許旭， 任斐鵬， 韓念龍

(1.深圳市規(guī)劃國(guó)土發(fā)展研究中心，深圳 518034; 2.北京師范大學(xué)資源學(xué)院，北京 100875；3.長(zhǎng)江科學(xué)院水土保持研究所，武漢 430010; 4.深圳市房地產(chǎn)評(píng)估發(fā)展中心，深圳 518034)

2000—2009年河北省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)

許旭1,2， 任斐鵬3， 韓念龍4

(1.深圳市規(guī)劃國(guó)土發(fā)展研究中心，深圳 518034; 2.北京師范大學(xué)資源學(xué)院，北京 100875；3.長(zhǎng)江科學(xué)院水土保持研究所，武漢 430010; 4.深圳市房地產(chǎn)評(píng)估發(fā)展中心，深圳 518034)

以TM圖像及MODIS NDVI數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，通過(guò)建立生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估體系、物質(zhì)量評(píng)估模型及價(jià)值量評(píng)估模型，對(duì)河北省2000—2009年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了計(jì)算。2000—2009年間，河北省生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)出波動(dòng)增長(zhǎng)趨勢(shì)；總體的空間分布規(guī)律呈現(xiàn)出北高南低、西高東低、山地丘陵區(qū)高于平原區(qū)的規(guī)律；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間變化呈現(xiàn)出南北兩端地區(qū)減少、中部地區(qū)增加,且增加部分面積大于減少部分面積的特點(diǎn)。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；MODIS NDVI數(shù)據(jù)；TM圖像；河北省

0 引言

生態(tài)系統(tǒng)是人類賴以生存的物質(zhì)環(huán)境基礎(chǔ)，假如人類失去了生態(tài)系統(tǒng)的某項(xiàng)庇護(hù)，通過(guò)人工恢復(fù)或替代這項(xiàng)服務(wù)將會(huì)付出巨大的代價(jià)[1,2]。正是基于這樣的假設(shè)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及其評(píng)估的研究已成為生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一[3-16]。目前，在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的方法中，靜態(tài)參數(shù)評(píng)估法和生態(tài)模型評(píng)估法是較為常見(jiàn)的2種方法。靜態(tài)參數(shù)法是采用基于經(jīng)驗(yàn)或調(diào)研計(jì)算得來(lái)的某生態(tài)系統(tǒng)類型單位面積服務(wù)價(jià)值與該類生態(tài)系統(tǒng)的面積相乘得到總服務(wù)價(jià)值，其優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算便捷，缺點(diǎn)是無(wú)法反映同類生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的異質(zhì)性；生態(tài)模型評(píng)估法是通過(guò)生態(tài)學(xué)模型對(duì)生態(tài)參數(shù)進(jìn)行反演，然后通過(guò)一定的價(jià)值轉(zhuǎn)換方法計(jì)算出服務(wù)價(jià)值，因其相對(duì)精確且可以充分反映生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的異質(zhì)性而體現(xiàn)了今后的研究趨勢(shì)。

以往生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的研究，大多屬于某一時(shí)間點(diǎn)的靜態(tài)評(píng)估，即使是動(dòng)態(tài)評(píng)估，也僅僅選取少數(shù)幾個(gè)時(shí)間斷面，鮮見(jiàn)形成連續(xù)時(shí)間跨度的評(píng)估研究。本文借助2000—2009年逐月的MODIS NDVI數(shù)據(jù)，采用生態(tài)模型評(píng)估法對(duì)河北省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了評(píng)估，形成了長(zhǎng)達(dá)10 a跨度的逐年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值序列。本研究不僅更清楚地反映了河北省生態(tài)環(huán)境的變動(dòng)情況，也對(duì)河北省生態(tài)環(huán)境保護(hù)和建設(shè)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 數(shù)據(jù)源

