2010—2020年南充市湿地及其生态系统服务价值变化

丁 柳,王晓晓b,杜 忠b,林叶彬b

(西华师范大学 a.地理科学学院,b.嘉陵江流域研究所,四川 南充 637009)

湿地被誉为“地球之肾”,对保持生态平衡起着极为重要的作用[1]。湿地为全球及区域环境提供各种各样的生态系统服务功能,具有巨大的经济和社会价值[2-3]。然而,湿地生态环境极其脆弱,受气候变化和人类活动的叠加影响,湿地的退化和丧失速度远超过其他陆地生态系统[4-5]。例如,小微湿地面积虽小,但数量众多,蕴含着巨大的潜能,但小微湿地极易受到城市建设的侵占[6-7]。因此,合理保护和利用湿地资源对人类的可持续发展具有重大意义。

湿地是服务功能价值最高的生态系统[8],随着我国生态文明的建设和湿地保护全球行动的不断推进,湿地的生态价值越来越受到人们的关注[8-9]。湿地生态系统服务价值评价是湿地生态系统保护和促进当地社会经济发展的重要环节[10-11],正确认识湿地生态系统的功能及其服务价值有利于湿地的可持续利用[12]。湿地生态系统服务功能一般分为提供产品功能、调节功能、文化功能和支持功能四大类[13]。目前,湿地生态系统服务价值的估算方法主要有功能价值法和当量因子法[11]。功能价值法需要的数据较多、计算比较复杂,计算结果不利于不同地区间的比较。当量因子法是一种静态的评价方法,几乎没有考虑生态系统类型和质量状况的时空差异,同时也不能反映生态系统服务功能随时间和空间的动态变化。谢高地等[14]对当量因子法进行了改进,改进后的方法能够相对全面、客观地动态评价湿地生态系统服务价值,特别是在区域尺度上,可作为快速估算湿地生态系统价值的方法。

遥感技术的发展使湿地的时空分布及其变化研究取得了很大进展[11],利用不同时间的土地覆盖数据可以轻松地进行湿地的时空变化分析。第三次全国国土调查数据显示[15],四川省现有湿地123.08万hm2(不包括水域),其中南充市湿地面积0.18万hm2(不包括水域)。这些湿地在保障嘉陵江流域生态安全和水环境安全、调节区域气候、保护和恢复生物多样性、传承湿地文化等方面发挥着重要作用[16],但目前还不清楚南充市湿地及其生态系统服务价值的时空变化特征。因此,本文基于2010年和2020年南充市土地覆盖数据,利用GIS技术对南充市湿地的时空变化进行分析,并对南充市湿地的生态系统服务价值进行估算,从而揭示2010—2020年南充市湿地及其生态系统服务价值的时空变化特征,以期为南充市湿地保护及其可持续利用提供科学依据。

1 研究区概况

南充市位于四川盆地东北部,嘉陵江中游,海拔225～871 m,地势北高南低(图1)。地貌类型分为北部低山区和南部丘陵区,高丘低山、中丘中谷、低丘带坝类型大体各占1/3。南充市属于亚热带湿润季风气候,多年平均气温在17 ℃左右,全年极端最低气温介于-2.5～5.7 ℃,极端最高气温在39.0～41.3 ℃,多年平均降水量约1 000 mm[17]。南充市下辖9个县级行政区(3个市辖区、5个县、1个县级市),现有5个国家湿地公园,基本情况见表1。

表1 南充市国家湿地公园基本情况Table 1 Baic information of National Wetland Parks in Nanchong

2 研究方法

2.1 数据来源与处理

2010年和2020年南充市30 m空间分辨率土地覆盖数据来自GlobeLand30(https:// www.globallandcover.com),该数据是基于美国陆地资源卫星(Landsat)的TM5、ETM+、OLI多光谱影像、中国环境减灾卫星(HJ-1)多光谱影像、16 m分辨率高分一号(GF-1)多光谱影像数据制作而成。该数据共10个一级土地利用类型,分别是耕地、林地、草地、灌木地、湿地、水体、苔原、人造地表、裸地、冰川和永久积雪。根据湿地的定义,本文将湿地和水体两种土地覆盖数据合并为湿地数据,利用ArcGIS 10.8进行提取。社会经济数据来自国家统计局(https://www.stats.gov.cn)和南充市统计局(http://www.nanchong.gov.cn/tjj/index.html)。

2.2 生态系统服务价值计算

南充市的湿地生态系统服务价值计算公式:ESV=∑(VC×A),其中,ESV为湿地生态系统服务价值(元),VC为单位面积湿地生态系统服务价值(元·hm-2),A为湿地的面积(hm2)。VC采用当量因子法计算,即区域单位面积生态系统服务价值基数与基础当量的乘积。全国生态系统服务价值基数取全国粮食产值的1/7,南充市生态系统服务价值基数利用地区修正系数对全国生态系统服务价值基数进行修正,地区修正系数为南充市与全国粮食单产的比值[18]。南充市单位面积生态系统服务价值基数见表2。本文根据谢高地等[14]修正的当量因子确定湿地生态系统服务价值的基础当量。湿地生态系统服务价值基础当量与南充市单位面积湿地生态系统服务价值见表3。

