東南沿海土地利用轉(zhuǎn)型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值研究
——以甬江流域?yàn)槔?/h1>
2020-06-15 10:04:40周子靖姜文達(dá)史作琦李加林趙夢(mèng)琪邵姝遙
水土保持通報(bào) 2020年2期
周子靖， 姜文達(dá)， 史作琦， 李加林,3， 趙夢(mèng)琪， 邵姝遙
(1.寧波大學(xué) 地理與空間信息技術(shù)系， 浙江 寧波 315211；2.寧波大學(xué) 研究生院， 浙江 寧波 315211， 浙江 寧波 315211； 3.寧波大學(xué) 東海研究院， 浙江 寧波)
人類(lèi)長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)土地的經(jīng)營(yíng)與改造力度隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展越來(lái)越大，生態(tài)環(huán)境所承受的壓力也不斷地變大，當(dāng)其自我更新的速度已經(jīng)跟不上人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用的步伐時(shí)，如何保持人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展便成為一個(gè)必須要解決的問(wèn)題。土地利用/土地覆被變化(LUCC)是自然因素和人類(lèi)活動(dòng)引起的陸地生態(tài)系統(tǒng)格局、結(jié)構(gòu)、類(lèi)型的最直觀體現(xiàn)。LUCC不僅改變了地表景觀結(jié)構(gòu)，也改變了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和群落組成，直接影響著地球外部各圈層的物質(zhì)和能量交換、循環(huán)過(guò)程，進(jìn)而改變著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是支持和滿(mǎn)足人類(lèi)生存的自然生態(tài)系統(tǒng)及其組成物種的條件和過(guò)程，是人類(lèi)社會(huì)賴(lài)以存在和發(fā)展的基礎(chǔ)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值指生態(tài)系統(tǒng)提供的商品和服務(wù)，包括自然資本的物流、能流和信息流，通過(guò)評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空變化，來(lái)反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的一種方法。謝高地在Costanza后[1]，通過(guò)對(duì)生態(tài)學(xué)背景的專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，基于專(zhuān)家知識(shí)建立了適合中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值評(píng)價(jià)方法[2]。雖然國(guó)外[3-5]及國(guó)內(nèi)[6-8]的其他學(xué)者也通過(guò)其他角度對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了估算，但目前國(guó)內(nèi)對(duì)于生態(tài)服務(wù)價(jià)值的研究大都參考謝高地等總結(jié)出的評(píng)價(jià)方法，測(cè)算研究區(qū)域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值[9-11]。目前國(guó)內(nèi)對(duì)甬江流域的研究集中水污染方面[12]，對(duì)于人類(lèi)活動(dòng)對(duì)流域土地利用類(lèi)型的影響以及土地利用的生態(tài)服務(wù)價(jià)值方面研究較少。為此，本文基于甬江流域土地利用轉(zhuǎn)型，分析了研究區(qū)土地利用時(shí)空格局變化，在RS和GIS技術(shù)支持下，對(duì)其生態(tài)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估，并進(jìn)行生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間分布的制圖模擬以及時(shí)空演變特征分析，為區(qū)域合理利用土地資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境提供理論和實(shí)踐指導(dǎo)。
1 研究區(qū)概況
甬江流域位于我國(guó)東南沿海，浙江省東北部，寧紹平原東部的三江平原地區(qū)，介于29°24′N(xiāo)—30°49′N(xiāo)，120°49′E—120°56′E之間。甬江流域面積約為3 788 km2，全長(zhǎng)105 km，是寧波最主要的河流之一，由奉化江和余姚江兩江在寧波市區(qū)三江口匯集而成，是浙江省七大水系之一[13]。甬江流域的大地構(gòu)造單元屬華南褶皺系，浙東南褶皺帶的新昌-定海斷隆區(qū)。流域四周丘陵山區(qū)出露的地層多為上侏羅統(tǒng)陸相火山巖系，其次為下白堊統(tǒng)陸相沉積碎屑巖夾火山巖[14]。甬江處于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨。多年平均降水量1 505 mm；年平均日照時(shí)數(shù)1 900～2 100 h；年平均氣溫 16.1～16.5 ℃，最熱月7月平均氣溫為 27.5～28.2 ℃，最冷月1月平均氣溫為 3.9～4.9 ℃，年際變化較小。冬季受北方蒙古-西伯利亞高壓冷氣團(tuán)控制，以晴冷干燥天氣為主。春季冷高壓氣團(tuán)逐漸衰退，來(lái)自太平洋的暖濕氣團(tuán)增強(qiáng)，與還未撤離出境的冷空氣相遇，降水增多。受到準(zhǔn)靜止鋒帶來(lái)的梅雨的影響，甬江流域降水量通常在6月出現(xiàn)峰值，7—9月則受副高北移影響，天氣炎熱少雨，但是又由于太平洋上熱帶氣旋帶來(lái)的雨水，使得其不至于非常干燥。甬江流域包含區(qū)域大部分位于寧波市的江北區(qū)、鄞州區(qū)、海曙區(qū)、鎮(zhèn)海區(qū)、奉化區(qū)及余姚市，小部分位于北侖區(qū)、慈溪市及寧?？h，區(qū)位條件優(yōu)越，交通便利。在人口規(guī)模上，截止2015年底，寧波市全市擁有戶(hù)籍人口586.6萬(wàn)人，其中市區(qū)人口232.1萬(wàn)人。其中流域流經(jīng)行政區(qū)劃內(nèi)的人口為468.8萬(wàn)人，平均人口密度為711人/km2[14]。甬江流域作為寧波市范圍內(nèi)一個(gè)重要的區(qū)域，對(duì)寧波社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化的推進(jìn)起到了重要的作用，但在工業(yè)化和城市化進(jìn)程中，其土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)土地資源的開(kāi)發(fā)加重了土地利用的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度。
2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法
2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源
本文所采用的1980，1990，1995，2000，2005，2010和2015年7個(gè)時(shí)期甬江流域1∶10萬(wàn)土地利用矢量數(shù)據(jù)來(lái)自地理信息云平臺(tái)(http:∥www.gscloud.cn/)，空間分辨率為30 m。根據(jù)全國(guó)土地資源分類(lèi)系統(tǒng)及本文研究需要，將研究區(qū)土地利用類(lèi)型分為7種：耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地、灘涂以及包括在流域邊界線內(nèi)的海域部分標(biāo)注為海域。其他數(shù)據(jù)還包括甬江流域邊界圖、甬江流域地理背景數(shù)據(jù)及各相關(guān)統(tǒng)計(jì)部門(mén)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和其他社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。
