全 文 ：第 34 卷第 20 期
2014年 10月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.20
Oct.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:“十二五冶国家高技术研究发展计划课题(2012AA102001)资助
收稿日期:2013鄄12鄄26; 摇 摇 修订日期:2014鄄09鄄09
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: 1053460198@ qq.com
DOI: 10.5846 / stxb201312263032
严恩萍, 林辉, 王广兴, 夏朝宗.1990—2011年三峡库区生态系统服务价值演变及驱动力.生态学报,2014,34(20):5962鄄5973.
Yan E P, Lin H, Wang G X, Xia C Z.Analysis of evolution and driving force of ecosystem service values in the Three Gorges Reservoir region during
1990—2011.Acta Ecologica Sinica,2014,34(20):5962鄄5973.
1990—2011年三峡库区生态系统
服务价值演变及驱动力
严恩萍1, 林摇 辉1,*, 王广兴1,2, 夏朝宗3
(1. 中南林业科技大学 林业遥感信息工程研究中心,长沙摇 410004;
2. 南伊利诺伊大学地理系,美国 卡本代尔摇 629012;3. 国家林业局调查规划设计院,北京摇 100714)
摘要:作为我国西南部重要的生态屏障和生态走廊,三峡库区具有重要的战略意义,其生态问题非常值得关注。 研究以覆盖三
峡库区的 4期 Landsat TM遥感影像为数据源,通过人机交互解译分别获得 1990、1998、2006、2011 年的土地利用 /覆盖,参照中
国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表,采用研究区单位面积产量与全国农田粮食单位面积产量的比值作为地区修订
系数,计算库区生态系统单位面积生态服务价值当量表,同时利用生物量对林地的生态系统服务价值作进一步的修订。 然后结
合土地利用结构和生态敏感性指数,定量分析土地利用变化引起的生态服系统务价值变化及其驱动因子。 结果显示:1990—
2011年间,三峡库区生态系统服务价值主要由林地支撑(占 76.75%),其次是水域、耕地(共 23.19%),草地的贡献率最小
(0郾 22%),总生态系统服务价值从 1990年的 479.55 亿元增加到 2011年的 680.83 亿元;各项服务功能价值中,食物生产功能价
值下降,其他各项功能价值上升,以土壤形成与保护功能上升幅度最大,达 36.61 亿元,其次是气体调节(33.10 亿元);驱动力分
析表明,库区生态系统服务价值变化的主要原因是人类活动,特别是自 1998 年实施退耕还林工程以来 ,各自然生态系统的面
积发生较大变化,同时,自然生态系统的健康程度和社会政策对生态系统服务价值变化的影响也不忽可视。 研究表明,加强林
地、草地和水域等生态系统服价值高的土地利用 /覆盖类型保护,是维持库区生态系统稳定性的有效措施。
关键词:生态服务价值;土地利用结构;驱动力;Landsat TM;三峡库区
Analysis of evolution and driving force of ecosystem service values in the Three
Gorges Reservoir region during 1990—2011
YAN Enping1, LIN Hui1,*, WANG Guangxing1,2, XIA Chaozong3
1 Research Center of Forest Remote Sensing & Information Engineering, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, China
2 Department of Geography, Southern Illinois University, Carbondale 629012, USA
3 Academy of Forest Inventory and Planning, State Forestry Administration, Beijing 100714, China
Abstract: As the most important ecological barrier and ecological corridor in Southwestern China, the Three Gorges
Reservoir region was strategically important and significant. Since the 1990s, in company with the accomplishment of the
Three Gorges hydro-junction project, a series of key national ecological and forestry projects have been initiated, including
the protective forests along the Yangtze River, the natural forests and Resources conservation, the conversion of cropland to
forest, the afforestation of the reservoir surrounding area and the afforestation of both banks of the Yangtze River. These have
led to significant changes of land use and land cover (LULC) types and their spatial distribution. More than twenty years
has been gone. However, it is unknown that how the accomplishment of the ecological projects affected the change of
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ecosystem service values and what were the effects of these projects on the protection of the Three Gorges Reservoir region.
