張 瑜, 趙曉麗, 左麗君, 張?jiān)鱿? 汪 瀟

(1.中國(guó)科學(xué)院 遙感與數(shù)字地球研究所, 北京 100101; 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049)

黃土高原生態(tài)環(huán)境脆弱，區(qū)域自然、地理?xiàng)l件復(fù)雜，加之自然災(zāi)害頻發(fā)及不合理的土地利用方式，使得生態(tài)環(huán)境不斷惡化，尤其是水資源短缺、水土流失及土地荒漠化等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題逐步加劇[1]。為保護(hù)黃土高原生態(tài)環(huán)境，實(shí)施了退耕還林還草[2]、三北防護(hù)林[3]等生態(tài)工程。已有研究表明，在一系列生態(tài)保護(hù)工程實(shí)施下，黃土高原的生態(tài)環(huán)境發(fā)生了變化[4]。生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量決定著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值[5]，因此，有必要深入研究黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空演變過(guò)程，以此揭示該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的變化過(guò)程。

隨著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值研究的不斷深入，價(jià)值評(píng)估方法日益完善。1997年價(jià)值當(dāng)量法[6]首次被提出并被用于計(jì)算全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。隨后根據(jù)中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，提出基于單位面積價(jià)值當(dāng)量因子的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估體系[7]。但是該研究是針對(duì)全國(guó)尺度的，直接將其應(yīng)用于計(jì)算區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)，評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性有待提高。故學(xué)者們相繼提出基于專(zhuān)家知識(shí)當(dāng)量修正[8]，生態(tài)區(qū)位修正[9]，社會(huì)生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)系數(shù)修正[10]及生態(tài)服務(wù)價(jià)值對(duì)土地利用變化的響應(yīng)[11]等一系列研究。這些方法的改進(jìn)使得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算更為準(zhǔn)確，但只是單一方面的修正沒(méi)有綜合考慮同一生態(tài)系統(tǒng)位于不同地理位置的服務(wù)價(jià)值差異(即空間異質(zhì)性)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響。

本文基于中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表，綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間異質(zhì)性和時(shí)間演化性，融合遙感與社會(huì)經(jīng)濟(jì)多源數(shù)據(jù)，基于植被覆蓋度和NPP[12]開(kāi)展空間異質(zhì)修正[13]，基于社會(huì)發(fā)展系數(shù)和資源稀缺系數(shù)[14]開(kāi)展時(shí)間修正，建立黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)評(píng)估模型；在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展黃土高原地區(qū)2000年、2005年、2010年間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空過(guò)程評(píng)估與動(dòng)態(tài)特征分析，以期為黃土高原生態(tài)環(huán)境治理和保護(hù)成效評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)。

1　研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1　黃土高原概況

黃土高原地跨北緯33°41°—41°16′，東經(jīng)100°52′—114°33′，東西長(zhǎng)1 000余km，南北寬約750 km，處于我國(guó)第二級(jí)地形階梯上。黃土高原跨青海省、甘肅省、寧夏回族自治區(qū)、陜西省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、山西省及河南省7個(gè)省，總面積約62萬(wàn)km2。黃土高原地勢(shì)西北高，東南低，黃土覆蓋厚度50～200 m[15]，為世界黃土面積覆蓋最大的高原。該區(qū)域植被稀疏，氣候較干旱，但夏季降水集中且雨量大，流水沖蝕作用強(qiáng)，因此在流水侵蝕作用下地表支離破碎，形成溝壑交錯(cuò)其間，造成了嚴(yán)重的水土流失[16]。黃土高原水土流失面積達(dá)到42萬(wàn)km2，年均輸入黃河泥沙16億t，是我國(guó)乃至世界上水土流失最嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)，對(duì)該區(qū)的治理乃是水土保持生態(tài)建設(shè)中最具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題[17]。

