基于地理信息技術的升金湖濕地生態服務價值

楊斐　董斌　徐文瑞　崔楊林　王裕婷　方磊　彭亮

摘要：濕地作為人類不可或缺的自然資源和生態系統，有著不可替代的經濟、社會和生態效益。升金湖濕地分布在安徽省，地處長江中下游，是我國一處重要的濕地，現已成為我國重要的越冬珍稀鶴類棲息地。綜合利用遙感和地理信息技術，解譯研究區1986—2017年9期TM遙感影像，并運用價值量評價法對其生態服務價值進行核算，根據核算結果分析各類型用地面積的變化對研究區生態服務價值動態變化可能產生的影響。結果表明，這30年間保護區內土地利用變化速度較快，隨著各用地類型面積的變化，其生態服務價值也在不斷變化，變化趨勢不穩定;1986—2017年濕地生態服務價值總量減少了1700萬元，濕地生態環境受到了嚴重威脅。為了更好地保護濕地，有必要加大保護力度，合理配置濕地資源，制定生態補償制度，實現濕地生態服務功能的重要目標。

關鍵詞：升金湖;濕地;生態服務;價值評價;地理信息技術

中圖分類號： X87? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）19-0288-05

收稿日期：2019-11-21

基金項目：國家自然科學基金（編號：41571101）;安徽省智慧城市與地理國情監測重點實驗室項目（編號：2016-K-04Z）;北京林業大學精準林業北京市重點實驗室及精準林業關鍵技術與裝備研究項目（編號：2015ZCQ-LX-01）。

作者簡介：楊 斐（1993—），男，安徽合肥人，碩士，主要從事土地信息技術與利用研究。E-mail：15656953665@163.com。

通信作者：董 斌，博士，教授，主要從事測繪地理信息技術及其生態環境應用研究。E-mail：dbhy123@sina.com。

濕地蘊藏著豐富的自然資源且具有重要的生態協調能力，還為人類的生產活動營造了良好的環境，濕地創造的價值難以估量[1]。濕地也是人類文明的重要載體，人類文明的衰落和濕地的消失有很大關系，例如樓蘭古城的消失[2]。從生態系統服務的角度來看，濕地是全球單位面積最有價值的生態系統之一，對濕地生態系統服務的研究是一項多學科的工作，須要從不同角度了解其提供的生態服務和從中獲得的巨大效益。20世紀90年代后期，生態系統服務概念才被Pearce等的出版物[3]廣泛關注，隨后許多國家開展了關于生態服務價值評估的研究。例如，Pinke采用多種方法對匈牙利濕地生態服務價值進行評估，建立了可持續土地利用系統[4]; Santosmartin等評估了1918—2006年期間西班牙西南部Donana沼澤地和河口的土地利用轉化中生態系統服務的變化[5]。隨著我國社會經濟的日益發展，我國濕地被大量開發，圍湖造田、填海造陸等造成濕地資源的嚴重破壞，根據近幾年的調查統計數據顯示，現存的天然濕地不足歷史天然濕地的1/3，如何更好地配置濕地資源成為目前人們面臨的一大難題。本研究以升金湖濕地為例，從生態服務價值角度分析探討升金湖濕地的土地合理利用規劃和水鳥保護的重要性與必要性。

1 研究區概況

升金湖濕地在1986年被確立為省級自然保護區，1997年又被確立為國家級自然保護區[6];升金湖濕地地處116°55′～117°15′E，30°15′～30°30′N之間，位于安徽省池州市東至縣和貴池區交界處，保護區總面積達33 340 hm2，湖區面積為13 280 hm2[7]。由于升金湖優越的地理位置和氣候條件，湖區水產資源和自然植被種類豐富，吸引了大量的珍稀候鳥每年來此過冬，是珍稀候鳥重要的越冬棲息地。通過對升金湖濕地生態服務價值的核算，對于如何制定生態補償制度、合理利用濕地資源和保護生物多樣性具有重大意義。

