顧澤賢, 趙筱青, 高翔宇, 謝鵬飛

瀾滄縣景觀格局變化及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價

顧澤賢, 趙筱青*, 高翔宇, 謝鵬飛

云南大學(xué)資源環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院, 昆明 650091

近10年來由于瀾滄縣退耕還林工程的實施以及人工園林的大規(guī)模引種, 使整體的景觀格局發(fā)生改變, 相應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值也發(fā)生了改變。以瀾滄縣為研究區(qū), 基于2000年、2005 年、2010 年三期TM影像的解譯結(jié)果, 對研究區(qū)2000年—2010年景觀格局指數(shù)變化進(jìn)行分析, 研究景觀格局演變規(guī)律。并運用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算方法, 分析景觀格局演變對研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值影響。結(jié)果表明: (1)瀾滄縣十年間有林地、人工園林、水域和鄉(xiāng)鎮(zhèn)用地面積增加, 水田、旱地、灌木林、荒草地面積減少; 同類型斑塊集中程度上升, 破碎化程度減少, 景觀分布朝著不均勻的方向發(fā)展, 景觀異質(zhì)性逐漸降低; (2)瀾滄縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量呈增長趨勢, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)主要為調(diào)節(jié)服務(wù), 原材料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)和提供美學(xué)景觀等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)改善較大; 從空間變化來看, 中部、北部和南部區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值明顯增加, 僅東部區(qū)域有所減少; (3)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與斑塊密度、形狀指數(shù)、分離度、香濃多樣性指數(shù)、香濃均勻度指數(shù)呈負(fù)相關(guān), 與最大形狀指數(shù)、蔓延度、聚集度均呈現(xiàn)正相關(guān)。研究說明自然景觀被干擾并不意味著生態(tài)服務(wù)功能的退化, 生態(tài)價值估算不僅要分析時間變化, 還要考慮空間的變化。同時, 政策導(dǎo)向和經(jīng)濟(jì)發(fā)展是研究區(qū)生態(tài)環(huán)境改善的主要驅(qū)動力。

景觀格局變化; 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值; 瀾滄縣; 相關(guān)性分析

1 前言

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是通過生態(tài)系統(tǒng)的功能直接或間接得到的產(chǎn)品和服務(wù), 是由自然資本的能流、物流、信息流構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和非自然資本結(jié)合在一起所產(chǎn)生的人類福利[1]。國內(nèi)外科學(xué)界對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的大規(guī)模研究始于1997年[2], 隨著聯(lián)合國千年生態(tài)系統(tǒng)評估(MA)在2005年完成[3], 越來越多的學(xué)者開始思考和規(guī)劃生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)未來研究任務(wù)和發(fā)展方向[4–6]。近年來國內(nèi)也有許多學(xué)者針對森林、草地、農(nóng)田和濕地等典型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行了研究[7–8], 但是這些研究主要集中于景觀面積變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響, 較少研究景觀格局變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值影響, 景觀格局作為土地利用時空變化研究的重要分析手段[9], 景觀格局變化對景觀中的能量流動、物質(zhì)循環(huán)及生物多樣性等都具有重要影響[10]。

瀾滄縣是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)縣, 農(nóng)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占主要地位。但由于山區(qū)、半山區(qū)面積占總面積的98.8%, 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)歷來結(jié)構(gòu)單一, 以種植業(yè)為主, 其中主要又是種植糧食作物, 傳統(tǒng)的耕地開墾沒有科學(xué)的指導(dǎo), 存在許多不合理的土地利用, 部分耕地不僅產(chǎn)量低下, 還易誘發(fā)水土流失災(zāi)害, 不利于瀾滄縣生態(tài)環(huán)境的平衡和穩(wěn)定。近年來, 隨著退耕還林工程的實施, 以及人工園林的快速發(fā)展, 使得瀾滄縣整體的景觀格局發(fā)生了較大改變。論文運用遙感技術(shù)提取瀾滄縣景觀信息, 釆用景觀格局分析方法和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值理論, 對十年間瀾滄縣景觀格局演變及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化進(jìn)行分析, 探討人類活動干擾下瀾滄縣景觀格局變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值之間的關(guān)系。瀾滄縣位于瀾滄江一湄公河流域, 由于河流系統(tǒng)的連通性和河水的流動性, 打破了國際邊界的固定格局, 流域上游的開發(fā)對下游的環(huán)境影響問題具有跨國性[11]。因此, 開展瀾滄縣景觀格局變化及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價, 不僅有助于理解區(qū)域景觀格局變化對生態(tài)系統(tǒng)的演變規(guī)律,還有利于保護(hù)瀾滄江—湄公河流域的生態(tài)系統(tǒng)。

圖1 研究區(qū)區(qū)位圖Fig. 1 Study site location

2 研究區(qū)和數(shù)據(jù)

