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生态系统服务功能价值计算模块设计 摘要 生态系统服务( e c o s y s t e ms e r v i c e s ) 功能是指生态系统维持人类赖以生存 的自然环境条件与效用，它不仅给人类提供生存必需的食物、医药及工农业生产 的原料，而且维持了人类赖以生存和发展的生命支持系统( d a i l y ，1 9 9 7 ；欧阳志 云等，1 9 9 9 ) 。生态系统是生命支持系统，是人类经济社会赖以生存发展的基础。 随着生态系统服务功能价值研究的不断深入，生态系统服务功能价值的计算 模型日趋成熟，但其计算方法方法却进展缓慢，大量的、复杂的计算不仅计算难 度高，而且容易产生错误，不能方便地进行检验，它已经成为从事生态系统服务 功能价值研究工作者面临的最苦恼的问题之一，为了解决计算方面的困难，增强 计算结果的可靠性和科学性，本文用面向对象的软件设计方法，开发可复用的生 态系统服务功能价值构件，形成自动化计算生态系统服务功能价值的科学、可行 的计算方法。 本文的主要内容为：第一至第三章主要介绍了本课题的研究意义，目前的研 究现状及在研究中所用到的关键技术。这一部分作用主要是使读者了解本文豹研 究背景，熟悉关键技术后，能够更好的熟悉后面的工作。第四章主要介绍了本文 进行模块设计所用的开发平台，平台的合理性直接影响到构件的设计的难度和进 度。第五章主要介绍了生态价值计算模块的接口、生态系统服务功能价值计算数 据库设计和关键技术的实现，这一章是本文的关键部分。对于模块设计来说，接 口的设计是非常关键的一个环节，它是模块与外界进行数据交换的接口，关系到 模块的易用程度。第三部分是验证部分，通过该部分验证模块设计的正确性、合 理性和实用性。 本研究的特色有如下几点： 一、将计算机科学中先进的技术方法应用到生态系统服务功能价值研究之中， 实现了生态服务功能价值计算的自动化。在深入研究软件复用技术的基础上，将 软件复用技术与g i s 技术紧密结合，从理论和方法方面探讨6 i s 软件复用技术在 生态系统服务功能价值计算中的应用。探讨了可复用技术在g i s 软件开发中的开 发方式。本研究中所采用的计算方法，是一种通过计算机编程实现自动化计算生 态系统服务功能价值的方法，它可以不依赖用户定义的数据库结构而进行生态系 统服务功能价值计算，在程序中可以通过用户自己选择参与运算的字段。 二、在生态系统服务功能价值计算过程中引入面向对象技术。面向对象技术 是对实体进行抽象的- - f 3 计算机软件开发技术，可以把实体通过计算机抽象，形 成具有属性和服务的对象。通过研究，发现可以将用于计算的空间数据单元( 区 域) 看作对象，每个单元都有自己的属性数据，通过抽象之后，每个多元都可以 根据自身的属性去完成计算它所在单元的生态系统服务功能价值。 三、增加修正因子，增强模型适用性。目前流行的生态系统服务功能价值计 算模型大多是在研究了具体的研究区域后总结出来的计算模型，它们受研究区的 自然环境条件影响较大，同一模型往往不能在其它区域使用。本研究引入修正因 子来解决这个问题，4 修正因子的产生方式灵活，用户只需提供最终数值即可。 关键词：生态系统服务功能价值g i s 生态系统 d e s i g nt h em o d e lo fc a l c u l a ti n ge c o s y s t e ms e r v i c e s v a l u e a b s t r a c t s ：t h ef u n c t i o no fe c o s y s t e ms e r v i c e sr e f e r st ok e e pan a l u r a l e n v i r o n m e n tc o n d i t i o na n de f f e c t i v e n e s sd e p e n do nh u m a nb e i n g sb y e c o s y s t e m n o to n l yt h ee c o s y s t e mp r o v i d e sn e c e s s a r yf o o d ，m e d i c i n e a n dr a wm a t e r i a lo fi n d u s t r ya n da g r i c u l t u r ef o rh u m a nb e i n g s ，b u ta l s oi t k e e p sal i f es u p p o r ts y s t e mt h a th u m a nb e i n g sr e l yo na n dd e v e l o p ( d a i l y ， 19 9 7 ；o u y a n gz h i y u n ；19 9 9 ) e c o s y s t e mi sal i f e s u p p o r ts y s t e ma n da f o u n d a t i o no fh u m a nb e i n g s e c o n o m ya n ds o c i e t ye x i s t e n c ea n da d v a n c e a l o n gw i t ht h ei n c r e a s i n g l yo fd e e pr e s e a r c ho nt h ef u n c t i o nv a l u eo f e c o s ，7 s t e ms e r v i c e s 。