基于遥感方法的生态资产评估模型

1、附件四附件四 国家高技术研究发展计划(863 计划) 子课题阶段验收报告书 子课题名称： 区域生态资产遥感测量模型 课题名称：中国西部生态资产定量遥感测量技术体系与应用示范 所属专题： 空间信息处理技术 所属主题/重大专项： 信息获取与处理技术 所属领域： 信 息 技 术 领 域 课题责任人 (甲方)： 史 培 军 李 京 子课题责任人（乙方）： 潘 耀 忠 起止年限： 2003 年 1 月 至 2003 年 9 月 北京师范大学资源科学研究所 二 三 年 九 月 目目录录 1 1 生态系统服务生态系统服务指指标体系的建立标体系的建立.1 1 1.11.1 生态系统服务及功能生态系统服务及功能

2、 .1 1 1.21.2 基于遥感手段的区域生态资产评估指标基于遥感手段的区域生态资产评估指标 .2 2 2 2 基于遥感方法的生态资产评估特点基于遥感方法的生态资产评估特点.2 2 3 3 生态资产遥感测量的概念模型与技术路线生态资产遥感测量的概念模型与技术路线.3 3 3.13.1 基于定量遥感测量的生态资产价值评估概念模型基于定量遥感测量的生态资产价值评估概念模型 .3 3 3.1.1 生态系统遥感分类 .4 3.1.2 生态参数遥感测量 .4 3.1.3 单位面积单项生态服务功能价值的定量计算 .5 3.1.4 测量结果实地检验 .5 3.23.2 生态资产生态遥感测量的技术路线生态资

3、产生态遥感测量的技术路线 .5 5 4 4 区域生态资产估算的数学模型与方法区域生态资产估算的数学模型与方法.7 7 4.14.1 植被净初级生产力植被净初级生产力(NPP)(NPP)估算估算 .7 7 4.1.1年度 NPP 的算法 .7 4.1.2APAR 的算法.7 4.1.3光能转化率 (x, t)的算法.8 4.24.2生产有机物质的价值生产有机物质的价值.9 9 4.34.3吸收固定吸收固定 COCO2 2的价值的价值 .1010 4.44.4释放释放 O O2 2的价值的价值 .1010 4.54.5N N、P P、K K 等营养物质循环的价值等营养物质循环的价值 .1111 4

4、.5.1每年吸收的氮元素（N）的价值 .11 4.5.2每年吸收的磷元素（P）的价值 .11 4.5.3每年吸收的钾元素（K）的价值 .12 4.64.6涵养水源的价值涵养水源的价值.1212 4.6.1基于母岩性质的贮水量计算 .13 4.6.2基于降水转换率的贮水量计算 .13 4.74.7水土保持价值水土保持价值.1313 4.7.1减少的土壤侵蚀量 .13 4.7.2减少表土损失的价值 .13 4.7.3减少土壤养分损失的价值 .13 4.7.4减少淤积损失的价值 .13 5 5 数据数据准准备备.1313 5.15.1遥感与栅格化的气象数据遥感与栅格化的气象数据.1313 5.25.

5、2栅格化的土壤理化性质数据栅格化的土壤理化性质数据.1313 5.35.3统计数据统计数据.1313 6 6 区域生态资产评估结果（内蒙古）区域生态资产评估结果（内蒙古）.1313 6.16.1基于基于 MODISMODIS 数据的生态资产评估结果数据的生态资产评估结果.1313 6.1.1主要的植被参数 .13 6.1.2 内蒙古生态资产评估结果 .13 6.26.2基于基于 TMTM 数据数据的的生态资产评估结果生态资产评估结果.1313 7 7 下一步工作设想下一步工作设想.1313 7.17.1 文化与休闲娱乐价值估算文化与休闲娱乐价值估算 .1313 7.27.2 生物多样性价值估算

6、生物多样性价值估算 .1313 7.37.3 净化环境污染物的价值估算净化环境污染物的价值估算 .1313 参参考考文献文献.1313 1 1 生态系统服务指标体系的建立生态系统服务指标体系的建立 生态系统的功能是指其生境、生物学性质或生态系统过程。生态系统服务 功能是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件 与效用。生态系统服务功能可以概略地分为两大类，一类是生态系统产品，如 为人类提供食物、工业原材料、药品等可以商品化的功能；第二类是支撑与维 持人类赖以生存的环境，如生态系统对气候调节、水源涵养、水土保持、土壤 肥力的更新与维持、营养物的循环、二氧化碳的固定等难以商品

7、化的功能，从 而表现为间接价值。生态服务功能的间接价值虽不表现在国家的核算体制上， 但它们的价值可能大大超过直接价值。而且直接价值常常源于间接价值。 1.1 生态系统服务及功能生态系统服务及功能 Costanza 等（1997）把生态系统服务分为 17 大类（表 1-1） ，其中只包括可 再生的服务，不包括不可再生的燃料和矿物质以及大气。 表 1-1生态系统服务及功能 序号序号生态系统服务生态系统服务生态系统功能生态系统功能举例举例 1 1 气体调节大气化学成份调节CO2/O2平衡，O3防紫外线，SOx水平 2 2 气候调节 全球温度、降水及其它由生物媒介 的全球及地区性气候调节 温室气体调节

