生态服务价值

宁龙梅等：基于RS和GIS的武汉市生态系统服务价值变化研究 639基于RS和GIS的武汉市生态系统服务价值变化研究宁龙梅1, 2，王学雷21. 武汉大学资源与环境科学学院，湖北 武汉 430077；2. 中国科学院测量与地球物理研究所，湖北 武汉 430079摘要：以武汉市为例，利用从1996年和2001年TM数据中获取的景观数据，估算了武汉市生态服务价值并分析了景观之间的转化所引起的生态服务价值的变化。结果表明：各景观类型中水域景观的生态服务价值贡献系数最大，达到2.869；研究区域生态服务价值总量变化不大，2001年比1996年只下降了3688.79万元，但各景观生态服务价值变动很大，其中库塘生态服务价值增加了2.38亿元，河流的生态服务价值减少了2.33亿元，其变化率分别达到40.74%和-9.16%；由于河湖被占用所造成的生态服务价值损失达到9891.68万元，城市建设占用其它景观类型所带来的生态服务价值损失达到9908.37万元，这说明建设用地的发展对其他自然景观占用已经影响到了武汉市生态系统服务功能发挥。关键词：生态系统服务；景观变化；价值损益；武汉市中图分类号：X196 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2006）03-0637-04表1 不同景观类型单位面积生态服务价值Table 1 Ecosystem services value of each land type in the study area滩地河湖鱼塘农田草地林地建设用地未利用地生态价值系数/(元/hm2a-1)371.440676.440676.44341.26406.51933400注：滩地类型以荒漠记，建设用地和未利用采用Costanza的数值0，其它来源于参考文献3生态系统的服务价值是指人们能够直接或者间接从生态系统功能中获取的产品和服务1。早在20世纪70年代就有学者开始了生态系统服务价值的研究，1997年Costanza等科学家在nature上发表了有关全球生态系统价值文章之后，生态系统服务价值的研究逐渐成为生态学研究的一个热点问题。近年来，国内有学者参照Costanza提出的全球不同地类的平均生态服务价值对草地，湿地，滩涂，林地等不同生态系统的服务价值进行了货币化估算2-7，也有学者利用土地利用方面的统计数据和遥感数据对研究区内不同时期的生态服务价值的变化进行了研究8-10，但对于城市景观类型之间的转化所引起的生态系统价值流动和损益的研究尚不多见。武汉市自20个世纪90年代中后期开始，城市建设迅猛发展，城市景观结构变化剧烈，这影响到了生态系统功能并引起了生态服务价值的变化。本文参照Costanza等人提出的生态服务价值计算方法，以景观之间的转化数据为基础分析了武汉市部分行政区域生态系统服务价值的变化以及城市建设对于生态服务价值的影响，以期决策者在制定城市建设和发展规划时考虑城市景观的生态服务功能的重要性并决定最佳的土地资源配置方式。1 研究区概况武汉市位于长江和汉水交汇处，地跨东经1134l11505，北纬29583l22，全市总面积有8467.11 km2，是华中地区最大的城市，下设13个行政区，本文研究区只包括其中的11个区（黄陂，新洲，江夏区除外）。武汉市属于亚热带季风气候，降雨量大，水资源丰富，湖泊众多，号称“百湖之市”，水域景观约占了国土总面积的25%。武汉市发展迅速，2004年国民生产总值达到1956亿元，人口约785万。2 研究方法2.1 数据获取首先对研究区1996和2001年两个时期的Landsat-7 TM和ETM遥感影像里进行图像校正、配准、增强、合成等处理，再利用ARCGIS软件对两期影像分别解译，然后进行叠加，最后在ARCVIEW软件里面进行属性数据的统计，由此获得各类景观的转化方向数据。根据研究需要，将城市景观划分为滩地、河湖、库塘、农田（包括旱地和水稻田）、草地、林地、建设用地（包括居民点、工业用地、道路等）、未利用地。2.2 生态服务价值的估算本研究主要引用文献1和文献3研究成果中的生态系统单位面积服务价值（表1）及计算方法。区域内生态系统服务总价值计算公式为：区域内某类景观生态服务价值计算公式：式中为生态系统服务总价值，为第类景观类型的面积，为第类景观单位面积服务价值，即生态价值系数。为方便比较引入生态服务价值贡献系数（），即某类景观面积所占总面积的比例与该类景观生态服务价值所占区域生态服务总价值的比例的比值。越大说明类景观的生态价值贡献越大。再引入生态服务价值变化率，即2001年与1996年生态服务价值之差与1996年的生态服务价值的比值。