南水北調中線水源地生態系統服務價值評估

王曉洋，楊展飛

（河南省新鄉水文水資源測報分中心，河南 新鄉 453000）

0 引言

鄧州市是南水北調中線工程首個生態補水受水城市，對鄧州市生態系統服務價值在時空尺度變化的評估與預測，將為保障區域生態環境質量、社會發展規劃等提供理論依據。生態系統服務價值的評估是將生態系統的各項功能以貨幣形式展示，讓人們更直觀了解從生態系統中獲得的服務。文章基于生態系統服務價值當量因子法，利用GIS 和ENVI 分析鄧州市土地利用類型變化，根據實際情況建立生態系統價值評價體系，對2007-2020年鄧州市生態系統服務價值及演變特征進行評估。

1 研究方法

1.1 生態系統服務價值指標體系

根據鄧州市的詳細特征，結合南水北調的實際情況，參考Burkhard B等學者研究成果，可以將南水北調中線水源地鄧州市的生態系統服務價值劃分為供給、支持、調節與文化四個方面。

1.2 遙感解譯

由于遙感數據值與實際地物輻射反射形成的數值存在差異，文章采用了美國蘭德薩特系列衛星遙感影像資料，對蘭德薩特系列遙感影像進行了預處理，消除了由于灰度值失真而造成的遙感影像。

1.3 研究區生態服務價值估算

1.3.1 生態系統服務價值當量因子計算

根據鄧州市實際特征與收集得到的相關資料，結合國內常用的生態系統服務價值當量表，參考研究區域不同生態系統的不同二級分類比例，估算研究區的生態服務價值當量。

參照南水北調水源地植被分布情況，林地主要是闊葉林與針葉林為主，其中闊葉林占85%、針葉林占10%，其他的針闊混交占4%、灌木林占1%；水域主要為河流水系；農田中水田與旱地比為1.15∶5.10；草地種類主要為灌草叢65%，草甸35%。綜上所述，選取研究區生態系統服務當量值見表1所示。

表1 研究區單位面積生態系統服務當量表

1.3.2 單位面積的服務價值估算

當量因子是計算生態系統服務價值的主要手段之一，其物理意義是生態系統之間各服務價值對于總價值的相對貢獻。由于當量表是基于大尺度制定的，對于不同區域會存在差異，因此必須進行空間修正，修正系數計算公式為：

式中：Ea為單位農田的經濟價值（元/hm2）；i為研究區主要農作物種類；Pi為i種農作物當前的平均價格（元/kg）；qi為農作物產量（kg/hm2），mi為i種農作物的種植面積（hm2）；M為農作物的種植總面積（hm2）。

1.3.3 總服務價值估算

依據Costanza提出的生態系統服務價值評估理論體系，針對鄧州市土地覆蓋及其對應的單位面積當量值，研究區生態系統服務總價值計算公式為：

式中：ESV為研究區生態系統服務的總價值（元）；Ai為第i種土地覆蓋的面積（hm2）；VCi為第i 種土地覆蓋的價值系數（元/hm2）；其中i=1，2…n；n=5。

2 鄧州市生態系統服務價值評估

2.1 研究區概況

鄧州屬于河南省南陽市，位于河南省西南部。坐標為北緯32°22′～32°59′，東經111°37′～111°20′之間，國土面積為2 369 km2。鄧州所在區域屬于亞熱帶季風型大陸性氣候，多年平均氣溫為15.10 ℃，多年平均降水量為723 mm。鄧州市作為南水北調中線第一個受水城市，選取鄧州整體市域范圍自然生態系統與生態系統服務功能作為研究對象。

2.2 服務價值評估

2.2.1 數據來源

文章選取鄧州市2007、2011、2014、2015、2020年作為研究的典型年，分析其土地覆蓋與利用的變化特征。研究所需的遙感數據主要為中國地理空間數據云Landsat 系列中的數據，其他自然、資源、社會與經濟數據來源于當地統計年鑒、相關報表與發展規劃等。

2.2.2 土地覆蓋面積

基于Landsat影像，運用ENVI5.3劃分鄧州市土地類型，包括人工建筑、林地、水域、耕地、草地共5 種類型。鄧州市不同土地類型面積統計數據如表2所示。

2.2.3 當量系數確定

參考河南省2020年統計年鑒，鄧州市主要農作物有小麥、玉米和花生，產量分別為82.85 萬、30.62 萬、25.57 萬t，均價分別為1.19、1.87、4.79 元。由式（3）計算可得鄧州生態系統服務價值當量因子經濟價值為2 353元/（hm2·a）。綜合考慮到鄧州市域面積較小且依托刁河、湍河、南水北調中線工程等水系而形成的城市現狀，參照河南省生態系統生物量因子修正系數1.39對研究區當量因子校核與修正。

2.2.4 生態系統服務價值計算

根據鄧州市單位面積生態服務價值當量系數及土地類型面積，由式4得出鄧州市不同土地利用類型的單位面積生態系統服務價值。從生態指標類型看，調節服務價值所占比例最高，占比60%左右；從土地利用類型看，耕地系統服務價值所占比例最高，占比55.84%，面積占67.96%，其對整個市域生態系統服務總價值影響較為顯著。

2.3 研究區演變特性研究

2.3.1 生態系統服務價值的時間變化

鄧州市2007年、2011年、2014年、2015年和2020年的生態系統服務總價值分別為39.72 億美元、41.75 億、44.93 億、45.42億以及46.12 億美元，呈持續增長的趨勢，增長率16.10%。從土地類型生態系統服務價值變化來看，草地生態系統服務價值變化率最大。耕地的生態系統服務價值減少了14.52%，減少4.38億美元；水域、林地、草地的生態系統服務價值分別增加了101.81%，34.30%，113.06%，共計增加11.58 億美元；人工建筑的生態系統服務價值為負值，負向增長了13.44%，共計0.77億美元。草地和水域的生態系統服務價值在研究期內增長超過100%，從一定程度上體現了其對于整個研究區服務總價值的貢獻較大，對區域服務價值的演變會造成顯著的影響。

2.3.2 土地利用空間變化分析

研究區土地利用結構受生態系統的自然限制，區域林地和人工建筑面積較小，存在大面積的耕地、草地和水域。可知2007-2020年研究區地類正向變化的有草地、林地、人工建筑、未利用地和水域；負向變化的有耕地。草地單一土地利用動態度變化最大，為113.06%，其最大變化幅度發生在2015-2020年，達到25.12%，面積增加了122.98 km2。

3 結論

①運用當量因子法，對鄧州市2007-2020年進行評估，結果表明，2007 年生態系統服務價值為39.72 億美元，2011 年為41.75億美元，2014年為44.93億美元，2015年為45.42億美元，2020年為46.12億美元。近年來鄧州市生態系統服務價值持續增長，在合理開發利用以及南水北調中線工程二期順利實施的前提下，預測未來生態服務價值會持續增長。②通過對研究區域生態系統服務價值演變特征的分析，水域和草地2種類型的生態系統服務價值在2007-2020年間增長了100%，變化最大；耕地的生態系統服務價值占比最高；土地覆蓋變化上草地面積變化最大，增長了113.06%；單個指標而言，水文調節是最主要影響因素。③通過對鄧州市生態系統服務價值時空變化分析，隨著耕地面積的減少以及草地、林地及水域面積的擴大，研究區的生態系統服務價值增加速率明顯變大，表明研究區土地覆蓋當量系統越大，其對生態系統服務價值的演變與影響越大。