2 數據處理與研究方法

2.1 影像數據選取與處理

本研究選取了升金湖保護區近30年的9期（1986年、1990年、1995年、2000年、2004年、2008年、2011年、2015年和2017年）Landsat TM 遙感影像，選取的影像時期均在冬季。利用ERDAS 9.3軟件對選取的9期影像進行幾何校正、波段融合、影像增強、監督分類及影像解譯等預處理，并翻閱土地利用分類相關文獻，結合研究區實際情況，在遙感目視解譯時將土地類型共劃分為八大類，分別是旱地、林地、泥灘地、蘆葦灘地、草灘地、水田、水域、建設用地。分類后結合外業調繪結果對處理后的影像進行精度檢驗，Kappa系數均大于0.85，解譯精度較高，滿足本研究對解譯精度的要求。最后通過ARCGIS軟件統計各地類面積，并分析其面積變化。

2.2 土地利用變化分析方法

土地利用動態度是通過定量的方式來表達土地利用變化的速率，并通過變化模型來分析研究區各類型用地演變的過程[8]。其數學表達式如下：

K1=（Ub-Ua）;（1）

K2=Ub-UaUa×T-1×100%。（2）

式中：Ua、Ub各表示研究初期和末期某一類型的土地面積;T指研究區段之間的時間差值; K1為某一類型土地的變化幅度;K2指研究期內某一類型土地的變化速度。

2.3 濕地生態服務價值估算方法

目前，生態系統服務評估是生態系統可持續性研究的一個重點，它引起了許多生態學家和經濟學家的關注，而對生態服務價值進行定量分析的方法主要有價值量評價法、能值分析法和物質量評價法3種[9]。其中，價值量評價法是從價值量的角度根據生態系統服務的變化把各生態服務功能進行定量化，從而得到真實直觀的數據，能夠對不同生態系統的價值量進行定量評估與比較，同時將特定生態系統的各單項服務價值進行綜合評估，適用性較強[10];能值分析法能夠把系統中不同類別的能量轉化為統一標準的能值來評價分析并定量比較，但它具有片面性[11];物質量評價法能夠評價出不同生態系統中同一服務功能的價值量大小，但它很難對特定生態系統進行一個整體的評估[12]。所以本研究采用價值量評價法對升金湖濕地1986—2017年的生態系統服務功能價值進行核算，公式[13-14]為

本研究根據公式（6）把生態服務價值系數上下調整50%后，分別對保護區各年度生態服務價值敏感性指數進行計算，結果得知，升金湖濕地各年度不同用地類型的CS值均小于1，說明隨著時間的推移，研究區各年度生態服務價值對于生態價值系數均不敏感，所以本研究采用的生態價值系數合理。

4 結論與討論

本研究綜合利用遙感和地理信息技術和價值量評價法對研究區1986—2017年生態服務價值進行評估分析得出以下結果：1986—2017年保護區各類型用地面積變化較大;其中，旱地、林地、蘆葦灘地面積整體上呈下降趨勢，其他各類型用地的面積均呈上漲趨勢。1986—2017年間，升金湖濕地內以耕地用途為主，尤其是2000年前耕地面積占比均達到30%以上，其次是水域和林地;其中旱地面積在不斷減少，2004—2017年間旱地面積不足20%;各類型用地中水田面積的變化速率最大，其次是建設用地，分別為7.02%和6.78%。升金湖濕地生態系統服務價值總量變化不穩定，2017年較1986年的生態服務價值總量是下降的，下降總額為1 700萬元。升金湖濕地土地利用結構的變化，如旱地、灘涂等面積的減少，建設用地面積的增加等都會對其區域生態、鳥類棲息地選擇及生物多樣性保護產生不同程度的影響，從而引起濕地生態服務價值的變動。

綜上所述，升金湖保護區生態系統服務功能價值的變化與其土地利用結構的變化息息相關。因為人類活動的過多干預，導致升金湖濕地出現圍湖造田、水產資源破壞、過度養殖與放牧、水資源利用不合理、生態多樣性減少等生態問題。升金湖保護區作為我國重要的濕地資源和越冬鶴類棲息地，政府應加強管理，合理規劃土地利用布局，不僅要提升當地居民的生活水平，更要加強當地居民對濕地生態和生物多樣性的保護意識。本研究通過對升金湖濕地生態服務價值變化的研究和分析，能為今后制定生態補償制度、保護和恢復濕地生態功能提供重要依據。

參考文獻：

[1]吳玲玲，陸健健，童春富，等. 長江口濕地生態系統服務功能價值的評估[J]. 長江流域資源與環境，2003，12（5）：411-416.

