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第23卷 第8期干 旱 区 资 源 与 环 境Vol.23No.82009年8月Journal ofArid Land Resources and EnvironmentAug.2009文章编号:1003-7578(2009)08-009-05基于RS/GIS的呼和浩特市生态系统服务价值评估3王玉梅,常学礼,丁俊新,魏兴华(鲁东大学地理与规划学院,山东 烟台,264025)提 要:借助于T M遥感资料和GIS方法,对研究区19952005年的土地利用/土地覆盖变化进行分析,并计算在此驱动下生态系统服务价值的变化。采用Costanza的生态系统服务价值计算公式及谢高地等人的单位面积生态服务价值表进行计算,结果表明:1)19952005年,呼和浩特市耕地、湿地和未利用土地逐年减少;而林地、草地有所增加;社会用地面积迅速增加,10年间增加了66.932km2;2)生态系统服务总价值变化幅度很小,研究期内仅增长了1.0983亿元;3)森林、草地、水体的生态系统服务价值呈不断增长趋势,而耕地、湿地和未利用土地的生态系统服务价值呈不断减少趋势;4)生态系统单项服务功能价值中气体调节增量最多,主要归功于森林覆盖率的不断提高;而废物处理价值损失最多,主要是由于湿地的大面积减少所引起的。关键词:土地利用/土地覆盖变化;RS/GIS;生态系统服务价值;经济评估;呼和浩特市中图分类号:X171.1 文献标识码:A生态系统是指生物群落与其无机环境相互作用而形成的统一整体。人类作为生态系统的重要成员,其生存和发展离不开生态系统的服务功能。生态系统服务是指通过生态系统的结构、过程和功能直接或间接得到的生命支持产品和服务,可分为人类生活必需的产品和保证人类生活质量的生态功能两部分1-2。因此,生态系统服务为人类的生存和发展提供了最基本的条件,是人类所拥有的关键自然资本,而这种服务可以通过经济价值估算。国内外的许多学者对生态系统服务价值的理论与经济价值评价方法进行了研究1-7。自然生态系统随着时间的变迁而不断发生变化,现存的生态系统是自然历史发展、演替的产物。生态演替主要由于生物(包括人类)的行为所引起,物理环境虽然可以影响生态演替,但并不是导致演替的直接原因。随着人类生产力水平的不断提高,人类在生态演替中也扮演着越来越重要的角色。因此,人类都必须考虑自己的一切活动对生态系统所起的影响。作为全球环境变化研究的核心领域之一,土地利用/土地覆盖变化(Land Use and Land Cover Change,LUCC)通过改变生态系统的结构和功能,对生态系统维持其服务功能起决定性作用8。因此,LUCC驱动下的生态系统服务价值(Ecosystem ServicesValue,ESV)变化成为研究LUCC环境效应的一个重要量化指标9。土地利用方式和结构的变化是自然生态系统和人类活动相互作用的直接体现。土地利用类型的改变极大地影响了生态系统的服务功能,如气候调查、食物生产、土壤形成等,对区域生态环境产生压力,进而又对人类的生产和生活产生影响。1 呼和浩特市概况 呼和浩特市位于内蒙古自治区中部,地理坐标为:11031 11220E,3935 4125N。大地貌单元主要分为北部大青山中低山地及北麓丘陵,中部土默川平原,东南部山地及黄土丘陵沟壑。其中山地、平原、丘陵各占39.4%、30.6%、37.6%,其它占1.4%。呼市属中温带大陆性气候,冬季漫长而寒冷,夏季短暂温热而降水集中,春秋两季气候变化剧烈,沙尘暴等灾害天气频繁。年平均气温3.0,随着海拔高度3收稿日期:2008-6-24。基金项目:基于RS/GIS的呼和浩特市土地利用及景观变化监测与评价。作者简介:王玉梅(1975-),女,副教授,博士,主要研究方向为区域环境规划与评价,E-mail:.的增加由南向北,由西向东平均气温逐渐降低,差异较为明显。全市年均降水量为335.2-534.6mm,时空分布极不均匀,多集中在夏季七、八月份,降水年际变率大。全市主要耕作土壤为潮土、栗钙土和栗褐土。呼和浩特市行政辖4区,4县,1旗,即新城区、玉泉区、回民区、赛罕区和武川县、托克托县、和林格尔县、清水河县、土默特左旗。2 数据来源与研究方法2.1LUCC数据获取方法数据来源以遥感信息为主,社会、经济、自然生态环境的各类统计信息为辅,重点评价区域的社会、经济和其他自然生态环境数据主要参考呼和浩特市经济统计年鉴。以1995年、2000年和2005年的三期遥感影像为信息源,对呼和浩特市的土地利用变化进行了解译分析。对图件的具体处理借助了Map Info、Arc/info、ArcView GIS等地理信息系统技术。依据准确反映土地利用现状及体现生态系统服务功能特点的原则,重点细化生态用地类型,对呼和浩特市土地利用现状的空间分布特征,及其结构变化和空间变化趋势进行分析和评价。2.2 生态系统服务价值经济评估方法生态系统生态服务功能的测算受多种因素影响,生态系统不同类型、服务功能范畴及其价值等的表现形式复杂多样,各种功能间相互影响。在对呼和浩特市生态系统服务功能价值的核算中,主要采用Cost2anza对全球生态系统服务功能进行价值核算的方法1,同时结合国内学者的研究成果及研究区域的具体生态特征建立评估模型。在一定区域内,生态系统服务功能的总价值可表示为:V=nj=1Vj=nj=1mi=1VijSi式中:V-生态系统服务功能的总价值(元 a-1);Vj-第j项服务功能的价值;Vij-第i种类生态系统的第j项生态系统服务功能的单位价值(元 hm2a-1);Sj-第i类型生态系统的面积(hm2);n-生态系统服务功能总数;m-生态系统类型总数。各类生态系统单位面积服务价值的计算采用了谢高地等人的生态服务价值表(表1)。