1995—2015年緬甸土地利用/覆被變化對生態系統服務價值的影響

包 妲,李 杰,劉 鋒,胡金明,*

1 云南大學國際河流與生態安全研究院, 昆明 650500 2 云南財經大學城市與環境學院, 昆明 650221 3 云南省國際河流與跨境生態安全重點實驗室, 昆明 650500

生態系統服務價值是人類直接或間接地從生態系統功能中獲得的有形或無形的利益的客觀體現,是區域生態文明與可持續發展的重要表征[1-2]。研究表明,土地利用變化與生態系統服務有著密切的聯系[3- 5],不合理的土地利用方式將會對生態系統服務造成影響[6-7]。近年來,隨著土地利用變化和生態系統服務受到越來越多的關注,評估土地利用變化對生態系統服務價值的影響成為研究熱點[8-13]。

緬甸是全球生物多樣性熱點區,具有極高的生物多樣性保護價值[14],然而,緬甸中部又是典型的半干旱區域[15],生態環境敏感且脆弱。緬甸生態系統及其服務的變化與區域生態安全維持、經濟社會可持續發展息息相關,不合理的土地利用/覆蓋變化可能會帶來潛在的生態環境風險。而緬甸是我國經陸路通向“21世紀海上絲綢之路”的捷徑和重要節點,以中緬“一帶一路”建設、中緬經濟走廊建設等帶動的系列重大合作,其總體空間布局從緬甸東北、中部、通向西部和南部直至印度洋,橫貫緬甸經濟社會發展中心地帶和生態系統脆弱敏感地帶。隨著中緬系列重大戰略合作的推進,這一中心地帶將呈現快速的經濟社會發展,必然會加劇緬甸土地利用/覆蓋變化,從而對緬甸生態系統及其服務功能、價值等產生影響[16-18]。以中緬“一帶一路”建設、中緬經濟走廊建設等主導的系列重大合作,必須高度關注不合理的土地利用/覆蓋變化對區域生態系統及其服務產生的潛在負面影響,避免因生態環境問題引發國際爭議而阻礙中緬重大戰略合作。作為前車之鑒的中緬重大合作項目密松水電站建設,就因可能存在的生態環境風險引發爭議而被緬甸政府叫停,導致中資企業和中緬兩國都蒙受巨大經濟損失[19]。

目前,緬甸土地利用變化和生態系統服務價值的研究相對較少,有關土地利用變化研究主要集中于部分區域(單個省邦)或者某一地類[20-23]；而生態系統服務價值評估則主要針對某一類生態系統[24-25]。本研究將分析1995年、2015年緬甸的土地利用/覆被及其變化,估算兩個時期的生態系統服務價值及其變化,進而揭示這一時期的緬甸土地利用/覆被變化對生態系統服務價值的影響,為中緬深入推進“一帶一路”建設等系列重大戰略合作提供重要支撐信息。

1 研究區概況

圖1 研究區示意圖 Fig.1 The location, administrative units and topography of Myanmar KN:克欽邦 Kachin State；SG:實皆省 Sagaing Region；CN:欽邦 Chin State；MA:曼德勒省 Mandalay Region；SN:撣邦 Shan State；RE:若開邦 Rakhine State；MY:馬圭省 Magway Region；NW:內比都 Naypyitaw；KH:克耶邦 Kayah State；BO:勃固省 Bago Region；AY:伊洛瓦底省 Ayeyarwady Region；YN:仰光省 Yangon Region；KI:克倫邦 Kayin State；MN:孟邦 Mon State；TI:德林達依省 Tanintharyi Region

緬甸位于8°49′N—28°32′N和92°10′E—101°10′E之間(圖1),國土面積約67×104km2,以林地(約占國土面積的71%)和耕地(約占國土面積的26%)為主。緬甸地勢總體上為北高南低、東西高中部低；北、東、西以山地、丘陵及高原為主；中部以河谷平原為主。境內發育有伊洛瓦底江、薩爾溫江水系及大量的湖泊水體。緬甸以熱帶季風氣候為主,北部部分區域為亞熱帶季風氣候。緬甸森林覆蓋率高達43%,動植物物種豐富,是全球最重要的生物多樣性熱點地區之一[14]。緬甸下轄共7個省、7個邦和1個聯邦區,是一個典型的農業國家,總人口約為5300萬,農業人口占全國人口的77%[26]。