There is a strong need to assess the effectiveness of the projects, including the dynamics of LULC types and the induced
changes of ecological service values. The objective of this study was to analyze the spatiotemporal characteristics of
ecological service changes and investigate the factors that have driven the dynamics in the Three Gorges Reservoir region. In
this study, the Landsat Thematic MapperTM images that cover the Three Gorges Reservoir region were acquired for years of
1990, 1998, 2006 and 2011, respectively, and visually interpreted for LULC types. The per unit ecosystem service
equivalent value of the ecosystems within the region was calculated by using the corresponding value of the terrestrial
ecosystems for the whole country as a reference and the ratio of the per unit grain productivity of the study area to the
corresponding value of the country as a revised coefficient. The obtained per unit ecosystem service equivalent value was
further modified based on the value of biomass from forested land related to ecological service value. The changes of
ecological service values induced by LULC dynamics and corresponding driving factors were quantitatively analyzed by
combining land use structure index and ecological sensitivity index. The results showed that (1) during the past twenty one
years, the ecological service values of the Three Gorges Reservoir region were mainly supported by the forested land with a
percentage of 76.75%, followed by the water and cropland land (23.19%), and the contribution of the grassland was the
least (0.22%). The total ecological service value increased from 47.96 billion yuan in 1990 to 68.08 billion yuan in 2011;
(2) All the ecological service values increased except food production. The value from soil formation and protection had the
greatest increase with an increment of 3.66 billion yuan, followed by the gas regulation (3.31 billion yuan); (3) The
analysis of driving factors showed that the changes of the ecological service values were mainly due to human activities,
especially the great change of the area for each of the natural ecosystems since the conversion of cropland to forest started in
1998. Moreover, the effects of both the health of the nature ecological systems and the social policy on the changes of the
ecological service values could not be ignored. The findings implied that enhancing the protection of LULC types that have
higher ecosystem service values, including forested land, grassland, water bodies and so on, is an effective way to stabilize