2.1研究區(qū)概況

瀾滄拉祜族自治縣位于云南省西南部, 因東臨瀾滄江而出名, 為普洱市下轄縣, 是歷史上有名的“普洱茶"之鄉(xiāng), 地處東經(jīng)99°29′—100°35′、北緯22°31′—26°16′(圖1)。全縣現(xiàn)轄20個鄉(xiāng)(鎮(zhèn)), 居住著拉祜、佤、哈尼、彝、傣、布朗等28個少數(shù)民族。2010年全縣總?cè)丝跒?9.41萬人, 農(nóng)業(yè)人口45.25萬人, 全縣GDP達(dá)129866萬元, 農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值75823萬元。瀾滄縣地處橫斷山脈怒山山系南段, 地勢西北高、東南低, “五山六水”縱橫交錯。境內(nèi)最高海拔2516 m, 最低海拔580 m, 海拔高差達(dá)到1936 m。由于地形地貌復(fù)雜, 海拔高差懸殊, 立體氣候明顯。氣候?qū)賮啛釒降丶撅L(fēng)氣候, 雨量充沛, 日照充足,冬無嚴(yán)寒, 夏無酷暑, 干雨季分明。豐厚的熱區(qū)資源, 使瀾滄成為盛產(chǎn)稻谷、玉米、小麥等糧食作物和茶葉、橡膠、咖啡、桉樹等熱區(qū)作物的沃土。在擁有豐富森林資源的同時, 瀾滄縣仍存在不合理的耕地利用, 作為云南省退耕還林工程重點縣, 瀾滄縣在2002—2008年間已累計完成退耕還林工程任務(wù)2.41萬 hm2(退耕地任務(wù)量占云南省第一), 生態(tài)林和經(jīng)濟(jì)林快速發(fā)展, 退耕還林、荒山荒地造林取得良好進(jìn)展。

2.2數(shù)據(jù)處理

瀾滄縣社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù), 主要來自中華人民共和國國家統(tǒng)計局網(wǎng)站和瀾滄縣統(tǒng)計年鑒等資料。以瀾滄縣2000年、2005年和2010年三期分辨率為30 m·30 m的Landsat TM衛(wèi)星圖像(衛(wèi)星圖像來自中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心·科學(xué)數(shù)據(jù)中心)為數(shù)據(jù)源, 根據(jù)土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)(GB/T2010—2007), 結(jié)合研究區(qū)特點與研究目的, 將研究區(qū)土地利用類型分為人工園林(橡膠林、桉樹林和茶園)、旱地、水田、有林地(包括常綠闊葉林和針葉林)、灌木林、建設(shè)用地、草地和水域8類。受遙感影像分辨率的限制, 在實地考察的基礎(chǔ)上, 參考了瀾滄縣林相圖、土地利用總體規(guī)劃中的基期年土地利用圖、Google earth 軟件等數(shù)據(jù)構(gòu)建了瀾滄縣土地利用遙感解譯標(biāo)志, 采用決策樹分類方法對瀾滄縣土地利用進(jìn)行解譯, 在具體采用決策樹分類方法時, 先將旱地、水田、水域、建設(shè)用地、草地等易判別的地類解譯后掩膜輸出, 再依次將有林地、灌木林、人工園林解譯輸出,最后將各地類合并(圖2), 來提高解譯的精度。2000年、2005年、2010年三期遙感解譯結(jié)果精度檢驗: 各類用地樣本的模板精度均超過85%(采用特征空間分類原則), 符合分類要求。建立的三期NPP遙感數(shù)據(jù)來自于美國蒙大拿大學(xué)森林學(xué)院NTSG工作組提供的MOD17A3—NPP數(shù)據(jù)(基于BIOME-BGC模型計算, 分辨率為1 km·1 km)。

圖2 2000、2005和2010年瀾滄縣土地利用類型分布Fig. 2 Land use type distribution at Lancang County (2000, 2005 and 2010)

3 研究方法

3.1景觀格局指數(shù)選取

結(jié)合瀾滄縣自然環(huán)境和區(qū)位條件, 根據(jù)研究區(qū)域特征, 共剔選了8個景觀格局指數(shù), 分別是: 斑塊密度、最大斑塊指數(shù)、形狀指數(shù)、分離度、聚集度、蔓延度、Shannon多樣性指數(shù)和Shannon均勻度指數(shù)[12–15],具體見表1。

3.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的評估

3.2.1 生態(tài)系統(tǒng)分類

根據(jù)解譯結(jié)果以及瀾滄縣現(xiàn)狀, 將普洱市瀾滄縣的生態(tài)系統(tǒng)分為耕地生態(tài)系統(tǒng)(水田和旱地), 林地生態(tài)系統(tǒng)(有林地和灌木林地, 其中有林地主要為常綠闊葉林和針葉林), 人工園林生態(tài)系統(tǒng)(茶園、橡膠林和桉樹林), 草地生態(tài)系統(tǒng)(荒草地), 水域生態(tài)系統(tǒng)(湖泊水面和水庫水面), 鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)(建制鎮(zhèn)、村莊和采礦用地)6大類。

