張騫, 高松峰, 高成全, 王金柱, 牛磊, 張寧

1. 河南城建學(xué)院測(cè)繪與城市空間信息學(xué)院, 河南平頂山 467036

2. 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 重慶 400715

3. 河南城建學(xué)院建筑與城市規(guī)劃學(xué)院, 河南平頂山 467036

4. 平頂山學(xué)院旅游與規(guī)劃學(xué)院, 河南平頂山 467000

1 前言

陸地生態(tài)系統(tǒng)受人類活動(dòng)影響頻繁, 地表生態(tài)系統(tǒng)類型改變也往往影響人類生存和發(fā)展的根本方式。城市作為人類社會(huì)與自然環(huán)境相互作用最為劇烈的地區(qū), 自改革開放以來(lái), 伴隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的發(fā)展, 城市自然生態(tài)系統(tǒng)越來(lái)越多地受到人類干擾, 主要表現(xiàn)在原有林地、草地和耕地被大量侵占,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力退化。城市是以人類活動(dòng)為主導(dǎo)的一類自然—經(jīng)濟(jì)—社會(huì)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[1], 面對(duì)全球性和區(qū)域性的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題, 探討“地理—生態(tài)”耦合變化的發(fā)生機(jī)理, 以生態(tài)用地作為研究單元, 具有非常重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義[2]。在此背景下, 城市生態(tài)用地的空間格局與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值演變逐漸成為土地資源學(xué)的研究熱點(diǎn)[3-6], 如何從國(guó)土開發(fā)布局與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能互相協(xié)調(diào)角度,提出水土資源空間配置戰(zhàn)略思路和措施是中國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的重大科技需求和理論問(wèn)題[7]。

“生態(tài)用地”是指具有提供生態(tài)產(chǎn)品與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要空間, 在維護(hù)區(qū)域生態(tài)平衡, 保障國(guó)土生態(tài)安全與維持生物多樣性、預(yù)防與緩減自然災(zāi)害領(lǐng)域里發(fā)揮著重要作用[8]。國(guó)內(nèi)這一概念最早由董雅文[9]提出。之后國(guó)內(nèi)學(xué)者圍繞生態(tài)用地概念與內(nèi)涵[10-13]、分類體系[14-16]進(jìn)行了一系列研究。其研究范圍也由全國(guó)[15, 17-19]演化到區(qū)域[13, 20, 21]、城市[11, 22-25]等不同尺度。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)代表著人類及其所居住的自然生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境提供的一類維持人類生存與發(fā)展的必要環(huán)境條件與生態(tài)效用[26], 開展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究,是生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)、生態(tài)功能區(qū)劃和建立生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制、保障國(guó)家生態(tài)安全的重大戰(zhàn)略需求[27]。不同的土地利用類型提供了不同的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[28],如水源涵養(yǎng)、氣候調(diào)節(jié)、空氣凈化、糧食供給等生態(tài)服務(wù)功能均由不同的生態(tài)用地類型提供, 因此目前也普遍認(rèn)為生態(tài)用地的格局演變是導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)發(fā)生轉(zhuǎn)變的重要原因[29]。

在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的定量化分析中, 整體上可以分為價(jià)值量評(píng)估和物質(zhì)量評(píng)估兩類[30], 國(guó)際上以De Groot[31-33]、Costanza[34]的研究成果最為矚目。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估工作開展較早, 作為景觀功能、土地功能分類和評(píng)估的基礎(chǔ), 其影響范圍大, 適用范圍廣[3]。謝高地在 Costanza的研究基礎(chǔ)上, 后續(xù)通過(guò)價(jià)值轉(zhuǎn)換[35]、專家知識(shí)[36]以及單位面積價(jià)值當(dāng)量[37]修正并改進(jìn)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值模型[38], 部分學(xué)者應(yīng)用在不同區(qū)域、城市以及縣域尺度作為價(jià)值評(píng)估的依據(jù)[39-41]。

