港口生态系统服务价值计算方法研究

郭子坚，王浩然，王文渊，张 祺

（大连理工大学 建设工程学部，辽宁 大连 116023）



港口生态系统服务价值计算方法研究

郭子坚，王浩然，王文渊，张 祺

（大连理工大学 建设工程学部，辽宁 大连 116023）

摘要：港口的建设会对生态环境产生影响，本文将港口建设产生的用地变化对生态环境产生的影响进行了定量化计算研究。本文通过运用RS技术，建立了港口生态系统服务价值计算模型并计算2000年和2013年大窑湾港口及其周边地区的生态用地服务价值及产生的变化。结果表明，2000年至2013年间，由于港口开发与扩建，建设用地面积大量增加，生态用地大幅度减少，其中草地和水域分别减少了56.25 %和44.69 %，从而导致该区域内生态服务价值的大量减少,总价值减少了约2.49亿元。本研究将港口建设对生态环境产生影响定量化，可以为港口建设者在规划设计工作中提供有效的参考。

关键词：港口；RS；生态用地；生态系统服务价值；

引 言

随着我国社会经济的快速发展，港口作为国家或地区的重要物流中心、交通咽喉在对外贸易中发挥着重要的作用，然而，港口建设的不断发展导致大量的生态用地被开发为建设用地。在国内，生态用地一词最早由董雅文[1]在城市化生态防护研究中提出，邓小文[2]等和赵丹[3]等根据城市的不同用地类型，提出对城市生态用地的分类方法。

港口生态系统是水域生态系统、陆域生态系统、湿地生态系统和人文生态系统的复合人工生态系统[4]，范围包括港口用地与其周边的生态用地，其中，生态用地发挥着重要的生态系统服务功能。关于生态系统服务功能价值研究，Costanza[5]对全球生态系统服务价值进行了分类与全面评估，将全球生态系统服务功能分为气体调节、土壤形成、营养循环、侵蚀控制、生物控制等17大类并对其进行的价值估算。我国学者基本采用Costanza的评价理论和分类方法，欧阳志云[6]首先采用了生态系统服务功能的概念，并对中国陆地生态系统的6种服务功能进行了初步评估，谢高地等[7]制定了中国陆地生态系统服务价值当量表，为后人研究提供了重要的理论基础。在此基础上，国内许多学者[8~11]在用地变化对生态服务价值的影响方面进行了研究。

本文根据研究区自然条件和社会经济条件以及生态保护要求，提出基于生态系统服务功能的生态用地分类，并以大连市大窑湾港区及周边地区为研究实例，对2000—2013年间港口生态系统服务价值进行估算，定量分析港口建设对其产生的影响，为当地的生态用地保护、港口建设规划以及区域生态环境保护提供科学依据。

1 生态系统服务价值计算模型

1.1 模型构建及计算方法

研究涉及的生态用地类型为林地、草地、水域并同时统计建设用地，利用RS软件对生态用地和建筑用地进行识别并统计面积。根据Costanza对生态系统服务功能的划分，借鉴谢高地等人[7]的研究成果，对其制定的中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表进行修正。由于港口处于海洋与陆地的交错地带，同时也是近海湿地生态系统与陆地生态系统的衔接带，故其生态系统服务功能价值处于陆地生态系统与湿地生态系统之间，本文将谢高地制定的当量因子表中林地与湿地平均值作为海岸带林地当量因子，将草地与湿地平均值作为海岸带草地当量因子，水域不变，港口建设用地不具有生态系统服务功能价值，当量因子为0，不列入表内，海岸带修正当量因子如表1所示。

表1 生态系统服务价值当量因子修正

生态系统生态服务价值当量因子是指生态系统产生的服务功能价值的相对贡献大小的潜在能力，定义为1 hm2全国平均产量的农田每年自然粮食产量的经济价值，以此将权重因子表转换成当年生态系统服务单价表，即生态系统服务价值系数表，1个生态服务价值当量因子的经济价值量等于当年本地平均粮食单产市场价值的1/7。

