甘肅白龍江流域生態系統糧食生產服務價值時空分異

謝余初,鞏 杰,齊姍姍,張 影,郭建軍

1 蘭州大學, 資源環境學院 西部環境教育部重點實驗室, 蘭州 730000 2 廣西師范學院, 北部灣環境演變與資源利用教育部重點實驗室, 南寧 530001

甘肅白龍江流域生態系統糧食生產服務價值時空分異

謝余初1,2,鞏 杰1,*,齊姍姍1,張 影1,郭建軍1

1 蘭州大學, 資源環境學院 西部環境教育部重點實驗室, 蘭州 730000 2 廣西師范學院, 北部灣環境演變與資源利用教育部重點實驗室, 南寧 530001

糧食生產服務是區域生態系統主要的服務功能之一,也是人類福祉和社會發展的基礎,受自然環境和社會經濟發展而不斷變化。然而,目前國內外尚缺乏統一的生態系統服務價值的時空動態評估方法,尤其是在脆弱的山區過渡帶區域。以災害頻發的脆弱生態過渡帶——甘肅白龍江流域為例,嘗試引入自然環境和人文社會要素對區域生態系統生產服務經濟價值進行系數調整與修正,構建生態系統服務價值的計量評估模型,測算流域內生態系統生產服務價值并分析其時空差異性。結果表明：(1)1990—2010年間白龍江流域耕地面積波動起伏較大,但流域內生態系統生產服務價值卻表現出持續上升的趨勢,至2010年平均生產服務價值達186.74萬元。生態系統生產服務價值空間格局變化不大,其高產區約占42.4%以上,主要分布在宕昌縣西北部的岷江兩岸和舟曲城關鎮—武都漢王鎮的白龍江兩岸及其以北區域。(2)方法改進后,白龍江流域生產經濟價值相對減小(172.74萬元),間接反映了研究區內滑坡、泥石流等自然災害和區位人文社會要素對生產經濟價值的影響,更符合流域的實際情況。

生態系統服務；糧食生產；經濟價值；時空變化；甘肅白龍江流域

生態系統是人類賴以生存和發展的基礎,為人類提供了產品和其它生產生活原料,具有極高的生態系統服務價值[1- 2]。尤其是農田生態系統,其農產品生產與供給功能,不僅是區域糧食生產和社會發展的關鍵,也是人類福祉的關鍵影響因素[2-4]。然而,隨著經濟快速發展、人口持續增長以及農業資源不合理的利用,農田生態系統正在或已經發生退化,甚至引發了一系列的糧食安全和生態安全問題[4- 6]。尤其是位于生態脆弱過渡帶的貧困山區,農業生產條件差、后備耕地資源嚴重不足、農業經營方式落后以及自然災害頻發等因素正在深刻影響著區域生態系統的生產力穩定性[6]。因此,深入了解和分析生態系統糧食生產供給服務功能,探討區域生態系統生產服務價值的時空差異性,不僅有助于脆弱山區農業生產發展與產業結構轉變,而且能有效地協調山區生態環境保護與可持續發展。

