1995—2015年缅甸土地利用/覆被变化对生态系统服务价值的影响

包 妲,李 杰,刘 锋,胡金明,*

1 云南大学国际河流与生态安全研究院, 昆明 650500 2 云南财经大学城市与环境学院, 昆明 650221 3 云南省国际河流与跨境生态安全重点实验室, 昆明 650500

生态系统服务价值是人类直接或间接地从生态系统功能中获得的有形或无形的利益的客观体现,是区域生态文明与可持续发展的重要表征[1-2]。研究表明,土地利用变化与生态系统服务有着密切的联系[3- 5],不合理的土地利用方式将会对生态系统服务造成影响[6-7]。近年来,随着土地利用变化和生态系统服务受到越来越多的关注,评估土地利用变化对生态系统服务价值的影响成为研究热点[8-13]。

缅甸是全球生物多样性热点区,具有极高的生物多样性保护价值[14],然而,缅甸中部又是典型的半干旱区域[15],生态环境敏感且脆弱。缅甸生态系统及其服务的变化与区域生态安全维持、经济社会可持续发展息息相关,不合理的土地利用/覆盖变化可能会带来潜在的生态环境风险。而缅甸是我国经陆路通向“21世纪海上丝绸之路”的捷径和重要节点,以中缅“一带一路”建设、中缅经济走廊建设等带动的系列重大合作,其总体空间布局从缅甸东北、中部、通向西部和南部直至印度洋,横贯缅甸经济社会发展中心地带和生态系统脆弱敏感地带。随着中缅系列重大战略合作的推进,这一中心地带将呈现快速的经济社会发展,必然会加剧缅甸土地利用/覆盖变化,从而对缅甸生态系统及其服务功能、价值等产生影响[16-18]。以中缅“一带一路”建设、中缅经济走廊建设等主导的系列重大合作,必须高度关注不合理的土地利用/覆盖变化对区域生态系统及其服务产生的潜在负面影响,避免因生态环境问题引发国际争议而阻碍中缅重大战略合作。作为前车之鉴的中缅重大合作项目密松水电站建设,就因可能存在的生态环境风险引发争议而被缅甸政府叫停,导致中资企业和中缅两国都蒙受巨大经济损失[19]。

目前,缅甸土地利用变化和生态系统服务价值的研究相对较少,有关土地利用变化研究主要集中于部分区域(单个省邦)或者某一地类[20-23]；而生态系统服务价值评估则主要针对某一类生态系统[24-25]。本研究将分析1995年、2015年缅甸的土地利用/覆被及其变化,估算两个时期的生态系统服务价值及其变化,进而揭示这一时期的缅甸土地利用/覆被变化对生态系统服务价值的影响,为中缅深入推进“一带一路”建设等系列重大战略合作提供重要支撑信息。

1 研究区概况

图1 研究区示意图 Fig.1 The location, administrative units and topography of Myanmar KN:克钦邦 Kachin State；SG:实皆省 Sagaing Region；CN:钦邦 Chin State；MA:曼德勒省 Mandalay Region；SN:掸邦 Shan State；RE:若开邦 Rakhine State；MY:马圭省 Magway Region；NW:内比都 Naypyitaw；KH:克耶邦 Kayah State；BO:勃固省 Bago Region；AY:伊洛瓦底省 Ayeyarwady Region；YN:仰光省 Yangon Region；KI:克伦邦 Kayin State；MN:孟邦 Mon State；TI:德林达依省 Tanintharyi Region

缅甸位于8°49′N—28°32′N和92°10′E—101°10′E之间(图1),国土面积约67×104km2,以林地(约占国土面积的71%)和耕地(约占国土面积的26%)为主。缅甸地势总体上为北高南低、东西高中部低；北、东、西以山地、丘陵及高原为主；中部以河谷平原为主。境内发育有伊洛瓦底江、萨尔温江水系及大量的湖泊水体。缅甸以热带季风气候为主,北部部分区域为亚热带季风气候。缅甸森林覆盖率高达43%,动植物物种丰富,是全球最重要的生物多样性热点地区之一[14]。缅甸下辖共7个省、7个邦和1个联邦区,是一个典型的农业国家,总人口约为5300万,农业人口占全国人口的77%[26]。