2 數據與研究方法

2.1 數據

1995年和2015年緬甸土地利用數據來源于歐空局的全球土地利用數據集(http://maps.elie.ucl.ac.be/CCI/viewer/),空間分辨率為300 m,該數據土地利用類型有37類。基于Costanza生態系統服務價值系數表[27]和緬甸的實際土地利用狀況,本研究將37個土地利用類型合并為8類,分別為耕地、林地、濕地(不含河湖等水體)、草地、裸地、建設用地、水體和冰川。緬甸基礎地理和行政單元矢量等數據源于緬甸信息管理部(https://themimu.info)。

2.2 研究方法

2.2.1土地利用轉移變化

(1)面積轉移矩陣可以深入揭示區域土地利用類型變化的結構特征和方向,闡明不同土地利用類型之間的轉移[28]。因此,本研究利用這個指標來分析1995—2015年緬甸某一土地利用類型轉為其他土地利用類型的面積(轉出)、由其他土地利用類型轉為某一土地利用類型的面積(轉入)。

(1)

式中,S代表面積,n代表土地利用類型數(n=8),i、j分別是研究初期(1995年)和研究末期(2015年)的土地利用類型。

(2)土地利用變化熱點圖的制作[29]。基于Arcgis10.3軟件,使用Reclass by table工具提取1995年、2015年各地類圖,用Raster calculator工具計算2015—1995年各地類空間變化面積,用Fishnet工具生成研究區30 km×30 km矢量網格作為各地類熱點變化的基本單元,再利用Zonal statistics工具計算各地類在每個網格單元的變化面積,從而獲得研究區該時段內各地類變化熱點圖,進而突出并識別緬甸土地利用變化顯著區。

2.2.2生態系統服務價值評估

Costanza于2014年修訂的生態系統服務價值系數表被許多學者用于全球范圍內不同尺度、類型的生態系統服務價值量評估,能反映生態服務的稀缺性,是研究區域生境保護、環境功能區劃、生態補償政策、生態經濟核算等的重要依據,該方法得到了廣泛認可[30-31]。本研究借鑒Costanza于2014年修訂的生態系統服務價值系數表[27],從而獲得緬甸生態系統服務價值系數表(表1),用于計算緬甸1995、2015年的生態系統服務價值。

緬甸生態系統服務價值計算方法如下:

(2)

(3)

(4)

式中,ESVt為緬甸t時期(1995年、2015年)生態系統服務總價值,Akt為緬甸t時期(1995、2015年)第k類土地利用類型面積,VCk為第k類土地利用類型生態系統服務價值系數,n為土地利用類型數(n=8)。ESVcr是緬甸生態系統服務價值變化率,ESVt1和ESVt2分別是t1(1995年)和t2(2015年)緬甸生態系統服務總價值。ESVft為緬甸t時期(1995年、2015年)第f項二級生態系統服務價值(f= 1, 2, 3,...,17),VCfk為緬甸第k類土地利用類型所對應的第f項二級生態系統服務的價值系數。

表1 緬甸生態系統服務價值系數表/(＄ hm-2a-1)

因為緬甸海岸線區域(若開邦、伊洛瓦底省、仰光省、孟邦、德林達依省)濕地以紅樹林為主,約占濕地總面積的82%—84%,所以緬甸的濕地生態系統服務價值系數引用潮沼/紅樹林的系數；而冰川的生態系統服務價值系數則以Costanza水體的系數為基礎,引用Jiang等人[32]的冰川和水體生態系統服務系數的比例,進而得到緬甸冰川的生態系統服務價值系數。