the ecosystems of the Three Gorges Reservoir region.
Key Words: ecosystem service value; land use structure; driving force; Landsat TM; Three Gorges Reservoir region.
摇 摇 生态系统服务是生态系统与生态过程所维持的
人类赖以生存的自然环境条件与效用[1],通过生态
系统结构、过程和功能得到的生命支持产品和服
务[2]。 近年来,在全球环境变化的背景下,人类不合
理的土地利用加剧了生态环境的破坏,导致生态系
统服务功能退化,给自身发展造成极大的威胁。 作
为人类实践的基本活动,土地利用是人与自然交叉
最密切的环节,对维持区域生态系统服务功能起着
决定性作用[3]。 研究土地利用 /覆盖变化对生态系
统服务价值的影响,对促进区域生态建设与和可持
续发展具有重要的意义[4]。
随着环境问题的恶化,利用生态系统服务价值
定量评估土地利用引起的生态效应已成为研究热
点[5鄄7],国外学者从生态资本、生物多样性、自然资本
等角度对生态系统服务价值进行了探讨,其中
Costanza和国际相关组织贡献显著[8鄄9];国内学者评
估了森林、湿地、河流、草地等不同生态系统的服务
价值[10鄄13]。 伴随生态系统服务价值和功能研究的不
断深入,生态系统服务价值定量评估的方法日趋成
熟[14鄄15],归纳起来主要有市场价值法、机会成本法、
影子价格法、资产价值法、条件价值法等。 近年来,
相关学者围绕土地利用变化对区域生态服务价值的
影响开展了大量研究[16鄄17],特别是三峡库区这样的
生态敏感区域[18鄄19],如李月臣等采用生态服务功能
重要性模型,定量揭示了生物多样性保护、土壤保
持、水源涵养和营养物质四种生态服务功能的重要
性程度和空间分布规律;张宝雷等研究了三峡库区
大宁河流域近 30 年的生态服务价值变化。 但这些
研究多单纯涉及区域生态系统服务价值的估算及其
动态变化分析,然而结合驱动因子,从时间和空间上
分析生态系统服务价值动态变化的研究较少。
三峡库区作为我国西南部重要的生态屏障和生
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态走廊,具有重要的战略意义,特别是大坝建成以后
库区的生态问题值得关注。 本文基于 Landsat TM数
据,通过遥感和 GIS技术,分析三峡库区 1990、1998、
2006、2011年生态系统服务价值的基本特征,初步探
讨了人类活动和自然因素对研究区生态系统服务价
值的影响,试图揭示影响库区生态系统服务价值变
化的主要驱动因素,以期为三峡地区土地资源的合
理配置和生态环境保护提供科学依据。
1摇 材料与方法
1.1摇 研究区概况
摇 摇 三峡库区位于东经 106毅00忆—111毅59忆、北纬 29毅
16忆—31毅25忆,地处四川盆地与长江中下游平原的结
合部(图 1),跨越渝、鄂中山区峡谷及川东岭谷地
带,北屏大巴山、南依川鄂高原,属高输沙区域,是全
国水土保持重点防治区。 范围涉及 27 个县 (区、
市),土地面积 576.68 万公顷,属典型的亚热带湿润
季风气候,年均温在 17—19 益之间,年均降水量多
在 1000—1200 mm 之间。 库区物种资源丰富,主要
植被类型有针叶林、阔叶林、混交林、竹林和灌草
丛等[20]。
上世纪 90年代以来,国家在建设三峡水利枢纽
工程的同时,先后在三峡库区实施了长江流域防护
林工程、天然林资源保护工程、退耕还林工程、库周
绿化带工程和长江两岸森林工程等重点生态工程,
初步建立以森林植被为主体、林草相结合的国土生
态安全体系,培育水源涵养林和水土保持林,预防崩
塌、滑坡、泥石流等地质灾害的发生,确保库区的生
态环境安全和水库运行安全。
图 1摇 研究区地理位置示意图
Fig.1摇 The geographical position of the study area
1.2摇 数据来源与处理
1.2.1摇 遥感数据
摇 摇 研究选择三峡库区 1990 年、1998 年、2006 年、
2011年同一时相的多期 Landsat TM 影像为遥感信
息源,空间分辨率 30 m 伊 30 m。 以 1颐50000 地形图
为参考,采用 ENVI 4.7 软件对遥感影像进行几何校
正和地形校正,误差控制在 0.5 个像元之内,经过图
像融合、增强处理,确定 4、5、3 波段为信息提取的最
佳波段组合,在 Arcgis10.0软件里通过掩膜得到覆盖
库区的 4期影像。
1.2.2摇 土地利用数据
根据研究区具体情况,参照《土地利用现状分类
标准》 (GB / T21010—2007),将研究区土地利用 /覆
盖分为六大类:林地、耕地、草地、水域、建设用地和
其他用地。 在 ENVI 4.7 软件支持下,利用先验知识
建立训练样本,对处理后遥感影像进行监督分类,得
到初始分类结果,随后结合森林分布图和野外调查
数据,对监督分类结果进行修正,得到覆盖三峡库区
的四期土地利用 /覆盖分类数据。 经检验,总体精度
分别为 85.3%、84.2%、86.3%、87.9%,Kappa 系数超
过 0.79,精度较高,满足后续工作要求。
1.3摇 研究方法
1.3.1摇 土地利用结构指数
土地利用类型的丰富和复杂程度常用景观多样
性指数来描述;土地利用的集中性主要反映区域土
地利用面积分布的聚集度及对整个研究区域的控制
程度,可用土地利用优势度指数和均匀度指数来描
述。 具体计算公式[21鄄23]:
景观多样性指数(H):
Hi = - 移
m
j = 1
P ij lnP ij (1)
土地利用优势度指数(D):
Di = lnm + 移
n
j = 1
P ij lnP ij (2)
土地利用均匀度指数(E):