2 数据与研究方法

2.1 数据

1995年和2015年缅甸土地利用数据来源于欧空局的全球土地利用数据集(http://maps.elie.ucl.ac.be/CCI/viewer/),空间分辨率为300 m,该数据土地利用类型有37类。基于Costanza生态系统服务价值系数表[27]和缅甸的实际土地利用状况,本研究将37个土地利用类型合并为8类,分别为耕地、林地、湿地(不含河湖等水体)、草地、裸地、建设用地、水体和冰川。缅甸基础地理和行政单元矢量等数据源于缅甸信息管理部(https://themimu.info)。

2.2 研究方法

2.2.1土地利用转移变化

(1)面积转移矩阵可以深入揭示区域土地利用类型变化的结构特征和方向,阐明不同土地利用类型之间的转移[28]。因此,本研究利用这个指标来分析1995—2015年缅甸某一土地利用类型转为其他土地利用类型的面积(转出)、由其他土地利用类型转为某一土地利用类型的面积(转入)。

(1)

式中,S代表面积,n代表土地利用类型数(n=8),i、j分别是研究初期(1995年)和研究末期(2015年)的土地利用类型。

(2)土地利用变化热点图的制作[29]。基于Arcgis10.3软件,使用Reclass by table工具提取1995年、2015年各地类图,用Raster calculator工具计算2015—1995年各地类空间变化面积,用Fishnet工具生成研究区30 km×30 km矢量网格作为各地类热点变化的基本单元,再利用Zonal statistics工具计算各地类在每个网格单元的变化面积,从而获得研究区该时段内各地类变化热点图,进而突出并识别缅甸土地利用变化显著区。

2.2.2生态系统服务价值评估

Costanza于2014年修订的生态系统服务价值系数表被许多学者用于全球范围内不同尺度、类型的生态系统服务价值量评估,能反映生态服务的稀缺性,是研究区域生境保护、环境功能区划、生态补偿政策、生态经济核算等的重要依据,该方法得到了广泛认可[30-31]。本研究借鉴Costanza于2014年修订的生态系统服务价值系数表[27],从而获得缅甸生态系统服务价值系数表(表1),用于计算缅甸1995、2015年的生态系统服务价值。

缅甸生态系统服务价值计算方法如下:

(2)

(3)

(4)

式中,ESVt为缅甸t时期(1995年、2015年)生态系统服务总价值,Akt为缅甸t时期(1995、2015年)第k类土地利用类型面积,VCk为第k类土地利用类型生态系统服务价值系数,n为土地利用类型数(n=8)。ESVcr是缅甸生态系统服务价值变化率,ESVt1和ESVt2分别是t1(1995年)和t2(2015年)缅甸生态系统服务总价值。ESVft为缅甸t时期(1995年、2015年)第f项二级生态系统服务价值(f= 1, 2, 3,...,17),VCfk为缅甸第k类土地利用类型所对应的第f项二级生态系统服务的价值系数。

表1 缅甸生态系统服务价值系数表/(＄ hm-2a-1)

因为缅甸海岸线区域(若开邦、伊洛瓦底省、仰光省、孟邦、德林达依省)湿地以红树林为主,约占湿地总面积的82%—84%,所以缅甸的湿地生态系统服务价值系数引用潮沼/红树林的系数；而冰川的生态系统服务价值系数则以Costanza水体的系数为基础,引用Jiang等人[32]的冰川和水体生态系统服务系数的比例,进而得到缅甸冰川的生态系统服务价值系数。