平頂山市作為國(guó)內(nèi)的典型煤炭資源城市, 面臨資源枯竭、水環(huán)境惡化、采煤區(qū)地表塌陷、空氣污染等一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題, 基于生態(tài)理念的轉(zhuǎn)型發(fā)展是平頂山市亟需解決的首要問(wèn)題。采用RS、GIS技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合平頂山市生態(tài)用地分布類型, 采用謝高地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值當(dāng)量模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換, 研究探索平頂山市生態(tài)用地時(shí)空格局變化、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值定量評(píng)價(jià)以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演變特征三個(gè)科學(xué)問(wèn)題, 以期為資源型城市生態(tài)文明城市建設(shè)提供理論依據(jù)及數(shù)據(jù)支撐。

2 研究區(qū)概況與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

平頂山市位于河南省中部地區(qū), 是豫中地區(qū)的中心城市, 也是國(guó)家重要的能源原材料工業(yè)基地和中原經(jīng)濟(jì)區(qū)重要的煤炭資源與鹽礦資源主產(chǎn)區(qū)。行政區(qū)范圍包含四區(qū)六縣(市)： 新華區(qū)、湛河區(qū)、衛(wèi)東區(qū)、石龍區(qū)、舞鋼市、汝州市、魯山縣、寶豐縣、葉縣、郟縣。全區(qū)面積7882 km2, 2013年常住人口495.7萬(wàn)人, 總?cè)丝?37.5萬(wàn)人, 城鎮(zhèn)化率46.4%。研究區(qū)主要地貌類型有山地、平原、丘陵等, 整體地勢(shì)呈西高東低分布, 最高山峰位于魯山縣西部邊界的堯山, 海拔 2153.1米, 東部則以平原為主。其海拔高度大多在300—700米之間。研究區(qū)為大陸性季風(fēng)氣候, 多年平均氣溫為 14.8—15.2 ℃之間, 年均降水量為1000 mm, 四季分明。

圖1 研究區(qū)示意圖Fig.1 Location map of study area

2.2 生態(tài)用地分類

根據(jù)平頂山市土地利用現(xiàn)狀圖(2012年), 參考《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010—2007), 《第二次全國(guó)土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程》(TD/T 1014—2007), 以土地利用現(xiàn)狀分類為基礎(chǔ)開展生態(tài)用地劃分并與之進(jìn)行科學(xué)銜接, 從生態(tài)系統(tǒng)類型、土地利用類型、土地生態(tài)功能三個(gè)方面來(lái)劃分平頂山市生態(tài)用地類型。操作在ArcGIS 10.3中合并土地類型后將平頂山市生態(tài)用地類型分為農(nóng)田、林地、草地、水域四個(gè)大類, 按照生態(tài)系統(tǒng)類型和土地利用現(xiàn)狀又進(jìn)行了二級(jí)地類劃分。具體分類情況詳見(jiàn)表1。

2.3 數(shù)據(jù)來(lái)源及技術(shù)處理

所采用的數(shù)據(jù)主要包括3期(1995年、2005年、2015年)Landsat TM/ETM遙感影像, 為盡可能避免因季節(jié)產(chǎn)生的植被覆蓋偏差, 選擇日期分別為 1995年6月30日, 2005年8月17日, 2015年7月24日遙感影像, 同時(shí)搭配30米數(shù)字DEM高程圖、土地利用現(xiàn)狀調(diào)研數(shù)據(jù), 另有2012年土地利用現(xiàn)狀圖作為對(duì)照。遙感影像處理過(guò)程如下：

對(duì)非監(jiān)督分類的遙感影像進(jìn)行目視修改后, 通過(guò)聚類分析、過(guò)濾分析和最大相似值處理, 在精度評(píng)價(jià)過(guò)程中通過(guò)對(duì) Kappa系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn), 其結(jié)果分別為0.91(1995年)、0.85(2005年) 、0.88(2015年), 精度評(píng)價(jià)結(jié)果滿足于研究需求。

2.4 研究方法

2.4.1 生態(tài)用地動(dòng)態(tài)度計(jì)算方法

單一生態(tài)用地變化動(dòng)態(tài)度公式：

式中：ELUC為研究時(shí)段內(nèi)單一生態(tài)用地類型動(dòng)態(tài)度;ELUi、ELUj別為研究初期和研究末期單一生態(tài)用地類型數(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),ELUC的值就是該研究區(qū)某種生態(tài)用地類型年變化率。

