全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 22 期摇 摇 2012 年 11 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
CO2 浓度和温度升高对噬藻体 PP 增殖的联合作用 牛晓莹,程摇 凯,荣茜茜,等 (6917)………………………
1956—2009 年内蒙古苏尼特左旗荒漠草原的降水格局 陈摇 军,王玉辉 (6925)………………………………
两个污水处理系统的能值与经济综合分析 李摇 敏,张小洪,李远伟,等 (6936)…………………………………
退化草地阿尔泰针茅种群个体空间格局及关联性 赵成章,任摇 珩 (6946)………………………………………
地表覆盖栽培对雷竹林凋落物养分及其化学计量特征的影响 刘亚迪,范少辉,蔡春菊,等 (6955)……………
福州酸雨区次生林中台湾相思与银合欢叶片的 12 种元素含量 郝兴华,洪摇 伟,吴承祯,等 (6964)…………
“雨花露冶水蜜桃主要害虫与其捕食性天敌的关系 柯摇 磊,施晓丽,邹运鼎,等 (6972)………………………
大兴安岭林区 10 小时时滞可燃物湿度的模拟 胡天宇,周广胜,贾丙瑞 (6984)…………………………………
陕北风沙区不同植被覆盖下的土壤养分特征 李文斌,李新平 (6991)……………………………………………
南方型杨树人工林土壤呼吸及其组分分析 唐罗忠,葛晓敏,吴摇 麟,等 (7000)…………………………………
黑河下游土壤水盐对生态输水的响应及其与植被生长的关系 鱼腾飞,冯摇 起,刘摇 蔚,等 (7009)……………
树木胸径大小对树干液流变化格局的偏度和时滞效应 梅婷婷,赵摇 平,倪广艳,等 (7018)……………………
外来植物紫茎泽兰入侵对土壤理化性质及丛枝菌根真菌(AMF)群落的影响
于文清,刘万学,桂富荣,等 (7027)
…………………………………
……………………………………………………………………………
基于 Landsat TM的热带精细地物信息提取的模型与方法———以海南岛为例
王树东,张立福,陈小平,等 (7036)
…………………………………
……………………………………………………………………………
雪被去除对川西高山冷杉林冬季土壤水解酶活性的影响 杨玉莲,吴福忠,杨万勤,等 (7045)…………………
不同土壤水分处理对水稻光合特性及产量的影响 王唯逍,刘小军,田永超,等 (7053)…………………………
木蹄层孔菌不同居群间生长特性、木质素降解酶与 SRAP 标记遗传多样性
曹摇 宇,徐摇 晔,王秋玉 (7061)
……………………………………
…………………………………………………………………………………
加拿大一枝黄花入侵对土壤动物群落结构的影响 陈摇 雯,李摇 涛,郑荣泉,等 (7072)…………………………
间作对玉米品质、产量及土壤微生物数量和酶活性的影响 张向前,黄国勤,卞新民,等 (7082)………………
接种 AM真菌对玉米和油菜种间竞争及土壤无机磷组分的影响 张宇亭,朱摇 敏,线岩相洼,等 (7091)………
大亚湾冬季不同粒级浮游生物的氮稳定同位素特征及其与生物量的关系
柯志新,黄良民,徐摇 军,等 (7102)
………………………………………
……………………………………………………………………………
太湖水华期间有毒和无毒微囊藻种群丰度的动态变化 李大命,叶琳琳,于摇 洋,等 (7109)……………………
锌胁迫对小球藻抗氧化酶和类金属硫蛋白的影响 杨摇 洪,黄志勇 (7117)………………………………………
基于国家生态足迹账户计算方法的福建省生态足迹研究 邱寿丰,朱摇 远 (7124)………………………………
能源活动 CO2 排放不同核算方法比较和减排策略选择 杨喜爱,崔胜辉,林剑艺,等 (7135)…………………
基于生境等价分析法的胶州湾围填海造地生态损害评估 李京梅刘铁鹰 (7146)………………………………
县级生态资产价值评估———以河北丰宁县为例 王红岩,高志海,李增元,等 (7156)……………………………
专论与综述
丛枝菌根提高宿主植物抗旱性分子机制研究进展 李摇 涛,杜摇 娟,郝志鹏,等 (7169)…………………………
城市土壤碳循环与碳固持研究综述 罗上华,毛齐正,马克明,等 (7177)…………………………………………
基于遥感的光合有效辐射吸收比率(FPAR)估算方法综述 董泰锋,蒙继华,吴炳方 (7190)…………………
光衰减及其相关环境因子对沉水植物生长影响研究进展 吴明丽,李叙勇 (7202)………………………………
浮游动物化学计量学稳态性特征研究进展 苏摇 强 (7213)………………………………………………………
研究简报
2010 年两个航次獐子岛海域浮游纤毛虫丰度和生物量 于摇 莹,张武昌,张光涛,等 (7220)…………………
基于熵值法的我国野生动物资源可持续发展研究 杨锡涛,周学红,张摇 伟 (7230)……………………………
残落物添加对农林复合系统土壤有机碳矿化和土壤微生物量的影响 王意锟,方升佐,田摇 野,等 (7239)……
人工湿地不同季节与单元之间根际微生物多样性 陈永华,吴晓芙,张珍妮,等 (7247)…………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*338*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄11
封面图说: 水杉农田防护林中的小麦熟了———水杉曾广泛分布于北半球,第四纪冰期以后,水杉属的其他种类全部灭绝,水杉
却在中国川、鄂、湘边境地带得以幸存,成为旷世奇珍,野生的水杉是国家一级保护植物。 由于水杉耐水,适应力强,
生长极为迅速,其树干通直挺拔,高大秀颀,树冠呈圆锥形,姿态优美,自发现后被人们在中国南方广泛种植,不仅成
为了湖边、道路两旁的绿化观赏植物,更成为了农田防护林的重要树种。 此图中整齐划一的水杉防护林像忠实的哨
兵一样,为苏北农村即将成熟的麦田站岗。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 22 期
2012 年 11 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 22
Nov. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家科技支撑计划项目(2011BAH23B04);国家高技术研究计划(863)重点项目课题(2006AA120108)资助
收稿日期:2011鄄10鄄20; 摇 摇 修订日期:2012鄄07鄄11
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: zhgao@ caf. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201110201559
王红岩,高志海,李增元,王琫瑜,白黎娜,王志波,吴俊君.县级生态资产价值评估———以河北丰宁县为例.生态学报,2012,32(22):7156鄄7168.
