王 寬,蔡正華,齊增湘**,陳 堅,李 暉,李 濤,馮 倩

(1.南華大學(xué)設(shè)計藝術(shù)學(xué)院 衡陽 421001;2.衡陽市科技信息研究所 衡陽 421001)

2000—2013年衡陽市土地利用格局轉(zhuǎn)變對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響*

王 寬1,蔡正華2,齊增湘1**,陳 堅1,李 暉1,李 濤1,馮 倩1

(1.南華大學(xué)設(shè)計藝術(shù)學(xué)院 衡陽 421001;2.衡陽市科技信息研究所 衡陽 421001)

將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估利用到區(qū)域生態(tài)保護(hù)決策中的重要途徑之一是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)制圖。本研究對衡陽市多期遙感影像進(jìn)行解譯,采用當(dāng)量因子法估算其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(ESV)及由土地利用格局轉(zhuǎn)變而引起的價值損益;并在ArcGIS 10.0軟件支持下,利用空間自相關(guān)、高低聚類及重心分析等空間統(tǒng)計方法,對衡陽市ESV的時空變化進(jìn)行制圖模擬,以期為衡陽市的生態(tài)保護(hù)規(guī)劃與管理提供決策輔助。研究結(jié)果表明:1)2000—2013年衡陽市的ESV略有降低,由2000年的2 410億元降至2013年的2 394億元;轉(zhuǎn)移矩陣分析發(fā)現(xiàn)林地及耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地,以及林地轉(zhuǎn)為耕地是引起衡陽市ESV降低的最主要原因。2)衡陽市的ESV高值區(qū)對低值區(qū)呈包圍態(tài)勢;2000—2013年ESV損失區(qū)主要分布于市區(qū)及其東部區(qū)域,而增值區(qū)主要分布于市區(qū)西部區(qū)域。3)衡陽市ESV的空間自相關(guān)與高低值聚集現(xiàn)象明顯,其程度趨于增強(qiáng);ESV重心向西偏北9°方向遷移了245.73 m。可考慮通過限制林地及耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)變、實施“存量”或“減量”用地政策、維護(hù)和強(qiáng)化區(qū)域整體生態(tài)系統(tǒng)格局的連續(xù)性等措施來提高研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值;土地利用;空間統(tǒng)計方法;衡陽市

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指自然生態(tài)系統(tǒng)及其物種所提供的能夠滿足和維持人類生活需要的條件和過程[1-2]。對其價值進(jìn)行定量評估有利于高效、合理配置競爭性環(huán)境資源[3],有利于科學(xué)制定生態(tài)環(huán)境建設(shè)補(bǔ)償政策[4]。Costanza等[5]最先對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(ecosystem service values,以下均用“ESV”表示)進(jìn)行了定量評估,并成為國際可持續(xù)發(fā)展研究的熱點(diǎn)之一。歐陽志云等[6-7]、傅伯杰等[8-9]對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的概念、效用及評估方法進(jìn)行了較詳細(xì)的論述;謝高地等[10-12]多次對Constanza的研究方法進(jìn)行了改進(jìn),得出了適合我國國情的ESV當(dāng)量系數(shù),利用當(dāng)量因子法對區(qū)域ESV進(jìn)行評估已被國內(nèi)外學(xué)者廣泛采納。此外,綜合生態(tài)參數(shù)和價值當(dāng)量,以及從生態(tài)資產(chǎn)角度對區(qū)域ESV進(jìn)行評估的方法也得到了較好應(yīng)用與發(fā)展[13-14]。

土地利用/覆蓋變化(LUCC)影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能[15],其對生態(tài)系統(tǒng)維持服務(wù)功能起決定性作用[16],因此,諸多學(xué)者利用不同方法在不同時間、空間尺度上對土地利用變化引起的ESV變化進(jìn)行了研究[17-18]。隨著3S技術(shù)的發(fā)展,國內(nèi)外已有不少學(xué)者將遙感數(shù)據(jù)與生理生態(tài)模型相結(jié)合,采用當(dāng)量因子進(jìn)行ESV評估,并對其空間分布進(jìn)行制圖模擬,其結(jié)果為區(qū)域保護(hù)決策與管理規(guī)劃的制定提供了很好的支持[19-20]。但利用3S技術(shù)進(jìn)行區(qū)域ESV損益情況的空間分布模擬以及利用空間統(tǒng)計分析來揭示ESV的時空格局變化規(guī)律與特征的研究尚顯不足。