2.2 研究方法
2.2.1 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 轉(zhuǎn)移矩陣法是基于生態(tài)學(xué)中馬爾可夫鏈的數(shù)學(xué)過(guò)程，能同時(shí)表達(dá)出某種土地利用類(lèi)型的儲(chǔ)存量及流動(dòng)量，是定量分析土地利用轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)步驟。通過(guò)ArcGIS 10.2軟件，對(duì)不同時(shí)間斷面的甬江流域土地利用矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加得到土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，以直觀地表示研究區(qū)土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)化的方向和數(shù)量。
2.2.2 土地利用動(dòng)態(tài)變化 土地利用綜合動(dòng)態(tài)度與單一動(dòng)態(tài)度指數(shù)可以用來(lái)描述區(qū)域和某種土地利用類(lèi)型變化的強(qiáng)度和速度。單一土地利用動(dòng)態(tài)度表達(dá)式為：
(1)
式中：K為某種土地利用類(lèi)型在研究期內(nèi)的變化率；Ua，Ub分別為某種地類(lèi)在研究期初和期末的數(shù)量。T為研究時(shí)段長(zhǎng)。
某一研究區(qū)的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度可表示為：
(2)
式中：LC表示在t2-t1時(shí)期內(nèi)的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度； ΔLA(ij)表示t2-t1時(shí)段內(nèi)第i類(lèi)土地轉(zhuǎn)變?yōu)榉莍類(lèi)土地的絕對(duì)值； ΔLA(i,t1)為區(qū)域內(nèi)第i類(lèi)土地類(lèi)型在監(jiān)測(cè)初始階段t1時(shí)期的面積；t2-t1表示研究時(shí)段長(zhǎng)度。
2.2.3 土地利用程度 采用土地利用程度指數(shù)來(lái)量化土地的開(kāi)發(fā)利用程度，其計(jì)算公式為：
(3)
式中：L為研究區(qū)的土地利用程度綜合指數(shù)；Ai為研究區(qū)內(nèi)第i級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù)；Ci為研究區(qū)內(nèi)部第i級(jí)土地利用程度的面積百分率；n為土地利用程度分級(jí)數(shù)。據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)及研究需要?jiǎng)澐滞恋乩贸潭确旨?jí)表(表1)。
土地利用程度變化指數(shù)用來(lái)度量土地開(kāi)發(fā)利用程度的變化，表達(dá)式為：
ΔLb-a=Lb-La=
(4)
式中：Lb,La分別為時(shí)刻b和時(shí)刻a研究區(qū)的土地利用程度綜合指數(shù)； ΔLb-a反映了研究區(qū)土地利用變化程度的趨勢(shì)，如果ΔLb-a為正值，則該地區(qū)土地利用屬于發(fā)展期，ΔLb-a為負(fù)值，該地區(qū)土地利用處于調(diào)整期或衰退期。但是，ΔLb-a的大小不能反映生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣。
表1 土地利用程度分級(jí)
2.2.4 生態(tài)服務(wù)價(jià)值 參考Constanza[1]、謝高地等人的生態(tài)服務(wù)價(jià)值估算方法，結(jié)合本文實(shí)際研究需要，定義生態(tài)服務(wù)價(jià)值的表達(dá)公式為
ESVi=Pi·O·a
(5)
式中：ESVi表示研究區(qū)第i種土地利用類(lèi)型單位面積的生態(tài)服務(wù)價(jià)值(元/km2)；Pi為研究區(qū)第i種主要糧食作物的單位價(jià)格(元/kg)；O表示研究糧食作物的單位面積產(chǎn)量(kg/km2)；a表示價(jià)值修正系數(shù)，生態(tài)系統(tǒng)自然狀態(tài)下提供的經(jīng)濟(jì)價(jià)值是現(xiàn)有單位面積農(nóng)田提供的食物生產(chǎn)服務(wù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的1/7。
由此可計(jì)算出甬江流域單位面積上各土地利用類(lèi)型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，則各年份研究區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值量的計(jì)算模型為：
(6)
農(nóng)作物價(jià)格的波動(dòng)會(huì)對(duì)ESV產(chǎn)生影響，為消除其影響，以寧波市主要糧食作物播種面積、產(chǎn)量及1980—2015年的各作物平均價(jià)格為基準(zhǔn)，計(jì)算出甬江流域耕地自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值約為182 760.616 5元/km2。
在確定單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)食物生產(chǎn)服務(wù)功能生態(tài)價(jià)值基礎(chǔ)上，參考“中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表”，結(jié)合寧波市實(shí)際情況對(duì)地類(lèi)進(jìn)行合并歸類(lèi)(表2)。Constanza等認(rèn)為建設(shè)用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為零。雖然建設(shè)用地實(shí)際情況中通過(guò)影響其他因素具有了一定的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，但由于其計(jì)算難度較大，且數(shù)值較小，本文對(duì)其不予涉及。結(jié)合實(shí)際情況，將耕地、草地、水體、林地、灘涂及未利用地結(jié)合不同的系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。
表2 1980-2015年甬江流域各土地利用類(lèi)型單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值 104元/km2
3 結(jié)果與分析
3.1 土地利用變化分析