3 结果分析与讨论

3.1 缅甸土地利用变化特征

3.1.1土地利用转移态势

缅甸1995、2015年的两期土地利用类型空间分布和面积分别如图2、表2所示。缅甸土地利用类型分布与地形地貌、河流水系等发育、人类社会经济活动空间等高度一致。林地是缅甸最主要的土地利用类型(约占国土面积70%—71%),主要分布在北部、东部和西部的山地、丘陵和高原区。其次是耕地(约占26%),耕地以及建设用地主要分布在中部及滨海平原。河湖水体约占国土面积的1.3%,主要分布在中部平原和中东部高原。湿地主要分布在滨海平原。

图2 1995年和2015年缅甸的土地利用/覆被变化图Fig.2 The LUCC (land use/land cover change) pattern of Myanmar in 1995 and 2015

表2 1995—2015年缅甸土地利用/覆被变化转移矩阵/km2

从两个时期各类土地利用类型总面积及空间分布来看,该时段缅甸土地利用未发生大的变化,总转移面积仅占缅甸国土面积1.82%。不同土地利用类型(除冰川)间发生一定程度的转出和转入变化(表2)。总体来看,林地、草地面积下降,而耕地、建设用地、湿地、水体、草地、裸地面积增加。其中,林地转出面积最大、转入面积其次、减少面积最大(-7642.71 km2)；耕地转入面积最大、转出面积其次、增加面积最大(6367.45 km2)；建设用地面积增加756.17 km2,增幅最大(143.86%)。

这一时期缅甸土地利用转移主要表现为自然景观向人工景观的转变,其次是自然或人工景观内部转移,以及人工景观向自然景观的逆转移。林地和草地面积下降,转出林地面积的91%和转出草地面积的68%转为耕地。耕地增加面积最大,转入的耕地主要源于林地(94.43%),以及草地(3.61%)、水体、湿地等；但转出耕地面积的48.14%、29.02%、13.96%、6.04%、2.78%分别转为林地、建设用地、水体、湿地、草地。转入的建设用地主要源于耕地(86.25%),以及林地(11.56%)、水体(1.78%)等。

3.1.2土地利用变化热点

图3 缅甸各地类土地利用/覆被变化热点图Fig.3 The LUCC hotspots of various land types in MyanmarKN: 克钦邦 Kachin State; SG:实皆省 Sagaing Region; CN:钦邦 Chin State; MA:曼德勒省 Mandalay Region; SN:掸邦 Shan State; RE:若开邦 Rakhine State; MY:马圭省 Magway Region; NW:内比都 Naypyitaw; KH:克耶邦 Kayah State; BO:勃固省 Bago Region; AY:伊洛瓦底省 Ayeyarwady Region; YN:仰光省 Yangon Region; KI:克伦邦 Kayin State; MN:孟邦 Mon State; TI:德林达依省 Tanintharyi Region

图3显示了这一时期缅甸有变化的7个地类的土地利用变化强度空间分布特征。其中:全国大部分省/邦林地面积都呈现下降,其中部分省/邦(如KN、SG、SN、MN、TI)为下降的热点区域,少数省/邦(如NW、MY)有一定增加。在中部和南部部分省/邦(如MA、MY、YN、KI)草地面积有一定下降,而在北部、西部、东部等山地、丘陵、高原区有小幅增加。大多数省/邦耕地面积都表现为增加趋势,部分省/邦(如SG、KN、SN、MN、KI、TI)增幅较大,与林地下降的热点区域对应；也有省/邦(如MA、MY、NW、AY和YN)呈大幅减少,与建设用地增加的热点区域对应。中部和南部平原、东部高原等省/邦的建设用地表现出增加趋势,而曼德勒市、内比都市和仰光市等大城市增幅大。水体增加的热点区域在北部山地丘陵区域(SG),水体减少的热点区域以中部和南部平原为主,但减幅不大。湿地增加的热点区域主要在伊洛瓦底江入海口区域(AY)和南部(BO、YN),其他山地、丘陵等局部区域小幅增加；减少的热点区域在西部若开邦,但在南部(KI、TI)表现出湿地的小幅下降。从土地利用变化绝对面积最大的林地、耕地和建设用地(表2)来看,这一时期缅甸土地利用变化的热点区域主要分布在人口集中、城市化程度高的中部、南部的平原区,以及北部山地丘陵区。耕地扩张和城市建设是缅甸土地利用变化的主要原因。