本研究以湖南省衡陽市為例,在ArcGIS 10.0軟件支持下,基于衡陽市多年遙感影像數(shù)據(jù)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展統(tǒng)計數(shù)據(jù),對其ESV進(jìn)行評估,進(jìn)行ESV及其損益的空間分布制圖模擬;并利用空間統(tǒng)計分析方法,探究衡陽市ESV的時空動態(tài)演化特征。研究結(jié)果可為衡陽市進(jìn)行區(qū)域生態(tài)安全管理及發(fā)展生態(tài)型經(jīng)濟(jì)提供必要參考。

1 研究區(qū)概況

衡陽市位于湖南省中南部,湘江中游,衡山之南,是湖南省域副中心城市、中南地區(qū)重要工業(yè)城市、區(qū)域性物流中心,現(xiàn)轄5區(qū)(石鼓區(qū)、雁峰區(qū)、珠暉區(qū)、蒸湘區(qū)、南岳區(qū))5縣(衡陽縣、衡南縣、衡山縣、衡東縣、祁東縣)、代管2個縣級市(耒陽市、常寧市)。地處東經(jīng)110°32′16″～113°16′32″,北緯26°07′05″～27°28′24″,總面積約15 310 km2。近年來,衡陽市經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展迅速,區(qū)域土地利用類型及其空間結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生了較大變化,進(jìn)而影響到區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

采用衡陽地區(qū)2000年、2005年、2010年及2013年同期的LandSatTM遙感影像,空間分辨率30 m×30 m。根據(jù)研究所需,采用目視解譯方式,將研究區(qū)土地利用類型劃分為耕地、林地、草地、濕地、水域、建設(shè)用地及未利用地共7個類型得到研究區(qū)土地利用類型(圖1),其總體精度分別為85.2%、86.5%、88.7%、87.4%,Kappa值超過0.8,達(dá)到本研究所需。相關(guān)經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展數(shù)據(jù)來源于衡陽市統(tǒng)計年鑒。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用格局轉(zhuǎn)變的ESV核算

采用基于單位面積價值當(dāng)量因子的方法對衡陽市土地利用格局轉(zhuǎn)變引起的ESV變化進(jìn)行核算。ESV當(dāng)量因子是生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生服務(wù)的相對貢獻(xiàn)率。根據(jù)謝高地等[10]的定義,中國地區(qū)1個ESV當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價值等于當(dāng)年全國平均糧食單產(chǎn)市場價格的1/7。為使研究結(jié)果體現(xiàn)區(qū)域特征,在利用研究區(qū)糧食產(chǎn)量進(jìn)行ESV當(dāng)量因子計算的同時,引入基于生物量的調(diào)整因子[11]對研究區(qū)的ESV價值系數(shù)進(jìn)行修正。

圖1 衡陽市2000年、2005年、2010年和2013年土地利用類型Fig.1 Maps of land use types in Hengyang City in 2000,2005,2010 and 2013

計算研究區(qū)的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣,并核算研究區(qū)土地利用格局轉(zhuǎn)變引起的ESV損益。傳統(tǒng)的基于各用地類型面積的ESV分析模型,只考慮監(jiān)測期間的ESV數(shù)值的變化,無法深層次地反映ESV損益的去向及來源。基于土地轉(zhuǎn)移矩陣分析ESV,能夠同時考慮各用地類型的ESV的空間轉(zhuǎn)移分布和數(shù)量變化方向,能更深入揭示ESV的變化特征。

