基于LUCC的黄河三角洲湿地生态服务价值研究.pdf

云南水力发电YUNNAN WATER POWER9第 40卷第 2期0 引言生态系统服务是指人类从生态系统获得的所有惠益1。1977 年，Westman 首次提出“自然的服务”这一概念2，Ehrlich 在 Westman 的基础上，梳理统一相关概念，初次提出“生态系统服务”3。1997，Daily4和 Costanza5等学者发表了关于生态系统服务的文章，为生态系统服务评估研究的发展奠定了基础。湿地作为地球上价值最高的生态系统，具有独特的水文条件和生物多样性特征。对典型湿地进行生态研究成为湿地保护和可持续发展的前提。80 年代，美国对湿地功能评价形成了正式的评价方法。2004 年 Bergh6等通过建立模型对湿地生态经济的空间性进行了分析和评估，湿地生态系统服务逐渐成为生态学领域的研究热点。1999 年欧阳志云等7估计了中国陆地生态系统服务的价值，谢高地等8在 Costanza 等的研究基础上根据中国特色对系数进行了修正，制定出了中国生态系统服务价值和生态系统服务价值系基于 LUCC 的黄河三角洲湿地生态服务价值研究杨洋，张杰（河南水利与环境职业学院，河南 郑州 450008）摘要：湿地生态系统服务价值评估可以为区域社会经济发展、生态环境保护等规划与措施的制定提供理论依据。基于水文、气象、社会、经济、资源、环境和文化等因素，采用修订后的当量因子法对黄河三角洲湿地生态系统服务功能价值进行评估。研究结果表明，2000-2016 年，养殖区域增加 206.91，滩涂湿地减少 54.35，部分滩涂湿地向养殖区域转移。2000-2010 年，滩涂湿地生态服务价值比例最高，2010-2016 年湖泊水域生态服务价值占据主导。关键词：生态系统服务价值；土地利用/覆盖变化；当量因子法；黄河三角洲湿地中图分类号：F205；U412.1+4文献标识码：A文章编号：1006-3951(2024)02-0009-04DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.02.003Study on the Ecosystem Service Value of Wetlands in the Yellow River Delta Based on LUCCYANG Yang,ZHANG Jie(Henan Vocational College of Water Conservancy and Environment,Zhengzhou 450008,China)Abstract:Wetland ecosystem service value assessment can provide a theoretical basis for regional socio-economic development,ecological environmental protection and other planning and measures.A revised equivalent factor approach was used to assess the value of ecosystem service functions in the Yellow River Delta wetland based on hydrological,meteorological,social,economic,resource,environmental and cultural factors.The results of the study showed that the area of aquaculture increased by 206.91%and the tidal flat decreased by 54.35%between 2000 and 2016,and some of the beach wetlands were shifted to the farming area.The highest proportion of ecosystem services value was found in beach wetlands from 2000 to 2010,and the ecosystem services value in lakes dominated between 2010 and 2016.Keywords:ecosystem services value(ESV);land use and land cover changes(LUCC);the revised equivalent factor method;the Yellow River Delta wetland收稿日期：2023-02-25作者简介：杨洋（1994-），女，河南郑州人，助教，主要从事水利工程与水文水资源研究、教学工作。