3 结果与分析3.1 研究区生态系统服务价值的变化表2 1996和2001年各类景观面积和生态服务价值Table 2 The area and ecosystem services values of each landscape in 1996 and 20011996200119962001生态服务价值变化率/%面积所占比例/%面积所占比例/%TV/(104元)所占比例/%TV/(104元)所占比例/%滩地5456.31.955656.92.02202.650.0510.026210.100.0540.0263.68河湖62579.822.4056846.420.35254552.1064.2712.869231230.6958.9322.896-9.16库塘14395.25.1520259.87.2558554.4914.7842.86982409.5721.0032.89640.74农田147216.452.69134901.748.2963909.5816.1360.30658563.5314.9260.309-8.37草地26420.9524920.891692.600.4270.4521596.500.4070.456-5.68林地8868.73.179495.73.4017146.744.3291.36418358.994.6791.3777.07建设用地37941.113.5849639.217.770000000未利用地90.90.1090.90.030000000合计279382.6100279382.6100396058.16100392369.371000由表2可知，研究区内主要的景观类型为农田、河湖和建设用地景观，在两个时期内其所占面积比例均居于前三位。在生态服务价值构成中，居于前三位的是河湖、库塘和农田，其次是林地和草地。河湖的生态服务价值最大，在1996年和2001年分别为25.4552亿元和23.123亿元，所占生态服务价值的比例分别为64.27%和58.93%；其次是库塘，所占生态服务价值比例分别为14.78%和21%；居于第三位的是农田分别占16.14%和14.93%。但是，将生态价值比例与面积比例进行比较发现河湖的生态价值贡献率最大，河湖所占面积比不过20%之多，生态服务价值所占的比例就达到60%左右，将近3倍；库塘与河湖相同；农田对于生态服务价值的贡献系数小于1，面积约占总面积的一半，但生态服务价值的比例只有15%左右；林地面积所占的比例很小，但其贡献系数却大于1。这种结果固然与生态服务价值系数的大小有关，但并不影响反映自然景观对于维持生态系统服务价值的重要作用。从生态服务价值变化率可以发现各景观生态服务价值变动较大，其中库塘、滩地和林地生态服表3 1996年2001年各景观相互转化面积变化Table 3 Alternation of each landscape from 1996 to 2001 hm219962001滩地河湖鱼塘农田草地林地建设用地未利用地滩地4603.7319.6203.817100158.20河流/湖泊1053.2563423712.578600686.10鱼塘荷花池0013769.1119.800506.30农田0184.82417.9133393230.3988.110002.30草地0013.302261.7291.475.60林地0032.7431.908061.9342.20建设用地00000142.937798.20未利用地00110.50011.470.390.9务价值增加了，河湖、农田和草地的生态服务价值降低了。库塘的价值变化最大，约增加了2.38亿元，其次是林地，约增加了1212万元。河湖服务价值下降最多，约2.33亿元，其次就是农田，其服务价值约减少了5346万元。通过分析生态服务价值的计算公式可以发现各类景观生态服务价值的变动与其面积的变动方向（表3）是一致的。例如河湖面积下降，其生态服务价值也会随之下降，林地面积增加其生态服务价值也会增加。虽然各景观的生态服务价值变动很大，但两个时期区域生态服务价值总量变化并不大，1996年生态服务总价值是39.6058亿元，2001年的为39.2369亿元，减少了3688.79万元。这是因为各类景观生态服务价值增减相互抵消而引起的，比如河湖减少的服务价值与农田增加的服务价值几乎持平。由此看来，各类景观之间的面积的变动似乎对区域生态服务总价值没有多大的影响，最主要的原因是建设用地的生态服务价值系数取值为0，尽管其面积变动率达到30.8%，而其生态服务价值却始终是0。3.2 研究区域生态服务价值的流向由于建设用地和未利用地的生态服务价值系数为0的原因，表2中的数据并不能反映出城市发展对于城市生态系统服务价值的影响。为了研究需要，我们假定建设用地不提供任何生态服务，通过各景观生态服务价值的流向来分析人类活动对于生态服务价值的影响。