价ec a l c u l a t i o n m o d e io ft h ef u n c t i o nv a l u eo f e c o s y s t e ms e r v i c e sc o m e st of r u i t i o n b u tt h ec a l c u l a t i o nm e t h o d so ft h e f u n c t i o nv a l u eo fe c o s y s t e ms e r v i c e sd e v e l o ps l o w a b u n d a n ta n dc o m p l e x c a l c u l a t i o nn o to n l yp a y sah i g hd e g r e eo fd i f f i c u h y b u ta l s ob d n g se r n o r s e a s i l y s ot h a ti ti si n c o n v e n i e n tt oc h e c kw h i c hh a s b e e no n eo ft h ea f f l i c t i o n b yt h o s ew h oe n g a g ei n r e s e a r c ho nt h ef u n c t i o nv a l u eo fe c o s y s t e m s e r v i c e s i no r d e rt or e s o l v et h ep r o b l e mo nc a l c u l a t i o na n db o o s tu pt h e r e l i a b i l i t ya n ds c i e n t i f i c i t y o fc a l c u l a t i o nr e s u l t 。t h ea r t i c l ea p p l i e s o b j e c t - o r i e n t e ds o f t w a r ed e s i g nm e t h o d s ，e x p l o i t sr e u s a b l ec o m l p o n e n to f t h ef u n c i i o nv a l u eo fe c o s y s t e ms e r v i c e s f c i r ms c i e n t i f i ca n df e a s i b l e c a l c u l a t i o nm e t h o d so fa u t o m a t i cc a l c u l a t i o no nt h ef u n c t i o nv a l u eo f e c o s y s t e ms e r v i c e s t h em a i nc o n t e n to ft h et e x ti n c l u d e sf i v ep a r t s ：t h ef i r s tt h r e ep a r t s i n t e n dt oi n ”o d u c et h es i g n i f i c a n c eo ft h er e s e a r c h ，t h ec u r r e n ts i t u a t i o no f t h er e s e a r c ha n ds o m ek e yt e c h n o l o g i e su s e di nt h er e s e a r c ho ft h et a s k t h er e a s o nt ow r i t et h e s ep a r bbm a tt h er e a d e r sc o u l dk n o wt h e b a c k g r o u n do ft h et e x t s ot h a tt h e yc a nk n o wt h el a t t e rr e s e a r c hw e l l 1 1 1 e f o u r t hp a r ti n t r o d u c eae x p l o i t a t i o np l a t f o r mu s e di nt h em o d u l ed e s i g n ，a l s o t h er e a s o n a b l e n e s so ft h ep l a t f o r me f f e c t st h ed e g r e eo fd i f f i c u r ya n dt h e r a t eo fp r o g r e s si nc o m p o n e n td e s i g nd i r e c t l y t h ei n t e r f a c eo fe c o l o g i c a l v a l u ei nc a l c u l a t i o nm o d e i 。