1)遙感數(shù)據(jù)。①M(fèi)ODIS NDVI數(shù)據(jù)。選擇編號(hào)為MOD13Q1的MODIS數(shù)據(jù)產(chǎn)品。此產(chǎn)品為16 d合成的250 m分辨率的植被指數(shù)，時(shí)間跨度為2000年4月—2009年12月。在使用中，采用了最大值合成法(maximum value composites，MVC)將數(shù)據(jù)進(jìn)行兩兩合成[17-19]，生成逐月的NDVI數(shù)據(jù)，建立了2000年1月—2009年12月逐月的MODIS NDVI數(shù)據(jù)集。由于受資料來(lái)源的影響，2000年1—3月的數(shù)據(jù)采用了其他年份相同月份的平均值代替。②TM圖像。相對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的變化，生態(tài)系統(tǒng)類型變化的速率并不強(qiáng)烈，因此對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)類型的解譯以5 a為尺度，分別選擇了2001年左右及2008年左右的各19幅植物生長(zhǎng)季中某月份完全覆蓋研究區(qū)的TM圖像。采用人機(jī)交互的監(jiān)督分類方法對(duì)影像進(jìn)行了分類，在對(duì)21類二級(jí)分類進(jìn)行合并的基礎(chǔ)上，形成了林地、灌叢、草地、耕地、園地、水域、建筑用地及其他未利用地等7個(gè)一級(jí)類型。對(duì)2期圖像分類精度的評(píng)價(jià)表明，整體分類精度分別達(dá)到87.03%和89.05%，Kappa系數(shù)分別為0.84和0.86，均達(dá)到了研究所需的標(biāo)準(zhǔn)。

2)氣象數(shù)據(jù)。氣象數(shù)據(jù)包括了研究區(qū)及其周圍區(qū)域的27個(gè)氣象站點(diǎn)的逐月平均溫度、降水及太陽(yáng)日照時(shí)數(shù)，時(shí)間跨度為2000年1月—2009年12月，來(lái)源于國(guó)家氣象局網(wǎng)站。按照研究需要對(duì)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行了插值處理，像元大小及投影類型與MODIS NDVI數(shù)據(jù)保持一致。

3)野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)包括植被參數(shù)和土壤參數(shù)。植被數(shù)據(jù)是指植被中N，P及K等營(yíng)養(yǎng)元素的含量，按照不同生態(tài)系統(tǒng)類型進(jìn)行實(shí)地采樣，用于生態(tài)系統(tǒng)積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)價(jià)值的計(jì)算；土壤參數(shù)是實(shí)測(cè)的不同類型土壤的容重、營(yíng)養(yǎng)元素含量、粒徑組成等指標(biāo)，主要用于生態(tài)系統(tǒng)土壤保持部分價(jià)值的計(jì)算。

4)其他數(shù)據(jù)。其他數(shù)據(jù)包括： 河北省DEM，柵格格式，空間分辨率為90 m；河北省1∶100萬(wàn)土壤類型圖，包括矢量格式及對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)；河北省1∶100萬(wàn)行政邊界圖，矢量格式，含有地級(jí)市及區(qū)縣的邊界數(shù)據(jù)。

2 研究方法

一定區(qū)域內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的總價(jià)值是區(qū)域內(nèi)所有生態(tài)系統(tǒng)提供的所有服務(wù)功能價(jià)值的總和，隨區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量、面積以及類型的變化而變化?？紤]到遙感技術(shù)的特點(diǎn)和研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，本文確定了研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的指標(biāo)體系，包括5項(xiàng)服務(wù)功能、8項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)和3項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量，如表1所示。

表1 基于遙感手段的生態(tài)資產(chǎn)評(píng)估指標(biāo)Tab.1 Evaluation indicators of ecosystem services assessment based on remote sensing

以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量為基礎(chǔ)，參考中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》(LY/T 1721-2008)[20]中的價(jià)格參數(shù)取值標(biāo)準(zhǔn)，按照一定的經(jīng)濟(jì)學(xué)模型，計(jì)算2000—2009年河北省各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。計(jì)算流程見(jiàn)圖1。

圖1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估流程Fig.1 Flowchart of ecosystem services value assessment

3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量評(píng)估模型

3.1 植被凈初級(jí)生產(chǎn)力估算

采用了基于光能利用率的NPP估算模型對(duì)研究區(qū)內(nèi)的NPP進(jìn)行估算。該模型認(rèn)為NPP可以由植物吸收的光合有效輻射(APAR)和實(shí)際光能利用率(ε)2個(gè)因子來(lái)表示[21]，其計(jì)算式為