表2 南充市湿地生态系统服务价值基数Table 2 Cardinal number of the wetland ecosystem service value in Nanchong

表3 南充市湿地生态系统服务价值Table 3 Wetland ecosystem service value of Nanchong

3 研究结果

3.1 2010—2020年南充市湿地变化

结果显示(表4):2010年,南充市湿地面积为23 201 hm2,约占全市面积的1.9%,2020年,南充市湿地面积为28 202 hm2,约占全市面积的2.3%,湿地面积净增加5 001 hm2。从行政区来看,湿地主要分布在南部县、阆中市、蓬安县,2010年和2020年三县总湿地面积分别占全市湿地面积的61.8%和62.5%。增加的湿地主要分布在南部县(1 159 hm2)、阆中市(1 153 hm2)、顺庆区(636 hm2)、仪陇县(588 hm2)和高坪区(496 hm2)(表4),分别占湿地增加总面积的37%、23%、13%、12%、10%。湿地面积净减少的区县为嘉陵区和营山县,分别减少5 hm2和121 hm2。

表4 2010—2020年南充市各区县湿地面积Table 4 Wetland area of each county in Nanchong during 2010—2020 (单位:hm2)

从土地类型的转变来看,增加的湿地主要来自耕地(6 441 hm2)、林地(904 hm2)和草地(123 hm2)(表5)。从空间分布来看,增加的湿地主要分布在嘉陵江两岸、升钟湖国家湿地公园、嘉陵江的支流西河、构溪河湿地公园以及流江河两岸,特别是嘉陵江顺庆段的湿地增加明显(图2)。同时,2010—2020年,部分湿地转变成了其他土地利用类型,其中2 215 hm2转变成了耕地,156 hm2转变成了林地,127 hm2转变成了人造地表(表5)。这些转成其他土地利用类型的湿地主要分布在顺庆区、蓬安县和南部县的嘉陵江两岸,以及营山县的流江河两岸和清水湖国家湿地公园(图2)。

表5 2010—2020年南充市湿地与不同土地利用类型间的转移Table 5 Transfer between the wetland and different land use types in Nanchong during 2010—2020 (单位:hm2)

3.2 南充市湿地生态系统服务价值及时空变化

结果显示(表6):2010年南充市湿地生态系统服务价值为78.972亿元,其中,调节服务价值约67.690亿元,供给服务价值约为5.755亿元,支持服务价值约3.457亿元,文化服务价值约2.07亿元,分别占湿地生态系统服务价值的85.7%、7.3%、4.4%、2.6%;2020年,南充市湿地生态系统服务价值约81.724亿元,其中,调节服务价值约70.067亿元,供给服务价值约为5.954亿元,支持服务价值约3.577亿元,文化服务价值约2.142亿元。相对于2010年,调节服务价值和供给服务价值所占的比例有所降低,而支持服务价值和文化服务价值所占的比例有所增加。2010—2020年,南充市湿地生态系统服务价值增加2.752亿元,增幅约3.5%。其中,供给服务价值增加0.199亿元,调节服务价值增加2.377亿元,支持服务价值增加0.12亿元,文化服务价值增加0.072亿元。从区域来看,顺庆区、仪陇县和阆中市等区县的湿地生态系统服务价值增加趋势明显,增幅分别为33.7%、18.5%、8.9%。但是,营山县、嘉陵区和蓬安县的湿地生态系统服务价值呈现降低趋势,降低幅度分别为21.1%、14.9%和8.0%。

表6 2010年和2020年南充市及各区县湿地生态系统服务价值Table 6 Wetland ecosystem service value of each county,district and Nanchong in 2010 and 2020 (单位:亿元)

从自然区域来看,嘉陵江南充段的生态系统服务价值在2010年约为45.404亿元,在2020年约为53.225亿元,分别占南充市湿地生态服务价值的57.5%和65.1%。研究区内的小微湿地的生态系统服务价值在2010年约为21.495亿元,在2020年约为25.197亿元。

3.3 南充市国家湿地公园的生态系统服务价值

2020年,构溪河国家湿地公园的生态服务价值为7.732亿元,升钟湖国家湿地公园的生态服务价值为26.370亿元,清水湖国家湿地公园的生态服务价值为2.634亿元,相如湖国家湿地公园的生态服务价值为5.947亿元,青龙湖国家湿地公园生态服务价值为1.191亿元(表7)。相较于2010年,各湿地公园的生态服务价值总体呈现下降趋势。

表7 2010—2020年南充市国家湿地公园生态服务价值Table 7 Ecosystem service value of each National Wetland Park in Nanchong during 2010—2020 (单位:亿元)

4 讨 论

4.1 南充市湿地面积变化及启示

2020年和2021年国家和四川省相继颁布了《中华人民共和国长江保护法》[19]和《四川省嘉陵江流域生态环境保护条例》[20],指出要科学推进长江流域湿地修复,加强嘉陵江流域湿地保护与修复,防止湿地面积减少和生态功能退化。虽然南充市的湿地面积占四川省湿地面积的比例较小,但是南充市的湿地类型具有典型性,对维护嘉陵江流域的生态系统多样性和完整性具有重要作用[21]。