1.2　數(shù)據(jù)來(lái)源

所用數(shù)據(jù)包括遙感數(shù)據(jù)、專(zhuān)題數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)三大類(lèi)。其中，遙感數(shù)據(jù)有NPP和NDVI數(shù)據(jù)。NPP和NDVI數(shù)據(jù)分別來(lái)自美國(guó)NASA衛(wèi)星中心發(fā)布的MOD17A3的凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)和MOD13A3的歸一化植被指數(shù)(NDVI)，均為1 km的柵格數(shù)據(jù)。

土地覆蓋專(zhuān)題數(shù)據(jù)基于中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所等單位利用遙感監(jiān)測(cè)方法構(gòu)建的中國(guó)1∶25萬(wàn)比例尺長(zhǎng)時(shí)間序列中國(guó)土地覆蓋數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)是基于30 m分辨率的TM影像，采用人機(jī)交互目視解譯完成的全國(guó)多期土地覆蓋矢量數(shù)據(jù)，其土地覆蓋遙感監(jiān)測(cè)分類(lèi)系統(tǒng)包括6個(gè)一級(jí)分類(lèi)，25個(gè)二級(jí)分類(lèi)。一級(jí)分類(lèi)為：森林、草地、農(nóng)田、聚落、濕地水體、荒漠[18]。在此基礎(chǔ)上，利用GIS技術(shù)構(gòu)建了2000年、2005年、2010年的黃土高原地區(qū)土地覆蓋一級(jí)分類(lèi)的1 km柵格數(shù)據(jù)。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)包括恩格爾系數(shù)、GDP、城鎮(zhèn)化率、人口密度、“三廢”治理費(fèi)用、三大糧食產(chǎn)量、種植面積比例及單位面積凈利潤(rùn)。前五項(xiàng)來(lái)自中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒和研究省份統(tǒng)計(jì)年鑒，后三項(xiàng)來(lái)自全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編。

采用的投影為雙標(biāo)準(zhǔn)緯線等面積割圓錐投影，用全國(guó)統(tǒng)一的中央經(jīng)線和雙標(biāo)準(zhǔn)緯線，中央經(jīng)線為東經(jīng)105°，雙標(biāo)準(zhǔn)緯線為北緯25°和北緯47°，所采用的橢球體是KRASOVSKY橢球體。

2　研究方法及改進(jìn)

本文基于中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表，考慮到該表是針對(duì)全國(guó)平均水平，故應(yīng)用于建立黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)評(píng)估模型時(shí)，需進(jìn)行以下4個(gè)方面的修正。首先，為了體現(xiàn)同類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)在不同區(qū)域服務(wù)價(jià)值的差異，對(duì)價(jià)值當(dāng)量表進(jìn)行空間異質(zhì)修正，實(shí)現(xiàn)從全國(guó)到區(qū)域再到單位面積的尺度轉(zhuǎn)換。其次，不同的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平下，人類(lèi)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)關(guān)系的認(rèn)識(shí)深淺不一，導(dǎo)致對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估有所變化，故需對(duì)價(jià)值當(dāng)量表進(jìn)行社會(huì)發(fā)展系數(shù)修正。再者，由于生態(tài)資源供給關(guān)系變化時(shí)，價(jià)值也會(huì)隨之改變，故也需對(duì)價(jià)值當(dāng)量進(jìn)行資源稀缺度修正。以上通過(guò)對(duì)價(jià)值當(dāng)量表的修正實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能量的確定，同時(shí)也需考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能單位面積價(jià)值，本文計(jì)算不同時(shí)期黃土高原總服務(wù)價(jià)值時(shí)均采用2005年不變價(jià)格作為依據(jù)，從而減弱市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的影響。經(jīng)過(guò)以上步驟，建立黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)評(píng)估模型。

