基于遥感方法的生态资产评估模型20031015.doc

附件四国家高技术研究发展计划(863计划)子课题阶段验收报告书子课题名称： 区域生态资产遥感测量模型　 课题名称：中国西部生态资产定量遥感测量技术体系与应用示范所属专题： 空间信息处理技术所属主题/重大专项： 信息获取与处理技术所属领域： 信 息 技 术 领 域课题责任人 (甲方)： 史 培 军 李 京子课题责任人（乙方）：　　　 潘 耀 　忠 起止年限： 2003 年 1 月 至2003 年 9 月北京师范大学资源科学研究所二ΟΟ三 年 九 月iiii目　　录1 生态系统服务指标体系的建立 11.1 生态系统服务及功能 11.2 基于遥感手段的区域生态资产评估指标 22 基于遥感方法的生态资产评估特点 23 生态资产遥感测量的概念模型与技术路线 33.1 基于定量遥感测量的生态资产价值评估概念模型 33.1.1 生态系统遥感分类 43.1.2 生态参数遥感测量 43.1.3 单位面积单项生态服务功能价值的定量计算 53.1.4 测量结果实地检验 53.2 生态资产生态遥感测量的技术路线 54 区域生态资产估算的数学模型与方法 74.1 植被净初级生产力(NPP)估算 74.1.1　年度NPP的算法 74.1.2　APAR的算法 74.1.3　光能转化率ε(x, t)的算法 84.2　生产有机物质的价值 94.3　吸收固定CO2的价值 104.4　释放O2的价值 104.5　N、P、K等营养物质循环的价值 114.5.1　每年吸收的氮元素（N）的价值 114.5.2　每年吸收的磷元素（P）的价值 114.5.3　每年吸收的钾元素（K）的价值 124.6　涵养水源的价值 124.6.1　基于母岩性质的贮水量计算 134.6.2　基于降水转换率的贮水量计算 134.7　水土保持价值 134.7.1　减少的土壤侵蚀量 134.7.2　减少表土损失的价值 134.7.3　减少土壤养分损失的价值 134.7.4　减少淤积损失的价值 135 数据准备 135.1　遥感与栅格化的气象数据 135.2　栅格化的土壤理化性质数据 135.3　统计数据 136 区域生态资产评估结果（内蒙古） 136.1　基于MODIS数据的生态资产评估结果 136.1.1　主要的植被参数 136.1.2 内蒙古生态资产评估结果 136.2 基于TM数据的生态资产评估结果 137 下一步工作设想 137.1 文化与休闲娱乐价值估算 137.2 生物多样性价值估算 137.3 净化环境污染物的价值估算 13参考文献 131 生态系统服务指标体系的建立生态系统的功能是指其生境、生物学性质或生态系统过程。

生态系统服务功能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生态系统服务功能可以概略地分为两大类，一类是生态系统产品，如为人类提供食物、工业原材料、药品等可以商品化的功能；第二类是支撑与维持人类赖以生存的环境，如生态系统对气候调节、水源涵养、水土保持、土壤肥力的更新与维持、营养物的循环、二氧化碳的固定等难以商品化的功能，从而表现为间接价值生态服务功能的间接价值虽不表现在国家的核算体制上，但它们的价值可能大大超过直接价值而且直接价值常常源于间接价值1.1 生态系统服务及功能Costanza等（1997）把生态系统服务分为17大类（表1-1），其中只包括可再生的服务，不包括不可再生的燃料和矿物质以及大气表1-1　生态系统服务及功能序号生态系统服务生态系统功能举例1气体调节大气化学成份调节CO2/O2平衡，O3防紫外线，SOx水平2气候调节全球温度、降水及其它由生物媒介的全球及地区性气候调节温室气体调节，影响云形成的DMS产物3干扰调节生态系统反应对环境波动的容量、衰减和综合风暴防止，洪水控制，干旱恢复等生境对主要受植被结构控制的环境变化的反应4水调节水文流的调节为农业、工业和运输提供用水5供水水的贮存和保持向集水区、水库和含水岩层供水6控制侵蚀和保持沉积物生态系统内的土壤保持防止土壤被风、水侵蚀，把淤泥保存在湖泊和湿地中7土壤形成土壤形成过程岩石风化和有机质积累8养分循环养分的贮存、内循环和获取固氮，N、P和其它元素及养分循环9废物处理易流失养分的再获取、过多或外来养分、化合物的去除或降解废物处理，污染控制，解除毒性10传粉有花植物配子的运动提供传粉者以便植物种群繁殖11生物控制生物种群的营养动力学控制关键捕食者控制猎物种群，高级捕食者使食草动物减少12避难所为定居和迁徙种群提供生境育雏地，迁徙动物栖息地，当地收获物种栖息地或越冬场所13食品生产总初级生产中可用为食物的部分通过渔、猎、采集和农耕收获的鱼、鸟兽、作物、坚果、水果等14原材料总初级生产中可用为原材料的部分木材、燃料和饲料产品15基因资源独一无二的生物和产品的资源医药、材料科学产品，用于农作物抗病和抗植物感染的基因，家养物种（宠物和植物栽培品种）16休闲娱乐提供休闲游乐活动机会生态旅游、钓鱼运动及其它户外游乐活动17文化提供非商业性用途的机会生态系统的美学、艺术、教育、精神及科学价值1.2 基于遥感手段的区域生态资产评估指标表1列出的生态系统服务和功能并不一定一一对应。