NPP(x,t)=APAR(x,t)ε(x,t),

(1)

式中:APAR(x,t)為像元x在t月吸收的光合有效輻射,gC·m-2·月-1；ε(x,t)為像元x在t月的實(shí)際光能利用率,gC·MJ-1。植被在理想條件下具有最大的光能利用率εmax，在實(shí)際情況下最大光能利用率分別受到溫度和水分的影響，即低溫和高溫對(duì)光能利用率的脅迫系數(shù)Tε1(x,t)和Tε2(x,t)以及水分脅迫系數(shù)Wε(x,t),式(1)也可寫為

NPP(x,t)=APAR(x,t)Tε1(x,t)Tε2(x,t)Wε(x,t)εmax。

(2)

采用MODISNDVI數(shù)據(jù)、TM圖像分類得到的土地利用類型(生態(tài)系統(tǒng)類型)數(shù)據(jù)、太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)及月均溫及月降水?dāng)?shù)據(jù)，分別求出式(2)中的參數(shù)，估算出研究區(qū)2000—2009年逐年NPP。

3.2 土壤保持量估算

選用通用土壤流失方程(universalsoillossequation，USLE)模型來(lái)計(jì)算研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)土壤保持量[22]。該模型認(rèn)為區(qū)域內(nèi)土壤侵蝕量與降雨、坡度、坡長(zhǎng)、地表植被、土壤類型及管理措施等6個(gè)因素有關(guān)，即

Ar=RKLSCP,

(3)

式中：Ar為現(xiàn)實(shí)土壤侵蝕量，t·hm-2·a-1；R為降雨侵蝕力因子，MJ·mm/hm-2·h-1·a-1；K為土壤可侵蝕因子，t·hm2·h·MJ-1·mm-1·hm-2；L，S，C，P分別為坡長(zhǎng)、坡度、地表覆蓋和土壤保持措施因子，量綱均為1。

若不考慮地表植被覆蓋及土壤保持措施因子，得出的侵蝕量為區(qū)域潛在侵蝕量AP,t·hm-2·a-1，即沒(méi)有地表植被保護(hù)時(shí)的最大侵蝕量,即

Ap=RKLS。

(4)

區(qū)域土壤保持量Ac,t·hm-2·a-1，反映了地表植被以及土壤保持措施對(duì)土壤侵蝕的防治效應(yīng)，計(jì)算式為

Ac=Ap-Ar。

(5)

通過(guò)土壤屬性數(shù)據(jù)、逐月降水?dāng)?shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、TM分類得到的土地利用類型(生態(tài)系統(tǒng)類型)數(shù)據(jù)及MODISNDVI數(shù)據(jù)求得的研究區(qū)植被覆蓋度數(shù)據(jù)，分別求得研究區(qū)K，R，L，S，P及C因子的值，進(jìn)而得到2000—2009年河北省生態(tài)系統(tǒng)逐年土壤保持量。

3.3 水源涵養(yǎng)量的遙感估算

采用水量平衡法計(jì)算了研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源量。該方法以水量的輸入和輸出為著眼點(diǎn)，從水量平衡的角度，認(rèn)為降水量與森林蒸散量以及其他消耗的差即為水源涵養(yǎng)量[12]，計(jì)算式為

Q=P-E-C，

(6)

式中：Q為水源涵養(yǎng)量；P為降水量；E為生態(tài)系統(tǒng)植被蒸散量；C為地表徑流量。單位均為mm·a-1。

采用孫睿等通過(guò)年蒸散量與累積NDVI及相對(duì)濕潤(rùn)指數(shù)之間的關(guān)系建立的區(qū)域年蒸散量的評(píng)估模型，對(duì)研究區(qū)年度蒸散量進(jìn)行了計(jì)算[23]，即

(7)

(8)

(9)

采用中華人民共和國(guó)自然地理圖集中的中國(guó)河川徑流系數(shù)圖，經(jīng)數(shù)字化后轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)，得到研究區(qū)徑流系數(shù)分布圖，進(jìn)而通過(guò)年降雨量得到研究區(qū)年地表徑流量分布圖。根據(jù)區(qū)域年度降水量、蒸散量及地表徑流量數(shù)據(jù)，求得河北省生態(tài)系統(tǒng)2000—2009年逐年水源涵養(yǎng)量。

