江蘇太湖流域生態系統重要性評價

田穎++李冰++王水

摘要：基于各生態系統的類型、面積及生態服務功能，以230個小區為基本研究單元，借助GIS等相關技術方法，對江蘇太湖流域生態系統重要性進行評價。將研究區生態服務價值分為低、較低、中、較高和高5個等級，分別針對各級區域的不同特點，提出保護措施和開發對策。研究中發現單位面積生態服務價值與湖泊濕地分布一致，各小區單位面積生態服務價值主要取決于濕地面積的比重，其次為林地和耕地面積，荒漠面積的影響較小。

關鍵詞：生態服務價值；生態系統；重要性；評價；江蘇太湖流域

中圖分類號： X820.4；X171文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）05-0454-04

生態系統服務是人類從生態系統所獲得的所有惠益，生態系統不僅為人類提供生產生活資料，更重要的是維持了人類賴以生存的生命支持系統，因此生態系統服務價值常被用來作為評估研究區域生態重要性的依據，也成為生態學研究的前沿和熱點[1-2]。吳大千等對生態系統服務功能的概念作了如下概括：生態系統服務功能是指生態系統與生態過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環境條件與效用[3-6]。20世紀90年代，國外的一些生態學家和生態經濟學家開始了生態系統服務經濟價值的綜合測試探索，尤其是Ehrlich等對生態系統服務功能分類和貨幣化評估研究，為生態服務功能及其價值評估奠定了理論和方法基礎[7-8]。國內生態學者在20世紀90年代以后開始對生態系統的價值評估進行探索與實踐[9]。但是，現有的研究忽視了區域差異性、空間異質性及經濟發展水平差異對生態系統服務功能重要性的影響[10]。

本研究以江蘇太湖流域為例，以Costanza等的研究理論[8]以及謝高地等制定的價值系數[11]為基礎，結合研究區實際，在對謝高地等2007年所修訂的生態系統生態服務價值當量因子表進行修訂的基礎上，借助GIS技術，在對區域差異性、空間異質性及經濟發展水平差異進行考慮的基礎上，以網格采樣的方法劃分的230個小區為基本研究單元，對江蘇太湖流域生態系統重要性進行評價，研究結果可為江蘇太湖流域區域發展規劃、區域生態管理、制定生態保護和建設政策提供科學依據。

1研究區概況

太湖流域屬亞熱帶季風氣候區，四季分明，雨水豐沛，熱量充裕。冬季受大陸冷氣團侵襲，盛行偏北風，氣候寒冷干燥；夏季受海洋氣團的控制，盛行東南風，氣候炎熱濕潤。太湖流域土地構成上海市占14.1%，江蘇省占51.8%，浙江省占33.7%，安徽省占0.4%。由于人口高度稠密，平均每人僅占有土地0.112 hm2，土地利用率達到很高程度，墾殖指數達到48.6%，耕地、園地和精養魚池等集約型農業用地約占55%，耕地復種指數為210%。湖蕩眾多，河網密布，水域面積達68.67萬hm2，占土地總面積18.9%，且以湖蕩水體為主。由于本區社會經濟發展水平較高，城鎮密集，工商業發達，非農業用地比重達到10.8%。

本研究區為太湖流域江蘇段，包括揚中市、鎮江市區、鎮江市丹徒區、句容市、丹陽市、張家港市、江陰市、常州市金壇區、常州市區、常熟市、太倉市、溧陽市、無錫市區、宜興市、昆山市、南京市高淳區、蘇州市區和吳江市18個行政區的部分或全部區域（圖1），緯度在30.761°～32.251°之間，經度在119.051°～121.301°之間，總面積19 114.2 km2。

2研究方法

2.1數據源

以太湖流域（江蘇段）（以下簡稱流域）2012年的影像數據以及地形圖數據，研究10年間流域的土地利用變化，尤其是建設用地的變化。在土地覆被信息獲取方面，采用了3S集成技術，首先在Erdas環境下，采用三次多項式及最近鄰域插值法對各期遙感影像進行幾何糾正，其中包括對影像的幾何糾正、大氣校正、圖像拼接、圖像裁剪等。其次，運用GPS，到研究區進行實地考察，并根據地表覆蓋分布的空間特征和光譜特征，建立遙感解譯標志。再次，以ArcGIS 10.0為支撐，對不同時期的遙感影像進行解譯，得到了2012年江蘇太湖流域的土地覆被數據。