t h ef u n c t i o nv a l u eo fe c o s y s t e ms e r v i c e si n d a t a b a s ec a l c u l a t i o nd e s i g na n dt h ea c h i e v e m e n ti ns o m ek e yt e c h n o l o g i e s a r ec o m p d s e di nt h ef i f 廿1p a r t w h i c hp l a y sak e yr o l e i nt h et e x t t h e d e s i g no fi n t e r f a c et a k eag r e a tl i n ki nm o d u l ed e s i g n ，w h i c hc o n n e c tt h e i i i m o d u l ea n do u t s i d ei nd a t a b a s ee x c h a n g ea n dh a sr e s p e c tt ow h e t h e rt h e m o d u l ei se a s yt ou s e 1 1 1 et h i r dp a r tp l a n st ov a l i d a t et h er i g h t n e s s r e a s o n a b l e n e s sa n dp r a c t i c a l i t yi nm o d u l ed e s i g n t h ef e a t u r eo fm yr e s e a r c hh a v et h r e ep a r t s ： f i r s to fa l l ，a p p l ys o m ea d v a n c e dt e c h n o l o g i e sa n dm e t h o d si n c o m p u t e rs c i e n c et or e s e a r c ho nt h ef u n c t i o nv a l u eo fe c o s y s t e ms e r v i c e s s ot h a ta c h i e v eaa u t o m a t i cc a l c u l a t i o no nt h ef u n c t i o nv a l u eo fe c o s y s t e m s e r v i c e s b a s e do nt h ef u r t h e rr e s e a r c ho nt h et e c h n o l o g yo fs o f t w a r e r e u s e ，it i g h t l yc o m b i n es o f t w a r er e u s et e c h n i q u ea n dg i st e c h n i q u et o s t u d yt h ea p p l i c a t i o no nt h ef u n c t i o nv a l u eo fe c o s y s t e ms e r v i c e sc a l c u l a t i o n o fg i ss o f t w a r er e u s et e c h n i q u ei nt h e o r ya n dm e t h o da s p e c t sa n ds t u d yt h e e x l ；l i o i tm e t h o do fm u l t i p l e xt e c h n i q u ei ng i ss o f t w a r ee x p l o i t a t i o n t h e c a l c u l a t i o n a lw a ya p p l i e di nt h er e s e a r c hi st oa c h i e v ea u t o m a t i cc a l c u l a t i o n o nt h ef u n c t i o nv a l u eo fe c o s y s t e ms e r v i c e sb yc o m p u t e rp r o g r a mw h i c hc a n n o td e p e n do nt h ed a t a b a s es t r u c t u r ed e f t n e db yt h eu s e ri nc a l c u l a t i n gt h e f u n c t i o nv a l u eo fe c o s y s t e ms e r v i c e s 1 1 1 eu s e rc o u l dc h o o s ef i e l ds e l e c t i o n p a r t i c i p a t e di na r i t h m e t i ci np r o g