近年來,生態系統服務價值研究越來越受到學者和各國政府的關注,并取得了一定成果[2- 3]。孫新章等[7]初步計算了2003年中國農田生態系統的農產品生產、社會保障、氣體調節、水土保持、水資源消耗等多項功能。嚴恩萍等[8]基于我國陸地生態系統單位面積價值當量因子的方法定量分析了1990—2011年間三峽庫區生態系統服務價值的變化狀況。Wang等[9]針對中國農田生態系統糧食供給的時空格局進行了細致分析,并指出當前中國北方地區糧食生產已接近飽和狀態,南方糧食供給壓力大于北方。Estel 等[10]以MODIS數據為媒介,用遙感的手段分析和探討了歐洲地區農田撂荒與復墾的變化趨勢。這些研究多是對農田生態系統多功能進行綜合評價或從糧食安全的角度分析農田生產功能或耕地的變化狀況,而針對區域生態系統某一核心服務功能(如農產品生產功能)的時空動態變化深入細致的報道相對較少。在研究方法上,多數研究是直接借鑒或運用Costanza 的研究方法和謝高地等提出的中國生態系統服務價值系數對不同區域或不同時段內的生態系統服務價值案例評估與研究,其研究結果是靜態的價值[11- 13],然而生態系統服務價值是隨著自然環境和社會經濟條件的變化而不斷變化的。因此,在評價生態系統服務價值過程中,如何綜合考慮區域自然環境要素(如氣候、地貌、土壤和災害等)和社會經濟發展(如資源緊缺程度、市場交易、交通物流、政策和人們支付意愿等)的共同影響是當前生態系統服務研究的難點和熱點之一[11- 14]。李曉賽等[12]從生物生產力和社會支付兩方面對生態系統服務價值當量因子表進行功能性和經濟性調整,構建了生態系統服務價值的動態評估模型。謝高地等[13]通過利用NPP、降水和土壤保持調節等對單位面積價值當量因子評估方法進行了改進和發展,并評估了全國生態系統服務價值在時間和空間上的狀況。Wang等[14]分析了土地利用與覆被變化對我國生態系統服務價值時空變化的影響。由此可見,從生態系統類型及其質量的時空差異性或區域環境和社會的異質性等方面對生態系統服務價值的研究方法進行改進和發展,以反映生態系統服務在時間和空間上的動態變化特征是可行的。

1 研究區概況

甘肅段白龍江流域(32°36′— 34°24′N,103°0′—105°30′E)地處甘肅東南部,是我國滑坡和泥石流災害四大高發區之一,其干流長約475 km,流域面積約18437.7 km2(圖1)。流域內地形復雜,山巒疊嶂、溝壑縱橫、坡陡流急,素以“山大溝深”著稱。白龍江流域屬于暖溫帶向北亞熱帶過渡的氣候交錯區,氣候垂直地帶分異明顯,冬寒夏涼、溫涼濕潤,年平均氣溫6—14.9℃,年平均降水量400—850 mm,且集中在5—10月。流域內植物種類繁多、森林廣布,植被空間分布差異大,具有明顯的水平分布和垂直分布規律。花椒、油橄欖、橘柑、核桃和油菜、玉米、水稻、茶葉等是主要的農林經濟作物；當歸、黨參、大黃、紅芪、柴胡等藥材也廣泛分布。由于受環境條件、區位和歷史因素等影響,該區發展仍十分落后。2012年人均GDP不足全國平均水平的40%,是我國西部地區“老、少、邊、窮”區域的一個典型代表[15]。

圖1 研究區位置及其高程Fig.1 Location and DEM of the study area

2 研究方法

2.1 改進前評估方法及不足之處

生態系統服務價值往往依賴于不同空間和時間尺度上的生態和地理過程[12- 14,16- 17],在大中尺度的區域水平上,土地利用結構和功能的變化直接影響著生態系統服務價值供給的數量和質量,因此基于土地利用變化的生態系統服務研究是目前較為廣泛的研究模式之一[16-20]。Costanza等[21]1997年提出基于全球土地利用與覆被變化的生態系統服務價值和生態資本核算。在此基礎上,謝高地等[22]根據我國的實際情況及對國內生態學學者進行問卷調查,制定了中國陸地生態系統單位面積生態服務價值當量因子表。生態系統服務價值當量因子是指生態系統產生的生態服務的相對貢獻大小的潛在能力,其經濟價值量等于當年全國平均糧食單產市場價值的1/7[12- 13,17-20]。因此,農田生態系統生產功能的單位面積經濟價值計算公式為：

(1)

式中,Ea為單位農田生態系統提供農產品生產服務功能的經濟價值(元/hm2),i為農作物種類；白龍江流域主要作物為小麥、玉米、水稻、油菜、蔬菜瓜果以及當歸、紅芪等中藥材；mi為第i種農作物面積(hm2)；Pi為第i類農作物產品的平均市場價格(元/kg2)；qi為第i種農作物產品單產(kg/hm2)；M為研究區農作物總面積(hm2)。

