大小興安嶺生態資產變化格局

馬立新，覃雪波，孫 楠，楊國亭，*

(1.東北林業大學生態研究中心，哈爾濱150040;2.天津自然博物館，天津 300074;3.東北農業大學水利與建筑學院，哈爾濱 150030)

生態系統不僅給人類提供食物、原材料、藥品等實物型生態資源，還提供凈化空氣、保持水土、涵養水源等非實物型生態服務，具有巨大的經濟價值［1-4］。隨著資源、環境和人口問題的日益突出，以自然資源價值和生態系統服務功能效益為核心的生態資產開始被認為是一種國家資產［5］。及時、準確和動態地掌握生態資產狀況，對于國民經濟發展、生態環境建設與保護具有重要的科學價值和現實意義［5］。

大小興安嶺是我國重要的林區、木材資源戰略儲備基地，同時也是我國北方重要生態屏障，在維護國家生態安全、應對氣候變化、保障國家長遠木材供給等方面具有不可替代的作用。然而，由于長期高強度地開發，使該區域生態功能發生退化［6］，影響當地的可持續發展。生態資產作為人類社會經濟發展的基礎，其時空變化可以作為判定區域可持續發展的關鍵指標之一［7］。本文以大小興安嶺為研究對象，對其2004和2011兩個年度的生態資產進行估算，分析生態資產時空格局及變化原因，為促進當地的可持續發展提供借鑒。

1 研究區域

大小興嶺地處我國東北部，在行政區上橫跨內蒙古和黑龍江兩省區，地貌為中低山區，屬寒溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫-2.8°C;年降水量550—740 mm。森林結構簡單，以興安落葉松(Larix gmelini)為絕對優勢樹種，其次為樟子松(Pinus sylvestris)、樺(Betula)、楊(Populus)等。本研究區域為大小興安嶺的黑龍江省部分，涉及18個縣市，總面積約21萬km2。

2 研究方法

2.1 生態資產估算

生態資產是區域內生態系統提供的所有服務功能及自然資源價值的總和［5］，表示為:

式中，V表示生態資產價值總量;C=1，2，…，n，表示生態系統類型;Vc表示第C類生態系統的生態資產，計算公式如下:

式中，i表示第C類生態系統的第i種生態服務功能;Vci表示第C類生態系統的第i種生態服務功能類型的單位面積價值;j表示一定區域內Vci在空間上分布的斑塊數，Sij表示斑塊的面積大小;Rij表示Vci在不同斑塊的生態參數，取決于生態系統的質量，通常選取植被覆蓋度(f)和植被凈初級生產力(NPP)來表征［5］:

式中，NPPmean和fmean分別為植被凈初級生產力和覆蓋度的均值;NPPj和fj為j斑塊的植被凈初級生產力和覆蓋度。

NPP采用Thornthwaite模型計算:

式中，E為年實際蒸散量;L為年平均蒸散量;t為年平均氣溫(°C);R為年降水量(mm);e為自然對數的底數。

2.2 數據來源和處理

采用的遙感影像數據為Landsat 25的TM數據，空間分辨率為30 m×30 m。對遙感影像數據進行大氣和幾何校正后，根據研究區的實際情況，將大小興安嶺分為8類生態系統:林地、灌叢、草地、耕地(包括旱地和水田)、水體(湖泊和河流)、濕地、祼地和建設用地(包括交通用地)。通過歸一化植被指數NDVI計算植被覆蓋度(f)。

氣溫和降水數據來源于大小興安嶺氣象站點的觀測數據，并參考當地統計年鑒。國內生產總值(Gross Domestic Product，GDP)來源于黑龍江省統計年鑒［8-9］。

不同生態系統的單位面積生態資產價值初始值參考Constanza［1］和潘耀忠等［5］設定，裸地和建設用地為0，其他分別為:林地 26.03×104元/km2;灌叢 29.00×104元/km2;草地 20.00×104元/km2;耕地 7.93×104元/km2;水體 732.00×104元/km2;濕地 1687.00×104元/km2。

3 結果

3.1 土地利用變化

從2004年到2011年，不同土地的面積變化不明顯，其中林地、水體、耕地和建設用地略有增加，而灌叢、草地、濕地和裸地則相應減少(圖1)。

除了林地外，其它類型土地在不同的縣市發生較大變化(表1)。變化幅度最大的是巴彥縣，如草地變化幅度高達87.56%，變化較小的有嘉蔭縣、鐵力市、黑河市區、北安市、五大連池市、呼瑪縣和塔河縣，變化幅度均小于10%(表1)。

圖1 大小興安嶺土地利用變化Fig.1 The variation of land use in Daxiaoxinganling Region

3.2 生態資產總量變化

無論是2004年還是2011年，不同的類型土地的生態資產均以濕地最高，林地次之，其它較低(表2)。從2004年到2011年，大小興安嶺生態資產總量由2379.26億元減少到2308.53億元，減少了2.97%，減少幅度較小;各類型土地的生態資產變化幅度也在5%以內(表2)，表明生態資總量相對穩定。

