成波 李懷恩 丁勁等
摘要[目的]評(píng)估渭河關(guān)中段土地利用變化引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化,為渭河關(guān)中段生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的決策提供依據(jù)與手段。[方法]根據(jù)渭河關(guān)中段的土地利用變化數(shù)據(jù),采用中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值測(cè)算方法,對(duì)渭河關(guān)中段的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià),并分析了面積變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響。[結(jié)果]1980~2007年渭河關(guān)中段水域面積呈減小趨勢(shì),林地面積及建設(shè)用地面積均在增加,而未利用地面積在減少,耕地面積變化不大;1980~2007年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少了8.37億元,主要是由于水域面積減少和城市建設(shè)用地面積增加引起;林地和草地對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)最大,單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值水域最大。[結(jié)論]在渭河關(guān)中段建設(shè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)林地和水域的保護(hù)。
關(guān)鍵詞生態(tài)系統(tǒng);服務(wù)價(jià)值;土地利用;渭河關(guān)中段
中圖分類號(hào)S181文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611(2016)04-087-04
Effects of Land Use Change on Ecosystem Service Value in Guanzhong Section of Weihe River
CHENG Bo, LI Huaien, DING Jin et al(State Key Laboratory Base of EcoHydraulic Engineering in Arid Area of Northwest China, Xi'an University of Technology, Xian, Shaanxi 710078)
Abstract[Objective] The aim was to evaluate ecosystem service value change caused by land use change and provide reference for policymaking of sustainable development of ecosystem in Guanzhong section of Weihe River. [Method] According to land use change data in Guanzhong section of Weihe River, using service value calculation method of terrestrial ecosystem in China, ecosystem service value in Guanzhong section of Weihe River was evaluated, effects of area change on ecosystem service value were analyzed. [Result] During 1980-2007 the water area in Guanzhong section of Weihe River showed a decreasing trend, while the area of forest land and construction land were increasing, the unused land area was decreasing, and the cultivated land area changed little. Due to decreasing of water area and increasing of construction land area, ecosystem service value during 1980-2007 reduced 0. 837 billion; the contribution of forest land and grassland to ecosystem service value was the biggest; water area had the maximum unit ecosystem service value. [Conclusion] In construction and industrial development process of Guanzhong section in Weihe River, protection of forest land and water area should be strengthened.
Key wordsEcosystem; Service values; Land use; Guanzhong section of Weihe River
生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(Ecosystem Services)是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過(guò)程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用,它不僅給人類提供生存必需的食物、醫(yī)藥及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的原料,還維持了人類賴以生存和發(fā)展的生命支持系統(tǒng)[1]。土地利用是人與自然交叉最為密切的環(huán)節(jié),土地利用以及由此導(dǎo)致的土地覆蓋的變化必然影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,對(duì)區(qū)域氣候、水文生物地球化學(xué)循環(huán)及生物多樣性等產(chǎn)生重大影響[2]。因此,土地利用覆蓋變化過(guò)程對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能起著決定性的作用,土地利用覆蓋變化將是影響區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能以及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要因素。 