根據當量因子表可得研究區不同生態系統單位面積的服務價值系數,在Costanza[21,23]理論基礎上計算得到區域生態系統服務價值量,即：

(2)

式中， ESV為生態系統服務價值(萬元)；Ak為研究區第k類土地利用類型的面積(hm2)；VCk為生態系統價值系數(元/hm2)。考慮到研究區的多元農業生產(糧食作物、經濟林果、藥材茶葉等)和土地利用格局主要是1990年前后逐漸形成的,且Landsat TM影像的質量和可用性以及退耕還林還草工程的實施對區域農業生產結構和土地利用變化的影響。本文以1990年、2002年﹑2010年為時間節點來分析和評價近20年來白龍江流域土地利用和糧食生產服務經濟價值的時空變化。

一直以來，農業銀行持續不斷地探索，并成功創造出許多可以借鑒的經營模式。然而，由于地區、自然、人文、環境、生活方式、經濟發展等許多方面的差異，從試點研究的成功模式，并不一定就適應于別的地方。在推廣過程中，要結合當地實際情況，逐步改良、靈活運用，精準扶貧。

2.2 改進后的評估方法

鑒于上述評估方法的理論基礎,考慮到生態系統服務價值區域間的差異性和同類生態系統的空間異質性,主要體現在各區域間地理要素之間的區位差異上,而這種區位差異在自然和人文社會因素上又表現為自然環境條件的不同、資源稀缺性和社會發展水平的差異[11-14,16-18]。因此,對生態系統服務功能價值的判定應綜合考慮區位自然環境條件和區位人文社會要素兩方面的影響。

(1)生態系統服務價值區位自然環境條件的差異,主要表現在影響著區域生態系統健康發展的綜合生態風險上,因此,可用區域生態風險源綜合危險度來反映[16-18]。白龍江流域自然災害頻繁,深刻地影響著流域內生態系統脆弱性及其生產服務功能。辨識和區分不同區域生態風險源(災害源)作用范圍、影響程度及發生頻率,構建流域綜合生態風險源危險度評價體系,并針對多重風險源對區域生態系統生產功能的潛在影響力的差異性,利用相對權重系數來區分各生態風險源危險度差異[16-17,24],可間接反映自然環境條件因子對生態系統農產品生產功能的影響。

(3)

式中,H為綜合生態風險源風險度指數；βi表示第i類風險源權重；Ri為第i類風險源對農田生態系統影響的力度；n為生態風險類型總數。白龍江流域主要生態風險源是地震、滑坡、泥石流、土壤侵蝕、干旱等。

(2)人文社會因子的差異對生態系統服務價值的影響主要體現在資源的緊缺程度和人們對生態價值的認識程度及支付意愿上,是隨著人們認知和市場波動而動態變化的[11-13]。效用價值論認為商品的價值產生于其效用和稀缺性,即資源緊缺程度是影響價值的重要因素[25]。白龍江流域生態系統生產服務價值的緊缺程度主要體現在耕地供給能力上,可通過流域內人均耕地面積與全國人均耕地面積的比重來反映研究區耕地資源的緊缺程度。表達式如下：

Bi=ai/Ai

(4)

式中,Bi是研究區耕地資源緊缺程度,ai和Ai分別表示第i年白龍江流域人均耕地面積和全國人均耕地面積(hm2/人)。

人們對生態系統服務的認知與支付意愿主要體現在對服務的需求程度上,是隨著社會發展而不斷變化的。在此,引入社會發展指數進行價值的修正,盡可能地反映當時社會經濟發展水平下的區域生態系統生產功能的現實經濟價值[11-12,16- 18]。社會發展程度與社會經濟水平的關系可用皮爾生長曲線模型來表示[26],具體計算公式如下：

(5)

式中,L為社會發展程度指數；e為自然對數底數；En為區域恩格爾系數,主要來源于統計年鑒和農戶調查。

(3)生態系統服務價值的估算

假設區域生態系統生產服務價值受區位自然環境條件和社會發展程度的影響,即生態系統服務的空間異質性影響著服務價值的變化,將生態系統的分類與區域土地利用類型相對應,梳理各影響因子與生態系統服務價值的數量關系,構建生態系統服務價值計量模型,如下：