表1 景觀格局的評價指標(biāo)及含義Tab. 1 The evaluation index of the landscape pattern and its meaning

3.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的評估方法

國內(nèi)學(xué)者謝高地等參考Constanza的研究, 制定了符合我國實際情況的“中國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子表”[16]。由于謝高地等制定的當(dāng)量表中缺少人工園林這一項, 故文中將人工園林取值為森林與農(nóng)田的平均值, 研究區(qū)未利用地主要是荒草地,因此作為草地生態(tài)系統(tǒng), 取值為天然草地與裸地的平均值。根據(jù)謝高地等的研究, 1個生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價值量相當(dāng)于當(dāng)年研究區(qū)平均糧食單產(chǎn)市場價值的1/7, 根據(jù)公式(1)可以計算出瀾滄縣單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供食物生產(chǎn)服務(wù)的經(jīng)濟(jì)價值為761.47元·hm-2, 并得到瀾滄縣六大類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。為消除各年間農(nóng)作物價格波動對總價值量的影響, 選取瀾滄縣2000年主要2種農(nóng)作物(稻谷和玉米)的播種面積、產(chǎn)量以及農(nóng)作物的平均價格作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

式中: En為瀾滄縣單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供食物生產(chǎn)服務(wù)功能的經(jīng)濟(jì)價值(元·hm-2); i為作物種類; pi為i種農(nóng)作物價格(元·kg-1); qi為i種糧食作物單產(chǎn)(kg·hm-2); mi為i種糧食作物面積(hm2); M為n種糧食作物總面積(hm2)。

Costanza、謝高地的研究成果, 在運用時需要考慮到生態(tài)系統(tǒng)的時空異質(zhì)性, 不同區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能大小不同, 因此, 需要進(jìn)一步修訂。生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能大小跟該生態(tài)系統(tǒng)的生物量有密切關(guān)系, 一般來說, 生物量越大, 生態(tài)服務(wù)功能越強。假定生態(tài)服務(wù)功能強度與生物量成線性關(guān)系,采用基于生物量的調(diào)整因子來調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)(公式2)[16]。對于林地而言, 植被凈第一性生產(chǎn)力(NPP)是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)與能量運轉(zhuǎn)基礎(chǔ), 直接反映在植物群落在自然環(huán)境條件下的生產(chǎn)能力[17], NPP能較好地反映瀾滄縣有林地和灌木林的生產(chǎn)力,通過公式(3)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整, 其他地類均賦值為0, 即不對其進(jìn)行動態(tài)調(diào)整; 瀾滄縣的耕地多為坡地和梯田, 需要根據(jù)生物量修訂公式(4)對瀾滄縣的水田與旱地進(jìn)行修正[18]。最終得到瀾滄縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)修訂表(表2)。

式中: Pij為訂正后的單位面積生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價值, i=1, 2, … 9, 分別代表食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)等不同類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值; j=1, 2, …8, 分別代表不同生態(tài)系統(tǒng)類型; Vij為表中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值基準(zhǔn)單價; Pk第k類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生物量修訂因子(k=1,2,3,4); NPPk代表第k類植被的凈初級生產(chǎn)力值(t·hm-2·a-1), k=1, 2); NPPmean代表所有類型植被的凈初級生產(chǎn)力的平均值(t·hm-2·a-1); bk為耕地第k類單位面積糧食產(chǎn)量(kg·hm-2, k=3,4); B為瀾滄縣單位面積糧食產(chǎn)量(kg·hm-2)。

用Costanza等[2]的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值公式, 算出瀾滄縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。公式為:式中: ESV為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值(元); Ak為第k種景觀類型的面積(hm2); VCk為第k種景觀類型的價值系數(shù)(元·hm?2·a?1); ESVf為生態(tài)系統(tǒng)的單項服務(wù)功能價值(元); VCfk為單項服務(wù)功能價值系數(shù)(元·hm?2·a?1)。

表2 瀾滄縣生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值 (元·hm?2·a?1)Tab. 2 Ecosystem services value unit area of Lancang County (yuan·hm?2·a?1)

2.3敏感性指數(shù)計算方法

為確認(rèn)生態(tài)系統(tǒng)類型對于各景觀類型的代表性和所得價值系數(shù)(單位面積經(jīng)濟(jì)價值量)的準(zhǔn)確性,本研究采用敏感性指數(shù)(CS)[21]來衡量價值系數(shù)的準(zhǔn)確性。其計算方法是將各土地覆蓋類型的價值系數(shù)分別增加或減少50%, 分析總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的彈性系數(shù)的變化情況; 如果CS＞1, 表明對于生態(tài)價值系數(shù), 估算的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是富有彈性的,相應(yīng)地準(zhǔn)確度較低; 如果CS＜1, 生態(tài)系統(tǒng)價值被認(rèn)為是缺乏彈性的, 表明生態(tài)價值系數(shù)的準(zhǔn)確性高,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算越準(zhǔn)確。計算公式如下:

式中: ESV為估算的總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值; VC為生態(tài)價值系數(shù); ESVj和ESVi代表初始總價值和生態(tài)價值系數(shù)調(diào)整以后的總價值; K為代表各景觀類型。

4 結(jié)果與分析

4.1景觀格局變化分析

4.1.1 景觀面積變化分析

瀾滄縣的基質(zhì)景觀是有林地, 三個時段占總面積的比例分別為54.29%、60.47%和59.37%。10年間景觀面積發(fā)生了很大變化, 有林地、人工園林、鄉(xiāng)鎮(zhèn)用地和水域面積增加, 其中人工園林面積增長最塊, 動態(tài)度為31.81%; 旱地、灌木林、荒草地和水田面積減少, 其中荒草地面積減少最快, 動態(tài)度為–3.84%。從變化的絕對量看, 有林地的面積變化最大, 增加了44343.13 hm2, 其次為人工園林, 增加了32131.62 hm2(表3)。

結(jié)合瀾滄縣景觀轉(zhuǎn)移矩陣分析(表4), 2000—2005年, 瀾滄縣主要的地類變化為有林地面積顯著增加, 旱地、灌木林和荒草地面積顯著減少, 說明瀾滄縣的退耕還林、荒山造林等生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程取得良好進(jìn)展; 從2005年起, 瀾滄縣以經(jīng)濟(jì)發(fā)展為目的的發(fā)展戰(zhàn)略使人工園林進(jìn)入迅速發(fā)展階段, 2005—2010年, 人工園林面積顯著增加, 占用了有林地、灌木林和荒草地?？傮w而言, 瀾滄縣有林地與人工園林面積均表現(xiàn)為增加, 并且有林地增長量更大,這兩類景觀的增加均占用了荒草地, 不僅提高了土地利用率, 還改善了區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

4.1.2 景觀指數(shù)分析

2000—2010年間瀾滄縣斑塊密度從8.98減至6.56, 最大斑塊指數(shù)從26.05增至30.83, 表明景觀破碎化程度減少, 有林地和人工園林對整個景觀格局的影響程度越來越大; 多樣性指數(shù)由1.24減至1.22,表明景觀在人為干擾下, 向單一化方向發(fā)展, 區(qū)域內(nèi)景觀的復(fù)雜程度減少; 均勻度指數(shù)由0.60減至0.59, 表明各景觀從分散向集中發(fā)展。蔓延度指數(shù)由59.04上升至61.42, 分離度指數(shù)由0.92減少至0.88,聚集度指數(shù)從70.97增至75.76, 形狀指數(shù)從137.38減至115.06, 表明不同斑塊類型的聚集程度增加,空間分布逐漸趨向集中, 景觀的異質(zhì)性略有減弱。總之, 在人類活動的影響下, 10年間瀾滄縣景觀異質(zhì)性逐漸降低, 同類型斑塊集中程度上升, 破碎化程度減少, 景觀分布向不均勻的方向發(fā)展(表5)。

表3 瀾滄縣景觀面積及其變化Tab. 3 Landscape area of Lancang county and its change

表4 瀾滄縣景觀轉(zhuǎn)移矩陣 (hm2)Tab. 4 The transfer matrix of the landscape of Lancang County (hm2)

表5 2000—2010年瀾滄縣土地利用景觀指數(shù)變化Tab. 5 Lancang County landscape index of land use changes in 2000-2010

4.2生態(tài)服務(wù)價值變化

4.2.1 生態(tài)服務(wù)價值時間變化

2000年—2010年間瀾滄縣生態(tài)服務(wù)價值量呈增加的趨勢, 2000年為149.41×108元, 2005年為157.97×108元, 2010年為158.20×108元, 10年間增加了8.79×108元, 增長率為5.88%(表6)。瀾滄縣最突出的服務(wù)功能是調(diào)節(jié)服務(wù), 其次是支持服務(wù)和供給服務(wù)功能, 文化服務(wù)功能最弱(圖3)。10年間, 調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)價值呈增加趨勢, 供給服務(wù)價值先增后減。

從二級類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值來看(表6), 原材料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)和提供美學(xué)景觀的價值增量均達(dá)到6.00% 以上, 體現(xiàn)了生態(tài)林改善空氣質(zhì)量、保持水土資源以及生態(tài)環(huán)境改善等效用。由于退耕還林工程的開展, 前五年食物生產(chǎn)的生態(tài)價值呈現(xiàn)負(fù)增長; 隨著人工園林的發(fā)展, 原材料生產(chǎn)后五年呈現(xiàn)負(fù)增長。從總體來看, 2000—2005年研究區(qū)生態(tài)服務(wù)價值增量達(dá)5.73%, 說明該區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)頗具成效, 2005—2010年研究區(qū)生態(tài)服務(wù)價值增量明顯減小, 但總體呈現(xiàn)正值,研究區(qū)人工園林的發(fā)展主要占用荒草地和旱地, 具有一定的生態(tài)效益。同時, 價值上升速度與景觀指數(shù)中最大斑塊指數(shù)、蔓延度與聚集度保持一致, 說明大面積、集中化的有林地產(chǎn)生, 破碎化程度的減少可有效提高區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能。