表1 平頂山市生態(tài)用地類型Tab.1 Ecological land use types of Pingdingshan city

圖2 遙感影像處理流程圖Fig.2 Remote sensing image processing flow chart

生態(tài)用地綜合動(dòng)態(tài)度公式：

式中：ELUi是研究起始時(shí)間段內(nèi)的第i類生態(tài)用地類型的面積;ΔELUi-j為研究時(shí)段內(nèi)第i類生態(tài)用地類型轉(zhuǎn)為非i類生態(tài)用地類型面積的絕對(duì)值;T為研究時(shí)段長(zhǎng)度。當(dāng)T的時(shí)段設(shè)定為年時(shí), ∑ELUC的值就是該研究區(qū)生態(tài)用地年變化率[42]。

2.4.2 基于單位面積價(jià)值當(dāng)量因子的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估方法

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估模型眾多, 其中以Costanza和謝高地的研究成果應(yīng)用較為廣泛。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的單位面積價(jià)值當(dāng)量是指不同類型生態(tài)系統(tǒng)單位面積上各類服務(wù)功能年均價(jià)值當(dāng)量[37]。計(jì)算方法為采用 1hm2全國(guó)平均產(chǎn)量的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值, 以此當(dāng)量為參照, 在結(jié)合專家知識(shí)的基礎(chǔ)上, 來(lái)確定其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的當(dāng)量因子, 其作用在于可以表征和量化不同類型生態(tài)系統(tǒng)對(duì)生態(tài)服務(wù)功能的潛在貢獻(xiàn)[37]。針對(duì)平頂山市生態(tài)用地分類, 在謝高地2015年提出的單位面積價(jià)值當(dāng)量因子基礎(chǔ)上, 結(jié)合平頂山市土地利用數(shù)據(jù)對(duì)謝高地單位面積價(jià)值當(dāng)量系數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均, 然后對(duì)單位面積價(jià)值當(dāng)量系數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換, 最終確定平頂山市生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值因子系數(shù)(表2)。在充分考慮因物價(jià)變化等人為干擾因素為研究結(jié)果帶來(lái)的影響, 統(tǒng)一采用《2013年河南省統(tǒng)計(jì)年鑒》[43]中的1 hm2的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)食物生產(chǎn)的凈利潤(rùn)作為標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)精確計(jì)算出農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)自然條件下糧食生產(chǎn)的服務(wù)價(jià)值并進(jìn)行價(jià)格轉(zhuǎn)換, 最終確定平頂山市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的食物生產(chǎn)服務(wù)價(jià)值為10770元/hm2。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的測(cè)評(píng)公式為：

式中：ESVt表示研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價(jià)值;Ai表示研究區(qū)生態(tài)用地分類的第i種類型的面積(hm2·a-1);Vi表示第i種生態(tài)用地類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量[34]。

3 結(jié)果與分析

3.1 平頂山市1995—2015年生態(tài)用地演變特征

表2 平頂山市生態(tài)用地單位面積價(jià)值當(dāng)量系數(shù)Tab.2 Ecosystem service value of per unit area in Pingdingshan city

平頂山市生態(tài)用地演變特征可以從其空間分布、結(jié)構(gòu)變化以及面積增減三個(gè)方面來(lái)反映。從空間分布來(lái)看(圖3), 平頂山市市轄區(qū)城市擴(kuò)展呈“東—西”擴(kuò)展方向, 其他各區(qū)縣中心呈現(xiàn)出“集聚—外擴(kuò)”特征, 沿市區(qū)主干道建設(shè)路向西沿平西湖打造的新城區(qū)建設(shè)是農(nóng)田減少的主要原因。林地的空間增長(zhǎng)主要體現(xiàn)在平頂山西部的堯山自然保護(hù)區(qū)建設(shè)與汝州市北部丘陵區(qū)的退耕還林還草措施, 草地空間變化主要體現(xiàn)在汝州市北部和魯山縣以北, 其主要原因是荒草地植樹造林。市區(qū)南部的舞鋼市所屬的石漫灘國(guó)家森林公園對(duì)市區(qū)水域生態(tài)用地貢獻(xiàn)突出, 同時(shí), 平頂山市新城區(qū)的白龜湖國(guó)家濕地公園的建設(shè)以及市建設(shè)路西段的基于采煤塌陷區(qū)打造的白鷺湖國(guó)家城市濕地公園均為水域生態(tài)用地的增長(zhǎng)做出明顯貢獻(xiàn)。從結(jié)構(gòu)與數(shù)量變化來(lái)看(圖4、圖5), 農(nóng)田比例持續(xù)下降, 由 69.30%下降為 53.51%,20年間一共減少126341.39 hm2, 林地比例由1995年的17.46%增長(zhǎng)到2015年的23.76%, 20年間面積增加48952 hm2, 水域比例由2.60%增長(zhǎng)到研究期末的3.72%, 20年間一共增長(zhǎng)8693 hm2。建設(shè)用地比例由 6.72%增長(zhǎng)到 16.27%,20年間一共增長(zhǎng) 74921.09 hm2。草地比例由3.91%下降到2.74%, 相對(duì)于農(nóng)田、林地來(lái)說(shuō), 草地整體所占比例較低, 20年間一共減少9337 hm2。