核算過程所涉及到的計算公式見表1。

2.2.2 ESV演變的空間統(tǒng)計分析

地理數(shù)據(jù)受空間相互作用及空間擴(kuò)散的影響,某位置上的數(shù)據(jù)與其他位置上的數(shù)據(jù)彼此間存在相互依賴的現(xiàn)象,即空間自相關(guān)性。對ESV在一定地理范圍內(nèi)不同空間單元間的相互影響和依賴程度進(jìn)行分析,是把握其演變特征與規(guī)律的關(guān)鍵。采用Global Moran’s I、Getis-Ord General G探測研究區(qū)ESV在特定尺度上的空間自相關(guān)性、高/低聚類。Global Moran’s I用于分析ESV的整體空間自相關(guān)性,Getis-Ord General G用于探測ESV是否存在空間集聚。重心分析是一種探討地理現(xiàn)象空間分異及其動態(tài)變化過程的方法,運(yùn)用重心概念,分析ESV移動方向及距離來反映區(qū)域ESV的空間差異,探尋其動態(tài)演變過程。

分析中所涉及的公式見表2。

3 結(jié)果與分析

3.1 ESV的變化

3.1.1 ESV結(jié)構(gòu)的變化

基于研究區(qū)遙感解譯數(shù)據(jù)(圖1),利用上述ESV估算模型,得出衡陽市2000年、2005年、2010年及2013年ESV值(表3),并計算這4個時期的ESV均值,制作衡陽市2000—2013年ESV平均分布格局圖(圖2)。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算中利用到的公式及其變量Table 1 Formulas and variables in the ecosystem services value (ESV) accounting

表2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間統(tǒng)計分析中利用到的公式及其變量Table 2 Formulas and variables in the spatial statistical analysis of ecosystem services value (ESV)

續(xù)表

表3 衡陽市2000—2013年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)變化Table 3 Structure changes of ecosystem services value of Hengyang City in 2000—2013

計算結(jié)果表明:①從ESV價值構(gòu)成方面來看,衡陽市各單項生態(tài)功能價值所占比例的大小依次為生物多樣性保護(hù)>水源涵養(yǎng)>土壤形成與保護(hù)>氣候調(diào)節(jié)>氣體交換>原材料>廢物處理>休閑娛樂>食物生產(chǎn)。前5項服務(wù)功能的價值量相對較高且相差不大,2000—2013年平均占總功能價值量的比例分別為15.16%、14.99%、14.37%、13.75%、13.74%;原材料與廢物處理的功能價值量次之,這2項各占總功能價值量的9.23%、9.12%;食物生產(chǎn)與娛樂休閑的價值量最低,兩者各占總功能價值量的2.94%和6.71%。②從ESV變化情況來看,2000—2013年衡陽市ESV變化較緩,所有單項ESV均略有降低,總量減少0.67%。在2000—2005年間,衡陽市ESV量增加了0.62億元,是由于其生態(tài)服務(wù)功能中的廢物處理、水源涵養(yǎng)、氣候調(diào)節(jié)及娛樂休閑的價值量略有增加,分別增加了0.54%、0.25%、0.18%和0.12%;2005—2010年間及2010—2013年間,所有單項ESV均呈減少趨勢。

ESV平均分布格局圖顯示:衡陽市ESV高值區(qū)大體分布于靠近市界線的山林地,而低值區(qū)多分布于市域范圍的較中心處,此范圍內(nèi)地勢較緩,適宜城鎮(zhèn)建設(shè)及農(nóng)耕開發(fā)。整體看來,高值區(qū)與低值區(qū)均具有較好的整體性及連續(xù)性,高值區(qū)對低值區(qū)呈包圍態(tài)勢,低值區(qū)以市區(qū)為核向各縣城區(qū)心蔓延,與衡陽市的盆地地形暗合。

3.1.2 土地利用格局轉(zhuǎn)變的ESV損益

根據(jù)圖1計算衡陽市土地利用格局的轉(zhuǎn)移矩陣,并結(jié)合ESV計算公式,得出由于土地利用格局轉(zhuǎn)變引起的ESV損益結(jié)果(表4),并利用ArcGIS軟件中的柵格計算器及插值分析得出各研究時段的ESV損益空間分布圖(圖3)。