根据修正的当量因子表，通过公式（1）计算各生态用地类型生态服务功能价值系数：

式中：Ea为单位面积农田生态系统提供食物生产服务功能的经济价值（元/hm2），根据当地粮食作物产量与单价求得；i为生态服务功能类型；j为生态用地类型；Eij为j类i种生态系统服务功能价值系数（元/hm2）；ρij为j类i种生态服务功能的海岸带修正当量因子。

通过公示（2）和（3）计算生态用地服务价值总量：

式中：ESV为研究地区用海岸带修正当量因子计算的生态用地服务功能总价值；Ai为第i种生态用地面积；Ei为第i种生态用地的生态服务功能价值。

1.2 生态价值敏感指数计算方法

为验证以上用海岸带修正当量因子计算的生态系统服务价值系数的准确性，引入生态系统价值敏感性指数[12]（CS），以反映生态系统服务价值对生态系统服务价值系数的依赖程度。CS的含义是E变动1 %引起ESV的变化情况。当CS＜1，表明生态系统价值缺乏弹性的；当CS＞1，表明生态系统价值是有弹性的，ESV对E是敏感的。CS越大，表明生态系统服务价值相对于价值系数是有弹性的，同时也说明生态系统价值系数的准确性对生态系统服务价值评估越重要。CS计算公式如下：

式中：ESVi、ESVj分别为代表初始研究区生态服务功能总价值和系数调整以后研究区生态服务功能总价值；Eik、Ejk分别代表初始研究区生态服务功能价值系数和调整以后研究区生态服务功能价值系数。

2 实例分析

2.1 研究区概况

大窑湾港区位于大连市金普新区，在辽东半岛南端黄海水域的大窑湾内，是大连市的核心港之一。大窑湾港区由南岸和北岸组成，南、北岸水域轮廓为东西向不规则的长条形，湾底位置为已建和在建汽车码头岸线，其水域分别与南、北岸衔接交叉。

由于港口的地理位置与海岸带地理位置几乎重合，根据海岸带划分界限[13,14]定义港口生态系统范围为，向陆侧与城镇建设区为界，向海侧延伸至海岸线外5 km。本文只考虑港口建设用地变化，将向海侧研究范围缩小至海岸线，包括大窑湾湾内水域。

2.2 数据来源

本次研究采用的遥感数据为2000年与2013年美国陆地资源卫星Landsat TM遥感影像，分辨率为30 m×30 m，大连市统计年鉴[15]中主要农产品生产情况以及农林牧渔总产值情况。

2.3 计算结果

运用RS技术获取港区及其附近周边地区生态用地面积，如表2所示。

表2 大窑湾港区各生态用地面积及变化值

由表2可知，2000年至2013年间，大窑湾港区及周边地区生态用地面积均减少，其中水域减少面积最多，为1 688.85 hm2。草地面积下降幅度最大，减少了56.25 %。由于林地多分布在周边的突起的山丘地区，开发较为困难，因而受影响较少，而草地开发较为容易，故其受到影响较大。而建设用地面积大幅度增加，增加了3 267 hm2，增长了134.37 %。这说明港口的开发与扩建导致了生态用地的大量减少。

由大连市各种粮食作物播种面积、粮食单产、各粮食作物的平均价格，计算大连农田生态系统提供生产服务功能价值为2 349元/hm2。

根据生态用地单位面积生态服务价值当量表和公式（1），得到生态用地单位面积生态服务功能价值系数表，如表3所示。

表3 港口生态系统服务功能每公顷价值系数

根据公式（2）和公式（3）计算得到各生态用地的生态系统服务价值，见表4。

表4 大窑湾港区生态用地服务价值及变化值

由表4可知，2000年至2013年间，由于生态用地的减少，生态系统服务价值也随之减少，总价值减少了约2.5亿元，减少幅度为38.77 %，其中，由于水域的面积减少最多，水域的生态服务价值减少最多，减少约1.47亿元，需要注意的是，虽然有些水域没有被填成土地，但是其已经被用于港口船舶的停泊，锚泊，航行等用途，其生态服务价值系数应该有所减少，因此其实际的生态服务价值损失会高于1.47亿元；草地的生态服务价值降低幅度最大，为56.25 %。