E i = Hi / (lnm) (3)
式中, P ij为第 i 年第 j 种土地利用类型面积比例;
Hmax为最大多样性指数;m为给定区域的土地利用类
型数,此处为 6。
1.3.2摇 生态系统服务价值计算
考虑到生态系统服务价值的变化具有时间和空
间效应,本文在借鉴已有研究方法的基础上,对研究
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区不同生态系统单位面积生态服务价值进行修正:
(1)空间上,采用研究区农田粮食单位面积产量与全
国农田粮食单位面积产量的比值作为地区修订系
数,将“中国生态系统单位面积生态服务价值当量
表冶修订为“三峡库区生态系统单位面积生态服务价
值当量表冶 [24];(2)不同生态系统类型价值当量方
面,参考谢高地等提出的中国生态系统单位面积生
态服务价值体系[25],结合重庆、湖北地区生态系统
生物量因子系数,以县为单位进行修正,得到三峡库
区不同生态系统单位面积服务价值;(3)时间上,收
集相应年份的粮食单产数据逐年修正,进而更好地
分析生态系统服务价值的动态变化。
E i =
Q
Q0
E0i (4)
E ji = (bi / B)E j (5)
其中, Q 、 Q0 分别为区域和全国的农田单位面积粮
食产量; E i 为第 i 类生态系统经地区修订后的生态
服务价值当量; E0i 为第 i类生态系统全国平均的生
态服务价值当量,其中 i = 1, 2, …,6,分别代表林
地、耕地、草地、水域、建设用地和其他用地六种不同
的生态系统类型; E ji 为修正后区域生态系统价值当
量;j = 1,2,…,9,分别代表气体调节、气候调节、水
源涵养、土壤形成与保护等九种不同类型的生态系
统服务; bi 为 i类生态系统的生物量; B 为国家一级
生态系统单位面积平均生物量; E j 为不同生态系统
生态服务价值基准单价。
本文根据重庆市统计年鉴[26]和湖北省统计年
鉴[27]提供的数据,收集库区各区县的农田粮食单位
面积产量,分别计算库区 1990 年、1998 年、2006 年、
2011年生态系统服务当量的地区修订系数。 在地区
修订的基础上,依据中国陆地生态系统单位面积生
态服务价值当量表[3]和中华人民共和国林业行业标
准《森林生态系统服务功能评估规范》 [28],以 2011
年的全国粮食平均收购价格(1.40 元 / kg)为标准,计
算库区不同土地利用类型的生态系统服务价值以及
同一土地利用类型的单项生态功能服务价值,其中
建设用地和其他用地的生态服务价值参考袁兴中
等[29]的研究结果予以赋值。 具体计算公式如下:
ESV =移(Ak 伊 VCk) (6)
ESVf =移(Ak 伊 VC fk) (7)
式中,ESVf和 ESV 分别为第 f 项和总的服务价值
(元);Ak为研究区第 k 类型的土地利用面积(hm2);
VCk为第 k 类型土地利用单位面积的服务价值系数
(元·hm-2·a-1);VC fk为第 k 类型土地利用对应的
第 f 项生态功能的单位面积服务价值系数(元 hm-2
a-1)。
1.3.3摇 生态系统服务价值动态
生态系统服务价值动态描述一定时期内某种土
地利用类型生态系统服务价值的变化速度[30]。 具
体公式:
k =
ESVb - ESVa
ESVa
伊 1
T
伊 100% (8)
式中,ESVa和 ESVb分别为研究初期和末期某一土地
利用类型的生态系统服务价值;T 为研究时段。 若
k>0,生态系统服务价值呈增加趋势;k<0,生态系统
服务价值呈减少趋势; k = 0,生态系统服务价值
不变。
1.3.4摇 人为影响综合指数
国内学者围绕人类干扰影响方面开展了大量研
究,归纳起来主要有人类干扰强度对环境变化和土
地利用类型的影响、人类影响强度在景观生态分类
中的应用等[31鄄33]。 人类活动在景观格局变化中起着
重要作用,使景观类型的原始自然特性不断降低,且
不同的景观类型代表着不同的人类开发利用强度。
因此,论文采用人为影响综合指数来描述一定区域
内景观总体受人类干扰的强度,具体公式为[34]:
HAI =移
N
i = 1
AiP i / TA (9)
式中, HAI代表人为影响综合指数; N为景观类型的
数量,本文为 6; Ai为第 i种景观的面积; P i为第 i种
景观所反映的人为影响强度系数; TA 为景观总面
积。 本文利用 Lohani清单法和 Leopold矩阵法,同时
结合 Delphi法确定人为影响强度系数 P i 。 为减小
误差,最终确定三者的平均值(表 1)。
HAI值在 0到 1之间变化,数值越大表示人类活
动对景观组分干扰越大;反之表示人类干扰越小。
在 Arcgis10. 0 中进行聚 类 分 析 Natural Breaks
(Jenks) 将人为影响综合指数(HAI)分为五类:高
(HAI > 0.80)、较高(0.60 < HAI 臆 0.80)、中(0.40 <
HAI 臆 0.60)、较低(0.20 < HAI 臆 0.40)和低(0 <
HAI 臆 0.20),以此为基础分析三峡库区 1990—2011
年人为干扰强度的空间变化。
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表 1摇 三峡库区不同景观组分人为影响强度系数
Table 1摇 Strength indices of human impact for different landscape elements in the Three Gorges Reservoir region
计算方法
Compute methods
景观组分 Landscape component
林地
Forested land
耕地
Cropland
草地
Grassland
水域
Water body
建设用地
Built land
其他用地
Other land
