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南水北調中核心水源區(qū)的生態(tài)服務功能探析論文

時間:2021-05-08 19:43:45 論文 我要投稿

南水北調中核心水源區(qū)的生態(tài)服務功能探析論文

  自然生態(tài)系統(tǒng)是人類和其他生命生存和發(fā)展所必須的環(huán)境條件,為人類提供了一切生存所需的資源,不僅包括實物型生態(tài)產品,還有更多類型的非實物型的生態(tài)系統(tǒng)服務[1].生態(tài)系統(tǒng)服務價值是指自然生態(tài)系統(tǒng)及其組成物種所產生的對人類生存和發(fā)展有支持作用的狀況和過程,有著極大的經(jīng)濟價值[2].定量評估生態(tài)系統(tǒng)服務價值,可以為合理利用自然資源,提供重要的參考依據(jù)。而生態(tài)系統(tǒng)服務功能的不確定性和復雜性,使得對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的獲取有一定難度。

南水北調中核心水源區(qū)的生態(tài)服務功能探析論文

  自上世紀90年代以來,國內外許多研究者在各類生態(tài)系統(tǒng)服務價值方面做了大量研究。國外對于生態(tài)系統(tǒng)服務價值的研究起步較早,在大范圍評價某一類資源的生態(tài)服務價值方面,Costanza等人將全球生態(tài)系統(tǒng)服務功能劃分為17種類型來進行評估,并以貨幣的形式對其服務價 值 進 行 估 算[3].隨 后 多 位 學 者 基 于 此 方法,對 世 界 各 地,不 同 類 型 的 區(qū) 域 開 展 了 研究[4-8].

  近年來,部分學者又引入了不同的方法來進行生態(tài)系統(tǒng)服務價值的評估,如GIS方法,元分析和價值轉移方法,效益轉移方法,多目標的空間決策支持系統(tǒng)等方法開展了研究[9-12].在我國,生態(tài)系統(tǒng)服務功能的研究工作于20世紀80年代起步,多位學者分別對我國陸地生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)、農田生態(tài)系統(tǒng)、林地生態(tài)系統(tǒng)等的區(qū)域,基于不同的方法,評估研究了其生態(tài)服務價值[13-18].

  南水北調中線工程核心水源區(qū)是緩解北方缺水問題,尤其是京津地區(qū)缺水的重大戰(zhàn)略工程與基礎設施[19].2014年11月,丹江口水源區(qū)正式開始向北方輸水,研究核心水源區(qū)的生態(tài)服務價值,對水源區(qū)生態(tài)環(huán)境的保護,以及區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

  1研究區(qū)劃定

  根據(jù)南水北調中線工程水源區(qū)所涉及到搬遷的區(qū)域,即庫區(qū)加高后可能被淹沒的區(qū)域,將其定義為丹江口核心水源區(qū)。據(jù)此確定水源區(qū)所在的行政區(qū)域包括陜西省境內的白河縣,河南省境內的淅川縣和鄧州市,以及湖北省十堰市全域。獲取水源區(qū)行政區(qū)所在的DEM數(shù)據(jù),本研究采用國際科學數(shù)據(jù)服務平臺提供的SRTM 90 m空間分辨率DEM,通過水文分析,提取核心水源區(qū)流域范圍及各個子流域邊界,如圖1.

  2生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算

  2.1估算方法確定

  目前,對于生態(tài)系統(tǒng)服務價值的評估方法有很多,但還沒有形成一個統(tǒng)一的、規(guī)范的評估方法,大多數(shù)來源于生態(tài)經(jīng)濟學、環(huán)境經(jīng)濟學和資源經(jīng)濟學。

  目前較為常用的生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估方法主要有市場價值法、替代市場法和假象市場價值法3大類,每類評價方法都有多種形式,常用的有市場價值法、機會成本法、費用支出法、條件價值法、影子工程法等[20-21].

  謝高地等人依據(jù)Costanza提 出的生態(tài)服 務價值評估方法,結合我國的實際情況,運用條件價值法,對多位專業(yè)人員進行問卷調查,得出新中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務價值表[22-23].根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務功能的單位面積價值,可以計算研究區(qū)域生態(tài)服務功能的經(jīng)濟價值,其計算公式如下:

  其中,ESV表示研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務總價值(元),VCi表示第i類土地利用類型單位面積的生態(tài)功能總服務價值系數(shù)(元/hm2),Ai表示研究區(qū)域內第i類土地利用類型的面積(hm),n為土地利用類型數(shù)目。

  2.2生態(tài)服務價值估算

  采用1990年、2000年和2013年3期30m分辨率的Landsat遙感影像,通過幾何校正配準,基于最大似然的監(jiān)督分類以及目視解譯相結合的.方法,獲得丹江口1990年、2000年和2013年3期土地利用數(shù)據(jù)。運用謝高地等人計算生態(tài)系統(tǒng)服務價值的方法,對丹江口核心水源區(qū)不同流域生態(tài)服務價值進行計算[22].結果見表1.

