南水北調(diào)中核心水源區(qū)的生態(tài)服務(wù)功能探析論文
自然生態(tài)系統(tǒng)是人類和其他生命生存和發(fā)展所必須的環(huán)境條件，為人類提供了一切生存所需的資源，不僅包括實(shí)物型生態(tài)產(chǎn)品，還有更多類型的非實(shí)物型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[1].生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值是指自然生態(tài)系統(tǒng)及其組成物種所產(chǎn)生的對人類生存和發(fā)展有支持作用的狀況和過程，有著極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[2].定量評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，可以為合理利用自然資源，提供重要的參考依據(jù)。而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的不確定性和復(fù)雜性，使得對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的獲取有一定難度。
自上世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)外許多研究者在各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值方面做了大量研究。國外對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究起步較早，在大范圍評價(jià)某一類資源的生態(tài)服務(wù)價(jià)值方面，Costanza等人將全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能劃分為17種類型來進(jìn)行評估，并以貨幣的形式對其服務(wù)價(jià) 值 進(jìn) 行 估 算[3].隨 后 多 位 學(xué) 者 基 于 此 方法，對 世 界 各 地，不 同 類 型 的 區(qū) 域 開 展 了 研究[4-8].
近年來，部分學(xué)者又引入了不同的方法來進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的評估，如GIS方法，元分析和價(jià)值轉(zhuǎn)移方法，效益轉(zhuǎn)移方法，多目標(biāo)的空間決策支持系統(tǒng)等方法開展了研究[9-12].在我國，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究工作于20世紀(jì)80年代起步，多位學(xué)者分別對我國陸地生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、林地生態(tài)系統(tǒng)等的區(qū)域，基于不同的方法，評估研究了其生態(tài)服務(wù)價(jià)值[13-18].
南水北調(diào)中線工程核心水源區(qū)是緩解北方缺水問題，尤其是京津地區(qū)缺水的重大戰(zhàn)略工程與基礎(chǔ)設(shè)施[19].2014年11月，丹江口水源區(qū)正式開始向北方輸水，研究核心水源區(qū)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，對水源區(qū)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，以及區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
1研究區(qū)劃定
根據(jù)南水北調(diào)中線工程水源區(qū)所涉及到搬遷的區(qū)域，即庫區(qū)加高后可能被淹沒的區(qū)域，將其定義為丹江口核心水源區(qū)。據(jù)此確定水源區(qū)所在的行政區(qū)域包括陜西省境內(nèi)的白河縣，河南省境內(nèi)的淅川縣和鄧州市，以及湖北省十堰市全域。獲取水源區(qū)行政區(qū)所在的DEM數(shù)據(jù)，本研究采用國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺提供的SRTM 90 m空間分辨率DEM,通過水文分析，提取核心水源區(qū)流域范圍及各個(gè)子流域邊界，如圖1.
2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算
2.1估算方法確定
目前，對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的評估方法有很多，但還沒有形成一個(gè)統(tǒng)一的、規(guī)范的評估方法，大多數(shù)來源于生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)和資源經(jīng)濟(jì)學(xué)。
目前較為常用的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評估方法主要有市場價(jià)值法、替代市場法和假象市場價(jià)值法3大類，每類評價(jià)方法都有多種形式，常用的有市場價(jià)值法、機(jī)會成本法、費(fèi)用支出法、條件價(jià)值法、影子工程法等[20-21].
謝高地等人依據(jù)Costanza提 出的生態(tài)服 務(wù)價(jià)值評估方法，結(jié)合我國的實(shí)際情況，運(yùn)用條件價(jià)值法，對多位專業(yè)人員進(jìn)行問卷調(diào)查，得出新中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值表[22-23].根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的單位面積價(jià)值，可以計(jì)算研究區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，其計(jì)算公式如下：
其中，ESV表示研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值（元），VCi表示第i類土地利用類型單位面積的生態(tài)功能總服務(wù)價(jià)值系數(shù)（元/hm2），Ai表示研究區(qū)域內(nèi)第i類土地利用類型的面積（hm），n為土地利用類型數(shù)目。
2.2生態(tài)服務(wù)價(jià)值估算
采用1990年、2000年和2013年3期30m分辨率的Landsat遙感影像，通過幾何校正配準(zhǔn)，基于最大似然的監(jiān)督分類以及目視解譯相結(jié)合的.方法，獲得丹江口1990年、2000年和2013年3期土地利用數(shù)據(jù)。運(yùn)用謝高地等人計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的方法，對丹江口核心水源區(qū)不同流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行計(jì)算[22].結(jié)果見表1.
