湖泊生态缓冲带识别与生态系...服务价值评估——以滇池为例_王佳恒.pdf

第 卷第 期 年 月生态学报 ，：基金项目：国家自然科学基金项目（）；中国国土勘测规划院外协项目（）收稿日期：；网络出版日期：通讯作者 ：王佳恒，颜蔚，段学军，段岩燕，邹辉，金满库湖泊生态缓冲带识别与生态系统服务价值评估 以滇池为例生态学报，（）：，：，（）：湖泊生态缓冲带识别与生态系统服务价值评估 以滇池为例王佳恒，颜 蔚，段学军，段岩燕，邹 辉，金满库 天津师范大学地理与环境科学学院，天津 中国科学院南京地理与湖泊研究所，南京 中国科学院流域地理学重点实验室，南京 中国科学院大学，北京 摘要：湖滨带及环湖区域是发挥湖泊生态功能的关键区域，湖泊生态缓冲带建设是生态系统服务功能提升和湖泊生态保育的重要手段。基于原地产污贡献、单位面积价值当量因子和 分析等方法，以滇池为例识别湖泊生态缓冲带并评估生态系统服务价值。结果表明：滇池生态缓冲带识别划定出山体型缓冲带、农田型缓冲带、村落型缓冲带、城镇型缓冲带和湿地型缓冲带等 种类型，上边界和下边界长度为 和，平均宽度为，总面积为；其中湿地型占主，缓冲带宽度处于 之间，面积为、占比；年环滇池区域生态系统服务价值整体呈下降趋势，价值总量由 亿元降低至 亿元；价值等级以低等级和中等级别为主，多期评估显示二者占比处于 之间；外海北岸和草海区域生态系统服务价值降低最为明显，反映出城镇建设等人类活动的影响；环滇池区域湿地型、林地型和草地型三种情景模拟对生态系统服务价值分别提升、和，湿地型情景下水文调节、生物多样性等指标提升效果显著。研究结果直观显示了生态缓冲带的生态价值，为滇池生态缓冲带构建和生态修复提供参考。关键词：湖泊生态缓冲带；生态系统服务价值；湖滨带；滇池 ：，：，：，：，：；近年来，湖泊生态环境问题引起了全球的关注，中国也逐步重视湖泊的生态环境保护。年 月，国家发展和改革委员会发布关于加强长江经济带重要湖泊保护和治理的指导意见，将长江经济带湖泊治理问题提升到了新的高度，为强化重要湖泊保护和治理工作指明方向。目前，针对生态缓冲带的识别和生态系统服务价值评估，众多国内外学者已开展了一系列研究。生态缓冲带边界确定的常用方法有经验值法、实地调研法、数学模型法和 分析法。不同的划定方法各有优缺点，适用于多种自然地理环境。李春华等研究指出，流域生态缓冲带宽度的影响因素有水体环境质量要求、区域污染强度、流域的经济发展水平和流域的土壤条件。叶春等认为，湖泊缓冲带的构建，不仅要防控缓冲带内污染源，也要注重生态系统的完整性。关于生态系统服务价值的定量化研究，欧阳志云等将生态系统分为各类生态产品，从功能量和价值量核算了生态系统价值的总和。谢高地等基于 的研究，总结归纳出适用于我国的单位面积价值当量因子法，并核算了中国生态系统服务价值。诸多学者在谢高地的研究基础上，考虑了植被指数、降水量、生物量、沉陷因子、社会经济因子等的影响作用，对价值当量表进行校正修订，得出准确度更高的生态系统服务价值核算结果。近年来，对生态缓冲带和生态系统响应关系的探讨成为了生态修复的研究热点之一。现有研究从以下 个方面展开：一是从污染防治角度，生态缓冲带类型、宽度、长度对拦截污染和净化水体起到重要影响。张静等基于时空视角，在三峡库区研究了不同宽度的缓冲区在不同季节所引起的生态效应也不同。二是从综合效益角度，付文凤等从社会、经济、生态方面构建指标体系评价缓冲带的建设价值。李春江构建缓冲带草林生态效益指标体系，并运用生态学为主的效益计量方法进行定量计算。三是从生态系统服务角度，在西北欧温带提出了综合缓冲区的概念，在防控污染的基础上，继续探究缓冲带所提供的额外生态系统服务。吴一帆等基于 模型，探究草地类型的河岸缓冲带有效提高了生态系统服务价值。湖泊生态缓冲带作为湖泊水体和陆地的过渡带，一定程度上减轻了人类活动和自然过程对湖泊的干扰，保护着湖泊生境，对维护环湖生态系统安全有重要意义。同时湖泊生态缓冲带是湖泊生态系统的重要组成部分，对提升湖泊生态系统完整性和生态系统服务价值起到显著作用。