  3生態(tài)服務價值分析

  3.1生態(tài)服務價值生態(tài)系統(tǒng)差異分析

  分析丹江口流域不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務價值可知,林地生態(tài)系統(tǒng)服務價值最高,2013年服務價值為1 684 356.82萬元,占流域生態(tài)系統(tǒng)總服務價值的72.9%,遠高于其他類型生態(tài)系統(tǒng)服務價值;其次是耕地和水體,2013年生態(tài)系統(tǒng)服務價值分別為280 004.97萬元和169 360.41萬元,占流域生態(tài)系統(tǒng)總服務價值的比例分別為12.1%和7.3%;未利用地生態(tài)系統(tǒng)服務價值最低,為261.64萬元。對比分析不同類型生態(tài)系統(tǒng)年際變化趨勢,1990年~2013年,林地和水體生態(tài)系統(tǒng)服務價值逐年增加,草地、耕地和未利用地生態(tài)系統(tǒng)服務價值逐年降低。流域生態(tài)系統(tǒng)服務總價值呈逐年增加的趨勢。

  3.2生態(tài)服務價值區(qū)域差異分析

  為使各流域間差異在各時期更為直觀明了,計算各流域各時期單位面積生態(tài)服務價值占全流域單位面積生態(tài)服務價值比例(表2)。對各流域而言,官渡河流域生態(tài)服務價值在3個時期所占比例均明顯高于其余流域,即該流域發(fā)展?jié)摿ψ畲,價值最高,其3個時期所占比例均超過1.2.

  堵河流域與霍河流域單位面積生態(tài)服務價值比例次之,其生態(tài)服務價值比例在3個時期均在1.0以上。丹江流域與老灌河流域單位面積生態(tài)服務價值比例最低,3個時期生態(tài)服務價值比例均在0.71以下。其余流域單位面積生態(tài)服務價值除夾河流域、天河流域、漢江流域在2013年在1.0與1.05之間 外,其 余 時 期 各 流 域 均 在0.7與0.1之間。

  3.3生態(tài)服務價值變化率分析

  根據(jù)不同時期各流域生態(tài)服務價值分布,計算得到丹江口核心水源區(qū)各子流域不同時期生態(tài)服務價值變化率,如表3所示:

  全流域1990年~2000年總體生態(tài)服務價值狀況呈上升趨勢。天河河流生態(tài)服務價值上升程度最高,增長率為15.54%,約為該時期全流域生態(tài)服務價值漲幅的3倍,是該時期發(fā)展?jié)摿ψ罡叩膮^(qū)域。官 渡 河 流 域 生 態(tài) 服 務 價 值 提 升 程 度 最 小,為0.22%.

  全流域2000年~2013年總體生態(tài)服務價值狀況依然呈上升趨勢,夾河流域生態(tài)服務價值上升程度最大,變化率接近20%.夾河流域、天河流域的變化率分別為17.36%、17.20%,提升程度與夾河流域相當。霍河流域是第3個時期生態(tài)服務價值提升程度最小的流域,為4.74%.而潭口河流域、官渡河流域、堵河流域的生態(tài)服務價值在第3個時期出現(xiàn)了下降。

  從全流域角度而言,1990年~2013年丹江口核心水源區(qū)生態(tài)服務價值呈上升趨勢,即水源區(qū)土地發(fā)展?jié)摿χ鹌谔嵘?990年~2000年生態(tài)服務價的變化率小于2000年~2013年生態(tài)服務價值的變化率,即水源區(qū)2000年~2013年土地發(fā)展?jié)摿μ嵘潭却笥?990年~2000年生土地發(fā)展?jié)摿μ嵘某潭。從各流域生態(tài)服務價值變化量分布來看,老灌河流域、丹江流域、天河流域變化趨勢最好,生態(tài)服務價值逐期增加,即發(fā)展?jié)摿χ鹌谔嵘,而潭口河流域生態(tài)服務價值是在該時期內唯一下降的流域。

  3.4生態(tài)服務價值空間分布分析

  為了更加直觀的表達評價的結果,將各流域單位面積生態(tài)服務價值標準化后從高到低劃分為不同的等級,以表達不同區(qū)域的生態(tài)服務價值分布情況。

  使用處理公式對其進行標準化處理:

  式中,yi表示第i種營養(yǎng)物負荷歸一化后的值;xi表示第i種營養(yǎng)物負荷的原始值;ximin表示第i種營養(yǎng)物負荷的最小值。根據(jù)各流域單位面積生態(tài)服務價值標準化計算結果,對其進行分級評估。本次分級評估選擇使用自然斷點法(Natural Breaks)分類。

  將各流域生態(tài)服務價值分為5個等級,分別為高、較高、一般、較低、低,分級標準如表5.