Lohani 0.12 0.57 0.09 0.10 0.96 0.11
Leopold 0.11 0.59 0.08 0.14 0.94 0.06
Delphi 0.13 0.67 0.10 0.12 0.91 0.07
平均值 Mean value 0.12 0.61 0.09 0.12 0.94 0.08
2摇 结果与分析
2.1摇 土地利用变化特征
2.1.1摇 结构特征
摇 摇 作为描述景观单元的重要参数,斑块面积是计
算其他空间特征指标的基础[35]。 为便于分析,利用
地理信息系统软件 Arcgis10. 0 将输出结果转换为
grid格式(最小栅格单元 30 m 伊 30 m),分别生成三
峡库区 1990 年、1998 年、2006 年、2011 年的土地利
用 /覆盖 ( Land use and land cover, LULC ) 分布
(图 2)。
图 2摇 研究区四期土地利用分布图
Fig.2摇 The LULC distribution in study area for years of 1990、1998、2006 and 2011
摇 摇 表 2 列出了 1990—2011 年三峡库区不同土地
利用 /覆盖类型的面积变化。 分析可知,1990—2011
年间,三峡库区土地利用类型以林地为主,占研究区
总面积的 35%以上,具有景观基底性质,其次是耕
地、水域、建设用地,草地面积贡献率最小。 空间分
布上表现为由 1990 年的零星分布发展到 2011 年的
连续、成片分布,景观破碎化状况明显改善。 前期
(1990—1998年间),库区耕地面积出现少量减少,
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年变化率为-1.17%;林地和建设用地面积增加,年
变化率分别为 1.42%、2.62%;水域、草地面积波动不
大,基本保持不变。 后期(1998—2011 年间),耕地
面积大量减少,年变化率达-4.42%,约为前期年变
化率的 4 倍;林地面积大量增加,年变化率为
2郾 89%,约为前期的 2 倍;建设用地和水域面积保持
增长趋势,其中建设用地面积变化最大,年变化率达
5郾 91%,水域面积增加的主要原因是库区大坝建成
后开始蓄水,导致水域面积增加了 1.91 伊 105 hm2。
总体而言,1990—2011 年间,库区土地利用 /覆盖变
化表现为:耕地面积减少,林地、水域、建设用地面积
均有不同程度的增加。 特别是上世纪末实施退耕还
林工程以来,库区土地利用 /覆盖变化最为明显,其
中耕地面积减少 6.25伊105 hm2,林地面积增加6.10伊
105 hm2。
表 2摇 1990—2011年三峡库区不同土地利用 /覆盖类型面积变化
Table 2摇 Area changes of different LULC types in the Three Gorges Reservoir region from 1990 to 2011
LULC types
面积比例 / %
Percentage
1990 1998 2011
面积变化 / (104 hm2)
Change area
1990—1998 1998—2011 1990—2011
年变化率 / %
Annual change rate
1990—19981998—2011 1990—2011
林地 Forested land 35.88 39.96 50.87 22.86 61.01 83.87 1.42 2.89 1.99
耕地 Cropland 26.13 23.69 12.52 -13.63 -62.45 -76.08 -1.17 -4.42 -2.48
草地 Grassland 0.33 0.33 0.46 0.00 0.70 0.70 0.00 2.90 1.79
水域 Water body 3.36 3.36 3.45 0.00 0.50 0.50 0.00 0.21 0.13
建设用地 Built land 1.53 1.86 2.96 1.80 6.17 7.97 2.62 5.91 4.42
其他用地 Other land 32.77 30.80 29.74 -11.03 -5.93 -16.96 -0.75 -0.76 -0.44
摇 摇 LULC:土地利用 /覆盖 Land use and land cover
图 3摇 1990—2011年三峡库区土地利用结构指数
Fig.3摇 Land use structure indexes of the Three Gorges
Reservoir region from 1990 to 2011
H:景观多样性指数;D:土地利用优势度指数;E:土地利用均匀
度指数
2.1.2摇 景观特征
人类活动对土地的干扰程度可用多样性指数、
优势度指数和均匀度指数三个指标来描述,图 3 反
映了近 22年间库区土地利用格局随时间的变化特
征。 多样性方面,H值介于 1.21—1.28 之间,呈逐渐
递减趋势;优势度方面,D 值介于 0.51—0.58 之间,
逐步递增,2011年达最大值 0.58,说明存在优势景观
支配着整个库区;均匀度方面,E 值介于 0.68—0.71
之间,普遍较低,且波动幅度不大。 3 个指数共同表
明,1990—1998 年间,景观异质性较高,景观类型分
布均匀且无明显优势类型;1998—2011 期间,随着国
家退耕还林工程的实施,林地面积逐渐增加,优势度
逐渐增强,居于主导地位。
2.2摇 生态系统服务价值动态
2.2.1摇 不同生态系统类型价值变化
结构决定功能,分析土地利用结构水平上的价
值变化,对深入研究区域生态服务价值的变化成因
具有重要意义。 利用公式(4)、(5)计算库区 1990、
1998、2006、2011年不同土地利用 /覆盖类型的生态
系统服务价值(表 3)。
从历年生态系统的构成看,林地生态系统的服