3生態(tài)服務(wù)價(jià)值分析
3.1生態(tài)服務(wù)價(jià)值生態(tài)系統(tǒng)差異分析
分析丹江口流域不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值可知，林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最高，2013年服務(wù)價(jià)值為1 684 356.82萬元，占流域生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價(jià)值的72.9%,遠(yuǎn)高于其他類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；其次是耕地和水體，2013年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分別為280 004.97萬元和169 360.41萬元，占流域生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價(jià)值的比例分別為12.1%和7.3%;未利用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最低，為261.64萬元。對比分析不同類型生態(tài)系統(tǒng)年際變化趨勢，1990年~2013年，林地和水體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值逐年增加，草地、耕地和未利用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值逐年降低。流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值呈逐年增加的趨勢。
3.2生態(tài)服務(wù)價(jià)值區(qū)域差異分析
為使各流域間差異在各時(shí)期更為直觀明了，計(jì)算各流域各時(shí)期單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值占全流域單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值比例（表2）。對各流域而言，官渡河流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值在3個(gè)時(shí)期所占比例均明顯高于其余流域，即該流域發(fā)展?jié)摿ψ畲螅瑑r(jià)值最高，其3個(gè)時(shí)期所占比例均超過1.2.
堵河流域與霍河流域單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值比例次之，其生態(tài)服務(wù)價(jià)值比例在3個(gè)時(shí)期均在1.0以上。丹江流域與老灌河流域單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值比例最低，3個(gè)時(shí)期生態(tài)服務(wù)價(jià)值比例均在0.71以下。其余流域單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值除夾河流域、天河流域、漢江流域在2013年在1.0與1.05之間 外，其 余 時(shí) 期 各 流 域 均 在0.7與0.1之間。
3.3生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化率分析
根據(jù)不同時(shí)期各流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值分布，計(jì)算得到丹江口核心水源區(qū)各子流域不同時(shí)期生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化率，如表3所示：
全流域1990年~2000年總體生態(tài)服務(wù)價(jià)值狀況呈上升趨勢。天河河流生態(tài)服務(wù)價(jià)值上升程度最高，增長率為15.54%,約為該時(shí)期全流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值漲幅的3倍，是該時(shí)期發(fā)展?jié)摿ψ罡叩膮^(qū)域。官 渡 河 流 域 生 態(tài) 服 務(wù) 價(jià) 值 提 升 程 度 最 小，為0.22%.
全流域2000年~2013年總體生態(tài)服務(wù)價(jià)值狀況依然呈上升趨勢，夾河流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值上升程度最大，變化率接近20%.夾河流域、天河流域的變化率分別為17.36%、17.20%,提升程度與夾河流域相當(dāng)。霍河流域是第3個(gè)時(shí)期生態(tài)服務(wù)價(jià)值提升程度最小的流域，為4.74%.而潭口河流域、官渡河流域、堵河流域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值在第3個(gè)時(shí)期出現(xiàn)了下降。
從全流域角度而言，1990年~2013年丹江口核心水源區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值呈上升趨勢，即水源區(qū)土地發(fā)展?jié)摿χ鹌谔嵘?990年~2000年生態(tài)服務(wù)價(jià)的變化率小于2000年~2013年生態(tài)服務(wù)價(jià)值的變化率，即水源區(qū)2000年~2013年土地發(fā)展?jié)摿μ嵘潭却笥?990年~2000年生土地發(fā)展?jié)摿μ嵘某潭取母髁饔蛏鷳B(tài)服務(wù)價(jià)值變化量分布來看，老灌河流域、丹江流域、天河流域變化趨勢最好，生態(tài)服務(wù)價(jià)值逐期增加，即發(fā)展?jié)摿χ鹌谔嵘犊诤恿饔蛏鷳B(tài)服務(wù)價(jià)值是在該時(shí)期內(nèi)唯一下降的流域。
3.4生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間分布分析
為了更加直觀的表達(dá)評價(jià)的結(jié)果，將各流域單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)化后從高到低劃分為不同的等級，以表達(dá)不同區(qū)域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值分布情況。
使用處理公式對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：
式中，yi表示第i種營養(yǎng)物負(fù)荷歸一化后的值；xi表示第i種營養(yǎng)物負(fù)荷的原始值；ximin表示第i種營養(yǎng)物負(fù)荷的最小值。根據(jù)各流域單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算結(jié)果，對其進(jìn)行分級評估。本次分級評估選擇使用自然斷點(diǎn)法（Natural Breaks）分類。
將各流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值分為5個(gè)等級，分別為高、較高、一般、較低、低，分級標(biāo)準(zhǔn)如表5.