4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量評(píng)估模型

4.1 吸收固定CO2的價(jià)值

以NPP為基礎(chǔ)，根據(jù)光合作用和呼吸作用的反應(yīng)方程式推算，每形成1 g干物質(zhì)，需要1.63 g CO2。因此這部分價(jià)值可通過(guò)

V碳(x)=1.63NPP(x)R碳C碳

(10)

求出。式中：V碳(x)為像元x處生態(tài)系統(tǒng)單位面積每年吸收CO2的價(jià)值，元· hm-2·a-1；NPP(x)為像元x處單位面積每年生產(chǎn)的干物質(zhì)量，g· hm-2·a-1；R碳為CO2中碳的含量，為27.27%；C碳為碳稅率價(jià)格，元·g-1。

4.2 釋放O2的價(jià)值

以NPP為基礎(chǔ)，根據(jù)光合作用和呼吸作用的反應(yīng)方程式推算，每形成1 g干物質(zhì)，可以釋放1.19 g O2。這部分價(jià)值可通過(guò)

V氧(x)=1.19NPP(x)R氧

(11)

求出。式中：V氧(x)為像元x處生態(tài)系統(tǒng)單位面積每年釋放O2的價(jià)值，元·hm-2·a-1；NPP(x)為像元x處單位面積每年生產(chǎn)的干物質(zhì)量，g·hm-2·a-1；R氧為工業(yè)制氧價(jià)格，元·g-1。

4.3 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)與儲(chǔ)存價(jià)值

以NPP為基礎(chǔ)，根據(jù)氮(N)、磷(P)、鉀(K)的質(zhì)量分配率計(jì)算，即

V營(yíng)i(x)=∑NPP(x)r1M化/r2,

(12)

式中，V營(yíng)i(x)為像元x處生態(tài)系統(tǒng)單位面積每年吸收的i(i=N,P,K)元素價(jià)值,元·hm-2·a-1；NPP(x)為像元x處每年生產(chǎn)的干物質(zhì)量,g·hm-2·a-1；r1為不同生態(tài)系統(tǒng)中i元素在有機(jī)物質(zhì)中的分配率,%；r2為純i元素在化肥中的含量,%；M化為化肥的平均價(jià)格,元·g-1。

4.4 生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)價(jià)值

根據(jù)市場(chǎng)上有機(jī)物的價(jià)格，計(jì)算出生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)光合作用生產(chǎn)的有機(jī)質(zhì)的價(jià)值，即

V有(x)=NPP(x)M有,

(13)

式中:V有(x)為像元x處生態(tài)系統(tǒng)單位面積每年生產(chǎn)有機(jī)物的價(jià)值,元·hm-2·a-1；M有為有機(jī)質(zhì)的平均價(jià)格,元·g-1。

4.5 保護(hù)土壤肥力價(jià)值

土壤中含有N,P,K以及有機(jī)質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，生態(tài)系統(tǒng)保持土壤的作用減少了大量土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失，因此可以根據(jù)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的市場(chǎng)價(jià)值來(lái)評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)土壤肥力的價(jià)值，即

(14)

式中:V肥為單位面積生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)土壤肥力的經(jīng)濟(jì)效益，元·hm-2·a-1；Ac(x)為像元x處每年單位面積的土壤保持量，t·m-2·a-1；Mi為土壤中N，P，K的含量；Pi為氮肥、磷肥、鉀肥的價(jià)格，元·t-1；Ri為化肥中純N，P，K的含量；Q為土壤中有機(jī)質(zhì)含量，%；C為有機(jī)質(zhì)價(jià)格，元·t-1。

4.6 固定土壤價(jià)值

采用影子工程法，假定挖取和運(yùn)輸同樣體積的土方所需的費(fèi)用，估算生態(tài)系統(tǒng)固定土壤的價(jià)值，即

V固=Ac(x)C土/ρ,

(15)