[2]馬占東，高 航，楊 俊，等. 基于多源數據融合的南四湖濕地生態系統服務功能價值評估[J]. 資源科學，2014，36（4）：840-847.

[3]Pearce D W. Auditing the earth：the value of the worlds ecosystem services and natural capital[J]. Environment Science & Policy for Sustainable Development，1998，40（2）：23-28.

[4]Pinke Z. Modernization and decline：an eco-historical perspective on regulation of the Tisza Valley，Hungary[J]. Journal of Historical Geography，2014，45（45）：92-105.

[5]Santosmartin F，Zorrilla-Miras P，Palomo I，et al. Protecting nature is necessary but not sufficient for conserving ecosystem services：a comprehensive assessment along a gradient of land-use intensity in Spain[J]. Ecosystem Services，2019，35：43-51.

[6]盛書薇，董 斌，李 鑫，等. 升金湖國家自然保護區土地利用生態風險評價[J]. 水土保持通報，2015，35（3）：305-310.

[7]楊 李，董 斌，汪 慶，等. 安徽升金湖國家級自然保護區水鳥生境適宜性變化[J]. 湖泊科學，2015，27（6）：1027-1034.

[8]楊慧琳.基于GIS和RS的北湖公園地區土地利用動態變化及驅動力分析[J]. 經營管理者，2017（13）：58-59.

[9]劉曉輝，呂憲國，姜 明，等. 濕地生態系統服務功能的價值評估[J]. 生態學報，2008，28（11）：5625-5631.

[10]汪 慶.基于土地利用變化下的生態系統服務價值評估[D]. 合肥：安徽農業大學，2015.

[11]Alphan H，Yilmaz K T.Monitoring environmental changes in the mediterranean coastal landscape：the case of Cukurova，Turkey[J]. Environmengtal Management，2005，35（5）：607-619.

[12]趙景柱，肖 寒，吳 剛. 生態系統服務的物質量與價值量評價方法的比較分析[J]. 應用生態學報，2000，11（2）：290-292.

[13]羅 俊，王克林，陳洪松. 喀斯特地區土地利用變化的生態服務功能價值響應[J]. 水土保持通報，2008，28（2）：19-24.

[14]Turner S J. Landscape ecology concepts，methods and applications[J]. Landscape Ecology，2005，20（7）：1031-1033.

[15]Zhao S Q，Fang J Y，Miao S L，et al. The 7-decade degradation of a large freshwater lake in central Yangtze River，China[J]. Environmental Science & Technology，2005，39（2）：431-436.

[16]謝高地，張彩霞，張雷明，等. 基于單位面積價值當量因子的生態系統服務價值化方法改進[J]. 自然資源學報，2015，30（8）：1243-1254.

[17]Guo Z W，Xiao X M，Gan Y L，et al. Ecosystem functions，services and their values-a case study in Xingshan County of China[J]. Ecological Economics，2001，38（1）：141-154.

[18]靳 芳，余新曉，魯紹偉.中國森林生態服務功能及價值[J]. 中國林業，2007，26（4）：40-41.

[19]胥彥玲.基于景觀生態學的生態系統服務功能評價——以甘肅省為例[D]. 西安：西北大學，2003.

[20]吳大千，劉 建，賀同利，等. 基于土地利用變化的黃河三角洲生態服務價值損益分析[J]. 農業工程學報，2009，25（8）：256-261.

[21]李 琳. 基于3S技術的現代黃河三角洲濕地生態服務功能價值評估研究[D]. 青島：山東科技大學，2011.