李曼， 張潔， 李園園

山西師范大學地理科學學院， 山西 臨汾 041000

生態(tài)系統(tǒng)是生物圈的基本組織單元,它不僅為人類提供各種商品,同時在維持生命的支持系統(tǒng)和環(huán)境的動態(tài)平衡方面起著不可取代的重要作用[1，2].現(xiàn)階段，生態(tài)系統(tǒng)服務價值(Ecosystem Service Value，ESV)評估，已成為生態(tài)經(jīng)濟學和環(huán)境經(jīng)濟學的研究重點之一[3，4].近些年我國在生態(tài)系統(tǒng)服務價值研究方面成果不斷，但對生態(tài)環(huán)境脆弱的綠洲地區(qū)研究較薄弱[5].隨著全球氣候變化、環(huán)境變化問題的不斷出現(xiàn)，對敏感地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估越來越具有現(xiàn)實意義.

疏勒河屬于干旱區(qū)內(nèi)流河，近25 a來流域氣候存在著變暖的趨勢，降水量呈現(xiàn)微弱下降趨勢.氣溫升高，加速了冰川的消融，出山口徑流量逐年增長[6]，但移民安置綜合開發(fā)項目的實施，流域人口的迅速增長，使得以農(nóng)業(yè)為主的人口消耗了大量地表和地下水資源，以至于流域中下游地區(qū)河流斷流、濕地萎縮、植被退化、土地沙化和鹽漬化等生態(tài)環(huán)境問題愈演愈烈[7].本文基于遙感解譯資料，結(jié)合流域土地利用變化狀況，對流域生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行估算，并進一步分析流域生態(tài)系統(tǒng)服務價值的動態(tài)變化，以及土地利用類型變化對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響，以期為流域生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供參考.

1 研究區(qū)概況

疏勒河流域為我國西北地區(qū)河西走廊三大內(nèi)陸河流域之一，位于東經(jīng)92°11′～98°30′，北緯38°00′～ 42°48′之間.干流發(fā)源于青海省境內(nèi)祁連山西段的疏勒南山和托勒南山之間，西北流經(jīng)肅北縣的高山草地，穿大雪山—托勒南山間峽谷，過昌馬盆地，流經(jīng)玉門、瓜州等地，多年平均徑流量為10.31×108m3，全長670 km.本文以疏勒河干流的中下游綠洲為研究案例區(qū)，評估當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的生態(tài)價值，該案例區(qū)包含酒泉市的玉門市和瓜州縣.

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

以疏勒河流域1985年、1995年、2005年、2010年的Landsat遙感影像為基礎，利用ENVI軟件進行監(jiān)督分類和目視解譯，得到疏勒河流域25 a間土地利用數(shù)據(jù)，最后通過GIS軟件對解譯后的柵格圖進行面積的統(tǒng)計與計算.文章中將研究區(qū)的土地利用類型分為森林、草地、農(nóng)田、沼澤濕地、湖泊、荒漠等6類.

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用動態(tài)度

土地利用動態(tài)度可定量描述區(qū)域土地利用變化的速度，它對比較土地利用變化的區(qū)域差異和預測未來土地利用變化趨勢都具有積極的作用[8].若研究時間段單位為年，土地利用動態(tài)度也可以表示某類土地利用類型的年變化率.

公式中，K為某類土地利用類型的動態(tài)度.Ua、Ub分別為某類土地利用類型研究初期和研究末期的數(shù)量，單位：hm2.T為研究時段.

2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算

由于疏勒河發(fā)源于祁連山區(qū)，流域部分區(qū)域位于青藏高原邊緣.祁連山區(qū)植被類型豐富，主要有草甸、草原、荒漠、灌叢、高山植被等[9]，與青藏高原的植被類型基本相似.因此根據(jù)謝高地等人對中國整體生態(tài)系統(tǒng)服務價值評價、青藏高原地區(qū)不同土地類型的生態(tài)服務價值評價標準(表1)，結(jié)合疏勒河流域當?shù)氐膶嶋H情況以及中國整體的物價水平和消費水平，以2010年為貨幣的基準年限，計算當?shù)剡^去25 a的生態(tài)系統(tǒng)服務價值.

ESV=∑(Ak×VCk)ESVf=∑(Ak×VCfk)

公式中，ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務價值，單位：元.Ak為土地利用類型k的面積.VCk為生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)，單位：元/hm2.ESVf為第f項服務功能的生態(tài)系統(tǒng)服務價值，單位：元.VCfk為k種土地利用類型的第f項服務功能價值系數(shù)，單位：元/hm2.

表1 疏勒河流域不同生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)/元·hm-2Tab.1 Coefficients of ESV for different ecosystem types in shule river basin

2.2.3 貢獻率

為了分析各類土地利用變化對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化的影響大小(貢獻率)，采用各類用地變化產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化量占所有各類土地類型產(chǎn)生的價值變化量總絕對值的比例進行分析[10].其計算公式為

公式中，SiT為第i類土地在T時段內(nèi)的變化所產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化量占所有各類土地變化所產(chǎn)生的價值變化量絕對值的比例.ΔESViT為此類土地在T時段內(nèi)的變化所產(chǎn)生的生態(tài)服務價值變化量，單位：元.