式中:V固為單位面積生態(tài)系統(tǒng)年固土價(jià)值，元·hm-2·a-1；Ac(x)為像元x處每年單位面積的土壤保持量，t·m-2·a-1；C土為挖取和運(yùn)輸單位體積土方所需費(fèi)用，元·m-3；ρ為土壤容重,t·m-3。

4.7 調(diào)節(jié)水量?jī)r(jià)值

生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水量與水庫(kù)蓄水的本質(zhì)類似，本研究采用水庫(kù)工程的蓄水成本來(lái)確定生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。根據(jù)水庫(kù)工程的蓄水成本(替代工程法)計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)每年調(diào)節(jié)水量的價(jià)值，即

V調(diào)=V(x)C庫(kù)，

(16)

式中：V調(diào)為像元x處每年調(diào)節(jié)水量的價(jià)值，元·m-2·a-1；V(x)為像元x處每年單位面積的水源涵養(yǎng)量，m3·m-2·a-1；C庫(kù)為水庫(kù)建設(shè)單位庫(kù)容投資，元·m-3。

4.8 凈化水質(zhì)價(jià)值

生態(tài)系統(tǒng)凈化水質(zhì)與自來(lái)水凈化原理一致，因此在評(píng)估凈化水質(zhì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值時(shí)，可以參照居民用水平均價(jià)格，從而計(jì)算出生態(tài)系統(tǒng)每年凈化水質(zhì)的價(jià)值，即

V水質(zhì)=V(x)K,

(17)

式中:V水質(zhì)為像元x處每年凈化水質(zhì)的價(jià)值，元·m-2·a-1；K為水的凈化費(fèi)用，元·t-1。

按照年份將上述各項(xiàng)服務(wù)價(jià)值統(tǒng)一量綱后進(jìn)行加和，得到2000—2009年逐年河北省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值，見(jiàn)表2。

表2 2000—2009年河北省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值統(tǒng)計(jì)值Tab.2 Statistics of ecosystem services value of Hebei Province，2000—2009

5 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化分析

5.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值時(shí)間變化分析

從表2中可以看出，10 a間河北省生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價(jià)值的變化在1.65×108～2.20×108萬(wàn)元之間，平均值為1.90×108萬(wàn)元。最大值出現(xiàn)在2003年，最小值出現(xiàn)在2006年，其中2000年、2001年、2002年、2006年、2007年、2009年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值較小，2003年、2004年、2005年、2008年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值較大。河北生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值在8.87～12.11萬(wàn)元/hm2之間，平均值為10.24萬(wàn)元/hm2。圖2顯示了10 a間河北省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的變動(dòng)情況。

圖2 2000—2009年河北省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值變化Fig.2 Ecosystem services value’s dynamic change of Hebei Province，2000—2009

由圖2可知，河北省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值波動(dòng)顯著，趨勢(shì)線分析顯示總價(jià)值在10 a間呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，平均每年增加0.011×108萬(wàn)元，占總服務(wù)價(jià)值平均值的0.65%，但增加趨勢(shì)并不明顯(R2=0.029)。

5.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值空間變化分析

對(duì)河北省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值進(jìn)行了3個(gè)剖面的分析，如圖3所示。

(a) E118°～E114°剖面 (b) N 42°～N 40°剖面(c) N 39°～N 37°剖面

圖3 河北省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值剖面變化圖

Fig.3 Ecosystem services value profiles changes of Hebei Province

由圖3(a)可以看出，北部的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值多在20萬(wàn)元/hm2左右，而南部多在5萬(wàn)元/hm2左右，北部明顯高于南部；圖3(b)剖面代表了北部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值橫向變化情況，除西北部的壩上高原地區(qū)外，此剖面上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值一直維持在較高的水平，多在20～30萬(wàn)元/hm2之間，個(gè)別像元值達(dá)到40萬(wàn)元/hm2以上；圖3(c)剖面代表了南部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的橫向變化情況，該剖面上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值分布最不均衡，空間波動(dòng)極大，最大值超過(guò)了90萬(wàn)元/hm2，而最小值不超過(guò)10萬(wàn)元/hm2，相差數(shù)十倍之多，以太行山麓為界，此剖面的西部生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值明顯高于東部，西部間或出現(xiàn)較高的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值，而東部地區(qū)則相對(duì)平緩。

