張艷麗

(海城市水利工程建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督站，遼寧 海城 114200)

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鞍山市土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響研究

張艷麗

(海城市水利工程建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督站，遼寧 海城 114200)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與社會效益息息相關(guān)，但是由于近年來，人們違反自然生態(tài)規(guī)律的實踐活動不斷增多，因此土地利用類型越來越多樣，由此導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)功能減弱。文章將以此為出發(fā)點，針對人地關(guān)系緊張以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能逐漸減弱的社會現(xiàn)狀，以遼寧省鞍山市為例，通過對該研究區(qū)1990—2015年土地利用變化過程進(jìn)行分析，以此結(jié)合空間顯式的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估模型中的“產(chǎn)水量”、“水質(zhì)凈化”和“土壤保持”三大指標(biāo)進(jìn)行分析評估，從而就該研究區(qū)土地利用變化對鞍山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能造成的影響進(jìn)行分析。

鞍山市；土地利用；生態(tài)系統(tǒng)；服務(wù)功能

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指生態(tài)系統(tǒng)形成和所能維持人類賴以生存和發(fā)展的環(huán)境效用與條件，其也是人類生活的根本保障。隨著生活水準(zhǔn)不斷提高，越來越多的人開始關(guān)注自然生態(tài)系統(tǒng)以及其相關(guān)功能的利用。由于土地利用變化過程以及格局會對區(qū)域自然生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)過程產(chǎn)生重要影響。因此，相關(guān)學(xué)者研究的重點在于人類社會實踐活動與自然生態(tài)系統(tǒng)之間的關(guān)系。而本文主要立足于遼寧省鞍山市，對這一區(qū)域土地利用變化過程對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能造成的主要影響以及成因進(jìn)行探討，以此為相關(guān)部門管理決策政策制定以及區(qū)域生態(tài)環(huán)境合理管控提供建議和參考[1]。

1 研究區(qū)資料背景分析

該研究區(qū)位于鞍山市，流域內(nèi)干旱以及冷暖變化非常明顯，降雨量以及氣溫年均變化差異較大，其地表河流的重要補(bǔ)給形式是降雨。流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)受當(dāng)?shù)赝恋亻_發(fā)利用等相關(guān)實踐活動影響，尤其是上游水資源污染及濫用，導(dǎo)致整個區(qū)域地下水循環(huán)系統(tǒng)受到巨大干擾，在此過程中，該研究區(qū)供水與需水矛盾不斷凸顯。因此，本文就鞍山市土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響展開研究。

2 研究分析方法及流程

2.1 鞍山市土地利用資料分類

首先，在數(shù)據(jù)研究過程中，本文需要結(jié)合鞍山市1990年以及2009年和2015年三年的不同LandsatTM影像數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析。其中，像元大小和軌道號分別為30m×30m以及23031、23032、24031以及24032。另外，研究區(qū)內(nèi)的坡度坡向圖以及DEM等相關(guān)數(shù)據(jù)資料，主要由地球系統(tǒng)科學(xué)共享網(wǎng)提供。本文將該研究區(qū)內(nèi)的土地覆蓋數(shù)據(jù)等作為輔助決策資料，然后結(jié)合如下表中的分類方式，對該研究區(qū)流域內(nèi)的實際情況進(jìn)行二級分類：

表1 鞍山市土地利用資料分類

2.2 鞍山市氣象數(shù)據(jù)來源

本文在收集相關(guān)氣象數(shù)據(jù)資料時，主要選取鞍山市6個不同數(shù)據(jù)監(jiān)測站點于2009-2015年收集的月均溫數(shù)據(jù)資料。另外，本文研究過程中的降雨數(shù)據(jù)資料全部來源于本市2009-2015年16個不同數(shù)據(jù)監(jiān)測站點的水文氣象數(shù)據(jù)資料庫，其中主要包括河道徑流量監(jiān)測數(shù)據(jù)以及水體中泥沙實際含量監(jiān)測數(shù)據(jù)和水體中總氮含量監(jiān)測數(shù)據(jù)等。