圖1研究方法改進(jìn)技術(shù)路線

2.1　空間異質(zhì)修正

同一類(lèi)型生態(tài)系統(tǒng)在不同地區(qū)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形態(tài)差異明顯，導(dǎo)致其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值也有所不同。研究發(fā)現(xiàn)植被覆蓋度的不同會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的不同[19]；生物量在其形成和累積的過(guò)程中，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能會(huì)產(chǎn)生重要影響[6]，該要素在黃土高原尤為重要。黃土高原東西部水熱條件不同，導(dǎo)致不同位置的同一類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)植被狀況差異大，因此，本文選取植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)和植被覆蓋度[9]來(lái)進(jìn)行空間異質(zhì)修正。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值基準(zhǔn)價(jià)格是全國(guó)平均水平狀況下的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，這里黃土高原選取三大糧食主產(chǎn)物水稻、小麥和玉米(由統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)可知，三大糧食產(chǎn)物種植面積約占農(nóng)作物種植總面積70%)，因此首先需要用研究區(qū)的糧食產(chǎn)量對(duì)價(jià)值當(dāng)量進(jìn)行粗修正，以實(shí)現(xiàn)價(jià)值當(dāng)量表從全國(guó)到黃土高原的尺度轉(zhuǎn)換，公式如下：

(1)

式中：Q1為研究區(qū)的糧食修正系數(shù)；r和R，w和W以及c和C分別為研究區(qū)和全國(guó)的水稻、小麥、玉米每公頃產(chǎn)量。

一定區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量可表述為：

(2)

式中：i=1,2，…，6，表示生態(tài)系統(tǒng)的類(lèi)型；ESVi表示第i類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

(3)

式中：j=1,2,…，9，表示第i類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)的第j種生態(tài)服務(wù)功能；t=1,2，…，n,表示一定區(qū)域內(nèi)第i類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)在空間上分布的像元數(shù)；Qjt為研究區(qū)任一像元NPP和植被覆蓋度(植被覆蓋度由NDVI計(jì)算所得)的修正系數(shù)，NPPt和ft為研究區(qū)t像元的凈初級(jí)生產(chǎn)力和植被覆蓋度；NPPmean和fmean為研究區(qū)第i類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)植被凈初級(jí)生產(chǎn)力的均值和植被覆蓋度的均值。

通過(guò)對(duì)黃土高原進(jìn)行NPP和植被覆蓋度修正，實(shí)現(xiàn)價(jià)值當(dāng)量表從黃土高原到像元尺度的轉(zhuǎn)換。因此，研究區(qū)的空間異質(zhì)修正系數(shù)Q可表述為：

Q=Q1×Qjt

(4)

2.2　社會(huì)發(fā)展系數(shù)修正

人類(lèi)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的認(rèn)識(shí)是隨著時(shí)間不斷變化的，不同的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r下，人類(lèi)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識(shí)深淺不一。黃土高原跨7個(gè)省域，不同省域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異明顯，通過(guò)查閱大量相關(guān)文獻(xiàn)，這里選取黃土高原7省的恩格爾系數(shù)[14]、GDP[20]和城鎮(zhèn)化率[21]3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行社會(huì)發(fā)展系數(shù)修正。恩格爾系數(shù)是食品支出總額占個(gè)人消費(fèi)支出總額的比重。GDP是核算國(guó)民經(jīng)濟(jì)的核心指標(biāo)，也是衡量一個(gè)國(guó)家或地區(qū)總體經(jīng)濟(jì)狀況的重要指標(biāo)。城鎮(zhèn)化是人口從農(nóng)村向城市遷移聚集的過(guò)程，同時(shí)也帶來(lái)地域景觀、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及生活方式的變化。采用經(jīng)濟(jì)學(xué)上的皮爾生長(zhǎng)曲線模型來(lái)表示社會(huì)發(fā)展階段系數(shù)。

(5)

式中：l為與現(xiàn)實(shí)支付意愿有關(guān)的社會(huì)發(fā)展階段系數(shù)；L為極富階段的支付意愿，取值為1；e為自然對(duì)數(shù)；En為恩格爾系數(shù)。

由于各地區(qū)的福利待遇、價(jià)格體系等差異較大，只用恩格爾系數(shù)來(lái)反應(yīng)社會(huì)發(fā)展階段系數(shù)可能導(dǎo)致誤差，因此，引入GDP和城鎮(zhèn)化率來(lái)進(jìn)一步修正社會(huì)發(fā)展階段系數(shù)，如下：

(6)