3 結果分析與討論

3.1 緬甸土地利用變化特征

3.1.1土地利用轉移態勢

緬甸1995、2015年的兩期土地利用類型空間分布和面積分別如圖2、表2所示。緬甸土地利用類型分布與地形地貌、河流水系等發育、人類社會經濟活動空間等高度一致。林地是緬甸最主要的土地利用類型(約占國土面積70%—71%),主要分布在北部、東部和西部的山地、丘陵和高原區。其次是耕地(約占26%),耕地以及建設用地主要分布在中部及濱海平原。河湖水體約占國土面積的1.3%,主要分布在中部平原和中東部高原。濕地主要分布在濱海平原。

圖2 1995年和2015年緬甸的土地利用/覆被變化圖Fig.2 The LUCC (land use/land cover change) pattern of Myanmar in 1995 and 2015

表2 1995—2015年緬甸土地利用/覆被變化轉移矩陣/km2

從兩個時期各類土地利用類型總面積及空間分布來看,該時段緬甸土地利用未發生大的變化,總轉移面積僅占緬甸國土面積1.82%。不同土地利用類型(除冰川)間發生一定程度的轉出和轉入變化(表2)。總體來看,林地、草地面積下降,而耕地、建設用地、濕地、水體、草地、裸地面積增加。其中,林地轉出面積最大、轉入面積其次、減少面積最大(-7642.71 km2)；耕地轉入面積最大、轉出面積其次、增加面積最大(6367.45 km2)；建設用地面積增加756.17 km2,增幅最大(143.86%)。

這一時期緬甸土地利用轉移主要表現為自然景觀向人工景觀的轉變,其次是自然或人工景觀內部轉移,以及人工景觀向自然景觀的逆轉移。林地和草地面積下降,轉出林地面積的91%和轉出草地面積的68%轉為耕地。耕地增加面積最大,轉入的耕地主要源于林地(94.43%),以及草地(3.61%)、水體、濕地等；但轉出耕地面積的48.14%、29.02%、13.96%、6.04%、2.78%分別轉為林地、建設用地、水體、濕地、草地。轉入的建設用地主要源于耕地(86.25%),以及林地(11.56%)、水體(1.78%)等。

3.1.2土地利用變化熱點

圖3 緬甸各地類土地利用/覆被變化熱點圖Fig.3 The LUCC hotspots of various land types in MyanmarKN: 克欽邦 Kachin State; SG:實皆省 Sagaing Region; CN:欽邦 Chin State; MA:曼德勒省 Mandalay Region; SN:撣邦 Shan State; RE:若開邦 Rakhine State; MY:馬圭省 Magway Region; NW:內比都 Naypyitaw; KH:克耶邦 Kayah State; BO:勃固省 Bago Region; AY:伊洛瓦底省 Ayeyarwady Region; YN:仰光省 Yangon Region; KI:克倫邦 Kayin State; MN:孟邦 Mon State; TI:德林達依省 Tanintharyi Region

圖3顯示了這一時期緬甸有變化的7個地類的土地利用變化強度空間分布特征。其中:全國大部分省/邦林地面積都呈現下降,其中部分省/邦(如KN、SG、SN、MN、TI)為下降的熱點區域,少數省/邦(如NW、MY)有一定增加。在中部和南部部分省/邦(如MA、MY、YN、KI)草地面積有一定下降,而在北部、西部、東部等山地、丘陵、高原區有小幅增加。大多數省/邦耕地面積都表現為增加趨勢,部分省/邦(如SG、KN、SN、MN、KI、TI)增幅較大,與林地下降的熱點區域對應；也有省/邦(如MA、MY、NW、AY和YN)呈大幅減少,與建設用地增加的熱點區域對應。中部和南部平原、東部高原等省/邦的建設用地表現出增加趨勢,而曼德勒市、內比都市和仰光市等大城市增幅大。水體增加的熱點區域在北部山地丘陵區域(SG),水體減少的熱點區域以中部和南部平原為主,但減幅不大。濕地增加的熱點區域主要在伊洛瓦底江入海口區域(AY)和南部(BO、YN),其他山地、丘陵等局部區域小幅增加；減少的熱點區域在西部若開邦,但在南部(KI、TI)表現出濕地的小幅下降。從土地利用變化絕對面積最大的林地、耕地和建設用地(表2)來看,這一時期緬甸土地利用變化的熱點區域主要分布在人口集中、城市化程度高的中部、南部的平原區,以及北部山地丘陵區。耕地擴張和城市建設是緬甸土地利用變化的主要原因。

