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  • ISSN 1007-6336
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生态系统服务价值评估在钦州市海岸线保护与利用规划中的应用研究

寻晨曦 张志卫 黄沛 王晶 丰爱平 于晓晓

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生态系统服务价值评估在钦州市海岸线保护与利用规划中的应用研究

    作者简介: 寻晨曦(1993-), 女, 山东济宁人, 硕士, 主要研究方向为海岛海岸带生态遥感, E-mail:xunchenxi1224@126.com;
    通讯作者: 张志卫(1986-), 男, 山东济宁人, 高级工程师, 博士, 主要研究方向为海岛海岸带资源环境演变与综合管理, E-mail:zzw@fio.org.cn
  • 基金项目: 国家海洋公益性行业科研专项经费项目(201405037)
  • 中图分类号: X32

Application of ecosystem services value assessment in coastline protection and utilization planning of Qinzhou city

  • 摘要: 科学评估海岸线生态服务价值(ESV)是海岸线保护与利用的重要前提,有助于判别海岸线保护与利用级别,有助于优化海岸线的管理。本文以广西钦州市海岸线为研究对象,以海岸线向海陆两侧各1 km区域为研究范围,评估了钦州市海岸线生态系统服务价值,探索了生态系统服务价值评估在编制海岸线保护与利用规划中的应用,结果表明:ESV较高的区域主要分布在茅尾海北部、七十二泾、三娘湾以及大风江部分地区,ESV较低的区域分布在钦江入海口、金鼓江南部以及大风江西南侧部分地区;ESV评估可以从海岸线资源环境特征上把控其保护级别与开发利用价值,并为海岸线保护与利用规划的编制提供基础支撑。研究成果可为海岸线规划管理以及后续深入研究提供借鉴。
  • 图 1  研究区

    Figure 1.  Sketch map of study area

    图 2  基于生态系统服务功能的海岸线保护与利用规划技术路线

    Figure 2.  Flow chart of the coastline protection and utilization planning based on ESV

    图 3  钦州市海岸线生态系统服务价值评估结果

    Figure 3.  Evaluation results of ESV of Qinzhou coastline

    图 4  钦州市海岸线保护与利用规划分布图

    Figure 4.  Distribution of different planning types of coastline protection and utilization in Qinzhou

    表 1  研究数据

    Table 1.  Data list in the research

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    表 2  海域生态系统服务功能分类指标体系及价值转化指标

    Table 2.  Classification and conversion index system of marine ecosystem service function

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    表 3  ESV评估模型中所用公式及其变量

    Table 3.  Formulas and variables in the ESV evaluation model

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    表 4  海岸线功能类别及保护级别规划

    Table 4.  The planning type of coastline protection and utilization

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出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-23
  • 录用日期:  2018-06-15
  • 刊出日期:  2019-12-20

生态系统服务价值评估在钦州市海岸线保护与利用规划中的应用研究

    作者简介:寻晨曦(1993-), 女, 山东济宁人, 硕士, 主要研究方向为海岛海岸带生态遥感, E-mail:xunchenxi1224@126.com
    通讯作者: 张志卫(1986-), 男, 山东济宁人, 高级工程师, 博士, 主要研究方向为海岛海岸带资源环境演变与综合管理, E-mail:zzw@fio.org.cn
  • 1. 国家海洋局第一海洋研究所, 山东 青岛 266061
  • 2. 国家海洋局海岛研究中心, 福建 平潭 350400
基金项目: 国家海洋公益性行业科研专项经费项目(201405037)

摘要: 科学评估海岸线生态服务价值(ESV)是海岸线保护与利用的重要前提,有助于判别海岸线保护与利用级别,有助于优化海岸线的管理。本文以广西钦州市海岸线为研究对象,以海岸线向海陆两侧各1 km区域为研究范围,评估了钦州市海岸线生态系统服务价值,探索了生态系统服务价值评估在编制海岸线保护与利用规划中的应用,结果表明:ESV较高的区域主要分布在茅尾海北部、七十二泾、三娘湾以及大风江部分地区,ESV较低的区域分布在钦江入海口、金鼓江南部以及大风江西南侧部分地区;ESV评估可以从海岸线资源环境特征上把控其保护级别与开发利用价值,并为海岸线保护与利用规划的编制提供基础支撑。研究成果可为海岸线规划管理以及后续深入研究提供借鉴。