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圖2 2000—2013年衡陽市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(EVS)平均空間分布格局Fig.2 Spatial distribution pattern of average ecosystem services value (EVS) in Hengyang City from 2000 to 2013

計算結(jié)果表明:①2000—2005年間,由于土地轉(zhuǎn)變引起ESV增值5.13億元,損失4.51億元,共計增值0.62億元。增值中貢獻(xiàn)較多的土地利用轉(zhuǎn)變方式為耕地轉(zhuǎn)林地、耕地轉(zhuǎn)水域、林地轉(zhuǎn)水域以及水域轉(zhuǎn)濕地這4種,約86%的增值來自于這4種轉(zhuǎn)變方式;耕地、林地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地是引起此時段ESV損失的主要原因,總損失量的73%由這兩種轉(zhuǎn)變引起。②2005—2010年間,ESV增值56.27億元,損失66.37億元,共計損失10.09億元,顯示出此時段內(nèi)的土地格局變化較另外兩個研究時段更為劇烈。增值中貢獻(xiàn)較多的土地利用轉(zhuǎn)變方式為耕地向林地、水域的轉(zhuǎn)變,高達(dá)70%的增值來自于這兩種轉(zhuǎn)變方式;而林地轉(zhuǎn)為耕地及建設(shè)用地是引起此時段ESV損失的主要原因,總損失量的87%由這兩種轉(zhuǎn)變引起。③2010—2013年間,ESV增值5.85億元,損失12.41億元,共計損失6.57億元。其中耕地與林地的相互轉(zhuǎn)變引起的ESV損益基本持平,造成ESV損失的主要原因在于林地及耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)變,這兩種轉(zhuǎn)變引起ESV損失達(dá)6.1億元。

圖3 2000—2013年衡陽市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(ESV)損益分布空間格局Fig.3 Spatial distribution patterns of profit and loss of ecosystem services value (ESV) in Hengyang City from 2000 to 2013

ESV損益空間分布格局圖顯示:①2000—2005年間,ESV損失區(qū)主要分布于市區(qū)、衡東縣城區(qū)北部以及耒陽市城區(qū)南稍偏東部處;增值區(qū)主要分布于衡陽縣東部、祁東縣西部、衡南縣西南部以及常寧市東部區(qū)域。②2005—2010年間,ESV的損益分布較另外兩個研究時段復(fù)雜,損失區(qū)主要分布于衡陽縣東部與市區(qū)相鄰區(qū)域、衡南縣城區(qū)西南部區(qū)域、耒陽市南端的鐵路及高速公路周邊區(qū)域、衡東山縣的南部及北部區(qū)域、衡山縣南部以及南岳區(qū)西稍偏北部區(qū)域;增值區(qū)主要分布于衡南縣東北部與市區(qū)相接處、衡陽縣西北部、祁東縣西北部、衡東縣東部、常寧市西北部以及耒陽市東北及東南部區(qū)域。③2010—2013年間,ESV損失區(qū)主要分布于衡南縣東部、衡東縣南部以及常寧市東南部區(qū)域,另外市區(qū)以及衡陽縣、衡東縣、衡南縣與市區(qū)接壤區(qū)域的ESV也損失較明顯;增值區(qū)主要分布在衡陽縣北部、衡山縣西北部、衡陽縣西部、祁東縣南部以及耒陽市南部區(qū)域。

3.2 ESV的空間自相關(guān)與高/低聚類分析

計算結(jié)果(表5)顯示:①空間自相關(guān)分析中,4個年份的I值較高,同時引入標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)計量Z(I)用以檢驗空間自相關(guān)的顯著性水平,[其中E(I)、Var(I)分別為指數(shù)I的理論期望值與理論方差值]。結(jié)果顯示,Z(I)值全部高于1%顯著性水平標(biāo)準(zhǔn)值,這表明衡陽市ESV的空間分布具有較強(qiáng)的空間自相關(guān)性,空間分布格局呈聚集模式;另外4個時期的I指數(shù)與Z(I)值呈先下降后上升的趨勢,表明衡陽市的ESV空間自相關(guān)性先趨向減弱再趨于增強(qiáng)。②高/低聚類分析中,4個年份ESV的G指數(shù)無明顯大于E(G)值,但Z(G)值較顯著,表明衡陽市ESV的空間分布存在高值及低值聚集模式;Z(G)值呈先下降后上升趨勢,表明ESV的高值以及低值的聚集程度在2000—2005年間有所弱化,其后又一直增強(qiáng)并超過2000年時的聚集程度。