基于網格采樣的方法，將研究區劃分為10 km×10 km的單元網格（圖2），采用等間距分割，建立生態系統重要性評價單元，同時計算每個評價單元的生態系統服務價值。具體如下：（1）根據研究區實際特點，擬選擇林地、耕地、水域、濕地、荒漠5類生態系統，結合研究區實際，對謝高地等研究的中國陸地生態系統單位面積生態服務價值當量進行修正，得到研究區生態系統生態服務價值當量因子；（2）計算研究區農田

單位面積食物生產的價值，并根據研究區生態系統生態服務價值當量因子表，獲得研究區其他生態系統單位面積生態服務價值；（3）通過生態服務價值評估模型，確定研究區各個小區的生態系統服務價值，利用GIS空間分析功能，將230個小區劃分為5級（較低、低、中等、較高、高）。

2.2生態服務功能重要性系數確定

不同生態系統生態服務功能的重要性是不同，即使是同一生態系統，在不同地域中承擔的職能和發揮的作用也是不同的[12-13]。因此，首先要根據各生態系統在不同區域的差異性、同一區域內不同生態系統重要性的差別以及不同區域由于經濟發展水平差異而產生的支付能力確定各類生態系統的重要性系數，以此反映各生態系統生態服務價值隨地域差異的變化，公式如下：

Ey=Dy×Iy×Py。（1）

式中：Ey為研究區生態服務功能重要性系數；Dy為區域差異性系數，用生態系統類型面積與區域土地利用總面積的比表示；Iy為區域重要性等級，根據各生態系統在不同生態區的重要性確定各生態區的生態服務功能重要性等級，共分為5級，即極重要（0.9）、重要（0.7）、中等重要（0.5）、較重要（0.3）、不重要（0.1）；Py為區域支付能力系數，用江蘇太湖流域的人均GDP與江蘇人均GDP之比表示。

根據表1，在江蘇太湖流域，各生他系統重要性系數依次為水域>耕地>林地>濕地>荒漠，水域生態系統重要性系數最高。

2.2江蘇太湖流域不同生態系統類型單位面積生態服務價值計算

Ea=∑ni=1（Mi×Pi×Qi）/∑ni=1Mi。（2）

式中：Ea為單位面積農田提供食物生產服務功能的經濟價值（元/hm2）；i為作物種類，研究區主要糧食作物有小麥、稻谷、玉米、豆類、薯類、棉花、油料、甘蔗等；Pi為第i種作物平均價格（元/t）；Qi為第i種糧食作物單產（t/hm2）；Mi為第i種糧食作物面積（hm2）。

根據式（2）計算單位面積農田提供的食物生產價值（表2）。并以此為基準，結合生態系統單位面積生態服務價值當量表，獲得其他生態系統類型單位面積生態服務價值（表3）。

2.3生態服務價值評估模型

以230個小區為評價單元，根據各個小區林地、耕地、水域、濕地和荒漠的面積及其提供的服務價值計算各小區生態服務價值，以此為依據對各小區生態重要性進行綜合評價，公式如下：

EV=[∑ni=1∑mj=1aiybijy]/Sy。（3）

式中：EV為第y個小區單位面積上的生態系統服務價值（元/hm2）；aiy為第y個小區第i種生態系統的面積（hm2）；bijy為第y個小區第i種生態系統的第j種服務價值（元/hm2）；Sy為y個小區的總面積（hm2）。

2.4空間分析方法

生態系統重要性本身是一種空間變量，其空間變化特征具有結構性和隨機性，本研究采用地統計學中的變異函數的方法，借助半方差函數進行區域景觀生態風險程度的空間分析[14-17]。其具體公式為：