3.3 生態資產空間格局

大小興安嶺生態資產的空間分布不均衡，單位面積產值相對較高的出現在中部縣市，如北安市、孫吳縣、嫩江縣、五大連池市、穆棱縣等;而較低的主要出現在南部和北部區域，如嘉蔭縣和漠河縣;最低的是地級市的市區，如鶴崗市區和伊春市區(表3)。

從2004年到2011年，各縣市的生態資產變化趨勢不同，變化幅度為-29.54%—26.38%(表3)。參照徐昔保等［7］的劃分標準，生態資產變化幅度分為 7個等級:嚴重退化(減少50%以上)、中度退化(-50%—-15%)、輕度退化(-15%—-5%)、基本穩定(-5%—5%)、輕度增長(5%—15%)、中度增長(15%—50%)和快速增長(50%以上)。從表3可見，巴彥縣、通河縣和黑河市區屬于中度退化;蘿北縣、嫩江縣和綏棱縣屬于輕度退化;北安市和五大連池市屬于中度增長;伊春市區、鐵力市和湯原縣屬于輕度增長;其余7個縣市屬于基本穩定。

表1 各縣市各類型土地變化幅度Table 1 The variation of land use in different counties

表2 生態資產構成及變化Table 2 The composition and change of the ecological capital

表3 生態資產變化格局Table 3 The pattern of the ecological capital

續表

3.4 國內生產總值(GDP)與生態資產比較

各縣市GDP與生態資產總量的比值結果見圖2。從2004年到2011年，兩者比值呈現增高的趨勢，但各縣市增幅不同，增幅較大的有通河縣、湯原縣、嫩江縣、孫吳縣和五大連池市，增幅高達300%以上(圖2)。

圖2 國內生產總值(GDP)與生態資產比值Fig.2 The ratio of the GDP and ecological capital in different counties

4 討論

4.1 生態資產時間變化

經歷多年高強度采伐，大小興安嶺森林資源受到嚴重破壞，采伐撫育失調，生態功能下降［6］。然而，從2004年到2011年，大小興安嶺的生態資產總量并沒有發生較大的變化(表1)，表明近年來生態功能基本穩定，生態惡化的趨勢得以控制。這主要得利于國家出臺各種政策。首先是2000年實施天然林資源保護工程［10］。該政策實行之后，大小興安嶺由開始階段的限采限伐，繼而全面禁伐，一方面保護了原有未受破壞的森林資源，另一方面，加強了對已破壞的森林資源恢復，從而提高生態功能。其次是2002年啟動的退耕還林工程［11］。退耕還林工程有助改良土壤，涵養水源，從而增加生態系統的凈初級生產力，使生態環境得到改善［12-13］。此外，2010年，大小興安嶺生態保護與經濟轉型規劃上升到國家戰略層面。這些政策有利于保護大小興安嶺的森林資源，控制生態退化趨勢，提升當地的可持續發展潛力。

4.2 生態資產空間變化

大小興安嶺的生態資產空間分布呈現中部較高，南北部較低的特征(表3)。造成這種差異主要有兩方面的原因。一是土地利用類型。在陸地生態系統類型中，濕地單位面積價值最高［1，5］。這可能與濕地能提供碳儲存、保護生物多樣性、水產品、凈化水質和防止侵蝕等多種生態功能相關［14］。因此，濕地面積較高的地區，生態資產也較高。在大小興安嶺中部的北安市、孫吳縣、嫩江縣和五大連池市，它們的濕地面較大，均在500 km2以上，甚至達到2500 km2(嫩江縣)(表1)，因而生態資產總量較高。二是植被凈初級生產力(NPP)。NPP反映植被生產能力和陸地生態系統的質量［15-16］。通常，NPP和生態資產呈正相關［5］。NPP受土壤類型、氣候(光、降水量、溫度)和人類干擾等多種因子影響［17］。在本研究中，大小興安嶺的土壤類型相同或相近，因此，造成各縣市NPP差異可能原因是氣候和人類干擾。相對于南、北部，中部的黑河市所轄的各縣市所在的區域是大小興安嶺降水量較高、溫度相對適中的地區，同時人口少，人為干擾小。而在南部，由于是人口多，人為干擾明顯，如鶴崗市區和伊春市區，人口密集，干擾明顯，生態資產均較低(表3);北部區域盡管人少干擾小，降水量也大，但氣溫偏低，不利于植物的生長，NPP較低，表現為生態資產較低。

