中国草原生态系统退化的价值损失量遥感估算*王瑞杰1**覃志豪1,2姜立鹏1叶 柯1(1南京大学国际地球系统科学研究所,南京226007;2中国农业科学院农业资源区划研究所,北京100081)摘 要 在传统的草原生态系统退化价值估算基础上,利用遥感技术对草原生态系统退化的价值损失进行估算,利用2003和2005年的MODIS 数据获得草原生态系统退化的价值损失量空间分布图。
结果表明:2003)2005年价值损失量共为661603亿美元;单位面积价值损失量在0~1000美元#k m -2的面积约占草原总面积的1/4,价值损失量1000~3000美元#km -2的面积约占草原总面积的1/3;内蒙古、新疆、西藏、青海、甘肃、云南和四川等西部7省的价值损失总量为521219亿美元,占总价值损失量的78141%,其中,内蒙古的价值损失量最大,占总价值损失量的25189%。
关键词 草原生态系统;生态系统退化的价值损失;遥感;中国中图分类号 F06212 文献标识码 A 文章编号 1000-4890(2007)05-0657-05Lost value of Chinese grassland ecosyste m due to degradation :A n esti m ate based on re -m ote sensing .WANG Ru-i jie 1,Q I N Zh-i hao 1,2,JI A NG L-i peng 1,YE K e 1(1International Insti -t u te for Earth Syste m Science ,Nanjing Universit y ,Nanjing 226007,China;2Institute o f Agro -R e -sources and R eg ional P lanning,Chinese Acade m y o f Agricult u ral S ciences ,B eijing 100081,Chi -na).Chinese Journal of E colo gy ,2007,26(5):657-661.Abst ract :Ch i n ese grassland ecosyste m plays an i m portant ro le i n econo m ic deve l o p m ent and ec -olog ical services of this coun try .In recent decades ,th is ecosyste m is fac i n g cha llenges of degra -dation due to heavy population pressure and over g razi n g .Based on the conventional eva l u ation on the lost val u e of range land due to deg radati o n ,an i m pr oved m ode lw as used to reevalua te the l o st val u e w ith theMODIS data of 2003and 2005,and the spatial distribution pattern o f t h e l o st value of Ch i n ese g rassland ecosyste m w as deve l o ped .The resu lts sho w ed that fro m 2003to 2005,thetota l lost value o f Chinese grassland ecosyste m serv ices due to degradation w as 661603@108US$.The area w ith a lost value o f 0-1000U S$#km -2w as about 1/4o f the to ta l area o fm eas -ured grasslands ,and thatw ith a lost va l u e o f 1000-3000US$#km -2w as about 1/3of the to -ta.l The seven prov inces ofW est Ch i n a i n cluding Inner M ongo lia ,X i n jiang ,T ibe,t Q ingha,iGansu ,Yunnan and S ichuan had a lost va l u e of 521219@108US$,accounting for 78141%o f the tota,l a m ong w hich ,Inner M ongo lia had the lar gest loss ,occupy i n g 25189%of the tota.l K ey w ords :grassland ecosyste m;lost value of ecosyste m degradation ;re m ote sensing ;China .*国家自然科学基金项目(30571078)和科技部社会公益资助项目(2003DI A7J 047)。