ESV=∑Ak×VCk×(φ1×(1-H)+φ2×(Bi+L))

(6)

式中,ESV為生態系統服務價值(萬元)；Ak、VCk、H、L同上,為權重。各指標均進行標準化處理。改進后的評價方法,充分考慮了自然條件和社會經濟發展(人的主觀價值)評估因素,避免了忽視自然環境和人文因素影響得到的形式化的客觀價值,其獲得的生態系統服務價值才有可能被市場化[11-14]。其次,將靜態的生態價值估算轉換為能反映社會經濟發展與生態資源稀缺性的動態變化相關聯起來[11-14,16-18]。

3 結果與分析

3.1 甘肅白龍江流域耕地空間分布

由圖2可知,甘肅白龍江流域絕大部分農田屬于坡耕地,且在15—25°之間分布最廣,約占33%。在0—8°和≥35°的區間范圍內耕地面積分布相對較少。這主要是由于：研究區山大溝深,山地分布廣泛,而平原盆地及平坦緩丘地帶相對較少,即適合農業發展的0—8°區間的平坦地區面積極少,僅占研究區總面積的4%；其次,≥35°的區間基本上是山地,極其不利于農業的開發,因此耕地分布面積最小。從各不同坡度區間上來看,0—8°區間內耕地是主要的景觀類型,其面積比重在40.3%以上。在8—15°和15—25°區間耕地、林地和草地占主導優勢。≥25°的區間耕地面積開始逐漸減少。從不同海拔高度分布情況上看,耕地面積在海拔1500—2000m區間分布最大,其次是568—1500m和2000—2500m區間。從時間上看,耕地面積總體呈現先增長后減少的趨勢。

圖2 1990—2010年甘肅白龍江流域不同坡度和高程帶上耕地面積分布情況Fig.2 Areal change of cropland in different slope-zone and elevation-zone from 1990 to 2010 in BRW of Gansu

3.2 流域生態系統生產服務價值的影響因子

由圖3可知,白龍江流域綜合生態風險源危險度呈現出一定的規律性,整體沿白龍江兩岸呈帶狀分布。高風險以上區域主要集中分布在舟曲—武都—文縣段白龍江兩岸及其以北區域(尤其是河谷地兩岸),其面積約占研究面積的33.31%。中度危險區面積約占25.03%,多位于高危險區域周邊,主要分布在武都、舟曲、文縣和宕昌縣等區域。中度和高度以上的風險區面積比重超過研究區總面積的一半以上,可見地震、滑坡、泥石流、土壤侵蝕和干旱等風險源對生態系統影響巨大,也間接表明流域內生態風險防范任務的艱巨。時間上,近20年來白龍江流域風險源危險度總體呈現輕微減弱的趨勢,其高危險區面積比重由1990年的12.87%降至2010年的12.65%。然而,近年來白龍江流域災害發生的頻率、強度及其破壞程度呈無規律性,年均經濟損失呈增長的趨勢,以2010年舟曲特大泥石流造成的損失最大。由此可見,盡管流域內主要風險源綜合危險度有減弱的趨勢,但在個別年份局部區域破壞性仍極大。

圖3 1990—2010年甘肅白龍江流域主要生態風險源危險程度分布圖Fig.3 Spatial distribution of the main ecological risk sources from 1990 to 2010 in the BRW of Gansu

區域資源供給能力和社會發展程度反映著本區域內對生態系統服務需求的緊缺程度。區域資源供給能力越小,其所對應的生態服務越緊缺、價值越高；同時,社會發展程度越高,當地人們對生態系統服務數量與質量的要求就越高,人們的支付意愿也越高。考慮到數據獲取可能性和研究區的實際特征,本文以流域內各市縣社會發展程度的平均水平來代替整個流域的社會發展程度。由圖4可知,1990—2010年間白龍江流域耕地資源供給能力呈現不斷減弱的趨勢。社會發展水平呈現不斷上升的趨勢,其數值從0.20升至0.25,其年均增長率達1.97%；表明近20年來流域內社會經濟不斷發展,生態系統單位面積生產服務價值越高,人們生活水平逐漸提高,對生態系統服務需求的種類、數量和質量也逐漸上升。