表5 2000—2013年衡陽市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(ESV)空間自相關(guān)值(I)與高/低聚類指數(shù)Table 5 Spatial autocorrelation &high/low clustering index of ecosystem services value (ESV) in Hengyang City in 2000-2013

3.3 ESV高值區(qū)重心遷移軌跡

根據(jù)表2中的公式4,計算4個年份的ESV加權(quán)重心,制作ESV重心遷移軌跡圖(圖4),并統(tǒng)計其遷移距離(圖5)。由圖4可看出,2000—2013年衡陽市的ESV重心一直落入于珠暉區(qū)長尾沖附近。圖5顯示2000—2013年衡陽市的ESV重心遷移非常緩慢,主要向西稍偏北方向移動,大體上呈“U”型態(tài)勢。ESV重心遷移具有一定的階段性,經(jīng)歷了“緩慢—劇烈—緩慢”的變化階段,2000—2013年間的總遷移直線距離約為247 m,分階段來看,2005—2010年間ESV重心平均年際移動距離最長,為ESV重心遷移的劇烈階段,其余兩個階段平均移動距離相差不大。

4 討論與結(jié)論

本研究以當(dāng)量因子法為基礎(chǔ),對衡陽市的遙感影像進(jìn)行解譯,得到7種類型的土地利用方式,利用生物量指標(biāo)對ESV當(dāng)量因子進(jìn)行修正,估算各年份研究區(qū)的ESV,并對研究區(qū)的ESV分布及損益的空間分布進(jìn)行制圖模擬,運(yùn)用空間自相關(guān)、高低聚類及加權(quán)重心求算等空間統(tǒng)計分析方法,探究衡陽市ESV的時空動態(tài)演化特征。研究結(jié)果可為衡陽市決策者制定符合客觀實際的土地利用結(jié)構(gòu)、進(jìn)行環(huán)境保護(hù)與管理生態(tài)系統(tǒng)提供參考,促進(jìn)衡陽市經(jīng)濟(jì)、社會與生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

研究發(fā)現(xiàn):①2000—2005年,衡陽市ESV總量略有上升,這應(yīng)該主要得益于湖南省自2000年開展實施的退耕還林工程;而2005—2013年衡陽市ESV總量的持續(xù)下降,可能是衡陽市城市化進(jìn)程中侵占林地及耕地帶來的必然問題。②衡陽市ESV的平均分布格局為外圍高內(nèi)心低,這主要與衡陽市的盆地地形有關(guān),已有不少研究發(fā)現(xiàn)地形因子對區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量影響顯著[21-23]。③影響衡陽市ESV損益變化的主要原因為林地、耕地及建設(shè)用地三者間的交互轉(zhuǎn)變,損益分析圖顯示,ESV損失區(qū)主要發(fā)生在市區(qū)及各縣城區(qū)所在地,這應(yīng)是城市建設(shè)使大量耕地及林地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地,衛(wèi)星影像圖顯示,衡陽市的建設(shè)用地面積2000—2013年共增加了18 504.72 hm2。④衡陽市的ESV重心在向西稍偏北方向移動。這可能與其各區(qū)、縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人口增長的不平衡有關(guān)。衡陽市統(tǒng)計年鑒[24]顯示,衡陽市的經(jīng)濟(jì)及人口存在空間分異,耒陽市、常寧市及衡南縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人口增長規(guī)模較祁東縣、衡東縣及衡山縣速度快,衡陽市的縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平趨勢主要為東高西低,這與本研究的ESV重心變化軌跡相呼應(yīng)。

圖4 2000—2013年衡陽市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(ESV)重心落入處(左圖)及其局部放大圖(右圖)Fig.4 Location of ecosystem services value (ESV) gravity centers in Hengyang (left picture) and its partial enlarged detail (right picture) from 2000 to 2013