务价值最大,约占总价值的 76. 75%,其次是水域
(12郾 55%)、耕地(10.64%),草地、建设用地和其他
用地所占比重偏低。 1990—2011 年间,生态系统服
务价值总体呈上升趋势,具体表现为前期增长较缓
慢,后期增长较快。 其中林地增量最大,高达 225.13
亿元,远远高于其他土地利用类型;其次是水域
13郾 98亿元,草地和未利用地共计增加 1.06 亿元;耕
地、建设用地的生态系统服务价值合计降低 38.88 亿
元。 增长率方面,建设用地增幅最高,达 127.69%,
林地、草地、水域和其他用地分别为 67. 39%、
7695摇 20期 摇 摇 摇 严恩萍摇 等:1990—2011年三峡库区生态系统服务价值演变及驱动力 摇
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62郾 54%、 21郾 20% 和 7郾 12%, 耕地为 负 值, 下 降
43郾 42%,林地变化面积虽然较大,但因其本身所占
面积较大,所以增长率相对较低。
2.2.2摇 不同服务功能类型价值变化
从生态系统服务价值的功能构成看 (表 4),
1990—2011年库区总生态系统服务价值增加 201.28
亿元,各项功能的构成比例变化不大,其中土壤形成
与保护、气体调节、生物多样性保护、水源涵养、原材
料五项对总生态系统服务价值的贡献最大,合计贡
献率为 76.07%—78.99%;其次是气候调节、废物处
理和娱乐文化三项,合计贡献率达 23. 48%—
24郾 67%;食物生产的贡献率很小,在 - 0郾 74%到 -
2郾 47%之间。 1990—1998年库区总生态系统服务价
值波动较小,仅增加 52郾 66 亿元,除土壤形成与保
护、水源涵养、气体调节、生物多样性保护、原材料的
服务价值明显增加外,其他功能的生态系统服务价
值虽有增加但增幅不明显。 1998—2011 年间,土壤
形成与保护的价值变化最大,增加 26郾 97 亿元,其次
是水源涵养、气候调节和生物多样性保护,分别增加
24郾 72 亿元、23郾 51 亿元、22郾 35 亿元;食物生产呈负
增长,减少 3郾 67 亿元。 1990—2011年间库区总生态
系统服务价值呈上升趋势,其中原材料、气体调节、
娱乐文化的变化最大,年变化率分别达 3郾 06%、
2郾 68%和 2郾 65%。
表 3摇 1990—2011年三峡库区不同生态系统类型的价值变化(亿元)
Table 3摇 Value changes of different ecosystem types in the Three Gorges Reservoir region from 1990 to 2011
年份(年)
Year
林地
Forested land
耕地
Cropland
草地
Grassland
水域
Water body
建设用地
Built land
其他用地
Other land
合计
Total
1990 334.05 76.94 1.02 65.97 -4.30 5.86 479.55
1998 388.94 72.92 1.07 68.95 -5.43 5.76 532.21
2006 468.30 49.27 1.32 71.26 -7.77 5.78 588.15
2011 559.18 43.53 1.66 79.95 -9.78 6.28 680.83
平均比重 Average share / % 76.75 10.64 0.22 12.55 -1.20 1.04 100.00
ESV增量 ESV increment 225.13 -33.40 0.64 13.98 -5.48 0.42 201.28
增长率 Increase rate / % 67.39 -43.42 62.54 21.20 127.69 7.12 242.53
摇 摇 ESV: 生态系统服务价值 Ecosystem Service Value
表 4摇 1990—2011年三峡库区不同服务功能的价值变化(亿元)
Table 4摇 Value changes of different service functions in the Three Gorges Reservoir region from 1990 to 2011
生态系统服务功能
Ecosystem service
function
所占比例 Percentage / %
1990 1998 2011
ESV增量(亿元)
ESV increment
1990—1998 1998—2011 1990—2011
年变化率 / %
Increment percentage
1990—19981998—2011 1990—2011
气体调节 Gas regulation 12.24 12.61 13.49 8.38 24.72 33.10 1.78 2.83 2.68
气候调节 Climatic regulation 10.84 10.95 11.12 6.30 17.44 23.74 1.52 2.30 2.17
水源涵养 Water conservation 16.76 16.55 16.22 7.70 22.35 30.05 1.20 1.95 1.78
土壤形成与保护
Soil formation and protection 16.48 16.66 16.98 9.64 26.97 36.61 1.52 2.34 2.21
废物处理 Waste disposal 13.23 12.52 10.74 3.20 6.47 9.67 0.63 0.75 0.73
生物多样性保护
Biodiversity conservation 13.84 13.95 14.36 7.87 23.51 31.38 1.48 2.44 2.25
食物生产 Food production 2.66 2.32 1.27 -0.39 -3.67 -4.06 -0.38 -2.29 -1.52