圖4 1990—2010年甘肅白龍江流域耕地資源供給能力及社會發展指數Fig.4 The supply capacity of cropland and index of social progress from 1990 to 2010 in the BRW of Gansu

3.3 生態系統生產經濟價值的時空變化

將白龍江流域土地利用類型與謝高地等分類進行比對,其中建設用地(包括居民點、交通用地、工礦用地等)的生產經濟服務價值取值為零；同時,流域內主要農作物產品價格取2008—2011年間甘肅省市場批發價格的平均值,進而計算1990、2002、2010年3個時期修正前后流域生態系統生產服務價值。

從區域生態系統的自身價值角度出發,僅考慮生態系統生產服務價值的變化與耕地面積變化、種植結構及單位面積產量等因素相關。在時間上,1990—2002年間改進前白龍江流域生態系統生產經濟價值呈增加趨勢,其最大值和平均值分別從283.8萬元與149.3萬元增至356.1萬元與174.4萬元。2002—2010年間研究區生產服務經濟價值持續增長,2010年達186.41萬元,其中最大值和平均值年平均增長幅度分別為1.32%和0.86%,較1990—2002年間年增長幅度相對較減少。總體上,近20年來流域生態系統生產服務經濟價值持續增長。近20年來白龍江流域生態系統生產服務經濟價值空間分布格局基本不變,高值區約占42.4%以上,主要分布在舟曲縣城—武都區漢王鎮的白龍江兩岸及其以北區域,宕昌縣西部地區的哈達鋪鎮至甘江頭鄉的岷江兩岸地區,其次是文縣大部分區域,迭部縣則相對較低(圖5)。從縣域尺度上來看,研究區生態系統生產服務經濟價值排序依次為：武都區>宕昌縣>文縣>舟曲縣>迭部縣。

圖5 改進前白龍江流域生態系統生產服務價值動態變化Fig.5 Ecosystem food production service value changes from 1990 to 2010 with the original method

結合自然條件(環境災害)與社會發展水平,改進后的流域生態系統生產服務價值變化趨勢與僅考慮生態系統自身價值的變化趨勢總體上相似,且均呈現不斷增長的態勢,其平均值由1990年的139.84萬元增至2010年的172.74萬元；但其價值總量在數值上略有差異,其最大值、最小值和平均值均低于修正前的價值,同時改進后的生態系統生產服務經濟價值增長幅度(1.18%)也低于改進前的增長幅度(1.94%),表明流域內環境災害和社會發展水平對區域生產服務價值影響巨大。在空間上,1990—2010年間改進后的生態系統生產服務價值的分布格局變化不大(圖6)。相對于改進前生態系統生產服務價值空間格局,其高、中、低產區分布格局基本保持一致,但在水土流失和泥石流災害嚴重區域,如舟曲縣城—武都區漢王鎮的白龍江河谷兩岸生產服務價值程度則相對減弱,這可能與該區域自然災害頻發有關。

圖6 改進后白龍江流域生態系統生產服務價值動態變化Fig.6 Ecosystem food production service value changes from 1990 to 2010 with the modified method

4 討論

圖7 1990—2010年甘肅白龍江流域農業種植結構變化 Fig.7 Change of cropping structure from 1990 to 2010 in BRW of Gansu