3.2 緬甸生態系統服務價值變化

3.2.1緬甸生態系統服務價值構成

由表3可知,緬甸1995年、2015年生態系統服務價值(約4600—4700億美元)構成中,以林地、濕地、耕地和水體的貢獻為主,合計約貢獻總服務價值的99.3%。林地占國土面積約70%—71%,其生態系統服務價值約占54%—56%。濕地面積雖小,占國土面積不到0.8%,且不到林地和耕地面積的1.2%、3.0%,但其貢獻的生態系統服務價值約占緬甸生態系統服務價值的21%左右,與耕地的貢獻度接近。從生態系統服務一級類型來看(表4),調節服務價值約占48%、支持服務價值約占29%,顯著高于供給服務(約占13%)和文化服務(約占10%)價值。從生態系統服務二級類型來看(表4),氣候調節、廢物處理、遺傳資源、食物供給、娛樂、水土保持的生態系統服務價值高。

表3 1995—2015年緬甸各類土地利用類型的生態系統服務價值及變化/億美元

3.2.2緬甸生態系統服務價值的變化

1995—2015年,緬甸生態系統服務總價值增加66.26億美元,其中,價值增量貢獻來自濕地(約95.58%),其次是耕地(53.50%)、建設用地(7.61%)、水體(6.26%)；價值減量貢獻來自于林地(-62.07%)、草地(-0.91%)。從生態系統服務一級類型來看(表4),調節服務價值增加量最高,約貢獻總價值增量的74.69%；其次是供給服務(21.66%)和支持服務(4.19%)的價值增量貢獻,而文化服務則貢獻了價值減量。從生態系統服務二級類型來看(表4),廢物處理、食物供給、生境/避難所、水供應、土壤形成、水調節等服務價值增加,而氣候調節、遺傳資源、水土保持、娛樂等服務價值下降。

3.3 討論

3.3.1可持續發展需權衡人工與自然景觀生態系統服務價值

緬甸1995—2015年間土地利用的細微變化,未在宏觀層面導致生態系統服務價值量的大幅波動(微小增幅),但仍使各生態系統服務之間出現此消彼長的價值流轉。主要體現為:濕地面積小幅增加而升高的調節與支持服務價值,掩蓋了因林地、草地面積減少而導致的調節與支持服務價值的降低。但濕地、林地、草地等自然景觀單元所具備的生態功能各有不同,如果僅從價值量上判斷其整體生態系統服務的優劣和變化趨勢,可能會忽略因林地、草地面積減少所帶來的相應生態功能降低的風險[33-34]。如果林地、草地面積持續減少,則可能導致緬甸整體生態系統服務大的變化,特別是一、二級生態系統服務之間的失衡,從而對緬甸生態安全維持、生物多樣性保護造成一定的影響[35-37]。同時,在區域社會經濟發展進程中,往往會出現隨著人口、產業聚集和城市化進程而導致自然景觀向人工景觀轉變,如城市周邊的林地、草地向耕地、建設用地轉變等[38]。從空間規劃的角度來看,各地類的面積、以及空間格局的協調配置,應著重考慮各地類的生態系統服務的權衡[39-40]。

