北京市生态系统服务价值时间变化和区域差异分析

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　　（北京林业大学水土保持学院，北京100083）
　　摘要：以北京市1992和2007年遥感图像和统计数据为依据，分析了北京市土地利用结构的变化，对不同时期生态系统服务价值进行了动态评估，并依据各区生态系统服务价值对北京市生态系统服务进行分区规划.结果表明：北京市土地利用发生了很大变化，1992年以林地和农田为最主要的利用方式，2007年林地、草地、农田、建设用地所占比重都比较突出，显现了大都市各种用地较均衡的局面；研究期内总的生态系统服务价值由528.27亿元降至485.04亿元，其中农田的变化量最大，生态系统服务价值减少66.2亿元，变化率达49.74%，林地生态系统服务价值随森林覆盖率的提高增加29.36亿元，由于水域单位面积生态系统服务价值很高，其面积减少不大，但生态系统服务价值减少了9.27亿元，草地面积增加较大，其生态价值呈增长趋势；依据各区各类型生态系统服务价值，将北京市划分为水源涵养区、生态屏障区和生态涵养区、城市未来发展区、首都功能核心区和城市功能拓展区5类，为宏观控制土地利用提供依据，便于实现各功能分区的差别化管理.
　　关键词：生态系统服务价值；土地利用结构；时间变化；功能分区北京市
　　中图分类号：S718.557文献标识码：A文章编号：1671-3168（2011）02-0038-05
　　
　　Temporal Variation and Regional Differences of Ecosystem Services Value
　　 of Beijing
　　
　　ZHU Wen-de, CHEN Jin, WEI Tian-Xing
　　（School of Soil and Water Conservation, Beijing Forest University, Beijing 100083, China）
　　Abstract: Based on remote sensing image and statistical data of Beijing in 1992 and 2007,land using changes and ecosystem service value in different periods have been analyzed and dynamically assessed. According to the value of various ecosystem services, the ecosystem services zoning planning was carried out. The results showed that: great changes have taken place in land using in Beijing. Woodland and farmland were the main way of utilizing in 1992, while the proportion of woodland, grassland, farmland and construction sites were relatively conspicuous in 2007. This showed a more balanced situation of various land using in the city. The total value of ecosystem services fell to 48.504 billion yuan from 52.827 billion yuan in the study period, of which the largest amount of change was farmland, reduced to 6.62 billion yuan and change rate of 49.74%. The value of woodland ecosystem services increased 2.936 billion yuan as increased forest coverage. Due to high value of per unit area of water ecosystem service, decreased value of its ecosystem services was 927 million yuan. Grassland area increased greatly and its ecological value was presenting an increasing trend. Based on different value of various ecological service types, in order to provide reference for macro control of land use and achieve differentiated management easily in functional areas.Beijing was divided into five functional areas, i.e, water conservation areas, ecological buffer zone, ecological conservation areas, and urban future development areas, the city functional core areas and urban functional development areas.
　　Key words: ecosystem service value land utilizing structure temporal variation functional area Beijing
　　
　　收稿日期：2010-03-17.
　　资助项目：北京市教育委员会学科建设与研究生教育项目“北京市重点交叉学科生态环境地理学”；中央高校基本科研业务费专项资金资助.
　　作者简介：朱文德（1983-），男，在读硕士.主要研究方向：植被恢复.E-mail：wenqiang1830@163.com
　　责任作者：魏天兴（1969-），男，副教授.主要研究方向：生态工程.E-mail：weitx@bjfu.edu.cnfive categories
　　
　　生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成的、可以维持人类赖以生存的自然环境条件及其效用【sup】［1］【/sup】.它不仅为人类提供了衣食住行的材料等直接产品和服务，而且通过调节及支持等作用提供间接服务.