8、，影响云形成的 DMS 产物 3 3 干扰调节 生态系统反应对环境波动的容量、 衰减和综合 风暴防止，洪水控制，干旱恢复等生境 对主要受植被结构控制的环境变化的反 应 4 4 水调节水文流的调节为农业、工业和运输提供用水 5 5 供水水的贮存和保持向集水区、水库和含水岩层供水 6 6 控制侵蚀和保 持沉积物 生态系统内的土壤保持 防止土壤被风、水侵蚀，把淤泥保存在 湖泊和湿地中 7 7 土壤形成土壤形成过程岩石风化和有机质积累 8 8 养分循环养分的贮存、内循环和获取固氮，N、P 和其它元素及养分循环 9 9 废物处理 易流失养分的再获取、过多或外来 养分、化合物的去除或降解 废物处理，污染控

9、制，解除毒性 1010 传粉有花植物配子的运动提供传粉者以便植物种群繁殖 1111 生物控制生物种群的营养动力学控制 关键捕食者控制猎物种群，高级捕食者 使食草动物减少 1212 避难所为定居和迁徙种群提供生境 育雏地，迁徙动物栖息地，当地收获物 种栖息地或越冬场所 1313 食品生产总初级生产中可用为食物的部分通过渔、猎、采集和农耕收获的鱼、鸟 兽、作物、坚果、水果等 1414 原材料总初级生产中可用为原材料的部分木材、燃料和饲料产品 1515 基因资源独一无二的生物和产品的资源 医药、材料科学产品，用于农作物抗病 和抗植物感染的基因，家养物种（宠物 和植物栽培品种） 1616 休闲娱乐提供

10、休闲游乐活动机会 生态旅游、钓鱼运动及其它户外游乐活 动 1717 文化提供非商业性用途的机会 生态系统的美学、艺术、教育、精神及 科学价值 1.2 基于遥感手段的区域生态资产评估指标基于遥感手段的区域生态资产评估指标 表 1 列出的生态系统服务和功能并不一定一一对应。在有些情况下，一种 生态功能可提供两种或多种服务，而且许多生态系统功能是相互依赖的。从宏 观生态学角度，根据基于遥感手段的区域生态资产计算的特点，考虑数据获取 的可能性和可靠性，以及我国在这方面的研究情况（欧阳志云，1999；黄兴文， 1999；陈仲新，2000） ，最终确定的基于遥感手段的区域生态资产评估指标如表 1-2 所示

11、： 表 1-2基于遥感手段的生态资产评估指标 序号序号生态系统服务生态系统服务生态系统功能生态系统功能 1 1 太阳能的固定与食品生产生产有机物质 2 2 促进营养元素循环营养物质循环与贮存 3 3 水调节与供水涵养水源 4 4 控制侵蚀和保持沉积物保持土壤 5 5 气体调节吸纳二氧化碳 6 6 气体调节释放氧气 2 2 基于遥感方法的生态资产评估特点基于遥感方法的生态资产评估特点 （1）遥感模型用于生态资产评估可以克服传统方法“以点代面”的缺点， 减少了统计模型用地面观测值插值所引起的误差，提高了评估精度。 （2）遥感数据具有不同的波谱、时空分辨率，通过多源数据的融合处理， 可以较精确的进行

12、各种生态系统类型的划分，并且可以反演出一些生态与非生 态的模型参数（如生物量模型、NPP 模型，蒸散量模型等） 。 （3）相对于传统的数据采集途径来说，遥感数据成本较低，而且获取容易， 速度较快。 （4）基于遥感方法的生态资产评估模型，可以较容易地搭建在 GIS 平台上， 通过和地面统计数据的链接，利用计算机技术可以实现区域生态资产自动化评 估。 （5）受数据特点和自动化要求的限制，所选择的方法与模型会使一部分生 态服务被忽略，但从工程性的角度来看，这样可以提高系统的可行性。对于被 忽略的生态服务，如果通过调查发现这部分价值不应该完全被忽略，则可以通 过其它的途径进行计算，例如将某种被忽略的生

13、态价值纳入到其它价值中进行 计算，或者根据经验判断这部分价值在总价值中所占比重，这样可以通过计算 其它价值来进行估算。在区域生态资产评估中，有些服务，譬如游憩价值和生 物多样性的价值，比较难于定量，通常的方法都需要有人的互动环节，但在工 程中，这显然不太适用。 3 3 生态资产遥感测量的概念模型与技术路线生态资产遥感测量的概念模型与技术路线 3.1 基于定量遥感测量的生态资产价值评估概念模型基于定量遥感测量的生态资产价值评估概念模型 一定区域内的生态资产的总量是一个随时间动态变化的量值，它是区域内 所有生态系统类型提供的所有服务功能及其自然资源价值的总和，并随着区域 内所含有的生态系统的类型、

14、面积、质量的变化而变化。Costanza（1997）等 人在进行全球生态资产测量时，将全球生态系统划分为 17 个类型的研究方法， 为基于定量遥感测量的生态资产价值评估模型的建立提供了一种可借鉴的方法。 一定区域内的生态资产价值总量（V）可以表示为： （1） n c VcV 1 其中：c=1,2,n，表示生态系统的类型；Vc表示第 C 类生态系统生态资产 价值。 （2） n i m j SijVciRijVc 11 其中：i=1,2,n，表示第 C 生态系统的第 i 种生态服务功能；Vci 表示第 C 生态系统的第 i 种生态服务功能类型的单位面积价值；j=1,2,m 表示一定区 域内 Vci