圖3 一級類型ESV及其變化Fig. 3 Ecosystem service value of first level and its changes

表6 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及其變化Tab. 6 Ecosystem service value and its changes

4.2.2 生態(tài)服務(wù)價值空間變化

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量隨著時間的推移呈增加趨勢, 但總量的變化并不能反映空間上的變化, 因此, 從鄉(xiāng)鎮(zhèn)來分析空間上的變化。考慮到瀾滄縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積差異較大, 從單位面積/(hm2)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值角度來分析各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間變化(表7)。糯福鄉(xiāng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最高, 2000—2010年的ESV(元·hm–2)均超過20000元·hm-2, 上允鎮(zhèn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最低, 在15000元·hm-2上下波動。把ESV(元·hm-2)變化分為三個類型, 即Ⅰ型為逐年增加,Ⅱ型為先增后減, 三型為先減后增, 則瀾滄縣有12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)為Ⅰ型, 7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)為Ⅱ型, 1個鄉(xiāng)鎮(zhèn)為Ⅲ型, 可見瀾滄縣大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)環(huán)境得到了改善。

雖然有7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)為Ⅱ型, 1個鄉(xiāng)鎮(zhèn)為Ⅲ型, 但從10年間各鄉(xiāng)鎮(zhèn)ESV(元·hm-2)變化空間分布來看, 瀾滄縣整體區(qū)域的生態(tài)環(huán)境得到了很大的改善。中部區(qū)域ESV(元·hm-2)的增加量均超過1000元·hm-2; 北部和東部區(qū)域增加量介于0—1000元·hm-2; 只有東部區(qū)域的糯扎渡鎮(zhèn)有減少, 雖然減少量超過500元·hm-2,但是鄉(xiāng)鎮(zhèn)的ESV(元·hm-2)保持在18000元·hm-2, 比大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)高。2000—2010年, 瀾滄縣除了發(fā)展河鄉(xiāng)ESV(元·hm-2)有減少趨勢, 其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)均為增長態(tài)勢, 其中, 南嶺鄉(xiāng)、大山鄉(xiāng)增加最多, 增加超過2000元·hm-2。2005—2010年, 糯福鄉(xiāng)、糯扎渡鎮(zhèn)、安康鄉(xiāng)、竹塘鄉(xiāng)、謙六鄉(xiāng)、文東鄉(xiāng)和上允鎮(zhèn)等7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的ESV(元·hm-2)出現(xiàn)減少, 其中, 謙六鄉(xiāng)和糯扎渡鎮(zhèn)減少最多, 減少超過500元·hm-2, 其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)均為增加(圖4)。雖然有7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)在后五年出現(xiàn)減少的現(xiàn)象, 但分析10年間變化可以發(fā)現(xiàn), 只有糯扎渡鎮(zhèn)有明顯的減少趨勢, 減少超過1000元·hm-2; 其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)均為增加, 增加最多的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為大山鄉(xiāng)、東河鄉(xiāng)、南嶺鄉(xiāng)和東回鄉(xiāng), 增加均超過2500元·hm-2。

4.2.3 敏感性指數(shù)分析

2000年至2010年, 景觀類型的生態(tài)價值系數(shù)±50%時, 敏感性指數(shù)(CS)均小于1, 說明動態(tài)修正的生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)適用于瀾滄縣。其中, 有林地的CS最高, 說明林地VC每增加1%, ESV增加74.70%—78.70%。證明瀾滄縣有林地價值在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值中的重要性(見表8)。

表7 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及其變化類型 (元·hm-2)Tab. 7 Ecosystem service value of each township and its changes (yuan·hm-2)

圖4 瀾滄縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)ESV(元·hm-2)變化空間分布Fig. 4 ESV of each townships change in spatial distribution in Lancang County

表8 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值敏感性指數(shù)變化(2000—2010年)Tab. 8 Ecosystem services value sensitivity index change (2000-2010)

4.3景觀格局指數(shù)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的相關(guān)性分析

不同的景觀指數(shù)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響是不一樣的(表9)?？傮w來說, 總ESV與斑塊密度、形狀指數(shù)、分離度、香濃多樣性指數(shù)、香濃均勻度指數(shù)呈負(fù)相關(guān), 與最大斑塊指數(shù)、蔓延度和聚集度均呈現(xiàn)強正相關(guān)。說明類型斑塊面積小, 形狀復(fù)雜、分布分散, 也就是說破碎化的增加, 會導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值顯著減少, 而優(yōu)勢類型斑塊面積的增加,不同類型斑塊的團(tuán)聚能力增強, 以及類型斑塊分布集中化, 集聚化的發(fā)展會導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加, 瀾滄縣10年間破碎化程度明顯減少, 總ESV有所增加, 應(yīng)該繼續(xù)保持。