式中：D為研究區(qū)的社會(huì)發(fā)展系數(shù)，l，U和GDP為研究區(qū)各省的社會(huì)發(fā)展階段系數(shù)、城鎮(zhèn)化水平和GDP產(chǎn)值；lmean，Umean和GDPmean為全國(guó)平均水平的社會(huì)發(fā)展階段系數(shù)、城鎮(zhèn)化水平和GDP均值。

2.3　資源稀缺系數(shù)修正

資源稀缺度是反映某區(qū)域在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展過(guò)程中生態(tài)資源需求量與供給量之間的關(guān)系[22]。生態(tài)系統(tǒng)資源稀缺度變化時(shí)，依據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)上的供求關(guān)系，其價(jià)值也會(huì)發(fā)生變化。黃土高原人口密度差異大，生態(tài)資源需求量與人口總數(shù)[12]呈線性相關(guān)性，因此選用人口密度來(lái)進(jìn)行資源稀缺系數(shù)修正，如下：

(7)

式中：S是資源稀缺系數(shù)；p和P是研究區(qū)人口密度和全國(guó)平均人口密度。

2.4　黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能單位面積價(jià)值的確定

1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子是指1 hm2全國(guó)平均產(chǎn)量的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。以三大糧食主產(chǎn)物稻谷、小麥和玉米單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)糧食生產(chǎn)的凈利潤(rùn)按種植面積比例加權(quán)分配，作為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的價(jià)值量。2000年、2005年及2010年糧食的凈利潤(rùn)受市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的影響很大，所以如果用當(dāng)年凈利潤(rùn)計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的話，無(wú)法區(qū)分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化是糧食凈利潤(rùn)的變化還是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的變化導(dǎo)致的。因此這里采用2005年糧食的凈利潤(rùn)作為不變價(jià)格來(lái)計(jì)算黃土高原生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的價(jià)值量[14]。公式如下：

(8)

式中：P是黃土高原1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位當(dāng)量因子的價(jià)值量；m=1,2,3分別指稻谷、小麥及玉米；N是1 kg糧食主產(chǎn)物的凈利潤(rùn)；Y是單位面積糧食產(chǎn)量；am是黃土高原稻谷、小麥及玉米的種植面積；A是黃土高原三大糧食主產(chǎn)物種植總面積。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，黃土高原在2005年1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位當(dāng)量因子的價(jià)值量是1 843.1元/hm2，并根據(jù)公式10計(jì)算得到的黃土高原2000年、2005年及2010年當(dāng)量的修正系數(shù)，結(jié)合中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表，可得到森林、草地、農(nóng)田、濕地水體以及荒漠的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能單位面積價(jià)值。

由于中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表中沒(méi)有考慮聚落的服務(wù)價(jià)值，因此單獨(dú)考慮聚落的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能單位面積價(jià)值。其中，聚落在氣體調(diào)節(jié)價(jià)值、廢物處理價(jià)值和水文調(diào)節(jié)價(jià)值采用防治成本法計(jì)算，通過(guò)各省的廢氣、廢水、廢物治理投入金額，以研究區(qū)與各省聚落面積比例作為權(quán)重，通過(guò)面積加權(quán)計(jì)算黃土高原聚落的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；聚落提供美學(xué)景觀價(jià)值，同樣的按照面積加權(quán)方式取各省旅游收入的1/3[23]。

2.5　黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估模型建立

在進(jìn)行了空間異質(zhì)修正、社會(huì)發(fā)展系數(shù)修正、資源稀缺系數(shù)修正及確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能單位面積價(jià)值后，得到研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值為：

(9)

Rjt=Q×D×S

(10)

式中：i,j,t如上所述；ESVij為第i類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)的第j種生態(tài)服務(wù)功能的單位面積價(jià)值；Rjt表示每個(gè)像元的修正系數(shù)；Ajt表示各個(gè)像元的面積，如果為等面積投影，則為給定的常數(shù)，ESVs為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值。