表1 中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值表7(元/hm2a)Tab.1 Chinese ecosystem services value unit area for different ecosystem types项 目农 田森 林草 地水 体湿 地荒 漠气体调节442.43097.0707.90.01592.70.0气候调节787.52389.1796.4407.015130.90.0水源涵养530.92831.5707.918033.213715.226.5土壤形成与保护1291.93450.91725.58.81513.117.7废物处理1451.21159.21159.216086.616086.68.8生物多样性保护628.22884.6964.52203.32212.2300.8食物生产884.988.5265.588.5265.68.8原材料88.52300.644.28.861.90.0娱乐文化8.81132.635.43840.24910.98.8总 计6114.3193346406.540676.455489371.43 结果与分析3.1 呼和浩特市土地利用结构动态变化由表2可以看出,呼和浩特市市域土地利用程度较高,2005年未利用土地为391.5947km2,仅占总面积的2.28%;耕地、林地和草地所占比重突出,三者占到市域总面积的90.12%。从LUCC总体变化趋势来看,19952005年,耕地、湿地和未利用土地逐年减少,分别比1995年减少了339.961km2、44.9624km2和60.1879km2,其中湿地降幅最多,达17.51%;而具有较强生态服务功能的林地、草地都有增加,分别比1995年增加了191.826km2和163.248km2,林地增幅达到了7.81%,说明近十年来呼和浩特市的植树造林、退耕还林还草等生态建设措施成效显著;面积增量位于第三位的是社会用地(城乡、工矿、居民建设用地),比1995年增加了66.932km2,这主要是由于社会、经济的快速发展,促使01干 旱 区 资 源 与 环 境第23卷城市化水平不断提高,同时呼和浩特市作为内蒙古自治区的政治、经济、文化、科教中心,对区内外的人口具有较强的吸引力,伴随着城市人口的迅速增加及城市规模的扩大,大量优质耕地被建设用地占用;随着水利建设的不断发展,全市的水域面积也大幅度增加,比1995年增加了23.0996km2,增幅达19.62%,增量主要来自于河渠和水库。表219952005年呼和浩特市市域土地利用变化和百分比(单位:km2)Tab.2 Territory land utilization changes during 19952005呼和浩特市域19952000200519952005年增减量面积比例%面积比例%面积比例%面积变化率%耕 地6624.76438.546499.94637.826284.80336.56-339.961-5.13林 地2455.26614.282530.48814.722647.09215.40191.8267.81草 地6395.60837.216456.30337.566558.85638.16163.2482.55水 域117.71970.68134.51980.78140.81930.8223.099619.62湿 地256.71711.49220.871.28211.75471.23-44.9624-17.51社会用地886.6165.16928.8705.40953.5485.5566.9327.55未利用土地451.78262.63417.47172.43391.59472.28-60.1879-13.32 注:湿地包括沼泽地、滩地;水域包括河渠、湖泊、水库坑塘;社会用地包括城乡、工矿、居民建设用地;未利用土地包括沙地、戈壁、盐碱地、裸土地、裸岩石砾等。3.2 呼和浩特市土地利用类型生态系统服务功能价值分析表3给出了不同时期呼和浩特市生态系统服务总价值及不同土地利用类型对总价值的贡献率。从中可以看出,呼和浩特市1995年、2000年和2005年从生态系统中获得服务功能总价值分别为148.1506亿元、147.9121亿元和149.2489亿元,分别是同期呼和浩特市GDP的1.54倍、0.83倍和0.20倍。19952005年的10年间,呼和浩特市的生态系统服务功能总价值变化幅度很小,仅增长了1.0983亿元,而GDP却增长了7.73倍。这一方面说明呼和浩特市的经济在此期间得到了迅速发展,GDP迅速提高,生态系统服务功能比较稳定;另一方面也表明呼和浩特市的生态环境建设滞后于经济的发展,没有建立起合理的、功能完善的资源、生态服务机制,经济发展与生态环境保护之间没有实现协调统一,急需加强生态系统的功能建设,为经济的进一步持续快速发展提供良好的物质基础。表319952005年呼和浩特市土地利用类型生态系统服务价值(ESV)及构成变化Tab.3 Ecosystem services value for each land use/cover category between 1995 and 2005 in Huhhot city耕 地森 林草地水体湿地未利用土地合计1995年ESV/亿元40.505847.470140.97354.788414.24500.1678148.1506所占比例%27.3432.0427.663.239.620.111002000年ESV/亿元39.742648.924441.36235.471812.25590.1550147.9121所占比例%26.8733.0827.963.708.290.101002005年ESV/亿元38.427251.178942.01935.728011.75010.1454149.2489所占比例%25.7534.2928.153.847.870.101001995-2005年ESV增减量-2.07863.70881.04580.9396-2.4949-0.02241.0983变化率%-5.137.812.5519.62-17.51-13.350.74注:未利用土地的单位面积生态服务价值按荒漠计算;社会用地的单位面积生态服务价值为0,所以未列入表中。