利用各景观之间的转化数据计算景观之间的相互转化所引起的生态服务价值的损益，即表4 各类景观服务价值流向损益Table 4 Changes of ecosystem services of each landscape types 104元19962001滩地河湖库塘农田草地林地建设用地合计滩地01288.15821.4267.8800-5.882171.57河湖-4244.9200-2855.9500-2790.81-9891.68库塘000-435.3000-2059.45-2494.74农田0671.478785.49047.561481.44-4342.206643.77草地0045.5800376.71-48.43373.85林地0069.79-647.5400-661.61-1239.36建设用地00000276.280276.28未利用地00449.470022.040471.51注：未利用地转化为其它景观类型的面积为0，其服务价值流向损益也为0，故没有列出。式中，为1996年第类景观转化为2001年第类景观后的生态服务价值损益，、是第类景观和第类景观的生态服务价值系数，是1996年第类景观转化为2001年第类景观的面积。将景观类型的转化引起的生态服务价值的增减视为流动的，生态服务价值的增加为正流向，生态服务价值的减少为负流向。由表4可以看出，滩地的生态服务价值主要流向河湖、库塘、农田和建设用地。向河湖流动所获得的服务价值最大，其次是库塘，农田。河湖的价值流向为滩地、农田和建设用地，都属于负流向，即有损于河湖整体生态服务价值的流向。库塘的生态服务价值流向也属于负流向。农田、草地的转化除转化为建设用地带来的是负价值外，向水域、草地、林地的转化均产生了较大的服务增殖，流向库塘的服务价值最大，达到8785.49万元。草地的服务价值正流向为库塘和林地，草地转化为林地所获得的服务价值最大，约376万元。林地的服务价值负流向损失较大，约647万元。建设用地和未利用地的转化均有利于服务价值的增加。从合计这一列可以看出，从1996年至2001年河湖、库塘和林地的转化导致了服务价值的损失，损失量约为1.36亿元。滩地、农田、草地、建设用地和未利用地的转化带来了服务价值的增加，增加量约为9936万元，总体上，过去5 a间各景观的转化是有损于城市生态系统服务价值的，要维持或增加城市景观生态服务价值需停止对水域和林地的上述转化过程。各类景观向建设用地转化可以看作城市发展对于城市生态景观的影响。每一景观向建设用地转化的价值流向都是负流向，其总和为9908.37万元，也就是说城市建设所带来的生态服务价值损失为9908.37万元。为了经济发展和居民生活需要，武汉市建设经济开发区、道路设施、居住小区等占用了一部分农田，也有填湖、填塘建房的现象，从生态角度考虑，这是不经济的。4 结语（1）本文根据1996和2001年两期景观面积数据，采用Costanza和谢高地等人提出的生态服务价值系数，计算出研究区内生态服务价值分别为39.6058亿元和39.2369亿元，并采用生态服务价值贡献系数分析了各类景观对于整个生态系统服务总价值的贡献大小，结果显示河湖景观对于武汉市生态系统服务价值贡献最大，所以在市政建设中保护河流与湖泊至关重要。（2）为分析城市建设对于生态系统的影响，本文设计了景观生态服务价值流向损益指标，该指标显示研究区在5 a间的景观变化造成的生态服务价值的损益状况，结果表明城市发展占用河湖、库塘及农田所导致的生态损失最大。（3）Costanza是以城市用地不具备生态功能为前提而将其生态服务价值定为0的。受遥感影像分辨率影响，本文在解译遥感影像时将居民区、工业区的绿地、树丛以及行道树等都作为整体解译，因而有可能忽略了建设用地的某些生态效益，比如气体调节，所以将建设用地的服务价值定为0并不准确。对于建设用地的生态功能及生态服务价值系数需要进一步研究。参考文献：1 COSTANZA R, DARGE R, DE GROOT R, et al. 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Institute of geodesy and geophysics, Chinese academy of sciences, Wuhan 430077, ChinaAbstract: Based on the data of land-use/land cover change produced from the integrating Landsat TM images of Wuhan city in 1996 and 2001, the dynamics of the ecosystem services value was evaluated. The results showed that water landscape was very important to the ecological system in Wuhan city and its contributi