Wang H Y,Gao Z H,Li Z Y,Wang B Y,Bai L N,Wang Z B,Wu J J. The value assessment of county鄄level ecological assets: a case in Fengning County,
Hebei Province. Acta Ecologica Sinica,2012,32(22):7156鄄7168.
县级生态资产价值评估
———以河北丰宁县为例
王红岩,高志海*,李增元,王琫瑜,白黎娜,王志波,吴俊君
(中国林业科学研究院资源信息研究所, 北京摇 100091)
摘要:以中高空间分辨率的 Landsat鄄5 TM和 SPOT鄄5遥感数据为主要数据源,以河北省丰宁县为例,提出了县级生态资产价值遥
感评估的指标体系,研究建立了县级区域生态资产遥感测量的技术体系。 研究结果表明,利用 STAVFM 时空尺度转换模型,可
模拟获得县级区域全年时间序列的 TM尺度 NDVI数据,模拟结果验证的均方根误差仅为 0. 0702,可满足县级区域生态资产价
值评估中 NPP 高精度遥感估算的需要;2008 年丰宁县总生态资产价值为 414. 44 亿元,单位面积生态资产价值在 1123 元 / hm2
至 390029 元 / hm2 之间,其中,森林、灌丛和草地三者的生态资产价值达 349. 05 亿元,占该县生态资产总价值的 84. 22% ,可见
自然生态系统在丰宁县生态资产中所占的重要地位。 研究结果对推动县域生态资产核算体系的建立有指导意义。
关键词:生态资产;遥感;STAVFM;丰宁县
The value assessment of county鄄level ecological assets: a case in Fengning
County, Hebei Province
WANG Hongyan,GAO Zhihai*,LI Zengyuan,WANG Bengyu,BAI Lina,WANG Zhibo,WU Junjun
Research Institute of Forest Resource Information Techniques, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China
Abstract: The technology system for measurement of county鄄level ecological asset was established in Fengning County,
Hebei Province, the indicator system for ecological capital evaluation was brought up based on the remote sensing data of
high spatial resolution ratio(Landsat鄄5 TM data and SPOT鄄5 data) . The study results show that the spatial and temporal
adaptive vegetation index fusion model, which can simulate the TM NDVI time series data and meet the need of the NPP
high鄄precision estimate in county鄄level ecological capital evaluation, and the root mean square error (RMSE) of simulation
result reached 0. 0702. The total ecological asset in 2008 in Fengning was 41. 444 billion yuan, and the unit area value was
between 1123 yuan / hm2 and 390029 yuan / hm2 . The ecological assets of three natural vegetation ecosystems include forest
ecosystem, bush and grass ecosystem reached 34. 905 billion yuan, and the percentage of the total ecological asset in
Fengning was 84. 22% . So the natural ecosystems had an important role in ecological assets in Fengning County. The
research results had significance to promote the establishment of the accounting system of the county鄄level ecological assets.
Key Words: ecological asset; remote sensing; STAVFM; Fengning County
生态系统对于人类的生存是不可或缺的,其重要性越来越为人们所认识和重视[1]。 各类生态系统不仅
提供人类生存所必需的物质产品,而且在调节自然环境中也发挥着重要作用,是人类与自然环境和谐发展所
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依赖的重要资产。 广义上说,“生态资产冶是一切生态资源的价值形式;狭义上讲,是国家拥有的、能以货币计
量的,并能带来直接、间接或潜在经济效益的生态经济资源[2]。 随着经济的不断发展,人口、资源与环境问题
已成为全球关注的焦点,以生态系统服务功能价值和自然资源价值为核心的生态资产测量与价值评估引起了
世界各国的广泛关注[3]。 生态资产的提出,使得生态系统具有了经济学属性,其价值性、替代性、可分性、时
空性、可交易性、权力性等属性已受到广泛重视[4]。
国内外许多学者都对准确量化生态环境及生物资源的方法进行了研究[3鄄11],一些学者已经建议将生态资
产核算纳入国民经济核算体系[8,11鄄12]。 前人的研究方法基本上可以分为两类。 一类是基于单位面积价值对
总量进行静态估算,如陈仲新[6]、欧阳志云等[14]、Bolund等[15]、Bjorklund等[16]、Holmund等[17]的研究,但这类
方法没有全面考虑生态系统类型和质量状况的时间和空间差异。 另一类是在考虑生态系统类型及质量状况
差异的基础上,通过建立生态资产测量模型核算生态资产,如,李京等[18]在分析利用遥感手段测量生态系统
服务价值的特点及数据获取的可靠性和可能性的基础上,通过对生态系统 NPP、有机物产量、蒸散量和土壤
保持量等的遥感估算,对内蒙古中部典型研究区的生态系统服务价值进行了评估;潘耀忠等[3]基于 NOAA /
AVHRR数据进行中国生态系统生态资产的遥感定量测量,朱文泉等[19]也采用相似的方法评估了中国陆地生
态系统的服务价值;史培军等[20]综合运用 3S技术和野外抽样调查技术,以多尺度遥感对地观测技术为手段,
建立了一整套生态资产遥感监测技术,并建立了野外抽样调查和结果质量控制的标准与技术规范;何浩等[21]
利用遥感技术计算了中国陆地生态系统 2000 年生态服务价值,发现我国的生态资产量总体由东向西递减,由
中部向东北和南部递增;这类方法技术上先进,实用性强,但高精度获取生态系统参数数据成为这类方法的关
键和难点。 前人研究的地域尺度较大(省、国家乃至全球),采用的遥感数据多以空间分辨率低的 MODIS、
NOAA / AVHRR等为主,而较少研究中小地理尺度上生态资产价值的评估问题。 大尺度生态资产评估符合国
家环境管理和决策的实施尺度,但容易忽视某些局部格局特征或特意现象,其评估方法也难以满足县级生态
