塔里木河中下游土地利用/覆盖变化的生态经济分析，本文主要内容关键词为：塔里木河论文,中下游论文,土地利用论文,经济分析论文,生态论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：F301.24
文献标识码：A
文章编号：1000-6060(2005)05-0706-05
土地利用/覆盖变化(land use and land cover change，简称LUCC)研究作为全球环境变化研究的一个重要内容[1]，反映了人类与自然界相互影响与交互作用最直接和密切的关系[2]，其研究应当成为探讨人地关系地域系统的一个重要切入点[3]。区域土地利用及其变化是区域生态环境及其演化的重要方面，它影响着区域生态系统的结构、功能和生态系统所提供服务的种类和强度，并通过生物地球化学循环过程，影响大气中的化学成分变化，进而导致全球性的气候变化。因此，LUCC过程对维持生态系统服务功能起着决定性的作用[4]。研究LUCC情况下的生态系统服务价值的变化对于协调区域生态环境保护与区域人地关系优化具有重要意义。但传统的土地利用评价往往局限于对生态效益的定性分析，从生态经济学的角度定量研究生态系统的服务价值变化的并不多[5]。本文通过对塔里木河中下游不同时期的LUCC进行生态系统服务价值的计算，试图分析塔里木河中下游生态退化过程中的生态经济损失，为塔里木河流域的生态治理和环境整治提供决策依据。
1 研究方法
1.1 研究区概况
塔里木河中下游主要包括轮台县、尉犁县、若羌一部分和新疆生产建设兵团的31、32、33、34和35团所属区域。本区属于暖温带荒漠干旱气候，降水稀少，年平均降水量仅为20～50mm，而年平均蒸发量(潜势)却高达2500～3000mm[6]。在干旱荒漠气候控制下，该地区的地带性植被属温带灌木和半灌木荒漠。在河漫滩及两岸的低阶地发育着大面积的非地带性的草甸植被，形成由胡杨、灌木和草本植物组成的面积广阔的乔灌草带。乔木主要有胡杨，灌木主要有柽柳、黑刺、铃铛刺等，草本植物主要有芦苇、罗布麻、疏叶骆驼刺、花花柴等[7]。区域水资源相对匮乏，分布不均，所有工农业用水主要靠孔雀河和塔里木河[8]。本区域是南疆发展农业生产、维护生态平衡和保持生物多样性的重要区域之一，但近几十年随着人类对水土资源开发强度的增加，塔里木河源流和上游地区耗水量日益增加，造成塔里木河中下游出现了一系列生态环境问题[9，10]。
1.2 数据来源和研究方法
1.2.1 土地利用/覆盖动态信息源数据获取 本文所用数据主要为1990年和2000年的Landsat TM遥感影像，选取4，2，3(RGB)波段合成影像解译，地面分辨率为30m。由于在该时间段内难以获取高质量数据的地区，适当放宽获取数据的年份，或者采用航片作为补充信息源数据。数据处理平台：ERDAS IMGING8.4，ARC/INFO，ORACLE和EXCEL2000。
季相的选择：本区植被一般在5月中旬返青，10月中旬干枯，6～9月为主要生长期，生物量峰值一般在7月份。鉴于此，选取5月下旬至9月中旬不同季节的信息源(要求每一景TM中的含云量＜5％)。个别影像质量不好的或缺失的采用MSS或其它信息源代替。
土地利用/覆盖类型的划分：根据研究区的土地利用特点，参考中国科学院资源环境数据库中全国1∶100000土地利用分类系统，将研究区土地利用类型分为3级，56级。在研究其土地覆盖变化的生态服务价值变化时采用了二级类型，即分为建筑用地、耕地、天然林、灌草地、内陆湿地、苇地滩涂、内陆水体、裸地和荒漠。
1.2.2 生态系统服务价值的计算方法 生态系统服务是指通过生态系统的结构、过程和功能直接或间接得到的生命支持产品和服务。1997年Costanza等人[11] 最先估算了全球生物圈各种生态系统的各项生态系统服务价值，标志着生态系统服务价值评估的研究已成为生态经济学研究的热点。针对Constanza的研究中缺乏对沙漠、冻原、冰雪、岩石等的生态系统服务价值估算，谢高地等学者结合中国的实际情况，采用对200位生态学者的问卷调查法，制定出中国2002年平均状态的不同陆地生态系统单位面积生态服务价值[12]，如表1所示。