近年来,南充市在湿地保护和湿地公园建设上取得了显著成绩,已创建5个国家湿地公园,并进行沿江湿地公园建设。南充市以建设嘉陵江绿色生态经济带示范市为契机,依托嘉陵江丰富的湿地资源,建成了共计58 km长的沿江湿地公园,嘉陵江(南充段)生态绿色廊道初步成型。本文对2010—2020年的南充市湿地面积变化进行分析发现,南充市湿地面积净增加了约5 001 hm2。这表明,南充市重点区域的退耕还湿及湿地生态修复工作取得了明显效果。特别是南充市在主城区的重要功能区、重要滨水地区等重点区域,加强城市湿地公园建设,2010—2020年嘉陵江顺庆段的湿地面积增加就是南充市主城区湿地公园建设成果的反映。值得注意的是,2010—2020年南充市增加的湿地面积中有6 441 hm2来自耕地。耕地是粮食安全的基础,应尽量减少不必要的耕地流失,在保护湿地生态系统、提高湿地生态系统服务价值的同时也要保证粮食安全。

在湿地面积总体增加的同时,一些区域的湿地也转变成了其他土地利用类型。2010—2020年,顺庆区、蓬安县和南部县的嘉陵江两岸,以及营山县的流江河两岸和清水湖区内的湿地面积减少明显。湿地转变成人造地表的情况表明,城乡建设用地侵占了一部分湿地,今后在湿地保护工作中要防止湿地被侵占的情况发生。

4.2 南充市湿地生态系统服务价值变化及启示

对2010—2020年南充市湿地生态系统服务价值进行分析发现,十年间南充市湿地生态系统服务价值仅增加了2.752亿元(增幅约3.5%),而国家湿地公园的生态系统服务价值还出现了降低的现象。一般而言,湿地生态系统服务价值与湿地面积正相关[22],但是南充市湿地生态系统服务价值增幅明显低于南充市湿地面积的增幅(21.6%)。分析发现,生态系统服务价值基数降低是南充市湿地生态系统服务价值增幅较小的主要原因。南充市生态系统服务价值基数是利用地区修正系数对全国生态系统服务价值基数进行修正得到的,而地区修正系数为南充市与全国粮食单产的比值。2010年,南充粮食单产与全国粮食单产的比值为0.994,而到了2020年这一比值变为0.797。受此影响,2010—2020年南充市生态系统服务价值基数从2 628 元·hm-2降至2 242元·hm-2,表明南充市需要提高社会生产能力来带动生态系统服务价值的提升。

在南充市不同类型的湿地生态系统服务价值中,调节服务价值是湿地生态系统服务价值的主体,约占湿地生态系统服务总价值的85%左右,而水文调节价值约占湿地调节服务价值的92%。南充市的湿地类型主要以河流湿地和人工湿地为主,其中嘉陵江及其沿岸湿地是南充市湿地的主体。嘉陵江是长江流域中渠化程度较高的河流,从广元至重庆规划建设15级水库[23],因此水文调节功能在嘉陵江生态功能中起着重要作用。在南充市湿地生态系统服务价值中,供给服务价值、支持服务价值和文化服务价值所占比例较低(分别为7.3%、4.4%和2.6%)。湿地的供给服务主要包括供水、发电、航运和提供水产品等,支持服务主要包括水循环、生物多样性和栖息地等,而文化服务主要包括教育科研和休闲娱乐等[24]。因此,今后南充市应重点加强湿地的生物多样性保护,同时开发以湿地生态系统为主的旅游资源,加强湿地的科学研究和科普教育,提升南充市湿地的文化服务价值。

南部县、阆中市、蓬安县是南充市湿地生态系统服务价值的高值区,其生态系统服务价值约占南充市的62%。但是,2010—2020年,营山县、嘉陵区和蓬安县的湿地生态系统服务价值呈现降低趋势。湿地生态系统服务供给的空间差异主要与湿地资源的区域分布有关,嘉陵江沿岸分布着大面积的湿地生态系统,表明嘉陵江及其支流是南充市湿地生态服务功能的主要供给者。因此,在上述地区应严格执行湿地资源保护政策,积极开展湿地补偿行动,以保护重要湿地资源和优良水质。而在远离嘉陵江的区域,应该着重加强农村小微湿地的保护和利用。虽然农村的坑塘、水田等湿地面积较小,但其在区域生态系统功能中发挥着重要的作用,其单位面积生态系统服务价值也较高。因此,应当提升农村小微湿地生态服务功能的价值潜力,从而更好地为乡村生态文明建设服务。

总体来看,虽然南充市湿地面积呈现增加趋势,但是其生态系统服务价值增加趋势不明显。因此,今后南充市在湿地保护和利用方面要着重提升湿地的生态系统服务价值,要重视嘉陵江和农村小微湿地的生态保护和修复工作,同时也要开发市内湿地公园的旅游价值和教育价值,促进湿地文化服务价值的提升。