15、 在空间上分布的斑块数，Sij 表示各个斑块的面积大小，Rij 表示 Vci 在 不同斑块的调整系数，它是由生态系统的质量状况决定的。 （3）),.,(21nijAAAFR 其中：A1,A2,An是表征生态系统质量状况的生态参数，不同质量状况的同 一生态系统类型的 Vci 是不同的，其差别由 Rij 来调整。 根据区域生态资产价值计算的要求，基于定量遥感测量的价值评估模型主 要包括以下四部分内容：生态系统遥感分类、生态参数遥感测量、单位面积生态系统遥感分类、生态参数遥感测量、单位面积 （或单位质量）生态服务功能价值定量计算和测量结果经度检验（或单位质量）生态服务功能价值定量计算和测量结果经度检

16、验，生态价值评 估模型的技术流程如图 3-1 所示。 .1 生态系统遥感分类生态系统遥感分类 不同的生态系统类型包含的自然资源价值和具有的生态服务功能是完全不 同的，因而基于遥感的生态资产测量的第一步，就是根据不同的空间尺度确定 适合于生态资产测量的生态系统分类体系，然后利用多尺度遥感技术获取这些 类型的空间分布状况，在这一领域，遥感技术已经积累了相当丰富的经验。 多尺度遥感数据生态系统分类体系的确定 生态系统类型测量生态服务功能的定义 生态参数测量 不同类型的空间分布单位面积价值量计算调整系数计算 生态学/环境经济学 估算方法/模型 生态资产价值量 图形输出统计输出 图 3-

17、1 基于遥感测量的生态资产价值评估模型流程图 精度检验 .2 生态参数遥感测量生态参数遥感测量 不同空间分布的同一生态系统类型的质量状况是不同的，同时也是随时间 变化的，因而其所具有的生态资产价值也是变化的，这种变化是由生态系统的 质量状况来决定的。生态系统的质量状况可以由一系列的生态参数来表达，这 些参数随时间、空间的变化的全覆盖数据只有通过遥感测量才能够得到。根据 前人的研究经验，本文认为：选取地上总生物量、第一性净生产力（反映有机 质生产的两个重要指标） ，以及植被覆盖度（反映生态系统随时间、空间变化的 重要指标）三个参数来表达生态系统的质量状况，基本符合生态资产遥感定量

18、 测量的要求。 .3 单位面积单项生态服务功能价值的定量计算单位面积单项生态服务功能价值的定量计算 包括两部分：自然资源单位面积价值和生态服务功能单位面积价值。同一 生态系统同时具有多种生态服务功能，每一种生态服务功能的价值及其计算方 法也是不同的，为使各种生态资产计算方法的结果具有可比性，建立单项服务 功能的单位面积价值的标准计算方法和估算模型是必不可少的，这需要生态学 和环境经济学为基础的大量的实地测量的基础性研究结果为依据的，目前这方 面已经取得了一定的成果。 .4 测量结果实地检验测量结果实地检验 根据分层统计抽样的原理，根据不同测量尺度的要求，与遥感测

19、量相匹配， 按一定的标准和规范设计实地抽样测量样地和样点，按一定的指标体系和标准 的调查测量规程，建立基于实地抽样测量的生态资产测量结果验证方法，并依 此作为验证遥感测量结果精度的依据。 3.2 生态资产生态遥感测量的技术路线生态资产生态遥感测量的技术路线 生态资产生态遥感测量的技术体系如图 3-2 所示。模型的数据来源主要有 三条途径：气象数据、遥感数据、地面观测与统计资料。 遥感影像数据一方面用于生态系统类型的划分和面积估算，另一方面用于 生态系统生物量、净初级生产力、植被覆盖度等生态参数的反演。 生态系统有机物质生产、营养物质循环、CO2吸收、O2释放这四项生态价值 的评估是基于生态系统

20、生物量和净初级生产力来计算的，即根据单位质量生物 量所产生的价值进行估算。 生态系统涵养水源的效益分两种情况估算。当下垫面为土壤时（如林地、 灌丛、草地等） ，根据不同植被覆盖下的土壤储水能力来计算涵养水源价值；当 下垫面为水时（如水域、水稻田、沼泽等） ，则根据降水转换率（降水贮存量占 总降水量的百分比）来计算。 生态系统保护土壤主要通过减少表土损失量，保护土壤肥力，减轻泥沙淤 积灾害，减少风沙等灾害的 4 个相互联系的生态过程来实现其经济价值。在估 算过程中，首先采用无植被覆盖的潜在土壤侵蚀量来估算各生态系统减少的土 壤侵蚀量，在此基础之上再评价它们对表土损失、肥力损失和减轻泥沙淤积灾 害

21、三方面的价值。 所获得的各项量化的生态效益，最后通过影子工程法、市场价值法、机会 成本法、替代价值法等转换成生态系统服务价值。 市场价值法 影子工程法 机会成本法 替代价值法 碳税法 工业制氧法 能量固定替换法 市场价值法 影子工程法 直接使用价值法 遥遥 感感 影影 像像 数数 据据气气 象象 数数 据据地面观测与统计资料地面观测与统计资料 生态 系统 类型 及其 面积 各生态系各生态系 统生物量统生物量 各生态系各生态系 统净初级统净初级 生产力生产力 生产有机物质N、P、K 等营养 物质循环 吸收固定 CO2释放O2降水量涵养水源各类 生态 系统 的土 壤侵 蚀量 减少表土损失量保护土壤

22、肥力：有 机质、N、P、K 减轻泥沙淤积 水土保持 生态系统服务价值生态系统服务价值 图 3-2生态资产生态遥感测量的技术路线 4 4 区域生态资产估算的数学模型与方法区域生态资产估算的数学模型与方法 4.1 植被净初级生产力植被净初级生产力(NPP)估算估算 .1年度年度 NPPNPP 的算法的算法 SptxNPPxNPP t 12 1 ),()( （1） NPP(x)：象元 x 处全年净初级生产力（gC） ； NPP(x, t)：t 月份在象元 x 处的单位面积净初级生产力（gCm-2mon-1） ； Sp：象元面积（m2） 。 ),(),(),(txtxAPARtxNPP