资产评估的需求。 开展小尺度范围的县级生态资产价值评估,可以为大尺度生态资产评价提供有效的精度验
证, 同时对指导县级生态建设、保障生态安全、推动社会经济可持续发展都具有一定的理论和实践指导意义。
图 1摇 研究区位置示意图
Fig. 1摇 Sketch map of study area
本文以河北省丰宁满族自治县为对象区域,利用中高空间分辨率的 Landsat鄄 5 TM和 SPOT鄄 5遥感数据来
获取生态系统参数(如净初级生产力、生物量、植被覆盖度等),通过综合考虑生态系统类型、质量、空间分布
差异和地形因子等的影响,研究了中小尺度的县级区域范围内生态资产价值评估的方法。
1摇 研究区概况
丰宁满族自治县位于河北省北部承德市的西部
(图 1),地处燕山北麓和内蒙古高原南缘,地理位置界
于 40毅53忆—42毅00忆N,115毅54忆—117毅20忆E 之间,南邻北
京市怀柔区,北靠内蒙古正蓝旗和多伦县,东西相邻河
北省围场、 隆化、 滦平、 赤城、 沽源等县, 总面积
8765km2。 该县地形复杂,由东南向西北呈阶梯状抬
升,分为坝上、接坝、坝下三个不同的地貌单元,海拔
374—2293m。 该区属中温带大陆季风型半湿润、半干
旱高原山地气候,年平均气温坝下 7. 2益,坝上为
2郾 1益,南北温差大,多年平均降水量坝上为 416. 5mm,
坝下为 457. 4mm。 主要土壤类型有黑土、灰色森林土、
棕壤土、栗钙土、草甸土、沼泽土和风沙土等。 坝下与接
坝地区属温带落叶阔叶林区,植被以落叶阔叶林、针阔
混交林和落叶灌丛为主,而坝上地区以典型草原和草甸
草原植被为主。
7517摇 22 期 摇 摇 摇 王红岩摇 等:县级生态资产价值评估———以河北丰宁县为例 摇
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全县辖 9 镇 17 乡,309 个行政村,总人口 39. 31 万人,其中农业人口 32. 88 万人。 该县是以种植业为主的
农业县,主要粮食作物为玉米、莜麦、稻谷、小麦等,经济作物有油菜、胡麻、向日葵等。 另外,矿产资源开发和
生态旅游等也是全县经济发展的重要支撑产业。
2摇 研究方法
2. 1摇 数据源
2. 1. 1摇 遥感影像数据获取及其处理
以 2008 年成像的 Landsat鄄 5 TM数据为基本遥感数据源开展研究区生态资产的估测技术研究,该数据的
空间分辨率为 30m。 为满足研究区自然资源价值准确估算的需要,编程获得了 2008 年覆盖全研究区的
SPOT鄄5 XS影像数据,该数据的空间分辨率为 10m。 另外,为支持试验区 2008 年以月为单位时间序列 TM
NDVI数据的模拟获取,从美国国家地质调查局网站(https: / / lpdaac. usgs. gov)下载获得了研究区 2008 年 16d
为周期的 MODIS NDVI(MOD13Q1)产品数据,该数据的空间分辨率为 250m(表 1)。
表 1摇 研究区遥感数据获取情况
Table 1摇 The obtained remote sensing data of Fengning county
数据类型
Data type
产品类型
Producte type
空间分辨率 / m
Spatial resolution
成像时间
Imaging time
数量(景)
Number
备注
Remak
Landsat鄄 5 TM Level 2 摇 30 2008 年 7—9月 摇 3 2 景无云影像可覆盖全区,另 1 景云较多,用于模拟数据验证
SPOT鄄5 XS Level 2 摇 10 2008 年 7—9月 摇 6 有少量云斑,成像质量好
MODIS NDVI MOD13Q1 摇 250 2008 年 1—12 月 摇 12 16 天周期正弦投影 3 级产品
利用 ENVI4. 6 提供的 FLAASH大气校正模块(基于改进的 MORTRAN4+模型)对 TM 和 SPOT鄄 5影像进
行了大气校正,得到地表反射率影像。 利用 ERDAS Imagine软件提供的 Geometric Correction 模块,以 1颐50000
地形图作为参考,对 TM和 SPOT鄄5影像进行了几何精校正,RMS误差控制在一个像元之内。
2. 1. 2摇 TM尺度 NDVI时间序列数据的模拟
对于县级尺度生态资产评估,MODIS NDVI数据的空间分辨率显得过于粗略,而 Landsat鄄5卫星由于受 16
天重访周期和云污染等因素的限制,很难获得满足 NPP 遥感测量需要的以月为单位的时间序列 TM NDVI 数
据。 本研究基于蒙继华等创立的一种尺度转换算法———STAVFM算法[22],模拟获得了空间分辨率 30m的 TM
尺度时间序列 NDVI数据(如图 2 所示),以满足丰宁试验区生态资产评估的需要。 该算法基于某一时刻(T1)
获取的 MODIS NDVI和 TM NDVI 影像,通过计算两类影像的空间分布差异,结合另一时刻(T2 )的 MODIS
NDVI数据,对 T2 时刻的 TM NDVI数据进行预测。 在预测过程中使用滑动窗口法消除低分辨率遥感数据像
元边界的影响。 具体算法用下式描述[22]:
L (xw / 2,yw / 2,T2) =移
w
i = 1
移
w
j = 1
移
n
k = 1
Wijk(M(xi,y j,T2) + L(xi,y j,T1) - M(xi,y j,T1))
式中,T(x w / 2, y w / 2,T2)是预测的 T2 时刻的 TM NDVI像元值,w是移动窗口的大小,(x w / 2, y w / 2)是窗口的中
间像元,M(xi,yi,T2)是窗口位置(xi,yi)处 T2 时刻的MODIS NDVI像元值,L(xi,yi,T1)和M(xi,yi,T1)则分别
为 T1 时刻 TM和 MODIS的 NDVI像元值,Wijk 为窗口内各像元在预测中心像元时的权重。
利用从成像于 2008 年 9 月的 1 景 TM数据(未用于模拟)获得的研究区实际 NDVI 数据,对同期获得的模
拟 TM NDVI数据进行了验证。 在影像上随机选取了 40 个验证样点,实际 TM NDVI 数据与模拟 TM NDVI 数
据相关的散点图如图 3 所示。 可以看出,模拟 TM NDVI 值与实际 TM NDVI 值的相关性达极显著水平(P<
0郾 01),均方根误差 RMSE为 0. 0702,说明模拟 NDVI与实际 NDVI非常接近,预测的精度较高。
2. 1. 3摇 土地覆盖专题数据的获取
为满足研究区自然资源价值准确估算和 NPP 核算的需要,利用编程获得的 2008 年生长季覆盖整个丰宁
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图 2摇 丰宁县 2008 年 1—12 月 NDVI(30m伊30m)空间分布图
Fig. 2摇 The spatial distribution of every month NDVI in Fengning County in 2008(30m伊30m)
研究区的 6 景 SPOT鄄5 XS多光谱影像数据,运用最大似然法监督分类,获得了研究区 2008 年土地覆盖专题图
数据(图 4)。 根据研究区的实际土地覆盖情况、不同地物特征在 SPOT鄄 5影像上的光谱反映特点以及生态资
产评估的实际需要,研究区的土地覆盖类型划分为针叶林、阔叶林、灌丛、草地、农田、水体等类型。 利用野外
调查数据对分类精度进行了验证,总体分类精度达 79. 32% 。
9517摇 22 期 摇 摇 摇 王红岩摇 等:县级生态资产价值评估———以河北丰宁县为例 摇
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图 3摇 预测 TM尺度 NDVI与实际 NDVI相关性分析
Fig. 3摇 Correlation analysis between predicted TM NDVI and actual
TM NDVI
图 4摇 基于 SPOT鄄5影像的丰宁县 2008 年土地覆盖分类结果