3.1.1 土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)移分析 借助轉(zhuǎn)移矩陣來(lái)分析土地利用類(lèi)型在不同時(shí)期的轉(zhuǎn)移方向和數(shù)量(表3)，1980—2015年，研究區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)移面積最大的為耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，89.36%的耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，轉(zhuǎn)移面積為521.90 km2。草地主要轉(zhuǎn)出為林地，轉(zhuǎn)出率為93.03%，海域主要轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地及草地。建設(shè)用地轉(zhuǎn)入來(lái)源多，轉(zhuǎn)出較少，主要由耕地和林地轉(zhuǎn)移而來(lái)，轉(zhuǎn)入比重分別為92.61%,6.29%。林地主要轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地、耕地和草地，水域主要轉(zhuǎn)出為耕地和建設(shè)用地，灘涂主要轉(zhuǎn)出為水域，未利用地主要轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地。面積增加最多的為建設(shè)用地，減少最多的為耕地，海域和灘涂，海域和灘涂在研究初期面積較小且在研究期末全部轉(zhuǎn)出為其它土地利用類(lèi)型。35 a間，甬江流域在土地利用轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，各土地利用類(lèi)型之間發(fā)生復(fù)雜轉(zhuǎn)換。在甬江流域內(nèi)部，姚江與奉化江兩支流流域土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)化復(fù)雜，主要為耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，其中姚江流域轉(zhuǎn)化面積為246.42 km2，主要集中在姚江流域中部；奉化江轉(zhuǎn)化面積為93.07 km2，主要為奉化江流域的北部、中部及東部的部分林地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。奉化江流域除耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化外，主要的土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)化類(lèi)型為林地向耕地的轉(zhuǎn)化及草地向林地的轉(zhuǎn)化；姚江流域除耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化外，主要的土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)化類(lèi)型為耕地向水域的轉(zhuǎn)化及林地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化。而主流流域的土地利用轉(zhuǎn)化與支流流域相比相對(duì)簡(jiǎn)單，主要是耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)移面積為182.41 km2。
表3 1980-2015年甬江流域土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km2
3.1.2 土地利用數(shù)量和結(jié)構(gòu)變化分析 由表4可以看出，1980—2015年甬江流域各土地利用類(lèi)型在數(shù)量和結(jié)構(gòu)上發(fā)生了較大的變化。1980年甬江流域面積最大的土地利用類(lèi)型為耕地，其次為林地，兩者共占總面積的92.44%。到1995年耕地面積大幅度減少，林地面積增加并成為甬江流域占地面積最大的用地類(lèi)型。
2015年耕地與林地二者總面積下降到最低值，占比為77.70%。建設(shè)用地面積于35 a間持續(xù)增加且增速明顯，從1980年的3.91%增加到2015年的18.60%。隨著城市化的快速發(fā)展，人口的增長(zhǎng)及農(nóng)業(yè)人口的非農(nóng)化，耕地與建設(shè)用地的短缺成為重大問(wèn)題，而這兩種用地類(lèi)型適宜布局的地理位置又具有極大的相似性。土地總量的限制造成了兩者之間的矛盾。但由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建設(shè)用地不斷地快速增加，從而使得耕地呈波動(dòng)減少趨勢(shì)。甬江流域的耕地目前已從1980年的1 855.60 km2減少為2015年的1 302.09 km2，耕地保護(hù)已刻不容緩。
1980—2015年海域面積及比例在2010年及前無(wú)明顯變化，在2010—2015年的5 a間內(nèi)占比快速減少至完全消失。草地面積及比例在前10 a減少相對(duì)其本身較大，于此后25 a變化較小，且草地總面積占研究區(qū)總面積比重小。水域面積持續(xù)增加，但增速不均。灘涂面積即比例在1980—1990年增加，在1990—2000年之間不變，在2000—2005年迅速減小，在2005—2010年保持不變，最后于2010—2015年減小至消失。未利用地面積及比例于1980—1990年的10 a間減小明顯后在1990—1995年間有較小增加，之后并無(wú)變化。1980年寧波市國(guó)民生產(chǎn)總值為29.53億元，2015年已增加至8 003.61億元。隨著三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)趨向合理化及經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，未利用地及灘涂等也被積極開(kāi)發(fā)，獲得更多經(jīng)濟(jì)效益，水利設(shè)施的修建能提供更好的灌溉條件，提高耕地效益，導(dǎo)致其水域面積也得到了一定增加。
表4 甬江流域各時(shí)期土地利用類(lèi)型結(jié)構(gòu)
3.1.3 土地利用速率分析 土地利用綜合動(dòng)態(tài)度與單一動(dòng)態(tài)度指數(shù)可以用來(lái)描述區(qū)域和某種土地利用類(lèi)型變化的速度，自此基礎(chǔ)上得出甬江流域7個(gè)時(shí)間段內(nèi)的土地綜合利用動(dòng)態(tài)度及個(gè)土地利用類(lèi)型土地利用單一動(dòng)態(tài)度(表5)。1980—2015年，土地綜合利用動(dòng)態(tài)度為0.42%。其中，1990—1995年、2000—2005年兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)土地綜合利用動(dòng)態(tài)度較大，分別為1.36%與1.65%。1980—1990年、2005—2010年兩個(gè)時(shí)間段土地利用綜合動(dòng)態(tài)度較小，都為0.1%?？梢?jiàn)甬江流域土地利用變化情況于前期和后期較為穩(wěn)定，中期波動(dòng)較大。建設(shè)用地是整個(gè)研究期面積變化最大的土地利用類(lèi)型，共增加556.63 km2，土地利用單一動(dòng)態(tài)度為10.74%，35 a間單一動(dòng)態(tài)度均為正數(shù)，面積持續(xù)增長(zhǎng)。面積減小最大的為耕地，減少553.51 km2，但由于耕地利用面積基數(shù)較大，所以動(dòng)態(tài)度較小。動(dòng)態(tài)度最小的為林地，總的來(lái)看，林地雖然在各個(gè)小時(shí)間段內(nèi)均有變化且有個(gè)別年份變化幅度較大，但是35 a間總體較為平衡。土地開(kāi)發(fā)利用綜合動(dòng)態(tài)度和單一動(dòng)態(tài)度在不同時(shí)間段內(nèi)表現(xiàn)出較大的差異，反映了甬江流域開(kāi)發(fā)利用的不均衡以及不確定性。開(kāi)墾農(nóng)田與退耕還林發(fā)生在同一區(qū)域的土地上，增大了經(jīng)濟(jì)成本，破壞了生態(tài)環(huán)境。耕地與建設(shè)用地的交替轉(zhuǎn)換，降低了土地的生產(chǎn)力。破壞了土地的可持續(xù)利用性。
表5 1980-2015年甬江流域土地利用變化速率
3.1.4 土地利用程度變化分析 通過(guò)計(jì)算得到甬江流域土地利用程度指數(shù)，運(yùn)用ArcGIS10.2軟件并選取其中的1980,1990，2000，2010和2015年這5個(gè)時(shí)間斷面的土地利用程度進(jìn)行空間化分析，再對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分等定級(jí)，并最終將評(píng)價(jià)結(jié)果分為極弱、弱、中、強(qiáng)和極強(qiáng)5個(gè)等級(jí)，從而反映甬江流域土地利用程度空間變化(表6)。
時(shí)間上，在研究期內(nèi)，甬江流域土地利用程度總體呈上升趨勢(shì)，反映研究期間人類(lèi)對(duì)甬江流域土地利用程度不斷上升。1990—1995年土地利用程度有略微下降，2000—2005年土地利用程度綜合指數(shù)增幅最大，增加了8.27(表7)。
