生态系统服务是指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^[1]，是人类生存和发展的前提条件与基础。对生态系统服务价值的定量评估己成为国际可持续发展研究的焦点，是当前生态学、资源经济学、环境经济学以及生态经济学的交叉前沿领域^[2]。我国对生态系统服务的研究起步较晚，从一开始就直接进入到了对其评估阶段，主要是对区域范围内、单一的生态系统或者某种生态系统服务的价值进行评估理论与方法的研究利用，大部分研究均集中在国家尺度^{[3, 4]}、森林^{[5, 6]}、草地^{[7, 8, 9]}、河流^{[10, 11]}等用地类型尺度上，对因农业开发导致的生态系统服务价值动态变化的研究相对较少^{[12, 13]}。随着GIS、RS等技术的发展及其在生态系统服务价值分析中的广泛应用，生态系统服务价值动态变化的研究已成为当前研究趋势之一^[14]。

近55年间由于人口的快速增长及国家对于保证粮食安全的需要，三江平原经历了4次大规模的开荒潮^[15]，大量的林地、草地、及草甸湿地、沼泽化草地湿地等湿地被开垦为耕地，三江平原的土地利用/覆被及土地利用结构发生了剧烈的变化，加之土地整治工程、农田水利工程等系列工程的扰动，引起了三江平原区域内生态系统结构的变化、水环境变化以及动植物资源的变化等，致使三江平原生态系统遭到破坏，生态系统服务功能较大程度的衰退，生态环境受到严重的影响。三江平原北部地区是我国重要的粮食生产基地，同时其辖内宝清七星河湿地、三江湿地、洪河湿地均为国家级自然保护区，且均已被列入国际重要湿地名录，其生态系统的稳定安全与否关系到我国粮食安全能否得到保证、区域环境能否健康发展，因此对三江平原北部地区生态系统服务价值进行评估具有重要的现实意义。本文选取三江平原北部地区为研究对象，对该区域1954—2009年的生态系统服务价值进行评估，揭示55年间三江平原北部地区生态系统服务价值的时空变化特征及区域农业开发利用过程对生态系统服务价值的影响，以期为三江平原生态环境与社会经济的可持续发展提供理论支持。

三江平原北部地区(45°47′50″—48°27′59″N，131°7′41″—134°45′26″E)位于黑龙江省的东北部，是由黑龙江、松花江、乌苏里江冲积形成的低平原，气候属于温带湿润半湿润大陆性季风气候，1 月平均气温低于-18 ℃，7 月平均气温 21—22 ℃，年降水量500—650 mm,降水季节分配不均，主要集中于夏秋两季。土壤成土母质多为粘土或亚粘土，平原区河道稀疏，河网密度小，除三大江外，多为中小型河流。本文研究区域为友谊县、饶河县、宝清县、抚远市、富锦市、同江市和绥滨县7市县，研究区土地资源丰富，是我国主要商品粮基地之一(图 1)。

图 1 三江平原北部地区地理位置示意图 Fig.1 Location of the Northern Sanjiang Plain

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本文以1954年地形图(1 ：10万)、1976年的MSS影像、1996年和2009年Landsat TM 遥感图像为主要数据源，利用Erdas软件将2009年Landsat TM影像与1 ：10万地形图进行几何校正与直方图配准等进行数据预处理，然后以ArcGIS为操作平台，根据研究区土地利用/覆被实际情况和影像特征等建立解译标志，采用人工交互式判读解译获得2009年土地利用/覆被数据，以2009年Landsat TM影像为基础，分别对1976年的MSS影像、1996年Landsat TM影像进行纠正，获得1976年和1996年土地利用/覆被数据，并通过采取野外调查样点的方式对精度进行验证。1954年土地利用/覆被数据则是直接通过对1 ：10万地形的图例判读获得的。

根据研究区域自然条件及实际土地利用状况，结合相关研究，参考《土地利用现状调查技术规程》及《全国遥感监测土地利用覆盖分类体系》，将三江平原北部地区的土地利用生态系统分为农田、林地、草地、水域、未利用地、湿地6类。其中水域包括河流、湖泊、水库、坑塘以及农田水利用地(灌排沟渠)；湿地包括滩地和沼泽地等天然湿地，不包括水库、稻田等人工湿地。