r a mb yh i m s e l f 1 na d d i t i o n ，i n d u c tt h eo b j e c t - o r i e n t e dt e c h n i q u et ot h ep r o c e s so f c a l c u l a t i o no nt h ef u n c t i o nv a l u eo f e c o s y s t e ms e r v i c e s t h e o b j e c t o d e n t e dt e c h n i q u e ，u s e dt oc h a n g ee n t i t yi n t oa b s t r a c t ，i sa c o m p u t e rs o f t w a r ee x p l o i t a t i o nt e c h n i q u e w ec a ng e tak i n do fo b j e c tw i t h a t t r i b u t ea n ds e r v i c et h r o u g hc o m p u t e ra b s t r a c t a sar e s u l t ，w ec a nf i n do u t i fw er e g a r dc a l c u l a t i o ns p a c ed a t ae l e m e n ta sak i n do fo b j e c t ，e a c h e l e m e n tw i l lg e ti t so w na t t r i b u t ed a t aa n da c c o m p l i s hi t se c o l o g i cv a l u e c a l c u l a t i o nb a s e do ni t so w na t t r i b u t et h r o u g ha b s t r a c t i nt h et h i r dp l a c e ，a d da m e n d m e n tf a c t o r sa n de n h a n c ea p p l i c a b i l 时o f m o d e l ap r e v a i l i n gw a yo nc a l c u l a t i o nm o d e lo ft h ef u n c t i o nv a l u eo f e c o s y s t e ms e r v i c e sc a l c u l a t i o ni sg e n e r a t e da f t e rs t u d y i n gs p e c i f i cr e s e a r c h a r e a sa n dt h e ya r ee f f e c t e dm u c hb yn a t u r a la n v i r o n m e n t a ni d e n t i c a l m o d e im a vn o tb eu s e di no t h e ra r e a s t h i sa r t i c l ei n d u c ta m e n d m e n tf a c t o r s t ot h i sp r o b l e mb e c a u s eo fi t sf l e x i b l eg e n e r a t em e t h o da n dt h eo n l yt h i n gt h e u s e rd oi st oo f f e rf i n a lf i g u r e k e yw o r d s ：t h ef u n c t i o nv a l u eo fe c o s y s t e ms e r v i c e s ；g i s ；e c o s y s t e m 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他个人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得陕西师范大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中作了明确说明并表示谢意。 学位论文使用授权声明 本人同意研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属陕西师范大 学。本人保证毕业离校后，发表本论文或使用本论文成果时署名单位仍为陕西 师范大学。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其它指定机构送交论文 的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进 入学校图书馆、院系资料室被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。 