English Abstract

  • 近年来,随着沿海地区经济快速发展,海岸线自然形态面临着严峻的考验,围海养殖、工业与城镇化、港口码头建设等大规模的填海造地活动使得自然岸线比例降低,此外,海岸侵蚀[1]、沙滩异化和滨海湿地退化[2]等资源环境问题的存在,严重制约海洋生态文明的建设[3]。针对现状环境问题,制定海岸线保护与利用规划,构建集约节约、优化高效的海岸线利用格局是实现海岸线生态安全的基本保障和重要途径。多数学者对海岸线(带)管理的研究集中在规划管理的理论基础、构建方法、规划流程、管理方式等方面[1, 3-9],而针对海岸线(带)规划所依据的指标方面研究较少,科学家在研究海岸线(带)管理方案时常常以定性分析为主,不能很好地为决策者和公众所理解和认可[10]。目前,基于生态系统的区域综合管理越来越受到科学家、管理者和政策制定者的推崇[10-12],而生态系统服务价值(ecosystem services value, ESV)能够以货币化的形式量化生态系统对人类的重要程度,它能反映生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用[13-14]。本文以广西钦州市大陆岸线为研究对象,开展其ESV的评估,并探索ESV在海岸线保护与利用规划中的作用,以期为海岸线规划管理及生态安全保障提供科学依据。

    钦州市地处广西南部沿海,北部湾北岸,位于21°35′N—22°41′N,107°27′E—109°56′E之间,北与南宁市接壤,东与北海市和玉林市相连,南邻钦州湾,西与防城港市毗邻。钦州市沿海地区地势北高南低,属丘陵地貌类型,全部水域属南海。西部为茅尾海,海内红树林广布;东部为大风江;中部主要为工业开发区;南部为辽阔的钦州湾,其海岸线曲折,形成了钦州港、豹子港等港口。钦州沿海资源丰富,拥有500多种海洋鱼类,十几种蟹类。另外,钦州沿海拥有国家级旅游景区茅尾海国家海洋公园、三娘湾、龙门群岛和素有海上“活化石”之称的红树林海洋保护区,以及沙角和大环半岛滨海生态旅游村等丰富多彩的滨海旅游资源。本文研究的海岸线,是广西壮族自治区人民政府于2008年批复的广西大陆海岸线钦州部分,总长562.64 km,岸线东起丹竹江和大风江一线与北海市相邻,西至茅岭江-龙门岛西部与防城港市相邻。由于海岸线为陆海分界的线,不具备空间属性,为科学评估其生态系统服务价值,本研究将研究区由海岸线向两侧扩展延伸,即以海岸线为中心向陆海两侧各延伸1 km的带状区域(图 1)。

    图  1  研究区

    Figure 1.  Sketch map of study area

    • 研究选取Landsat OLI_TIRS 30 m卫星遥感数据作为数据源,拍摄时间为2016-10-09,图幅号为125-45。基于ENVI和ArcGIS软件,通过人机交互的方法进行遥感影像分类,然后结合野外调查数据和现场勘测,进行人工解译修正。按照研究要求,将研究区分为:林地(包括常绿阔叶林、常绿针叶林、防护林、经济林等)、耕地(包括水田、旱地)、灌草丛、水域、滩涂、红树林、居民工矿用地、未利用地8类。为研究价值需要,结合钦州市海岸带自然地理环境,将林地划为森林生态系统,耕地划为农田生态系统,灌草丛划为草地生态系统、水域划为水体生态系统,滩涂划为湿地生态系统,居民工矿用地、未利用地的价值参考荒漠。另外,由于红树林生态系统的特殊性,其生态系统服务价值单独计算。除遥感数据之外,本研究还包括植被净初级生产力、植被覆盖度以及一些规划资料和统计数据(表 1)。

      表 1  研究数据

      Table 1.  Data list in the research

      本研究以评估海岸线ESV为主要手段,探究海岸线资源环境状态,以此为依据编制海岸线保护与利用规划。研究首先从自然特征、生态环境、人类活动等方面对钦州市海岸线资源进行全面了解;其次,对研究区进行ESV评估,并将评估结果映射在海岸线上;最后,基于ESV以及研究区开发利用需求等进行海岸线功能定位和保护分级。具体技术路线见图 2

      图  2  基于生态系统服务功能的海岸线保护与利用规划技术路线

      Figure 2.  Flow chart of the coastline protection and utilization planning based on ESV

    • 目前,ESV评估的方法有很多,Costanza等[13]1997年在《Nature》上发表了《The value of world’s ecosystem services and natural capital》一文,文章对全球生态系统服务功能进行了划分和评估,将全球生态系统服务功能划分为17大类,为大区域的生态系统服务价值评估提供了可参考的方法,但他的方法在某些生态系统价值估算上存在误差。谢高地、鲁春霞等[15-16]参考Costanza的研究,制定了我国生态系统服务价值当量因子表,他定义1个当量因子为1 hm2全国平均产量的农田每年粮食产量的经济价值,在生态系统服务体系中对应为农田生态系统的食物生产功能的价值,1个生态系统服务价值当量因子的经济价值量为当年全国平均粮食单产市场价值的1/7,得到我国陆地生态系统单位面积生态系统服务价值表,适合中国区域生态系统服务价值的评估。

