南水北調中核心水源區的生態(tài)服務(wù)功能探析論文
自然生態(tài)系統是人類(lèi)和其他生命生存和發(fā)展所必須的環(huán)境條件，為人類(lèi)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(lèi)型的非實(shí)物型的生態(tài)系統服務(wù)[1].生態(tài)系統服務(wù)價(jià)值是指自然生態(tài)系統及其組成物種所產(chǎn)生的對人類(lèi)生存和發(fā)展有支持作用的狀況和過(guò)程，有著(zhù)極大的經(jīng)濟價(jià)值[2].定量評估生態(tài)系統服務(wù)價(jià)值，可以為合理利用自然資源，提供重要的參考依據。而生態(tài)系統服務(wù)功能的不確定性和復雜性，使得對生態(tài)系統服務(wù)價(jià)值的獲取有一定難度。
自上世紀90年代以來(lái)，國內外許多研究者在各類(lèi)生態(tài)系統服務(wù)價(jià)值方面做了大量研究。國外對于生態(tài)系統服務(wù)價(jià)值的研究起步較早，在大范圍評價(jià)某一類(lèi)資源的生態(tài)服務(wù)價(jià)值方面，Costanza等人將全球生態(tài)系統服務(wù)功能劃分為17種類(lèi)型來(lái)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(lèi) 型 的 區 域 開(kāi) 展 了 研究[4-8].
近年來(lái)，部分學(xué)者又引入了不同的方法來(lái)進(jìn)行生態(tài)系統服務(wù)價(jià)值的評估，如GIS方法，元分析和價(jià)值轉移方法，效益轉移方法，多目標的空間決策支持系統等方法開(kāi)展了研究[9-12].在我國，生態(tài)系統服務(wù)功能的研究工作于20世紀80年代起步，多位學(xué)者分別對我國陸地生態(tài)系統、草地生態(tài)系統、農田生態(tài)系統、林地生態(tài)系統等的區域，基于不同的方法，評估研究了其生態(tài)服務(wù)價(jià)值[13-18].
南水北調中線(xiàn)工程核心水源區是緩解北方缺水問(wèn)題，尤其是京津地區缺水的重大戰略工程與基礎設施[19].2014年11月，丹江口水源區正式開(kāi)始向北方輸水，研究核心水源區的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，對水源區生態(tài)環(huán)境的保護，以及區域可持續發(fā)展具有重要意義。
1研究區劃定
根據南水北調中線(xiàn)工程水源區所涉及到搬遷的區域，即庫區加高后可能被淹沒(méi)的區域，將其定義為丹江口核心水源區。據此確定水源區所在的行政區域包括陜西省境內的白河縣，河南省境內的淅川縣和鄧州市，以及湖北省十堰市全域。獲取水源區行政區所在的DEM數據，本研究采用國際科學(xué)數據服務(wù)平臺提供的SRTM 90 m空間分辨率DEM,通過(guò)水文分析，提取核心水源區流域范圍及各個(gè)子流域邊界，如圖1.
2生態(tài)系統服務(wù)價(jià)值估算
2.1估算方法確定
目前，對于生態(tài)系統服務(wù)價(jià)值的評估方法有很多，但還沒(méi)有形成一個(gè)統一的、規范的評估方法，大多數來(lái)源于生態(tài)經(jīng)濟學(xué)、環(huán)境經(jīng)濟學(xué)和資源經(jīng)濟學(xué)。
目前較為常用的生態(tài)系統服務(wù)價(jià)值評估方法主要有市場(chǎng)價(jià)值法、替代市場(chǎng)法和假象市場(chǎng)價(jià)值法3大類(lèi)，每類(lèi)評價(jià)方法都有多種形式，常用的有市場(chǎng)價(jià)值法、機會(huì )成本法、費用支出法、條件價(jià)值法、影子工程法等[20-21].
