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        濱海生態(tài)脆弱區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值動態(tài)變化分析——以黃驊市為例

        2016-10-25 01:02:57毛曉曦郭云繼崔江慧王樹濤
        水土保持研究 2016年2期
        關(guān)鍵詞:黃驊市園地土地利用

        毛曉曦, 郭云繼, 崔江慧, 王樹濤

        (河北農(nóng)業(yè)大學 國土資源學院, 河北 保定 071000)

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        濱海生態(tài)脆弱區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值動態(tài)變化分析
        ——以黃驊市為例

        毛曉曦, 郭云繼, 崔江慧, 王樹濤

        (河北農(nóng)業(yè)大學 國土資源學院, 河北 保定 071000)

        以黃驊市為研究區(qū),運用ENVI遙感技術(shù)解譯出黃驊市1990年、2000年、2014年三期影像,分析研究區(qū)各生態(tài)類型的變化特征,采用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估方法對該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行測算并分析其變化情況。結(jié)果表明:(1)1990—2014年,黃驊市園地和建設(shè)用地面積增加,耕地、草地、水域、鹽堿地和未利用地面積減少;(2) 黃驊市1990年、2000年、2014年土地生態(tài)服務(wù)價值分別為418 629.47萬元、415 055.68萬元和411 372.07萬元,土地生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價值共減少7 257.40萬元。其中,園地和建設(shè)用地的生態(tài)服務(wù)價值增加;耕地、草地、水域、鹽堿地和未利用地的生態(tài)服務(wù)價值減少;(3) 1990—2014年,水源涵養(yǎng)和廢物處理服務(wù)功能價值在研究區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值構(gòu)成中貢獻度最大,原材料最小。此外,研究區(qū)只有原材料供給增加,其他均在減少,減少最多的是廢物處理。

        土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值; 動態(tài)變化; 黃驊市

        生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是由自然資本的能流、物流、信息流構(gòu)成,通過其功能直接或者間接得到的產(chǎn)品和服務(wù),與非自然資本的結(jié)合產(chǎn)生人類福利[1-2],對于人類生存和生活質(zhì)量有著巨大的貢獻??茖W評估生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值,并對其時空演化特征進行定量化描述,可為制定合理的生態(tài)保護政策提供重要參考。我國最早對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行評估是在20世紀80年代初。研究初期,主要是模仿與介紹國外生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能概念、內(nèi)涵、評估方法等研究方式與成果。然后轉(zhuǎn)變?yōu)橹饾u的嘗試對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行研究,并取得了諸多成果[3]。隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展,我國在對生態(tài)系統(tǒng)價值的評估過程當中引入遙感技術(shù)。遙感技術(shù)作為先進的對地觀測技術(shù),在地物信息提取方面得到廣泛的應(yīng)用,可以實時的、動態(tài)的監(jiān)測生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的歷史及現(xiàn)實變化情況,為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估提供由點到面的技術(shù)支持[4]。

        本文借助遙感技術(shù),對黃驊市土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行測算研究,分析其變化特征及規(guī)律,評估黃驊市生態(tài)服務(wù)價值狀況,為研究區(qū)未來的區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、土地開發(fā)利用以及區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

        1 研究區(qū)域與研究方法

        1.1研究區(qū)概況

        黃驊市位于河北省東南部,是河北省滄州市管轄的縣級市,東臨渤海、西依滄州、南靠山東、北倚京津。位于117.08°—117.82°E和38.15°—38.65°N,總面積1 717.50 km2,處在華北沖積平原黑龍港流域的最東端,地勢低洼平坦,海拔高程一般為3~5 m[5]。地處暖溫帶半濕潤季風氣候區(qū),因為靠近渤海而略具有海洋氣候特征,季風顯著,四季分明。歷年平均日照時數(shù)為2 755 h,平均無霜期194 d,年平均蒸發(fā)量1 908.7 mm,年平均降水量627 mm,降水年際變化大,時空分布不均。淡水資源嚴重缺乏,礦化度高,分布不均,含氟量高。處于“環(huán)渤?!奔啊碍h(huán)京津”的樞紐地帶,不僅是滄州渤海新區(qū)的重要組成部分,也是“現(xiàn)代化沿海經(jīng)濟隆起帶”的重要窗口。