表1 中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值(元/hm[2])
Tab.1 Service values of different land ecosystems per unit area in China( Yuan/hm[2])
服务类型 森林
草地
农田
湿地
水体
荒漠
气体调节3097.0 707.9
442.4 1592.7
0.0
0.0
气候调节2389.1 794.6
787.5 15130.9
407.0
0.0
水源涵养2831.5 707.9
530.9 13715.2 180332.2
26.5
土壤形成与保护 3450.9 1725.5 1291.9 1513.1
8.8
17.7
废物处理1159.2 1159.2 1451.2 16086.6 16086.6
8.8
生物多样性保护 2884.6 964.5
628.2 2203.3
2203.3 300.8
食物生产 88.5 265.5
884.9
88.5
88.5
8.8
原材料 2300.6
44.2
88.5
8.8
8.8
0.0
娱乐文化1132.6
35.4
8.8 3840.2
3840.2
8.8
本文以Costanza等对全球生态系统服务单位价值的平均估算和谢高地等制定的中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值为基础，结合黑河流域某些生态类型的单位服务价值计算的方法[13]，根据塔里木河流域的特点，确定了塔里木河中下游不同土地利用/覆盖类型单位面积的生态服务价值。生态系统服务价值的计算公式为：
V=
Pi×Ai，
(1)
(1)式中：V为研究区生态系统服务总价值($)；Pi为单位面积上土地利用类型i的生态系统服务总价值($/hm[2])；Ai为研究区内土地利用类型i的分布面积(hm[2])。
2 塔里木河中下游土地利用/覆盖变化
2.1 土地利用类型总体结构和特征
塔里木河中下游1990-2000年的各种土地利用类型均发生了变化。其中1990年研究区的土地利用类型中耕地、天然林地、灌草地、湿地、内陆水体、裸地和荒漠分别占总面积的1.94％、13.05％、18.26％、0.38％、0.92％、9.05％和64.23％；而2000年则分别占总面积的3.02％、2.53％、29.12％、0.14％、1.28％、5.33％和62.75％(表2)。
表2 塔里木河中下游1990年和2000年不同土地利用类型面积与比例
Tab.2 Areas and proportions of different land use types in the middle and lower reaches of the Tarim River in 1990 and 2000
土地类型
1990年 2000年
面积/hm[2] 面积比例％ 面积/hm[2] 面积比例％
建筑用地
433.4
0.01 589.6
0.02
耕地 69588.3
1.94
108538.7
3.02
天然林地
468459.5
13.05
90872.7
2.53
灌草地
655376.1
18.26
1045186.0
29.12
内陆湿地
13580.4
0.385135.0
0.14
苇地、滩涂 40174.8
1.12
39548.8
1.10
内陆水体
33133.1
0.92
46078.6
1.28
裸地324876.8
9.05
191138.9
5.33
荒漠[*]
1980269.2
64.23
2060750.3
62.75
其它[*]
2877.8
0.08 929.8
0.03
*荒漠包括沙地、戈壁和盐碱地；其它指上面没包括的未利用土地
从表2看，这10年期间，虽然土地利用发生变化，但各种类型之间的内部转变和调整占主导，整个区域内的主导类型并未发生大的改变，即天然林地、灌草地和荒漠是塔里木河中下游地区面积最大的三个土地类型，占到94.4％-95.5％之间。其中荒漠(沙漠、戈壁和盐碱地)的面积最大，占总面积的60％以上，说明本区生态环境恶化的程度十分严重。