2.3InVEST模型構(gòu)建及參數(shù)驗證分析

本文在數(shù)據(jù)分析過程中，采用的主要模型為InVEST模型。這一模型分析法最早由美國斯坦福大學(xué)提出，該模型可以借助GIS技術(shù)，就鞍山市不同類型土地覆蓋率對生態(tài)系統(tǒng)的功能性影響進(jìn)行分析。與此同時，這一方法能夠結(jié)合實際土地利用情況，在不同的社會經(jīng)濟(jì)尺度以及地理尺度中，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的具體變化情況進(jìn)行合理描述。本文所選模型在分析過程中，主要包括的指標(biāo)分為海岸以及生境和固碳及土壤侵蝕、水質(zhì)等，然后在實際應(yīng)用中，結(jié)合鞍山市具體土地利用情況，著重選取“產(chǎn)水量”、“土壤保持”、“水質(zhì)凈化”3個主要子模型。

其中，水產(chǎn)量模型主要基于一個簡化的地下水系統(tǒng)循環(huán)模型，本文在研究過程中，地下水對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能造成的影響忽略不計[2]。因此，通過水產(chǎn)量這一指標(biāo)值，對該研究區(qū)一定范圍內(nèi)地表水產(chǎn)量進(jìn)行合理分析。如果水產(chǎn)量越多，則表明該研究區(qū)水資源的實際供給服能力越強(qiáng)。具體可通過如下模型，對該研究區(qū)內(nèi)實際水量參數(shù)值進(jìn)行科學(xué)計算：

(1)

式中：在上述“產(chǎn)水量”模型中，Yxj為該研究區(qū)一定范圍內(nèi)第j個土地利用類型柵格x的實際產(chǎn)水量；AETxj為該研究區(qū)一定范圍內(nèi)第j個土地利用類型柵格x的每年實際水分蒸散量；Pxj為該研究區(qū)一定范圍內(nèi)第j類土地利用類型柵格x的年降雨量。

在采用“產(chǎn)水量”模型就鞍山市土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響進(jìn)行分析時，主要參數(shù)指標(biāo)包括土地利用圖、年降水量、潛在蒸散量、土壤根系深度、土壤深度和蒸散系數(shù)、植物可利用水含量等。通過插值法在對原始降雨站觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析基礎(chǔ)上得到該模型分析中的年降雨量[3]。

另外，本文在對該研究區(qū)內(nèi)的土壤侵蝕速率進(jìn)行分析時，主要采用“土壤保持”模型中的通用土壤流失方程進(jìn)行計算分析。若該研究區(qū)內(nèi)的土壤侵蝕量越小，則說明土壤保持功能越強(qiáng)。具體計算公式如下：

USLEx=Rx×Kx×LSx×Cx×Px

(2)

式中：柵格x的土壤侵蝕量通過USLEx表示；另外在此過程中，土壤侵蝕量因子分為Rx、Kx和LSx幾種；Rx為鞍山市土地降雨侵蝕力因子；Kx為鞍山市土地土壤可蝕性因子；LSx為鞍山市土地坡度、坡長因子；Cx為鞍山市土地植被覆蓋因子；Px為鞍山市土地管理因子。

在此模型計算分析過程中，通過將相關(guān)數(shù)據(jù)輸入模型，然后利用Wischmeier計算法，對各個不同數(shù)據(jù)監(jiān)測站點的雨量及鞍山市土地實際降雨侵蝕因子進(jìn)行計算，鞍山市土地可侵蝕因子通過采用諾謨方程進(jìn)行計算得到[4]。

除此之外，由于總氮含量在一定程度上可針對某研究區(qū)河道中的水質(zhì)狀況進(jìn)行合理評估。因此，本文在對鞍山市河道水體中的總氮含量進(jìn)行計算時，主要采用水質(zhì)凈化模型，對水質(zhì)污染系數(shù)進(jìn)行合理計算評價，具體計算公式如下：

ALVx=HSSx×polx

(3)

本文在采用此模型對鞍山市河道水質(zhì)總體狀況進(jìn)行計算評價時，只考慮非點源污染而忽略其它相關(guān)污染源[5]。因此，當(dāng)水體中所含總氮含量越高，表明水質(zhì)的的實際凈化功能越弱；當(dāng)水體中所含氮總量越少，表明該研究區(qū)河道中的水質(zhì)總體狀況良好，水質(zhì)自我凈化及含污能力較強(qiáng)，同時其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能也就越強(qiáng)，具體而言：

ALVx為鞍山市生態(tài)系統(tǒng)評估中柵格x調(diào)節(jié)的載荷值；polx為鞍山市生態(tài)系統(tǒng)評估中柵格x的輸出系數(shù)；HSSx為鞍山市生態(tài)系統(tǒng)評估中柵格x的水文敏感得分值。