1997年Costanza等[1]在Nature發(fā)表的《全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和自然資本》一文,使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的原理與方法從科學(xué)意義上得以明確。我國(guó)學(xué)者應(yīng)用Costanza的估算方法,對(duì)全國(guó)、海河上游地區(qū)及黑河流域生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了評(píng)估[3-5]。目前,渭河關(guān)中段生態(tài)問題與土地利用覆蓋及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化有關(guān)。因此,筆者以渭河關(guān)中段作為研究區(qū),以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值作為評(píng)價(jià)其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的量化指標(biāo),采用中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的測(cè)算方法,評(píng)估土地利用變化引起的研究區(qū)域生態(tài)價(jià)值的變化,旨在為渭河關(guān)中段主體功能區(qū)的合理規(guī)劃和生態(tài)文明建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。
1材料與方法
1.1研究區(qū)概況 渭河發(fā)源于甘肅省渭源縣鳥鼠山,流經(jīng)隴、寧、陜?nèi)。▍^(qū)),于陜西潼關(guān)注入黃河,是黃河最大的一級(jí)支流。渭河流域位于國(guó)家經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略布局“關(guān)中-天水”經(jīng)濟(jì)區(qū)的核心地帶,在西部大開發(fā)戰(zhàn)略中具有重要地位。渭河關(guān)中段地處渭河中下游,以渭河平原(又稱關(guān)中平原)為主體,大致以秦嶺主脊和山南地區(qū)為界,與子午嶺、黃龍山和陜北地區(qū)相鄰(圖1)。行政上包括西安、銅川、渭南、咸陽(yáng)和寶雞市及楊凌區(qū),面積約為5.5萬(wàn) km2。該地區(qū)的水資源缺乏,年際變化大,年內(nèi)分配不均,且渭河的水資源泥沙多,難以利用,水資源分布與經(jīng)濟(jì)社會(huì)需求不協(xié)調(diào),開發(fā)成本高。氣候?qū)儆诖箨懶约撅L(fēng)氣候,降水集中在6~9 月,冬季降水較少[6],且呈暖干化發(fā)展[7],汛期徑流量約占全年徑流量的60%左右,多年平均徑流量為100.34×108 m3。
1.2研究方法
1.2.1數(shù)據(jù)來(lái)源。 土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于《國(guó)家重大專項(xiàng)“渭河水污染防治專項(xiàng)技術(shù)研究與示范”》:渭河關(guān)中段河道生態(tài)基礎(chǔ)流量研究報(bào)告。參照國(guó)家通用的土地分類系統(tǒng)及實(shí)際情況,將渭河關(guān)中段的土地分為耕地、林地、草地、園地、建設(shè)用地、交通用地、水域、未利用地8種類型。
1.2.2土地利用變化動(dòng)態(tài)指標(biāo)。單一土地利用動(dòng)態(tài)度(K)是指一定時(shí)間范圍內(nèi)某研究區(qū)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況。
K=(Ub-Ua)/Ua×1/T×100%(1)
式中,Ub、Ua分別為研究初期及末期某一種土地類型的數(shù)量;T為研究時(shí)段長(zhǎng),當(dāng)T的時(shí)段設(shè)定為年時(shí),K值就是該研究區(qū)某種土地利用類型年變化率。
2.3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。
1.2.3.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)的確定。Costanza等[1]將全球生態(tài)系統(tǒng)劃分為16大類 26小類,將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能劃分為17種功能,并以此為基礎(chǔ)對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值進(jìn)行估算。由于缺乏對(duì)沙漠、凍原、冰雪、巖石等生態(tài)系統(tǒng)的價(jià)值以及城市生態(tài)系統(tǒng)的休閑和文化價(jià)值的研究信息,Costanza 方法未對(duì)這幾類生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值進(jìn)行估價(jià)。另外,在Costanza等[1]的研究中對(duì)耕地的估計(jì)過(guò)低,對(duì)濕地的估算偏高。由于以上原因,謝高地等[8] 根據(jù)實(shí)際情況,參考Costanza等[1]的研究成果,制訂了我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表[8]。
單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)食物生產(chǎn)服務(wù)功能的經(jīng)濟(jì)價(jià)值計(jì)算公式見下:
Ccrop=1/7Ta·Tb(2)
式中,Ccrop為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積食物生產(chǎn)服務(wù)功能的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,元/hm2;Ta為渭河關(guān)中段平均糧食單產(chǎn),kg/hm2;Tb為渭河關(guān)中段平均糧食單價(jià),元/kg。根據(jù)陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒,陜西省平均糧食單產(chǎn)為4 182.14 kg/hm2(將5個(gè)時(shí)間段的平均糧食單產(chǎn)取平均值),糧食平均價(jià)格為1.74元/kg,采用式(2)可得到計(jì)算結(jié)果為1 038.32元/(hm2·a)。考慮到渭河關(guān)中段的實(shí)情,筆者采用修正后的生態(tài)服務(wù)價(jià)值(建設(shè)用地的取值為0)(表1)。
1.2.3.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算公式見下:
ESV=(Ak×VCk)(3)
式中,ESV為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值,元;VCk為單位面積土地利用類型k的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,元/hm2;Ak為研究區(qū)域內(nèi)土地利用類型k的分布面積,hm2。