表6 土地開(kāi)發(fā)利用程度等級(jí)
表7 1980-2015年甬江流域土地利用程度指數(shù)
空間上，35 a間甬江流域土地開(kāi)發(fā)利用程度區(qū)域差異明顯，北部高于南部，東部高于西部，干流流域高于支流流域，且干支流匯合點(diǎn)三江口也是土地利用程度極強(qiáng)點(diǎn)和中等以上土地利用程度向外輻射發(fā)散點(diǎn)，除所占面積極少的極弱程度的土地分布在干流流域邊緣，中等程度以下的弱程度土地均分布在支流流域，主要在奉化江流域及姚江流域中靠近奉化江流域的南部地區(qū)(圖1)。研究區(qū)內(nèi)，1980年土地利用開(kāi)發(fā)利用程度分布差異已較為明顯，中等以上程度合計(jì)占65.08%，面積最多的為土地開(kāi)發(fā)利用程度強(qiáng)的土地，為41.24%。土地開(kāi)發(fā)利用程度為極強(qiáng)的土地較多地分布在寧波市區(qū)范圍的中心地帶，即三江口。土地開(kāi)發(fā)利用程度為極弱的土地分布在研究區(qū)東北角。1990年土地利用開(kāi)發(fā)利用程度為中等以上的土地面積有所增加，合計(jì)占甬江流域總面積的65.40%，在整個(gè)研究區(qū)中，面積最多的仍為土地開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度強(qiáng)的土地，由1990年土地開(kāi)發(fā)利用程度分布圖可看出，土地開(kāi)發(fā)利用程度為極強(qiáng)和強(qiáng)的土地面積增加發(fā)生在余姚市的北部。2000年土地利用開(kāi)發(fā)強(qiáng)度為中等以上的土地面積有所減少，占甬江流域總面積的64.83%，弱級(jí)土地仍然沒(méi)有變化，極強(qiáng)級(jí)土地面積持續(xù)增加，占總面積的4.76%。由2000年土地開(kāi)發(fā)利用程度分布圖可見(jiàn)，研究區(qū)土地利用強(qiáng)度由西向東，由上游向下游轉(zhuǎn)移。2010年土地開(kāi)發(fā)利用程度為中等以上的土地面積增加了1.99%，土地開(kāi)發(fā)利用程度弱的土地面積比例最大，為33.09%，但其比例減少了1.93%，由2010年土地開(kāi)發(fā)利用程度分布圖可看出，各市范圍內(nèi)均有較高利用程度的土地增加，且總體變化十分顯著，姚江流域的西北部地區(qū)及三江口地區(qū)的土地利用程度利用程度大幅度提高。2015年土地開(kāi)發(fā)利用程度為中等以上的土地面積比例增加至最大值67.35%，極弱級(jí)別土地消失，減少為0，由2015年土地開(kāi)發(fā)利用程度分布圖可看出，各市范圍內(nèi)均有較高利用程度的土地明顯增加，總體變化較明顯。
3.2 生態(tài)效應(yīng)研究分析
甬江流域各用地類(lèi)型的不斷相互轉(zhuǎn)化的同時(shí)，生態(tài)環(huán)境也在發(fā)生著相應(yīng)的變化。通過(guò)對(duì)甬江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算可以定量地分析土地利用對(duì)生態(tài)效應(yīng)的影響，還可以通過(guò)不同時(shí)相甬江流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間分布圖反映土地利用變化帶來(lái)的生態(tài)效應(yīng)空間分布及變化。
3.2.1 生態(tài)服務(wù)價(jià)值時(shí)間變化 1980—2015年甬江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值處于不斷的變化之中，1980，1990，1995，2000，2005，2010和2015年生態(tài)服務(wù)價(jià)值分別為104.41，105.46，109.95，106.04，105.43，105.06和105.14億元?？梢悦黠@地看出，甬江流域生態(tài)服務(wù)總價(jià)值在1995年之前不斷增加，但是之后不斷減少。1995—2015年的20 a期間，甬江流域生態(tài)服務(wù)總價(jià)值共減少4.81億元，說(shuō)明在人類(lèi)活動(dòng)的影響下，甬江流域生態(tài)系統(tǒng)在1995年之后的20 a內(nèi)顯著退化，變得更加脆弱。
從生態(tài)系統(tǒng)的總體價(jià)值來(lái)看，甬江流域地區(qū)最主要的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型是林地，在整個(gè)研究期間價(jià)值總量均為最大，35 a中，林地于1995年達(dá)到生態(tài)服務(wù)價(jià)值的最大值759 924.44萬(wàn)元，其次為水體和耕地，35 a間，水體生態(tài)服務(wù)價(jià)值不斷增加，由1980年的211 846.43萬(wàn)元增至2015年的264 179.35萬(wàn)元；耕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值除2000年有少量回升外不斷減少，由1980年的131 921.97萬(wàn)元降至2015年的92 570.53萬(wàn)元。灘涂生態(tài)服務(wù)價(jià)值先增后減，而草地生態(tài)服務(wù)價(jià)值先減后增，但二者生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量都不高。價(jià)值量最小的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型是未利用地，研究期內(nèi)，未利用地于1990年達(dá)到生態(tài)服務(wù)價(jià)值的最小值15.33萬(wàn)元。由于各類(lèi)用地的單位生態(tài)服務(wù)價(jià)值相同，各地類(lèi)的總體價(jià)值實(shí)際上反映了其面積的變化。35 a間，甬江流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值占比較大的三個(gè)生態(tài)系統(tǒng)林地、水體和耕地都變化率都相對(duì)穩(wěn)定，均維持在20%以?xún)?nèi)(表8)；但其內(nèi)部發(fā)生的生態(tài)服務(wù)價(jià)值轉(zhuǎn)移較為復(fù)雜，1980—2015年間，耕地向水體和林地的轉(zhuǎn)移使生態(tài)服務(wù)價(jià)值分布增加52 779.77萬(wàn)元和13 148.13萬(wàn)元，向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)移使生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少37 102.17萬(wàn)元；林地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)移使生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少14 962.44萬(wàn)元，草地向林地的轉(zhuǎn)移使生態(tài)服務(wù)價(jià)值增加9 057.94萬(wàn)元。而對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量貢獻(xiàn)較少的幾個(gè)土地類(lèi)型變化率如草地、灘涂和未利用地在35 a間生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化都十分顯著。
表8 甬江流域1980-2015年各生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化率 %
3.2.2 生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間變化 通過(guò)ArcGIS 10.2構(gòu)建2 km×2 km的漁網(wǎng)，根據(jù),計(jì)算出甬江流域1980，1990，1995，2000，2005，2010和2015年7個(gè)時(shí)相的各個(gè)漁網(wǎng)的中心點(diǎn)值，通過(guò)地統(tǒng)計(jì)分析中克里金差值法對(duì)其進(jìn)行分析，并把分析結(jié)果導(dǎo)出至柵格并重分類(lèi)得到甬江流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值分布圖(圖2)。