表9 景觀指數(shù)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值相關(guān)性分析Tab. 9 correlation analysis between landscape index and ecosystem services value

4 討論

4.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的動態(tài)修正

在本研究中, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計算參照Constanza、謝高地等[2,15]的研究成果, 從全國尺度轉(zhuǎn)為縣域尺度時, 首先考慮到區(qū)域的經(jīng)濟(jì)水平和耕地的生產(chǎn)量, 根據(jù)公式(1)進(jìn)行初步修訂。瀾滄縣的退耕還林工程中“退耕”主要以旱地為主, 水田面積變化不大, 而且已有研究表明了水田與旱地的生態(tài)效益是不同的[22–24], 尤其是在山區(qū)縣, 兩者的功能差別更大[25]。如果把兩者合并分析, 那么結(jié)果將不能很好地反映景觀的變化以及對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響, 因此本研究根據(jù)兩者的生物量因子進(jìn)行修訂。同時, 通過景觀變化可以發(fā)現(xiàn), 林地中有林地與灌木林面積一增一減, 如果不對其進(jìn)行區(qū)分, 亦不能很好的反映其生態(tài)效益變化, 已有學(xué)者對林地生態(tài)系統(tǒng)與NPP的相關(guān)性做了一定的研究[26–28], 目前的生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能價值計算體系與NPP基本呈線性相關(guān), 因此本文基于NPP數(shù)據(jù)(基于BIOMEBGC模型), 從空間上提取有林地與灌木林的NPPmean進(jìn)行修正。以往的研究大多關(guān)注一級景觀, 一方面是因為遙感數(shù)據(jù)的精度限制, 另一方面是因為對生態(tài)服務(wù)價值的研究還不夠深入。值得注意的是, 景觀類型面積的變化和轉(zhuǎn)移不僅僅局限于一級類型,對于林地、人工園林、荒草地、耕地而言, 其內(nèi)部景觀也是存在變化的, 如果能深入研究更小尺度上的變化機制, 就可以為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的尺度轉(zhuǎn)化提供依據(jù), 讓區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的修訂更精確。另外, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)不僅僅是針對某個縣市的,其服務(wù)范圍常常超越了行政區(qū)界線, 對周邊地區(qū)乃至更大范圍都起著不可忽視的作用, 怎么樣衡量區(qū)域之間的互相影響, 還有待進(jìn)一步研究。

4.2景觀格局與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的關(guān)系

王云[14]、趙志剛[29]研究了農(nóng)業(yè)景觀格局變化對ESV的影響, 王云以西安市為例, 認(rèn)為都市農(nóng)業(yè)景觀主要以景觀破碎化程度影響ESV, 破碎化程度和分離度對ESV存在強負(fù)相關(guān), 最大斑塊指數(shù)則顯示為強正相關(guān); 趙志剛以冀東平原灤縣為例, 生態(tài)服務(wù)價值變化同農(nóng)業(yè)景觀格局演化之間緊密相關(guān), 其中景觀斑塊面積、景觀斑塊種類、 斑塊數(shù)量及破碎度等指數(shù)的變化都會引起區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值變化。張明陽等[30]對桂西北典型喀斯特地區(qū)進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)ESV與景觀斑塊面積、形狀指數(shù)、斑塊粘合度等景觀格局指數(shù)緊密相關(guān), 其中景觀斑塊面積、最大斑塊指數(shù)、聚集度、蔓延度等與ESV呈線性正相關(guān); 分離度與ESV呈曲線負(fù)相關(guān)。景觀格局通常使用景觀格局指數(shù)來描述, 用來分析對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(ESV)的影響, 針對不同的區(qū)域與景觀, 主要影響因子及其影響程度也是不同的, 因此, 根據(jù)研究區(qū)域選擇適合的景觀格局指數(shù)是很重要的。瀾滄縣受國家退耕還林政策的影響, 區(qū)域的生態(tài)環(huán)境得到很大改善, 最大斑塊指數(shù)、蔓延度增加, 破碎化程度逐漸減少, 與ESV呈強正相關(guān), 與分離度呈強負(fù)相關(guān), 盡管后期受人工園林的影響, 蔓延度與最大斑塊指數(shù)有小幅度下降, 但總體而言, 瀾滄縣生態(tài)環(huán)境仍處于良性發(fā)展階段。

5 結(jié)論

(1) 瀾滄縣的基質(zhì)景觀是有林地, 2000年—2010年, 有林地、人工園林、鄉(xiāng)鎮(zhèn)用地和水域面積增加; 旱地、灌木林、荒草地和水田面積減少。景觀面積轉(zhuǎn)移主要表現(xiàn)為旱地、灌木林和荒草地轉(zhuǎn)為有林地, 有林地、灌木林、旱地和荒草地轉(zhuǎn)為人工園林。10年間瀾滄縣景觀異質(zhì)性逐漸降低, 同類型斑塊集中程度上升, 各景觀類型面積差異增大, 破碎化程度減少, 景觀分布向不均勻的方向發(fā)展。