3.2 缅甸生态系统服务价值变化

3.2.1缅甸生态系统服务价值构成

由表3可知,缅甸1995年、2015年生态系统服务价值(约4600—4700亿美元)构成中,以林地、湿地、耕地和水体的贡献为主,合计约贡献总服务价值的99.3%。林地占国土面积约70%—71%,其生态系统服务价值约占54%—56%。湿地面积虽小,占国土面积不到0.8%,且不到林地和耕地面积的1.2%、3.0%,但其贡献的生态系统服务价值约占缅甸生态系统服务价值的21%左右,与耕地的贡献度接近。从生态系统服务一级类型来看(表4),调节服务价值约占48%、支持服务价值约占29%,显著高于供给服务(约占13%)和文化服务(约占10%)价值。从生态系统服务二级类型来看(表4),气候调节、废物处理、遗传资源、食物供给、娱乐、水土保持的生态系统服务价值高。

表3 1995—2015年缅甸各类土地利用类型的生态系统服务价值及变化/亿美元

3.2.2缅甸生态系统服务价值的变化

1995—2015年,缅甸生态系统服务总价值增加66.26亿美元,其中,价值增量贡献来自湿地(约95.58%),其次是耕地(53.50%)、建设用地(7.61%)、水体(6.26%)；价值减量贡献来自于林地(-62.07%)、草地(-0.91%)。从生态系统服务一级类型来看(表4),调节服务价值增加量最高,约贡献总价值增量的74.69%；其次是供给服务(21.66%)和支持服务(4.19%)的价值增量贡献,而文化服务则贡献了价值减量。从生态系统服务二级类型来看(表4),废物处理、食物供给、生境/避难所、水供应、土壤形成、水调节等服务价值增加,而气候调节、遗传资源、水土保持、娱乐等服务价值下降。

3.3 讨论

3.3.1可持续发展需权衡人工与自然景观生态系统服务价值

缅甸1995—2015年间土地利用的细微变化,未在宏观层面导致生态系统服务价值量的大幅波动(微小增幅),但仍使各生态系统服务之间出现此消彼长的价值流转。主要体现为:湿地面积小幅增加而升高的调节与支持服务价值,掩盖了因林地、草地面积减少而导致的调节与支持服务价值的降低。但湿地、林地、草地等自然景观单元所具备的生态功能各有不同,如果仅从价值量上判断其整体生态系统服务的优劣和变化趋势,可能会忽略因林地、草地面积减少所带来的相应生态功能降低的风险[33-34]。如果林地、草地面积持续减少,则可能导致缅甸整体生态系统服务大的变化,特别是一、二级生态系统服务之间的失衡,从而对缅甸生态安全维持、生物多样性保护造成一定的影响[35-37]。同时,在区域社会经济发展进程中,往往会出现随着人口、产业聚集和城市化进程而导致自然景观向人工景观转变,如城市周边的林地、草地向耕地、建设用地转变等[38]。从空间规划的角度来看,各地类的面积、以及空间格局的协调配置,应着重考虑各地类的生态系统服务的权衡[39-40]。