        1.2數(shù)據(jù)來源與處理

        (1) 本文所選取的數(shù)據(jù)包括遙感影像數(shù)據(jù):1990年4月5日的TM影像從美國地質(zhì)調(diào)查局獲取,2000年4月23日的ETM+和2014年4月3日的ETM+影像從地理空間數(shù)據(jù)云獲取。三期影像信息見表1。

        表1 遙感影像數(shù)據(jù)來源

        矢量數(shù)據(jù):黃驊市行政邊界矢量圖、黃驊市2014年土地利用現(xiàn)狀圖、黃驊市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計年鑒等。

        (2) 本文使用ENVI 4.7軟件進行遙感影像的預(yù)處理,預(yù)處理包括幾何校正和影像裁剪。幾何校正的目的是糾正系統(tǒng)及非系統(tǒng)性因素對遙感影像造成的影響,達到與標準圖像或地圖相吻合的目的[6-8]。影像裁剪的目的是將研究之外的區(qū)域去除。

        1.3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值測算方法

        Costanza等[9]于1997年《全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值和自然資本》一文,提出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算的方法,標志著全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估研究便進入了一個繁榮期。但研究發(fā)現(xiàn),Constanza生態(tài)服務(wù)價值評估模式在我國的直接應(yīng)用存在缺陷,即該生態(tài)服務(wù)價值體系主要適用于歐美發(fā)達國家,在我國應(yīng)用時生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值將被高估[10]。

        因此本文采用謝高地等在參考Constanza研究成果的基礎(chǔ)上結(jié)合中國的實際情況,研究出符合我國實際情況的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型的劃分、我國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值以及新的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估單價體系[11]見表2—4。

        表2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型劃分

        根據(jù)謝高地等的研究成果及河北省的區(qū)域修正系數(shù)1.02[11],得到黃驊市單位面積生態(tài)服務(wù)價值表(表5)。其中,耕地與農(nóng)田對應(yīng),園地生態(tài)系統(tǒng)的單位面積生態(tài)服務(wù)價值則取草地與園地的單位面積生態(tài)服務(wù)價值的平均值[12-14],水域與水體相對應(yīng),建設(shè)用地按荒漠生態(tài)系統(tǒng)類型的生態(tài)服務(wù)價值來計算[15],鹽堿地通過王海星等學者的研究計算得到[16],未利用地與荒漠對應(yīng)。在此基礎(chǔ)上利用Costanza公式計算黃驊市土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,公式如下:

        (1)

        式中:ESV——年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值;Ai——研究區(qū)第i種生態(tài)類型的分布面積(i=1,2,…,7,為生態(tài)類型);VCi—第i種生態(tài)系統(tǒng)類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量。

        各生態(tài)類型的貢獻率為:

        ESVCi=ESVi/ESV

        (2)

        式中:ESVCi——第i種類型在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值中的貢獻率;ESVi——第i個土地生態(tài)類型的年生態(tài)服務(wù)價值。

        表3 中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當量

        表4 中國不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值 元/(hm2·a)

        表5 黃驊市生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值 元/(hm2·a)

        2 結(jié)果與分析

        2.1土地利用變化分析

        黃驊市土地利用類型多樣,結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜,20多年來隨著外界條件的影響發(fā)生了很大變化。本文通過對1990年、2000年和2014年黃驊市遙感影像的解譯,并利用GIS的空間分析功能,得到了這三個時期的土地利用現(xiàn)狀結(jié)果,見表6。

        根據(jù)表6的統(tǒng)計結(jié)果,研究區(qū)土地利用類型均主要以耕地、建設(shè)用地、水域為主,其中未利用地主要是荒地。研究期間地類呈現(xiàn)“二增五減”的變化規(guī)律?!岸觥笔侵赋青l(xiāng)用地、園地增加,“五減”是指耕地、草地、水域、鹽堿地和未利用地減少。

