基于能值分析的東營生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估研究.pdf

1、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是國家和區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展及生態(tài)文明建設(shè)的環(huán)境和物質(zhì)基礎(chǔ)，是近幾十年來學(xué)者們關(guān)注和研究的熱點(diǎn)問題。我國的快速城鎮(zhèn)化一方面促進(jìn)了社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，但另一方面也對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)、環(huán)境、土地利用等造成了巨大壓力，從而影響了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。因此客觀、科學(xué)地評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其價值，可為區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)、生態(tài)保護(hù)政策、生態(tài)功能區(qū)劃、生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)以及可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃等的制定提供科學(xué)依據(jù)，為快速城鎮(zhèn)化背景下區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)

2、服務(wù)保障提供科學(xué)支持，有助于區(qū)域社會、經(jīng)濟(jì)及自然環(huán)境的協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展。
　　本研究以社會-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)理論為指導(dǎo)，選取我國東部發(fā)達(dá)地區(qū)的黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)核心城市-東營為研究對象，綜合利用景觀生態(tài)學(xué)、能值分析等不同方法對東營的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行了評估和預(yù)測。首先利用空間分析技術(shù)對1995年、2004年以及2015年Landsat遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯，通過監(jiān)督分類獲取1995-2015年的研究區(qū)域土地利用/土地覆蓋變

3、化，并利用景觀格局指數(shù)詳細(xì)分析不同時期內(nèi)各類土地利用類型的轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步利用馬爾科夫模型計算土地利用空間轉(zhuǎn)移矩陣，借助元胞自動機(jī)和馬爾科夫模型對2025年東營的土地利用與景觀格局進(jìn)行模擬預(yù)測，獲取2025年東營土地利用變化。第二，采用能值分析與3S技術(shù)相結(jié)合的研究方法，對東營的社會-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行能值核算，基于能值分析結(jié)果計算能值自給率、環(huán)境負(fù)載率、能值貨幣比以及可持續(xù)發(fā)展指數(shù)等多項能值指數(shù)，對研究區(qū)域復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)

4、行綜合評價。第三，通過收集東營的遙感數(shù)據(jù)、文獻(xiàn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)等，構(gòu)建東營生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價體系，對東營生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及變化進(jìn)行量化評估。鑒于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中不同服務(wù)類型的物質(zhì)量存在異質(zhì)性，無法直接進(jìn)行比較分析，本研究采用能值分析法將不同類型的服務(wù)功能進(jìn)行能值換算，以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一量化處理。以能值核算結(jié)果實(shí)現(xiàn)了以統(tǒng)一單位(sej)來度量各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，可以較準(zhǔn)確的對各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行評估和比較分析，但仍然難以反映其對人類社會經(jīng)濟(jì)的重要性和稀缺性，因

5、此本研究進(jìn)一步結(jié)合對東營復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)開展的能值分析評價結(jié)果，利用能值貨幣比這一經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，結(jié)合各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的能值量，核算各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的能值貨幣價值，獲取各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的宏觀經(jīng)濟(jì)價值，并結(jié)合3s技術(shù)實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的物質(zhì)量、能值量以及價值量的空間可視化分析，最后，基于2009年和2015年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價結(jié)果，結(jié)合2025年土地利用預(yù)測結(jié)果，通過構(gòu)建東營生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價體系，對2025年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行預(yù)測。研究內(nèi)容及相

6、關(guān)結(jié)論如下:
　　(1)快速城鎮(zhèn)化發(fā)展導(dǎo)致區(qū)域土地利用/土地覆蓋變化迅速，對區(qū)域自然資源利用和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)造成巨大影響。以1995年和2004年的Landsat TM5遙感影像，以及2015年的Landsat ETM8遙感影像作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過監(jiān)督分類獲取三個時期東營的土地利用/土地覆蓋變化，并通過野外實(shí)地調(diào)查對分類結(jié)果進(jìn)行精度檢驗，同時利用元胞自動機(jī)和馬爾科夫鏈構(gòu)建預(yù)測模型對2025年土地利用變化進(jìn)行預(yù)測。結(jié)果顯示，1995-2

7、015期間研究區(qū)域的建筑用地面積大幅增加，1995年東營的建筑用地面積僅為540.40平方公里，而到2015年建筑用地面積擴(kuò)大到2417.42平方公里，增加了3.47倍，反映出二十年間該區(qū)域城市的擴(kuò)張非常迅速，這是快速城鎮(zhèn)化的結(jié)果。根據(jù)對2025年的模擬，在不采取相關(guān)管控措施的情景下，該區(qū)域的建筑用地面積將進(jìn)一步增加到2755.46平方公里;研究區(qū)域的草地面積和耕地面積都呈現(xiàn)下降趨勢，其中草地面積在1995-2015年間減少了21.43

8、％，根據(jù)對2025年的模擬，草地面積將會繼續(xù)損失7.04％，耕地面積在1995-2015期間減少了38.72％，2025年將會繼續(xù)減少8.44％;未利用土地面積在1995-2015期間減少了22.54％，根據(jù)對2025年的預(yù)測，未利用土地面積將會進(jìn)一步減少1.25％;水域面積在1995-2025年間的變化相對較小。上述研究結(jié)果可以看出，由于快速城鎮(zhèn)化導(dǎo)致的土地利用變化，最明顯的是草地和耕地等的大量減少，這必然導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的下降。