依據(jù)上述生態(tài)服務(wù)價(jià)值污染分級表，結(jié)合處理得到的丹江口流域各年各區(qū)域生態(tài)服務(wù)價(jià)值得分，處理得到各流域不同時(shí)期生態(tài)服務(wù)價(jià)值級別分布圖，如圖2.
分析可知，1990年即第1期時(shí)，丹江口核心水源區(qū)大部分地區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值狀況涵蓋了低、較低、一般、較高和高5個(gè)等級。水源區(qū)中南部區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力最佳，處于高水平級別，整體水平南高北低。
2000年即第2時(shí)期時(shí)，除水源區(qū)西北向、東北向部分地區(qū)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值有跨級別上升外，其余流域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值均與上一個(gè)時(shí)期保持一致，但水源區(qū)北部的生態(tài)服務(wù)價(jià)值級別仍總體低于中南部區(qū)域。
2013年即第3時(shí)期時(shí)，除東北角老灌河流域水源區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值由低級別上升至較低級別外，其余流域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值均與上一個(gè)時(shí)期保持一致。全區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值狀況的最低級別提升，由低級別提升至較低級別。中南部水源區(qū)域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值雖高于北部水源區(qū)，但其提升幅度低于北部水源區(qū)。
對于丹江口核心水源區(qū)整體而言，中南部水源區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值高于水源區(qū)西南角、東南角，北部水源區(qū)雖在不同時(shí)期生態(tài)服務(wù)價(jià)值狀況提升較大，但其生態(tài)服務(wù)價(jià)值狀況仍低于上述區(qū)域。
4小結(jié)
論文分析了生態(tài)服務(wù)價(jià)值的研究現(xiàn)狀以及估算方法，并采用Costanza等人計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的方法，對丹江口流域及其各子流域在1990年、2000年和2013年3個(gè)時(shí)期的生態(tài)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了估算，并對其時(shí)空變化進(jìn)行了分析。
結(jié)果表明：
（1）1990年~2013年，丹江口流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈逐年遞增的趨勢。各類型生態(tài)系統(tǒng)中，林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最高，其次是耕地和水體，未利用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最低。
（2）比較各子流域，官渡河流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值在3個(gè)時(shí)期所占比例均明顯高于其余流域；堵河流域與霍河流域單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值比例次之，其生態(tài)服務(wù)價(jià)值比例在3個(gè)時(shí)期均全流域平均以上。丹江流域與老灌河流域單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值比例最低，3個(gè)時(shí)期生態(tài)服務(wù)價(jià)值比例均在0.71以下。其它流域各時(shí)期均在0.7以上。
（3）全流域1990年~2013年生態(tài)服務(wù)價(jià)值呈上升趨勢，其中2000年年~2013年提升程度大于1990年年~2000年提升的程度。從各流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化量分布來看，老灌河流域、丹江流域、天河流域變化趨勢最好，而潭口河流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值是在該時(shí)期內(nèi)唯一下降的流域。
（4）在空間分布方面，中南部水源區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值高于西南、東南部，北部水源區(qū)雖在不同時(shí)期生態(tài)服務(wù)價(jià)值狀況提升較大，但其生態(tài)服務(wù)價(jià)值狀況仍低于上述區(qū)域。
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