通信作者：张杰（1987-），女，河南郑州人，讲师，主要从事土木工程与道路桥梁研究、教学工作。*10云南水力发电2024 年第 2 期数表的等价因子。随着研究的不断深入，土地利用变化（Land-Use and Land-Cover Change）9作为生态服务价值变化的重要因素之一逐渐被应用到生态系统服务价值评估领域。黄河三角洲湿地是中国江河三角洲中最具有生态保护价值的区域，也是除河源区湿地外最具有保护价值的湿地，加上其自身特殊的自然、地理、气候、资源、生态和环境等因素，保护黄河河口三角洲湿地已成为维持黄河健康生命的重要标志，这使得其生态环境系统变迁研究成为国内外学者关注的焦点。近年来，受上游水利工程运行和气候变化的影响，黄河下游的水沙条件明显改变，受来水来沙变化影响，黄河三角洲湿地的结构和功能也随之变化。目前 ESV 评估方法主要有两大类，即功能价值评估法和当量因子评估法。功能价值法需要不同的生态方程和参数输入较多，实施成本较大，且多应用于小尺度研究区域；当量因子评估法计算简便，可比性较强，且当量因子表可根据不同研究区域的水文条件和社会经济状况调整，灵活性较强。因此，采用当量因子评估法对黄河三角洲湿地 20002016 年间 LUCC 变化及其生态系统服务价值的变化进行研究，为黄河三角洲湿地生态环境保护修复和高质量发展提供理论基础10。1 研究区域黄河三角洲，是由古代、近代、和现代 3 个三角洲组成的联合体。地处海陆交界、淡咸水交汇区域，属于北温带半湿润大陆性气候，四季分明、气温适中、雨热同期、光照充足，是世界范围内河口湿地生态系统中极具代表性的范例，是世界上暖温带保存最完整、最广阔、最年轻的湿地生态系统。主要以近代三角洲湿地作为研究区域。2 数据来源与研究方法2.1 数据来源以黄河三角洲 2000、2005、2010 和 2016 年4 期遥感影像为基础，辅以研究区地形图、用地规划图和实地调查数据，将黄河三角洲湿地类型划分为 6 类：湖泊、河流、林地、养殖区域、滩涂和沼泽。利用 ArcGIS10.2 和 ENVI5.3 软件对遥感影像进行分类、解译和验证。Kappa 指数接近或大于 1.8，解译结果可信。2.2 土地利用动态度黄河三角洲土地利用变化的速度可以用土地利用动态度表示，而且可以反映出该区土地利用类型在某一定时期的面积变化情况11。表达式为：（1）式中：K动态度；Ua研究初期某地类面积；Ub研究期末某地类面积。2.3 生态服务价值评估根据黄河三角洲湿地的具体特征，将黄河三角洲湿地生态系统服务划分为供给服务、调节服务、支持服务和文化服务，建立共包含水产品生产、植物资源、原盐产出、涵养水源、调蓄洪水、泥沙输运、水质净化、气候调节、气体调节、生物栖息地、维持土壤养分、保持土壤、休闲娱乐等 13 个指标的评价体系。基于谢高地等对中国生态服务价值的研究，此次研究对生态服务价值系数进行修正。生态服务价值系数修正公式为：（2）式中：Ea耕地生态系统食物生产服务价值当量因子的经济价值量，元/hm2；i研究区主要粮食种类；pi第 i种粮食作物全国平均价格，元/kg；qi第i种粮食作物单产，kg/hm2，mi第 i种粮食作物面积，hm2；M粮食作物总面积，hm2。根据单位面积生态系统服务价值，湖泊、河流参照水系生态系统，浅海水域、沼泽和滩涂参照湿地生态系统，水田、养殖区参照水田生态系统，黄河三角洲湿地单位面积生态系统服务价值当量见表 1。黄河三角洲湿地生态系统服务价值的计算方法为：ESV=AkVCk （3）式中：ESV（Ecosystem Services Value）生态系统服务价值，元；Akk 种地类面积，hm2；VCk该地类单位面积生态系统服务价值系数，元/（hm2 a）。3 结果与分析3.1 土地利用变化分析黄河三角洲湿地各期土地利用类型变化和分布特征，见表 2。2016 年黄河三角洲湿地养殖区域面积 1.40105 hm2，占总面积的 60.99%，滩涂面杨洋，张杰 基于LUCC的黄河三角洲湿地生态服务价值研究11积 3.6104 hm2，占比 15.68%，河流和林地面积分别为0.64104 hm2、0.61104 hm2，分别占比2.80%，2.64%，表明黄河三角洲主要湿地类型为养殖区域和滩涂。