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生态系统服务价值评估

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1研究区概况

三亚地处海南岛最南端,是中国最南部的热带滨海城市。其地理位置为北纬18°9'34″~18°37'27″、东经108°56'30″~109°48'28″。东邻陵水县,西接乐东县,北毗保亭县,南临南海。陆地总面积1919.58km2,海域总面积6000km2,其中规划市区面积约37km2。地势由南向北呈平原、丘陵台地、山地阶梯状分布,起伏较大。东西长91.6km,南北宽51.0km。三亚市是海南省南部的中心城市和交通通信枢纽,是中国东南沿海对外开放黄金海岸线上最南端的对外贸易重要口岸。1984年设立三亚市(县级),1987年升格为地级市。在特区政策的驱动下,三亚逐步发展成为海南省南部的重要城市。

2数据来源与研究方法

2.1土地利用动态数据获取根据研究区3期(1976年、1996年、2013年)的陆地卫星LandSat同一时相遥感影像作为基础数据,在ErdasImagine9.0遥感软件支持下配准,进行图-图几何校正[12-13];根据研究区土地利用覆盖类型影像特征和现场实地调研结果建立解译标志,参考全国土地利用分类方法,将三亚市用地类型分为6类,分别是耕地、林地、园地、水体、建设用地和未利用地。在遥感图像处理完成后将分类结果栅格数据在ArcGIS9.3中转换成矢量数据并创建拓扑关系,创建矢量数据库,将各土地利用类型的面积加以统计,对矢量图进行专题地图的制作,得到三亚市1976年、1996年、2013年土地利用分类图(图1)。应用ArcGIS9.3软件属性表的空间计算功能,统计三亚市6类土地利用类型的面积。

2.2土地利用研究方法土地利用类型动态度(K)指某研究区在一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况[13-14]。为了反映三亚地区各类土地的动态变化情况,我们采用土地利用类型动态度模型具体分析该地区土地利用变化情况。上式中:Ua、Ub分别为研究初期及研究末期某一种土地利用类型的数量;T为研究时段,当T被设定为年时,K值就是该研究区某种土地利用类型的年变化率。

2.3生态系统服务价值研究方法根据谢高地等制定的中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值[16](表1),结合三亚市实际情况,制定不同陆地生态系统单位面积生态服务价值(表2)。计算生态系统服务价值时当量因子按以下原则[17]操作:耕地对应农田;林地对应森林;园地取森林和草地的平均值;未利用地对应难利用荒地;对建设用地按照Costanza等学者的方法,不估算其生态系统服务功能经济价值。结合Costanza等提出的生态系统服务价值(ESV)计算公式,估算三亚市研究区的生态系统服务价值。主要计算公式。上式中,ESV为研究区生态系统服务总价值(元);VCk为第k类土地利用类型单位面积的生态功能服务价值系数(元/hm2);Ak为研究区内第k类土地利用类型的面积(hm2);n为土地利用类型数。

2.4敏感性分析方法为了验证生态系统类型对各土地利用类型的代表性和价值系数的准确性,本文借用敏感性指数来确定生态系统服务价值(ESV)随时间变化对生态系统价值系数(VC)变化的依赖程度。敏感性指数CS的含义是指VC变动引起的ESV的变化情况。如果CS>1,则说明ESV对VC是富有弹性的,即1%的自变量变动引起因变量大于1%的变动;如果CS<1,则说明ESV对VC是缺乏弹性的,即1%的自变量变动会引起因变量小于1%的变动。CS的值越大,说明VC的准确性越关键。CS的计算公式。上式中,ESV为总生态系统服务价值;VC为生态系统价值系数;i和j分别代表初始价值和生态系统价值系数调整后价值;k为各土地利用类型。

3结果与分析

3.1土地利用变化分析1976~2013年三亚市土地利用情况发生了显著变化。图1表明:耕地明显减少,主要原因是1976年至1996年耕地集约化程度增大,1976年的散点分布变成1996年的沿东南沿海分布,2013年仅西南沿海地区剩有一片耕地;林地由1976年的集约分布到1996年的不均匀分布,直至2013年的区域集中分布;园地在这近40年间呈增加趋势;未利用地和水体变化不大;1976年仅在南部沿海有少许建设用地,2013年建设用地集中在南部沿海地区,区域集约化程度提高。由表3可知,1976~2013年三亚市土地利用类型发生了较大变化,其总体趋势为耕地、水体、未利用地均在减少,林地面积基本维持不变,园地和建设用地面积增加。1976~2013年耕地面积大幅度持续减少,减少量达317.02km2,变化率为-926.17%,1996~2013年的变化率大于1976~1996年的;1976~2013年未利用地变化也较为明显,总体上呈减少趋势,由于基数较小,只减少了33.51km2,变化率为-231.47%;1976年水体面积仅占总用地面积的4.39%,1976~1996年水体面积增加了53.95km2,1996~2013年减少了63.38km2,1976~2013年整体上呈减少趋势;林地面积在1976~2013年间先减少后增加,整体增加了0.05km2;1976~1996年园地面积减少了20.96km2,变化率为-3.27%,1996~2013年园地面积大幅增加,变化量达236.27km2,变化率为38.14%,因此1976~2013年整体上呈上升趋势,增加了215.32km2,变化率为25.16%;建设用地面积基数小,1976~1996年增加了91.21km2,变化率高达1610.97%,1996~2013年增加了53.39km2,变化率达55.10%,在1976~2013年间整体增加了144.60km2,变化率最高,达2541.30%。三亚市在1976~2013年间,建设用地变化量最大,变化速度最快,动态度为63.49%;其次是耕地、未利用地、园地、水体,它们的动态度分别为-2.26%、-1.70%、0.84%、-0.29%;林地的总体变化平缓,动态度为0.02%。建设用地面积的大幅度增加主要是由于三亚市城市规划逐渐成熟以及后期旅游业发展迅速,城市建设速度加快,交通用地和商业用地不断扩大;园地的增长是因为受到三亚当地自然条件及旅游发展的影响,三亚市提倡发展集休闲养生、果园观光等功能于一体的地方特色休闲旅游项目,游客对当地果物的需求也逐年递增;在此进程中,加剧了对未利用地和耕地的开发,两者面积减少显著,不断向建设用地、园地转换;水体的减少是由于国际旅游岛的建设导致围湖造田,很多水域被填土发展成建设用地;林地几乎无变化,1976~1996年减少,1996~2013年有所增加,这是由三亚市“先发展后治理”的政策所致。

