喀纳斯自然保护区生态系统服务价值变化研究

摘要 生态系统可持续发展是随着全球范围内可持续发展研究的深入和人们对环境破坏和资源利用认识的不断加深而逐渐形成的。人类社会的可持续发展从根本上取决于生态系统及其服务的可持续性，本文应用喀纳斯自然保护区1980、2005年两期Landsat TM影像解译数据，参照谢高地等制定的中国生态系统单位面积生态服务当量因子和新疆布尔津县单位面积农田生态系统提供的食物生产服务的经济价值，确定喀纳斯自然保护区生态系统单位面积生态服务价值系数，对保护区生态系统服务价值及其变化进行了估算和比较。结果表明，林地和草地是喀纳斯自然保护区主要的土地利用类型，25年间土地利用总体上发生了明显变化，林地面积在减少，草地、水域、建设用地面积略有增加；保护区生态系统服务价值由1980年的37.289亿元减少至2005年的36.351亿元，有林地和高覆盖度草地的减少是服务价值降低的主要原因；主要由林地、草地和水域提供的维持生物多样性、水文调节、气候调节、保持土壤等单项功能服务价值均呈现不同程度地减少，说明保护区生态系统结构和功能已受到影响，保护区生态环境质量不断趋向退化。

关键词 生态系统服务价值；土地利用；喀纳斯自然保护区

中图分类号 F301.24 文献标识码 A

文章编号 1002-2104（2011）11-0146-07doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2011.11.024

生态系统服务功能是人们从生态系统获取的效益，包含直接的和间接的、有形的和无形的效益。生态系统是人类社会赖以生存和现代文明得以发展的物质基础，维持与保育生态系统服务功能是实现可持续发展的前提。土地利用是人类作用于生态环境的直接方式，土地利用/土地覆盖结构的变化将引起各类生态系统类型、面积以及空间分布格局的变化，进而影响生态系统所提供服务的种类和强度。因此，正确认识生态系统服务功能及其价值，科学把握土地利用/土地覆盖变化对生态系统服务价值的影响已经成为环境科学、生态学以及生态经济学的研究热点。国内学者从不同尺度对不同土地利用背景下的区域生态服务价值进行了测评［1-4］，但对干旱半干旱地区具有自然保护区背景下的生态区的土地利用变化对生态系统服务价值影响的研究较为鲜见。喀纳斯自然保护区生物物种资源极为丰富，生物多样性复杂，自然景观优美，已被列为5个具有全国意义的陆地生物多样性关键地区之一［5］，其生态系统对于新疆乃至全国的经济建设和生态环境保护均具有重要价值。但是，经过上世纪90年代中后期的环境资源型和资源经济型开发，旅游开发已经对保护区的生态系统造成了一定程度的破坏［6］，面临着诸多环境压力问题。为此，本文以喀纳斯自然保护区1980、2005年土地利用/土地覆盖动态数据为基础，在参考研究成果基础上，修订保护区的生态系统服务功能的价值系数，对保护区生态系统服务价值的变化进行评估，了解区域土地利用变化的生态环境效应，为维护区域生态系统的结构、功能安全以及生态环境的建设提供参考。

1 研究区概况

喀纳斯自然保护区隶属新疆维吾尔自治区阿勒泰地区布尔津县禾木哈纳斯蒙古民族乡，北邻俄罗斯，东连蒙古国，西北部与哈萨克斯坦毗连，地理坐标为东经86°45′-88°11′，北纬48°23′-49°11′，面积为2 201.62 km 2。保护区大陆性气候特征明显，一年中春秋相连，夏季不明显，年平均气温约为-1℃，年均降水量1 180.7 mm。保护区水资源丰富，河湖水网密布，现代冰川发育完全，是我国唯一的北冰洋水系分布区。区内共有植物83科298属798种，珍稀野生脊椎动物27目55科160种，被国内外众多著名专家称为当今世界绝无仅有的寒温带植物基因库。喀纳斯景观组合奇异，生态系统独特，集高山雪峰、冰川、冻土、河流、湖泊、森林、草原、湿地等各种自然景观于一地，是新疆著名的旅游目的地之一。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

土地利用数据是以喀纳斯自然保护区1980年7月和2005年7月的Landsat TM影像为数据源。在目视解译过程中，以保护区1∶100 000地形图为参考，将土地利用类型划分为林地、草地、湖泊、农村用地、冰川和永久积雪（简称冰雪地）、裸岩石砾地、其他七类，其中林地包含有林地、疏林地和灌木林地，草地包含高覆盖度草地、中覆盖度草地和低覆盖度草地。

2.2 土地利用变化分析方法

单一土地利用类型动态度(K)可以定量描述区域土地利用变化的速度，是指某区域一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化状况［7］，其计算公式为：

K=Ub-UaUa 1T×100%

式中，K为研究区某一种土地利用动态度；Ua、Ub为研究期初、研究期末某一种土地利用类型的数量，T为研究时段长，设定为年。

2.3 生态系统服务价值评价方法

生态系统和生态系统服务类型的空间分布具有异质性，Costanza对全球生态系统服务价值的估算只是全球范围的一个均值，当其应用到区域尺度上时，就不可避免地产生较大的误差［2］。中国谢高地［8］等在Costanza［9］研究成果基础上，制定了中国生态系统单位面积服务价值当量，为采用土地利用/覆盖数据评估区域生态系统服务价值创造了条件，并被认为具有可行性［10］。

2.3.1 单位面积农田食物生产服务功能价值

Ea=17∑ni=1mipiqiM（i=1,2...n）

式中，Ea为单位面积农田生态系统提供食物生产服务功能的经济价值（元/hm 2）；i为作物种类；pi为第i种粮食作物价格（元/t）；qi为第i种粮食作物单产（t/hm 2）；mi为第i种粮食作物面积（hm 2）；M为n种粮食作物总播种面积（hm 2）；考虑在没有人力投入的自然生态系统提供的经济价值是现有单位面积农田提供的食物生产服务经济价值的1/7。

2.3.2 生态系统单位面积生态服务价值

VCij=eij•Ea （i=1，…，9，j=1，…，n）

式中，VCij为第j种土地第i种生态服务功能的单价（元/hm 2）；eij为第j种土地第i种生态服务功能相对于农田提供生态服务单价的当量因子；i为土地生态服务功能类型；j为土地利用类型。

2.3.3 生态系统生态服务价值

ESV=∑9i=1∑5j=1Eij•Aj

式中，ESV为生态系统服务总价值（元）；Eij为第j种土地利用类型提供的第i种生态服务功能的单位价值（元/hm 2.a）；Aj为第j种土地利用类型的面积（hm 2）；i为土地生态服务功能类型；j为土地利用类型。

由于保护区内农村用地多为当地图瓦居民住宅，将其对应为建设用地。根据Costanza等的估算方法，居民地、工矿用地及交通用地生态系统服务功能经济价值为0，故不估算建设用地的生态服务价值。

2.4 生态系统服务价值的系数修正

由于生态系统的服务价值与生物量有关［8］，所以简单地采用土地利用/覆盖数据进行生态服务价值估算，忽略质量因素对生态系统功能价值的影响是不合适的。为此，本文在参考相关研究成果的基础上，对林地、草地、荒漠生态系统的服务价值系数进行修订，确定了喀纳斯自然保护区生态系统服务价值估算的价值系数（见表1）。

2.4.1 单位面积农田生态服务价值确定

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