Fig. 4 摇 Land cover classification of Fengning County based on
SPOT鄄5 Image data
2. 1. 4摇 其他专题数据的获取
其他专题数据主要包括研究区气象数据、土壤数据等。 气象数据来自中国科学院青藏高原研究所生产的
全国空间分辨率 0. 1毅气象要素栅格数据,主要包括 2008 年研究区的各月平均降水、气温以及月太阳总辐射
数据等,为了在空间分辨率上与 MODIS NDVI数据匹配,经重采样后气象数据的空间分辨率也为 250m。 研究
区土壤类型图来自全国 1颐50 万土壤类型矢量图,并根据野外实测和《河北土壤志》对各类土壤的理化性质数
据做了更新。
2. 2摇 县级生态资产评估指标
生态系统服务和功能并不一定是一一对应的关系,在有些情况下,一种生态功能可提供两种或多种服务,
并且多种生态系统功能是相互依赖的。 根据县级生态资产遥感测量评估的特点,考虑数据获取的可能性和可
靠性,以及我国目前在这方面的研究现状[3,18,23],本文参照 Constanza[8]提出的生态系统服务功能的分类体系,
确定了基于遥感的丰宁县生态资产评估指标(表 2),表中前 8 项生态系统服务功能属于间接服务,而最后一
项属于直接服务。 在指标体系的确定中,对于 Constanza分类体系中提到的干扰调节、废弃物处理、传粉、生物
控制、避难所、遗传资源、文化等服务,鉴于这些内容本身的争议性以及评估的尺度特征,在生态资产核算中未
考虑这些指标。 考虑到研究区的经济社会发展还相对落后,生态资产价值评估中也未考虑休闲娱乐服务
价值。
2. 3摇 各项生态资产价值的核算方法
2. 3. 1摇 生产有机物质价值
净初级生产力(NPP)和生物量是反映有机物质生产的两个重要指标,生物量反映有机物质储存量,而
NPP 是指植物在某一时间段(如 1a)所生产的有机物质总量。 有机物生产价值计算式如下:
Vn =移Vn(x)
Vn(x) = NPP(x) 伊 M
式中,Vn 为区域每年生产有机物质的价值(元);Vn(x)为像元 x 处每年生产的有机物质价值(元);NPP(x)为
像元 x处每年生产的有机物质(t);M 为有机质的平均价格(元 / t),根据农业部中国农业信息网统计的 2007
年春季平均价格,取值为 320 元 / t。
0617 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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表 2摇 基于遥感的县级生态资产评估指标
Table 2摇 Indicators for county鄄level ecological capital evaluation based on remote sensing data
序号
Serial number
生态系统服务
Ecosystem services
生态系统功能
Ecosystem functions
实物量
Physical quantity
1 太阳能的固定 有机物质生产 NPP
2 积累营养物质 营养物质循环与贮存 NPP
3 气体调节 吸纳 CO2 NPP
4 气体调节 释放 O2 NPP
5 涵养水源 调节水量 水源涵养量
6 涵养水源 净化水质 水源涵养量
7 保育土壤 固土 土壤保持量
8 保育土壤 保肥 土壤保持量
9 提供自然资源资源 自然资源价值 生物量
基于朱文泉[24]改进的光能利用率 CASA模型计算各类植被生态系统的 NPP,CASA模型是从植被的生理
过程出发而建立的植被净初级生产力机理模型,模型中 NPP 主要由植物吸收的光合有效辐射和实际光能利
用率两个因子来表达[25],计算式为:
NPP(x,t) = APAR(x,t) 伊 着(x,t)
APAR(x,t) = SOL(x,t) 伊 FPAR(x,t) 伊 0. 5
着(x,t) = T着1(x,t) 伊 T着2(x,t) 伊 W着(x,t) 伊 着max
式中,NPP(x,t)表示像元 x处植被在 t月的净第一性生产力;APAR(x,t)表示像元 x 处植被在 t 月内吸收的
光合有效辐射;着(x,t)表示像元 x处在 t月的实际光能利用率;SOL(x,t) 表示在 t 月像元 x 处的太阳总辐射
量;FPAR(x,t)为植被层对入射光合有效辐射的吸收比例;常数 0. 5 表示植被所利用的太阳有效辐射占太阳
总辐射的比例;T着1(x,t)、 T着2(x,t)及 W着(x,t)分别为低温、高温及水分胁迫对理想条件下最大光能利用率
着max 的影响系数,在本研究中,研究区各植被类型的 着max 参考朱文泉[24]提出的参数,森林取值为 0. 608gC /
MJ,灌丛取值为 0. 429 gC / MJ,草地和农田取值为 0. 524 gC / MJ,其它类型取值为 0. 524 gC / MJ。
2. 3. 2摇 积累营养物质价值
生态系统通过光合作用生产有机质,在这个过程中将无机环境中的 N、P、K等营养物质固定在有机体内。
在评估生态系统积累营养物质价值时,以生态系统的净初级生产力为基础,根据各生态系统中的质量分配率
来计算积累营养物质价值。
Vni =移Vni(x)
Vni(x) =移NPP(x) 伊 r1 伊 M / r2
式中,Vni为区域每年吸收的 i 元素价值(元);Vni(x)为像元 x 处生态系统每年吸收的 i 元素价值(元);NPP
(x)为像元 x处每年生产的有机物质(t);r1 为不同生态系统中 i 元素在有机质中的分配率(g / gC);M 为纯 i
元素在化肥中的含量(% );r2 为化肥的平均价格(元 / t)。 不同生态系统类型 r1 取值参考《中国生物多样性国
情研究报告》(表 3) [26]。
表 3摇 各生态系统营养物质分配率(g / g) [27]
Table 3摇 The nutrients distribution rates of different ecosystems
项目
Item
森林
Forest
灌丛
Bush
草地
Grassland
农田
Farmland
城镇
City
水域
Water
N 0. 004180 0. 013294 0. 013289 0. 013288 0. 013203 0. 004204
P 0. 000890 0. 000092 0. 000093 0. 000090 0. 000087 0. 000901
K 0. 001810 0. 008904 0. 008908 0. 008915 0. 008874 0. 001802
1617摇 22 期 摇 摇 摇 王红岩摇 等:县级生态资产价值评估———以河北丰宁县为例 摇
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2. 3. 3摇 气体调节价值
以生态系统的 NPP 为基础,根据光合作用和呼吸作用的反应方程式推算生态系统固定 CO2 和释放 O2 气
体量,每生产 1g干物质,需要 1. 63g CO2,释放 1. 19g O2。 最后根据公认的碳税率和工业制氧价格推算气体调
节价值。
Vr =移Vr(x)
Vr(x) = 1. 63 伊 NPP(x) 伊 R碳 伊 C碳
V =移V(x)
V(x) = 1. 19 伊 NPP(x) 伊 R
式中,Vr 为区域每年吸收 CO2 的价值(元);Vr(x)为像元 x处生态系统每年吸收 CO2 的价值(元);V为区域每
年释放 O2 的价值(元);V(x)为像元 x处每年释放 O2 的价值(元);NPP(x)为像元 x 处每年生产的有机物质
(t);R碳为 CO2 中碳的含量,为 27. 27% ;C碳为碳税率价格,采用瑞典碳税率 1200 元 / t;R 为工业制氧价格,本
文采用中国卫生部网 2007 年春季氧气平均价格 1000 元 / t。
2. 3. 4摇 涵养水源价值
生态系统涵养水源价值包括调节水量和净化水质两部分。 调节水量与水库蓄水的本质类似,本研究采用