        建設(shè)用地和園地面積增長。建設(shè)用地面積是整個研究期間面積增加最快的地類,由1990年的47 283.83 hm2,增至2000年的49 927.42 hm2,2014年達到52 157.37 hm2,主要原因是隨著城市化建設(shè)速度的加快和工業(yè)的快速發(fā)展,交通、居住用地的逐漸增加。園地面積20 a來共增長1 268.95 hm2,這與近些年來,黃驊市大力發(fā)展棗樹種植有很大關(guān)系。耕地面積大幅度持續(xù)減少。耕地面積由1990年的78 806.08 hm2,減少至2000年的35 300.72 hm2,最后減少至2014年的76 875.71 hm2,其持續(xù)減少的主要原因是農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和建設(shè)用地的擴張。此外,草地、水域、鹽堿地和未利用地面積均有不同程度的減少。

        2.2土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量變化分析

        依據(jù)黃驊市單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值和黃驊市生態(tài)類型面積,運用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的估測方法計算得到黃驊市1990—2014年土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化(表7)。結(jié)合研究期間黃驊市的經(jīng)濟和人口數(shù)據(jù),得到黃驊市1990—2014年萬元GDP和人均生態(tài)服務(wù)價值(表8)。

        表6 不同年份黃驊市土地利用類型面積及比例

        表7 1990-2014年黃驊市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)經(jīng)濟價值總量

        表8 黃驊市1990-2014年萬元GDP和人均生態(tài)服務(wù)價值

        由表7可以看出:

        (1) 土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值構(gòu)成中,耕地、水域和鹽堿地3種土地生態(tài)類型的比重是較大的。

        (2) 1990—2000年,生態(tài)服務(wù)價值減少3 573.79萬元,平均每年減少357.38萬元,平均每1 hm2土地生態(tài)服務(wù)價值年凈減少量是14.94元。園地增加442.74萬元,建設(shè)用地增加100.15萬元,耕地、草地、水域、鹽堿地和未利用地均減少,分別減少了569.13萬元、138.88萬元、1 302.04萬元、2 079.61萬元和27.01萬元。

        2000—2014年生態(tài)服務(wù)價值減少3 683.62萬元,平均每年減少368.36萬元,平均每1 hm2土地生態(tài)服務(wù)價值年凈減少量是15.40元。園地增加最多,為1 223.09萬元。鹽堿地減少最多,為2 837.73萬元。

        1990—2014年,黃驊市土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值(總ESV)不斷減少,總體上20 a間共減少7 257.40萬元,平均每年減少量為362.87萬元,平均每1 hm2土地生態(tài)服務(wù)價值年凈減少量為15.18元。1990—2014年,園地和建設(shè)用地的生態(tài)服務(wù)價值是增加的,其中園地的生態(tài)服務(wù)價值增加最多,從1990年的5 418.94萬元增加到2014年的7 084.77萬元,共增加了1 665.83萬元;耕地、草地、鹽堿地、水域和未利用地的生態(tài)服務(wù)價值都是減少的,耕地的生態(tài)服務(wù)價值減少1 203.89萬元、草地減少了257.37萬元、水域共減少了2 683.36萬元、鹽堿地減少最多,為4 917.34萬元、未利用地減少最少,為45.90萬元。

        (3) 表8表明:研究區(qū)的人口經(jīng)歷了先增加又減少的過程,而GDP的變化則是先減少再增加,但1990—2014年總體上人口和GDP均增加,分別增加了9.30萬人和92.22萬元,因此人均生態(tài)價值和萬元生態(tài)服務(wù)價值量分別呈現(xiàn)先增加后減少和先減少后增加的現(xiàn)象,1990—2000年人均生態(tài)價值減少了3 000.88元,2000—2014年增加了468.55元,總體來說,人均生態(tài)價值減少了2 535.33元;1990—2000年萬元生態(tài)服務(wù)價值增加了2 173.12元,2000—2014年減少了5 761.89元,總體上萬元生態(tài)服務(wù)價值減少了3 588.77元。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)系上看,這一階段區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展,是以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價的,社會經(jīng)濟的快速發(fā)展破壞了生態(tài)環(huán)境。