23、 （2） APAR(x, t)：t 月份在象元 x 处植被吸收的光合有效辐射（MJm-2） ； (x, t)：t 月份在象元 x 处的光能转化率（gCMJ-1） 。 .2APARAPAR 的算法的算法 rtxFPARtxSOLtxAPAR),(),(),( （3） SOL(x, t)：t 月份在象元 x 处的太阳总辐射量（MJm-2） ； FPAR(x, t)：t 月份在象元 x 处植被层对入射的光合有效辐射的吸收比例； r：植被所能利用的太阳辐射占太阳总辐射的比例，在此取值 0.5。 95. 0 , minmax min),( min),( SRSR SRtxSR txFPA

24、R （4） ),(1 ),(1 ),( txNDVI txNDVI txSR （5） SR(x, t)：比值植被指数，SRmin 取值为 1.08，SRmax 的大小与植被类型 有关（各植被类型中的最大值） ，取值范围在 4.146.17 之间； NDVI(x, t)：归一化植被指数。 .3光能转化率光能转化率 (x,(x, t)t)的算法的算法 max21 ),(),(),(),( txWtxTtxTtx （6） T1(x, t)：t 月份在象元 x 处的温度胁迫系数，反映在低温和高温时植物 内在的生化作用对光合的限制而降低净第一性生产力（Potter, et al., 19

25、93; Field, et al., 1995） T2(x, t)：t 月份在象元 x 处的温度胁迫系数，表示环境温度从最适温度 Topt(x)向高温和低温变化时植物的光合转化率逐渐变小的趋势（Potter, et al., 1993; Field, et al., 1995） W1(x, t)：t 月份在象元 x 处的水分胁迫系数，反映水分条件的影响 max：理想条件下的最大光能转化率，在此取 0.389 gCMJ-1（Potter, et al., 1993） T 1(x, t) 的算法的算法 2 1 )(0005. 0)(02. 08 . 0),(xTxTtxT optop

26、t （7） （当某一月的平均气温 MeanT(x, t)10时，T1(x, t) = 0） Topt(x)：某一区域一年内 NDVI 达最大值时月份的平均气温（） 。 T 2(x, t)的算法的算法 ),(10)( 3 . 0exp1),(10)( 2 . 0exp1 184 . 1 ),( 2 txTxTtxTxT txT optopt （8） 当 T(x, t) Topt(x, t) + 10；或者 T(x, t) Topt(x, t) 13 时， 用公式（9）计算： )(10)( 3 . 0exp1)(10)( 2 . 0exp1 184 . 1 2 1 ),( 2 xTx

27、TxTxT txT optoptoptopt （9） T(x, t)：某月的平均温度（） 。 W W 1 1(x,(x, t)t) 的算法的算法 ),(/ ),(5 . 05 . 0),(txPETtxEETtxW (10) EET(x, t)：t 月份在象元 x 处的区域估计蒸散量（mm） ； PET(x, t)：t 月份在象元 x 处的区域可能蒸散量(mm)； 当该月降水量 PPT(x, t)PET(x, t)时，EET(x, t)PET(x, t)，即 W1(x, t)=1； 当该月降水量 PPT(x, t)PET(x, t)时，用以下公式计算 EET(x, t)和 PET

28、(x, t)： ),(),(),(),( ),(),(),(),(),(),( ),( 22 22 txRntxPPTtxRntxPPT txRntxPPTtxRntxPPTtxRntxPPT txEET (11) PPT(x, t)：t 月份在象元 x 处的月降水量（mm） ； Rn(x, t)：t 月份在象元 x 处的月净辐射量(mmmon-1)； 5050 )()(59803690)()()( . x,t/PPTx,tEp.x,tPPTx,tEpx,tRn (12) Ep(x, t)：局地可能蒸散量(mm) a ItxTtxEp/ ),(1016),( (13) 514 . 1 12 1

29、 5/ ),( t txTI (14) 623 1049239017920 1 . 77675 . 0 IIIa (15) ),(),( 2 1 ),(txEETtxEptxPET (16) 4.2生产有机物质的价值生产有机物质的价值 净初级生产力是反映有机物质生产的一个重要指标，它是指植物在某一时 间段（如一年）所生产的有机物质量。 )()()(xTxNPPxVn )(xVnVn Vn(x): 象元 x 处每年生产的有机物质价值（元） ； NPP(x): 象元 x 处每年生产的有机物质（gC） ； T(x)：象元 x 处有机物质的单位质量价值（元g-1C） ； Vn：区域每年生产有机物质的价

30、值（元） 。 4.3吸收固定吸收固定 CO2的价值的价值 在评估生态系统对 CO2的吸收与固定作用时，以生态系统有机物质生产为 基础，根据光合作用和呼吸作用的反应方程式推算，每形成 1g 干物质，需要 1.62g CO2。 RxNPPxVr)(62 . 1 )( )(xVrVr Vr(x)：象元 x 处每年吸收 CO2的价值（元） ； NPP(x): 象元 x 处每年生产的有机物质（gC） ； R：碳税法中 CO2的单位质量价值（元gCO2） ； Vr：区域每年吸收 CO2的价值（元） 。 4.4释放释放 O2的价值的价值 在评估生态系统释放 O2的价值时，以生态系统有机物质生产为基础，根据