圖2 甬江流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間變化
由圖2可知，甬江流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間分異顯著，總體呈現(xiàn)出由西南向東北逐漸變低的趨勢(shì)。研究區(qū)總體上的ESV的空間格局與其土地利用的單位面積ESV的空間分布相對(duì)一致：ESV高值區(qū)中主要分布在支流流域南部，與ESV單位面積最高的林地的分布基本一致；單位面積ESV較低的建設(shè)用地分布在研究區(qū)東北部寧波市區(qū)范圍中心，即土地利用程度極強(qiáng)的三江口地區(qū)，該區(qū)域?yàn)?ESV最低值區(qū)；甬江流域東西向曲線貫穿的ESV中值區(qū)則多分布為單位面積ESV值比較中等的水域及耕地。1980—1990年，位于姚江流域西北部的ESV值0～200萬(wàn)元的區(qū)域向南部200～300萬(wàn)元的區(qū)域擴(kuò)張。位于干流流域北部的ESV值0～100萬(wàn)元的區(qū)域減小，轉(zhuǎn)變?yōu)?00～200萬(wàn)元的區(qū)域，200萬(wàn)元以上的區(qū)域也不斷擴(kuò)張。位于奉化江流域西南部的兩個(gè)400萬(wàn)元以上高值中心都得到擴(kuò)張。位于干流流域東南部的ESV值400萬(wàn)元以上的區(qū)域面積也得到微小擴(kuò)張。1990—1995年，位于姚江流域西北部的ESV值低值區(qū)依次轉(zhuǎn)化為較高一級(jí)的ESV值區(qū)域，總體上ESV值增加。位于干流流域北部的ESV值0～200萬(wàn)元的區(qū)域自南向北依次轉(zhuǎn)變?yōu)镋SV值等級(jí)越來(lái)越高的區(qū)域。整個(gè)甬江流域邊緣的高值區(qū)域向內(nèi)部的三江口方向擴(kuò)張?？偟膩?lái)說(shuō)。1995年之前，在人類(lèi)活動(dòng)影響下，整個(gè)甬江流域耕地減少，林地增加，尤其是奉化江流域西北部分散耕地轉(zhuǎn)化為林地、姚江流域東北部和干流流域西北部大面積耕地轉(zhuǎn)化為林地，導(dǎo)致總體ESV不斷增大。1995—2000年，姚江流域北部ESV值200萬(wàn)元以上的高值區(qū)域幾乎全部消失。位于奉化江流域東北部的較大的ESV值高值中心面積有微小減少，奉化江流域中部的較小高值中心面積有微小增加。位于東部寧波市區(qū)范圍的低值中心不斷向外圍擴(kuò)張。甬江流域ESV值總體減小。
2000—2005年，姚江流域300萬(wàn)元以上的高值區(qū)域持續(xù)縮減，三江口附近低值中心面積明顯減小，由原本的兩個(gè)低值中心分散為四個(gè)中心，原本被0～100萬(wàn)元低值中心包圍的較低值區(qū)域出現(xiàn)很大面積200～300萬(wàn)元ESV值。位于姚江流域的ESV高值區(qū)在2005—2010年面積退縮，在2010—2015年又重新得到擴(kuò)張，其他區(qū)域變化較小。1995年以后，姚江流域東北部和干流流域西北部原本由耕地轉(zhuǎn)化的林地重新變?yōu)楦?，三江口地區(qū)及姚江流域西北部的建設(shè)用地大面積擴(kuò)張，兩支流流域東部靠近三江口地區(qū)的耕地中出現(xiàn)破碎化的建設(shè)用地，使得甬江流域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值降低。位于西南部的高值區(qū)不斷退縮，位于研究區(qū)東部及西北部的低值區(qū)不斷擴(kuò)張。這是由于1995年之后，甬江流域城市化進(jìn)程的不斷加快使得原本單位ESV較高的林地、耕地大量轉(zhuǎn)為ESV相對(duì)較低的建設(shè)用地，造成研究區(qū)低值區(qū)不斷擴(kuò)張、高值區(qū)不斷萎縮。與此同時(shí)，在ESV低值區(qū)擴(kuò)張最明顯的寧波市區(qū)范圍中，也不斷擴(kuò)張出小部分中值區(qū)。總的來(lái)看，甬江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值衰減。在人類(lèi)活動(dòng)對(duì)各用地類(lèi)型的不斷影響下，甬江流域生態(tài)系統(tǒng)功能退化。
4 結(jié) 論
(1) 甬江流域土地利用變化以耕地的減少與建設(shè)用地的增加為主要特點(diǎn)，研究期間甬江流域土地開(kāi)發(fā)利用程度不斷上升，且區(qū)域差異明顯，北部高于南部，東部高于西部。其現(xiàn)階段的主要土地利用類(lèi)型為耕地、林地、建設(shè)用地。期間，甬江流域轉(zhuǎn)移面積最大的是耕地轉(zhuǎn)向建設(shè)用地，建設(shè)用地持續(xù)快速增加，35 a間增加了甬江流域總面積的14.69%。研究區(qū)內(nèi)土地開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度普遍較高，開(kāi)發(fā)利用程度為強(qiáng)的土地面積所占比例穩(wěn)定持續(xù)增加且增加速度越來(lái)越快。土地綜合利用動(dòng)態(tài)度為0.42%。建設(shè)用地土地利用單一動(dòng)態(tài)度最大，為10.74%。耕地面積減小幅度最大，減少了553.51 km2，動(dòng)態(tài)度為-0.85%。
(2) 甬江流域生態(tài)服務(wù)總價(jià)值先增大后減小，研究區(qū)生態(tài)服務(wù)總價(jià)值在1995年之前由于耕地的減少和林地的增多而不斷增加，但在之后由于林地的減少和建設(shè)用地面積的增多而不斷減少。1995—2015年的20 a期間，甬江流域生態(tài)服務(wù)總價(jià)值共減少4.81億元。
(3) 甬江流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間上總體呈現(xiàn)出由支流流域向干流流域逐漸變低的趨勢(shì)，其中生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少以干支流匯集的三江口地區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少最為顯著。從生態(tài)系統(tǒng)的總體價(jià)值來(lái)看，林地是甬江流域ESV最高的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型。林地分布的支流流域?yàn)樯鷳B(tài)服務(wù)價(jià)值高值區(qū)，由于支流流域分布的大面積林地的減少，使得高值生態(tài)服務(wù)價(jià)值區(qū)變化顯著。
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周子靖， 姜文達(dá)， 史作琦， 李加林,3， 趙夢(mèng)琪， 邵姝遙
(1.寧波大學(xué) 地理與空間信息技術(shù)系， 浙江 寧波 315211；2.寧波大學(xué) 研究生院， 浙江 寧波 315211， 浙江 寧波 315211； 3.寧波大學(xué) 東海研究院， 浙江 寧波)