γ（h）=12N（h）∑N（h）i=1[Z（xi）-Z（xi+h）]2，[i=1，2，…，N（h）]。（4）

3結果分析

3.1單位面積生態服務價值空間分布特征

將表2中的數據帶入公式（3），可計算出江蘇太湖流域230個小區的林地、耕地、水域、濕地、荒漠的生態服務價值。按照5級分類標準（低、較低、中、較高、高），利用ArcGIS軟件的空間分析功能，根據各小區單位面積生態服務價值得分進行生態重要性評價，可得出研究區各小區生態重要性評價結果分級，同時將該圖與《江蘇省主體功能區劃》中的限制區疊加，得到江蘇太湖流域限制開發區域內的生態系統服務價值重要性的分布（圖3）。

江蘇太湖流域中單位面積生態系統服務價值處于較低水平的區域占據較大比例，占整個研究區的67.42%，其次為中水平區域，低水平區域占據第3位，而具有較高和高水平的單位面積生態系統服務價值區均較小（表4）。

單位面積生態服務價值高（EV>70萬元/hm2）區域主要位于太湖湖體，面積為922.55 km2，比例為4.83%（表4），涵養水源和保護生物多樣性是該區主要的生態服務功能，因此該區應作為禁止建設區，禁止任何開發建設活動。該區生態保護和建設的方向為：以生態保護為重點，保護水源涵養的功能，加強生物多樣性建設和保護，同時控制周邊水產養殖業的發展和沿湖開采水塘的面積。

單位面積生態服務價值較高（50

單位面積生態服務價值中等（30

單位面積生態服務價值較低（10

生態服務總價值低（EV≤10萬元/hm2）的區域主要分布在張家港、江陰以及無錫市區，面積為2 001.16 km2，占總面積的10.47%（表4）。此區生態系統較為簡單，生物多樣性較低，應在合理控制人口規模的同時，調整區域產業結構，發展生態產業。

3.2單位面積生態服務價值與湖泊濕地分布一致

由圖3可以看出，研究區各小區單位面積生態服務價值與湖泊濕地分布基本一致，江蘇太湖流域主要的湖泊濕地有太湖、澄湖、陽澄湖、滆湖、竺山湖、梅梁湖、貢湖、洮湖、滆湖、胥湖和錢資蕩等，以及各區分布的水庫。單位面積生態服務價值較高的區域基本上與湖泊濕地所在位置相同，因此，湖泊濕地對江蘇太湖流域的生態安全起著重要作用，在開發和建設的過程中要注重對湖泊濕地的保護。

3.3單位面積生態服務價值與生態系統類型高度相關

通過對各個小區單位面積生態服務價值與各生態系統類型面積的比較發現：（1）各小區單位面積生態服務價值主要取決于濕地面積的比重，其次為林地和耕地面積，荒漠面積的影響較小；（2）單位面積生態服務價值高的小區濕地和林地的面積均占有很高的比重，這些小區的氣體、氣候調節、廢物處理、生物多樣性保護和水源涵養等方面的生態服務價值很高，而一些耕地面積較大、單位面積產出較高的小區食物生產的生態服務價值較高，而水源涵養、氣候調節以及生物多樣性保護等卻很低。

4結論

本研究根據不同生態系統生態服務功能重要性系數確定了江蘇太湖流域不同生態系統類型單位面積生態服務價值，并采用生態服務價值評估模型，對研究區生態系統服務機制進行了評價，結果表明：（1）單位面積生態服務價值高和較高區主要位于太湖湖體和湖體周邊區域，涵養水源和保護生物多樣性是該區主要的生態服務功能，該區域應為禁止開發區；中等區域主要分布于湖體周邊、金壇市、相城區、武進區和宜興市，這些區域應作為強限值開發區，限值大規模、高強度的開發活動；研究區絕大部分為生態服務價值較低區，該區域對江蘇太湖流域的生態安全有著極為重要的影響，該區內應該控制人口的增長，減少生態負荷；生態服務價值低的區域主要分布在張家港、江陰和無錫市區，此區生態系統簡單，生物多樣性較低，應重點發展生態產業。（2）研究區單位面積生態服務價值與湖泊濕地分布一致，湖泊濕地對江蘇太湖流域的生態安全起著重要作用，在開發和建設的過程中要注重對湖泊濕地的保護。（3）各小區單位面積生態服務價值主要取決于濕地面積的比重，其次為林地和耕地面積，荒漠面積的影響較小，單位面積生態服務價值高的小區濕地和林地的面積均占有很高的比重。

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