圖3 平頂山市1995—2015年生態(tài)用地空間變化Fig.3 Spatial of ecological land changes in Pingdingshan city from 1995-2015

圖4 平頂山市生態(tài)用地結(jié)構(gòu)變化Fig.4 Ecological land use structure changes in Pingdingshan city

圖5 平頂山市生態(tài)用地與建設(shè)用地面積變化Fig.5 Ecological land and built-up area changes in Pingdingshan city

3.2 生態(tài)用地轉(zhuǎn)移特征分析

3.2.1 生態(tài)用地變化速率

反映某一類型的生態(tài)用地轉(zhuǎn)移的快慢可以用單一動(dòng)態(tài)度來(lái)表示, 而綜合動(dòng)態(tài)度值則可以反映整體生態(tài)用地在某一研究期內(nèi)的綜合活躍程度。如表3所示, 在1995—2005年間, 水域轉(zhuǎn)移速率最高, 年均增長(zhǎng)幅度達(dá)到 3.8%, 其次是林地, 年均增長(zhǎng)0.99%。草地年均減少2.57%, 農(nóng)田年均減少0.99%。在2005—2015年間, 林地轉(zhuǎn)移速率變化明顯, 年均達(dá)到 2.33%, 水域增長(zhǎng)幅度為年均0.32%, 農(nóng)田在這段時(shí)期內(nèi)減少最為激烈, 年均達(dá)到 1.47%, 其次是草地, 年均減少0.61%。整個(gè)研究區(qū)來(lái)看, 1995—2005年變化幅度要略低于2005—2015年, 在這兩個(gè)研究期內(nèi)不同生態(tài)用地轉(zhuǎn)移速率也不盡相同。1995—2005年間,以水域增加、草地減少為主, 在2005—2015年間,則以農(nóng)田減少、林地增加為主, 整個(gè)研究期內(nèi)生態(tài)用地結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出“兩減兩增”的結(jié)構(gòu)變化特點(diǎn), 主要原因有以下幾點(diǎn)： 1998年舞鋼市石漫灘水庫(kù)的修建, 并于2001年入選首批國(guó)家水利風(fēng)景區(qū)對(duì)該時(shí)期水域的增加貢獻(xiàn)較多; 隨著平頂山市整治采煤塌陷區(qū), 并對(duì)采煤塌陷區(qū)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)所打造的白鷺洲國(guó)家城市濕地公園也為城市濕地增長(zhǎng)做出貢獻(xiàn)。2005年后, 平頂山市進(jìn)行生態(tài)旅游城市建設(shè), 這期間內(nèi)打造的堯山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)和石漫灘國(guó)家森林公園是研究區(qū)內(nèi)林地增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿Α?/p>