(1)1990—2010年,盡管白龍江流域耕地面積呈現波動起伏變化,但其生產服務供給功能總體呈現上升趨勢,表明研究區自然要素和區位人文社會要素影響著服務功能的變化。研究期間,流域風險呈現微弱減小的趨勢,生態環境得到了一定的改善,災害損失減少,為農業發展提供了良好的環境基礎。同時,由于社會發展水平的不斷提高,人口的增長,人們對耕地供給功能需求的增加和耕地資源本身的稀缺性,使得在耕地面積減少或變化不大的情況下,其服務價值仍表現出上升的趨勢。實地調查與統計分析也表明,在追求更高經濟利潤驅動下,農業種植結構和經營方式變化、人口的增加、科技進步、社會經濟發展以及政策等因素深刻地影響著流域內生態系統生產服務價值的變化。例如,1990—2010年間研究區人口不斷增加,農業種植結構也由以玉米、水稻等糧食作物為主逐漸向以花椒、油橄欖、藥材、茶葉等經濟作物為主的種植模式轉變(圖7)；在這樣的情形下,單位面積耕地的經濟價值會因經濟作物較高的經濟效益而提升,同時糧油類農產品需求量和價格會因生產量的減少而上升,進而導致生態系統生產服務的市場經濟價值明顯增加。由此可見,價值的變化是面積和區位自然環境要素、人文社會要素綜合作用的結果。因此,在評估生態系統服務價值時,應綜合考慮客觀環境要素和人文社會因素,正確評估其價值變化。

(2)運用改進后評估方法得到白龍江流域生態系統生產服務價值變化趨勢與改進前的相似,均呈現不斷增長的態勢,但流域生態系統系統生產服務價值的數值相對較小,且在空間上也略有輕微的變化,這可能與研究方法的改進前后的差異性和白龍江流域環境特征有關。首先,Costanza 等提出的基于土地利用面積變化的生態系統服務價值的評估方法,是一種僅考慮生態系統自身屬性的客觀評估方法,但它忽視了地理環境變化(如災害)和人們主觀價值認知及區域資源緊缺性對生態系統服務價值的影響；同時,該方法運用統一的價值系數表,沒有考慮生態系統服務價值的空間異質性[11-14,16-19]。改進后的生態系統生產價值評價方法,有效地考慮主客觀因素(地理環境與社會發展)以及不同時期市場價格的影響。其次,白龍江流域絕大部分地區是山高坡陡、水土流失嚴重的山區,與平原地區相比較,不僅氣候較為惡劣、土地資源貧乏、農業生產條件較差,而且社會發展水平較低、農業生產模式落后、農業投資較少,其農田生態系統生產服務價值相對平原農業區的較小。同時,流域內生產服務高值區恰是泥石流、水土流失等災害的高發區,且近年來局部地區環境災害發生的頻率高、破壞程度強(如2010年舟曲特大泥石流災害)[24,27],給流域生產服務造成極大損失。可見,改進后的研究結果更客觀地反映了白龍江流域生態系統生產服務價值的變化,更符合研究區實際情況,同時有效地反映了區域環境地理條件和社會經濟發展程度的差異性對研究區生態系統生產服務價值的影響。因此,針對流域生態系統生產服務價值的狀況,建議研究區進一步加強和細化區域生態功能區劃以及合理規劃特色農林產業；其次,堅持生態優先,在加強自然保護區、林業管護區保護的同時,優先發展多年生的經濟林果產業(如核桃、油橄欖等),而對地表土壤擾動較大的農作物(如玉米、糜子、馬鈴薯及疏菜瓜果種植等)則不適宜大規模發展。最后,結合研究區自身農業特色,積極發展“公司+基地+農戶”生產組織模式,努力構建從“生產-加工-貿易”一體化的產業發展,同時因地制宜的發展農牧相結合或立體農業等其他農業生產模式,以實現農業集約化、專業化生產與可持續發展[7]。

5 結論

1990—2010年間白龍江流域生態風險源高危險區面積比重由12.87%降至12.65%,區域環境得到一定的改善；社會經濟不斷發展,人們對生態系統服務的需求也逐漸上升,耕地資源稀缺性明顯。耕地面積表現出先增長后減少的起伏變化,然而生態系統生產服務價值卻持續上升(其平均值149.3萬元增至186.4萬元)；在空間上,流域內生態系統生產服務價值格局變化不大,其高值區約占42.4%以上,主要分布在宕昌縣西北部的岷江兩岸地區和舟曲縣城—武都區漢王鎮的白龍江兩岸及其以北區域。同時,改進后白龍江流域生態系統生產服務價值的量相對于改進前的較小。這些差異,反映了自然環境要素和區位人文社會要素對生態系統服務價值的影響。

