukurova，Turkey[J]. Environmengtal Management，2005，35（5）：607-619.

[12]赵景柱，肖 寒，吴 刚. 生态系统服务的物质量与价值量评价方法的比较分析[J]. 应用生态学报，2000，11（2）：290-292.

[13]罗 俊，王克林，陈洪松. 喀斯特地区土地利用变化的生态服务功能价值响应[J]. 水土保持通报，2008，28（2）：19-24.

[14]Turner S J. Landscape ecology concepts，methods and applications[J]. Landscape Ecology，2005，20（7）：1031-1033.

[15]Zhao S Q，Fang J Y，Miao S L，et al. The 7-decade degradation of a large freshwater lake in central Yangtze River，China[J]. Environmental Science & Technology，2005，39（2）：431-436.

[16]謝高地，张彩霞，张雷明，等. 基于单位面积价值当量因子的生态系统服务价值化方法改进[J]. 自然资源学报，2015，30（8）：1243-1254.

[17]Guo Z W，Xiao X M，Gan Y L，et al. Ecosystem functions，services and their values-a case study in Xingshan County of China[J]. Ecological Economics，2001，38（1）：141-154.

[18]靳 芳，余新晓，鲁绍伟.中国森林生态服务功能及价值[J]. 中国林业，2007，26（4）：40-41.

[19]胥彦玲.基于景观生态学的生态系统服务功能评价——以甘肃省为例[D]. 西安：西北大学，2003.

[20]吴大千，刘 建，贺同利，等. 基于土地利用变化的黄河三角洲生态服务价值损益分析[J]. 农业工程学报，2009，25（8）：256-261.

[21]李 琳. 基于3S技术的现代黄河三角洲湿地生态服务功能价值评估研究[D]. 青岛：山东科技大学，2011.