      本研究以2016年为时间点,以海岸线向海陆两侧分别1 km的区域为研究区,ESV评估按照陆海分离,分别计算的方式进行。陆域采用基于当量因子的ESV估算模型评估其生态系统服务价值,该模型主要包括3个部分:(1)确定各生态系统:对遥感影像人工解译分类、类型合并,并计算得到各生态系统类型的面积;(2)计算当量:根据粮食价格及产量计算1个当量因子的经济价值;(3)生物量修正:选取NPPVFC组成修正因子[17]修正评估结果。

      海域根据文献[18]和联合国千年评估[19]提出的类别划分原则,基于数据的可获得性、研究区实际情况确定海域生态系统服务功能分类指标体系(表 2),按照公式计算得到。海域ESV评估模型包括以下3部分:(1)划分海域范围:利用《广西壮族自治区海洋功能区划(2012-2020)》,识别农渔业区、工业与城镇用海区、矿产与能源区、旅游休闲娱乐区、港口航运区、海洋保护区、特殊利用区以及保留区8类功能区;(2)计算ESV:利用表 2中各生态系统服务的效益评价指标和价值转换参考值计算得到单位面积ESV;(3)空间化:将ESV计算结果叠加到各功能区。值得注意的是,由于海洋的连续性和整体性以及数据的可获取性,研究区一些ESV评价指标只能选取整个钦州市海域资料来代替研究区带状海域的评价指标值,比如取统计资料中钦州市渔业总价值与钦州市海域总面积比值来代替研究区海域的渔业供给价值量。

      表 2  海域生态系统服务功能分类指标体系及价值转化指标

      Table 2.  Classification and conversion index system of marine ecosystem service function

      表 3  ESV评估模型中所用公式及其变量

      Table 3.  Formulas and variables in the ESV evaluation model

      根据海陆两域的评估结果,利用GIS空间分析将价值映射到海岸线上,具体做法是:在ArcGIS 10.2中求取以海岸线上各栅格为中心,以1 km为半径内所有栅格价值量均值,将其作为海岸线上中心栅格的价值量。

    • 海岸线功能类别和保护级别划定主要基于2种途径:①ESV评估结果;②土地利用和海洋功能区划的功能定位。研究采用综合评价、分类判别分析方法,结合海岸带生态保护的目标、海洋功能区定位、规划期内社会经济发展,在与已有规划和区划相协调的基础上,分析海岸线区域环境问题、资源利用的适宜性、生态保护的适宜性等,参考《海岸线调查统计技术规程(试行)》[20]和《海岸线保护与利用管理办法》[21],从海岸线功能用途以及保护级别角度进行海岸线保护与利用规划。具体类别及划分原则见表 4

      表 4  海岸线功能类别及保护级别规划

      Table 4.  The planning type of coastline protection and utilization

    • 按照价值分布情况,将2016年广西钦州市海岸线ESV评估结果分为高(>50000元/hm2·a)、中(30000~50000元/hm2·a)、低(<30000元/hm2·a)三个等级(图 3)。图 3显示,钦州市海岸线上ESV较高的区域主要分布在茅尾海北部、七十二泾、三娘湾以及大风江少部分地区。ESV较低的区域分布在钦江入海口、金鼓江南部以及大风江西南侧小部分地区。从空间角度来看,由于茅尾海北侧分布有国家级的红树林保护区,人类活动干扰程度低,所以生态系统服务价值高;金鼓江沿岸属于建筑港口区,人口密度大,城市化水平高,对自然生态系统的干扰程度大,所以生态系统服务价值低;七十二泾、三娘湾地区属于旅游休闲娱乐区,其文化服务价值较高,因此生态系统服务价值相对较高。

      图  3  钦州市海岸线生态系统服务价值评估结果

      Figure 3.  Evaluation results of ESV of Qinzhou coastline

    • 按照功能将海岸线定位划分为渔业岸线、工业岸线、港口岸线、旅游岸线、城乡建设岸线、保护岸线、保留岸线7类,按照保护要求划分为严格保护、限制开发和优化利用3种保护级别(图 4)。

      图  4  钦州市海岸线保护与利用规划分布图

      Figure 4.  Distribution of different planning types of coastline protection and utilization in Qinzhou