自1997年Costanza提出生态系统服务价值的定量评估方法和原理，对全球生态系统服务价值评估研究便进入了一个繁荣期^[16]。但是由于Costanza等提出的生态服务价值化评估方法在中国直接运用存在一些缺陷：低估或者忽略了某些生态系统服务价值，因此本文采用谢高地等人在Costanza研究的基础上，在2002年对中国200位具有生态学背景的专业人员进行问卷调查方式和修正得出的我国陆地生态系统单位面积生态服务价值表，运用Costanza 等人的估算方法进行生态系统服务价值的估算^[17]，计算公式如下：

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式中,ESV为生态系统服务价值(元)，A_k 指研究区第k 种土地利用类型的分布面积(km²)，VC_k 为单位面积生态系统服务价值(元 km^-2 a^-1)^[16]。其中：水域和未利用地分别对应水体、荒漠的生态系统单位面积生态系统服务价值，并假设建设用地生态系统的单位面积生态系统服务价值为0。

但谢高地提供的是中国平均状态的生态系统服务价值的单价，而生态系统的生态服务功能大小因其地理位置、自然环境和生物多样性等不同而有所差异，一般来说，生物量越大，生态服务功能越强^[18]，考虑到研究区的实际情况，以生物量对该系数进行修正，生物量是单位面积植物积累物质的数量^[19]，因此本文以净初级生产潜力代替生物量进行修正。目前用于估算植被净初级生产潜力的模型有很多，常用的主要有Miami模型、Thornthwaite Memorial模型以及朱志辉模型和周广胜模型等^{[20, 21]}，但是常用的Miami模型仅考虑了单因子对自然植被净初级生产潜力的影响，相比而言Thornthwaite Memorial模型因子采用实际蒸散量，包含的环境因子较全面，估算结果与实际偏差较小^[22]，同时考虑到资料数据的可获取性，本文运用Thornthwaite Memorial模型对净初级生产潜力进行预测^[23]，公式如下：

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式中，NPP为自然植被净初级生产潜力(t hm^-2 a^-1)；V为年实际蒸散量(mm)；L为该地年平均蒸散量(mm)；t为年平均气温(℃)；R为年降水量(mm)。根据上述公式，修正得到三江平原北部地区单位面积生态系统服务价值表(表 1)。

根据公式(1)及三江平原北部地区各县市土地利用信息，评算出55年来三江平原北部地区各年生态系统服务价值(表 2)。

三江平原北部地区的土地利用结构在1954—2009年间发生了较大的变化(图 2)。图 2表明，1954—2009年间三江平原北部地区的不同土地利用类型面积变化显著。55年间，农田比重持续加大，湿地比重不断减少，研究期间区域内主要景观类型由湿地转变为农田，至2009年农田增幅达59.49%，湿地减幅47.01%，其他地类的变化幅度相对较小均在10%内，未利用地面积变化不大。

图 2 1954—2009年三江平原北部地区土地利用结构 Fig.2 Land Use Structure Comparison Chart in the Northern Sanjiang Plain form 1949 to 2009

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这一现象产生的主要原因是1949年以后，大量的农民、城市知识青年及部队转业兵涌入三江平原，人口大量增加，为了解决人们的吃、住问题以及国家相关政策的支持和鼓励，三江平原北部地区进入了土地垦荒的时代，虽然1996—2009年间国家出于对自然保护的意识加强了开垦湿地的审批手续，但是粮价的上涨和监管力度的不够使作为经济人的农民追求利益最大化^[24]，不断开垦湿地、林地和草地，导致研究期内农田、建设用地面积的迅速扩张，湿地、林地和草地面积的缩减，尤以湿地缩减规模最大，人类大规模的垦荒活动是导致三江平原北部地区土地利用格局发生改变的直接原因，由此人口数量的增加及保证粮食增产是土地利用变化的主要驱动力。草地面积在1954—1976年间出现与整体趋势相反的增加，主要是由于20世纪60年代初的自然灾害，农田大面积的撂荒继而成为草地，虽然此后出现新的土地开发潮，但是撂荒的草地并未完全转化为农田，草地面积在此阶段出现增加^[13]。80年代中期以后，大规模开发所导致的生态问题逐渐引起人们的关注，植树造林等系列措施逐渐实施，森林覆盖率有效提高^[25]，林地面积因此在1976—1996年间增加了13.15万 hm²。水域面积则因水库及排灌沟渠的修建而增加。