        2.3土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)變化分析

        生態(tài)系統(tǒng)各單項服務(wù)功能價值占總價值的百分比即為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值結(jié)構(gòu)。生態(tài)系統(tǒng)功能組成及其多樣性對生態(tài)系統(tǒng)過程的影響比物種的多樣性更為顯著[17]。因此不能僅通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的增減,來衡量生態(tài)系統(tǒng)各單項服務(wù)功能價值的增減,研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值結(jié)構(gòu)的變化情況,對衡量區(qū)域生態(tài)價值具有重要意義[18]。結(jié)合各類用地數(shù)據(jù)并結(jié)合表9得到研究區(qū)不同價值的變化情況。

        表9 1990-2014年黃驊市生態(tài)服務(wù)價值總構(gòu)成及比例

        表10 黃驊市生態(tài)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)變化 萬元

        (1) 根據(jù)表9—10可以看出:在研究區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值構(gòu)成中,水源涵養(yǎng)和廢物處理服務(wù)價值功能貢獻度較大,兩者占總生態(tài)服務(wù)價值的50%以上,原材料服務(wù)功能最小,占總生態(tài)服務(wù)價值的百分比不到1%。

        (2) 表10表明,1990—2000年期間,原材料生產(chǎn)的生態(tài)服務(wù)價值增加20.89萬元,廢物處理減少了1 180.31萬元,減少最多;水源涵養(yǎng)次之,減少了1 017.10萬元;減少最少的是食物生產(chǎn),為99.65萬元;氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、保持土壤、維持生物多樣性和提供美學景觀及文化娛樂分別減少了108.08萬元、798.95萬元、165.07萬元、164.73萬元和297.91萬元。

        2000—2014年期間原材料生產(chǎn)的生態(tài)服務(wù)價值增加87.78萬元,相比較于1990—2000年,氣體調(diào)節(jié)、保持土壤、維持生物多樣性方面生態(tài)服務(wù)價值減少的較少,食物生產(chǎn)、氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、廢物處理和提供美學景觀及文化娛樂方面減少的更多。

        1990—2014年黃驊市只有原材料供給增加,從1990年的1 846.25萬元增加到2014年的1 954.92萬元,增加了108.67萬元。其他均在減少,廢物處理減少最多,為1 180.31萬元,食物生產(chǎn)減少最少,為99.65萬元。這20 a期間生態(tài)服務(wù)價值共減少7 746.06萬元。其中水源涵養(yǎng)、食物生產(chǎn)、提供美學景觀及文化娛樂減少,因為水域和耕地是這幾項功能的主要影響因素,在研究期間,耕地、水域面積不斷減少導(dǎo)致這些功能也在降低,雖然園地面積增加,也抵消了部分損失,但是總的趨勢是在減少。在土地開發(fā)利用中,研究區(qū)要增加水域、耕地等的面積,充分發(fā)揮其對區(qū)域的大氣候和局部小氣候的調(diào)節(jié)作用,在發(fā)展經(jīng)濟的同時注重生態(tài)環(huán)境的保護。

        3 結(jié)論與討論

        本文在利用遙感獲取1990年、2000年、2014年三年土地利用信息的基礎(chǔ)上,分析了黃驊市生態(tài)系統(tǒng)類型的變化特征,測算了土地生態(tài)系統(tǒng)的供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)的服務(wù)價值,從總量和結(jié)構(gòu)兩方面對20 a土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值動態(tài)變化進行分析。通過以上研究表明:

        (1) 1990—2014年黃驊市土地生態(tài)系統(tǒng)類型變化明顯。園地和建設(shè)用地面積增加,耕地、草地、水域、鹽堿地和未利用地面積均減少,土地利用處于發(fā)展階段,生態(tài)系統(tǒng)變化受人類活動影響較大,導(dǎo)致自然性減弱。