人類(lèi)長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)土地的經(jīng)營(yíng)與改造力度隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展越來(lái)越大，生態(tài)環(huán)境所承受的壓力也不斷地變大，當(dāng)其自我更新的速度已經(jīng)跟不上人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用的步伐時(shí)，如何保持人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展便成為一個(gè)必須要解決的問(wèn)題。土地利用/土地覆被變化(LUCC)是自然因素和人類(lèi)活動(dòng)引起的陸地生態(tài)系統(tǒng)格局、結(jié)構(gòu)、類(lèi)型的最直觀體現(xiàn)。LUCC不僅改變了地表景觀結(jié)構(gòu)，也改變了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和群落組成，直接影響著地球外部各圈層的物質(zhì)和能量交換、循環(huán)過(guò)程，進(jìn)而改變著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是支持和滿(mǎn)足人類(lèi)生存的自然生態(tài)系統(tǒng)及其組成物種的條件和過(guò)程，是人類(lèi)社會(huì)賴(lài)以存在和發(fā)展的基礎(chǔ)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值指生態(tài)系統(tǒng)提供的商品和服務(wù)，包括自然資本的物流、能流和信息流，通過(guò)評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空變化，來(lái)反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的一種方法。謝高地在Costanza后[1]，通過(guò)對(duì)生態(tài)學(xué)背景的專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，基于專(zhuān)家知識(shí)建立了適合中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值評(píng)價(jià)方法[2]。雖然國(guó)外[3-5]及國(guó)內(nèi)[6-8]的其他學(xué)者也通過(guò)其他角度對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了估算，但目前國(guó)內(nèi)對(duì)于生態(tài)服務(wù)價(jià)值的研究大都參考謝高地等總結(jié)出的評(píng)價(jià)方法，測(cè)算研究區(qū)域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值[9-11]。目前國(guó)內(nèi)對(duì)甬江流域的研究集中水污染方面[12]，對(duì)于人類(lèi)活動(dòng)對(duì)流域土地利用類(lèi)型的影響以及土地利用的生態(tài)服務(wù)價(jià)值方面研究較少。為此，本文基于甬江流域土地利用轉(zhuǎn)型，分析了研究區(qū)土地利用時(shí)空格局變化，在RS和GIS技術(shù)支持下，對(duì)其生態(tài)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估，并進(jìn)行生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間分布的制圖模擬以及時(shí)空演變特征分析，為區(qū)域合理利用土地資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境提供理論和實(shí)踐指導(dǎo)。
1 研究區(qū)概況
甬江流域位于我國(guó)東南沿海，浙江省東北部，寧紹平原東部的三江平原地區(qū)，介于29°24′N(xiāo)—30°49′N(xiāo)，120°49′E—120°56′E之間。甬江流域面積約為3 788 km2，全長(zhǎng)105 km，是寧波最主要的河流之一，由奉化江和余姚江兩江在寧波市區(qū)三江口匯集而成，是浙江省七大水系之一[13]。甬江流域的大地構(gòu)造單元屬華南褶皺系，浙東南褶皺帶的新昌-定海斷隆區(qū)。流域四周丘陵山區(qū)出露的地層多為上侏羅統(tǒng)陸相火山巖系，其次為下白堊統(tǒng)陸相沉積碎屑巖夾火山巖[14]。甬江處于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨。多年平均降水量1 505 mm；年平均日照時(shí)數(shù)1 900～2 100 h；年平均氣溫 16.1～16.5 ℃，最熱月7月平均氣溫為 27.5～28.2 ℃，最冷月1月平均氣溫為 3.9～4.9 ℃，年際變化較小。冬季受北方蒙古-西伯利亞高壓冷氣團(tuán)控制，以晴冷干燥天氣為主。春季冷高壓氣團(tuán)逐漸衰退，來(lái)自太平洋的暖濕氣團(tuán)增強(qiáng)，與還未撤離出境的冷空氣相遇，降水增多。受到準(zhǔn)靜止鋒帶來(lái)的梅雨的影響，甬江流域降水量通常在6月出現(xiàn)峰值，7—9月則受副高北移影響，天氣炎熱少雨，但是又由于太平洋上熱帶氣旋帶來(lái)的雨水，使得其不至于非常干燥。甬江流域包含區(qū)域大部分位于寧波市的江北區(qū)、鄞州區(qū)、海曙區(qū)、鎮(zhèn)海區(qū)、奉化區(qū)及余姚市，小部分位于北侖區(qū)、慈溪市及寧?？h，區(qū)位條件優(yōu)越，交通便利。在人口規(guī)模上，截止2015年底，寧波市全市擁有戶(hù)籍人口586.6萬(wàn)人，其中市區(qū)人口232.1萬(wàn)人。其中流域流經(jīng)行政區(qū)劃內(nèi)的人口為468.8萬(wàn)人，平均人口密度為711人/km2[14]。甬江流域作為寧波市范圍內(nèi)一個(gè)重要的區(qū)域，對(duì)寧波社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化的推進(jìn)起到了重要的作用，但在工業(yè)化和城市化進(jìn)程中，其土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)土地資源的開(kāi)發(fā)加重了土地利用的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度。
2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法
2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源
本文所采用的1980，1990，1995，2000，2005，2010和2015年7個(gè)時(shí)期甬江流域1∶10萬(wàn)土地利用矢量數(shù)據(jù)來(lái)自地理信息云平臺(tái)(http:∥www.gscloud.cn/)，空間分辨率為30 m。根據(jù)全國(guó)土地資源分類(lèi)系統(tǒng)及本文研究需要，將研究區(qū)土地利用類(lèi)型分為7種：耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地、灘涂以及包括在流域邊界線內(nèi)的海域部分標(biāo)注為海域。其他數(shù)據(jù)還包括甬江流域邊界圖、甬江流域地理背景數(shù)據(jù)及各相關(guān)統(tǒng)計(jì)部門(mén)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和其他社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。
2.2 研究方法
2.2.1 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 轉(zhuǎn)移矩陣法是基于生態(tài)學(xué)中馬爾可夫鏈的數(shù)學(xué)過(guò)程，能同時(shí)表達(dá)出某種土地利用類(lèi)型的儲(chǔ)存量及流動(dòng)量，是定量分析土地利用轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)步驟。通過(guò)ArcGIS 10.2軟件，對(duì)不同時(shí)間斷面的甬江流域土地利用矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加得到土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，以直觀地表示研究區(qū)土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)化的方向和數(shù)量。
2.2.2 土地利用動(dòng)態(tài)變化 土地利用綜合動(dòng)態(tài)度與單一動(dòng)態(tài)度指數(shù)可以用來(lái)描述區(qū)域和某種土地利用類(lèi)型變化的強(qiáng)度和速度。單一土地利用動(dòng)態(tài)度表達(dá)式為：