(2) 瀾滄縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總體上呈現(xiàn)上升的趨勢, 2000年為149.41·108元, 2005年為157.97·108元, 2010年為158.20×108元, 10年間增加了8.79·108元, 增長率為5.88%, 生態(tài)環(huán)境建設(shè)頗具成效, 其中原材料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)和提供美學(xué)景觀等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)改善較大;就空間變化而言, 中部區(qū)域ESV(元·hm-2)的增加量均超過1000元·hm-2, 北部和東部區(qū)域增加量介于0—1000元·hm-2, 只有東部區(qū)域的糯扎渡鎮(zhèn)有減少。瀾滄縣以政策導(dǎo)向?qū)嵤┑耐烁€林工程和以經(jīng)濟(jì)發(fā)展為目的的人工園林種植是生態(tài)環(huán)境改善的主要驅(qū)動力, 其中, 退耕還林工程帶來的生態(tài)效益要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人工園林。

(3) 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與斑塊密度、形狀指數(shù)、分離度、香濃多樣性指數(shù)、香濃均勻度指數(shù)呈負(fù)相關(guān), 與最大形狀指數(shù)、蔓延度、聚集度均呈現(xiàn)正相關(guān)。

[1] 謝高地, 魯春霞, 成升魁. 全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估研究進(jìn)展[J]. 資源科學(xué), 2001, 23(6): 5–9.

[2] COSTANZA R, DARGE R, DE GROOT R, et al. The value of the world’s ecosystem services and nature capital[J]. Nature, 1997, 387: 253–260.

[3] Millennium Ecosystem Assessment: Frameworks[R]. Washington DC: World Resources Institute, 2005.

[4] SUTTON PC, CONSTANZA R. Global estimates of market and nonmarket values derived from nighttime satellite imagery land cover and ecosystem service valuation [J]. Ecological Economics, 2002, 41: 509–527.

[5] 張振明, 劉俊國. 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2011, 31(9): 1835–1842.

[6] 李雙成等. 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)地理學(xué)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2014: 6.

[7] 王鳳珍, 周志翔, 鄭忠明. 城郊過渡帶湖泊濕地生態(tài)服務(wù)功能價值評估—以武漢市嚴(yán)東湖為例[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2011, 31(7): 1946–1954.

[8] 王娟, 崔保山, 盧遠(yuǎn), 等. 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在土地利用規(guī)劃中的應(yīng)用[J]. 水土保持學(xué)報, 2006, 20(1): 160–163.

[9] 李偉峰, 歐陽志云, 肖燚. 景觀生態(tài)學(xué)原理在城市土地利用分類中的應(yīng)用[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2011, 31(3): 593–601.

[10] 李正國, 王仰麟, 張小飛. 陜北黃土高原景觀破碎化及其土壤裸露效應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2005, 25(3): 421–427.

[11] 傅開道, 何大明, 陳武, 等. 電站建設(shè)對瀾滄江—湄公河泥沙年內(nèi)分配的影響[J]. 地理學(xué)報, 2007, 62(1): 14–21.

[12] 楊妙鴻. 九龍江龍津溪流域景觀格局及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值動態(tài)模擬分析[D]. 廈門: 廈門大學(xué), 2013: 18.

[13] 鄧?yán)? 柳州市景觀格局變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值影響研究[D]. 廣西: 廣西大學(xué), 2013: 32.

[14] 王云, 周忠學(xué), 郭鐘哲, 等. 都市農(nóng)業(yè)景觀破碎化過程對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響—以西安市為例[J]. 地理研究, 2014, 33(6): 1097–1105.

[15] 劉焱序, 任志遠(yuǎn), 李春越. 秦嶺山區(qū)景觀格局演變的生態(tài)服務(wù)價值響應(yīng)研究—以商洛市為例[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2013, 27(3): 109–114.

[16] 謝高地, 甄霖, 魯春霞, 等. 一個基于專家知識的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值化方法[J]. 自然資源學(xué)報, 2008, 23(5): 911–919.

[17] 李曉賽, 朱永明, 趙麗, 等. 基于價值系數(shù)動態(tài)調(diào)整的青龍縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化研究[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2015, 23(3): 373–381.

[18] 謝高地, 肖玉, 甄霖, 等. 我國糧食生產(chǎn)的生態(tài)服務(wù)價值研究[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2005, 12(3): 10–13.

[19] 王亞娟, 劉小鵬, 關(guān)文超. 山區(qū)土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響分析—以寧夏彭陽縣為例[J]. 生態(tài)經(jīng)濟(jì), 2010, 224(5): 146–162.

[20] 程飛, 楊朝現(xiàn), 梁永莉, 等. 西南丘陵山區(qū)土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響[J]. 國土資源科技管理, 2013, 30(4): 34–40.

[21] BAI Yuan, XU Hailiang, LING Hongbo. Eco–service value evaluation based on Eco–economic functional regionalization in a typical basin of northwest arid area, China[J]. Environmental and Earth Sciences, 2014, 71: 3715–3726.