2.4 鞍山市土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響分析

1)鞍山市土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響

該模型在分析評估過程中，主要選取的相關(guān)指標(biāo)為鞍山市土地利用類型及鞍山市河道總氮輸出負(fù)荷以及DEM和鞍山市水文系統(tǒng)實際產(chǎn)水量數(shù)據(jù)等。通過上述水產(chǎn)量模型計算得到水產(chǎn)量實際數(shù)據(jù)。如下表數(shù)據(jù)表示1990-2015年鞍山市土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能影響模擬的相關(guān)參數(shù)值：

2)鞍山市土地利用變化分析

本文首先結(jié)合上述3個不同模型，對鞍山市不同數(shù)據(jù)觀測時段所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析，發(fā)現(xiàn)該研究區(qū)不同階段土地利用面積變化存在一定的差異[6]。其中，在1990-2000年間，該研究區(qū)農(nóng)田實際面積減少約15.6%，而草地面積增加約24%；另外，水體占地面積也增加35%，但從變化過程來看，當(dāng)?shù)亓值孛娣e變化差異不大，而建筑用地面積卻有很大增幅。本文通過對2000-2015年的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得知，鞍山市在這一時期的林地面積增幅較大，建筑用地在這一時期增幅比原來上升約56.6%，而且裸地面積也顯著增加。總體而言，該研究區(qū)在整個研究期內(nèi)，草地以及農(nóng)田和水體實際面積均減少，其具體系數(shù)變化幅度為0.3、0.48和0.61，但建筑用地及裸地面積卻在不斷增加，其增幅系數(shù)分別為2.3和2.8。

表2 1990-2015年鞍山市土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能影響的模擬值

3)鞍山市土地利用實際功能價值轉(zhuǎn)化

通過上述不同時期土地利用狀況變化情況可以發(fā)現(xiàn)，在整個研究期內(nèi)，鞍山市大約有7.8%和10%的農(nóng)田轉(zhuǎn)化為草地以及森林。因此，草地與森林同農(nóng)業(yè)用地之間具有較高的轉(zhuǎn)化率。從這一變化過程中其實不難發(fā)現(xiàn)，鞍山市在整個發(fā)展過程中，政策制度在不斷發(fā)生變化，其中早期階段由于工業(yè)化發(fā)展速度加快，因此大量建筑用地和工業(yè)廠房用地取代了農(nóng)田及森林用地。因此，導(dǎo)致這一時期鞍山市農(nóng)田和草地大面積減少[7]。但是，隨著當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境不斷惡化，土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響越來越明顯。逐漸到2000-2015年，國家和地方政策得到調(diào)整，此時建筑用地和裸地面積有所減少，相反草地和林地面積不斷增加。故在這一轉(zhuǎn)化過程中，農(nóng)業(yè)以及森林等政策管控在當(dāng)?shù)赝恋乩棉D(zhuǎn)化過程起著非常重要的作用[8]。

3 結(jié) 語

研究表明，在這10年間，鞍山市土地利用情況發(fā)生了明顯的變化。其中，農(nóng)田以及草地和水體三大類型的土地實際面積分別減少約29.6%以及45.8%和61.2%。在此過程中，隨著工業(yè)化和城市化發(fā)展，當(dāng)?shù)亟ㄖ玫睾土值匾约奥愕孛娣e分別增加約35.7%、23.1%以及56.8%。隨著土地利用形式和利用類型發(fā)生變化，導(dǎo)致研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中的水土保持功能和固碳功服務(wù)功能及水資源供給服務(wù)功能以及水質(zhì)凈化功能等均發(fā)生了明顯變化。其中，降幅分別為45.6%以及18.73%和3.5%及21.6%。究其原因，主要由于當(dāng)?shù)嘏d建大量的建筑物，因此導(dǎo)致土地荒漠化現(xiàn)象非常嚴(yán)重，土壤的水土保持及地下水水質(zhì)凈化能力都在不斷降低。故當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門應(yīng)重點加強(qiáng)對建筑用地進(jìn)行合理調(diào)節(jié)和管控，適當(dāng)增加森林面積，提高植被覆蓋率。

[1]李學(xué)森.凌河流域水資源現(xiàn)狀及保護(hù)措施[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2015(03)：36-37.

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1007-7596(2017)02-0039-03

2017-02-10

張艷麗(1978-)，女，遼寧鞍山人，工程師，研究方向為河道生態(tài)建設(shè)、節(jié)水灌溉、水利工程管理等。

F301.24；X

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