9、r>　　(2)基于能值分析方法對東營市的社會-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)及其發(fā)展做了評價，表明該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展在很大程度上依賴于不可更新資源。利用空間分析技術(shù)對區(qū)域自然生態(tài)系統(tǒng)的凈初級生產(chǎn)力(NPP)進(jìn)行估算，與先前開展的城市和區(qū)域水平的能值研究相比，著重考慮了生態(tài)系統(tǒng)對區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支持，利用凈初級生產(chǎn)力來實(shí)現(xiàn)對區(qū)域可更新自然資源產(chǎn)品的能值核算，而不僅僅是基于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來評估區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)可更新自然資源產(chǎn)品。通過空間分析技術(shù)

10、獲取研究區(qū)域凈初級生產(chǎn)力，結(jié)合社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)對東營復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了能值定量分析，結(jié)果表明，2009年東營的總能值U為1.14E+23太陽能焦耳(sej)，凈初級生產(chǎn)力的能值為1.95E+22sej，占本地可更新自然資源能值R1的60％;2015年東營的總能值U上升為1.83E+23sej，凈初級生產(chǎn)力的能值為1.78E+22sej，占本地可更新自然資源能值R1的52％，反映出本地生態(tài)系統(tǒng)通過光合作用等方式固定了大量能值，為區(qū)域復(fù)合生

11、態(tài)系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)物質(zhì)材料，同時也為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供了基礎(chǔ)支持。本研究基于能值分析結(jié)果對東營復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了一系列的能值指標(biāo)計算，其中東營2009年的能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)(ESI)為0.79，2015年下降為0.63，反映出東營發(fā)展可持續(xù)性在下降。另外東營不可更新資源N所占的比例在所有消耗能值中是最大的，表明東營的經(jīng)濟(jì)發(fā)展在很大程度上依賴于不可更新資源，石油開采生產(chǎn)是支撐該區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要產(chǎn)業(yè)，這也必將進(jìn)一步影響生態(tài)服務(wù)和可持續(xù)發(fā)展

12、。本研究的結(jié)果可以為衡量區(qū)域可持續(xù)性提供參考標(biāo)準(zhǔn)，并為決策者提供通過系統(tǒng)考慮社會-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)調(diào)整區(qū)域發(fā)展政策的參考。
　　(3)基于能值分析和空間分析方法對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行物質(zhì)量、能值及價值進(jìn)行評估和空間分布可視化分析，結(jié)果表明東營北部草地區(qū)域以及南部耕地區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較高，而中部城市區(qū)域以及沿海鹽荒地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較低。利用能值理論和空間分析技術(shù)，對東營生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)按固碳釋氧、土壤保持、養(yǎng)分保持與水源涵養(yǎng)

13、等不同類型分別進(jìn)行定量化和空間可視化分析。借助ArcGIS地理信息系統(tǒng)軟件，獲取不同類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的物質(zhì)量、能值量以及價值量空間分布圖，并進(jìn)一步將所有類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行圖層疊加分析，從而獲得研究區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值分布圖。因此，研究地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的以物質(zhì)量空間分布圖、能值空間分布圖以及價值空間分布圖的形式呈現(xiàn)，根據(jù)可視化的圖層，不同地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的高低可以直接從圖上獲取和識別;特定地區(qū)的主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型也可以通

14、過目視判讀直接獲取。以上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價、空間分布等研究結(jié)果可為東營生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保護(hù)、生態(tài)功能區(qū)劃以及生態(tài)補(bǔ)償?shù)忍峁┛茖W(xué)直觀的參考依據(jù)。
　　(4)基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估結(jié)果，結(jié)合土地利用變化預(yù)測結(jié)果對東營城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)將會進(jìn)一步受損，其價值將會升高，未來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)會變得更加珍貴。本研究利用東營2009年和2015年的土地利用分類結(jié)果，結(jié)合2009年和2015年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算結(jié)果

15、，提取2009年和2015年不同土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能值貨幣價值，計算2009年-2015年期間的不同土地利用類型單位面積能值貨幣價值年均變化量，再結(jié)合2025年各土地利用類型面積的預(yù)測結(jié)果，對2025年不同土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值以及總價值進(jìn)行核算。研究結(jié)果顯示，東營的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值在2009年為6.22E+08$，2015為6.41E+08$，增長比例為3.05％，根據(jù)預(yù)測結(jié)果，2025年東營的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值將增

16、長到的7.75E+08$，與2015年相比增長20.90％，具體各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值與2015年相比均呈現(xiàn)增長趨勢。本研究的結(jié)果表明，由于城鎮(zhèn)化進(jìn)程中建筑用地的擴(kuò)張，導(dǎo)致了區(qū)域景觀破碎化及生態(tài)用地喪失，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)將會受到較大影響，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的物質(zhì)量和能值將會進(jìn)一步減少，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變得越來越稀缺，因此導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值升高，在宏觀經(jīng)濟(jì)層面上將變得越來越珍貴，這也符合經(jīng)濟(jì)學(xué)中供需關(guān)系的原理。
　　上述研究結(jié)果表明，在快速城