在ArcGIS平臺(tái)支持下，對(duì)空間異質(zhì)修正結(jié)果按省邊界進(jìn)行分割，與計(jì)算所得的各省社會(huì)發(fā)展系數(shù)、資源稀缺系數(shù)進(jìn)行疊加，得到黃土高原價(jià)值當(dāng)量修正結(jié)果。然后按6類(lèi)土地覆蓋類(lèi)型進(jìn)行分割，與中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能單位面積價(jià)值進(jìn)行疊加，計(jì)算可得黃土高原2000年、2005年及2010年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

3　結(jié)果與分析

3.1　生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量修正結(jié)果

3.1.1空間異質(zhì)修正結(jié)果黃土高原3 a空間異質(zhì)系數(shù)大于1的區(qū)域主要分布在黃土高原東部、南部和西南部(圖2)，表明這些區(qū)域的植被覆蓋度和凈初級(jí)生產(chǎn)力高于黃土高原平均水平?？臻g異質(zhì)系數(shù)低于0.5的區(qū)域集中在黃土高原西北、西部，主要是這些區(qū)域的自然條件比黃土高原平均水平差；結(jié)合土地覆蓋類(lèi)型圖發(fā)現(xiàn)，這些區(qū)域與荒漠分布大致吻合，荒漠的水熱條件相對(duì)差，導(dǎo)致植被覆蓋度和凈初級(jí)生產(chǎn)力低于黃土高原平均水平。

比較黃土高原不同時(shí)期的空間異質(zhì)修正系數(shù)圖，可以看到修正系數(shù)為1～2的區(qū)域逐漸由東南向西北擴(kuò)張，修正系數(shù)為0～0.5的區(qū)域表現(xiàn)為先增加后減小。受地理環(huán)境因素的影響，不同地區(qū)同種土地覆蓋類(lèi)型的植被覆蓋度和凈初級(jí)生產(chǎn)力差異明顯，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，因此對(duì)黃土高原進(jìn)行空間異質(zhì)修正是很有必要的。

3.1.2社會(huì)發(fā)展系數(shù)修正結(jié)果除內(nèi)蒙古自治區(qū)2005年和2010年的社會(huì)發(fā)展系數(shù)大于1外，黃土高原其余6省在2000年、2005年及2010年社會(huì)發(fā)展系數(shù)均低于1(圖3A)，說(shuō)明黃土高原社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展整體水平低于全國(guó)平均水平。這主要是因?yàn)辄S土高原地理環(huán)境和氣候條件較差，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度低于全國(guó)平均水平，而內(nèi)蒙古自治區(qū)能源礦產(chǎn)豐富、畜牧業(yè)發(fā)達(dá)，所以社會(huì)發(fā)展系數(shù)高。從社會(huì)發(fā)展系數(shù)變化角度分析，2000—2010年黃土高原各省的社會(huì)發(fā)展系數(shù)不同程度的增加。

3.1.3資源稀缺系數(shù)修正結(jié)果黃土高原7省在2000—2010年各省資源稀缺系數(shù)變化不大，主要是各省人口總數(shù)變化不明顯(圖3B)。比較黃土高原7省的資源稀缺系數(shù)，差異明顯。資源稀缺系數(shù)最大的是河南省，其次是山西、陜西，并且這3個(gè)省的資源稀缺系數(shù)大于1，即相比于全國(guó)平均水平，這3個(gè)省由于人口總數(shù)大導(dǎo)致資源更緊缺；寧夏回族自治區(qū)和甘肅省資源稀缺系數(shù)介于0.8～1；內(nèi)蒙古自治區(qū)資源稀缺系數(shù)約為0.6，低于全國(guó)平均水平，是由于內(nèi)蒙古自治區(qū)自然資源儲(chǔ)量大且人口密度??；青海省資源稀缺系數(shù)最低，主要是由于人口密度小。

圖2　黃土高原空間異質(zhì)修正系數(shù)

圖3　黃土高原社會(huì)發(fā)展系數(shù)修正(A)及黃土高原資源稀缺系數(shù)修正(B)

3.2　黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空特征分析

采用黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估模型，計(jì)算黃土高原2000年、2005年及2010年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(圖4)。