水库工程的蓄水成本来确定生态系统涵养水源的价值。 根据水库工程的蓄水成本(替代工程法),计算出生
态系统每年调节水量的价值。 净化水质与自来水净化原理一致,参照居民用水平均价格,计算出生态系统每
年净化水质的价值。
V调 =移V(x) 伊 C库 伊 S
V水质 =移V(x) 伊 K 伊 S
式中,V调为区域每年调节水量的价值(元);V水质为区域每年净化水质的价值(元);V(x)为像元 x 处每年单位
面积的降水贮水量(m3 / m2);C库为水库建设单位库容投资(占地拆迁补偿、工程造价、维修费用等)(元 / m3),
根据 1993—1999 年《中国水利年鉴》平均水库库容造价及价格指数推算 2007 年价格为 6. 5 元 / t;K 为水的净
化费用(元 / m3),采用网格法得到 2007 年全国各大中城市的居民用水价格的平均值为 2. 09 元 / t ;S 为像元
面积(m2)。
采用土壤蓄水能力法计算生态系统涵养水源量,计算式为:
Q(x)= H(x)伊P(x)
式中,Q(x)为像元 x处每年单位面积的降水贮水量(m3 / m2);H(x)为像元 x 处的土壤深度(m);P(x)为像元
x处的土壤粗孔隙率。
2. 3. 5摇 保育土壤价值
采用影子工程法和市场价值法从固土和保肥两个方面来评估保育土壤价值:
V固 =移Ac(x) 伊 C土 / 籽 伊 S
V肥 =移
i
Ac(x) 伊 (MiP i / R i + N 伊 C) 伊 S( i = N,P,K)
式中,V固为区域每年固土价值(元);V肥为区域每年保护土壤肥力的经济价值(元);Ac(x)为像元 x 处每年单
位面积的土壤保持量(t / m2);C土为挖取和运输单位体积土方所需费用,根据 2002 年《中国水利部水利建筑工
程预算定额》推算获得[27],其值为 12. 6 元 / m3;籽 为土壤容重( t / m3);Mi 为土壤中 N、P、K 的含量;P i 为 N
肥、P 肥、K肥的价格(元 / t);R i 为化肥中纯 N、P、K的含量;N为土壤中有机质含量;C 为有机质价格(元 / t);
S为像元面积(m2)。
土壤保持量反映了地表植被以及土壤保持措施对土壤侵蚀的阻止效应。 土壤潜在侵蚀量减去现实土壤
侵蚀量,即得土壤保持量。
2617 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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Ac = Ap - Ar
式中,Ac 为土壤保持量,Ap 为潜在土壤侵蚀量,Ar 为现实土壤侵蚀量,单位均为 t·hm
-2·a-1。
采用通用土壤流失方程(USLE)计算试验区现实土壤侵蚀量,区域内土壤侵蚀量与降雨、地形、地表植被、
土壤类型及管理措施等五个因素相关,模型表达式为:
Ar = R 伊 K 伊 LS 伊 C 伊 P
式中,R为降雨侵蚀力指标;K为土壤可侵蚀因子;LS为坡长坡度因子;C为地表覆盖因子;P为土壤保持措施因子。
当不考虑地表植被覆盖以及土壤保持措施因子时,所得出的侵蚀量即为潜在侵蚀量:
Ap = R 伊 K 伊 LS
2. 3. 6摇 自然资源价值
研究区自然资源价值按森林(针叶林和阔叶林)、灌丛、草地、农田、水体等五个生态资产类型分别计算其
提供的自然资源价值,最后相加获得丰宁县的自然资源价值。
根据作者前期研究获得的研究区各类植被生物量估测模型[28]和本研究获得的研究区高精度土地覆盖类
型图,分别估测森林、灌丛、草地的生物量。 根据研究区内各区域的优势树种种类估测森林蓄积量,再根据各
个树种的出材率以及立木价格计算森林资源价值。 根据前期建立的模型估测灌丛和草地的生物量[26],再将
生物量折算为有机物价值,获得灌丛和草地资源的价值。 农田自然资源价值包括生产的粮食价值和秸秆价值
两部分,根据 2008 年《丰宁满族自治县统计年鉴》中各类作物产量、面积等数据,计算获得研究区农田自然资
源价值。
丰宁县境内仅有黄土梁水库一个较大水体,该水库在居民饮水、防洪、发电、灌溉、养殖等方面发挥着及其
重要的作用。 根据黄土粱水库的库容,采用市场价值法计算水体供水资源价值。
3摇 研究结果
3. 1摇 生产有机物质价值
基于 CASA模型计算获得的丰宁县 2008年 NPP 空间分布图如图 5所示。 由于缺少 NPP 实测数据,本文采
用 2008年 8月草地植被类型实测生物量值对 NPP 估算结果进行了初步验证,实测生物量值与 NPP 模拟值散点
图如图 6所示,可以看出,NPP 模拟值与实测生物量值相关性较好,一定程度上说明了模拟结果的可靠性。
摇 图 5摇 丰宁县 NPP空间分布图
Fig. 5摇 The spatial distribution of NPP in Fengning County
摇 图 6摇 NPP模拟值与实测生物量值的相关性
Fig. 6 摇 The correlation between simulated NPP and measured
biomass
基于研究区 NPP 数据,采用市场价值法对丰宁县生态系统生产有机物质价值进行了估算,结果如图 7 所
示。 丰宁县生态系统 2008 年生产有机物质价值总量为 11郾 44 亿元,单位面积最高达 2838 元 / hm2。 通过与图
3617摇 22 期 摇 摇 摇 王红岩摇 等:县级生态资产价值评估———以河北丰宁县为例 摇
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摇 图 7摇 丰宁县生态系统生产有机质价值
Fig. 7 摇 The value of produced organic matter of Ecological
system in Fengning County
4 和图 5 对比,可以看出,生产有机物质价值的空间变
化基本与植被类型和 NPP 的空间分布变化一致,中部、
西南部及东部的 NPP 明显高于西北部,这是由于丰宁
县西北部分布大面积的草地,草地植被的净初级生产力
明显低于森林、灌丛植被的净初级生产力。
3. 2摇 营养物质积累和气体调节价值
采用市场价值法估算的丰宁县生态系统积累营养
物质价值以及利用碳税法和工业制氧法计算的固碳释
氧价值如图 8 所示。
丰宁县生态系统 2008 年营养物质积累总价值达
7. 76 亿元,单位面积最高达 2381 元 / hm2,丰宁县东南
地区及农田的营养物质积累价值明显高于西北草地地
区。 丰宁县生态系统 2008 年固碳释氧总价值达 61. 6
亿元,单位面积最高达 15288 元 / hm2,固碳释氧价值分
布与 NPP 空间分布基本一致,中部、西南部及东部的固
碳释氧价值明显高于西北部。
3. 3摇 涵养水源价值
从调节水量和净化水质两方面,利用蓄水能力法获
图 8摇 丰宁县生态系统积累营养物质和固碳释氧价值
Fig. 8摇 The values of Ecological system for nutrients accumulation and fixing carbon & releasing oxygen in Fengning County
得丰宁县生态系统水源涵养量以及采用替代工程法计算获得的丰宁县生态系统涵养水源价值如图 9 所示。
全县 2008 年生态系统水源涵养总价值约为 75. 19 亿元。 从图 9 中可以看出,丰宁县生态系统水源涵养价值
的变化与水源涵养量的分布变化一致,都是西北部地区较高,主要因为该地区土壤类型为栗钙土和草甸土,其
土壤孔隙度较大,土层较厚。
3. 4摇 保育土壤价值
采用通用土壤流失方程计算获得丰宁县生态系统水土保持量以及采用影子工程法和市场价值法从固土
和保肥两方面估算的生态系统相应保育土壤价值如图 10 所示。 丰宁县生态系统 2008 年保育土壤总价值约
为 202. 14 亿元。 丰宁县西南及中部地区森林分布较多,植被覆盖度高,土壤保持量大,生态系统保育土壤价
4617 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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图 9摇 丰宁县生态系统水源涵养量和水源涵养价值