对比 2000 年，黄河三角洲湿地在 16 a间，养殖区域变化幅度最大，呈持续上升趋势，增幅 206.91%，尤其在 2005 年之后，增速显著；滩涂整体呈下降趋势，16 a 间下降 54.35%；沼泽20002010 年增加 88.28%，2010 年以后减少；湖泊呈增势较稳；林地和河流增势较缓，基本保持不变。土地利用动态度绝对值越低，土地利用类型转化的越少，表明土地利用结构相对稳定。从表 2 可以看出，在 20002005 年间，黄河三角洲湿地湖泊和沼泽动态度的绝对值较高（分别为76.24%和 47.83%），林地保持稳定，表明这一时期其他湿地类型转化成湖泊和沼泽的较多，林地的转化较少。在 20052010 年间，黄河三角洲湿地土地类型变化较大，养殖区域动态度绝对值较高（88.28%），变化最为活跃，表明这一时期大规模扩建人工湿地，虾蟹田、盐田、上农下渔等工程规模不断增加，沿海养殖业发展迅速；滩涂动态度为-60.70%，滩涂面积减少，大部分转为其他湿地类型。在 20102016 年间动态度普遍较低，表明这一时期土地类型相对稳定，其中河流及养殖区域的动态度绝对值约分别为 27.74%和25.74%，表明这一时期其他土地类型转换为河流及养殖区域的较多，沿海养殖业发展速度减缓，但规模仍在扩张；而滩涂动态度的绝对值接近于0，滩涂面积趋于稳定；沼泽动态度为-14.66%，表明沼泽湿地减少，逐渐转化为其他湿地类型。3.2 不同湿地类型生态服务价值变化黄河三角洲不同湿地类型生态系统服务价值在各年段呈现出不同的变化，见表 3。20002005年，滩涂和湖泊水域湿地生态服务价值所占比例较高，湖泊、养殖区域、沼泽、滩涂均呈增加趋势，湖泊生态服务价值增加 37.42108元，增幅最为明显；20052010 年，湖泊水域湿地生态服务价值所占比例较高，滩涂生态服务价值降低86.98108元，其余湿地生态服务价值均增加，沼泽湿地生态服务价值增加38.78108元，增幅最大，约 50%滩涂湿地转化为养殖区域，导致 20052010 年滩涂湿地和养殖区域生态服务价值发生较大变化。20102016 年，滩涂湿地生态服务价值继续降低，但降速减缓，滩涂湿地仍在持续被开发，沼泽生态服务价值降低 25.88108元，降幅最大。表 1 湿地单位面积生态系统服务价值系数表元/（hm2a）服务类型功能类型林地湖泊河流养殖区沼泽滩涂供给服务水产品生产9512 4552 4554 1731 5652 869植物资源2 1787067062761 534905原盐产出2 1787067062761 534905调节服务涵养水源9 81862 52962 5291 84147 556 36 051调蓄洪水10 769 313 687 313 6878 34574 341 41 343河流输沙10 769 313 687 313 6878 34574 341 41 343水质净化6 10617 02817 02852211 0455 783气候调节21 5697 0267 0261 74911 0456 397气体调节7 2102 3622 3623 4065 8294 618支持服务生物栖息地7 9777 8247 82464424 146 12 395维持土壤养分675215215583552568保持土壤8 7752 8532 853317 0873 559文化服务休闲娱乐3 4985 7995 79927614 5127 394表 2 黄河三角洲 20002016 年土地利用变化表hm2年份湖泊林地养殖区域河流滩涂沼泽200010 617 3 24145 6655 31378 9059 060200515 695 3 18750 3784 71493 39215 967201016 908 4 971 111 463 5 03336 70330 063201620 488 6 057 140 153 6 42936 02425 65720002005变化量5 078-544 713-59914 4876 907动态度/%47.83-1.6710.32-11.27 18.3676.2420052010变化量12131 78461 085319-56 689 14 096动态度/%7.7355.98 121.256.77-60.70 88.2820102016变化量3 5801 08628 6901 396-679-4 406动态度/%21.17 21.8525.7427.74-1.85-14.6612云南水力发电2024 年第 2 期4 结束语1）利 用 ENVI 5.3 和 ArcGIS 10.2 对 20002016 年黄河三角洲湿地 4 期遥感影像进行地貌分类，建立了黄河三角洲湿地生态类型与生态系统服务功能映射关系。