圖4　黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值

3.2.1黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)間變化分析黃土高原在2000年、2005年及2010年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值分別為6 333.91億元、7 679.95億元及9 390.46億元，整個(gè)時(shí)段增幅達(dá)48%。2010年黃土高原9項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值由大到小依次為：保持土壤>維持生物多樣性>水文調(diào)節(jié)>氣候調(diào)節(jié)>廢物處理 >食物生產(chǎn)>提供美學(xué)景觀>原材料生產(chǎn)>氣體調(diào)節(jié)(表1)。黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中保持土壤價(jià)值居首位，約占黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值的1/4；其中，森林和草地提供的保持土壤價(jià)值約占80%，這說(shuō)明黃土高原治理水土流失問(wèn)題的關(guān)鍵在于保持和提高森林和草地的質(zhì)量。維持生物多樣性價(jià)值居第二位，約占總服務(wù)價(jià)值的1/5。黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值中，氣體調(diào)節(jié)價(jià)值較低，只占總服務(wù)價(jià)值2%左右，主要是因?yàn)辄S土高原濕地和森林少，而氣體調(diào)節(jié)主要依賴(lài)于濕地和森林生態(tài)系統(tǒng)[5]。

2000—2005年，黃土高原森林生態(tài)系統(tǒng)和草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增量約占服務(wù)價(jià)值總增量的70%，表明黃土高原生態(tài)環(huán)境的改善主要得益于森林和草地面積的增加。其次，對(duì)黃河河道清淤、上游生態(tài)建設(shè)減少水土流失等措施收效顯著，故濕地水體生態(tài)服務(wù)價(jià)值增加，且增量約占總增量的18%。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值也有較大增加，約占服務(wù)價(jià)值總增量的11%，主要源于農(nóng)藥化肥的使用、農(nóng)田水利灌溉設(shè)施的建設(shè)及機(jī)械化耕作等方面。國(guó)家對(duì)荒漠的治理使得荒漠生態(tài)環(huán)境逐漸改善，其服務(wù)價(jià)值增加近2.8億元。

表1　2010年黃土高原各土地覆蓋類(lèi)型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值　億元

2005—2010年，黃土高原生態(tài)服務(wù)價(jià)值持續(xù)增加，其中約40%的服務(wù)價(jià)值增量由草地貢獻(xiàn)，退耕還草生態(tài)工程效益明顯，加上合理放牧使得草地生態(tài)恢復(fù)。森林生態(tài)服務(wù)價(jià)值增速較前一時(shí)段有所降低，下降8%左右，原因是前期造林多、收效快，后一階段造林速度減緩。濕地水體服務(wù)價(jià)值增加約318億元。農(nóng)田服務(wù)價(jià)值增量約占價(jià)值總增量的13%，增速較2000—2005年提高2%，主要是農(nóng)民耕作水平的進(jìn)一步提高和機(jī)械化的推廣。聚落的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少速度變緩，原因是對(duì)于工業(yè)三廢的治理力度加強(qiáng)及居民生活垃圾集中處理，降低對(duì)環(huán)境的污染。

3.2.2黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間差異分析從空間上來(lái)看，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值高的區(qū)域分布在山西、河南及陜西中部和南部，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增速最快的是內(nèi)蒙古自治區(qū)。對(duì)比不同時(shí)期黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值圖發(fā)現(xiàn)，黃土高原東南部單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為200～600的區(qū)域面積在增大，并且單位面積價(jià)值也有所增加(圖4)。這是由于東南部黃土厚度高于西北部，并且東部海拔比西部低，更適宜植被生長(zhǎng)；此外，由于三北防護(hù)林[9]的生態(tài)工程建設(shè)，東南部森林的面積增加，也使得該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加。黃土高原西北部的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值也表現(xiàn)為增加，結(jié)合土地覆蓋數(shù)據(jù)分析，主要是由于退耕還草的政策[3]落實(shí)良好，使得草地面積增加，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善，該區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加。2000—2005年，土地覆蓋類(lèi)型變化較大，主要發(fā)生在內(nèi)蒙古、寧夏北部及甘肅東部、陜西北部，主要方式是農(nóng)田轉(zhuǎn)換為草地和林地。2005—2010年土地覆蓋類(lèi)型變化相對(duì)減弱，比較明顯的是內(nèi)蒙古自治區(qū)的黃河河段附近區(qū)域植被覆蓋度增加。