原材料 Raw material 8.53 8.90 9.87 6.47 19.84 26.31 1.98 3.22 3.06
娱乐文化 Entertainment and culture 5.43 5.55 5.95 3.49 10.99 14.48 1.68 2.86 2.65
合计 Total 100.00 100.00 100.00 52.66 148.63 201.28 1.37 2.15 2.00
摇 摇 ESV: 生态系统服务价值 Ecosystem Service Value
2.2.3摇 生态系统服务价值空间变化
以县为单位,分别统计各时期解译后的土地利
用现状数据,计算相应年份的生态系统服务价值以
及单位面积的生态系统服务价值。 因对各县(市、
区)的价值总量开展比较意义不大,本文主要从单位
面积生态系统服务价值变化量(地均 ESV)以及变化
8695 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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率两个方面分析 1990—2011 年间三峡库区生态系
统服务价值的空间分异规律(图 4)。
由图 4可知,1990—2011年间,三峡库区生态系
统服务价值存在明显的空间差异,且地均 ESV 和
ESV变化率的空间分布规律基本一致,具体表现为:
ESV变化最大的是东部的夷陵区、中部的万州区和
以及西南部的武隆县三县,地均 ESV 依次为 0.62、
0郾 55、0. 54 万元 / hm2,增幅为 49. 36%、 39. 35%、
52郾 04%;其次是九龙坡区、忠县、奉节县、江津区和
秭归县等 11 个县(市、区),地均 ESV 均在 0.30 万
元 / hm2以上,增幅超过 30%;其他县(市、区)增幅不
明显,均在 0.20 万元 / hm2以下。 值得注意的是库区
西南部的渝中区和渝北区,ESV呈现明显的负增长。
图 4摇 三峡库区各县(市、区)地均 ESV 和 ESV变化率分布图
Fig.4摇 The spatial distribution of per unit area ESV and ESV change rate in the Three Gorges Reservoir region
ESV: 生态系统服务价值 Ecosystem Service Value
摇 摇 分析发现,三峡库区生态系统服务价值升高的
区域主要集中在三峡库区中东部的传统林区,即位
于湖北境内的秭归县、夷陵区以及渝中地区的万州
区、长阳县、奉节县等人类活动干扰较少的地区;生
态系统服务价值降低(或变化不大)的区域集中分布
在西南部的少林区,即渝北、渝中、北碚、江北以及丰
都等低山丘陵区,主要是因为区域内林木采伐等导
致林地退化为草地,以及城镇用地的扩张导致耕地
转化为建设用地,进而引起区域生态服务价值的
降低。
2.3摇 驱动力分析
从前面的分析结果看,1990—2011 年间三峡库
区生态系统服务价值逐步增加,特别是自 1998 年退
耕还林工程实施以来,库区 ESV 增加幅度明显。 已
有研究表明,自然干扰和人类活动会影响物种正常
的生长和演替,从而改变系统的物种组成和结
构[36],为进一步探求库区生态系统服务价值演变的
根本原因,论文从人类活动、政策驱动和自然因素三
个方面分析生态系统服务价值变化的驱动因素。
2.3.1摇 人类活动
随着社会生产力水平的提高,人类活动对生态
系统格局产生重要的影响,为定量分析人为干扰对
三峡库区生态服务价值变化的影响,论文采用1 km伊
1 km 格网,将库区划分成一系列子单元,分别计算
各单元的人为影响强度,并将其作为每个网格中心
点的值,在趋势分析和正态检验的基础上,利用
Kriging空间插值方法得到三峡库区 1990 年、1998
年、2006 年、2011 年四期人为影响强度的空间分布
图(图 5)。
观察上图可知,三峡库区人为综合干扰强度在
空间上的分布特征表现为:低影响强度占主导地位,
中低影响强度呈蔓延状态分布,中高和高影响强度
呈零星、小块状分布,主要分布在库区的西南部、中
部和东部地区,规律性不明显;分析库区 1990 年、
1998年、2006年和 2011 年人为综合干扰强度的变
化趋势发现:中影响强度基本保持不变,中低影响强
度呈蔓延式扩展,中高影响强度区域范围在扩大。
研究显示:干扰强度高的区域主要位于城镇等生态
服务价值较低的区域,其变化规律与城镇扩张方向
基本一致;此外,值得注意的是,干扰强度最大的区
域主要分布在国家生态工程实施的重点区域,特别
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是 1998 年以来实施的退耕还林工程,大量耕地(草
地)转为林地,生态服务价值呈明显上升趋势,这与
前面的分析结果一致,符合三峡库区生态服务价值
变化的实际规律。
图 5摇 研究区四期人为干扰综合强度分布图
Fig.5摇 Integrated intensity of human disturbance in study area for years of 1990, 1998, 2006 and 2011
2.3.2摇 政策驱动
相关研究显示,社会政策是土地利用 /覆盖变化
的主要驱动力、甚至决定因素[37]。 随着社会生产力
和人类生活水平的不断提高,群众的生态环境意识
不断加强,为了美化环境,相关部门采取了诸多措
施。 根据 《长江三峡工程生态与环境监测公报
(2011)》显示,2011 年三峡库区森林面积 250.86 万
hm2,森林覆盖率达 43.50%。 由于国家对三峡库区
生态环境的重视,特别是 2000 年以来生态防护林、
库周造林绿化等生态工程的相继实施,以及全民义
务植树造林活动的推进,当地群众的环境保护意识
