龍門山地區1995-2015年生態系統服務價值變化

胡利利,李亦秋,鄧 歐,申朝永,陳盼盼,周道琴

(1.貴州省第三測繪院,貴陽 550004;2.貴州師范大學 地理與環境科學學院,貴陽 550025;3.北京林業大學 精準林業北京市重點實驗室,北京 100083 )

生態系統服務功能為人類生產、生活提供物質基礎的同時，還創造與維持地球生命支持系統，形成人類生存所必需的環境條件[1-3]。生態系統服務與人類福祉密切相關[4-5]，平衡協調的生態系統服務功能是人類生存與可持續發展的基礎[6]。開展區域生態功能區劃、環境經濟核算、生態環境保護以及生態補償決策都需要以生態系統服務評估為重要依據和基礎[7-9]。目前生態系統服務價值(Ecosystem services value，縮寫為“ESV”)研究已成為可持續發展的研究熱點[10]，開展區域生態系統服務價值變化研究對于區域生態建設與保護、區域可持續發展具有十分重要的意義。

龍門山地區位于青藏高原與四川盆地的過渡地帶[11]，處于長江中上游支流岷江、嘉陵江以及漢江的源頭區域，是長江上游地區生態安全的重要屏障，在“生物多樣性保護”和“水源涵養”、“水土保持”等方面具有不可替代的作用[12]，具有極其重要的生態服務功能[12]。2008年汶川大地震及次生災害在造成重大人員傷亡和經濟損失[13-14]的同時，使得該區域景觀破碎化、生態廊道遭到不同程度破壞[15]，區域生態系統嚴重受損[16]。本文借鑒已有研究成果對龍門山地區生態系統服務價值變化情況進行分析，以期為區域災后生態環境重建與保護、自然資產評估、區域生態建設、生態保護紅線劃定及區域國土空間規劃提供借鑒[17]。

1 研究區概況

龍門山地區位于青藏高原向四川盆地的過渡地帶，地跨川西北高原區、四川盆地平原區、盆周山地區以及川西南山地區四大地貌區[11]，區域地形地貌復雜多樣，整體呈現出西高東低的趨勢，新構造運動極其強烈[11,18]，該區域是藏族、羌族的聚居地，處于“游牧文化”與“農耕文化”的交錯區[19]，自西南漢源、滎經縣，向東北經寶興縣、都江堰、安縣、江油市、廣元市延伸至陜西寧強、勉縣一帶[13,17](圖1)。在氣候類型上，該區處于山地亞熱帶濕潤季風氣候區與暖溫帶半干旱季風氣候區過渡區[20-21]，垂直分布特征顯著，降水豐富且集中分布于夏季[20-21]同時該區是長江支流岷江、嘉陵江和漢江的發源地(圖1)，具有重要的生態地位。汶川大地震及次生災害給該區生態環境造成了嚴重破壞[22]。

圖1 龍門山地區地理位置[17]

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

由1995年、2000年、2005年、2010年、2015年的Landsat系列遙感影像解譯獲取土地利用現狀數據，糧食價格及產量來源于《全國農產品成本收益資料匯編-2016年》[23]、《四川統計年鑒》[24]等相關統計數據。

2.2 研究方法

2.2.1 生態系統服務價值核算方法 謝高地等[25-26]在Costanza等[27]的基礎上提出了符合中國實際的“中國生態系統生態服務價值當量因子表”，構建了生態系統服務價值化的當量因子法，該方法適合且便于開展大、中尺度區域生態系統服務價值研究[28-29]，得到了廣泛應用。2015年，謝高地等參照千年生態系統評估(MA)的分類方法對該方法進行了改進，得出新的當量因子表[7]。本文依據新的當量因子表，結合龍門山地區實際來對其生態系統服務價值進行核算。

生態系統服務價值計算模型[30-32]如下：

(1)

ESVf=∑(Ak×VCfk)

(2)

式中：ESV為生態系統服務總價值[30-32]；Ak為k類生態系統面積(hm2)[30-32]；VCk為k類生態系統價值系數[元/(hm2·a)][30-32]；ESVf為生態系統第f項生態服務功能價值[30-32]；VCfk為k類生態系統第f項生態服務功能價值系數[元/(hm2·a)][30-32]。該方法不考慮建設用地生態服務價值。

2.2.2 敏感性分析 本文利用敏感性指數(Coefficient of Sensitivity，CS)[32-34]來分析生態系統服務價值對生態系統價值系數變化的依賴程度。敏感性指數計算公式[32-34]如下：

(3)