　　对生态系统服务功能的研究曾提出了很多不同的说法，Ehrlich和 West man 等人提出了“全球生态系统公共服务功能”，“自然服务功能”等,Ehrlich于1981年将其确定为“生态系统服务”，并随着后来的发展被越来越多的人所接受.1997年 Daily 出版的《Nature’s Service :Societal Dependence on Natural Ecosystem》一书中全面地介绍了生态系统服务的概念及其发展历史、不同生态系统服务功能及其价值评估、基于区域的生态系统服务功能等，这是第一次系统地对整个生态系统服务进行总结.同年，Co stanza 等人在《Nature》上发表“The value of the world’s ecosystem services and natural capital”，从全球角度出发，将生态系统服务功能划分为17 种类型，并对10 种生物群落进行了经济意义上的货币估算【sup】［2］【/sup】.
　　我国对生态系统服务的研究起步较晚，从一开始就直接进入到了对其评估阶段，主要是对区域范围内、单一的生态系统或者某种生态系统服务的价值进行评估理论与方法的研究利用.欧阳志云做了一系列对生态系统的研究，从概念的确定、内涵的意义到价值评价方法的探讨，和王如松等一起描述了生态系统服务功能及其评价理论和方法【sup】［3］【/sup】，并具体对中国陆地生态系统服务功能进行了评估【sup】［4］【/sup】谢高地等对草地生态系统服务价值进行了研究与评估【sup】［5,6］【/sup】,制定出中国生态系统服务价值当量因子表余新晓对森林生态系统服务价值进行了测算【sup】［7,8］【/sup】张志强等深入研究了生态系统服务的估算方法【sup】［9］【/sup】赵景柱等对生态系统服务评估进行了物质量评价和价值量评价【sup】［10］【/sup】.还有许多学者从不同角度对生态系统服务进行了探讨，促进了研究的不断深入.
　　生态系统服务具有开放性的特点，从而使所有人都能够享受其提供的服务，但它的无偿性和外部性使得人类无止境地开发利用自然资源，造成生态环境日趋恶化.对生态系统服务进行价值评价，能让人类更全面地了解生态系统的价值，从而为规划各种自然资源的合理利用提供指导作用.北京市是祖国的首都，其生态系统服务功能变化对整个地区生态安全都有重要影响，但目前对北京市生态系统服务价值评价的研究还鲜有报道.本文利用遥感影像、ArcGIS数据处理平台、谢高地等人提出的价值评估方法对北京市生态系统服务价值进行评估, 分析其生态系统服务价值的时间变化，通过计算各区生态系统服务价值对北京市生态系统服务进行功能分区规划，并提出相应的保护措施，从而为保障北京生态安全提供参考. 1研究方法 1.1数据来源及预处理
　　本研究采用的基本数据是北京市1992和2007年2个时期的Landsat TM和ETM影像.数据来自于美国Global Land Cover Facility（GLCF）和中科院国际科学数据服务平台，每个时期的影像有3景，图像空间分辨率为30 m×30 m.其他数据还有北京市1∶10 万地形图、北京市土地利用现状图.