結(jié)合土地覆蓋變化分析各省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加顯著，這與該區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展快、草場(chǎng)面積增加等關(guān)系密切。陜西省中部和南部森林和草地分布廣且質(zhì)量改善，因此生態(tài)服務(wù)價(jià)值高、增加明顯；陜西北部草地覆蓋度從2000—2010年呈增加趨勢(shì)，所以生態(tài)服務(wù)價(jià)值相應(yīng)增加。山西省耕地以水田和水澆地為主，水田和水澆地相比于旱地植被長(zhǎng)勢(shì)更好，且山西省森林面積大，故生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最高。寧夏回族自治區(qū)土地覆蓋類(lèi)型以草地和農(nóng)田為主，全省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加明顯，農(nóng)田耕種水平提高、社會(huì)發(fā)展系數(shù)提高是其增加的主要原因。甘肅省主要土地覆蓋類(lèi)型是草地和農(nóng)田，但由于社會(huì)發(fā)展系數(shù)低、海拔高及水熱條件不適宜，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能較低且增加不明顯。青海省土地覆蓋類(lèi)型以草地、農(nóng)田和森林為主，該區(qū)自然條件較差，導(dǎo)致糧食產(chǎn)量低，并且資源稀缺度低，因此青海省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值低。河南省只有小部分區(qū)域?qū)儆邳S土高原，主要土地覆蓋類(lèi)型為農(nóng)田和森林，該區(qū)域水源充足，氣候適宜，植被生長(zhǎng)狀況好，且資源稀缺度高，因此生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值高。

4　結(jié)論與討論

(1) 建立了黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)評(píng)估模型。本文結(jié)合黃土高原地域特色，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量進(jìn)行修正，提高了原有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估模型的時(shí)空適用性?？臻g尺度上利用植被覆蓋度和NPP數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，能夠直觀的顯示不同區(qū)域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的差異；同時(shí)，考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和資源稀缺度，探索不同時(shí)期生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量隨時(shí)間的變化，使得生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估模型能夠反映社會(huì)發(fā)展的映射作用。

(2) 黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值模型計(jì)算2000年、2005年及2010年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分別為6 333.91億元、7 679.95億元及9 390.46億元，從2000—2010年，增幅達(dá)48%。2000—2005年，黃土高原森林生態(tài)系統(tǒng)和草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增量約占服務(wù)價(jià)值總增量的70%。2005—2010年，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總增量約有40%由草地貢獻(xiàn)。在黃土高原各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中，保持土壤價(jià)值居首位，并且森林和草地提供了近80%的服務(wù)價(jià)值，因此黃土高原治理水土流失問(wèn)題的關(guān)鍵在于保持和提高森林和草地的質(zhì)量。

(3) 黃土高原各省的生態(tài)服務(wù)價(jià)值存在差異，社會(huì)經(jīng)濟(jì)和自然地理環(huán)境共同影響著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值高的區(qū)域分布在山西、河南及陜西中部和南部，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增速最快的是內(nèi)蒙古自治區(qū)。寧夏回族自治區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值增加明顯，青海、甘肅省服務(wù)價(jià)值低且無(wú)明顯增加。因此，為了提高黃土高原的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，應(yīng)該綜合各省的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和自然地理環(huán)境，因地制宜的改善黃土高原的生態(tài)系統(tǒng)狀況。

對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估方法進(jìn)行修正時(shí)，考慮了空間異質(zhì)性、社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r及資源稀缺度，在選取指標(biāo)時(shí)具有一定的主觀性，缺乏對(duì)眾多因素的比較評(píng)價(jià)，在接下來(lái)的工作中，希望在這方面做出進(jìn)一步的研究。另一方面為了分析黃土高原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與社會(huì)經(jīng)濟(jì)之間的相互影響機(jī)制，嘗試?yán)妹舾行苑治鯷21]、社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)度分析[9]等方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟慶香.基于遙感、GIS和模型的黃土高原生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)[D].陜西楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2006.