作者签名： 五互车一 1 课题研究的内容、意义 1 1 研究的内容 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 是能够收集、管理、 查询、分析、操作以及表现与地理相关的数据信息的计算机信息系统，能够为分 析、决策提供重要的支持平台。它广泛地应用于地学、资源管理、土地规划、环 境监测、防灾减灾、电力行业、交通管理、城市规划、科研、教育和国防等领域， 在我国国民经济建设中发挥着越来越重要的作用。 当前，随着信息技术的发展以及应用领域的不断扩大，地理信息系统技术得 到了飞速的发展。由于g i s 是“关系到国家安全的战略性技术”，因此开发拥有 自主知识产权的国产g i s 系统平台，研究和掌握g i s 中的前沿关键技术，对我国 g i s 的发展和应用有着非常重要的意义。 在生态系统服务功能价值计算中，也广泛地用到的g i s 技术。通过g i s 软件 生成各种专题数据的，利用专题数据进行分析。但是目前现有的g i s 软件在生态 系统服务功能价值的计算问题上存在缺陷和不足。为了解决这个问题，使得特定 区域的生态系统服务功能价值计算数据具有连续性，不同年份数据具有可对比性， 出于对增强代码的可重用性和减小g i s 程序开发的难度的考虑，本文在理论和实 践的基础上提出了生态服务功能价值计算模块的设计的可行性方法，并通过实例 验证模块，为进步扩展6 i s 软件功能、进行g i s 构件的开发工作提供理论和方 法上的指导。 本文的思路是，首先在生态系统服务功能价值、生态安全领域内构建一系列 可复用的构件，构成生态安全构件库，使得生态系统服务功能价值、生态安全评 价更方便、评价结果更为可靠。本文在软件构件理论的基础上，设计构件，阐述 在g i s 构件开发过程中需要的主要的方法，研究的重点主要集中在生态安全评价 中生态系统服务功能价值评价的构件设计和用计算机实现生态系统服务功能价值 评价的一些关键性技术。构建生态安全构件的基础包括生态系统服务功能价值评 价的理论及方法、生态安全理论与方法、构件设计、地理信息系统理论方法、计 算机数据库的知识等。 1 2 研究的意义 1 2 1 理论意义 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，它不仅包括各类生态系统为人类所提供的食物、医药及 其他工农业生产的原料等消费产品，更重要的是支撑与维持了地球的生命支持系 统，维持生命物质的生物地化循环与水文循环，维持生物物种与遗传多样性，净化 环境，维持大气化学的平衡与稳定等等。生态系统服务功能可以概略地分为两大 类，一类是提供生态系统产品，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，表现为间接价值。生态系统服务功能的闻接价值目前虽不 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。由于人类对生态系统的服务功能及其重要性的不够了解，导致 了生态环境的破坏，从而对生态系统某些服务功能造成了明显损害。今天人们逐 步认识到，生态系统服务功能是人类生存与现代文明的基础，科学技术能影响生 态系统服务功能，但不能替代自然生态系统服务功能，随着对可持续发展机制研 究的深入，人们发现维持与保育生态系统服务功能是实现可持续发展的基础。分 析与评价生态系统服务功能的间接价值已成为当前生态学与生态经济学研究的前 沿课题之一。 通过国内外研究案例不难发现，随着人们对生态服务功能价值问题的认识和 深入，研究方法也在不断向深度和广度方向上扩展。评价实例因采用的评价方法 有剐，评价结果可能相差较大国际上目前尚未形成统一、规范、完善的评价标 准。为了让广大的研究人员将精力集中到完善生态系统服务功能价值评价理论、 改进评价模型上，本文将现今常用的生态系统服务功能价值评估模型通过计算机 技术进行集成，使得用户能够根据研究区的特点选择适合的评价模型进彳亍评价， 大大简化价值评价的工作量，增强评价结果的可靠性和可对比性。同时，使用者 还可以通过不同的评价模型评价同一生态系统，进而对评价结果进行对比、分析， 总结规律，修正模型。 1 2 2 现实意义 生态系统服务功能价值测算的模型逐渐趋于成熟，但是计算方法、计算手段 并没有得到很好的提高，使得进行生态系统服务功能价值测算时工作量非常大， 测算方法难度高，模型复杂，因此计算过程错误也在所难免。为了解决这一问题， 建立一套可靠的生态系统服务功能价值测算的模型和方法体系，本文参考了 c a i r n s 、c o s t a n z a 、c r e t c h e nd a i l y 、白效明、郑易生、侯元兆、毕绪岱、周广 胜、肖寒、欧阳志云、白晓飞等人的研究方法、模型，总结现有的常用方法，以 软件工程为指导，建立起一套通用生态系统服务功能价值测算体系，能大大降低 测算难度，避免人为原因导致的计算错误。 为什么要用软件工程的理论和方法来研究g i s ? 这是因为软件工程是解决软 件危机( 软件危机是指在计算机软件的开发和维护过程中遇到的一系列严重问题) 2 的有效手段。软件工程是用工程、科学和数学的原则与方法研制、维护计算机软 件的有关技术及管理方法，把软件开发当作工程开发的一个必要的方法和理论指 导。 