采用修订后的当量因子法对湿地生态系统服务功能价值进行评估，分析研究20002016 年黄河三角洲湿地土地利用类型及不同地类生态系统价值变化及演变机制。2）20002016 年，黄 河 三 角 洲 湿 地 养殖区域变化幅度最大，呈持续上升趋势，增幅206.91%，滩涂整体呈下降趋势，减少了 54.35%；部分滩涂湿地向养殖区域转移。20002010年间，滩涂湿地生态服务价值比例最高，20102016 年湖泊水域生态服务价值占据主导。要实现黄河三角洲湿地的生态保护与高质量发展，应坚持生态优先、绿色发展，以水而定、陆海统筹，将黄河三角洲湿地生态保护、生态修复与高质量发展有机结合，在合理开发利用的前提下，预测未来黄河三角洲湿地生态服务价值会持续增长。3）由于对生态系统类型划分不够充分且缺乏标准的、统一的生态系统服务价值评估指标体系，所以评估结果与实际值存在一定的偏差。未来应进一步开展不同评估方法的对比和交叉验证，提高评估精度。参考文献：1谢高地，张钇锂，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）:47-532WESTMAN W E.How much are natures services worth?J.Science,1977,197（4307）:960-964.3EHRLICH P R,EHRLICH A H.The causes of consequences of the disappearance of species J.Quarterly Review of Biology,1981.（1）:82-85.4DAILY G C.Natures services:societal dependence on natural ecosystemsJ.Pacific Conservation Biology,1997,6（2）:220-221.5Costanza R,DArge R,De Groot R,et al.The value of the worlds ecosystem services and natural capitalJ.World Environment,1997,387（6630）:253-260.6Bergh J C M van den,Barendregt A,Gilbert A J.Spatial Ecological Economic Analysis for Wetland Management-Modelling and Scenario Evaluation of Land-UseC.Cambridge:Cambridge University Press,2004:239.7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）:635-640.8谢高地，张彩霞，张雷明，等.基于单位面积价值当量因子的生态系统服务价值化方法改进J.自然资源学报,2015,30（8）:1243-1254.9Karki,S.,Myat Thandar,A.,Uddin,K.,Tun,S.,Maung Aye,W.,Aryal,K.,Kandel,P.,&Chettri,N.（2018）.Impact of land use land cover change on ecosystem services:a comparative analysis on observed data and peoples perception in Inle Lake,Myanmar.Environmental Systems Research,7.10张金良.黄河流域生态保护和高质量发展水战略思考J.人民黄河，2020,42（4）:1-6.11萧峻琼，郝洁，徐高洪，等.长江经济带土地利用时空演变及相关社会要素分析J.人民长江，2022,（5）:69-74+81.表 3 20002016 年黄河三角洲不同湿地类型生态服务价值变化表108元湿地类型2000 年20002005 年2005 年20052010 年2010 年20102016 年2016 年林地3.00-0.052.952.655.60-1.004.60湖泊78.2437.42115.658.93124.5926.38150.97河流39.15-4.4234.732.3537.0910.2947.37养殖区域13.911.4415.3518.6133.968.7442.70沼泽24.9219.0043.9238.7882.70-25.8856.82滩涂121.0722.23143.30-86.9856.32-1.0455.27