Fig. 9摇 The quantity of water conservation and the water conservation value of Ecological system in Fengning County
值高,西北坝上草原及农田分布区域,地势较平坦,水土流失量小,土壤保持量小,生态系统保育土壤价值
较低。
图 10摇 丰宁县生态系统土壤保持量和保育土壤价值
Fig. 10摇 The quantity of soil conservation and the soil conservation value of Ecological system in Fengning County
3. 5摇 自然资源价值
计算获得的丰宁县 2008 年自然资源价值空间分布状况如图 11 所示。 丰宁县 2008 年自然资源总价值约
为 56. 29 亿元,西南、中部及东部的森林植被及灌丛植被的自然资源价值明显高于西北的草本植被和农作物
的自然资源价值。
3. 6摇 丰宁县生态资产总价值
将上述计算获得的丰宁县生态资产各分项价值进行空间叠加,得到丰宁县 2008 年生态资产价值分布图
(图 12)。 2008 年丰宁县总生态资产约为 414. 44 亿元,单位面积生态资产在 1123 元 / hm2 至 390029 元 / hm2
5617摇 22 期 摇 摇 摇 王红岩摇 等:县级生态资产价值评估———以河北丰宁县为例 摇
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之间,其中最大值出现在中部与西南部的森林生态系统。 表 4 为丰宁县 6 类生态系统各项生态资产价值的统
计情况,在 3 种自然植被生态系统中,森林(针叶林和阔叶林)的生态资产总值最高,达到 162. 51 亿元,占总生
态资产价值的 39. 21% ,其次为灌丛,生态资产价值约为 119. 47 亿元,占总生态资产的 28. 83% ,草地的生态
资产价值占总生态资产的 16. 18% ,总价值约为 67. 07 亿元。
摇 图 11摇 丰宁县生态系统自然资源价值
Fig. 11摇 The natural resources value of Ecological systems in
Fengning County
图 12摇 丰宁县总生态资产价值分布
摇 Fig. 12摇 Distribution of the total ecological capital value in
Fengning County
表 4摇 2008 年丰宁县六类生态系统各项生态价值统计(亿元)
Table 4摇 Statistics of the ecological capital of six ecosystems in Fengning County in 2008(伊108Yuan RMB)
项目
Item
农田
Farmland
森林
Forest
灌丛
Bush
草地
Grassland
水体
Water
城镇用地
City
合计
Total
有机物质生产 Produced organic matter 1. 9216 3. 3508 3. 7748 2. 3257 0. 0142 0. 0516 11. 4387
积累营养物质 Nutrients accumulation 1. 6121 0. 9827 3. 1678 1. 9513 0. 0042 0. 043 7. 7611
固碳释氧 Fixing carbon & releasing oxygen 10. 3488 18. 0462 20. 3296 12. 5251 0. 0764 0. 278 61. 6041
水源涵养 Water conservation 14. 583 17. 0162 22. 549 20. 068 0. 1863 0. 7868 75. 1893
保育土壤 Soil conservation 31. 8356 76. 1711 64. 1646 28. 5103 0. 3848 1. 0748 202. 1412
自然资源 Natural resources 2. 0671 46. 9425 5. 4834 1. 6906 0. 0953 0. 0076 56. 2865
总计 Total 62. 3862 162. 5095 119. 4692 67. 071 0. 7612 2. 2418 414. 4389
4摇 结论与讨论
本研究以河北省丰宁县为例,利用中高空间分辨率的 Landsat鄄 5 TM 和 SPOT鄄 5遥感数据获取 NPP、生物
量、植被覆盖度等生态系统参数,在综合考虑生态系统类型、质量、空间分布差异和地形因子等影响的基础上,
研究了县级区域生态资产价值的遥感评估方法,研究结果对推动县域生态资产核算体系的建立有指导意义。
(1)针对县级生态资产遥感测量评估的特点以及数据获取的可能性,参照前人的研究成果,提出了丰宁
县生态资产价值遥感评估的指标体系。 该体系由反映有机物质生产、营养物质积累、气体调节、涵养水源、保
育土壤等生态系统服务功能价值和自然资源价值的指标构成,并提出了各指标相应的价值核算方法。
(2)基于 STAVFM时空尺度转换模型,利用全年时间序列的 MODIS NDVI 数据和年内任一时间的 TM
NDVI数据,模拟获得了研究区全年的高精度时间序列 TM NDVI 数据,模拟结果验证的均方根误差为
0郾 0702,解决了县级生态资产评估中准确计算 NPP 对基础数据的需求。
6617 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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(3)基于县级生态资产遥感评估的指标体系及其各指标价值的核算方法,计算获得了河北省丰宁县生态
系统服务总价值。 丰宁县 2008 年总生态资产总价值为 414. 44 亿元,单位面积生态资产价值在 1123 元 / hm2
至 390029 元 / hm2 之间。 其中,森林、灌丛和草地三者的生态资产价值达 349. 05 亿元,占该县生态资产总价
值的 84. 22% ,可见森林、灌丛和草地等自然生态系统在丰宁县生态资产中所占的重要地位。
(4)本研究利用模拟获得的时间序列 NDVI 数据,基于 CASA 模型计算获得了研究区的年度数据,虽然
NDVI的验证精度较高,但由于 CASA 模型需要估计的参数较多,NPP 的精度也需要系统验证。 由于缺少
NPP 实地测量数据,本研究仅利用草地样地的实测生物量对 NPP 做了初步的验证,因此,NPP 反演结果有待
进一步的系统验证。
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8617 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 22 November,2012(Semimonthly)
CONTENTS
The combined effects of elevated CO2 and elevated temperature on proliferation of cyanophage PP
NIU Xiaoying,CHENG Kai,RONG Qianqian,et al (6917)
……………………………………
…………………………………………………………………………
Precipitation pattern of desert steppe in Inner Mongolia, Sunite Left Banner: 1956—2009 CHEN Jun, WANG Yuhui (6925)………
Emergy and economic evaluations of two sewage treatment systems LI Min, ZHANG Xiaohong, LI Yuanwei, et al (6936)…………