**通讯作者E-m ai:l ru iji e w ang @163.co m 收稿日期:2006-07-21 接受日期:2007-01-291 引 言草地是中国陆地面积最大的生态系统类型,占全国国土面积的41%左右(全国畜牧兽医总站编,1996),其重要性不仅表现在经济价值方面,而且还体现在它的生态功能上。
草原生态系统的功能主要划分为产品提供、调节功能、文化功能和支持功能4大类(赵同谦等,2004a ,2004b)。
草原生态系统的直接经济价值早已被认同,但对其生态价值目前还了解不多。
对于草原生态价值的研究国内外已取得一定进展,如Sala 和Paruelo(1997)阐述草地能维持大气成分、基因库、改善小气候和土壤保持等功能,并对部分功能的生态经济价值进行了评价。
Costan -za 等(1997)在全球生态系统服务价值评价中,得出了基于全球尺度的各功能类型的单位面积平均价值。
陈仲新和张新时(2000)、谢高地等(2001)和潘耀忠等(2004)根据Costanza 等(1997)的研究成果生态学杂志Chinese Journal o f Eco l ogy 2007,26(5):657-661对中国的生态系统服务功能进行了核算,得出中国草原生态服务系统为人类提供的服务价值,从其计算的结果看,草原生态系统给人类所提供的生态服务价值是十分巨大的。
但是,中国草原生态系统正面临着严重的退化问题(李建平等,2004;丁国栋等,2005)。
草原退化是指草原生态系统在不合理人为因素干扰下,在其背离顶级的逆向演替过程中,表现为植物生产力下降、质量降级和土壤理化和生物性状恶化,以及动物产品的下降等现象(李博,1997)。
由于草原生态系统对人类提供了物资和服务,因此,对草原退化所引起的价值估算的研究显得尤为重要。
许中旗等(2005)研究了锡林河流域生态系统服务价值的变化,仝川等(2006)对锡林郭勒生物圈保护区草原生态系统服务间接价值进行了动态评估。
为了正确认识草原生态系统退化的价值损失,建立草原畜牧业的绿色国民经济核算体系,有必要对草原生态系统退化的价值损失进行全面、科学的评估。
本文利用遥感方法,对中国草原生态系统退化的价值损失进行估算,为草原生态系统的管理者提供决策依据。
2数据与方法211数据来源与预处理所用遥感数据来自中国农业科学院资源与区划研究所接收并经过初级处理后的MOD I S L1B数据。
图像空间分辨率为1km@1km,时间分辨率为天。
时间序列为2003年1月)12月和2005年1月)12月,包括2个完整的生长季节。
首先对遥感数据进行物理定标,即对MODISL1B数据的原始图像值进行辐射量计算转化为物理量(反射率和辐射率)。
然后进一步处理,包括数据订正、地理定位等,使图像每一点具有精确的地理编码、反射率和辐射率的科学数据。
根据各波段的反射率和辐射率进行各种相关参数的反演。
最后进行投影转换,所用数据均采用A lbers Con ica lE qua lArea投影。
中国国界和省界来源于国家基础地理信息中心(N ational Geo m atics Center of Ch i n a),全国草地类型分布矢量数据来源于中国农业科学院区划研究所,主要包括温性草甸草原类、温性草原类、温性荒漠草原类、高寒草甸草原类、高寒草原类、高寒荒漠草原类、温性草原化荒漠类、温性荒漠类、高寒荒漠类、暖性草丛类、暖性灌草丛类、热性草丛类、热性灌草丛类、干热稀树灌草丛类、低地草甸类、山地草甸类、高寒草甸类和沼泽类共18种草地类型。
数据投影全部利用A rc G I S转换成艾尔伯斯等积圆锥投影(A-l bers Con ica lE qua lArea),这些基础数据用于生成草原生态系统退化的价值损失估算的基础数据库。
然后利用ERDAS软件将其转换为1km@1km的栅格数据。
为了提取各种草地类型分布的遥感图,利用已经栅格化的草原分布图与遥感图,通过ERDAS 的MODELER建立模型来去除非草地像元,得到各种草地类型分布的遥感图。
212研究方法21211草地生态系统退化的价值损失估算模型对草地生态系统退化的价值损失估算时,主要是先分别求出2个年份各自的生态价值量,然后对计算后的结果进行差值运算,所得的结果即为草地生态系统退化的价值损失量,可表示为:R=V i-V j(1)式中,R为草地生态系统退化的价值损失,V为草地生态系统各个功能的价值量之和,i和j为年份。
一个地区草地退化的价值损失的总量是一个随时间动态变化的量值,它是区域内所有草地类型所提供的所有生态服务功能及其经济价值的总合,并随着区域内所含有的草地生态系统的类型、面积、质量的变化而变化(潘耀忠等,2004)。
一定区域内的草地价值总量可表示为:V=Enp=1V p(2)式中:p=1,2,,,n,表示各种草地生态系统的类型;V p为第p种草地类型的服务价值。
V p=E m q=1W@S@f(3)式中:W为各种草地类型单位面积的服务价值;q= 1,2,,,m,表示一定区域内第p种草地生态系统类型的像元个数。
S为各个像元的面积大小,在本研究中所用的是等积投影,故为常数;f为植被覆盖度。