各种生态用地类型中,林地提供的ESV最高,2005年为51.1789亿元,与1995年相比增长了3.7088亿元,占总价值的比例由1995年的32.04%提高到了2005年34.29%,而且由于森林覆盖率相对还较低,2005年为15.42%,随着森林覆盖率的不断提高,仍将呈现增长趋势。草地面积虽然在各类用地中所占比例最大,2005年为6558.856km2,占市域的38.16%,但因单位面积的ESV较低,其总ESV处于第二位,2005年为42.0193亿元,占总ESV的28.15%,亦呈增长趋势。第三为耕地,1995年时ESV为40.5058亿元,与草地仅相差0.4677亿元,但随着耕地面积的不断减少,其总ESV和所占比例分别下降到2005年的38.4272亿元和25.75%。单位面积ESV最高的是湿地生态系统(包括滩地和沼泽),为55489元(hm2yr)-1,因此,尽管其面积较小,1995年时为256.7171km2,仅占总面积的1.49%,但其ESV达到了14.2450亿元,占总价值的9.62%,处于第四位,这充分说明了湿地生态系统在生态服务方面的重要性;但随着湿地的减少,呼和浩特市的湿地ESV呈不断减少趋势,2005年下降到11.7501亿元,降幅达17.51%,10年间损失了2.4949亿元,损失量居各用地类型之首。不合理的开发占用湿地是湿地减少的直接原因,而过量开采地下水,导致地下水位下降也是造成湿地不断减少的重要原因。3.3 呼和浩特市生态系统单项服务功能价值分析11第8期王玉梅等 基于RS/GIS的呼和浩特市生态系统服务价值评估从生态系统单项服务功能价值的总体变化情况来看:气体调节、水源涵养、土壤形成与保护、生物多样性保护、原材料和娱乐文化呈现出增长趋势,但增量均较小,其中气体调节增量最多,2005年比1995年增加了0.4876亿元,增幅为3.15%,这主要归功于森林覆盖率的不断提高,因森林单位面积ESV是气体调节价值中最高的,为3097.0元/hm2a。气候调节、废物处理和食物生产呈不断减少趋势,其中废物处理减少最多,10年间损失了0.434亿元,这主要是由于湿地的大面积减少引起的。湿地和水域单位面积ESV是废物处理价值中最高的,为16086.6元/hm2a,19952005年,呼和浩特市的水域面积增加了23.0996km2,而湿地面积减少了44.9624km2,二者合计减少了21.8628km2(表4)。表419952005年呼和浩特市生态系统服务功能价值变化情况Tab.4 Estimated annual value of ecosystem service functions between 1995 and 2005 in Huhhot city生态服务功能1995200020051995-2005年ESV/亿元%ESV/亿元%ESV/亿元%ESV/亿元 变化率%气体调节15.471110.4415.634710.5715.958710.690.48763.15气候调节20.108613.5719.702813.3219.758313.24-0.3503-1.74水源涵养20.652413.9420.652513.9620.928914.020.27651.34土壤形成与保护28.464519.2128.612919.3428.900119.360.43561.53废物处理25.901217.4825.570917.2925.467217.06-0.434-1.68生物多样性保护18.375912.4018.520412.5218.806412.600.43052.34食物生产7.86025.317.76415.257.60925.10-0.251-3.19原材料6.53454.416.69714.536.95044.660.41596.36娱乐文化4.78233.234.75673.224.86973.260.08741.83合 计148.1506100147.9121100149.24891001.09820.74 从呼和浩特市生态系统单项服务功能价值的构成来看,土壤形成与保护和废物处理占有重要地位,2005年,二者分别为28.9001亿元和25.4672亿元,占总价值的19.36%和17.065%。其次为水源涵养、气候调节、生物多样性保护和气体调节,其年价值均在15亿元以上,占总价值的比例也均超过了10%。4 结论与讨论(1)19952005年,呼和浩特市耕地、湿地和未利用土地逐年减少,其中湿地降幅最多,达17.51%;而具有较强生态服务功能的林地、草地都有增加,林地增幅达7.81%,说明近十年来呼和浩特市的植树造林、退耕还林还草等生态建设措施成效显著;城市化水平不断提高,促使社会用地面积迅速增加,10年间增加了66.932km2。(2)呼和浩特市的生态系统服务总价值变化幅度很小,10年间仅增长了1.0983亿元,滞后于经济的迅速发展,生态系统功能建设急需进一步加强。(3)受土地利用类型变化的驱动,19952005年森林、草地、水体的生态系统服务价值呈不断增长趋势,而耕地、湿地和未利用土地的生态系统服务价值呈不断减少趋势。(4)生态系统单项服务功能价值中气体调节增量最多,主要归功于森林覆盖率的不断提高;而废物处理价值损失最多,主要是由于湿地的大面积减少引起。(5)根据上述研究结果,建议呼和浩特市在土地利用结构上应控制耕地和湿地的减少速度。