圖5 2000—2013年衡陽市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(ESV)重心遷移軌跡Fig.5 Moving track of ecosystem services value (ESV) gravity centers in Hengyang City from 2000 to 2013

需要指出的是:①不同的ESV估算方法得到的結(jié)果很可能存在較大差異,目前ESV評估方法可大致分為“基于單位服務(wù)功能價格的方法”和“基于單位面積價值當(dāng)量因子的方法”兩類,相對于服務(wù)價格法,當(dāng)量因子法由于直觀且所需數(shù)據(jù)量少,且該方法特別適用于區(qū)域及全球尺度的ESV評估,便于進(jìn)行結(jié)合GIS進(jìn)行分析,因此研究采用此方法。②當(dāng)量因子法存在缺陷之處,如研究區(qū)域內(nèi)的某種用地類型的面積未發(fā)生變化,但其景觀指數(shù)如斑塊數(shù)目、平均板塊面積、聚集度等發(fā)生了變化,這勢必會對ESV產(chǎn)生影響,雖然生物量法對此能夠有所修正,但不能完美解決此問題,因此有學(xué)者指出應(yīng)進(jìn)行不同空間層次、不同尺度的ESV評估實證分析[10,25]。③除用生物量法進(jìn)行修正外,有學(xué)者還根據(jù)研究區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的實際情況,對其食物生產(chǎn)的ESV系數(shù)進(jìn)行修正[26],或利用突變理論對我國的陸地生態(tài)系統(tǒng)的單位面積ESV系數(shù)進(jìn)行修正[27],不同的區(qū)域修正方法必將產(chǎn)生不同的ESV最終評估結(jié)果。④若能細(xì)分土地利用類型及分析更高分辨率柵格,研究結(jié)果將更為可信;另外限于篇幅,本文主要著重于ESV的平均分布、損益進(jìn)行制圖,以及空間統(tǒng)計方面的相關(guān)分析,未對ESV的時空分異特征及其變化的驅(qū)動機(jī)制進(jìn)行分析,這將在以后的研究中給予完善。

本研究主要結(jié)論如下:

1)2000—2013年,衡陽市的ESV由2000年的2 410億元降至2013年的2 394億元;研究區(qū)中生物多樣性保護(hù)、水源涵養(yǎng)、土壤形成與保護(hù)、氣候調(diào)節(jié)及氣體交換這5項服務(wù)功能較為突出,食物生產(chǎn)與娛樂休閑的價值量最低。衡陽市的ESV高值區(qū)對低值區(qū)呈包圍態(tài)勢,高值區(qū)主要分布于市界四周的山林地,中心區(qū)域由于地勢較緩利于農(nóng)耕及建設(shè),因而成為ESV的低值區(qū),這與衡陽市的盆地地形暗合。

2)林地及耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地,以及林地轉(zhuǎn)為耕地是引起衡陽市ESV降低的最主要原因;ESV損失區(qū)主要分布于市區(qū)、衡南縣、衡陽縣東部區(qū)域、耒陽市城區(qū)南部以及常寧市城區(qū)東南部。

3)衡陽市的ESV表現(xiàn)出明顯的空間自相關(guān)與高低值聚集現(xiàn)象,2000—2013年總ESV呈降低趨勢,但其自相關(guān)與聚集程度趨于增強(qiáng),即其空間分布的破碎化程度在降低;ESV重心一直落入于市區(qū)南部稍偏西與衡南縣車江鎮(zhèn)的交接處,且遷移速度非常緩慢,主要向西稍偏北方向移動,呈“緩慢—劇烈—緩慢”的趨勢。

根據(jù)研究結(jié)論,可考慮以下措施實現(xiàn)對衡陽市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的有效管控:

1)限制林地及耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)變;鼓勵植樹造林、退耕還湖,以抵消建設(shè)用地擴(kuò)張而帶來的ESV損失。

2)對ESV損失區(qū)重點(diǎn)監(jiān)測,實施“存量”或“減量”用地政策以嚴(yán)格控制其范圍,引導(dǎo)ESV系數(shù)低的土地利用類型向高的類型轉(zhuǎn)變。