      研究结果统计表明,钦州市海岸线利用功能定位中,保护和保留岸线最长,分别为182.09 km和132.87 km,占岸线总长的32.36%和23.62%。保护岸段主要集中在自然资源条件较好、ESV较高的地区,如茅尾海北部、七十二泾和三娘湾部分地区、大风江红树林保护区等。保留岸段主要分布在沙井岛北侧、大风江口部分地区等。其次是工业、渔业岸线,分别为89.78 km和67.92 km,占比15.96%和12%。工业岸线主要分布在工业基础较好且交通发达,ESV较低的地区,包括金鼓江、大榄坪沿海。渔业岸线主要分布在茅尾海北侧、犀牛脚渔港段、三娘湾东侧以及大风江西侧等。其余三类分别为旅游、城建和港口岸线,长度分别为40.64 km、34.73 km和14.61 km,占比7.22%、6.17%、2.60%。旅游岸线集中分布在以旅游为发展方向、ESV偏高的旅游区,如沙井岛东侧、七十二泾、鹿耳环江东西两侧、犀牛脚镇沿海及三娘湾部分区域。城乡建设岸线集中分布在ESV稍低的人口密集区,如滨海新城、金鼓江、大灶江南侧以及大风江西侧沿海。

      海岸线保护分级结果显示,严格保护岸段总长度280.76 km,占钦州总岸线长度的49.9%,限制开发岸段总长度为142.76 km,占比25.37%,优化利用岸段139.12 km,占比24.73%。其中,严格保护岸段主要分布在茅尾海、大风江、鹿耳环江及三娘湾周围;限制开发岸段主要分布在茅尾海部分以渔业功能为主的岸线、沙井岛东侧、七十二泾周围及三娘湾部分以旅游功能为主的海岸线;优化利用岸段主要分布在辣椒槌北侧、金鼓江沿岸,海岸线保护级别的划分结果与海岸线生态服务价值具有较大的相关性。

    • ESV能够为解决生态系统对于人类的重要性提供量化参考,ESV较高说明该区域生态系统与生态过程本身的固有功能属性价值较高以及能够提供给人类生存的物质资料较多,人类活动对此区域生态环境的干预影响相对较大,治理成本远大于开发收益;反之,则说明该区域生态系统与生态过程对于维持人类生存的效用较低,人类活动对该区域生态环境的干预影响较小,相对来说适合进行开发利用活动。因此,在确定海岸线保护级别时,对于ESV较高的区域,适合以保育方向为主,重视其生态属性和功能价值,严格保护这些岸段;尽量将开发利用强度较大的活动规划在价值较低的区域,以保障岸线开发利用与生态功能相适应。

    • (1) 按照生态系统服务价值评估结果,将钦州市海岸线分为高(>50000元/hm2·a)、中(30000~50000元/hm2·a)、低(<30000元/hm2·a)三个等级,ESV较高的区域主要分布在茅尾海北部、七十二泾、三娘湾以及大风江少部分地区,ESV较低的区域分布在钦江入海口、金鼓江南部以及大风江西南侧小部分地区。

      (2) 以生态系统服务价值为基础,辅之以土地利用规划、海洋功能区划,将钦州市海岸线按照利用功能划分为渔业岸线、工业岸线、港口岸线、旅游岸线、城乡建设岸线、保护岸线和保留岸线7大类,按照保护级别划分为严格保护、限制开发及优化利用3个级别。

      (3) 将生态系统服务价值应用至海岸线保护与利用规划中,总结起来就是ESV较高的地区适合以保护功能为主,严格保护这些岸段,此类岸段禁止一些改变海岸自然形态和影响生态功能的开发利用活动,ESV偏低的区域可根据实际情况进行适当的开发利用活动,这一原则也体现了可持续发展的理念。

      (4) 本文中利用地理空间分析的方法将评估的带状区域的生态系统服务价值映射到海岸线上的方法值得借鉴,研究为海岸线保护与管理政策的制定提供了科学支撑。

      另外,由本研究可以得出,评估ESV可以从岸线自然环境本质特征上明确海岸线适合开发或者保护,能够帮助人们了解自然生态环境的关键区域和敏感点,掌握海岸线(带)生态系统服务功能的时空状态,将其用在海岸线保护与利用规划中更具科学性和针对性。综合来看,评估ESV有助于科学认识海岸资源,将ESV应用到海岸线规划中一方面能够提高海洋资源的利用效率,促进海岸线资源的可持续利用,另一方面通过ESV值能够更全面的了解海岸线周围的生境、生物学性质以及生态系统过程,用于规划海岸线的保护与利用更为科学合理。

参考文献 (21)

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