Individual spatial pattern and spatial association of Stipa krylovii population in Alpine Degraded Grassland
ZHAO Chengzhang, REN Heng (6946)
……………………………
……………………………………………………………………………………………
Litter characteristics of nutrient and stoichiometry for Phyllostachys praecox over soil鄄surface mulching
LIU Yadi, FAN Shaohui, CAI Chunju, et al (6955)
………………………………
………………………………………………………………………………
Characteristics of leaf element concentrations of twelve nutrients in Acacia confusa and Leucaena glauca in secondary forests of
acid rain region in Fuzhou HAO Xinghua, HONG Wei, WU Chengzhen,et al (6964)……………………………………………
Relationships between main insect pests and their predatory natural enemies in “Yuhualu冶 juicy peach orchard
KE Lei, SHI Xiaoli, ZOU Yunding, et al (6972)
………………………
…………………………………………………………………………………
Simulating 10鄄hour time鄄lag fuel moisture in Daxinganling HU Tianyu, ZHOU Guangsheng,JIA Bingrui (6984)………………………
Soil nutrient characteristics under different vegetations in the windy and sandy region of northern Shaanxi
LI Wenbin, LI Xinping (6991)
……………………………
………………………………………………………………………………………………………
Partitioning of autotrophic and heterotrophic soil respiration in southern type poplar plantations
TANG Luozhong, GE Xiaomin, WU Lin, et al (7000)
………………………………………
……………………………………………………………………………
Soil water and salinity in response to water deliveries and the relationship with plant growth at the lower reaches of Heihe River,
Northwestern China YU Tengfei, FENG Qi, LIU Wei,et al (7009)………………………………………………………………
Effect of stem diameter at breast height on skewness of sap flow pattern and time lag
MEI Tingting, ZHAO Ping, NI Guangyan, et al (7018)
…………………………………………………
……………………………………………………………………………
Invasion of exotic Ageratina adenophora Sprengel. alters soil physical and chemical characteristics and arbuscular mycorrhizal
fungus community YU Wenqing, LIU Wanxue, GUI Furong, et al (7027)………………………………………………………
Models and methods for information extraction of complex ground objects based on LandSat TM images of Hainan Island, China
WANG Shudong, ZHANG Lifu, CHEN Xiaoping, et al (7036)
……
……………………………………………………………………
Effects of snow pack removal on soil hydrolase enzyme activities in an alpine Abies faxoniana forest of western Sichuan
YANG Yulian, WU Fuzhong, YANG Wanqin, et al (7045)
………………
………………………………………………………………………
Effects of different soil water treatments on photosynthetic characteristics and grain yield in rice
WANG Weixiao, LIU Xiaojun, TIAN Yongchao, et al (7053)
………………………………………
……………………………………………………………………
Growth characteristics, lignin degradation enzyme and genetic diversity of Fomes fomentarius by SRAP marker among populations
CAO Yu, XU Ye, WANG Qiuyu (7061)
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Effects of the invasion by Solidago canadensis L. on the community structure of soil animals
CHEN Wen, LI Tao, ZHENG Rongquan, et al (7072)
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Effects of intercropping on quality and yield of maize grain, microorganism quantity, and enzyme activities in soils
ZHANG Xiangqian,HUANG Guoqin, BIAN Xinmin, et al (7082)
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Influence of mycorrhizal inoculation on competition between plant species and inorganic phosphate forms
ZHANG Yuting, ZHU Min, XIAN Yanxiangwa, et al (7091)
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The stable nitrogen isotope of size鄄fractioned plankton and its relationship with biomass during winter in Daya Bay