3)在編制區(qū)域土地利用總體規(guī)劃中,可通過維護(hù)和強(qiáng)化區(qū)域整體生態(tài)系統(tǒng)格局的連續(xù)性,加強(qiáng)對林地、濕地及水域的保護(hù),以提高研究區(qū)ESV。

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Effect of land use transformation pattern in 2000–2013 on ecosystem services in Hengyang City,China*

WANG Kuan1,CAI Zhenghua2,QI Zengxiang1**,CHEN Jian1,LI Hui1,LI Tao1,FENG Qian1
(1.College of Design and Arts,South China University,Hengyang 421001,China;2.Hengyang Institute of Science and Technology Information Research,Hengyang 421001,China)

Using ecosystem services assessment in regional ecological protection is one of the most important ways in ecosystem services mapping.In order to perfect the method of ecosystem services mapping,spatio-temporal variations in ecosystem services value (ESV) in Hengyang Region was simulated based on interpretation of multi-period remote-sensing images of Hengyang City,estimation of ESV with the equivalent factor method and incurred profit-loss due to transformation of land use.Also the results of methods such as spatial autocorrelation,high-low clustering and barycenter analysis were analyzed in ArcGIS 10.0 environment.The results showed that:1) the proportion of ESV components were different in the study area anddecreased with the sequence of biodiversity conservation,water conservation,soil formation and conservation,climate regulation,gas exchange,raw material,waste disposal,entertainment and food production.The ESV for Hengyang City decreased slightly from 241.0 billion Yuan to 239.4 billion Yuan during 2000–2013.The transformation of forests and cultivated lands into construction lands and the transformation of forests into cultivated lands were identified as the main reasons for the decrease in ESV revealed by conversion matrix analysis.2) Areas with low ESV were nearly encircled by those with high ESV.While regions with losses in ESV were mainly distributed around the urban and county districts,value-added regions were located in the western zone of the study area.3) Spatial autocorrelation and value aggregation phenomena were obvious,which tends strengthened.The barycenter of ESV moved 245.73 meters west-northwest 9°.To improve ESV in the study area,measures including limiting transformation of forests and cultivated lands into construction lands,conducting “stock” or “reduction” policy on land use,and preserving and intensifying continuity of whole ecosystem patterns were required.Compared with previous studies,the spatial distribution of ESV was visualized in this study as more precisely expressing the income and transfer of ESV.This was critical for the promotion of more reasonable ecological protection planning and management works in the study area and beyond.

Ecosystem service value;Land use;Spatial statistical analysis;Hengyang City

Oct.17,2016;accepted Mar.3,2017

F301.24

:A

:1671-3990(2017)07-1060-11

10.13930/j.cnki.cjea.160913

王寬,蔡正華,齊增湘,陳堅,李暉,李濤,馮倩.2000—2013年衡陽市土地利用格局轉(zhuǎn)變對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報,2017,25(7):1060–1070

Wang K,Cai Z H,Qi Z X,Chen J,Li H,Li T,Feng Q.Effect of land use transformation pattern in 2000–2013 on ecosystem services in Hengyang City,China[J].Chinese Journal of Eco-Agriculture,2017,25(7):1060-1070

*湖南省科技計劃項目(2015SK2003)、衡陽市社會科學(xué)項目(2015D040,2016D090,2016D038)和衡陽市科技計劃項目(2015KS02)資助

** 通訊作者:齊增湘,主要研究方向為生態(tài)規(guī)劃與設(shè)計。E-mail:ecotope@163.com

王寬,主要研究方向為環(huán)境生態(tài)學(xué)及生態(tài)規(guī)劃與設(shè)計。E-mail:349128948@qq.com

2016-10-17 接受日期:2017-03-03

*This work was supported by the Science &Technology Project of Hunan Province (2015SK2003),the Social Science Project of Hengyang(2015D040,2016D090,2016D038) and the Science &Technology Project of Hengyang (2015KS02).

** Corresponding author,E-mail:ecotope@163.com