3.2土地利用变化对生态系统服务价值的影响根据三亚市不同陆地生态系统服务价值(表2)和三亚市各土地利用类型面积(表3),计算得到三亚市生态系统服务价值的变化情况(表5)。从表5可以看出,三亚市1976~2013年生态系统服务总价值呈现逐渐上升的变化趋势,1976年、1996年和2013年的生态系统服务总价值分别为356038.57万元、361141.24万元和388124.86万元,2013年比1976年增加了32086.29万元。在研究期间,耕地大面积减少,1976~1996年和1996~2013年其生态系统服务价值损失量分别达到了2582.68万元和16800.88万元;林地面积变化不大,其生态系统服务价值仅增加了9.67万元;1976~2013年园地面积扩大,园地生态系统服务价值增加了55424.44万元;水体生态系统服务价值先增加后减少,整体减少了3839.85万元;未利用地价值先减少后增加,整体减少了124.42万元。由于三亚市在1976~2013年间耕地、未利用地向园地转化,而园地所提供服务功能的经济价值高于耕地,因而整体生态系统服务价值增加。生态价值系数较小的耕地、未利用地等变化波动比较大,转化为生态价值系数较高的园地,导致研究区整体生态系统服务价值的增加。自上世纪80年代以来,海南建省办经济区,三亚从县级市升格为地级市,城市化进程加快,城市基础水平大大提高,城市绿化水平得到较大提高,城市园林面积扩大。20世纪90年代以后旅游业和热带农业的发展对三亚土地利用规划产生了重要的影响;特别是三亚市当地热带水果深受游客喜爱,由此造成当地居民将大量的耕地、未利用地开发成园地,以种植水果等。从生态系统服务价值构成(表6)上看:研究时段内园地所产生的生态服务价值所占比重最大,1976、1996和2013年分别为46.30%、44.16%、56.76%,占整个生态系统的主导地位;林地的生态系统服务价值也相当高,所占比例分别为38.41%、35.45%、35.24%,仅次于园地;水体的生态系统服务价值相对较小,在三亚市生态系统服务总价值中处第3位;耕地的生态系统服务价值逐年降低,1976年占总价值的6.03%,1996年占5.23%,而2013年仅占0.54%;未利用地生态系统服务价值的贡献率非常低,在研究时段贡献率不足0.10%。

3.3生态服务价值敏感度分析根据CS计算公式,把VC分别上下调整50%,计算出研究区1976年、1996年和2013年的敏感性(表7)。结果显示,生态系统服务价值对VC的敏感性指数都小于1,以园地最高,未利用地最低。这表明,研究区内生态系统服务价值对价值系数是缺乏弹性的,研究结果可信。

4结论与讨论

1976~2013年间三亚市土地利用情况发生了巨大的变化,其中耕地面积急剧减少了317.02km2,变化率达到-926.17%,是变化量最大的土地利用类型。未利用地的变化率位列第2,为-231.47%;建设用地显著增加,变化率最高,达2541.30%;园地先减少后增加,变化率为25.16%;林地先减少后增加,基本无变化;水体面积减少,变化幅度较小。本研究发现,1976~2013年三亚市生态系统服务价值总体上呈现上升趋势,净增加32086.29万元,主要原因在于生态价值系数较低的耕地、未利用地等减少并转换为生态价值系数较高的园地。因此三亚市土地利用变化对环境的影响总体来说是积极的。分析结果表明,研究区生态系统服务价值相对于价值系数的敏感性都小于1,说明前者对后者是缺乏弹性的,本文所选的生态价值系数是比较合理的,研究结果可信。虽然本文所参考的谢高地等的生态系统服务价值比Costanza等的更适合中国国情,但是其价值构成的合理性及在本研究区域的适用性还值得进一步研究和探讨。

作者:邹阳 邹欣庆 杨雯 单位:南京大学 海岛与海岸开发教育部重点实验室

生态系统服务价值评估责任编辑:杨雪    阅读:人次