表3 平頂山市生態(tài)用地變化率Tab.3 Ecological land change rate in Pingdingshan city

3.2.2 生態(tài)用地轉(zhuǎn)移類型

分析研究區(qū)內(nèi)不同生態(tài)用地類型的穩(wěn)定性情況, 可以通過(guò)計(jì)算各類型生態(tài)用地在保持自身面積不變的保留率來(lái)求得。某一類生態(tài)用地類型保留率越大, 其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能則更穩(wěn)定。利用ArcGIS 10.3的 Dissolve工具將 1995、2015年兩期shp格式數(shù)據(jù)融合, 然后通過(guò)疊置分析, 制作出研究區(qū)生態(tài)用地轉(zhuǎn)移矩陣表(表4)。從表4中可以看出研究區(qū)在 1995—2015年間農(nóng)田保留率最高,達(dá)到 92.97%, 其次是林地, 保留率為 65.34%, 草地和水域分別達(dá)到64.75%和50.62%。農(nóng)田的轉(zhuǎn)移類型主要是建設(shè)用地, 轉(zhuǎn)移比例達(dá)到4.18%, 轉(zhuǎn)移為林地、水域、草地的比例分別為1.87%、0.69%、0.29%,由此可以看出, 建設(shè)用地?cái)U(kuò)展是農(nóng)田減少的主要原因。林地主要轉(zhuǎn)移類型為農(nóng)田和草地, 其比率分別達(dá)到 24.94%和 8.00%, 由此可以得出林地的增長(zhǎng)主要來(lái)源于農(nóng)田和草地的貢獻(xiàn)。草地的主要轉(zhuǎn)移類型為林地和農(nóng)田, 其比率達(dá)到 19.34%和 1 3.6 4%, 其中研究區(qū)北部的荒草地開發(fā)是其主要驅(qū)動(dòng)力。水域的主要轉(zhuǎn)移類型為農(nóng)田, 其轉(zhuǎn)移比率達(dá)到42.95%, 向林地、建設(shè)用地、草地轉(zhuǎn)移比率分別為 1.45%、4.94%、0.02%。從轉(zhuǎn)移矩陣中可以看出, 農(nóng)田的減少主要是由于城市擴(kuò)展對(duì)農(nóng)田的侵占, 草地的減少主要是由于荒草地的開發(fā)所帶來(lái)的影響。林地、水域的增加主要來(lái)源于森林自然保護(hù)區(qū)以及濕地保護(hù)區(qū)的建設(shè),其主要轉(zhuǎn)移類型為農(nóng)田與草地。研究期內(nèi)除了農(nóng)田主要向建設(shè)用地轉(zhuǎn)移外, 林地、草地、水域均由其它生態(tài)用地類型轉(zhuǎn)入, 這說(shuō)明平頂山市自 1995年以來(lái)在森林自然保護(hù)區(qū)建設(shè)、濕地公園建設(shè)以及荒草地開發(fā)方面均取得了一定成就, 對(duì)生態(tài)用地內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整明顯。

3.3 平頂山市1995—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演變分析

根據(jù)聯(lián)合國(guó) MA千禧年計(jì)劃對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的分類[44], 結(jié)合平頂山市生態(tài)用地的單位面積價(jià)值當(dāng)量系數(shù)(表2), 計(jì)算出平頂山市生態(tài)用地結(jié)構(gòu)變化所引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值變化(圖6)。

表4 1995—2015平頂山市生態(tài)用地轉(zhuǎn)移Tab.4 Transfer of ecological land in Pingdingshan city during 1995-2015

圖6 平頂山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)結(jié)構(gòu)變化Fig.6 The structure changes of ecosystem services in Pingdingshan city

從圖6中可以看出, 1995—2015年間, 平頂山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值整體增長(zhǎng), 由1995年的819.46億元增長(zhǎng)到2015年的948.51億元, 年均增長(zhǎng)0.79%。但是其內(nèi)部服務(wù)類型結(jié)構(gòu)又有一定差異。研究期內(nèi)除了供給服務(wù)出現(xiàn)先減少后增加外, 其與各項(xiàng)服務(wù)均不同程度增長(zhǎng), 其中調(diào)節(jié)服務(wù)增長(zhǎng)最多, 20年間增長(zhǎng)107.57億元, 支撐服務(wù)增長(zhǎng)14.74億元, 文化服務(wù)增長(zhǎng)6.69億元。

從單項(xiàng)服務(wù)功能來(lái)看(圖7), 研究期內(nèi)平頂山市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供的食物生產(chǎn)功能的價(jià)值減少最多,20年間共減少 12.25億元, 在食物生產(chǎn)方面應(yīng)引起重視。農(nóng)田的減少主要是由于建設(shè)用地?cái)U(kuò)展引起的,在未來(lái)的國(guó)土與城市規(guī)劃布局中, 平頂山市應(yīng)重點(diǎn)考慮劃定城市擴(kuò)展邊界以及加大農(nóng)村居民點(diǎn)復(fù)墾整治力度, 以維持農(nóng)田生態(tài)服務(wù)功能。