31、光合作用和呼吸作用的反应方程式推算，每形成 1g 干物质，可以释放 1.2gO2。 RxNPPxV)(2 . 1)( )(xVV V(x)：象元 x 处每年释放 O2的价值（元） NPP(x): 象元 x 处每年生产的有机物质（gC） R：工业制氧价格（元g-1O2） 。 V：区域释放 O2的价值（元） 。 4.5N、P、K 等营养物质循环的价值等营养物质循环的价值 在评估生态系统营养物质循环的价值时，以生态系统的生物量和净初级生 产力为基础，根据各生态系统中 N、P、K 的质量分配率来计算(表 5-1)。 VkaVpaVnaVa Va：区域每年吸收的营养物质价值（元） ； Vna: 区域每年

32、吸收的氮元素价值（元） ； Vpa: 区域每年吸收的磷元素价值（元） ； Vka: 区域每年吸收的钾元素价值（元） 。 .1每年吸收的氮元素（每年吸收的氮元素（N N）的价值）的价值 MrrxNPPxVna 21 )()( )(xVnaVna Vna(x)：象元 x 处每年吸收的氮元素价值（元） ； NPP(x): 象元 x 处每年生产的有机物质（gC） ； r1：不同生态系统中氮元素在有机物质中的分配率（gN/gC） ； r2：纯 N 折算成化肥的比例，为 79/14； M：氮肥的平均价格（元g-1） ； Vna: 区域每年吸收的氮元素价值（元） 。 .2每年

33、吸收的磷元素（每年吸收的磷元素（P P）的价值）的价值 MrrxNPPxVpa 21 )()( )(xVpaVpa Vpa(x)：象元 x 处每年吸收的磷元素价值（元） ； NPP(x): 象元 x 处每年生产的有机物质（gC） ； r1：不同生态系统中磷元素在有机物质中的分配率（gN/gC） ； r2：纯 P 折算成化肥的比例，为 506/62； M：磷肥的平均价格（元g-1） ； Vpa: 区域每年吸收的磷元素价值（元） 。 .3每年吸收的钾元素（每年吸收的钾元素（K K）的价值）的价值 MrrxNPPxVka 21 )()( )(xVkaVka Vka(x)：象元 x 处

34、每年吸收的钾元素价值（元） ； NPP(x): 象元 x 处每年生产的有机物质（gC） ； r1：不同生态系统中钾元素在有机物质中的分配率（gK/gC） ； r2：纯 K 折算成化肥的比例，为 174/78； M：钾肥的平均价格（元g-1） ； Vka: 区域每年吸收的钾元素价值（元） 。 4.6涵养水源的价值涵养水源的价值 SppxQxV)()( )(xVV V(x)：象元 x 处每年涵养水源的价值（元） ； Q(x)：象元 x 处每年单位面积的降水贮水量(m3/m2)； p：每建设 1m3库容的成本花费； Sp：象元面积（m2） ； V：区域涵养水源的价值（元） 。 下垫面为土壤时（如林地

35、、灌丛、草地等）采用 4.6.1 的方法计算涵养水 源价值；下垫面为水时（如水域、水稻田、沼泽等）采用 4.6.2 的方法来计算。 .1基于母岩性质的贮水量计算基于母岩性质的贮水量计算 )()()(xPxHxQ Q(x)：象元 x 处每年单位面积的降水贮水量(m3/m2)； H(x)：象元 x 处的土壤深度（m） ； P(x)：象元 x 处的土壤粗孔隙率。 .2基于降水转换率的贮水量计算基于降水转换率的贮水量计算 )()()(xRxJxQ Q(x)：象元 x 处每年单位面积的降水贮水量(m3/m2)； J(x)：象元 x 处的年降水量（m） ； R(x)：象元

36、x 处的降水贮存量占总降水量的百分比。 4.7水土保持价值水土保持价值 生态系统保护土壤主要通过减少表土损失量，保护土壤肥力，减轻泥沙淤 积灾害，减少风沙等灾害的 4 个相互联系的生态过程来实现其经济价值。 在估算过程中，首先采用无林地的土壤侵蚀量来估算各生态系统减少的土 壤侵蚀量，然后再评价它们对表土损失、肥力损失和减轻泥沙淤积灾害三方面 的价值。 )()()()()()()( 654321 xVxVxVxVxVxVxV V(x)：在象元 x 处每年的水土保持价值（元） ； V1(x)：在象元 x 处每年减少表土损失的价值（元） ； V2(x)：在象元 x 处每年减少有机质损失的价值（元）

37、； V3(x)：在象元 x 处每年减少氮肥损失的价值（元） ； V4(x)：在象元 x 处每年减少磷肥损失的价值（元） ； V5(x)：在象元 x 处每年减少钾肥损失的价值（元） ； V6(x)：在象元 x 处每年减少泥沙淤积损失的价值（元） 。 654321 VVVVVVV V：区域每年水土保持价值（元） ； V1：区域每年减少表土损失的价值（元） ； V2：区域每年减少有机质损失的价值（元） ； V3：区域每年减少氮肥损失的价值（元） ； V4：区域每年减少磷肥损失的价值（元） ； V5：区域每年减少钾肥损失的价值（元） ； V6：区域每年减少泥沙淤积损失的价值（元） 。