3 2 国内外研究的现状、发展趋势 2 1 生态系统服务功能研究的起源与发展 对生态系统服务功能的研究最早可以追溯到1 8 6 4 年，美国学者g e o r g em a r s h 首先提及生态系统具有为人类生产生活提供服务的功能。在他的( m a na n dn a t u r e 一书中提出：空气、水、土壤和动植物等一切因素都是赐予我们的宝贵财富。首 先对资源是无限的这个长期以来的错误认识提出质疑和批评，但是由于当时工业 生产的大背景，他的观点没有得到人们的重视。 直到2 0 世纪7 0 年代，随着生态系统概念和理论的发展，有人陆续地开始深 入地思考生态系统的服务功能，这其中既有生态学家又有经济学家，他们从不同 的角度对生态系统服务功能进行探讨。至此，生态系统服务功能开始成为一个科 学术语及生态学与生态经济学研究的分支。 在以往研究的基础上，1 9 9 7 年，h e y w o o d v 出版了全球生物多样性价值评 价，同年美国生态学会组织了以g r e t c hd a i l y 负责的研究小组，对生态系统服 务功能进行了较为系统的研究，明确提出了生态系统服务功能这一概念，并对一 些重要的生态系统类型，如森林、湿地、草地和海岸等进行了评价。 真正把生态系统服务功能提高到生态学研究前沿的是美国学者r o b e r t c o s t a n z a ，他在美国自然杂志上发表的全球生态系统服务功能价值估算一 文中将全球生态系统划分为1 6 种类型，囊括了1 7 种服务功能，其中包括：调节 大气、调节气候、于扰调节、调节水分、供应水资源、控制侵蚀与沉积物滞留、 土壤形成、养分循环、废物处理、授粉、生物控制、避难所、食物生产、原材料、 基因资源、娱乐文化等，并核算出全球生态系统服务功能的价值为平均每年3 3 亿 美元，约为当年全社会国民生产总值的1 8 倍。但是在他的价值评价中存在着不 足之处，那就是对湿地的服务功能估计过高，而对农田的服务功能估计却又过低。 虽然目前人类对生态系统服务功能的研究尚不深入，但是我们的祖先早就意 识到了生态系统对人类社会发展的支持作用。古希腊思想家柏拉图( p l a t o ) 就认 识到雅典人对森林的破坏导致了水土流失和水井的干涸。中国古代风水林的建立 与保护也反映了人们对森林保护村庄与居住环境作用的认识。g e o r g ep e r k i n s m a r s h 是美国1 9 世纪中叶最有影响的自然保护主义者，第一个用文字记载生态系统 服务功能的人而美国野生动物生态学之父，著名的学者a l d ol e o p o l d 通过深入 地思考生态系统的服务功能，认识到人类自身是不可能替代自然生态系统服务功 能的。 2 0 世纪4 0 年代以来随着生态系统概念与理论的提出和发展，促进了人们对生 态系统结构与功能的认识与了解，并为人们研究生态系统服务功能提供了科学基 4 础。h o l d e r n 和e n r l i c h 于1 9 7 4 年首次提出了生态系统服务的概念，c a i r n s 、 c o s t a n z a 等先后发表文章加以论述。国际科学联合会环境委员会于1 9 9 1 年组织了 一次会议，主要讨论如何开展生物多样性的定量研究。美国生态学会组织了以 c r e t c h e nd a i l y 负责的研究小组，对生态系统服务的概念进行了系统的研究。 近年来，以d a i l y 主编的生态系统服务：人类社会对自然生态系统的依赖性 一书为标志，一个研究生态系统服务的热潮正在兴起，而随着市场经济的发展， 更多人主张生态系统服务应包括产品。c o s t a n z a 等把生态系统提供的商品和服务 统称为生态系统服务。生态系统是地球生命支持系统，对人类的生活和生存做出 了巨大贡献，随着研究的深入，人们试图用经济价值来估算，但是由于生态系统 的复杂性和不确定性困扰着工作的进行，生态系统综合效益评价研究到2 0 世纪5 0 年代才开始，而对生态系统公益的经济价值评价则是在8 0 年代末随着生态经济的 发展而逐渐兴起的，目前对生态系统公益的研究越来越受到生态学家和经济学家 的重视，很多国家已开展了这方面的研究工作并取得了一些成果。1 9 9 7 年c o s t a n z a 等提出了对生态系统服务的估算方法，接着c o s t a n z a 等1 3 位生态学家估算了全球 1 6 种主要生态系统的1 7 大类生态系统功能的效益总价值，这是全球生态系统综合 性研究的新成果，是对生态系统服务全面估价的有益尝试。目前分析与评价生态 系统服务功能的生态经济价值已成为当前生态学、生态经济学、地理科学等学科 研究的前沿课题。 2 2 国内研究现状 在我国自改革开放以来，形成了一个开放的社会系统，在大力发展工业和经 济的同时，资源短缺和环境污染问题日益突现出来，将生态与环境问题纳入到我 们所关注的经济发展范畴已经是势在必行。1 9 8 0 年我国著名经济学家许涤新率先 开展生态经济学得研究，首次将生态因素与经济因素结合起来考虑：1 9 8 4 年著名 生态学家马世骏老先生发表了名为“社会经济自然复合生态系统”的文章，首先 把生态环境和经济联系到一起，这标志着中国生态学家开始涉足经济学领域。 