大为加强,人为活动逐渐由破坏转向治理,大量非林
地转为林地,使得土地利用结构发生较大变化,生态
环境明显改善,这说明社会政策的导向作用可以降
低人为活动对土地利用格局的干扰作用,增加区域
生态服务价值。
2.3.3摇 自然因素
气温和降水作为最直接的自然因素,必然影响
生态系统的自然演替,且存在一定的累积和滞后效
应[38]。 为进一步探讨引起生态系统服务价值变化
的自然驱动因素,笔者利用研究区降水及气温与年
份之间的相关性进行回归分析(图 6)。
分析上图可知,近 55年来库区降水量呈下降趋
势,年均下降率为 3.02 mm / 10a;而年均气温却呈缓
慢的上升趋势,气候变化呈现一种暖干化发展趋势,
表现为:土壤含水量下降,植被存活率降低,地表土
质更加疏松,导致区域生态环境趋于恶化[39]。 从自
然属性来看,气温和降水的这种交替变化,非常不利
于库区植被的自然演替和发展。 但是近 20 多年来,
库区森林面积和覆盖率逐步提高,生态环境明显改
善,稳定性增强,因此可以认为非气候因素是库区生
态系统服务价值增加的主要原因,这与李登科等[39]
研究结论相同。 由于 1998—2011 年时间序列较短,
0795 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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地形因素的变化往往需要几十乃至上百年的时间,
由此可以确定人类活动是库区生态服务价值上升的
主要原因,特别是 1998 年以来的大规模退耕还林、
天然林保护以及生态移民等生态工程的实施,是三
峡库区生态环境逐步变好的主要驱动力。
图 6摇 1956—2012年三峡库区气候变化特征
Fig.6摇 The climate changes of the Three Gorges Reservoir region from 1956 to 2012
3摇 结论与讨论
生态系统服务价值是生态服务功能强弱的一种
量化和评价办法。 研究以 4期 Landsat TM遥感数据
为信息源,结合土地利用结构指数和敏感度指数,定
量分析土地利用背景下的生态系统服务价值变化及
其驱动因子,以期为三峡地区土地资源的合理配置
和生态环境保护提供科学依据。 研究结果表明:
(1)1990—2011 年间,三峡库区土地利用的优
势度指数 D呈上升趋势,均匀度指数 E值变化不大,
而多样性指数 H呈下降趋势,说明随着人口增长、经
济发展和国家退耕还林、天然林保护工程的实施,库
区土地利用 /覆盖结构正在发生转变:由以林地、耕
地为主逐渐向以林地为主、耕地为辅的结构转变,林
地的优势地位逐步增强,特别是 1998—2011 年间森
林面积快速增加,年均增长率高达 4%,相比于我国
西北、黄河流域和中部等地区,具有良好的生长状
况,这与袁兴中等对成渝经济区 2000 年以来的土地
利用变化研究结果一致[29]。 总体来说,退耕还林还
草和转变为建设用地是耕地减少的主要原因;林地
的变化主要在于其与耕地、草地间的转变;建设用地
的增加主要来自耕地和其它用地。
(2)分析 ESV 的系统构成可知,三峡库区生态
系统服务价值主要由林地支撑(占 76.75%),其次是
水域和耕地(共 23. 19%),草地的贡献率较小(仅
0郾 22%);虽然建设用地的贡献率仅为-1.20%,但其
在整个生态系统中的负向作用不容忽视。 总体来
说,林地作为库区的基底景观,在面积和单位生态服
务价值方面占有绝对优势,对整个库区生态服务价
值起着决定性作用;此外考虑到建设用地扩张的负
面效应,因此在城市化建设中,应严格控制建设用地
的无序扩张,努力寻求土地利用优化与生态服务价
值提升的协同共生。
(3)1990—2011年间库区生态服务价值增幅较
大,由前期(1990—1998 年)的 52.66 亿元增加到后
期(1998—2011年)的 148.62 亿元,说明 1998 年以
来启动的天然林保护和退耕还林工程,库区大量耕
地、未成林地、宜林地以及无立木林地转为林地,加
速了生态服务价值的提升;分析 ESV 的功能构成可
知,土壤形成与保护对总生态系统服务价值的贡献
最大,其次是水源涵养,食物生产的贡献最小。 随着
退耕还林工程的推进,库区食物生产能力下降,其他
各项生态服务功能均呈不同程度的上升,说明退耕
还林工程有助于生态系统的改善,对粮食生产具有
一定的负面效应。
(4)已有研究表明,生态系统的形成、发展是各
种自然干扰和人为活动共同作用的结果,论文采用
Costanza生态系统服务价值计算公式[3],参照谢高地
等提出的中国单位面积生态服务价值当量表,分析
三峡库区生态服务价值的动态演变及其驱动因素,
结果表明人为活动是三峡库区生态服务价值变化的
主要驱动因素,特别是 1998 年实施的退耕还林工
程,各自然生态系统的面积发生较大变化;同时,自
然生态系统的健康程度和社会政策对生态系统服务
1795摇 20期 摇 摇 摇 严恩萍摇 等:1990—2011年三峡库区生态系统服务价值演变及驱动力 摇
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价值的变化也会产生一定的影响。
土地利用是人类有目的的开发利用土地资源,
将自然生态系统转变为人工生态系统的过程,反映
了一个地区的自然资源和社会经济发展水平[21]。
本文主要侧重从不同土地利用 /覆盖类型角度分析
区域生态系统服务价值的动态演变及其驱动因素,
关于生态服务价值变化的其他潜在驱动力以及对生
态系统稳定性的影响涉足不多。 如何将诸多因子综
合考虑,量化气候变化和人类活动对生态系统服务
价值的影响,解译三峡库区生态环境正向(逆向)演
变的内在驱动机制,是未来进一步研究的工作重点。
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