        (2) 1990年、2000年和2014年黃驊市土地生態(tài)服務(wù)價值為418 629.47萬元、415 055.68萬元和411 372.07萬元。1990—2014年,園地和建設(shè)用地的生態(tài)服務(wù)價值增加;耕地、草地、水域、鹽堿地和未利用地的生態(tài)服務(wù)價值均減少。土地生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價值共減少了7 257.40萬元。黃驊市土地生態(tài)類型變化對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負面影響,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量降低。

        (3) 1990—2014年,在研究區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值構(gòu)成中貢獻度較大的是水源涵養(yǎng)和廢物處理服務(wù)功能,共占總生態(tài)服務(wù)價值的百分比在50%以上,原材料服務(wù)功能最小,不到1%。黃驊市只有原材料供給增加,增加了108.67萬元。其他均在減少,其中減少最多的是廢物處理,減少了1 180.31萬元。

        黃驊市人地關(guān)系和環(huán)境問題在縣域社會經(jīng)濟的快速發(fā)展下越來越突出。建設(shè)用地的增長,會伴隨著大量耕地、園地等的損失,這些無疑將對黃驊市生態(tài)環(huán)境帶來巨大的負面效應(yīng)。近些年黃驊市水庫、河流等水域面積都在不同程度地減少著,黃驊市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值減少的重要影響因素之一就是水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的減少。要采取合理措施嚴格保護河流、水庫等,在確保自然環(huán)境不被破壞的前提下,進行科學合理開發(fā)利用,并積極開發(fā)利用未利用地,土地資源的使用潛力得到充分挖掘,這對提高生態(tài)服務(wù)價值也具有很大意義。同時,嚴格對土地進行管理,確保在法律規(guī)定范圍內(nèi)和科學的政策指導(dǎo)下進行土地開發(fā)利用,防止盲目地進行土地開發(fā)利用。

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        Dynamic Change of Land Ecosystem Service Value Around Coastal Ecological Fragile Area—A Case Study of Huanghua City

        MAO Xiaoxi, GUO Yunji, CUI Jianghui, WANG Shutao

        (College of Land and Resources, Agricultural University of Hebei, Baoding, Hebei 071000, China)

        We took Huanghua city as the study area, used the ENVI remote sensing to interpret out 1990, 2000, 2014 three period images of Huanghua City, analyzed variation characteristics of various ecological types, used the ecosystem service value evaluation method to calculate the ecosystem service value of the region and analyze its changes. The results showed that: (1) from 1990 to 2014, garden and construction land areas increased, cultivated land, grassland, water, saline alkali land and unused land areas decreased in Huanghua City; (2) the land ecosystem service values in 1990, 2000 and 2014 of Huanghua City respective were 4 186.294 7 million Yuan, 4 150.556 8 million Yuan and 4 113.720 7 million Yuan, respectively, the land ecosystem service value totally reduced 72.574 0 million Yuan, Among them, the ecosystem service values of garden and construction land increased, the ecosystem service values of cultivated land, grassland, water, saline alkali land and unused land decreased; (3) from 1990 to 2014, contribution of water conservation and waste disposal service function value to land ecosystem service value structure was the largest, the raw material was the least. In addition, only raw material supply increased, the others decreased, and waste disposal reduced the most in the study area.

        land ecosystem services value; dynamic change; Huanghua City

        2015-10-09

        2015-10-14

        國土資源部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目(201311060);河北省科技支撐計劃項目(2014055616)

        毛曉曦(1991—),女,河北新河縣人,碩士研究生,主要研究方向為土壤與土地資源持續(xù)利用。E-mail:maoxiaoxi22@163.com

        王樹濤(1978—),男,河北威縣人,副教授,碩士生導(dǎo)師,主要研究方向為土壤與土地資源持續(xù)利用。E-mail:wangshutao78@126.com

        F301.2

        A

        1005-3409(2016)02-0249-06

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