38、.1减少的土壤侵蚀量减少的土壤侵蚀量 )()()()(xFcSpxEfxEnxEr Er(x)：象元 x 处减少的土壤侵蚀量（m3） ； En(x)：象元 x 处在裸露条件下的潜在土壤侵蚀深度(m)； Ef(x)：象元 x 处在有树木、灌丛、草、农作物等植被覆盖情况下的侵蚀深 度(m)； Sp：象元面积（m2） ； Fc(x)：象元 x 处的植被覆盖度。 inNDVaxNDV inNDVxNDVI xFc ImIm Im)( )( NDVI(x)：象元 x 处的归一化植被指数。NDVImin 和 NDVImax 分别为植物生 长季 NDVI 的最小值和最大值（西北地区分别取值 0.005 和

39、0.92） 。 .2减少表土损失的价值减少表土损失的价值 )( )( )( )( 1 xT xD xEr xV V1(x)：在象元 x 处每年减少表土损失的价值（元） ； Er(x)：象元 x 处减少的土壤侵蚀量（m3） ； D(x)：象元 x 处的土壤深度（m） ； T(x)：象元 x 处的土壤生产机会成本（元/m2） （表 52） 。 .3减少土壤养分损失的价值减少土壤养分损失的价值 减少养分损失包括减少有机质损失、减少 N 损失、减少 P 损失和减少 K 损 失。 减少有机质损失的价值减少有机质损失的价值 CRxCoxDexEr

40、xV)()()()( 2 V2(x)：在象元 x 处每年减少有机质损失的价值（元） ； Er(x)：象元 x 处减少的土壤侵蚀量（m3） ； De(x)：象元 x 处土壤的密度（t/m3） ； Co(x)：象元 x 处土壤的有机质含量(kg/t)； R：薪柴转化为土壤有机质的比例，一般为 2； C：薪柴的平均价格（元/kg） 。 减少减少 N N 损失的价值损失的价值 CrxCnxDexErxV)()()()( 3 V3(x)：在象元 x 处每年减少氮肥损失的价值（元） ； Er(x)：象元 x 处减少的土壤侵蚀量（m3） ； De(x)：象元 x 处土壤的密度（t

41、/m3） ； Cn(x)：象元 x 处土壤的 N 含量(kg/t)； r：纯 N 折算成化肥的比例，为 79/14； C：氮肥的平均价格（元/kg） 。 减少减少 P P 损失的价值损失的价值 CrxCpxDexErxV)()()()( 4 V4(x)：在象元 x 处每年减少磷肥损失的价值（元） ； Er(x)：象元 x 处减少的土壤侵蚀量（m3） ； De(x)：象元 x 处土壤的密度（t/m3） ； Cp(x)：象元 x 处土壤的 P 含量(kg/t)； r：纯 P 折算成化肥的比例，为 506/62； C：磷肥的平均价格（元/kg） 。 4.7.

42、3.4减少减少 K K 损失的价值损失的价值 CrxCkxDexErxV)()()()( 5 V5(x)：在象元 x 处每年减少 K 肥损失的价值（元） ； Er(x)：象元 x 处减少的土壤侵蚀量（m3） ； De(x)：象元 x 处土壤的密度（t/m3） ； Ck(x)：象元 x 处土壤的 K 含量(kg/t)； r：纯 K 折算成化肥的比例，为 174/78； C：钾肥的平均价格（元/kg） 。 .4减少淤积损失的价值减少淤积损失的价值 土壤侵蚀造成的泥沙有 24%淤积于水库、江河、湖泊，这部分泥沙直接造 成了水库、江河、湖泊蓄水量的下降，在一定程度上增加了干旱、洪涝灾害

43、发 生的机会，因此可根据蓄水成本计算损失价值。 CRxErxV)()( 6 V6(x)：在象元 x 处每年减少淤积损失的价值（元） ； Er(x)：象元 x 处减少的土壤侵蚀量（m3） ； R：淤积于水库、江河、湖泊中的泥沙占土壤总侵蚀量的比例，全国平均为 24%。 C：平均库容工程费（元/m3） 。我国为 0.67 元/m3。 5 5 数据准备数据准备 5.1遥感与栅格化的气象数据遥感与栅格化的气象数据 1. 栅格化的全年每月的 AVHRR/NDVI 数据； 2. 栅格化的全年每月的降水数据（mm） ； 3. 栅格化的全年每月的平均温度（） ； 4. 栅格化的全年每月的平均太阳总辐射数据（M

44、Jm-2） ； 5. 栅格化的植被分类图。 5.2栅格化的土壤理化性质数据栅格化的土壤理化性质数据 1. 栅格化的土壤深度分布图（m） ； 2. 栅格化的土壤粗孔隙率分布图； 3. 栅格化的裸露条件下的潜在土壤侵蚀深度分布图(m)； 4. 栅格化的有植被覆盖情况下的土壤侵蚀深度分布图(m)； 5. 栅格化的土壤的有机质含量分布图(kg/t)； 6. 栅格化的土壤 N 含量分布图(kg/t)； 7. 栅格化的土壤 P 含量分布图(kg/t)； 8. 栅格化的土壤 K 含量分布图(kg/t)； 9. 栅格化的土壤密度分布图（t/m3） ，土壤的平均密度为 1.28 t/m3。 10. 栅格化的土壤

45、粘粒所占百分比； 11. 栅格化的土壤砂粒所占百分比。 5.3统计数据统计数据 1. 有机物质的单位质量价值（元/gC） ；根据标煤的价值来替代， （标煤为 354 元t-1） ，其取值为 2.3718104元/gC； 2. 碳税法中 CO2的单位质量价值（元/gCO2） 。借用瑞典碳税率 0.15 美元 /kg(碳)，换算成吸收 CO2的税率为 4.094105美元/g（CO2） ，如果 按 8.2 元/美元的汇率计算，即 3.36104元/g（CO2） ； 3. 工业制氧价格（元/gO2） ，工业制氧的现价为 4104元/g(O2)； 4. 各生态系统营养物质分配率（表 51） ； 5.