5.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化趨勢(shì)的空間分布

將2000—2009年河北省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)服務(wù)總價(jià)值按照時(shí)間順序排序進(jìn)行回歸分析，得到逐像元的回歸系數(shù)，反映10 a間逐像元生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的年度變化情況?；貧w系數(shù)為正，則該像元的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值是逐年增加的，為負(fù)則結(jié)論相反，若通過(guò)了0.1水平的顯著性檢驗(yàn)，則認(rèn)為這種增加或減少的趨勢(shì)是顯著的。2000—2009年河北省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化趨勢(shì)及其年變化量見(jiàn)圖4，變化面積見(jiàn)表3。

圖4 2000—2009年河北省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化趨勢(shì)(左)及年變化量(右)

Fig.4 Variable trend (left) and variation (right) of ecosystem services value of Hebei Province，2000—2009

表3 2000—2009年河北省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化面積Tab.3 Change areas of ecosystem services value of Hebei Province，2000—2009

如圖4所示，10 a間河北省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的變化基本呈現(xiàn)出南北兩端地區(qū)減少，中部地區(qū)增加的趨勢(shì)，其中增加部分的面積大于減少部分的面積，但顯著增加和顯著減少的面積均較小。表3的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，河北省有近10.62萬(wàn)km2面積的生態(tài)系統(tǒng)其服務(wù)總價(jià)值發(fā)生了增長(zhǎng)，其中顯著增加的面積為2.78萬(wàn)km2，占總面積的14.90%。發(fā)生增加的地區(qū)主要位于太行山山地丘陵區(qū)的北段、冀西北山間盆地區(qū)、冀東北燕山山麓平原區(qū)以及太行山以東平原區(qū)。其中太行山以東至濱海沿岸的廣大地區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值增長(zhǎng)趨勢(shì)顯著，這些地區(qū)是河北省主要的糧食作物產(chǎn)區(qū)，近年來(lái)河北省農(nóng)業(yè)發(fā)展迅猛，在種植面積、種植結(jié)構(gòu)、農(nóng)作物品種優(yōu)化、農(nóng)田水利建設(shè)等方面均取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的提升是農(nóng)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭良好的一個(gè)很好的佐證。

6 結(jié)論

1)2000—2009年間河北省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值呈現(xiàn)出波動(dòng)增加的趨勢(shì)，平均每年增加0.011×108萬(wàn)元，增加趨勢(shì)不明顯。

2)在空間分布上，2000—2009年間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)出北高南低、西高東低、山地丘陵區(qū)高于平原區(qū)的特點(diǎn)。

3)2000—2009年10 a間河北省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的空間變化呈現(xiàn)出南北兩端地區(qū)減少、中部地區(qū)增加的趨勢(shì)，其中增加部分的面積大于減少部分的面積，太行山以東至濱海沿岸的廣大地區(qū)增加顯著。

4)生態(tài)系統(tǒng)本身的復(fù)雜性和諸多不確定性決定了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究具有較高的難度，由于認(rèn)識(shí)水平及技術(shù)手段的局限性，許多服務(wù)種類尚未被認(rèn)識(shí)到，而窮盡所有服務(wù)種類的價(jià)值評(píng)估也很難實(shí)現(xiàn)。在相同的評(píng)估指標(biāo)體系下，通過(guò)連續(xù)時(shí)間序列的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行考量，研究其“增量?jī)r(jià)值”或“邊際價(jià)值”，比靜態(tài)的時(shí)間斷面研究更具有意義[24]。而通過(guò)小區(qū)域精細(xì)化實(shí)驗(yàn)研究來(lái)拓展服務(wù)價(jià)值評(píng)估種類將是未來(lái)研究的主要突破點(diǎn)；同時(shí)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化與人類活動(dòng)及氣候變化關(guān)系的探討、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估在綠色GDP測(cè)算、生態(tài)補(bǔ)償?shù)确矫娴膽?yīng)用研究也是未來(lái)的研究方向。

[1] Daily G C.Nature’s Services:Societal Dependence on Natural Ecosystem[M].Washington D C:Island Press,1997.