从天然林地面积和灌草地的总面积看，两者在这10年期间变化不明显，1990年总面积为11238.4km[2]，到2000年总面积为11360.6km[2]。但是，天然林地和灌草地在不同时期变化趋势的差异较大，例如：天然林地面积比例从1990年的13.05％急剧下降到2000年的2.53％，下降幅度为80.6％；灌草地却大面积增加，增加幅度为59.5％。耕地和内陆水体面积均有稳定增加的态势，增加幅度分别为56％和39％。而湿地和裸地面积均有不同程度的下降，降幅分别为62％和41％；其他土地利用类型面积变化幅度不大。
2.2 土地利用类型变化速度
本文采用单一土地利用类型动态度的方法分析土地类型的变化速度。单一土地利用类型动态度K反映的是某研究区一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况。其公式表达为[4]：
K=(Ub-Ua)/Ua×1/T×100％，
(2)
(2)式中：Ua、Ub分别为研究初期及研究末期某一种土地利用类型的数量；T为研究时段，当T的时段设定为年时，其值就是该研究区某种土地利用类型年变化率。
据此，计算了塔里木河中下游各土地利用类型面积的变化率和动态度(表3)。
表3 塔里木河中下游各土地利用类型面积变化和动态度
Tab.3 Change and dynamic degrees of the areas of different land use types in the middle and lower reaches of the Tarim River
土地类型
1990年
2000年
1990-2000年 动态度
面积/hm[2] 面积/hm[2] 面积变化率％
建筑用地
433.4
589.6
36.04
3.60
耕地69588.3
108538.7
55.97
5.60
天然林地 468459.5
90872.7
-80.60
-8.06
灌草地
655376.1 1045186.0
59.48
5.95
内陆湿地
13580.4
5135.0
-62.19
-6.22
苇地、滩涂 40174.8
39548.8
-1.56
-0.16
内陆水体
33133.1
46078.6
39.07
3.91
裸地
324876.8
191138.9
-41.17
-4.12
荒漠[*] 1980269.2 2060750.34.06
0.41
由表3可知，1990—2000年这10年期间，建筑用地、耕地、灌草地、内陆水体和荒漠面积有所增加；而天然林、内陆湿地、裸地等其它土地类型面积均在减少。其中耕地和灌草地面积增长速度最大，动态度分别为5.6和5.95；建筑用地和内陆水体面积增加速度相差不大，动态度分别是为3.6和3.9。天然林地、湿地和裸地减少速率各不相同。其中，天然林地面积降低速度最大，动态度达-8.1；其次为湿地，动态度为-6.2；裸地的动态度为-4.1。这表明塔里木河中下游地区土地利用类型变化速度最大是天然林地，其后依次为湿地、灌草地、耕地和裸地；建筑用地和水体的变化速度大致接近；而苇地、滩涂和荒漠面积变化速度很小。
3 土地利用/覆盖变化带来的生态系统服务价值转变
3.1 塔里木河中下游生态系统服务价值在1990—2000年期间总体上呈下降趋势
本文在Costanza等对全球生态系统服务单位价值的基础上，参考全国平均状态的不同生态系统单位面积的服务价值，采用黑河流域单位生态系统服务价值确定的方法，结合塔里木河流域的特点[14]，确定了塔里木河中下游不同土地利用/覆盖类型单位面积的生态服务价值(表4)，并按当前价计算了塔里木河中下游1990年和2000年的生态系统服务价值。
表4 1990年和2000年塔里木河中下游生态系统服务价值
Tab.4 Service values of the ecosystems in the middle and lower reaches of the Tarim River in 1990 and 2000
土地利用类型 单位面积
1990年2000年
1990-2000年
价值
生态价值
生态价值
生态价值变化
(元/hm[2])
(元/a)
(元/a)(元)
耕地 4236.592 294817263.6 459834232.6 165016969
天然林地
13138.297 6154760137