在有些情况下，一种生态功能可提供两种或多种服务，而且许多生态系统功能是相互依赖的从宏观生态学角度，根据基于遥感手段的区域生态资产计算的特点，考虑数据获取的可能性和可靠性，以及我国在这方面的研究情况（欧阳志云，1999；黄兴文，1999；陈仲新，2000），最终确定的基于遥感手段的区域生态资产评估指标如表1-2所示：表1-2　基于遥感手段的生态资产评估指标序号生态系统服务生态系统功能1太阳能的固定与食品生产生产有机物质2促进营养元素循环营养物质循环与贮存3水调节与供水涵养水源4控制侵蚀和保持沉积物保持土壤5气体调节吸纳二氧化碳6气体调节释放氧气2 基于遥感方法的生态资产评估特点（1）遥感模型用于生态资产评估可以克服传统方法“以点代面”的缺点，减少了统计模型用地面观测值插值所引起的误差，提高了评估精度2）遥感数据具有不同的波谱、时空分辨率，通过多源数据的融合处理，可以较精确的进行各种生态系统类型的划分，并且可以反演出一些生态与非生态的模型参数（如生物量模型、NPP模型，蒸散量模型等）3）相对于传统的数据采集途径来说，遥感数据成本较低，而且获取容易，速度较快4）基于遥感方法的生态资产评估模型，可以较容易地搭建在GIS平台上，通过和地面统计数据的链接，利用计算机技术可以实现区域生态资产自动化评估。

5）受数据特点和自动化要求的限制，所选择的方法与模型会使一部分生态服务被忽略，但从工程性的角度来看，这样可以提高系统的可行性对于被忽略的生态服务，如果通过调查发现这部分价值不应该完全被忽略，则可以通过其它的途径进行计算，例如将某种被忽略的生态价值纳入到其它价值中进行计算，或者根据经验判断这部分价值在总价值中所占比重，这样可以通过计算其它价值来进行估算在区域生态资产评估中，有些服务，譬如游憩价值和生物多样性的价值，比较难于定量，通常的方法都需要有人的互动环节，但在工程中，这显然不太适用3 生态资产遥感测量的概念模型与技术路线3.1 基于定量遥感测量的生态资产价值评估概念模型一定区域内的生态资产的总量是一个随时间动态变化的量值，它是区域内所有生态系统类型提供的所有服务功能及其自然资源价值的总和，并随着区域内所含有的生态系统的类型、面积、质量的变化而变化Costanza（1997）等人在进行全球生态资产测量时，将全球生态系统划分为17个类型的研究方法，为基于定量遥感测量的生态资产价值评估模型的建立提供了一种可借鉴的方法一定区域内的生态资产价值总量（V）可以表示为： （1）其中：c=1,2,…,n，表示生态系统的类型；Vc表示第C类生态系统生态资产价值。

（2）其中：i=1,2,…,n，表示第C生态系统的第i种生态服务功能；Vci表示第C生态系统的第i种生态服务功能类型的单位面积价值；j=1,2,…,m表示一定区域内Vci在空间上分布的斑块数，Sij表示各个斑块的面积大小，Rij表示Vci在不同斑块的调整系数，它是由生态系统的质量状况决定的 （3）其中：A1,A2,…An是表征生态系统质量状况的生态参数，不同质量状况的同一生态系统类型的Vci是不同的，其差别由Rij来调整根据区域生态资产价值计算的要求，基于定量遥感测量的价值评估模型主要包括以下四部分内容：生态系统遥感分类、生态参数遥感测量、单位面积（或单位质量）生态服务功能价值定量计算和测量结果经度检验，生态价值评估模型的技术流程如图3-1所示多尺度遥感数据生态系统分类体系的确定生态系统类型测量生态服务功能的定义生态参数测量不同类型的空间分布单位面积价值量计算调整系数计算生态学/环境经济学估算方法/模型生态资产价值量图形输出统计输出图3-1 基于遥感测量的生态资产价值评估模型流程图精度检验3.1.1 生态系统遥感分类不同的生态系统类型包含的自然资源价值和具有的生态服务功能是完全不同的，因而基于遥感的生态资产测量的第一步，就是根据不同的空间尺度确定适合于生态资产测量的生态系统分类体系，然后利用多尺度遥感技术获取这些类型的空间分布状况，在这一领域，遥感技术已经积累了相当丰富的经验。

3.1.2 生态参数遥感测量不同空间分布的同一生态系统类型的质量状况是不同的，同时也是随时间变化的，因而其所具有的生态资产价值也是变化的，这种变化是由生态系统的质量状况来决定的生态系统的质量状况可以由一系列的生态参数来表达，这些参数随时间、空间的变化的全覆盖数据只有通过遥感测量才能够得到根据前人的研究经验，本文认为：选取地上总生物量、第一性净生产力（反映有机质生产的两个重要指标），以及植被覆盖度（反映生态系统随时间、空间变化的重要指标）三个参数来表达生态系统的质量状况，基本符合生态资产遥感定量测量的要求3.1.3 单位面积单项生态服务功能价值的定量计算包括两部分：自然资源单位面积价值和生态服务功能单位面积价值同一生态系统同时具有多种生态服务功能，每一种生态服务功能的价值及其计算方法也是不同的，为使各种生态资产计算方法的结果具有可比性，建立单项服务功能的单位面积价值的标准计算方法和估算模型是必不可少的，这需要生态学和环境经济学为基础的大量的实地测量的基础性研究结果为依据的，目前这方面已经取得了一定的成果3.1.4 测量结果实地检验根据分层统计抽样的原理，根据不同测量尺度的要求，与遥感测量相匹配，按一定的标准和规范设计实地抽样测量样地和样点，按一定的指标体系和标准的调查测量规程，建立基于实地抽样测量的生态资产测量结果验证方法，并依此作为验证遥感测量。