KE Zhixin, HUNG Liangmin, XU Jun, et al (7102)
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Dynamics of toxic and non鄄toxic Microcystis spp. during bloom in the large shallow hypereutrophic Lake Taihu
LI Daming, YE Linlin,YU Yang, et al (7109)
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Activities of antioxidant enzymes and Zn鄄MT鄄like proteins induced in Chlorella vulgaris exposed to Zn2+
YANG Hong, HUANG Zhiyong (7117)
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Ecological footprint in fujian based on calculation methodology for the national footprint accounts
QIU Shoufeng, ZHU Yuan (7124)
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The comparison of CO2 emission accounting methods for energy use and mitigation strategy: a case study of China
YANG Xiai, CUI Shenghui, LIN Jianyi,et al (7135)
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Ecological damage assessment of jiaozhou bay reclamation based on habitat equivalency analysis LI Jingmei, LIU Tieying (7146)…
The value assessment of county鄄level ecological assets: a case in Fengning County, Hebei Province
WANG Hongyan,GAO Zhihai,LI Zengyuan,et al (7156)
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Review and Monograph
Molecular basis for enhancement of plant drought tolerance by arbuscular mycorrhizal symbiosis: a mini鄄review
LI Tao, DU Juan, HAO Zhipeng, et al (7169)
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A review of carbon cycling and sequestration in urban soils LUO Shanghua, MAO Qizheng, MA Keming, et al (7177)……………
overview on methods of deriving fraction of absorbed photosynthetically active radiation (FPAR) using remote sensing
DONG Taifeng, MENG Jihua, WU Bingfang (7190)
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Research progress on influencing of light attenuation and the associated environmental factors on the growth of submersed aquatic
vegetation WU Mingli, LI Xuyong (7202)…………………………………………………………………………………………
The framework of stoichiometry homeostasis in zooplankton elemental composition SU Qiang (7213)…………………………………
Scientific Note
Abundance and biomass of planktonic ciliates in the sea area around Zhangzi Island, Northern Yellow Sea in July and August
2010 YU Ying, ZHANG Wuchang, ZHANG Guangtao, et al (7220)……………………………………………………………
Research of wildlife resources sustainable development based on entropy method in China
YANG Xitao,ZHOU Xuehong,ZHANG Wei (7230)
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Influence of residue composition and addition frequencies on carbon mineralization and microbial biomass in the soils of agroforestry
systems WANG Yikun,FANG Shengzuo,TIAN Ye,et al (7239)……………………………………………………………………
Seasonal changes in microbial diversity in different cells of a wetland system constructed for municipal sewage treatment
CHEN Yonghua, WU Xiaofu, ZHANG Zhenni,et al (7247)
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《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的生态学专业性高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研
究原始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、
新方法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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生摇 态摇 学摇 报
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(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 22 期摇 (2012 年 11 月)
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