謝高地等人依據Costanza提 出的生態(tài)服 務(wù)價(jià)值評估方法，結合我國的實(shí)際情況，運用條件價(jià)值法，對多位專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行問(wèn)卷調查，得出新中國生態(tài)系統單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值表[22-23].根據生態(tài)系統服務(wù)功能的單位面積價(jià)值，可以計算研究區域生態(tài)服務(wù)功能的經(jīng)濟價(jià)值，其計算公式如下：
其中，ESV表示研究區域生態(tài)系統服務(wù)總價(jià)值（元），VCi表示第i類(lèi)土地利用類(lèi)型單位面積的生態(tài)功能總服務(wù)價(jià)值系數（元/hm2），Ai表示研究區域內第i類(lèi)土地利用類(lèi)型的面積（hm），n為土地利用類(lèi)型數目。
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(guò)幾何校正配準，基于最大似然的監督分類(lèi)以及目視解譯相結合的.方法，獲得丹江口1990年、2000年和2013年3期土地利用數據。運用謝高地等人計算生態(tài)系統服務(wù)價(jià)值的方法，對丹江口核心水源區不同流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行計算[22].結果見(jiàn)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)系統差異分析
分析丹江口流域不同類(lèi)型生態(tài)系統服務(wù)價(jià)值可知，林地生態(tài)系統服務(wù)價(jià)值最高，2013年服務(wù)價(jià)值為1 684 356.82萬(wàn)元，占流域生態(tài)系統總服務(wù)價(jià)值的72.9%,遠高于其他類(lèi)型生態(tài)系統服務(wù)價(jià)值；其次是耕地和水體，2013年生態(tài)系統服務(wù)價(jià)值分別為280 004.97萬(wàn)元和169 360.41萬(wàn)元，占流域生態(tài)系統總服務(wù)價(jià)值的比例分別為12.1%和7.3%;未利用地生態(tài)系統服務(wù)價(jià)值最低，為261.64萬(wàn)元。對比分析不同類(lèi)型生態(tài)系統年際變化趨勢，1990年~2013年，林地和水體生態(tài)系統服務(wù)價(jià)值逐年增加，草地、耕地和未利用地生態(tài)系統服務(wù)價(jià)值逐年降低。流域生態(tài)系統服務(wù)總價(jià)值呈逐年增加的趨勢。
3.2生態(tài)服務(wù)價(jià)值區域差異分析
為使各流域間差異在各時(shí)期更為直觀(guān)明了，計算各流域各時(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)展潛力最大，價(jià)值最高，其3個(gè)時(shí)期所占比例均超過(guò)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
根據不同時(shí)期各流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值分布，計算得到丹江口核心水源區各子流域不同時(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(cháng)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)展潛力最高的區域。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�；艉恿饔蚴堑�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)期出現了下降。
從全流域角度而言，1990年~2013年丹江口核心水源區生態(tài)服務(wù)價(jià)值呈上升趨勢，即水源區土地發(fā)展潛力逐期提升。1990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2000年~2013年土地發(fā)展潛力提升程度大于1990年~2000年生土地發(fā)展潛力提升的程度。從各流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化量分布來(lái)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)展潛力逐期提升，而潭口河流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值是在該時(shí)期內唯一下降的流域。
3.4生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間分布分析
為了更加直觀(guān)的表達評價(jià)的結果，將各流域單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值標準化后從高到低劃分為不同的等級，以表達不同區域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值分布情況。
使用處理公式對其進(jìn)行標準化處理：
式中，yi表示第i種營(yíng)養物負荷歸一化后的值；xi表示第i種營(yíng)養物負荷的原始值；ximin表示第i種營(yíng)養物負荷的最小值。根據各流域單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值標準化計算結果，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(lèi)。
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，分級標準如表5.
依據上述生態(tài)服務(wù)價(jià)值污染分級表，結合處理得到的丹江口流域各年各區域生態(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)，丹江口核心水源區大部分地區生態(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。水源區中南部區域可持續發(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)，除水源區西北向、東北向部分地區的生態(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，但水源區北部的生態(tài)服務(wù)價(jià)值級別仍總體低于中南部區域。
2013年即第3時(shí)期時(shí)，除東北角老灌河流域水源區生態(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。中南部水源區域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值雖高于北部水源區，但其提升幅度低于北部水源區。
對于丹江口核心水源區整體而言，中南部水源區生態(tài)服務(wù)價(jià)值高于水源區西南角、東南角，北部水源區雖在不同時(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域。
4小結
論文分析了生態(tài)服務(wù)價(jià)值的研究現狀以及估算方法，并采用Costanza等人計算生態(tài)系統服務(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。
結果表明：
�。�1）1990年~2013年，丹江口流域生態(tài)系統服務(wù)價(jià)值呈逐年遞增的趨勢。各類(lèi)型生態(tài)系統中，林地生態(tài)系統服務(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(lái)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)期內唯一下降的流域。
�。�4）在空間分布方面，中南部水源區生態(tài)服務(wù)價(jià)值高于西南、東南部，北部水源區雖在不同時(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域。
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