我国在生态系统服务功能研究起步较晚，白效明( 1 9 8 6 ) 等对长白山林区在 涵养水源、保持水土、保护鸟类、净化大气和保护农田五方面的价值进行了估算； 1 9 9 0 年中国林学会召开的“森林综合效益计量评价学术讨论会”系统介绍了有关 森林生态系统公益的研究；郑易生( 1 9 9 0 ) 等人开展了中国典型生态区生态破坏 现状及其经济损失的分析评价，对全国矿产资源、土地资源、水资源、森林资源、 海洋资源和草地资源的价值进行了核算研究并编制了“中国生物多样性国情研究 报告”侯元兆等( 1 9 9 5 ) 首次估算出我国森林资源总价值为1 3 万亿元( 人民币) ， 但只研究了森林生态系统公益的3 种主要价值：即涵养水源，保持土壤、固定二氧 5 化碳和供给氧气；毕绪岱等( 1 9 9 8 ) 核算了河北省森林每年涵养水源、固定土壤 等7 项生态系统公益的价值为1 6 2 2 8 亿元。周广胜( 1 9 9 9 ) 得出了中国3 8 种主要森 林生态系统公益的总价值为11 7 4 0 1 亿美元，在森林的各种生态系统公益之中，森 林的营养循环对生态系统公益价值的贡献最大，占全国森林生态系统公益总价值 的4 0 ，而在其中起主要作用的是热带森林，原材料( 包括木材、燃料、饲料等) 价值居于第二位，占总价值得1 5 。肖寒、欧阳志云( 2 0 0 0 ) 对我国海南岛尖峰 岭地区热带森林生态系统服务的生态经济价值进行了估算。自晓飞( 2 0 0 4 ) 等参 考t c o s t a n z a 等人对全球生态系统单位面积价值通过修正计算了内蒙古自治区伊 金霍洛旗1 9 9 0 2 0 0 0 年土地利用中生态系统服务价值的变化，减少了2 2 6 9 6 亿元。 此外，在前人研究的基础上，我国学者欧阳志云等人( 1 9 9 9 年) 首先对我国 陆地生态系统服务功能及其经济价值进行了阐述，得出我国陆地生态系统服务功 能经济价值每年为1 4 8 x1 0 “元r m b ，并且分析了生态系统服务功能的内涵、功能 价值评价方法以及生态系统服务功能与可持续发展的相关性。 2 0 0 0 年等人根据c o s t a n z a 的参数，得出我国生态系统服务功能的总价值为 7 7 8 3 4 4 8 l o 元r m b 年。 2 0 0 2 年，高清竹等人在利用n o a a a 、h r r 数据得到海河流域农牧交错带土地利 用变化数据的基础上，采用c o s t a n z a 等人对全球生态系统服务价值的测算方法， 对海河流域上游农牧交错带地区生态系统服务功能的经济价值进行了核算，由此 评价了土地利用变化对生态环境质量的影响大小。 2 0 0 3 年，高旺盛等人运用市场价值法、替代工程法、影子价格法、机会成本 法等对黄土高原丘陵沟壑区安塞县7 种不同类型农业生态系统的保持土壤、涵养 水源、固定二氧化碳和释放氧气、维持营养物质循环、净化环境等服务功能进行 了价值核算，初步估算出安塞县农业生态系统各服务功能的价值总量为 3 1 6 9 8 7 0 4 6 x1 0 元评价。 2 0 0 4 年，何文清等人对内蒙古阴山北麓风蚀沙化区农业生态系统服务功能的 价值进行了经济评价，得出该地区农业生态系统总的服务价值为4 6 5 4 5 3 8 1 o x1 o 元，其中系统的环境服务价值要远远地大于其物质生产价值。 2 0 0 4 年，肖玉等人通过试验证实了稻田生态系统除了粮食生产和提供秸秆外， 还为人类社会提供包括气体调节、养分转化、供观赏的景观等在内的服务功能， 共同为人类福利服务 从我国目前的研究现状来看，生态系统服务功能领域的研究还处于初级阶段， 多数研究还处于理论水平。在区域尺度上的研究对象比较单一，功能范畴方面的 考虑也不够全面；而且，一些定量化数据是直接套用其他国家的估算方法和依据 6 其他国家的标准而获取的，而各国之间不论是在经济发展水平还是在自然资源状 况上都存在着极为显著的差异，所以我国目前在生态系统服务功能领域还存在着 很多缺陷。此外，国内外学者对生态系统服务功能的研究主要集中于森林和湿地 等自然生态系统上，而对半人工半自然的农田生态系统服务功能的研究却相对较 少，这是国内外在该领域研究的薄弱环节。由此可见，根据我国具体的国情，尽 快开展农田生态系统服务功能形成机制研究及其生态经济价值的评价，为生态环 境保护提供决策依据，从而实现区域内资源可持续利用与社会可持续发展是一项 亟待解决的课题。 纵观国内外生态系统服务价值量的研究现状，在该领域的研究工作仍处于探 索中，由于生态系统及其服务功能的复杂性与多样性，目前还没有一个完整的、 全面考虑各种生态系统公益的价值评价体系。同时价值量评价方法与货币价格密 切相关，价值量评价反映了人类对生态系统服务的支付意愿等，这无疑使其结果 存在主观性，而且随着人类对生态系统的加剧利用，生态资源的逐渐耗竭，生态 系统为人类提供的服务反映出的价值会愈来愈高。为了能直观的表达研究区生态 系统服务功能，在本研究中，对生态系统历年的生态系统服务功能测算中采用了 统一的价格标准。 2 3g l s 应用新趋势 g i s ( g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m ，地理信息系统) 是融合计算机图形和 数据库于一体，用来存储和处理空间信息的高新技术，它把地理位置和相关属性 有机地结合起来，根据用户的需要将空间信息及其属性信息准确真实、图文并茂 地输出给用户，满足城市建设，企业管理、居民生活对空间信息的要求，借助其 独有的空间分析功能和可视化表达功能，进行各种辅助决策。 