式中：VCik，VCjk分別為k類生態系統調整前和調整后生態系統服務功能價值系數(value coefficient,VC)[32-34]；ESVi，ESVj則分別代表生態服務功能價值系數調整前、后生態服務功能價值。通過對VC分別上調50%和下調50%來計算CS，如果CS>1，說明ESV對VC具有彈性，表明其準確度差、可信度較低；如果CS<1，則說明ESV對生態系統價值系數(VC)缺乏彈性，表明結果可信[32-34]。

3 結果與分析

3.1 龍門山地區1995-2015年生態系統服務價值系數

謝高地等[7]構建的當量因子表反映的是全國生態系統服務價值的平均狀態[25]，為了符合龍門山地區的實際，本文利用代表區域差異顯著的生物量因子[35]來對基礎當量進行修正。由于龍門山地區大部分地區位于四川省內且位于陜西省的勉縣、寧強縣在地域上與四川省毗鄰，氣候、降水等自然地理概況都具有一定的相似性，因此本文依據四川省農田生態系統生物量因子[35]對基礎當量進行修正。依據已有研究成果[7,25]，由《全國農產品成本收益資料匯編-2016年》[23]、《四川統計年鑒》[24]獲取相關數據，得到龍門山地區1995年、2000年、2005年、2010年、2015年標準單位生態系統服務價值當量因子價值量分別為：2 485.94元/hm2，1 783.57元/hm2，1 917.22元/hm2，2 124.00元/hm2，2 004.43元/hm2，結合當量因子得到龍門山地區對應年份生態系統服務價值系數。

3.2 龍門山地區1995—2015年生態系統服務價值變化分析

3.2.1 龍門山地區1995—2015年生態系統服務價值時空變化分析 根據5期遙感影像解譯得到的土地利用數據，結合各期生態系統服務價值系數，基于ARC GIS10可視化處理得到單位面積生態系統服務價值時空分異圖(圖2)并將其劃分為5個等級(空值為建設用地，本文不對其生態系統服務價值進行核算)。

圖2 龍門山地區1995-2015年單位面積生態系統服務價值時空分異

根據公式(1—2)對單位面積生態系統服務價值時空分異圖層運算、統計得到1995—2015年龍門山地區生態系統面積及其生態服務價值變化圖(圖3)。

(1) 時序變化分析。如圖3所示：1995—2015年各類生態系統中森林生態系統服務價值最高，其次是草地生態系統，二者合計對生態系統服務總價值的貢獻介于86.32%～87.30%，荒漠生態系統服務價值最低，不足0.10%。各類生態系統服務價值與生態系統服務總價值基本呈現出一致的變化規律，即1995—2000年趨于下降，2000—2010年趨于上升，2010—2015年除濕地生態系統外，各類生態系統服務價值及生態系統服務總價值均呈下降趨勢。具體來說：1995—2000年生態系統服務價值總量從1995年的2 473.19億元下降到2000年的1 760.88億元，下降了28.80%；2000—2005年生態系統服務價值總量增加到1 892.96億元，增加了7.50%，2010年繼續增加到2 105.94億元，增加了11.25%；2010—2015年生態系統服務價值總量下降到1 984.67億元，下降了5.76%；1995—2015年生態系統服務價值總量下降了19.75%。

圖3 龍門山地區1995-2015年各類生態系統面積及其生態服務價值變化

(2) 空間特征分析。由圖2可知：1995—2015年不同區域單位面積生態系統服務價值具有顯著空間差異性：山區、高原區遠大于丘陵、平原區；1995—2015年單位面積生態系統服務價值空值區域不斷增大，這可能與區域城市化過程建設用地面積不斷擴大占用其他生態系統相關(圖3)。

對不同區域生態系統服務價值進行統計，結果如圖4所示：1995—2000年不同區域生態系統服務價值同樣與生態系統服務總價值變化規律一致，即1995—2000年趨于下降，2000—2010年趨于上升，2010—2015年呈下降趨勢，最低值出現在2000年。總體上，1995—2015年盆周山地區生態系統服務價值從1 489.88億元下降到1 197.14億元，下降了19.65%，平原區生態系統服務價值從495.68億元下降到391.70億元，下降了20.98%，川西北高原區生態系統服務價值從350.50億元下降到282.10億元，下降了19.52%，川西南山區生態系統服務價值從118.86億元下降到97.97億元，下降了17.58%，丘陵區生態系統服務價值從18.27億元下降到15.77億元，下降了13.64%。

如圖4所示，從比重分布上來看，1995—2015年盆周山地區生態系統服務價值所占比重最高，均在60.00%以上，加上川西南山區，山區生態系統服務價值總比重達65.00%以上；其次，平原區生態系統服務價值所占比重約為20.00%；川西北高原區生態系統服務價值所占比重約為14.20%；由于丘陵區占地面積小，其生態系統服務價值所占比重最低，小于1.00%。綜上，1995—2015年不同區域生態系統服務總價值總體呈現出山區>平原區>高原區>丘陵區的特點。此外，值得注意的是：2005—2010年平原區生態系統服務價值所占比重呈下降趨勢，而盆周山地區、川西北高原區、川西南山區、丘陵區生態系統服務價值所占比重均呈上升趨勢，這可能與汶川地震及其次生災害對平原區農田的破壞相關。