在构建生态缓冲带的背景下，对生态系统服务价值变化进行定量化分析，可以直观反应湖泊生态缓冲带在生态环境保护与修复上所创造的价生 态 学 报 卷：值。目前，针对生态缓冲带对生态系统服务价值影响的研究仍较缺乏，相关研究仅评估了单一类型的缓冲带对生态系统服务价值的影响。通过多情景模拟，可以全面分析不同类型生态缓冲带所带来的生态价值，深入探究生态缓冲带构建的最佳方案，同时也给决策者们提供灵活的多情景参考，为生态缓冲带的落地工作奠定基础。基于此，本研究采用 分析法识别滇池生态缓冲带，运用单位面积价值当量法，在 年土地利用类型的基础上设置 种不同的土地利用类型情景，进一步分析滇池湖泊生态缓冲带所带来的生态系统服务价值变化，以此为滇池湖泊生态缓冲带的构建提供理论支撑。数据与方法图 滇池区位及沿岸地形图 研究区域概况滇池地处云南省昆明市主城区南部，东经，北纬，湖面海拔，面积约为，被誉为“高原明珠”（图）。同时滇池流域是昆明市社会经济和城市发展最为集中、最有活力的地区。年滇池流域涉及的五华区、盘龙区、官渡区、西山、呈贡区以及晋宁区共实现地区生产总值（）亿元，占昆明市地区生产总值的。在近些年发展进程中，滇池流域的城市发展与生态环境的关系上开始出现新的变化。滇池是我国湖面面积最大的高原淡水湖泊，同时也对西南生态安全屏障具有重要的支撑作用。近年来，随着滇池流域的快速发展，各种生态环境问题凸显。年度昆明市生态环境状况公报显示，年滇池湖体综合富营养状态指数为，营养状态为中度富营养，滇池流域生态功能逐渐退化，这大大降低了生态系统结构的稳定性和生态系统服务功能。经过 年的治理，滇池流域污染负荷削减量大幅提升，城市和农业面源污染入湖量显著下降。但滇池周边人类活动强度大，湖泊水质波动较大，难以实现稳定达标。由于滇池流域雨旱两季分明，雨季时降水强度大、部分雨季合流污水加重了滇池污染。因此急迫需要科学划定滇池生态缓冲带，阻滞城镇、农业等未经处理的面源污染直接入湖，提升湖泊生态系统的自我修复和调节能力。数据来源本研究的 数据来源于地理空间数据云网站（：），分辨率为。土地利用数据来源于中国科学院资源环境科学与数据中心（：），选用 年、年和 年的土地利用栅格图像，分辨率为。相关经济数据来源于 年云南统计年鉴和中国农产品价格调查年鉴。研究方法 单元划分本研究根据 数据，使用 的水文分析，对 数据进行填洼、流向、流量等操作，根据提取的河网划分研究单元。在环滇池 范围内，共得到 个研究单元，单元平均面积为。期 王佳恒 等：湖泊生态缓冲带识别与生态系统服务价值评估 以滇池为例：原地产污贡献测算湖泊生态缓冲带对污染防控和净化水环境具有重要意义。因此在识别生态缓冲带时，还需考虑非点源污染对湖泊的影响，参考王亚空研究中的湖泊缓冲带构建方法，在单元划分的基础上，探究各单元对湖泊的影响程度。将研究单元中的土地利用斑块分为增强斑块和削减斑块。当该斑块的产污能力大于纳污能力，即为增强斑块，反之则为削减斑块。根据单元划分类型，量化其产污能力，计算公式如下：（）（）（）式中，为第 类单元占总面积的比例，为第 类单元对应的污染权重，、分别为增强斑块指数、削减斑块指数和原地产污贡献指数。当，则表示该单元对污染物输出有正效应，且 越大，其污染物输出贡献越大，其对湖泊生态环境的威胁程度越大；若，则表示该单元对污染物输出有负效应，且 越小，其削减作用越大，对湖泊生态环境的威胁程度越小。将建设用地、耕地等土地利用类型归为增强斑块，而林地、草地、湿地、水系等土地利用类型归为削减斑块。在增强斑块上，结合已有研究成果和 滇池污染负荷来源，确定了增强斑块产污权重；在削减斑块上，总结前人的研究成果，利用层次分析法确定了削减斑块类型的产污权重（表）。对计算结果利用自然间断点分级法，分为 个级别。根据计算公式，原地产污指数小于，即该单元对污染物的削减作用大于增强作用，该类值划为 级别。级别大于，即该单元对污染物的增强作用大于削减作用。