(1)
式中：K為某種土地利用類(lèi)型在研究期內(nèi)的變化率；Ua，Ub分別為某種地類(lèi)在研究期初和期末的數(shù)量。T為研究時(shí)段長(zhǎng)。
某一研究區(qū)的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度可表示為：
(2)
式中：LC表示在t2-t1時(shí)期內(nèi)的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度； ΔLA(ij)表示t2-t1時(shí)段內(nèi)第i類(lèi)土地轉(zhuǎn)變?yōu)榉莍類(lèi)土地的絕對(duì)值； ΔLA(i,t1)為區(qū)域內(nèi)第i類(lèi)土地類(lèi)型在監(jiān)測(cè)初始階段t1時(shí)期的面積；t2-t1表示研究時(shí)段長(zhǎng)度。
2.2.3 土地利用程度 采用土地利用程度指數(shù)來(lái)量化土地的開(kāi)發(fā)利用程度，其計(jì)算公式為：
(3)
式中：L為研究區(qū)的土地利用程度綜合指數(shù)；Ai為研究區(qū)內(nèi)第i級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù)；Ci為研究區(qū)內(nèi)部第i級(jí)土地利用程度的面積百分率；n為土地利用程度分級(jí)數(shù)。據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)及研究需要?jiǎng)澐滞恋乩贸潭确旨?jí)表(表1)。
土地利用程度變化指數(shù)用來(lái)度量土地開(kāi)發(fā)利用程度的變化，表達(dá)式為：
ΔLb-a=Lb-La=
(4)
式中：Lb,La分別為時(shí)刻b和時(shí)刻a研究區(qū)的土地利用程度綜合指數(shù)； ΔLb-a反映了研究區(qū)土地利用變化程度的趨勢(shì)，如果ΔLb-a為正值，則該地區(qū)土地利用屬于發(fā)展期，ΔLb-a為負(fù)值，該地區(qū)土地利用處于調(diào)整期或衰退期。但是，ΔLb-a的大小不能反映生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣。
表1 土地利用程度分級(jí)
2.2.4 生態(tài)服務(wù)價(jià)值 參考Constanza[1]、謝高地等人的生態(tài)服務(wù)價(jià)值估算方法，結(jié)合本文實(shí)際研究需要，定義生態(tài)服務(wù)價(jià)值的表達(dá)公式為
ESVi=Pi·O·a
(5)
式中：ESVi表示研究區(qū)第i種土地利用類(lèi)型單位面積的生態(tài)服務(wù)價(jià)值(元/km2)；Pi為研究區(qū)第i種主要糧食作物的單位價(jià)格(元/kg)；O表示研究糧食作物的單位面積產(chǎn)量(kg/km2)；a表示價(jià)值修正系數(shù)，生態(tài)系統(tǒng)自然狀態(tài)下提供的經(jīng)濟(jì)價(jià)值是現(xiàn)有單位面積農(nóng)田提供的食物生產(chǎn)服務(wù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的1/7。
由此可計(jì)算出甬江流域單位面積上各土地利用類(lèi)型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，則各年份研究區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值量的計(jì)算模型為：
(6)
農(nóng)作物價(jià)格的波動(dòng)會(huì)對(duì)ESV產(chǎn)生影響，為消除其影響，以寧波市主要糧食作物播種面積、產(chǎn)量及1980—2015年的各作物平均價(jià)格為基準(zhǔn)，計(jì)算出甬江流域耕地自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值約為182 760.616 5元/km2。
在確定單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)食物生產(chǎn)服務(wù)功能生態(tài)價(jià)值基礎(chǔ)上，參考“中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表”，結(jié)合寧波市實(shí)際情況對(duì)地類(lèi)進(jìn)行合并歸類(lèi)(表2)。Constanza等認(rèn)為建設(shè)用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為零。雖然建設(shè)用地實(shí)際情況中通過(guò)影響其他因素具有了一定的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，但由于其計(jì)算難度較大，且數(shù)值較小，本文對(duì)其不予涉及。結(jié)合實(shí)際情況，將耕地、草地、水體、林地、灘涂及未利用地結(jié)合不同的系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。
表2 1980-2015年甬江流域各土地利用類(lèi)型單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值 104元/km2
3 結(jié)果與分析
3.1 土地利用變化分析
3.1.1 土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)移分析 借助轉(zhuǎn)移矩陣來(lái)分析土地利用類(lèi)型在不同時(shí)期的轉(zhuǎn)移方向和數(shù)量(表3)，1980—2015年，研究區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)移面積最大的為耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，89.36%的耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，轉(zhuǎn)移面積為521.90 km2。草地主要轉(zhuǎn)出為林地，轉(zhuǎn)出率為93.03%，海域主要轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地及草地。建設(shè)用地轉(zhuǎn)入來(lái)源多，轉(zhuǎn)出較少，主要由耕地和林地轉(zhuǎn)移而來(lái)，轉(zhuǎn)入比重分別為92.61%,6.29%。林地主要轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地、耕地和草地，水域主要轉(zhuǎn)出為耕地和建設(shè)用地，灘涂主要轉(zhuǎn)出為水域，未利用地主要轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地。面積增加最多的為建設(shè)用地，減少最多的為耕地，海域和灘涂，海域和灘涂在研究初期面積較小且在研究期末全部轉(zhuǎn)出為其它土地利用類(lèi)型。35 a間，甬江流域在土地利用轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，各土地利用類(lèi)型之間發(fā)生復(fù)雜轉(zhuǎn)換。在甬江流域內(nèi)部，姚江與奉化江兩支流流域土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)化復(fù)雜，主要為耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，其中姚江流域轉(zhuǎn)化面積為246.42 km2，主要集中在姚江流域中部；奉化江轉(zhuǎn)化面積為93.07 km2，主要為奉化江流域的北部、中部及東部的部分林地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。奉化江流域除耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化外，主要的土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)化類(lèi)型為林地向耕地的轉(zhuǎn)化及草地向林地的轉(zhuǎn)化；姚江流域除耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化外，主要的土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)化類(lèi)型為耕地向水域的轉(zhuǎn)化及林地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化。而主流流域的土地利用轉(zhuǎn)化與支流流域相比相對(duì)簡(jiǎn)單，主要是耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)移面積為182.41 km2。