46、氮肥的平均价格（元g-1） ，400 元/t； 6. 磷肥的平均价格（元g-1） ，350 元/t； 7. 钾肥的平均价格（元g-1） ，350 元/t； 8. 每建设 1m3 库容的成本花费(元/m3)，中国是 0.67 元/m3； 9. 下垫面为水时，降水贮存量占总降水量的百分比（由统计资料确定） ； 10. 土壤生产机会成本（元/m2） 。其取值是根据不同的生态系统类型来确定 （表 52） ，如在 19851990 年期间林业、牧业每年生产的平均收益 分别为 263.58 元/hm2 与 245.50 元/hm2； 11. 薪柴的平均价格（元/kg） ； 12. 淤积于水库、江河、湖泊中

47、的泥沙占土壤总侵蚀量的比例。全国平均 为 24%。 表 51各生态系统营养物质分配率（g/g） 项目项目林地林地灌丛灌丛草地草地耕地耕地建筑建筑难利用地难利用地水域水域 氮氮.0.0.0. 磷磷.0.0.0. 钾钾.0.0.0. 各生态系统营养物质质量分配率是根据中国生物多样性国情研究报告整理出来的 表 52各生态系统的土壤生产机会成本（元/ahm2） （基于内蒙古 1999 年的统计数据） 项目项目林地林地灌丛灌丛草地草地耕地耕地建筑建筑难利用地难利用地水域水域 机会成本机会成本160.3160.3335.02324.5000 6 6 区域生态资产评

48、估结果（内蒙古）区域生态资产评估结果（内蒙古） 根据生态资产评估的技术路线和模型，以内蒙古为例，对其生态资产进行 了评估。 本项目研究所利用的遥感数据为MODIS数据和TM数据。MODIS数据的图 像空间分辨率为500m500m，时间分辨率为月，时间序列为2002年1月至2002年 12月；TM数据的图像空间分辨率为30m30m，共包含内蒙古自治区内的86景图 像（内蒙古东北的部分TM图像缺失）。气象数据来自内蒙古气象局，为2002年 内蒙古108个气象站点每月的降水、平均温度及太阳总辐射数据。所利用的土地 覆被图为本课题组基于TM影像的分类图（详见“生态资产遥感测量的地表分类” ）、以及中国

49、科学院遥感应用研究所2002年生产的全国土地覆被图（下载网址： http:/www.gvm.jrc.it/glc2000）。土壤类型图来自中国科学院地理研究所资源与 环境信息系统国家重点实验室生产的1:400万的失量图（中国科学院南京土壤研 究所，1978），土壤理化性质数据均是在土壤分类图的基础上参考相关的文献 资料更新得到（熊毅，李庆逵，1987；沈善敏，1998）。 6.1基于基于 MODIS 数据的生态资产评估结果数据的生态资产评估结果 .1主要的植被参数主要的植被参数 1.栅格化的全年净初级生产力（gC/m2）分布图； 图 61 内蒙古 NPP 分布图（gC/m2）

50、2. 栅格化的植被分类图； 图 62 内蒙古植被分类图 3. 栅格化的植被覆盖度分布图； 图 63 内蒙古植被覆盖度分布图 .2 内蒙古生态资产评估结果内蒙古生态资产评估结果 1.栅格化的每年生产的有机物质价值（元/hm2）分布图； 图 64 每年生产的有机物质的价值（元/hm2） 2.栅格化的每年吸收 CO2的价值（元/hm2）分布图； 图 65 每年吸收的 CO2的价值（元/hm2） 3.栅格化的每年释放 O2的价值（元/hm2）分布图； 图 66 每年释放 O2的价值（元/hm2） 4. 栅格化的每年吸收的氮元素的价值（元/hm2）分布图； 图 67 每年吸收氮元素的价值

51、（元/hm2） 5. 栅格化的每年吸收的磷元素的价值（元/hm2）分布图； 图 68 每年吸收的磷元素的价值（元/hm2） 6. 栅格化的每年吸收的钾元素的价值（元/hm2）分布图； 图 69 每年吸收的钾元素的价值（元/hm2） 7. 栅格化的每年涵养水源的价值（元/hm2）分布图； 图 610 每年涵养水源的价值（元/hm2） 8. 栅格化的每年的水土保持价值（元/hm2）分布图； 图 611 水土保持的价值（元/hm2） 9. 栅格化的每年减少表土损失的价值（元/hm2）分布图； 图 612 每年减少表土损失的价值（元/hm2） 10.栅格化的每年减少有机质损失的价值（元/hm2）分布图

52、； 图 613 每年减少有机质损失的价值（元/hm2） 11.栅格化的每年减少氮肥损失的价值（元/hm2）分布图； 图 614 每年减少氮肥损失的价值（元/hm2） 12.栅格化的每年减少磷肥损失的价值（元/hm2）分布图； 图 615 每年减少磷肥损失的价值（元/hm2） 13. 栅格化的每年减少钾肥损失的价值（元/hm2）分布图； 图 616 每年减少钾肥损失的价值 （元/hm2） 14. 栅格化的每年减少泥沙淤积损失的价值（元/hm2）分布图； 图 617 每年减少泥沙淤积损失的价值（元/hm2） 15.栅格化的总生态价值（元/hm2）分布图； 图 618 总生态价值分布图（元/hm2）

53、 16. 七种生态系统类型各项生态服务功能的基本情况 表 61七种生态系统类型各项生态服务功能统计表 项目项目森林森林灌木灌木草地草地耕地耕地建筑用地建筑用地难利用地难利用地水体水体合计合计 面积面积(106 hm2)13.093.7955.8813.710.0001527.582.58116.62 NPP (106 t/a)61.064.4993.5333.270.0013 5.359.52206.95 CO2年固定量年固定量(106 t/a)98.97.26151.553.90.002 8.6615.4335.6 O2 释放量释放量(106 t)73.285.38112.2539.930.