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化

基于遙感影像解譯，疏勒河流域土地利用類型以荒漠為主，其次為草地(表2)，二者占土地總面積的96.40 %～96.62 %.區(qū)內(nèi)森林、沼澤濕地、湖泊分布范圍最小，僅占總面積的1.49 %～1.73 %.總體而言，25 a間疏勒河流域土地利用變化總趨勢呈上升狀態(tài).其中，前期(1985年～1995年)和中期(1995年～2005年)土地利用面積均呈減少趨勢，后期(2005年～2010年)土地利用面積則呈增加趨勢，5 a內(nèi)研究區(qū)土地利用面積增加了330.99 hm2，由此可見經(jīng)濟發(fā)展對土地資源的需求度.從土地利用類型的構(gòu)成上看，25 a間，流域土地利用變化總趨勢表現(xiàn)為：森林、草地、湖泊、荒漠面積均呈增加趨勢，農(nóng)田和沼澤濕地面積呈減少趨勢.但在后期，森林、沼澤濕地、湖泊、荒漠面積呈現(xiàn)上升趨勢，農(nóng)田和草地面積呈現(xiàn)減少趨勢.其中，荒漠面積增量最大，達328.47 hm2.

由表2可知，疏勒河流域各土地利用類型存在動態(tài)差異.前期，森林、草地、農(nóng)田、湖泊面積呈逐年減少趨勢，年變化率為-0.87 %、-0.16 %、-1.46 %、-1.17 %.沼澤濕地和荒漠面積呈逐年增加趨勢，年變化率為11.53 %、0.04 %.前期主要是由于區(qū)內(nèi)年平均氣溫較低，降水量偏少[6]，生態(tài)環(huán)境的脆弱致使森林、草地、農(nóng)田、湖泊面積減少，同時脆弱的生態(tài)環(huán)境也影響了荒漠面積的擴大.此外，沼澤濕地面積的增加可能是因為1994年～1996年間降水量出現(xiàn)了一次峰值[6].

中期，森林、草地、農(nóng)田、湖泊面積呈逐年增加趨勢，其中農(nóng)田和湖泊的年變化率最大，分別為1.67 %、8.02 %.沼澤濕地和荒漠面積呈逐年減少趨勢，年變化率為-5.14 %、-0.1 %.中期為移民安置綜合開發(fā)項目實施年，部分荒漠被改造成綠洲，區(qū)內(nèi)荒漠面積以每年0.1 %的速度在減少，農(nóng)田面積則以每年1.67 %的速度在增加.森林和湖泊的年變化率為0.87 %、 8.02 %，二者的變化一方面是因為移民安置綜合開發(fā)項目的實施，人們更加注重生態(tài)環(huán)境的保護；另一方面，氣候變暖，流域徑流穩(wěn)中有小幅的上升，山區(qū)降水量相對較豐富，適宜天然林的生長[6].與前期相比沼澤濕地的年變化率變化最大，主要是由于隨著人口的不斷增加，人們對水資源的使用量大大增加，水資源的短缺加速了沼澤濕地的萎縮，退化后的濕地逐漸演變成草原[10].

表2 1985年～2010年疏勒河流域土地利用變化/hm2,%Tab.2 Type change of land use in shule river basin,1985～2010

后期，各土地利用類型的年變化率相對比較穩(wěn)定.其中荒漠面積的變化最大，增長了328.47 hm2，占后期總增加量的99.24 %.荒漠的增加主要是由于氣候變暖，降水量減少，徑流量雖有增加但主要供應各個綠洲的生產(chǎn)生活需要.特別是人煙較少的地區(qū)，土地沙化情況依舊十分嚴重.

3.2 疏勒河流域生態(tài)系統(tǒng)服務價值的時空變化

3.2.1 不同生態(tài)系統(tǒng)類型的價值變化

1985年～2010年間，疏勒河流域生態(tài)系統(tǒng)服務總價值呈增長態(tài)勢.25 a間生態(tài)系統(tǒng)服務總價值增加了394.59×104元，占2010年總價值的4.77 %(表3).從歷年生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成看，草地提供的生態(tài)系統(tǒng)服務價值最大，占總價值的46.19 %～51.21 %.農(nóng)田提供的生態(tài)系統(tǒng)服務價值最小，占總價值的4.16 %～5.31 %.森林、沼澤濕地、湖泊、荒漠提供的生態(tài)系統(tǒng)服務價值總和約占總價值的一半左右.

森林和湖泊的生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化均呈前期減少，中后期增加的趨勢.其中森林前期減少了8.7 %，中后期分別增加了8.74 %和0.92 %；湖泊前期減少了11.73 %，中后期分別增加了80.17 %和1.88 %.草地和農(nóng)田的生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化趨勢為前期減少，中期增加，后期減少.沼澤濕地與荒漠的變化趨勢與草地和農(nóng)田的變化趨勢剛好相反，前期為增加態(tài)勢，中期減少，后期增加.

