基于改进当量因子法的庙岛群岛岛屿评价单元生态系统服务价值评估与管理分区

《Frontiers in Environmental Science》：Ecosystem service valuation and management zoning of island evaluation units in the Miaodao Archipelago, Yellow-Bohai Sea

　　

： 引言：2024年中国海洋生态保护红线调整提升了小岛屿系统的政策重要性，并产生了将生态系统服务价值（ESV）评估与岛屿尺度管理分区相衔接的量化工具需求。本研究评估了黄渤海庙岛群岛（长岛国家公园关键区域）26个岛屿评价单元。 方法：采用改进的当量因子法，在30 m网格尺度上对11项生态系统服务进行货币化核算。岛屿特异性调整包括：本地化七分之一法则、调整森林和草地系数以反映岛屿生产力限制、以及在土地覆盖数据未体现活跃耕作时将食物供给和原材料服务设为零。空间敏感性指标作为分区的补充参考。 结果：2020年生态系统服务总价值为1.145468亿元人民币·年?1，平均单位面积价值为20,194元·公顷?1·年?1。调节服务和支持服务合计占总价值的90.15%。 讨论：将生态系统服务价值与生态敏感性耦合产生四类管理导向功能分区，为长岛国家公园分区和海洋生态保护红线实施提供了定量支持。

论文解读文章

一、研究背景与问题

生态系统服务（Ecosystem Services, ES）将自然资本与人类福祉相联系，通常分为供给服务、调节服务、支持服务和文化服务四大类。货币化的生态系统服务价值（Ecosystem Service Value, ESV）评估为政策分析、生态补偿和空间管理提供了可比较的量化指标。Costanza等人提出的全球价值评估框架以及谢高地等人（Xie et al., 2015）发展的中国当量因子体系已成为空间ESV评估的广泛应用基础。然而，对于小岛屿系统而言，全球单位价值和内陆生态系统系数需要谨慎调整，因为岛屿面积、边界效应、盐雾、风暴露以及有限的人类直接利用会改变土地覆盖与实际服务实现之间的关系。

岛屿生态系统具有面积小、异质性强、对干扰敏感的特点。近年来中国岛屿ESV研究主要集中在舟山和海南岛屿系统，而黄渤海区域研究多强调区域土地利用/覆被变化（LUCC）-景观-ESV关系、滨海湿地变化、河口修复响应和沿海经济带ESV动态。将货币化ESV评估与岛屿评价单元管理分区相结合的研究仍然不足，尽管2024年海洋生态保护红线调整提升了小岛屿系统的政策重要性。

庙岛群岛位于渤海海峡，已有研究从多个互补视角进行了探索，包括十个有居民主要岛屿的物理生态系统服务量评估、无人岛屿生态敏感性诊断、长岛海洋生态系统生产总值（Gross Ecosystem Product, GEP）估算以及岛屿生态风险及其驱动因素评估。然而，货币化ESV评估与岛屿评价单元管理分区之间的联系仍不成熟。此外，岛屿研究常混淆多个空间概念：行政岛屿、有居民岛屿、无人岛屿、生态红线斑块和栅格派生评价单元。本研究因此将26个地图化岛屿评价单元作为核算单元，并刻意使用"评价单元"一词以避免暗示每个单元与官方命名岛屿或有居民状态类别一一对应。

本研究旨在回答三个问题：（1）庙岛群岛岛屿评价单元的ESV结构如何；（2）11项生态系统服务在岛屿单元间如何空间分布；（3）货币化ESV与生态敏感性如何耦合以支持岛屿特异性管理分区。

二、研究内容与意义

研究人员开发了岛屿适应的当量因子框架、岛屿评价单元ESV-敏感性分区工作流程，并为长岛国家公园和中国北方岛屿保护提供了定量基础。研究结果表明，庙岛群岛岛屿评价单元的生态系统服务价值结构以调节服务和支持服务为主导，而非直接提取性供给服务，这为理解保护型岛屿系统的生态经济价值提供了新的视角，也为海洋国家公园的生态补偿和绩效评估提供了科学依据。