2.4 敏感性分析

根据公式（5），本文通过对生态系统服务价值系数E分别上下调整50 %分析ESV对E的敏感程度，敏感性指数计算结果见表5。

表5 生态系统服务价值敏感指数

由表5可知，2000年和2013年研究区内各生态用地的ESV对E的敏感性指数均小于1，说明研究区内ESV对E是缺乏弹性的，计算生态系统服务功能价值海岸带修正当量因子选取合理，研究结果是可信的。而在敏感性指数中，水域的敏感性指数最高，这说明水域对生态服务价值的贡献率最大。

3 结 论

本文从生态的角度对港口建设给生态环境带来的影响做了定量的分析研究，初步探讨了港口建设对生态系统服务价值影响。

由于港口建设中填海造地导致水域面积大幅度减少，周边生活配套设施的建设导致大量的草地被开发为建设用地，2000—2013年间，水域和草地面积分别减少了56.25 %和44.69 %，从而导致生态系统服务价值的减少。可以看出，港口建设使得草地、林地、水域的生态系统服务价值分别减少了-17.92百万元、-84.24百万元、-147.34百万元，造成的生态系统服务功能价值总量减少了约2.5亿元。

敏感性分析表明，水域对生态系统服务价值的贡献最大，生态系统服务价值敏感性指数均小于1，说明生态用地对生态系统服务价值系数缺乏弹性，用海岸带修正当量因子计算的生态系统服务功能价值系数准确合理，本研究结果可信。

基于以上研究结果，在港口建设过程中，应注意对生态用地的保护，尤其是对水域的保护，虽然港口开发会带动区域经济发展，但是其带来的生态系统服务价值损失也非常高，而且是不可逆的，因此在港口建设中要注意对生态用地的保护。

参考文献:

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[2] 邓小文, 孙贻超, 韩士杰. 城市生态用地分类及其规划的一般原则[J]. 应用生态学报, 2005, 16(10): 2003-2006.

[3] 赵丹, 李锋, 王如松. 城市生态用地的概念及分类探讨[A]. 中国可持续发展研究会: 2009中国可持续发展论坛暨中国可持续发展研究会学术年会论文集(上册)[C], 2009: 6.

[4] 洪承礼. “生态港”建设研究[J]. 水运工程, 2012, 06:1-7.

[5] Costanza R , Arge R , Groot R, et al. The value of the world.s ecosystem services and natural capital[J]. Nature, 1997, Vol.386: 253-260.

[6] 欧阳志云, 王如松, 赵景柱. 生态系统服务功能及其生态经济价值评价[J]. 应用生态学报, 1999, 10(5): 635-640.

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[14] 海南经济特区海岸带范围[S]. 海南省政府, 2014.

[15] 大连市年鉴[S]. 2013.

Research on Calculation Method of Port Ecosystem Value-to-service

Guo Zijian, WangHaoran, Wang Wenyuan, Zhang qi
（Faculty of Infrastructure Engineering, Dalian University of Technology, Dalian Liaoning 116023, China）

Abstract：Port construction will affect local ecological environment. A quantified calculation research has been made for the impact of land-use change caused by port construction on local ecological environment. RS technique has been used to establish the calculation model of port ecosystem value-to-service, and calculate the ecological land value-to-service of Dayaowan port and the surrounding area in 2000 and 2013. The result shows that the area of construction land increases largely, but that of ecological land decreases sharply, among which grassland and water area decrease by 56.25 % and 44.69 % respectively due to port development and expansion from 2000 to 2013. The decrease of ecological land lowers local ecosystem value-to-service, which is reduced by approx. 249 million RMB. The above quantified study will serve as a reference for port planning design.

Key words:port; RS; ecological land; ecosystem value-to-service

作者简介：郭子坚（1965-），男，教授，主要从事港口规划与港口物流研究。

基金项目：国家自然科学基金项目（51279026）

收稿日期：2015-03-15

DOI:10.16403/j.cnki.ggjs20160114

中图分类号：U652.1+1

文献标识码：A

文章编号：1004-9592（2016）01-0059-04