[2]許炯心.黃土高原生態(tài)環(huán)境建設(shè)的若干問(wèn)題與研究需求[J].水土保持研究,2000,7(2):10-13.

[3]Duan H, Yan C, Tsunekawa A, et al. Assessing vegetation dynamics in the Three-North Shelter Forest region of China using AVHRR NDVI data[J]. Environmental Earth Sciences, 2011,64(4):1011-1020.

[4]Liu J, Li S, Ouyang Z, et al. Ecological and socioeconomic effects of China′s policies for ecosystem services[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2008,105(28):9477-9482.

[5]Du X, Huang Z. Ecological and environmental effects of land use change in rapid urbanization:The case of hangzhou, China[J]. Ecological Indicators, 2017,81:243-251.

[6]Costanza R, d′Arge R, Groot R D, et al. The value of the world′s ecosystem services and natural capital[J]. Nature, 1998,25(1):3-15.

[7]謝高地,魯春霞,冷允法,等.青藏高原生態(tài)資產(chǎn)的價(jià)值評(píng)估[J].自然資源學(xué)報(bào),2003，18(2):189-196.

[8]謝高地,甄霖,魯春霞,等.一個(gè)基于專(zhuān)家知識(shí)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值化方法[J].自然資源學(xué)報(bào),2008，23(5):911-919.

[9]唐秀美,陳百明,路慶斌,等.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的生態(tài)區(qū)位修正方法[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2010,30(13):3526-3535.

[10]宋佳楠,梅建屏,金曉斌,等.基于協(xié)調(diào)系數(shù)修正的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值測(cè)算研究[J].地理與地理信息科學(xué),2010，26(1):86-89.

[11]曹銀貴,白中科,景明,等.土地利用變化對(duì)區(qū)域生態(tài)服務(wù)價(jià)值的影響研究[J].水土保持研究,2013,20(6):256-261.

[12]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].地球科學(xué),2004,34(4):375-384.

[13]張曉楠,宋宏利,李振杰.基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)的區(qū)域生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間分異規(guī)律研究[J].水土保持研究,2012,19(6):168-171.

[14]胡喜生,洪偉,吳承禎.土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)估算模型的改進(jìn)與應(yīng)用:以福州市為例[J].資源科學(xué),2013,35(1):30-41.

[15]高海東,李占斌,李鵬,等.基于土壤侵蝕控制度的黃土高原水土流失治理潛力研究[J].地理學(xué)報(bào),2015,70(9):1503-1515.

[16]Fu B, Liu Y, Lü Y, et al. Assessing the soil erosion control service of ecosystems change in the Loess Plateau of China[J]. Ecological Complexity, 2011,8(4):284-293.

[17]姚文藝,李勉.黃土高原土壤侵蝕及綜合治理研究評(píng)述[J].中國(guó)水土保持,2005(4):15-17.

[18]張,増祥.中國(guó)土地覆蓋遙感監(jiān)測(cè)[M].北京:星球地圖出版社,2010.

[19]畢曉麗,葛劍平.基于IGBP土地覆蓋類(lèi)型的中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估[J].山地學(xué)報(bào),2004,22(1):48-53.

[20]蘇飛,張平宇.基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展評(píng)價(jià):以大慶市為例[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2009,28(3):471-477.

[21]姚成勝,劉耀彬.福建省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化對(duì)土地利用變化驅(qū)動(dòng)因子的敏感性分析[J].農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究,2010,26(1):80-85.

[22]徐中民,龍愛(ài)華.中國(guó)社會(huì)化水資源稀缺評(píng)價(jià)[J].地理學(xué)報(bào),2004,59(6):982-988.

[23]武文婷.杭州市城市綠地生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估研究[D].南京:南京林業(yè)大學(xué),2011.