中科院傅伯杰：評(píng)估中國(guó)黃土高原土地利用/土地覆蓋轉(zhuǎn)化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的影響

環(huán)境修復(fù)網(wǎng)訊:生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，包括供應(yīng)、調(diào)節(jié)、棲息地和文化服務(wù)，是維持人類幸福生活、可持續(xù)發(fā)展必不可少的一部分。這些服務(wù)的貨幣估值直觀地說(shuō)明了人類從生態(tài)系統(tǒng)中的較大獲益，進(jìn)一步突出了生態(tài)系統(tǒng)的重要性，能夠強(qiáng)有力地支持促進(jìn)有效的生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和管理的相關(guān)決策。因此近年來(lái)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(Ecosystem Services Value, ESVs) 的評(píng)估引起了很多關(guān)注。

中國(guó)黃土高原正在遭受劇烈的人類活動(dòng) (例如大規(guī)模的森林砍伐和長(zhǎng)期耕作) 和嚴(yán)峻的環(huán)境條件 (例如高度易蝕的黃土土壤，不均勻分布的降水和破碎的地貌) 的挑戰(zhàn)。因此，它已成為世界上最脆弱，且受侵蝕程度和水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)之一。水土流失使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力降低、水資源枯竭和生態(tài)系統(tǒng)退化。自2000年國(guó)家實(shí)施退耕還林工程二十年來(lái)，生態(tài)恢復(fù)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響引起了學(xué)者和公眾的廣泛關(guān)注。許多研究報(bào)告了區(qū)域、次區(qū)域、分水嶺和地方尺度的不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間格局、時(shí)間變化和權(quán)衡。但是，很少有研究考慮到土地利用/土地覆蓋變化(Land Use/Land Cover, LULC)對(duì)該關(guān)鍵區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響。

本文利用類比經(jīng)濟(jì)學(xué)中彈性的概念，采用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值隨土地利用/土地覆蓋變化的彈性公式，探究了退耕還林工程實(shí)施前后1990-2000年、2000-2010年、2010-2015年三個(gè)時(shí)段中，黃土高原土地利用/土地覆蓋的變化是如何影響該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的。

01 樣本選取和數(shù)據(jù)計(jì)算

確定樣本數(shù)據(jù)并重新定義土地利用/土地覆蓋類型

作者采用中國(guó)土地覆蓋數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)為樣本，選取1990年、2000年、2010年、2015年四個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，將土地利用/土地覆蓋類型重新歸類為16種，包括旱地、稻田、灌木叢、針葉林、混交林、闊葉、牧場(chǎng)、草地、濕地、河流和湖泊、冰雪地、建筑用地等。

計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值

效益轉(zhuǎn)移法(Benefit Transfer Method)是通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)已經(jīng)完成的可用信息轉(zhuǎn)移到其他缺乏主要信息的地點(diǎn)來(lái)評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1,2]。作者應(yīng)用該方法對(duì)全球[3]尺度下16種LULC類型的17種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了估算?；谥袊?guó)生態(tài)專家[4]的調(diào)查問(wèn)卷，對(duì)中國(guó)6種主要LULC類型的9種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行了調(diào)整。為進(jìn)一步提高14種LULC類型[5]的11種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位價(jià)值，建立了等效系數(shù)法。因此，這些單位值對(duì)于計(jì)算在中國(guó)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)更可靠。

02 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1990年至2015年間黃土高原各土地利用/土地覆蓋的變化趨勢(shì)

由表1可知：旱地大幅減少，從1990年的31.25％降至2015年的28.80％；灌木叢擴(kuò)大，從1990年的13.58％增至2015年的14.03％；牧場(chǎng)和灌木草略有增加；濕地、河流和湖泊略有減少；裸地面積略有縮小，1990年為3.79％，2015年為3.61％；建筑用地?cái)U(kuò)張可觀，從1990年的2.57％上升到2015年的3.95％。

表1. 1990年、2000年、2010年和2015年土地利用/土地覆蓋的面積和占比。

1990年至2015年間黃土高原總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化

由圖1中可得知，從1990年到2000年，黃土高原總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值從3271億美元下降到3203億美元，減少約70億美元。自2000年退耕還林工程實(shí)施以來(lái)，黃土高原總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值開始穩(wěn)步回升，2010年達(dá)到3240億美元，但并未恢復(fù)到1990年的水平。

黃土高原生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值占比最大，并且它的變化趨勢(shì)與總體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化一致，第一階段下降，后兩個(gè)階段上升；

供應(yīng)服務(wù)價(jià)值逐漸下降，從1990年的299.82億美元下降到2015年的289.94億美元；

棲息地和文化服務(wù)價(jià)值在2010年達(dá)到峰值，分別為303.52億美元和136億美元，2010至2015年略微回落但并未低于1990年的價(jià)值。

圖1. 1990至2015年生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值的變化。

03 彈性計(jì)算和分析

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值隨土地利用/土地覆蓋變化的彈性公式

該公式衡量了當(dāng)土地利用/土地覆蓋變化為百分之一時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的百分比。對(duì)于給定的區(qū)域，如黃土高原，彈性系數(shù)計(jì)算公式為：

E：所述給定區(qū)域的彈性

ΔA：在給定的期間所轉(zhuǎn)換土地利用/土地覆蓋類型的總面積

ΔESV：ESV在給定區(qū)域中給定周期的總變化

Atotal：給定區(qū)域的總面積

ESVstart：給區(qū)域周期之初時(shí)該地區(qū)總ESVs

彈性的解釋如下：土地利用/土地覆蓋類型的彈性越大，該土地利用/土地覆蓋類型對(duì)總ESV變化的影響越大。如1%的土地利用/土地覆蓋面積的轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致了給定區(qū)域在給定周期內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的E%。當(dāng)較小的面積轉(zhuǎn)換導(dǎo)致較大的ESV變化時(shí)，意味著彈性較大是合理的。彈性可分為0 < E < 0.5、0.5≤E < 1和E≥1三個(gè)層次，說(shuō)明ESVs變化對(duì)LULC變化的響應(yīng)分別為無(wú)彈性、有彈性和富有彈性。

彈性分析

由表2得知，三個(gè)時(shí)段的彈性系數(shù)分別是1.03、0.38和0.05，這意味著黃土高原土地利用/土地覆蓋面積變化為1%時(shí)，這三個(gè)時(shí)段分別會(huì)引起生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化1.03%、0.38%和0.05%。這個(gè)彈性系數(shù)表明，1990-2000年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化隨土地利用/土地覆蓋變化的彈性非常大，而在后兩個(gè)時(shí)段無(wú)彈性。

表2. 三個(gè)時(shí)段土地利用/土地覆蓋變化、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化和彈性系數(shù)

04 總結(jié)和局限性

黃土高原不僅是遭受水土流失和水資源短缺等生態(tài)威脅的脆弱地區(qū)，而且還是為中國(guó)大量人口提供各種基本生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的寶貴地區(qū)。從1990年到2015年，各種自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素已大大改變了黃土高原土地利用/土地覆蓋的方式。將彈性作為簡(jiǎn)化的指標(biāo)有助于發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域之間的異常變化，并確定生態(tài)系統(tǒng)管理的特定政策需求。適當(dāng)?shù)纳鷳B(tài)系統(tǒng)管理不僅可以增加生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供應(yīng)，而且可以促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度是影響研究質(zhì)量的重要指標(biāo)，應(yīng)從土地利用/土地覆蓋的數(shù)據(jù)質(zhì)量和單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值精度的角度考慮提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。