[22] 楊正勇, 楊懷宇, 郭宗香. 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估研究進(jìn)展[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2009, 17(5): 1045–1050.

[23] 劉利花, 尹昌斌, 錢小平. 稻田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值測算方法與應(yīng)用: 以蘇州市域為例[J]. 地理科學(xué)進(jìn)展, 2015, 34(1): 92–99.

[24] 李小梅. 福州城郊農(nóng)田生態(tài)服務(wù)價值評估及其調(diào)控研究—以閩侯縣為例[D]. 福建: 福建師范大學(xué), 2012: 53–58.

[25] 楊子生, 趙喬貴. 基于第二次全國土地調(diào)查的云南省壩區(qū)縣、半山半壩縣和山區(qū)縣的劃分[J]. 自然資源學(xué)報, 2014, 29(4): 564–574.

[26] 師慶三, 王智, 吳友均, 等. 新疆生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值測算與NPP的相關(guān)性分析[J]. 干旱區(qū)地理, 2010, 33(3): 427–423.

[27] 韓其飛, 羅格平, 李超凡, 等. 基于Biome–BGC模型的天山北坡森林生態(tài)系統(tǒng)碳動態(tài)模型[J]. 干旱區(qū)研究, 2014, 31(3): 375–382.

[28] 江洪, 汪小欽, 孫為靜. 福建省森林生態(tài)系統(tǒng)NPP的遙感模擬與分析[J]. 地球信息科學(xué)學(xué)報, 2010, 12(4): 580–586.

[29] 趙志剛, 王凱榮, 向開成, 等. 冀東平原農(nóng)業(yè)景觀格局與生態(tài)服務(wù)價值研究—以灤縣為例[J]. 水土保持研究, 2012, 19(3): 221–226, 230.

[30] 張明陽, 王克林. 桂西北典型喀斯特區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對景觀格局變化的響應(yīng)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2010, 21(5): 1174–1179.

郜紅娟,韓會慶,俞洪燕, 等. 烏江流域重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)地形梯度分布特征分析[J]. 生態(tài)科學(xué), 2016, 35(5): 154-159.

GAO Hongjuan, HAN Huiqing, YU Hongyan, et al. Distribution characteristic of important ecosystem services in terrain gradient in Wujiang River Basin[J]. Ecological Science, 2016, 35(5): 154-159.

Change of landscape pattern and it’s evaluation of ecosystem services values in Lancang County

GU Zexian, ZHAO Xiaoqing*, Gao Xiangyu, XIE Pengfei
College of Resource Environment and Earth Science,Yunnan University,Kunming650091,China

Due to the implementation of the project of transforming farmland to forest and the introduction of large-scale plantations into Lancang County in the recent ten years, the landscape pattern has changed, resulting in a changed ecosystem accordingly. Taking Lancang County as the study area, this research analyzed the changes of the landscape pattern index from 2000 to 2010 and the evolution law of landscape pattern, based on the TM remote-sensing images interpretation obtained in 2000, 2005 and 2010. According to the estimation method of ecosystem service value, the effect of landscape pattern evolution on the ecosystem service value was analyzed. The results are as follows. (1) In 2000-2010, woodland, artificial garden, waters and construction land were increased, but paddy field, dry-lands, shrubs and waste grassland were decreased. Concentration of the same type of plaque was increased, fragmentation was reduced, landscape was distributed unevenly in the direction toward the development of landscape, and heterogeneity was decreased. (2) The ecosystem service values of Lancang County showed a rising trend, ecosystem services were mainly for regulating services, and raw materials production, gas regulation, climate regulation, hydrological adjustment & recreation were greatly improved. On the spatial scale, the ecosystem service values in central, northern and southern parts were increased significantly, but those in the eastern part of the region decreased. (3) Theecosystem service value was negatively correlated with patch density, landscape shape index, and landscape division index, Shannon's diversity index, Shannon's evenness index, and positively with largest patch index, contagion and aggregation index. Research showed that the natural landscape was interfered but did not mean that the ecological function was degraded. Evaluation of ecological value was not only required analyzing time change, but also considering the change of space. Meanwhile, policy guidance and economic development were the main driving for improvement of the ecological environment.

landscape change; ecosystem services value(ESV); Lancang County; correlation analysis

10.14108/j.cnki.1008-8873.2016.05.020

F301.24; X826

A

1008-8873(2016)05-143-11

2015-08-14;

2015-11-02

國家自然科學(xué)基金項目(41361020); 國家自然科學(xué)基金項目(40961031)

顧澤賢(1992—), 男, 云南怒江人, 碩士研究生, 主要從事生態(tài)環(huán)境與土地利用優(yōu)化研究, E-mail: guzexian@sohu.com

*通信作者: 趙筱青, 女, 博士, 教授, 主要從事土地利用/覆被變化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)與景觀生態(tài)安全格局研究, E-mail: xqzhao@ynu.edu.com