[2] 歐陽(yáng)志云,王效科,苗鴻.中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的初步研究[J].生態(tài)學(xué)報(bào),1999,19(5):607-613. Ouyang Z Y,Wang X K,Miao H.A primary study on Chinese terrestrial ecosystem services and their ecological-economic value[J].Acta Ecologica Sinica,1999,19(5):607-613.

[3] Westman W E.How much are nature’s service worth?[J].Science,1977,197(4307):960-964.

[4] Costanza R,d’Arge R,De Groot R,et al.The value of the world’s ecosystem services and natural capital[J].Nature,1997,387(6630):253-260.

[5] Seidl A F,Moraes A S.Global valuation of ecosystem services:Application to the Pantanal da Nhecolandia,Brazil[J].Ecological Economics,2000,33(1):1-6.

[6] Bandara R,Tisdell C.The net benefit of saving the Asian elephant:A policy and contingent valuation study[J].Ecological Economics,2004,48(1):93-107.

[7] Millennium Ecosystem Assessment.Ecosystem and Human Well-being:Synthesis[M].Washington D C:Island Press,2005.

[8] Tobias D,Mendelsohn R.Valuing ecotourism in a tropical rain-forest[J].Ambio,1991,20(2):91-93.

[9] Serafy S E.Pricing the invaluable:The value of the world’s ecosystem services and natural capital[J].Ecological Economics,1998,25(1):25-27.

[10]Bolund P,Hunhammar S.Ecosystem services in urban areas[J].Ecological Economics,1999,29(2):293-301.

[11]潘耀忠,史培軍,朱文泉,等.中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)資產(chǎn)遙感定量測(cè)量[J].中國(guó)科學(xué)D輯,2004,34(4):375-384. Pan Y Z,Shi P J,Zhu W Q,et al.Quantitative measurement of China terrestrial ecology assets based on remote sensing[J].Science in China Series D,2004,34(4):375-384.

[12]肖寒,歐陽(yáng)志云,趙景柱,等.森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)估初探——以海南島尖峰嶺熱帶森林為例[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2000,11(4):481-484. Xiao H,Ouyang Z Y,Zhao J Z,et al.Forest ecosystem services and their ecological valuation:A case study of tropical forest in Jianfengling of Hainan Island[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2000,11(4):481-484.

[13]陳芳,周志翔,肖榮波,等.城市工業(yè)區(qū)綠地生態(tài)服務(wù)功能的計(jì)量評(píng)價(jià)——以武漢鋼鐵公司廠區(qū)綠地為例[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2006,26(7):2229-2236. Chen F,Zhou Z X,Xiao R B,et al.Estimation of ecosystem services of urban green-land in industrial areas:A case study on green-land in the workshop area of the Wuhan Iron and Steel Company[J].Acta Ecologica Sinica,2006,26(7):2229-2236.

[14]趙同謙,歐陽(yáng)志云,鄭華,等.中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價(jià)值評(píng)價(jià)[J].自然資源學(xué)報(bào),2004,19(4):480-491. Zhao T Q,Ouyang Z Y,Zheng H,et al.Forest ecosystem services and their valuation in China[J].Journal of Natural Resources,2004,19(4):480-491.

[15]謝高地,魯春霞,肖玉,等.青藏高原高寒草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估[J].山地學(xué)報(bào),2003,21(1):50-55. Xie G D,Lu C X,Xiao Y,et al.The economic evaluation of grassland ecosystem services in Qinghai-Tibet Plateau[J].Journal of Mountain Science,2003,21(1):50-55.

[16]吳建寨,李波,張新時(shí).生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化在生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2007,18(11):2554-2558. Wu J Z,Li B,Zhang X S.Ecosystem service value and its application in evaluation of eco-economic harmonious development[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2007,18(11):2554-2558.

[17]Townshend J,Justice C,Li W,et al.Global land cover classification by remote sensing:Present capabilities and future possibilities[J].Remote Sensing of Environment,1991,35(2-3):234-255.

[18]Loveland T R,Merchant J W,Ohlen D O,et al.Development of a land-cover characteristics database for the conterminous U S[J].Photogrammetric Engineering and Remote Sensing,1991,57(11):1453-1463.