生態資產退化是生態系統的一種逆向演替過程，表現為對干擾低抗力低、緩沖能力弱，敏感性和脆弱性高，是生態惡化的結果［18］。本研究中，巴彥縣、通河縣和黑河市區屬于中度退化。巴彥縣和通河縣主要由于濕地的減少(減少20%以上)造成。他們濕地的減少歸結于城市化，作為哈爾濱市所轄縣，近年來隨著哈爾濱城市化加快，其所轄的縣市也加快城市化進程。城市化使得分布于巴彥縣和通河縣的城市周邊的濕地轉為建設用地，從而降低了生態資產。這表明城市化會導致當地的生態資產降低［19］。對于黑河市區，各類土地(包括濕地)變化幅度也較小，生態資產退化可能另有原因。通過比較兩個年度的降水量發現，2011年的降水量為368 mm，不到2004年(749 mm)的50%。由此可推斷，降水是影響其生態資產降低的主要原因。因為降水減少會加劇干旱，使森林結構改變、濕地、草原退化、農作物減產等［20-22］，從而導致生態資產降低。由此可見，氣象也是影響生態資產變化的重要因素。嫩江縣的生態資產總量在18個縣市中位居第二，然而從2004年到2011年，生態資產減少了11.2%(表3)，屬于輕度退化，這表明自然資源稟賦較高的地方，生態資產也發生退化，因此應該采取有效舉措進行遏制。在本研究中，生態資產增加的縣市多為旅游城市，如五大連池市，伊春市區、鐵力市等。這是由于相對其它工業，旅游業對自然環境的影響較小，而且為了吸引游客，這些旅游城市加大對生態環境的保護和治理，有助于提高生態資產。

4.3 國內生產總值(GDP)在生態資產總量中的變化

在本研究中，各縣市2004年的GDP/生態資產總量比值比相應的2011年要低(圖2)，表明GDP在生態資產中的比重呈現增高趨勢。由于生態資產變化相對較小(表3)，而各縣市的GDP在7a間均翻一番［8-9］，因此，比值增加的主要原因是各縣市GDP增加，即經濟的發展。這與之前胡德永等研究得到的結論相似，他們認為湖州GDP/生態資產總量比值增高主要與經濟快速增長相關［23］。

生態資產是社會經濟發展的重要基礎［7］，也是GDP增長的基礎。大量開發利用自然資源有利于提高GDP，但若是不合理或過度開發，又導致生態環境退化，使得生態資產降低，不利于當地的可持續發展。然而，GDP增加可以通過提高生態資產的利用效率來實現。如利用先進的生產技術，對自然資源進行深加工，增加其附加值，提高GDP。這種通過提高利用效率的生產方式有助于提高生態資產，促進可持續發展。可見，GDP/生態資產總量比值并不能決定是否可持續發展，但對可持續發展卻產生重要影響。

4.4 資源開發利用

根據2011年各縣市的GDP，將18縣市分為較發達(GDP＞100億元，有鶴崗市區、伊春市區、嫩江縣)、欠發達(GDP＜20億元，有孫吳縣、呼瑪縣、遜克縣)和一般(20億元＜GFP＜100億元，其余12縣市)3個經濟水平［9］。大小興安嶺不同縣市生態資產變化幅度不同，GDP/生態資產總量比值也不同，因此，不同經濟發展區域應該采取不同的資源開發利用方式，以提升當地可持續發展潛力。

在經濟較發達區域，根據生態資產變化幅度分為3種資源利用方式:(1)生態資產增長(輕度和中度增長)區域，如伊春，延續或改進目前的資源利用方式，同時加強環境保護，不斷提高生態資產總量。(2)生態資產穩定區域，如鶴崗市區，要提高資源利用率，促進產品升級和更新，控制發展與生態保護相沖突的產業，如煤礦業，提高區內礦山企業采選技術準入條件，強化土地復墾和環境整治義務;對已經進行開采和深加工的企業，要求采用新工藝、新技術，提高資源綜合利用和環保水平，實行清潔生產。(3)生態資產退化(輕度和中度退化)區域，如嫩江縣，首先，改變資源利用方式;其次，制定和實施生態恢復計劃;再次，發展綠色產業。針對嫩江縣濕地面積較大的特點，可以發展濕地生態旅游。

在本研究中，經濟欠發達區域的3個縣市的生態資產均為基本穩定(表3)。一方面要改進當前的資源開發方式，提高生態資產總量;另一方面要發展經濟，提高GDP。因此，要加強環境保護和提高自然資源利用率，培育新興產業、淘汰落后和污染嚴重的產業，如發展綠色食品產業，促進經濟發展和提升環境質量。

對經濟發展一般，生態資產退化區域，一要積極治理環境污染，提高生態環境質量;二要降低單位產值能耗及污染物排放，同時提高生產效率，使經濟與環境協調發展。生態資產增長或穩定的區域，要繼續加強環境保護，與此同時，通過優化產業結構、提高產品升級，如發展木材精加工業、中藥材加工等，避免走先污染后治理的老路，在提高GDP的同時也要做好環境保護。

5 結論

大小興安嶺生態資產空間格局呈現中部較高、南北部較低的特征。從2004到2011年，生態資產總量減少幅度較小，相對穩定。18個縣市生態資產變化幅度從中退化到中度增長之間，中度退化的有巴彥縣、通河縣和黑河市區;輕度退化的有嫩江縣、蘿北縣和綏棱縣;中度增長有北安市和五大連池市，輕度增長的有伊春市區、鐵力市和湯原縣;其余7個縣市，包括鶴崗市區、嘉蔭縣、遜克縣、孫吳縣、呼瑪縣、塔河縣和漠河縣，屬于基本穩定。隨著經濟發展，GDP在生態資產中的比重也呈現增高趨勢。為提高生態資產，促進可持續發展，不同經濟發展的區域應該采取不同的資源開發方式。

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