南水北调中线水源地生态系统服务价值评估

王晓洋，杨展飞

（河南省新乡水文水资源测报分中心，河南 新乡 453000）

0 引言

邓州市是南水北调中线工程首个生态补水受水城市，对邓州市生态系统服务价值在时空尺度变化的评估与预测，将为保障区域生态环境质量、社会发展规划等提供理论依据。生态系统服务价值的评估是将生态系统的各项功能以货币形式展示，让人们更直观了解从生态系统中获得的服务。文章基于生态系统服务价值当量因子法，利用GIS 和ENVI 分析邓州市土地利用类型变化，根据实际情况建立生态系统价值评价体系，对2007-2020年邓州市生态系统服务价值及演变特征进行评估。

1 研究方法

1.1 生态系统服务价值指标体系

根据邓州市的详细特征，结合南水北调的实际情况，参考Burkhard B等学者研究成果，可以将南水北调中线水源地邓州市的生态系统服务价值划分为供给、支持、调节与文化四个方面。

1.2 遥感解译

由于遥感数据值与实际地物辐射反射形成的数值存在差异，文章采用了美国兰德萨特系列卫星遥感影像资料，对兰德萨特系列遥感影像进行了预处理，消除了由于灰度值失真而造成的遥感影像。

1.3 研究区生态服务价值估算

1.3.1 生态系统服务价值当量因子计算

根据邓州市实际特征与收集得到的相关资料，结合国内常用的生态系统服务价值当量表，参考研究区域不同生态系统的不同二级分类比例，估算研究区的生态服务价值当量。

参照南水北调水源地植被分布情况，林地主要是阔叶林与针叶林为主，其中阔叶林占85%、针叶林占10%，其他的针阔混交占4%、灌木林占1%；水域主要为河流水系；农田中水田与旱地比为1.15∶5.10；草地种类主要为灌草丛65%，草甸35%。综上所述，选取研究区生态系统服务当量值见表1所示。

表1 研究区单位面积生态系统服务当量表

1.3.2 单位面积的服务价值估算

当量因子是计算生态系统服务价值的主要手段之一，其物理意义是生态系统之间各服务价值对于总价值的相对贡献。由于当量表是基于大尺度制定的，对于不同区域会存在差异，因此必须进行空间修正，修正系数计算公式为：

式中：Ea为单位农田的经济价值（元/hm2）；i为研究区主要农作物种类；Pi为i种农作物当前的平均价格（元/kg）；qi为农作物产量（kg/hm2），mi为i种农作物的种植面积（hm2）；M为农作物的种植总面积（hm2）。

1.3.3 总服务价值估算

依据Costanza提出的生态系统服务价值评估理论体系，针对邓州市土地覆盖及其对应的单位面积当量值，研究区生态系统服务总价值计算公式为：

式中：ESV为研究区生态系统服务的总价值（元）；Ai为第i种土地覆盖的面积（hm2）；VCi为第i 种土地覆盖的价值系数（元/hm2）；其中i=1，2…n；n=5。

2 邓州市生态系统服务价值评估

2.1 研究区概况

邓州属于河南省南阳市，位于河南省西南部。坐标为北纬32°22′～32°59′，东经111°37′～111°20′之间，国土面积为2 369 km2。邓州所在区域属于亚热带季风型大陆性气候，多年平均气温为15.10 ℃，多年平均降水量为723 mm。邓州市作为南水北调中线第一个受水城市，选取邓州整体市域范围自然生态系统与生态系统服务功能作为研究对象。

2.2 服务价值评估

2.2.1 数据来源

文章选取邓州市2007、2011、2014、2015、2020年作为研究的典型年，分析其土地覆盖与利用的变化特征。研究所需的遥感数据主要为中国地理空间数据云Landsat 系列中的数据，其他自然、资源、社会与经济数据来源于当地统计年鉴、相关报表与发展规划等。

2.2.2 土地覆盖面积

基于Landsat影像，运用ENVI5.3划分邓州市土地类型，包括人工建筑、林地、水域、耕地、草地共5 种类型。邓州市不同土地类型面积统计数据如表2所示。

2.2.3 当量系数确定

参考河南省2020年统计年鉴，邓州市主要农作物有小麦、玉米和花生，产量分别为82.85 万、30.62 万、25.57 万t，均价分别为1.19、1.87、4.79 元。由式（3）计算可得邓州生态系统服务价值当量因子经济价值为2 353元/（hm2·a）。综合考虑到邓州市域面积较小且依托刁河、湍河、南水北调中线工程等水系而形成的城市现状，参照河南省生态系统生物量因子修正系数1.39对研究区当量因子校核与修正。

2.2.4 生态系统服务价值计算

根据邓州市单位面积生态服务价值当量系数及土地类型面积，由式4得出邓州市不同土地利用类型的单位面积生态系统服务价值。从生态指标类型看，调节服务价值所占比例最高，占比60%左右；从土地利用类型看，耕地系统服务价值所占比例最高，占比55.84%，面积占67.96%，其对整个市域生态系统服务总价值影响较为显著。

2.3 研究区演变特性研究

2.3.1 生态系统服务价值的时间变化

邓州市2007年、2011年、2014年、2015年和2020年的生态系统服务总价值分别为39.72 亿美元、41.75 亿、44.93 亿、45.42亿以及46.12 亿美元，呈持续增长的趋势，增长率16.10%。从土地类型生态系统服务价值变化来看，草地生态系统服务价值变化率最大。耕地的生态系统服务价值减少了14.52%，减少4.38亿美元；水域、林地、草地的生态系统服务价值分别增加了101.81%，34.30%，113.06%，共计增加11.58 亿美元；人工建筑的生态系统服务价值为负值，负向增长了13.44%，共计0.77亿美元。草地和水域的生态系统服务价值在研究期内增长超过100%，从一定程度上体现了其对于整个研究区服务总价值的贡献较大，对区域服务价值的演变会造成显著的影响。

2.3.2 土地利用空间变化分析

研究区土地利用结构受生态系统的自然限制，区域林地和人工建筑面积较小，存在大面积的耕地、草地和水域。可知2007-2020年研究区地类正向变化的有草地、林地、人工建筑、未利用地和水域；负向变化的有耕地。草地单一土地利用动态度变化最大，为113.06%，其最大变化幅度发生在2015-2020年，达到25.12%，面积增加了122.98 km2。

3 结论

①运用当量因子法，对邓州市2007-2020年进行评估，结果表明，2007 年生态系统服务价值为39.72 亿美元，2011 年为41.75亿美元，2014年为44.93亿美元，2015年为45.42亿美元，2020年为46.12亿美元。近年来邓州市生态系统服务价值持续增长，在合理开发利用以及南水北调中线工程二期顺利实施的前提下，预测未来生态服务价值会持续增长。②通过对研究区域生态系统服务价值演变特征的分析，水域和草地2种类型的生态系统服务价值在2007-2020年间增长了100%，变化最大；耕地的生态系统服务价值占比最高；土地覆盖变化上草地面积变化最大，增长了113.06%；单个指标而言，水文调节是最主要影响因素。③通过对邓州市生态系统服务价值时空变化分析，随着耕地面积的减少以及草地、林地及水域面积的扩大，研究区的生态系统服务价值增加速率明显变大，表明研究区土地覆盖当量系统越大，其对生态系统服务价值的演变与影响越大。