1193912540 -4960847597
灌草地 3427.959 2246602322
3582854630
1336252308
内陆湿地
54151.821 735403389.9 278069600.8 -457333789.1
苇地、滩涂
2285.415 91816090.54 90385420.75 -1430669.79
内陆水体
39696.245 1315259659
1829147399
513887740.9
裸地
494.1
160521626.9 94441730.49 -66079896.39
荒漠
362.451 717749797.3 746920221.8 29170424.51
合计
—
11716930286 8275565776 -3441364510
由表4可知，1990年塔里木河中下游土地利用类型的生态系统服务价值总额为117.17×10[8]元，2000年为82.76×10[8]元。这10年期间，生态系统服务价值减少了34.41×10[8]元，减少幅度为29.4％，平均每年减少3.44×10[8]元。不难看出，这10年期间因土地利用类型变化带来的生态系统服务价值总体上呈下降趋势。而对不同土地利用类型，其生态系统服务价值也出现不同程度变化，其中耕地、灌草地、内陆水体和荒漠土地类型在10年期间是处于增值状态，增加的总价值为20.44×10[8]元；而天然林地、湿地等其它类型的生态服务价值均在减少，损失的总价值为54.85×10[8]元。
3.2 塔里木河中下游生态系统提供的服务价值中，以天然林地、灌草地、湿地和水体价值为主
从1990—2000年的生态价值所占的比例来看(表5)，塔里木河中下游各种土地利用类型的生态系统服务价值中，是以天然林地、灌草地、湿地和水体的生态价值为主导。在1990年，天然林地和灌草地两者所占面积比例相当，相应地，其生态服务价值在整个生态系统服务价值中所占比例也基本相当，分别为34.6％和37.2％，在整个生态系统中，两者所占的生态价值比例最高，达到了71.6％。耕地和水体虽然所占的面积比例相近，但它们的生态经济价值相差甚远，水体的生态系统服务价值是耕地生态系统服务价值的4倍多，这说明在干旱区水资源的重要价值。从湿地和荒漠提供的生态系统服务功能来看，虽然湿地所占面积只有荒漠的1/100左右，但由于湿地在生物多样性保护、净初级生产量、气候调节、生物控制和养分循环等方面所提供的众多服务功能，因而本区湿地的生态服务总价值是荒漠提供的生态服务价值10倍多。这一事实可以看出，湿地在塔里木河中下游生态环境和生态价值的重要性是其它土地类型无法替代的。
表5 塔里木河中下游1990年和2000年不同土地类型面积与生态服务价值变化
Tab.5 Change of the areas and ecological service values of different land use types in the middle and lower reaches of the Tarim River in 1990 and 2000
土地类型
1990面积 2000面积 面积变化 1990
2000
生态价值
比例/％ 比例/％ 率/％
价值比 价值比例
变化
例/％
/％
(10[8]元)
耕地 1.94
3.02
55.97
2.5
5.61.65
天然林地
13.05
2.53
-80.60
52.5
14.4
-49.61
灌草地
18.26
29.12
59.48
19.2
43.3
13.36
内陆湿地
0.38
0.14
-62.19
6.3
3.4
-4.57
苇地、滩涂
1.12
1.10
-1.56
0.8
1.1
-0.014
内陆水体
0.92
1.28
39.07
11.2
22.15.14
裸地 9.05
5.33
-41.17
1.4
1.1
-0.66
荒漠 64.23
62.75
4.06
6.1
9.00.29
合计 ——
—
100
100
-34.414
4.3 土地类型变化带来的生态服务价值变化