圖4 龍門山地區1995-2015年不同區域生態系統服務價值及其比重變化

3.2.2 龍門山地區1995—2015年各項生態系統服務價值變化分析 對龍門山地區1995—2015年各項生態系統服務價值進行統計，結果如圖5所示。1995—2015年，同一項生態系統服務價值所占比重趨于穩定；同一時期各項生態系統服務價值所占比重呈現顯著差異；其中，氣候調節價值、水文調節價值占比最大，合計達49.00%以上；其次是土壤保持價值與氣體調節價值，水資源供給價值所占比例最小。

圖5 龍門山地區1995-2015年各項生態系統服務價值比重變化

3.3 敏感性分析

根據敏感性指數(CS)計算公式(3)，通過對各類生態系統服務價值系數(VC)分別上、下調動50%來分析ESV對價值系數的敏感程度，結果見表1。同一生態系統類型在不同時期其ESV對價值系數的敏感性指數變化較小；同一時期不同生態系統類型其ESV對價值系數的敏感性指數差別較大，具體表現為：1995年，灌木林CS>針闊混交林CS>闊葉林CS>灌草叢CS>針葉林CS>草甸CS>草原CS>水系CS>旱地CS>水田CS>濕地CS>荒漠CS>冰川積雪CS>裸地CS；2000年、2005年，灌木林CS>針闊混交林CS>灌草叢CS>闊葉林CS>針葉林CS>草甸CS>草原CS>水系CS>旱地CS>水田CS>濕地CS>荒漠CS>冰川積雪CS>裸地CS；2010年、2015年，灌木林CS>針闊混交林CS>灌草叢CS>闊葉林>CS針葉林CS>水系CS>草甸CS>草原CS>旱地CS>水田CS>濕地CS>荒漠CS>冰川積雪CS>裸地CS；各時段各敏感性指數均遠小于1，表明龍門山地區各年份ESV對功能價值系數缺乏彈性，表明本文采用的價值系數適合龍門山地區的實際情況，研究結果可信。

表1 龍門山地區1995-2015年生態系統服務價值敏感性指數

4 結 論

(1) 1995—2015年，各生態系統中森林生態系統服務價值最高，其次是草地生態系統，荒漠生態系統服務價值最低。

(2) 不同區域單位面積生態系統服務價值具有顯著空間差異：山區、高原區遠大于丘陵、平原區；不同區域生態系統服務總價值總體呈現出山區>平原區>高原區>丘陵區的特點。

(3) 1995—2015年各類生態系統其服務價值、不同區域生態系統服務價值均與生態系統服務總價值基本呈現出一致的變化規律：1995—2000年趨于下降，2000—2010年趨于上升；2010—2015年基本呈下降趨勢；整體上，1995—2015年生態系統服務價值總量下降了19.75%。

(4) 同一項生態系統服務價值在不同時期所占比重趨于穩定；同一時期，各項生態系統服務價值所占比重呈現顯著差異性，11種生態服務類型中，氣候調節價值、水文調節價值對生態系統服務總價值的貢獻最大，其次是土壤保持價值、氣體調節價值，水資源供給價值所占比例最小。

(5) 同一時期不同生態系統類型其ESV對價值系數的敏感性指數差別較大；同一生態系統類型在不同時期其ESV對價值系數的敏感性指數變化較小，各時段各敏感性指數均遠小于1，表明龍門山地區各時期生態系統服務價值對本文采用的價值系數缺乏彈性，研究結果可信。

運用當量因子法可以有效進行龍門山地區生態系統服務價值研究。同時應注意到：運用該方法進行生態系統服務價值估算，不僅受生態環境(生態系統面積)變化影響，還受區域社會經濟因素(糧食價格和糧食產量)影響，甚至掩蓋生態環境變化對生態系統服務價值變化的影響。如汶川地震造成農田、草地生態系統面積的縮減，同時引起荒漠的增加，但由于糧食價格及產量的影響，生態系統服務價值的最低值并沒有出現在汶川大地震發生后的2010年。

龍門山地區在今后的生態建設與保護、生態保護紅線劃定及區域國土空間規劃等工作中要堅持可持續發展道路，繼續加強對生態系統服務價值貢獻高的森林、草地等自然生態系統的保護，同時應重視對濕地等生態脆弱區的修復與保護，嚴禁不合理的開墾開發，不以破壞資源環境為代價換取經濟的增長，努力謀求經濟與生態環境的高度協調發展。