在全球协作的商业时代，8 5 以上的企业决策数据与空问位置相关，例如客户 的分布、市场的地域分布、原料运输、跨国生产、跨国销售等。对于包罗万象的 信息，传统方法局限于枯燥无味的数据处理和表现，缺乏直观性和决策可视化， 面g i s 能够帮助人们将电子表格和数据库中无法看到的数据之闻的模式和发展趋 势以图形的形式清晰直观地表现出来，进行空间可视化分析，实现数据可视化、 地理分析与主流商业应用的有梳集成，从而满足企业决策多维性的需求。g i s 可以 将晦涩抽象的数据表格变为清晰简明的彩色地图，帮助企业进行商业选址，确定 潜在市场的分布、销售和服务范围；寻找商业地域分布规律、时空变化的趋势和 轨迹；此外，还可以优化运输线路，进行资源调度和资产管理。 g i s 作为计算机科学、地理学、测量学、地图学等多门学科综合的一种边缘性 学科，其发展与其他学科的发展密切相关。近年来g i s 技术发展迅速，其主要的 7 源动力来自日益广泛的应用领域对地理信息系统不断提高的要求。另一方面，计 算机科学的飞速发展为地理信息系统提供了先进的工具和手段。许多计算机领域 的新技术，如i n t e r n e t 技术、面向对象的数据库技术、三维技术、图像处理和人 工智能技术都可直接应用到g i s 中。g i s 正朝着一个可运行的、分布式的、开放的、 网络化的全球g i s 发展。本研究中主要是将面向对象的数据库技术应用于生态系 统服务价值功能的计算领域，基于属性数据计算当地的生态系统服务功能价值。 2 4g i s 软件开发模式 2 4 1 独立开发 ， 独立开发是指不依赖于任何g i s 工具软件，从空间数据的采集、编辑到数据 的处理分析及结果输出，所有的算法都由开发者独立设计，然后选用某种程序设 计语言，如v i s u a lc + + 、d e l p h i 等，在一定的操作系统平台上编程实现。这种方 式的好处在于无须依赖任何商业g i s 工具软件，减少了开发成本，但一方面对于 大多数开发者来说，能力、时间、财力方面的限制使其开发出来的产品很难在功 能上与商业化g i s 工具软件相比，而且代价并不比购买g i s 工具软件便宜。 2 4 2 宿主型二次开发 宿主型二次开发指基于g i s 平台软件上进行应用系统开发。大多数g i s 平台 软件都提供了可供用户进行二次开发的脚本语言，如e s r i 的a r c v i e w 提供了 a v e n u e 语言，m a p i n f o 公司的m a p l n f op r o f e s s i o n a l 提供了m a p b a s i c 语言等。 用户可以利用这些脚本语言，以原g i s 软件为开发平台，开发出自己的针对不同 应用对象的应用程序。这种方式省时省力，但进行二次开发的脚本语言，作为编 程语言，功能比较弱，用它们来开发应用程序仍然不尽如人意，并且所开发的系 统不能脱离特定的g i s 平台软件，且编制完成的程序是解释执行的，效率不高。 2 4 3 基于g l s 组件的二次开发 基于g i s 组件的二次开发大多数g i s 软件产商都提供商业化的g i s 组件，如e s r i 公司的m a p o b j e c t s 、a r c o b j e c t s 、a r ce n g i n e ，m a p i n f o 公司的m a p x 等，这些组件 都具备g i s 的基本功能，开发人员可以基于通用软件开发工具尤其是可视化开发工 具，如i ) e l p h i 、v i s u a lc 抖、v i s u a lb a s i c 、p o w e rb u i l d e r 、。n e t 等为开发平台， 进行二次开发。 2 4 4 三种实现方式的分析与比较 由于独立开发难度太大，单纯二次开发受g i s 工具提供的编程语言的限制差 强人意，因此结合g i s 工具软件与当今可视化开发语言的集成二次开发方式就成 为g i s 应用开发的主流。它的优点是既可以充分利用g i s 工具软件对空间数据库 的管理、分析功能，又可以利用其它可视化开发语言具有的高效、方便等编程优 8 点，集二者之所长，不仅能大大提高应用系统的开发效率，而且使用可视化软件 开发工具开发出来的应用程序具有更好的外观效果，更强大的数据库功能，而且 可靠性好、易于移植、便于维护。尤其是使用o c x 技术利用g i s 功能组件进行集 成开发，更能表现出这些优势。 由于上述优点，集成二次开发正成为应用g i s 开发的主流方向。这种方法唯 一的缺点是前期投入比较大，需要同时购买g i s 工具软件和可视化编程软件，相 比其他的二次开发模式，集成二次开发更值得。 目前许多软件公司都开发了很多a c t i v e x 控件，合理选择和运用现成的控件， 减少了开发者的编程工作量，使开发者避开某些应用的具体编程，直接调用控件， 实现这些具体应用，不仅可以缩短程序开发周期，使编程过程更简洁，用户界面 更友好，可以使程序更加灵活、简便。 9 3 研究区概况及生态系统服务功能模块设计的关键技术 3 1 研究区概况 生态系统服务功能价值评价模块