由于单位面积的生态系统服务价值存在差异。不同的土地类型因面积的变化而表现出生态服务价值的变化。在土地利用/覆盖增加类型中，灌草地和耕地面积增加的幅度最为明显，它们的生态系统服务价值所占比例分别从1990年的37.2％和1.6％上升到2000年的66.7％和2.7％。由于水体单位面积的生态服务价值较高，其面积增加幅度虽低于耕地，但其生态服务价值增幅要高于耕地生态服务价值增加幅度，生态服务价值增加了3.9％。而2000年的天然林地、湿地、裸地等均为不同幅度地降低。其中天然林地下降幅度最大，降低幅度为80.6％，生态系统价值从34.6％急剧减少到7.5％。湿地的面积降低幅度为62.19％，其生态系统服务价值减少幅度为6.4％。裸地虽然面积变化幅度很大，但由于其生态系统服务价值很低，其生态价值相应地降幅也较低。这说明天然林地和湿地两种土地利用类型的生态价值变化直接影响着全区生态系统服务价值的变化。
由于耕地、灌草地、内陆水体和荒漠面积在10年期间是处于增长的状态，所以其生态服务价值也相应地增加。增值幅度排序依次为：灌草地＞水体＞耕地＞荒漠。灌草地增值最大，增加了13.36×10[8]元。然而灌草地面积的增加却是以天然林地面积的减少为代价的。虽然耕地面积增加的幅度比内陆水体面积增加的幅度大，但由于水体单位面积的生态价值远高于耕地，所以其增加的生态价值比耕地增加的生态价值高3.49×10[8]元。可以说在生态价值增加方面，水体做出了很大的贡献。而天然林地、湿地、裸地和苇地、滩涂的面积在10内均有不同程度的减少，其生态系统的服务功能价值也相应地得到了损失。生态服务价值减值幅度依次排序是：天然林地＞湿地＞裸地＞苇地、滩涂。天然林地具有很高的生态服务价值，由于面积比例从1990年的13.05％急剧下降到2000年的2.53％，其生态服务价值比例从34.6％跌落到7.5％，10年内损失的价值共计49.61×10[8]元。内陆湿地也面临着恶化的趋势，面积平均每年以6.22％速度减少，其生态服务价值10年内共损失4.57×10[8]元。
以上分析不难发现，虽然灌草地、水体和耕地的生态经济价值在这10年内大幅度的增加，但未能挽救塔里木河中下游生态系统服务功能价值减少的趋势，这主要是由于天然林地和内陆湿地面积大幅减少，导致该区的自然资本的价值在不断的损失，这与许多学者从生态环境的角度分析得出塔里木河中下游生态环境日趋退化的观点是一致的[21]。而内陆水体的增加主要有两方面的原因：一方面是在全球气候变化背景下，新疆的气候也同样存在着明显的变暖、变湿的趋势[15，16]。90年代与多年平均相比，塔里木河流域气温增高，降水量明显增加[17，18]，这可能导致内陆水体面积有所扩大；另一方面是2000年开始实施应急生态输水，使得内陆水体面积有所增加，这一措施改善了塔里木河下游恶化的生态环境[19，20]。中游大规模的开荒是造成耕地面积的扩大主要原因。
5 结果与讨论
(1)基于对塔里木河中下游土地利用类型变化对其生态系统服务价值进行核算，本文将塔里木河中下游生态退化过程中的生态环境经济损失进行了定量分析。结果显示：1990年塔里木河中下游土地利用类型的生态系统服务价值总额为117.17×10[8]元，2000年为82.76×10[8]元。这10年期间，生态系统服务价值减少了34.41×10[8]元，减少幅度为29.4％，年平均递减3.4×10[8]元。说明这10年期间因土地利用类型变化带来的生态系统服务价值总体上呈现下降的趋势。
(2)从不同时期的土地利用类型动态变化来看，天然林地和湿地等面积大幅度降低，水体、灌草地、耕地等面积出现了增加。究其原因，笔者认为：塔里木河源流区和上游用水过多造成中下游来水量减少，甚至河道断流，导致下游水文过程的完整性丧失。河道两岸以胡杨为主的荒漠河岸林因缺水出现大面积的退化和死亡，其中一部分被盐柴类灌木代替，另一部分转变成草本植物，因而造成天然林地面积的急速减少[21，22]。内陆湿地面积大幅度降低也与中下游地表径流的减少相一致。这是本区生态系统服务价值降低的主要原因。
(3)如何提高水资源的利用效率、合理利用和配置塔里木河中下游水土资源，是以可持续发展的观点实现塔里木河中下游地区生态与经济系统和谐发展的关键，也是今后治理塔里木河流域生态环境的核心问题。而本文试图通过生态经济分析的方法量化环境退化过程中的经济价值损失，让更多的人认识生态环境保护的重要性，从而为塔里木河流域的生态治理提供决策依据。