重在预防措施和对策,防止优质耕地快速流失,并限量开采地下水,保护湿地;对于干涸的湿地,可采取适当的恢复和重建措施。继续实施退耕还林还草战略,提高森林覆盖率,加快生态环境重建步伐,促进自然生态系统和社会经济系统的可持续发展。参考文献1 Costanza R,dArge R,de Groot R,et al.The value of the worlds ecosystem services and natural capitalJ.Nature,1997,387:253260.2陈仲新,张新时.中国生态系统服务功能的价值J.科学通报,2000,45(1):17-22.3欧阳志云,王如松,赵景柱.生态系统服务功能及其生态经济价值评价J.应用生态学报,1999,10(5):635-640.4 CeciliaM H,Moniea H.Ecosystem services generated by fish populationsJ.Ecol.Econ.,1999,29(2):253-268.5 Guo Z,Xiao X,Gan Y,et a1.Ecosystem functions,services and their values-a case study in Xingshan County of ChinaJ.Ecol.Econ.,2001,38(1):141-154.6谢高地,张亿锂,鲁春霞,等.中国自然草地生态系统服务价值J.自然资源学报,2001,16(1):47-53.7谢高地,鲁春霞,等.青藏高原生态资产的价值评估J.自然资源学报,2003,18(2):189-196.21干 旱 区 资 源 与 环 境第23卷8 TurnerB L,Skole D,Sanderson S,et al.Land-use and land-cover change:science/research planR.IGBP Report No.35/HDP ReportNo.7.Stockholm:IGBP,1995.9吴后建,王学雷,等.土地利用变化对生态系统服务价值的影响J.长江流域资源与环境.2006,15(2):185-189.The econom ic evaluation of ecosystem service values in Huhhot city based onRS/GISWANG Yumei,CHANG Xueli,D ING Junxin,WEIXinghua(College of Geography and Planning,LudongUniversity,Yantai 264025,P.R.China)Abstrac:W ith the aid of T M materials and GIS,the land utilization/land cover change in Huhhot city during19952005 was studied,then the ecosystem service value changes under the land cover change in this citywerecalculated referring to the ecosystem service value formula of Costanza and the unit area ecology service value ta2bles proposed by Xie Gaodi et al.There were fourmain results:(1)during 19952005,the area of farmland,wetland and unutilized land reduced year by year;the area of forest land,grassland and social land increased.The area of social land area increased the most rapidly,it increased by 66.932 km2during this ten years.(2)the change scope of the total value of ecosystem serviceswas very s mall,during the study period itonly increasedby 1.0983 billion Yuan;(3)the ecosystem service value of forest,grassland and water presented an increasingtrend,but ecosystem service value of far mland,wetland and unutilized land presented a decreasing trend;(4)among the contribution of various ecosystem functions,the gas regulation increased mostly which mainly due tothe improvement of forest cover rate,and the loses ofwaste disposal value were the mostwhich mainly due to thelarge reduction ofwetland area.Key words:land use/land cover change(LUCC);RS/GIS;ecosystem services value(ESV);economic apprais2al;Huhhot city31第8期王玉梅等 基于RS/GIS的呼和浩特市生态系统服务价值评估