54、0002 6.4511.43248.72 氮固定量氮固定量(06 t/a)1.440.347.012.49 0 0.400.2311.92 磷固定量磷固定量(106 t/a)0.440.0030.070.02 0 0.0040.070.61 钾固定量钾固定量(106 t/a) 0.220.081.670.59 0 0.090.032.69 17. 七种生态系统类型各项生态价值分布情况 表 62七种生态系统类型各项生态价值统计表 项目项目森林森林灌木灌木草地草地耕地耕地建筑用地建筑用地难利用地难利用地水体水体合计合计 生产有机物生产有机物(109 元元)14.481.0622.187.890.0

55、0003 1.272.2649.14 固定固定 CO2(109 元元)33.242.4450.9118.11 0 2.915.18112.79 释放释放 O2 (109 元元)29.312.1544.9015.97 0 2.584.5799.48 营养物质循环营养物质循环 (109 元元)0.810.173.411.21 0 2 涵养水源涵养水源(109 元元)11.801.4531.897.85 0 2.972.1858.14 水土保持水土保持(109 元元)20.202.5043.20 0 0 0065.90 总计总计(109 元元)109.849.77196.495

56、1.030.00003 9.92114.32391.37 6.2基于基于 TM 数据的生态资产评估结果数据的生态资产评估结果 本研究所利用的内蒙古 TM 数据共有 86 景图像，利用上述评估模型在对每 一景图像的生态资产进行计算的基础上，最后将它们镶嵌成一张总的生态资产 分布图。 1.基于 TM 分幅影像的生态资产评估结果 图 619 基于 TM 分幅影像的生态资产分布图（元/hm2） 2.由 TM 分幅影像镶嵌成的内蒙古生态资产分布图 图 620 基于 TM 影像的内蒙古总生态资产分布图（元/hm2） 3. 基于 TM 影像的七种生态系统类型生态价值分布情况 表 63基于 TM 影像的七种生

57、态系统类型生态价值统计表 项目项目森林森林灌木灌木草地草地耕地耕地建筑用地建筑用地难利用地难利用地水体水体合计合计 平均价值（平均价值（10104 4元元/kmkm2 2）83.8725.7235.1037.161.943.5555.43- 分类面积（分类面积（10104 4kmkm2 2）1.050.9935.864.300.1026.310.6869.32* 总价值（总价值（10109 9元）元）8.812.56125.8915.990.029.333.79166.39 *TM 影像没有覆盖整个内蒙古，根据 MODIS 数据计算得到的内蒙古面积为 116.62104km2. 7 7 下一步

58、工作设想下一步工作设想 由于生态系统服务功能所涉及的内容很多，遥感只能通过获取地表覆被信 息，评估部分的生态资产，还有许多其它的服务功能只能通过生态环境经济学 的办法来评估。考虑到生态资产评估的复杂性、多学科交叉性、资料的可获得 性，本文主要是在前人研究的基础上，通过整理，得到各种生态系统单位质量 （或面积）的单项生态价值，并以此为基础，结合遥感获取或反演的植被与土 壤生物物理参数，计算得到区域生态资产。 下一步我们将根据不同的生态系统类型，利用生态环境/经济学的办法，对 生态系统其它的服务价值进行评估，其中最主要有下面三种：文化与休闲娱乐 价值、生物多样性价值和净化环境污染物的价值。 7.1

59、 文化与休闲娱乐价值估算文化与休闲娱乐价值估算 森林、草原、水域等生态系统不但能为人们提供游憩场所，还可以给人以 美学、艺术、教育等精神上的需求，是其重要的生态功能之一。这种功能对于 改善人民的生活，丰富人们的精神生世界，具有重要价值。近年来，随着人们 物质文化生活水平的不断提高，生态旅游、钓鱼运动及其它户外游乐活动日渐 增多，人们对自然生态系统的舒适性服务的需求也会越来越多，因而其游憩价 值也会越来越大。自然生态系统文化与休闲娱乐价值的量化一直是学者们研究 的热点，但是，由于旅游者的人体差异和研究者的角度不同，以这部分价值的 评估也千差万别。其根本原因就在于，这种无形的生态功能不能进行市场交

60、易， 没有市场价格作为依据。我们下一步工作将考虑在生态资产区划生态资产区划的基础上，利 用旅行费用法旅行费用法来评估其游憩价值；利用调查评价法调查评价法来计算其文化价值。 7.2 生物多样性价值估算生物多样性价值估算 生物多样性是指一个区域、一个国家乃至整个地球多种多样的生物有机结 合在一起的总体特征，它既能表现出生物之间，以及生物生存之间的复杂关系， 也是生物资源丰富多彩的重要标志，是社会经济持续发展的物质基础和环境条 件，具有巨大的或潜在的经济价值。但是对生物多样性价值的量化，在世界上 仍是一个难题，迄今为止尚无圆满的解决办法。目前的评估方法主要有物种保 护基准价法、支付意愿调查法、收益资