1 954—2009年间，三江平原北部地区生态系统服务价值的变化大致情形为(表 3)：总生态系统服务价值在55年间不断减少，由1954年的1194.76亿元降到2009年415.25亿元，减少值为779.51亿元，年均减少14.17亿元。由表 3可看出，研究区生态系统服务价值的构成主体不断发生变化，随着农田的进一步开垦，由湿地和林地生态系统服务价值转变为农田和林地生态系统服务价值。

从各生态系统服务价值变化来看(表 3)，湿地、林地、草地生态系统服务价值呈减少趋势，其中湿地生态系统服务价值减幅最为显著，由1954年的946.93亿元锐减至2009年90.88亿元，减少了856.04亿元，贡献率由最初的79.26%下降至21.89%，主要是由于湿地大面积的农田化，湿地生态系统服务价值的损失量是总生态系统服务价值损失量的1.09倍，因此土地垦殖所导致的湿地面积减少是导致区域内生态系统服务价值减少的主要原因；与3种生态系统服务价值变化趋势相反的是农田生态系统服务价值的大幅度增加，造成此种现象的主要原因是农业开发使其他地类大规模的向农田转化，农田面积迅速增加，农田生态系统服务价值随之增加，增加值为119.60亿元，年均增加量为2.17亿元，贡献率至2009年已由1954年的1.34%上升至32.67%，在一定程度上弥补了生态系统服务价值的损失。三江平原北部地区现是我国重要的商品粮生产基地，该地区对于保证我国粮食安全有重要的作用，然而长期的农业生产活动对于区域环境仍带来了巨大的压力^[26]。

从生态系统各种功能的价值总额来看(表 4)，55年间生态系统各种功能的价值量均有变化，总体趋势是：除食物生产功能的功能价值增加外，其余功能的功能价值均在不同程度的减少。三江平原突出的生态系统服务功能是水源涵养，废物处理和气候调节，这3项功能的价值量在55年间减少甚多，分别减少201.81亿元，218.87亿元，225.29亿元，整个研究区域内土壤形成与保护和原材料生产功能的价值量减少幅度相对较小。

三江平原北部地区湿地具有较高的生态系统服务价值，对于调节区域气候、降水及湿度等以及维持区域的生物多样性具有重要的作用，研究期内湿地大面积的开垦为农田使气候调节功能大幅度降低、生物多样性因湿地生境的破碎遭到弱化，生物资源也因人类活动的加剧而出现衰退^[26]，致使湿地所提供的生态系统服务功能(气候调节、废物处理、水源涵养、娱乐文化)的价值量损失较大。由于食物生产价值系数最高的农田面积持续增加，食物生产功能的价值量因此增加12.30亿元。同时，大面积的林地被砍伐及部分与草地向农田的转化使二者提供的生态系统服务功能(原材料生产和气体调节)也受到影响而减少。总体看来，三江平原北部地区生态系统服务功能在55年间退化较严重，在求得经济价值的同时要注重生态价值的提高与维护，力求经济效益、社会效益和环境效益的“三效” 合一。

1 954—2009年的55年间，三江平原北部地区各市县的土地利用数量与结构均发生了较大的变化，各市县生态系统服务价值也发生了较大的变化，且不同市县之间变化情况也不相同(图 3)。

图 3 1954—2009年各市县单位面积生态系统服务价值变化量图 Fig.3 The change of Ecosystem services value per unit area of every city in Northern Sanjiang Plain from 1954 to 2009