表4 1995—2015年缅甸单项生态系统服务价值变化/亿美元

缅甸既是全球生物多样性热点区域[14],也是有害生物入侵较为严重的区域[41]。而且,其中部、南部平原和北部高原人口密集、农业发展快、城市化进程快(图3)、生态环境相对脆弱。生态系统调节和支持服务功能对保障缅甸生态安全和生物多样性保护具有至关重要的意义。随着中缅“一带一路”、中缅经济走廊、中缅铁路等推进,预期未来的土地利用变化对缅甸生态系统服务的影响必然比过去更大。在未来提升供给和文化服务(如耕地、建设用地、湿地拓展)同时,权衡并确保对缅甸生态安全维持和生物多样性保护至关重要的调节和支持服务功能不下降,就显得尤为关键。这也是我国与缅甸及其他“一带一路”沿线国家合作推进重大基础设施建设进程中备受国际社会关注的重点。

3.3.2Costanza价值系数在国家/地区尺度中应用的优劣

Costanza价值系数被广泛应用于国家/地区尺度土地利用变化对生态系统服务价值影响的评估研究[29,31,42],能为研究者提供全面有效的数据,以实现区域生态系统服务价值评估。其优点在于数据需求少、评估全面、方法相对简单、易操作,不需要复杂的模型计算和问卷调查,可以作为国家/区域尺度上生态系统服务价值评估的快速核算工具；还可以根据土地利用类型的变化评估生态系统服务价值的动态变化,分析其变化趋势。但Costanza价值系数是基于全球生态系统基本情况调查估算结果[43],应用于国家/地区尺度时较易忽略了地区差异性,从而造成对某些生态系统服务价值估计误差,影响评价精度；而且在使用上述方法评估土地利用变化对生态系统服务价值的影响时,其价值量的变化不一定来自于土地利用类型的变化,而有可能因为生态系统本身生物量的增减或者是货币汇率等原因,因此Costanza价值系数法对于精确评价国家/地区尺度生态系统服务价值存在一定的误差[42]。

目前,对于国家/地区尺度生态系统服务价值评估常用的模型有InVEST、ARIES、SolVES等,其中InVEST模型适用范围很广,在国内外研究中得到了广泛的应用[44-46]。InVEST模型多应用于评估单个生态系统服务,对气温、降水、土壤以及其他社会经济数据的质量要求较高[47]。但是对于缅甸而言,其基础研究与监测较为薄弱,无法支撑对于数据质量要求较高的模型运算,因此,在现阶段,基于Costanza价值系数的价值评估仍然是缅甸等发展中国家快速开展生态系统服务价值评估的主要方法。

本研究针对1995—2015年缅甸土地利用变化对生态系统服务价值的影响,能够了解其20年间整体生态系统服务价值的波动变化,以及各类生态系统对土地利用变化的响应,进而为“绿色丝路”的协调发展奠定基础。

4 结论

(1)缅甸主要土地利用类型是林地和耕地,两者分别约占缅甸国土面积的71%、26%；研究期内土地利用变化较小,其中林地和草地面积减少,耕地、建设用地、水体、湿地和裸地等土地利用类型的面积增加,林地和耕地之间的转化最显著。

(2)2015年缅甸生态系统服务总价值约4691.72亿美元,研究期内缅甸生态系统服务价值增加66.26亿美元(增幅1.43%)。其中林地的生态系统服务价值约占53.96%,湿地和耕地的生态系统服务价值接近,约占总量的21%；生态系统服务一级类型中,调节、支持、供给和文化服务分别约占总价值的48%、29%、13%、10%。研究期内一级类型中,调节、供给和支持服务价值增加,文化服务减少；二级类型中,废物处理、食物供给、生境/避难所等服务价值增加,而气候调节、遗传资源、水土保持等服务价值下降。

(3)研究期内缅甸土地利用变化对生态系统服务总价值和一级类型生态系统服务价值的影响较小,缅甸生态系统服务和总价值保持稳定,但二级类型生态系统服务价值的“此消彼长”会对缅甸生态安全维持和生物多样性保护带来一定的压力。如何权衡人工与自然景观生态系统服务价值将成为中缅“绿色丝路”建设中不可忽视的问题。