在计算原地产污指数时，有的单元只有增强斑块，没有削减斑块，为了方便分析，将这类单元划为 级别。表 滇池沿岸各类型斑块权重 斑块类型 土地利用类型 权重斑块类型 土地利用类型 权重削减斑块林地增强斑块耕地 草地 建设用地湿地水系 距离权重确定滇池周边局部区域土地开发强度大，生活污染、工业污染和非点源污染等直接影响了湖泊的生态环境。因此为了便于分析，在环湖 内的范围内，以滇池湖岸线为初始边界，以 为间隔建立覆盖环滇池 的 个缓冲区，得到各研究单元到湖泊的距离成本。按照离湖岸线由远及近的原则，对 个缓冲区依次赋予级别 到，即距离权重（）。距离权重越大，代表该区域对湖泊环境影响越大，反之距离权重越小，则该区域对湖泊环境影响越小。相对产污贡献测算由于各单元在研究区域中所处的位置不同，距滇池的距离也不同，因而各单元对入湖的污染负荷的贡献不同。为此采用相对产污贡献指数，来代表各单元的入湖污染负荷贡献度，计算公式如下：（）生态系统服务价值评估本文结合谢高地等研究的中国生态系统服务价值当量表，基于粮食价格对价值当量表进行修订。个标准单位生态系统服务价值当量因子为研究区域单位面积粮食生产经济价值的，通过查阅云南统计年鉴中国农产品价格调查年鉴等资料，计算出价值当量因子为 元，最终确定滇池区域不同生 态 学 报 卷：土地利用类型的单位面积生态系统服务价值当量系数表（表）。本文将土地利用数据分为耕地、林地、草地、湿地、水系、建设用地 类。基于研究区域各用地类型的生态系统服务价值系数，最终获得研究区域生态系统服务价值，公式如下：（）（）式中，是第 类用地单位面积的生态服务价值（元）；为第 类土地的面积（）。表 滇池区域生态系统服务价值系数 元 供给服务 调节服务 支持服务 文化服务食物生产原料生产水资源供给气体调节气候调节净化环境水文调节土壤保持维持养分循环生物多样性美学景观耕地 林地 草地 湿地 水系 建设用地 基于自然间断分级法对 年研究区域的生态系统服务价值分为低（）、较低（）、中等（）、较高（）、高（）个级别。为了便于分析，年和 年的计算结果按照 年的分级区间进行划分。在生态系统服务价值核算结果的基础上，对研究区域进行情景模拟。在构建湖泊生态缓冲带的背景下，模拟 种用地类型作为生态缓冲带，以此来明确土地利用类型的变化对生态系统服务价值的影响。种情景根据 年用地类型中的非生态用地（耕地、建设用地）转为生态用地（湿地、林地、草地）设定。结果分析 湖泊生态缓冲带识别结果表明，原地产污指数等级为 即没有削减斑块的流域单元面积为，占研究区域的。该级别流域单元内主要为耕地和建设用地。湖泊缓冲带的划定需要考虑到各单元的相对产污能力，相对产污指数可以由原地产污指数和距离权重相乘得到。根据计算结果，用自然间断分级法对相对产污指数也进行分级处理，分级结果见图。对相对产污指数分级结果进行分析研究，得到不同流域单元对湖泊的影响能力及影响类别。依据相对产污指数大于 的研究单元的边界轮廓作为缓冲带上边界，滇池湖滨保护区界线作为缓冲带下边界的缓冲带范围识别方案如图 所示。滇池缓冲带上边界和下边界长度分别为 和，平均宽度为，总面积为。结合滇池周边的现状土地利用类型，滇池湖泊生态缓冲带主要包括山体型缓冲带、农田型缓冲带、村落型缓冲带、城镇型缓冲带和湿地型缓冲带，各类型湖泊缓冲带宽度、地形地貌、人类活动表现为不同特征（表）。根据划分的缓冲带类型，湿地型缓冲带占缓冲带总面积的，主要分布在滇池湖滨的各类型湿地，具有生态观光、拦截污染负荷等功能，对滇池湖滨生态环境具有重要意义，但湿地型缓冲带分布较为分散，生态斑块联系与廊道保护功能有待加强；城镇型缓冲带占缓冲带总面积的，范围内主要为城镇住宅用地和商业服务业用地，分布在草海岸段、外海东岸等区域，城镇型缓冲带内人为干扰强度较大；村落型和农田型缓冲带占缓冲带总面积的，划定范围内主要是濒临湖泊的农村宅基地和耕地，主要分布在滇池南岸和西岸等区域；山体型缓冲带与湖泊相邻，为山体支脉与湖泊相交地带和陡崖区域，主要位于西山、大湾山等区域。期 王