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各市县的生态系统服务价值是单位面积生态系统服务价值与行政面积的乘积，因此本文主要分析1954—2009年各市县单位面积生态系统服务价值的变化。根据1954—2009年间各市县单位面积生态系统服务价值变化量的特点，在Arcgis中采用Natural Breaks(Jenks)方法将三江平原北部地区分为三类(图 3)：高损失区、中损失区和低损失区。各市县单位面积生态系统服务价值均处于不同程度的减少，说明生态系统受到了破坏，生态环境恶化，应加大保护力度。

各市县所处损失区域的不同，主要是各市县各土地利用类型面积比重变化量不同造成的。湿地、林地面积比重下降幅度大、农田面积比重上升幅度大的区域，其单位面积生态系统服务价值损失量也较大。由图 3可知，高损失区主要包括富锦市和同江市，这类区域内农田面积比重大幅度的增加且其他地类面积比重均不同程度的减小，尤以湿地面积比重下降显著，分别下降63.18%和67.62%，而湿地、林地、草地单位面积生态系统服务价值较大，农田单位面积生态系统服务价值较少，农田面积的增加不足以弥补区域内湿地、林地以及草地面积的减少所引起的生态系统服务价值的减少，研究期末因其农田比重过大而导致单位面积生态系统服务价值较小，该区域研究期内单位面积生态系统服务价值损失量显著。低损失区主要包括绥滨县、宝清县和饶河县，这类区域的主要特点是虽然农田面积扩张明显，但是湿地、草地等生态系统服务价值系数高的地类面积比重下降的相对较小，至2009年宝清县林地比重34%和湿地比重6%、饶河县林地比重48%和湿地比重5%均相对较大，致使区域内其单位面积生态系统服务价值相对较大，单位面积生态系统服务价值损失程度较低。

(1)1954—2009年间三江平原北部地区的不同土地利用类型面积变化显著，主要景观类型由湿地转变为农田，其中农田、建设用地、水域面积呈增加趋势，湿地、林地、草地面积呈减少趋势，经济的发展、机械化程度的提高、人口数量的增加及保证粮食的增产是土地利用变化的主要驱动因素。这与三江平原北部地区成为我国重要的粮食生产基地相符。剧烈的土地利用变化使1954—2009年三江平原北部地区生态系统服务价值整体呈减少趋势，农田、水域生态系统服务价值呈增加趋势，湿地、林地和草地生态系统服务价值呈减少趋势，研究对象突出的气候调节、水源涵养及废物处理功能的价值量也大幅下降，长期的土地垦殖造成的湿地、林地大面积向农田的转化是生态系统服务价值减少的主要原因。

(2)本文利用现有资料和数据，对三江平原北部地区生态系统服务价值进行了动态的估算，直观的揭示和反映了研究区生态系统服务功能的动态演变及时空变化的特点，对区域生态系统的保护和环境质量的提高有重要的指导意义。但是本文存在一定的局限性：一是在研究过程中对单位面积生态系统服务价值进行估算时仅采用9种评价因子，且忽略了建设用地的生态系统服务价值；二是三江平原北部地区是我国水稻的重要产区，水田与旱地交错分布，由于作物种类等性质的不同，两者生态系统服务价值系数也有较大差异，本文在进行生态系统服务价值评估时没有将水田与旱田的生态系统服务价值系数进行单独的估算，可能造成对研究区生态系统服务价值的低估，以后将在此方面展开进一步深入的研究。

(3)由于三江平原北部地区存在着三江湿地、七星河湿地及洪湖湿地等大量的沼泽湿地，其对整个东北地区乃至全国的生态安全都有着重要的影响，因此其生态系统服务价值的下降趋势必须引起当地政府的高度重视。各市县当地政府应加强土地管理，制定合理的土地利用规划，同时对长期从事农业生产所带来的相关土壤污染、水污染等一系列问题加以重视，加大力度保护湿地，加重处罚措施严禁湿地向农田的转化，应努力寻找粮食生产的经济效益与湿地的生态效益之间的平衡点，恢复与提高区域内生态功能，争取达到经济效益、社会效益、生态效益的有效统一。