[19]Ehrlich D,Estes J E,Singh A.Applications of NOAA-AVHRR 1 km data for environmental monitoring[J].International Journal of Remote Sensing,1994,15(1):145-161.

[20]中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所.LY/T1721-2008森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008. Forest Ecological Environment Protection Research Institute of Chinese Academy of Forestry.LY/T1721-2008 Specifications for Assessment of Forest Ecosystem Services in China[S].Beijing:Standards Press of China,2008.

[21]Monteith J L.Solar radiation and productivity in tropical ecosystems[J].Journal of Applied Ecology,1972,9(3):747-766.

[22]Wischmeier W H,Smith D D.Predicting Rainfall Erosion Losses from Cropland East of the Rocky Mountains[M].USDA Agricultural Handbook,1965,No.282.

[23]孫睿,劉昌明,李小文.利用累積NDVI估算黃河流域年蒸散量[J].自然資源學(xué)報(bào),2003,18(2):155-160. Sun R,Liu C M,Li X W.Estimation of evapotranspiration in the Yellow River basin using integrated NDVI[J].Journal of Natural Resources,2003,18(2):155-160.

[24]傅伯杰,劉世梁,馬克明.生態(tài)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)的內(nèi)容與方法[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2001,21(11):1885-1892. Fu B J,Liu S L,Ma K M.The contents and methods of integrated ecosystem assessment(IEA)[J].Acta Ecologica Sinica,2001,21(11):1885-1892.

(責(zé)任編輯： 李瑜)

Remote sensing monitoring of spatio-temporal changes of ecosystem service values in Hebei Province, 2000—2009

XU Xu1,2, REN Feipeng3, HAN Nianlong4

(1.ShenzhenUrbanPlanning&LandResourceResearchCenter,Shenzhen518034,China；2.CollegeofResourcesScience&Technology,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China; 3.SoilandWaterConservationDepartment，YangtzeRiverScientificResearchInstitute，Wuhan430010，China；4.CenterforAssessmentandDevelopmentofRealEstate，Shenzhen518034，China)

Quite a lot of researches on the estimation of ecosystem service value have been carried out all over the world. Most of these researches were static evaluations at some points in time. From these researches we can only know the ecosystem service value of some places at some time points, but the dynamic changes of ecosystem service value could not be detected, especially in a continuous time span. In this paper, the ecosystem services valuation system and methods were developed. 5 kinds of ecosystem services, i.e., fixation of solar energy, accumulation of nutrients, gas regulation, soil conservation and water conservation, were taken into account. The continuous monthly MODIS NDVI data from 2000 to 2009 were used as the main dataset to calculate the ecosystem services value in Hebei Province. A 10-year period of ecosystem services value was calculated and dynamic changes were analyzed. It is shown that the ecosystem services value of Hebei presented a dynamic increasing trend during this 10-year period. The average values were much higher in northern and western parts as well as mountain areas than in southern and eastern parts as well as plain areas. The ecosystem service values in northern and southern parts increased during the 10-year period, and the areas where the ecosystem service value increased were larger than those where the value decreased.

ecosystem services value; MODIS NDVI data; TM image; Hebei Province

2013-11-28；

2014-02-26

國(guó)家科技支撐計(jì)劃“城市土地空間立體化利用管理技術(shù)研究”(編號(hào)： 2013BAJ05B04)、國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目“景觀格局對(duì)河流水質(zhì)的影響規(guī)律及模型研究”(編號(hào)： 41301201)及中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目“流域土地利用景觀格局與水體營(yíng)養(yǎng)鹽關(guān)系定量解析模型研究”(編號(hào)： CKSF2014023/TB)共同資助。

10.6046/gtzyyg.2015.01.30

許旭，任斐鵬，韓念龍.2000—2009年河北省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)[J].國(guó)土資源遙感，2015,27(1)：187-193.(Xu X,Ren F P,Han N L.Remote sensing monitoring of spatio-temporal changes of ecosystem service values in Hebei Province, 2000—2009[J].Remote Sensing for Land and Resources,2015,27(1)：187-193.)

TP 79; X 826; S 157

A

1001-070X(2015)01-0187-07

許旭(1984-)，男，博士，研究方向?yàn)橥恋刭Y源管理與生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)。Email: xuxu@suprc.org。