1.2.4敏感性分析。生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值敏感性指數(shù)(Coefficient of Sensitivity,CS)是為了驗(yàn)證生態(tài)系統(tǒng)類型對(duì)于土地利用類型的代表性以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)的準(zhǔn)確性而引入的[9]。該指數(shù)是指VCk變動(dòng)1%引起ESV的變化情況,如果CS>1.0,說(shuō)明ESV相對(duì)于VCk富有彈性;如果CS<1.0,則說(shuō)明ESV缺乏彈性,比值越大,表明VCk的準(zhǔn)確性越關(guān)鍵。筆者通過(guò)將各種土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值系數(shù)分別上下調(diào)整50%計(jì)算CS,來(lái)說(shuō)明ESV對(duì)VCk的敏感程度[10-11]。敏感性指數(shù)計(jì)算公式見下:
CS=(ESVj-ESVi)/ESVi(VCkj-VCki)/VCki(4)
式中,ESVi和ESVj分別代表調(diào)整前后的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值,VCki和VCkj為研究區(qū)第k種土地利用類型調(diào)整前后的價(jià)值系數(shù)。
2結(jié)果與分析
2.1土地利用變化由《國(guó)家??萍贾卮髮m?xiàng)“渭河水污染防止專項(xiàng)技術(shù)研究和示范”》得到的渭河關(guān)中段土地利用類型面積,根據(jù)公式(1),可以得到土地利用動(dòng)態(tài)度(表2)。
2.2單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化運(yùn)用中國(guó)不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位生態(tài)服務(wù)價(jià)值表[8]和渭河關(guān)中段的土地詳細(xì)資料數(shù)據(jù),計(jì)算了渭河關(guān)中段生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化情況。在估算過(guò)程中,考慮到不同區(qū)域的林地質(zhì)量存在差異,故林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值取森林的1/2;未利用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值按荒漠的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算[12];由于建設(shè)用地的復(fù)雜性及數(shù)據(jù)難以獲得,因此該研究不予以計(jì)算;水域單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值取水體和濕地單位生態(tài)價(jià)值的平均值[13]。由此,采用單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算公式(3),可以得到各種土地類型的生態(tài)系統(tǒng)單項(xiàng)服務(wù)價(jià)值以及各個(gè)時(shí)期的總價(jià)值(表4、5)。表41980~2007年渭河關(guān)中段不同陸地單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值由表4可知,1980~2007年研究區(qū)域內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)各單項(xiàng)服務(wù)價(jià)值的結(jié)構(gòu)順序未發(fā)生變化,按貢獻(xiàn)順序排序?yàn)橥寥佬纬珊蜖I(yíng)養(yǎng)循環(huán)>廢物處理>水源涵養(yǎng)>氣候調(diào)節(jié)>生物多樣性保護(hù)>氣候調(diào)節(jié)>食物生產(chǎn)>原材料>娛樂文化。原材料和食物生產(chǎn)貢獻(xiàn)率均較小,分別不大于5.00%和7.00%,說(shuō)明渭河關(guān)中段生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)性功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生產(chǎn)性功能,且生產(chǎn)性功能有弱化的趨勢(shì)。
將各種土地利用類型的單項(xiàng)加起來(lái),得到各個(gè)時(shí)期各種類型土地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量(表5)。由表5可知,林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值持續(xù)增長(zhǎng),增長(zhǎng)幅度大,從86.570億元/a增加到91.410億元/a,增加了4.840億元/a;草地總體有所增加,在27年內(nèi)增加了0.250億元/a;水域呈減小趨勢(shì),單位生態(tài)服務(wù)價(jià)值最高,但由于面積的持續(xù)減少,導(dǎo)致其生態(tài)價(jià)值在不斷縮水,27年內(nèi)減少了9.740億元/a;耕地也呈下降趨勢(shì),27年內(nèi)減少了3.730億元;未利用地也不斷減少,貢獻(xiàn)量不大,27年內(nèi)減少了0.007億元/a;各類型生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值為耕地>林地>草地>水域>未利用地。
2.3各類型用地的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)貢獻(xiàn)價(jià)值將各土地類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算出來(lái),用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值除以其面積,可得到其單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值單位貢獻(xiàn)價(jià)值表現(xiàn)為水域[56 422.31元/(hm2·a)]>林地[11 343.64元/(hm2·a)]>草地[7 517.44元/(hm2·a)]>耕地[7 174.79元/(hm2·a)]>未利用地[436.09元/(hm2·a)]。
2.4各時(shí)期生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值從圖2可以看出,生態(tài)系統(tǒng)總價(jià)值量呈減少趨勢(shì),特別在1990~2000年減少幅度較大。
圖21980~2007年渭河關(guān)中段各類型土地總價(jià)值量的變化情況