本文嘗試從區域自然環境條件、耕地資源緊缺程度和社會發展程度差異性方面對流域生態系統生產服務價值系數進行調整,旨在通過結合生態系統本身變化、地理環境要素和社會發展變化三者的動態過程來反映區域生態系統生產服務價值的動態變化。與以往靜態評估模型相比,對于山大溝深、災害頻發、經濟落后的甘肅白龍江流域而言,經過系數調整改進后的生態系統生產服務價值更為客觀和真實、更符合流域的實際情況。

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Assessment of ecosystem food production and its spatiotemporal heterogeneity in the Bailong River Watershed, Gansu

XIE Yuchu1,2, GONG Jie1,*, QI Shanshan1, ZHANG Ying1, GUO Jianjun1

1KeyLaboratoryofWesternChina′sEnvironmentalSystems(MinistryofEducation),CollegeofEarthandEnvironmentalSciences,LanzhouUniversity,Lanzhou730000,China2KeyLaboratoryofEnvironmentChangeandResourcesUseinBeibuGulf(MinistryofEducation),GuangxiTeachersEducationUniversity,Nanning530001,China

Terrestrial ecosystems function supply food (e.g. grains, vegetables), maintain diversity, and prevent environmental contamination. Thus, it is important to human well-being. Food production is vital for the sustainable development of human populations, and its dynamic spatiotemporal factors are closely related to spatial geographical heterogeneity and social development. However, there are only a few studies on the universal dynamic evaluation methods for ecosystem function used at the regional scale, especially in the fragile mountains of China. Bailong River Watershed (BRW) is located in the transitional ecotone along the Tibet Plateau, Loess Plateau and Qinba Mountains, and it was selected to analyze the spatiotemporal heterogeneity of ecosystem food production. Based on a field survey employing land use data, model simulations, and GIS spatial analysis, the ecological conditions and socio-economical factors were used to revise the previously held dogma which put forward by Costanza in 1997. Specifically, sources of hazards reflected the differences in ecological conditions. The resource scarcity theory and the willingness to pay were used to revise and calculate the economic developmental coefficient. A dynamic evaluation model was constructed with the above corrections method and applied for ecosystem food production services assessment in the Bailong river watershed during 1990—2010. In addition, spatiotemporal heterogeneity and food production were analyzed by ArcGIS 9.3. The results indicated that the supply of cropland distributed in the river valley and bank area of BRW, hill slopes, low mountain regions and decreased. The area of instable cropland and the index of social progress increased. In the period of 1990—2010, ecosystem food production value increased. The mean value of food production was 1.8674 million Yuan in 2010. In addition, the spatial distribution pattern change of food production value was not obvious. Land accounting for high yield of food production value was 42.4% of the total area, which was mainly distributed in the valleys of BRW between Zhouqu and Hanwang town, the northwestern part of Tanchang County. The low-yield areas of food production distributed in the national nature reserve and forest. Our data change how the value of China′s terrestrial ecosystem was previously defined on a national to regional scale. Compared with a previous evaluation model, the change in food production was smaller using our method, and its spatial pattern was a better fit to the natural system of the Bailong river watershed. These data indicate that natural hazards (such as landslides and debris) and human activities affected food production and its value.

ecosystem service; food production; economic value; spatiotemporal change; bailong river watershed of Gansu

國家自然科學基金項目(41271199)；中央高校基本科研業務費專項資金(lzujbky- 2014- 265,lzujbky- 2014- 117)

2015- 09- 23;

日期:2016- 07- 13

10.5846/stxb201509231959

*通訊作者Corresponding author.E-mail: jgong@lzu.edu.cn

謝余初,鞏杰,齊姍姍,張影,郭建軍.甘肅白龍江流域生態系統糧食生產服務價值時空分異.生態學報,2017,37(5):1719- 1728.

Xie Y C, Gong J, Qi S S, Zhang Y, Guo J J.Assessment of ecosystem food production and its spatiotemporal heterogeneity in the Bailong River Watershed, Gansu.Acta Ecologica Sinica,2017,37(5):1719- 1728.