　　运用ERDAS IMAGE 9.2、ArcGIS 9.2等软件处理平台，参照1∶10 万地形图将数据配准、融合、裁剪、拼接、建立解译标志, 进行人机交互式判读解译.空间栅格数据矢量化后建立拓扑关系, 得到土地利用图形库和属性数据库.依据土地利用类型，结合地区的具体情况，将北京市生态系统类型划分为7类：森林、园地、草地、农田、水域、建设用地及未利用地.然后把森林和园地统一成林地,重点研究林地、草地、农田、水域.对其土地利用结构变化、生态系统服务价值时间变化、空间分布特征进行分析和评价. 1.2计算方法 1.2.1指标体系
　　谢高地在结合Co stanza的研究基础上,把我国生态系统服务功能分为9类【sup】［11］【/sup】.借鉴其研究成果，结合其生态系统评估中生态系统服务功能分类体系和北京地区的生态系统特点，将生态系统服务功能划分为气体调节、气候调节、水源涵养、土壤保持、废物处理、生物多样性保护、有机物质生产、娱乐文化等8类（表1）.气候调节、生物多样性保护和娱乐文化等服务功能由于缺乏相应的数据，在计算价值时归为一类，因此本研究的估计是对生态系统服务价值的保守估计. 1.2.2生态系统服务价值评估方法
　　Co stanza 在对全球的生态系统价值评估中，计算出每类生态系统单位面积的价值，乘以该类生态系统的面积，然后将各类生态系统服务价值相加得到全球的生态系统服务价值.谢高地根据我国的具体情况制定了适合我国的各类生态系统服务单位面
　　
　　表1 北京市生态系统服务功能分类
　　Tab.1 Classification of Beijing ecosystem services function积价值表.笔者根据北京地区的具体情况对谢高地等人得出的系数表进行修正，参照李波等人的研究成果【sup】［12］【/sup】，得到北京市各类生态系统服务单位面积价值表（表2）.
　　
　　表2 北京市各类生态系统服务单位面积价值
　　Tab.2 Value table of unit area of Beijing different
　　ecosystem services元・hm【sup】-2【/sup】 ・a【sup】-1【/sup】根据国内外研究成果及北京市的生态特征，生态系统服务价值估算方法可以表示为:
　　V∑m i1V【sub】i【/sub】∑m i1∑m j1V【sub】ij【/sub】S【sub】j【/sub】
　　式中：V是生态系统服务功能总价值，V【sub】i【/sub】是第i类生态系统服务功能价值，V【sub】ij【/sub】是第i类生态系统第j项服务功能的价值，S【sub】i【/sub】是第i类生态系统面积，m是生态系统类型总数，n是生态系统服务功能总数. 2结果分析 2.1土地开发对利用结构的影响
　　土地利用变化可以反映出开发过程对土地利用结构的影响（表3）.
　　由表3可知，15年来，北京市土地利用发生了很大变化，1992年最主要的利用方式为林地和农田，两者之和占总面积的80%；2007年，林地、草地、农田、建设用地所占比重都比较突出，显现了作为大都市各种用地较均衡的局面.
　　从北京市土地利用总体变化趋势看，农田变化幅度最大，减少286 531.0 hm【sup】2【/sup】，占北京市总面积的
　　
　　表3 1992和2007年北京市土地利用变化
　　Tab.3 Land utilization and percentage changes in Beijing
　　during 1992 and 200717%左右；建筑用地大幅增加，增加159 844.0 hm【sup】2【/sup】，约占北京市总面积的10%；而林地和草地也有一定程度的增加；水域面积减少明显.在研究期间，伴随着社会、经济发展，人口大量增加，城市化发展占用了大量优良的农田，各种用水的增加也导致了水域面积的减少；作为中国的首都，北京的发展受到了广泛关注，对农业结构在内的多种用地结构进行的调整，各类用地的合理规划又促使了林地、草地等生态系统服务功能较大的土地利用类型的面积的增加. 2.2北京市生态系统服务价值时间变化
　　北京市不同时期、不同土地利用类型的生态系统服务价值及其所占比例的相对变化如表4所示.
　　
　　表4 1992和2007年北京市各类型生态系统服务价值变化
　　Tab.4 Service value changes of various types of ecological
　　system in Beijing during1992 and 2007 由表4可知，在各种土地利用中，农田的变化量最大，由1992年的133.08亿元，减少到2007年的66.88亿元，所占比例由25.19%降低至13.79%，减少生态价值66.2亿元，变化率为49.74%.说明在城市化进程中，农田受到的冲击最大，应加强土地管理，严格保护耕地、大力推进集约用地，严格控制城乡建设用地规模；林地生态系统服务价值变幅次之，随着森林覆盖率的提高，其生态系统服务价值增加
　　
　　图1 1992和2007年北京市土地利用状况
　　Fig.1 Land utilization map of Beijing during1992 and 2007
　　
　　29.36亿元，这是期间保护林地和退耕还林工作成果的反映；水域变化居第三，生态系统服务价值减少9.27亿元，虽然水域面积变化不大，但其单位面积生态系统服务价值很高，2007年其价值为19.85亿元，体现了水域生态系统在生态服务方面的重要作用.不合理开发利用水域是造成其减少的直接原因，过度开采地下水导致水面下降，加剧了水域面积的缩小；草地主要以荒草地为主，其单位生态系统服务价值较小，研究期内虽然面积增加较多，但价值增加不大，占总生态价值的1.61%，呈增长趋势.