Fig.2The change of total value of each type land in Guanzhong section of Weihe River during 1980-2007原因分析:在該時(shí)期內(nèi)水域面積保持不變,未利用地和耕地面積呈減少趨勢(shì),而其他類型土地利用方式面積均在增加,由于耕地面積以及未利用地面積減少,尤其是耕地面積,從而使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。在1990~2000年總的生態(tài)價(jià)值量下降最快,林地、草地及水域均在減少,尤其是水域面積銳減,而城市建設(shè)用地、未利用地以及耕地面積卻在增加,說(shuō)明前三者的貢獻(xiàn)度很大,尤其是水域;2000~2005年總價(jià)值量有所增加,除了耕地面積有所減少外,其他用地類型均呈增加趨勢(shì),但增幅不大,可見耕地對(duì)渭河關(guān)中段的貢獻(xiàn)量很大;2005~2007年總價(jià)值量下降,水域、未利用地和耕地面積減少,而草地及林地面積呈增加趨勢(shì)。
2.5總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量與土地面積變化之間的關(guān)系27年間渭河關(guān)中段耕地、林地和草地面積之和占土地總面積近94.00%,其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值貢獻(xiàn)率也近90.00%。其中,耕地45.76%~47.52%的面積提供著39.64%~39.50%的生態(tài)服務(wù)價(jià)值;占總面積22.74%~24.42%的草地貢獻(xiàn)了20.02%~20.72%的生態(tài)服務(wù)價(jià)值;林地貢獻(xiàn)率較大,以22.97%~24.15%的面積提供著30.30%~32.96%的生態(tài)服務(wù)價(jià)值;水域的面積雖然僅占1.00 %~1.53%,但生態(tài)價(jià)值貢獻(xiàn)率卻在10.00%;未利用地所占面積為0.20%~0.26%,價(jià)值貢獻(xiàn)率為0.01%左右??梢?,在各種生態(tài)系統(tǒng)類型中,林地和水域?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的提高具有顯著的貢獻(xiàn)。由此可見,土地利用變化是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的原因,而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化又可反過(guò)來(lái)影響地理環(huán)境,進(jìn)而影響土地利用,造成土地利用新結(jié)構(gòu)的形成。水域的面積變化最大,其他土地類型的面積變化較緩,從1990年開始水域面積不斷減少,生態(tài)系統(tǒng)總價(jià)值量劇減,這說(shuō)明水域的減少是渭河流域關(guān)中段生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量不斷減少的主要原因。
2.6敏感性分析利用式(4),將林地、草地、耕地、水域和未利用地的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)分別上下調(diào)整50%[14],應(yīng)用調(diào)整后的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)對(duì)研究區(qū)1980、1990、2000、2005和2007年的總服務(wù)價(jià)值進(jìn)行估算,最終得到研究區(qū)域不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值敏感性指數(shù)(表6)。由表6可知,未利用地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值敏感指數(shù)最小,為0,而耕地最大,為0.38~0.41??梢姡饔騼?nèi)各土地類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值敏感度遠(yuǎn)小于1.00,且年代際間變化較小,即相對(duì)穩(wěn)定且不具有彈性,研究結(jié)果可信[14]。
3結(jié)論與討論
(1)研究區(qū)域內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)各單項(xiàng)服務(wù)價(jià)值按貢獻(xiàn)表現(xiàn)為土壤形成和營(yíng)養(yǎng)循環(huán)>廢物處理>水源涵養(yǎng)>生物多樣性保護(hù)>氣候調(diào)節(jié)>氣體調(diào)節(jié)>食物生產(chǎn)>原材料>娛樂文化。原材料和食物生產(chǎn)貢獻(xiàn)率均較小,分別不大于5.00%和7.00%,說(shuō)明渭河關(guān)中段生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)性功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生產(chǎn)性功能,且生產(chǎn)性功能有弱化的趨勢(shì)。
(2)渭河關(guān)中段單位面積生態(tài)服務(wù)貢獻(xiàn)價(jià)值表現(xiàn)為水域>林地>草地>耕地>未利用地,可以看出水域的貢獻(xiàn)價(jià)值最高,而水域的面積在這27年內(nèi)減少速度最快,即使林地有所增加,渭河關(guān)中段土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈減少趨勢(shì),足以證明水域的重要性。
(3)土地利用結(jié)構(gòu)變化過(guò)程中,渭河關(guān)中段總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少了8.4億元。各類型土地利用類型對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)量表現(xiàn)為耕地>林地>草地>水域>未利用地。
(4)該研究對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行了敏感性估計(jì),敏感性指數(shù)均小于1.00,這說(shuō)明筆者選取的價(jià)值系數(shù)比較合理,與王飛[15]得出的結(jié)論基本一致。
(5)該研究選取了渭河關(guān)中段不同類型用地的面積,采用當(dāng)量因子法,對(duì)渭河關(guān)中段的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值做出評(píng)價(jià),并分析了面積變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響,但是對(duì)建設(shè)用地的研究比較簡(jiǎn)單,有待于今后進(jìn)一步研究。
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