圖7 平頂山市單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值變化雷達(dá)圖Fig.7 Rader map of the single ecosystem service function value changes in Pingdingshan city

20年間森林生態(tài)系統(tǒng)面積的增長(zhǎng)是研究區(qū)調(diào)節(jié)服務(wù)增長(zhǎng)的關(guān)鍵。其中氣候調(diào)節(jié)增長(zhǎng)32.85億元, 水文調(diào)節(jié)增長(zhǎng) 24.09億元, 是森林生態(tài)服務(wù)功能主要增長(zhǎng)類型, 其他各項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值也出現(xiàn)不同程度增長(zhǎng)。林地的增長(zhǎng)對(duì)提高區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值具有重要意義, 平頂山市應(yīng)圍繞市內(nèi)的國(guó)家森林自然保護(hù)區(qū)劃定生態(tài)保護(hù)紅線, 施行禁止城鎮(zhèn)建設(shè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和礦產(chǎn)資源開發(fā)等改變保護(hù)區(qū)內(nèi)生態(tài)用地類型的舉措。

平頂山市市區(qū)內(nèi)有湛河穿城而過(guò), 新城區(qū)有白龜山國(guó)家濕地公園, 市區(qū)建設(shè)路西段有依托采煤塌陷區(qū)打造的白鷺洲城市濕地公園, 舞鋼市毗鄰石漫灘水庫(kù), 魯山縣西有昭平臺(tái)水庫(kù), 水域生態(tài)系統(tǒng)極大地提高了平頂山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值。研究期內(nèi)水文調(diào)節(jié)服務(wù)一共增長(zhǎng) 59.28億元, 是水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的主要貢獻(xiàn)類型, 其次是生物多樣性和水資源供給分別貢獻(xiàn)6.28億元、5.09億元。圍繞水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù), 應(yīng)注意各支流水質(zhì)監(jiān)測(cè), 關(guān)注水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題, 嚴(yán)禁污水排放、圍湖造田等危害水域生態(tài)安全的行為。

研究期內(nèi)草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均出現(xiàn)不同程度下降, 其中氣候調(diào)節(jié)功能下降最多, 達(dá)到 5.24億元, 研究期內(nèi)草地向林地、農(nóng)田的轉(zhuǎn)換是其減少的主要原因。草地每公頃的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總值為21.21萬(wàn)元, 略低于林地的 23.73萬(wàn)元·hm-2, 高于農(nóng)田的4.14萬(wàn)元·hm-2, 開發(fā)荒草地雖然可以提高食物生產(chǎn)的生態(tài)服務(wù)功能, 但是對(duì)整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值而言存在不利影響, 圍繞草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),應(yīng)考慮其向林地的轉(zhuǎn)換或維持草地其本身的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。

表5 平頂山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化Tab.5 1995-2015 changes of ecosystem service value in Pingdingsdhan city

4 討論

以河南省 1 hm2平均產(chǎn)量的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值作為計(jì)算單位, 結(jié)合專家知識(shí)確定其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量因子, 其結(jié)果可完全消除人為因素干擾, 在實(shí)際應(yīng)用中所需參數(shù)較少, 操作便捷。謝高地基于2010年物價(jià)成本核算得到河南省的生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值服務(wù)為 5295.76億元[38], 本研究基于2012年物價(jià)成本核算得到平頂山市研究期末生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為 948.51億元, 兩者比較來(lái)看, 研究結(jié)果略高于謝高地的年均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。主要原因除了有 2012年物價(jià)成本于 2010年物價(jià)成本外,由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在年內(nèi)不同月份也存在變化[38], 所選用的研究數(shù)據(jù)月份均處于一年中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最高的7—8月, 從而造成數(shù)值偏高。通過(guò)當(dāng)量因子法核算平頂山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值,能夠較為直觀的發(fā)現(xiàn)平頂山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量的變化趨勢(shì), 同時(shí), 對(duì)于單一某項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變化趨勢(shì)也可以做出判斷。雖然研究期內(nèi)平頂山市整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)處于增長(zhǎng)階段, 但是對(duì)于食物生產(chǎn)、原料供給等生態(tài)服務(wù)功能下降仍需引起重視, 深入探討生態(tài)用地空間格局與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演變的機(jī)理, 提高平頂山市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值是維持平頂山市生態(tài)平衡與確保平頂山市生態(tài)安全的關(guān)鍵。