三、主要技术方法

研究人员采用改进的当量因子法作为货币化核算框架。首先，按照谢高地等（2015）的方法，利用七分之一法则本地化标准当量因子，基于烟台/蓬莱统计年鉴中的县级播种面积、单产和价格数据计算得到本地标准当量值E_a = 3,658.35元·公顷^-1·年^-1。其次，引入三项岛屿特异性系数调整：森林系数乘以0.85、草地系数乘以0.50以反映岛屿生产力约束，以及将食物生产和原材料服务设为零。第三，采用GlobeLand30（30 m/2020）作为主要LUCC数据源，以CLCD作为辅助交叉验证，利用Sentinel-2影像（10 m/2024–2025）精化岛屿边界。第四，构建生态敏感性参考层，整合海岸线距离、坡度、植被覆盖度（Fractional Vegetation Cover, FVC）、土地覆盖干扰和潜在人类利用压力五个指标，经最小-最大标准化后等权（各0.20）叠加。第五，采用中位数阈值决策矩阵将26个评价单元划分为四个管理象限。不确定性分析通过系数扰动（±50%）、E_a作物篮子比较和森林/草地系数情景分析实施。

四、研究结果

LUCC格局：经GlobeLand30调和并交叉验证的土地覆盖图显示，草地占评价面积的50.80%，建设用地占28.07%，森林占20.71%，裸地占0.40%，水体占0.02%，灌木占0.00%。主要与辅助LUCC产品调和后总体一致性为63.75%，Kappa系数为0.452，表明存在实质性类别混淆。关键差异在于耕地识别：GlobeLand30仅将0.10%的产品有效像素识别为耕地，而CLCD将34.05%识别为耕地。

总ESV与服务组成：基于本地化E_a值和调和LUCC面积统计，2020年26个岛屿评价单元的总ESV为1.145468亿元·年^-1，平均单位面积值为20,194元·公顷^-1·年^-1。调节服务占64.73%，支持服务占25.43%，文化服务占5.20%，供给服务占4.65%。单项服务中，气候调节贡献27.25%，水文调节占19.62%，土壤保持占12.88%，生物多样性维持占11.60%，气体调节占9.41%。

空间ESV格局与岛屿差异：空间ESV图显示岛屿间和服务类型间存在明显异质性。高值像元通常与较大且植被覆盖较好的岛屿相关，而建设用地或裸地斑块贡献较低货币价值。不同服务的高值区域仅部分共位，表明岛屿管理不应仅依赖总ESV。

不确定性与系数杠杆分析：系数杠杆分析显示气候调节杠杆最大（|CS| = 0.2725），其次为水文调节（0.1962）和土壤保持（0.1288）。主要估值不确定性来自E_a作物篮子选择：全作物篮子产生总ESV = 1.1455亿元·年^-1，谷物篮子产生总ESV = 5,123万元·年^-1，仅为基线的44.72%。系数情景分析表明，恢复森林系数使总ESV增加10.5%，恢复草地系数增加39.8%，两者同时恢复增加50.4%。

管理分区：决策矩阵识别出5个严格保护单元、8个生态维护单元、8个优先修复单元和5个控制利用单元。在四种替代生态敏感性权重情景下，没有评价单元改变其管理分区归属。

五、讨论与结论

讨论部分指出，本研究与已有庙岛群岛研究形成互补而非重复，增加了货币化ESV层并将其与管理分区连接。最显著的结果是调节和支持服务的主导地位，这不同于许多内陆或有居民岛屿系统。研究强调，小岛屿单元不应被评估为未充分利用的土地资源，其价值主要通过生态调节、栖息地支持和风险缓冲功能产生。研究还指出，直接转移内陆当量系数可能使岛屿估值产生偏差，支持岛屿特异性系数适应的必要性。局限性包括：26个单元中有13个敏感性层汇总值为零、情景分析提供离散边界而非正式置信区间、以及缺乏官方机器可读的生态红线或国家公园分区矢量层进行叠加验证。

研究结论部分翻译：本研究为庙岛群岛26个岛屿评价单元开发了岛屿适应的货币化ESV评估和管理分区工作流程。三个指导性问题的回答如下：价值结构以调节为主导，生态调节和栖息地支持而非提取性供给驱动大部分货币价值；11项服务在岛屿单元间空间分布不均且仅部分共位；将ESV与生态敏感性耦合产生四类管理导向分区，用于保护、监测、控制利用和修复优先排序。修订后的不确定性分析表明，绝对货币总量受E_a作物篮子选择和森林/草地系数假设的强烈影响，而决策矩阵分区分配在所测试的生态敏感性权重情景下未发生变化，尽管该结果反映了26个单元中13个的敏感性层覆盖有限，应作为筛选结果而非正式稳健性检验。该工作流程为长岛国家公园分区、海洋生态保护红线实施和中国北方可转移岛屿ESV核算提供了定量决策支持基础，但官方生态红线和国家公园分区矢量数据在本修订中未公开可用以进行叠加验证。