表4 1995—2015年緬甸單項生態系統服務價值變化/億美元

緬甸既是全球生物多樣性熱點區域[14],也是有害生物入侵較為嚴重的區域[41]。而且,其中部、南部平原和北部高原人口密集、農業發展快、城市化進程快(圖3)、生態環境相對脆弱。生態系統調節和支持服務功能對保障緬甸生態安全和生物多樣性保護具有至關重要的意義。隨著中緬“一帶一路”、中緬經濟走廊、中緬鐵路等推進,預期未來的土地利用變化對緬甸生態系統服務的影響必然比過去更大。在未來提升供給和文化服務(如耕地、建設用地、濕地拓展)同時,權衡并確保對緬甸生態安全維持和生物多樣性保護至關重要的調節和支持服務功能不下降,就顯得尤為關鍵。這也是我國與緬甸及其他“一帶一路”沿線國家合作推進重大基礎設施建設進程中備受國際社會關注的重點。

3.3.2Costanza價值系數在國家/地區尺度中應用的優劣

Costanza價值系數被廣泛應用于國家/地區尺度土地利用變化對生態系統服務價值影響的評估研究[29,31,42],能為研究者提供全面有效的數據,以實現區域生態系統服務價值評估。其優點在于數據需求少、評估全面、方法相對簡單、易操作,不需要復雜的模型計算和問卷調查,可以作為國家/區域尺度上生態系統服務價值評估的快速核算工具；還可以根據土地利用類型的變化評估生態系統服務價值的動態變化,分析其變化趨勢。但Costanza價值系數是基于全球生態系統基本情況調查估算結果[43],應用于國家/地區尺度時較易忽略了地區差異性,從而造成對某些生態系統服務價值估計誤差,影響評價精度；而且在使用上述方法評估土地利用變化對生態系統服務價值的影響時,其價值量的變化不一定來自于土地利用類型的變化,而有可能因為生態系統本身生物量的增減或者是貨幣匯率等原因,因此Costanza價值系數法對于精確評價國家/地區尺度生態系統服務價值存在一定的誤差[42]。

目前,對于國家/地區尺度生態系統服務價值評估常用的模型有InVEST、ARIES、SolVES等,其中InVEST模型適用范圍很廣,在國內外研究中得到了廣泛的應用[44-46]。InVEST模型多應用于評估單個生態系統服務,對氣溫、降水、土壤以及其他社會經濟數據的質量要求較高[47]。但是對于緬甸而言,其基礎研究與監測較為薄弱,無法支撐對于數據質量要求較高的模型運算,因此,在現階段,基于Costanza價值系數的價值評估仍然是緬甸等發展中國家快速開展生態系統服務價值評估的主要方法。

本研究針對1995—2015年緬甸土地利用變化對生態系統服務價值的影響,能夠了解其20年間整體生態系統服務價值的波動變化,以及各類生態系統對土地利用變化的響應,進而為“綠色絲路”的協調發展奠定基礎。

4 結論

(1)緬甸主要土地利用類型是林地和耕地,兩者分別約占緬甸國土面積的71%、26%；研究期內土地利用變化較小,其中林地和草地面積減少,耕地、建設用地、水體、濕地和裸地等土地利用類型的面積增加,林地和耕地之間的轉化最顯著。

(2)2015年緬甸生態系統服務總價值約4691.72億美元,研究期內緬甸生態系統服務價值增加66.26億美元(增幅1.43%)。其中林地的生態系統服務價值約占53.96%,濕地和耕地的生態系統服務價值接近,約占總量的21%；生態系統服務一級類型中,調節、支持、供給和文化服務分別約占總價值的48%、29%、13%、10%。研究期內一級類型中,調節、供給和支持服務價值增加,文化服務減少；二級類型中,廢物處理、食物供給、生境/避難所等服務價值增加,而氣候調節、遺傳資源、水土保持等服務價值下降。

(3)研究期內緬甸土地利用變化對生態系統服務總價值和一級類型生態系統服務價值的影響較小,緬甸生態系統服務和總價值保持穩定,但二級類型生態系統服務價值的“此消彼長”會對緬甸生態安全維持和生物多樣性保護帶來一定的壓力。如何權衡人工與自然景觀生態系統服務價值將成為中緬“綠色絲路”建設中不可忽視的問題。