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生态系统服务及其价值评估是近年来新兴起的一门学科,具有生态学、经济学和社会学等学科的交叉性特点,将自然生态系统与人类社会相结合进行研究。生态系统服务及其价值评估研究对于改变现行的不健全价值体系、增强人们的环境保护意识、提高人类福祉并实现可持续发展具有一定的意义,同时也是绿色GDP、生态补偿、环境帐户等热点环境问题的研究基础。
遥感技术具有空间宏观性、视角广、多分辨率(光谱和空间)、多时相、周期性、信息量丰富等特点,具有其他观测手段无可比拟的优势。遥感技术既可以提供生态系统的宏观空间分布信息,又能提供局部的详细信息及随时间、空间变化的信息等,使其成为生态系统研究的有力工具。
本文以遥感技术为手段,对生态系统服务进行了价值评估,以河北省为研究区,主要开展了以下几方面研究,并取得了相关结论:
(1)在对国内外生态系统服务及其价值评估研究现状和进展进行全面论述的基础上,结合河北省的自然条件和生态环境、社会经济特点,利用遥感、GIS技术和生态学、经济学理论,建立了生态系统服务价值评估体系和评估方法,对2000~2009年河北省生态系统固碳释氧、积累营养物质、固土保肥、净化水质等8项服务功能进行了价值评估,形成了长达10年的生态系统服务价值完整的时间序列;
(2)对生态系统服务价值的组成及其时空格局进行了深入的分析。生态系统服务总价值中,保护土壤肥力的服务功能所产生的价值所占比重最大,其次依次为释放O2价值、吸收固定CO2价值、积累营养物质价值、固定土壤价值、调节水量价值、生产有机质价值和净化水质价值;河北省生态系统总服务价值的变化在1.65×108万元至2.20×108万元之间,平均值为1.90×108万元,单位面积平均值为10.24万元/公顷,10年间呈现出增加的趋势,平均每年增加0.011×108万元;生态系统服务总值的空间分布呈现出北高南低、西北高东南低、山区高平原低的特点;生态系统服务总价值的变化,呈现出南北两端地区减少,中部地区增加的趋势,其中增加部分的面积高于减少部分面积24.82个百分点;不同土地利用/覆盖类型的生态系统服务价值大小顺序为农田>林地>草地>灌丛>城镇建筑用地>未利用地>水体,而单位面积服务价值的大小顺序为林地>草地>灌丛>农田>未利用地>水体>城镇建筑用地;林地、草地、农田、建筑用地和未利用地的单位面积生态系统服务价值均呈现出增加趋势,灌丛与水体的单位面积生态系统服务价值呈现出减少趋势;山地、平原、高原三大地貌单元中,生态系统服务价值大小顺序为山地>平原>高原,单位面积服务价值顺序为山地>高原>平原,山地区的增长速度最快,其次为平原区和高原区:生态系统服务总价值基本呈现出随海拔的升高而逐渐减少的趋势,而生态系统服务单位面积价值呈现出与总价值完全相反的趋势,除海拔1200~1500m、1500~1800m两个高度区间外,其他高度区间内的生态系统服务价值均呈现出增长的趋势;承德市生态系统服务总价值和单位面积价值均最高,除邢台、承德、邯郸外,其余各地区的生态系统服务价值均呈现出增加的趋势。
(3)分析了生态系统服务价值与不同时间段的气温和降水的相互关系。生态系统服务价值与全年降水呈现出很强的线性相关关系,不同土地利用/覆盖类型的生态系统服务价值也与各自的年降水量显著正相关,且均高于与生长季及不同季节的降水的相关性;逐像元的生态系统服务价值与全年的降水表现出很好的相关性,河北省大部分地区相关性显著,而与生长季及四季的降水量的逐像元相关系数均低于与全年降水的相关系数;去除各自时期的同期气温后,无论全省、各土地利用/覆盖类型还是逐像元的生态系统服务价值与不同时期降水的偏相关系数基本均有所减小,说明了生态系统服务价值受气温和降水的双重影响。气温与全省及各土地利用/覆盖类型的生态系统服务价值基本都呈现出负相关关系,但是这种负相关关系并不显著,生长季均温比全年均温及各个季节的均温与生态系统服务价值的负相关性显著;逐像元的相关系分析显示,南部地区全年平均温度与生态系统服务价值呈现明显的负相关性,其他地区相关性则较低,而生长季平均温度与生态系统服务价值的负相关性明显强于与全年的平均温度的相关性,各季节的平均气温与生态系统服务价值的相关性不显著;移除降雨因素后,不同时段温度与生态系统服务价值的偏相关系数在空间分布上发生了很大改变,个别地区呈现出显著正相关,说明温度对生态系统服务价值的影响很多时候是通过降水来起作用;
(4)探寻了人类活动和气候对区域生态系统服务价值的综合影响。识别了两者相互作用的大小,并在空间上进行了定位分析。气候主导的生态系统服务价值增加区占总面积比例的43.04%,主要分布在太行山区的中北部、东部平原地区的中北部、冀西北山地的南部以及冀东北地区;气候所导致的生态系统服务价值减少区占总面积比例的23.59%,主要分布在太行山区的南段以及北部和西北部地区;人类活动主导的生态系统服务价值增加区占总面积的18.80%,主要分布在冀西北及北部地区的降雨量零增长线沿线;人类活动主导的生态系统服务价值减少区占总面积的14.58%,分布在东部平原的南端邯郸以及河北省东北部的唐山、秦皇岛两地。气候的主导区面积总和占全省面积的66.63%,说明研究期间内气候是导致河北省生态系统服务价值发生变化的主要原因。