采用單位面積價(jià)值當(dāng)量系數(shù)來(lái)評(píng)估市級(jí)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值, 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)市級(jí)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的快速核算。然而仍然存在一定的局限性。主要原因有以下幾點(diǎn)： (1)核算結(jié)果為生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)本身生態(tài)功能提供的生態(tài)服務(wù)價(jià)值, 并不包括通過(guò)人為投入和控制生產(chǎn)和增加的已包含在 GDP核算中的產(chǎn)品與服務(wù)[38], 可能會(huì)導(dǎo)致評(píng)估價(jià)值的結(jié)果偏低。(2)隨著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)理論未來(lái)的發(fā)展以及人們對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)認(rèn)識(shí)的提高, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的分類可能會(huì)發(fā)生改變。(3)針對(duì)全國(guó)不同生態(tài)類型區(qū)域、不同城市的生態(tài)資產(chǎn)核算研究需要對(duì)單位面積價(jià)值當(dāng)量系數(shù)進(jìn)行更精確的改進(jìn), 使結(jié)果更滿足于不同需求導(dǎo)向的城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)核算。(4)隨著高分遙感影像的發(fā)展, 高精度遙感影像數(shù)據(jù)的獲取對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評(píng)估結(jié)果會(huì)更加精確。

5 結(jié)論

以平頂山市作為研究對(duì)象, 采用RS、GIS技術(shù)及單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量系數(shù), 探討了平頂山市 1995—2015年間的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演變過(guò)程與結(jié)果分析, 主要結(jié)論如下：

(1)1995—2015年間, 平頂山市生態(tài)用地空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變, 林地比例由 1995年的 17.46%增長(zhǎng)到2015年的23.76%, 水域比例由2.60%增長(zhǎng)到3.72%,農(nóng)田比例由69.30%下降到53.51%, 草地由3.91%下降到2.74%, 整個(gè)研究期內(nèi)呈現(xiàn)出“林地、水域增加,農(nóng)田、草地減少”的生態(tài)用地變化格局。

(2)2015年研究期末平頂山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為948.51億元。20年間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值一共增加129.05億元, 年均增長(zhǎng)0.79%。

(3)就生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類別而言, 平頂山市調(diào)節(jié)服務(wù)增長(zhǎng)最多, 20年間增長(zhǎng)107.57億元。研究期內(nèi)調(diào)節(jié)服務(wù)由 64.72%增長(zhǎng)到 67.25%, 支持服務(wù)由21.27%下降到 19.92%, 供給服務(wù)由 10.47%下降到9.05%, 文化服務(wù)由3.56%增長(zhǎng)到3.78%。

(4)從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能來(lái)看, 平頂山市水文調(diào)節(jié)功能是關(guān)鍵, 20年間一共增長(zhǎng)70.70億元。其次是氣候調(diào)節(jié)功能增長(zhǎng) 25.49億元, 生物多樣性功能增長(zhǎng)14.37億元、水資源供給功能增長(zhǎng)11.97億元、景觀美學(xué)功能增長(zhǎng)6.69億元。需要注意的是, 平頂山市食物生產(chǎn)、原料供給、維持養(yǎng)分功能分別下降了10.53、1.38、0.83億元, 其中食物生產(chǎn)功能退化是平頂山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的主要問(wèn)題。

(5)平頂山市森林生態(tài)系統(tǒng)和水域生態(tài)系統(tǒng)面積的增長(zhǎng)是價(jià)值增長(zhǎng)的主要因素, 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的減少是食物生產(chǎn)、原料供給功能下降的主要原因。平頂山市應(yīng)圍繞森林生態(tài)系統(tǒng)、水域生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分區(qū), 同時(shí)劃定生態(tài)用地自然保護(hù)區(qū)紅線,嚴(yán)禁對(duì)森林、水域生態(tài)用地的不合理開發(fā)利用, 同時(shí)應(yīng)明確城市擴(kuò)展邊界, 加大對(duì)市內(nèi)的農(nóng)村居民點(diǎn)復(fù)墾力度, 以維持農(nóng)田的食物生產(chǎn)與原材料供給功能。

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