  依據(jù)上述生態(tài)服務價值污染分級表,結合處理得到的丹江口流域各年各區(qū)域生態(tài)服務價值得分,處理得到各流域不同時期生態(tài)服務價值級別分布圖,如圖2.

  分析可知,1990年即第1期時,丹江口核心水源區(qū)大部分地區(qū)生態(tài)服務價值狀況涵蓋了低、較低、一般、較高和高5個等級。水源區(qū)中南部區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力最佳,處于高水平級別,整體水平南高北低。

  2000年即第2時期時,除水源區(qū)西北向、東北向部分地區(qū)的生態(tài)服務價值有跨級別上升外,其余流域的生態(tài)服務價值均與上一個時期保持一致,但水源區(qū)北部的生態(tài)服務價值級別仍總體低于中南部區(qū)域。

  2013年即第3時期時,除東北角老灌河流域水源區(qū)生態(tài)服務價值由低級別上升至較低級別外,其余流域的生態(tài)服務價值均與上一個時期保持一致。全區(qū)生態(tài)服務價值狀況的最低級別提升,由低級別提升至較低級別。中南部水源區(qū)域的生態(tài)服務價值雖高于北部水源區(qū),但其提升幅度低于北部水源區(qū)。

  對于丹江口核心水源區(qū)整體而言,中南部水源區(qū)生態(tài)服務價值高于水源區(qū)西南角、東南角,北部水源區(qū)雖在不同時期生態(tài)服務價值狀況提升較大,但其生態(tài)服務價值狀況仍低于上述區(qū)域。

  4小結

  論文分析了生態(tài)服務價值的研究現(xiàn)狀以及估算方法,并采用Costanza等人計算生態(tài)系統(tǒng)服務價值的方法,對丹江口流域及其各子流域在1990年、2000年和2013年3個時期的生態(tài)服務價值進行了估算,并對其時空變化進行了分析。

  結果表明:

 。1)1990年~2013年,丹江口流域生態(tài)系統(tǒng)服務價值呈逐年遞增的趨勢。各類型生態(tài)系統(tǒng)中,林地生態(tài)系統(tǒng)服務價值最高,其次是耕地和水體,未利用地生態(tài)系統(tǒng)服務價值最低。

 。2)比較各子流域,官渡河流域生態(tài)服務價值在3個時期所占比例均明顯高于其余流域;堵河流域與霍河流域單位面積生態(tài)服務價值比例次之,其生態(tài)服務價值比例在3個時期均全流域平均以上。丹江流域與老灌河流域單位面積生態(tài)服務價值比例最低,3個時期生態(tài)服務價值比例均在0.71以下。其它流域各時期均在0.7以上。

  (3)全流域1990年~2013年生態(tài)服務價值呈上升趨勢,其中2000年年~2013年提升程度大于1990年年~2000年提升的程度。從各流域生態(tài)服務價值變化量分布來看,老灌河流域、丹江流域、天河流域變化趨勢最好,而潭口河流域生態(tài)服務價值是在該時期內唯一下降的流域。

 。4)在空間分布方面,中南部水源區(qū)生態(tài)服務價值高于西南、東南部,北部水源區(qū)雖在不同時期生態(tài)服務價值狀況提升較大,但其生態(tài)服務價值狀況仍低于上述區(qū)域。

  參考文獻:

  [1] 白曉飛,陳煥偉。土地利用的生態(tài)服務價值---以北京市平谷區(qū)為例[J].北京農學院學報,2003,18(2):109-111.

  [2] 歐陽志云,王如松,趙景柱。生態(tài)系統(tǒng)服務功能及其生態(tài)經(jīng)濟價值評價[J].應用生態(tài)學報,1999,10(5):635-640

  [3]Costanza R,D餉rge R,Groot R,et al.The value of theworld餾 ecosystem services and natural capital[J].Nature,1997,387:253-260.

  [4]Ingraham M W,Foster S G.The value of ecosystem servicesprovided by the U.S.National Wildlife Refuge System in thecontiguous U.S.[J].Ecological Economisc,2008,67(4):608-618.

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