　　1992至2007年间，北京市社会、经济有了很大发展，但生态系统服务价值有所下降，由528.27亿元降至485.04亿元，说明北京市生态建设落后于经济发展，因此建立合理、完善的生态服务机制，使生态保护和经济发展协调统一，进而为可持续发展服务将是未来北京市生态建设的发展方向. 2.3北京生态系统服务功能分区规划
　　生态系统服务价值存在空间异质性，生态系统服务价值与资源分布、开发利用方式及资源管理有关.从空间分布特点来看，生态系统服务价值呈现郊县>郊区>城区的特点，根据各区主要生态系统服务价值，划分区域重点生态系统服务，进行生态功能区划（图2）.
　　2007年密云区生态系统服务价值为78.55亿元，其中水源涵养价值13.59亿元，占总生态系统服务价值的13.70%；平谷区总生态系统服务价值
　　图2 北京市生态功能分区
　　Fig.3 Ecological Environment function zoning map of Beijing
　　
　　27.81亿元，其中水源涵养价值3.36亿元，占总生态系统服务价值的12.70%.这2个地区水源涵养生态系统服务价值最高，是北京市重要的水资源供给保障地，划分为水源涵养区.怀柔、延庆、昌平、门头沟、房山等区的部分或大部分地区为山区，各类型生态系统服务价值都很高，划分为生态屏障区和生态涵养区；大兴、通州和房山部分地区生态系统服务价值较低，是城市未来重点发展的地区，也是北京面向区域及联系天津、河北等省市的重要地区，划分为城市未来发展区；包括海淀、朝阳、石景山、西城、东城、宣武、崇文、丰台在内的城八区生态系统服务价值很低，总和为13.23亿元，划分为首都功能核心区，要突出其为公共服务的功能，维持适当的土地利用强度；昌平、顺义及其它部分区的平原地区，生态系统服务价值较高，是北京市重要的城市功能拓展区，也是首都国际交往服务的重要外事活动基地，应强化生态服务功能，加强环中心城区绿色空间建设，以控制城市的无序蔓延，体现窗口特色. 3结论与讨论
　　1）研究期内，北京市土地利用发生了很大变化，1992年北京市最主要的土地利用方式为林地和农田，2007年，林地、草地、农田、建设用地各种类型用地面积都较大，呈现出了较均衡的特点；其中农田大幅减少，减少量达北京市总面积的17%左右；水域面积减少明显，建筑用地、林地和草地面积增加，其中建筑用地增幅最大，约占北京市总面积的10%.
　　2）北京市生态系统服务总价值有所减少，由528.27亿元降至485.04亿元.应加强生态建设，建立合理、完善的生态服务机制，进而为社会经济可持续发展服务.
　　3）依据各区生态系统服务经济价值大小，得出其主导生态系统服务功能，将北京市划分为水源涵养区、生态屏障区和生态涵养区、城市未来发展区、首都功能核心区和城市功能拓展区5类，为实现各功能分区的差别化管理提供依据.
　　4）依据对北京市生态系统服务价值的评估，建议北京市加强控制土地利用结构变化，加大耕地保护力度，限制水资源过度利用，控制建设用地规模，继续实行退耕还林还草战略，保障北京市生态安全，促进整个地区的可持续发展. 参考文献:
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