從不同生態(tài)系統(tǒng)類型的貢獻率看：前期，沼澤濕地的貢獻率最大，達到79.09 %.在森林、草地、農(nóng)田、湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務價值均減少的情況下，由于沼澤濕地面積的增加，研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務價值不降反而增加了720.33×104元.中期在森林、草地、農(nóng)田、湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務價值均增加的情況下，由于沼澤濕地面積的減少，研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務價值依然減少了361.75×104元.由此可見沼澤濕地在研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中的重要性.湖泊的分布范圍較小，面積僅占全區(qū)的0.28 %～0.51 %，但湖泊的貢獻率在前期和中期均位居第二，后期隨著面積的增加上升至第一位，貢獻率達到54.92 %.荒漠在前期和中期的貢獻率最小，但后期由于短時間內(nèi)面積增加了328.47 hm2，荒漠的貢獻率躍居第二位，達到29.28 %，由此可見研究區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境有惡化的趨勢.

表3 1985年～2010年疏勒河流域生態(tài)系統(tǒng)服務價值/104元,%Tab.3 ESV in shule river basin from 1985 to 2010

3.2.2 不同服務功能類型的價值變化

25 a間，疏勒河流域總生態(tài)系統(tǒng)服務價值增加394.59×104元(表4).其中氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、土壤保持、廢物處理、生物多樣性等提供的生態(tài)系統(tǒng)服務價值最大，合占總價值的84.89 %～85.34 %.前期，土壤保持、食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)的生態(tài)系統(tǒng)服務功能呈減少趨勢，共降低了25.97×104元，其他6項均有不同程度的增加，合計增加了746.30×104元.這進一步表明，在前期僅有沼澤濕地和荒漠面積增加的情況下，沼澤濕地面積的增加對氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、廢物處理、生物多樣性、娛樂休閑等生態(tài)系統(tǒng)服務功能的調(diào)節(jié)作用.

中期，各項生態(tài)系統(tǒng)服務功能均產(chǎn)生了較大的波動，除土壤保持、食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)增加了25.83×104元外，其他6項均呈降低趨勢，共減少了387.57×104元.土壤保持、食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)的生態(tài)系統(tǒng)服務功能的增加主要與中期草地與農(nóng)田面積的大量增加有關.大幅下降的6項生態(tài)系統(tǒng)服務功能，恰好主要受沼澤濕地的調(diào)控，中期沼澤濕地下降的面積是總變化量的3倍，可見沼澤濕地對研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的重要影響力.

后期，各項生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值變化穩(wěn)定.僅食物生產(chǎn)的生態(tài)系統(tǒng)服務功能減少了0.03×104元，其他各項共增加了36.04×104元.各項生態(tài)系統(tǒng)服務功能提供的價值量依次為：生物多樣性>水源涵養(yǎng)>廢物處理>娛樂休閑>氣候調(diào)節(jié)>土壤保持>氣體調(diào)節(jié)>原材料生產(chǎn)>食物生產(chǎn).

表4 1985年～2010年疏勒河流域不同服務功能的價值變化/104元Tab.4 Value changes of different service function in the shule river basin from1985 to 2010

4 結(jié)論與討論

生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估是生態(tài)系統(tǒng)服務價值量化的過程.價值量的上升與下降決定著該區(qū)生態(tài)環(huán)境的變化趨勢.土地利用變化是生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化的決定性因素[11]，因此文中結(jié)合土地利用動態(tài)度、貢獻率等，動態(tài)分析不同生態(tài)系統(tǒng)類型、單項生態(tài)系統(tǒng)服務功能的價值，結(jié)論如下：

從不同生態(tài)系統(tǒng)類型提供的價值量來看，25 a間生態(tài)系統(tǒng)服務總價值增加394.59×104元.生態(tài)系統(tǒng)服務價值量最大為草地，最小為農(nóng)田，森林、沼澤濕地、湖泊、荒漠提供的生態(tài)系統(tǒng)服務價值總和占總價值的一半左右.而對生態(tài)系統(tǒng)服務價值貢獻率最大的為沼澤濕地，其次為湖泊，最小為荒漠.從單項生態(tài)系統(tǒng)服務功能的價值來看，研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務價值量主要來自：氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、土壤保持、廢物處理、生物多樣性等功能.沼澤濕地的變化是研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化的重要影響因子.

以農(nóng)業(yè)為主的綠洲，在建設滿足生產(chǎn)生活需要的農(nóng)田外，為保證綠洲生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，沼澤濕地和湖泊的促進作用不容忽視.同時，隨著移民安置綜合開發(fā)項目的實施，一方面擴大了人工綠洲面積，鹽堿荒地、風蝕地得到了改善[10].另一方面綠洲的深度發(fā)展也可能導致荒漠化的加劇[12].后期在生態(tài)系統(tǒng)服務價值增加的情況下，荒漠面積的增加量高達99.24 %.這說明研究區(qū)的整體生態(tài)環(huán)境依然有惡化的趨勢.