表3 1980-2015年甬江流域土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km2
3.1.2 土地利用數(shù)量和結(jié)構(gòu)變化分析 由表4可以看出，1980—2015年甬江流域各土地利用類(lèi)型在數(shù)量和結(jié)構(gòu)上發(fā)生了較大的變化。1980年甬江流域面積最大的土地利用類(lèi)型為耕地，其次為林地，兩者共占總面積的92.44%。到1995年耕地面積大幅度減少，林地面積增加并成為甬江流域占地面積最大的用地類(lèi)型。
2015年耕地與林地二者總面積下降到最低值，占比為77.70%。建設(shè)用地面積于35 a間持續(xù)增加且增速明顯，從1980年的3.91%增加到2015年的18.60%。隨著城市化的快速發(fā)展，人口的增長(zhǎng)及農(nóng)業(yè)人口的非農(nóng)化，耕地與建設(shè)用地的短缺成為重大問(wèn)題，而這兩種用地類(lèi)型適宜布局的地理位置又具有極大的相似性。土地總量的限制造成了兩者之間的矛盾。但由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建設(shè)用地不斷地快速增加，從而使得耕地呈波動(dòng)減少趨勢(shì)。甬江流域的耕地目前已從1980年的1 855.60 km2減少為2015年的1 302.09 km2，耕地保護(hù)已刻不容緩。
1980—2015年海域面積及比例在2010年及前無(wú)明顯變化，在2010—2015年的5 a間內(nèi)占比快速減少至完全消失。草地面積及比例在前10 a減少相對(duì)其本身較大，于此后25 a變化較小，且草地總面積占研究區(qū)總面積比重小。水域面積持續(xù)增加，但增速不均。灘涂面積即比例在1980—1990年增加，在1990—2000年之間不變，在2000—2005年迅速減小，在2005—2010年保持不變，最后于2010—2015年減小至消失。未利用地面積及比例于1980—1990年的10 a間減小明顯后在1990—1995年間有較小增加，之后并無(wú)變化。1980年寧波市國(guó)民生產(chǎn)總值為29.53億元，2015年已增加至8 003.61億元。隨著三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)趨向合理化及經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，未利用地及灘涂等也被積極開(kāi)發(fā)，獲得更多經(jīng)濟(jì)效益，水利設(shè)施的修建能提供更好的灌溉條件，提高耕地效益，導(dǎo)致其水域面積也得到了一定增加。
表4 甬江流域各時(shí)期土地利用類(lèi)型結(jié)構(gòu)
3.1.3 土地利用速率分析 土地利用綜合動(dòng)態(tài)度與單一動(dòng)態(tài)度指數(shù)可以用來(lái)描述區(qū)域和某種土地利用類(lèi)型變化的速度，自此基礎(chǔ)上得出甬江流域7個(gè)時(shí)間段內(nèi)的土地綜合利用動(dòng)態(tài)度及個(gè)土地利用類(lèi)型土地利用單一動(dòng)態(tài)度(表5)。1980—2015年，土地綜合利用動(dòng)態(tài)度為0.42%。其中，1990—1995年、2000—2005年兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)土地綜合利用動(dòng)態(tài)度較大，分別為1.36%與1.65%。1980—1990年、2005—2010年兩個(gè)時(shí)間段土地利用綜合動(dòng)態(tài)度較小，都為0.1%?？梢?jiàn)甬江流域土地利用變化情況于前期和后期較為穩(wěn)定，中期波動(dòng)較大。建設(shè)用地是整個(gè)研究期面積變化最大的土地利用類(lèi)型，共增加556.63 km2，土地利用單一動(dòng)態(tài)度為10.74%，35 a間單一動(dòng)態(tài)度均為正數(shù)，面積持續(xù)增長(zhǎng)。面積減小最大的為耕地，減少553.51 km2，但由于耕地利用面積基數(shù)較大，所以動(dòng)態(tài)度較小。動(dòng)態(tài)度最小的為林地，總的來(lái)看，林地雖然在各個(gè)小時(shí)間段內(nèi)均有變化且有個(gè)別年份變化幅度較大，但是35 a間總體較為平衡。土地開(kāi)發(fā)利用綜合動(dòng)態(tài)度和單一動(dòng)態(tài)度在不同時(shí)間段內(nèi)表現(xiàn)出較大的差異，反映了甬江流域開(kāi)發(fā)利用的不均衡以及不確定性。開(kāi)墾農(nóng)田與退耕還林發(fā)生在同一區(qū)域的土地上，增大了經(jīng)濟(jì)成本，破壞了生態(tài)環(huán)境。耕地與建設(shè)用地的交替轉(zhuǎn)換，降低了土地的生產(chǎn)力。破壞了土地的可持續(xù)利用性。
表5 1980-2015年甬江流域土地利用變化速率
3.1.4 土地利用程度變化分析 通過(guò)計(jì)算得到甬江流域土地利用程度指數(shù)，運(yùn)用ArcGIS10.2軟件并選取其中的1980,1990，2000，2010和2015年這5個(gè)時(shí)間斷面的土地利用程度進(jìn)行空間化分析，再對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分等定級(jí)，并最終將評(píng)價(jià)結(jié)果分為極弱、弱、中、強(qiáng)和極強(qiáng)5個(gè)等級(jí)，從而反映甬江流域土地利用程度空間變化(表6)。
時(shí)間上，在研究期內(nèi)，甬江流域土地利用程度總體呈上升趨勢(shì)，反映研究期間人類(lèi)對(duì)甬江流域土地利用程度不斷上升。1990—1995年土地利用程度有略微下降，2000—2005年土地利用程度綜合指數(shù)增幅最大，增加了8.27(表7)。
表6 土地開(kāi)發(fā)利用程度等級(jí)
表7 1980-2015年甬江流域土地利用程度指數(shù)
空間上，35 a間甬江流域土地開(kāi)發(fā)利用程度區(qū)域差異明顯，北部高于南部，東部高于西部，干流流域高于支流流域，且干支流匯合點(diǎn)三江口也是土地利用程度極強(qiáng)點(diǎn)和中等以上土地利用程度向外輻射發(fā)散點(diǎn)，除所占面積極少的極弱程度的土地分布在干流流域邊緣，中等程度以下的弱程度土地均分布在支流流域，主要在奉化江流域及姚江流域中靠近奉化江流域的南部地區(qū)(圖1)。研究區(qū)內(nèi)，1980年土地利用開(kāi)發(fā)利用程度分布差異已較為明顯，中等以上程度合計(jì)占65.08%，面積最多的為土地開(kāi)發(fā)利用程度強(qiáng)的土地，為41.24%。土地開(kāi)發(fā)利用程度為極強(qiáng)的土地較多地分布在寧波市區(qū)范圍的中心地帶，即三江口。土地開(kāi)發(fā)利用程度為極弱的土地分布在研究區(qū)東北角。1990年土地利用開(kāi)發(fā)利用程度為中等以上的土地面積有所增加，合計(jì)占甬江流域總面積的65.40%，在整個(gè)研究區(qū)中，面積最多的仍為土地開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度強(qiáng)的土地，由1990年土地開(kāi)發(fā)利用程度分布圖可看出，土地開(kāi)發(fā)利用程度為極強(qiáng)和強(qiáng)的土地面積增加發(fā)生在余姚市的北部。2000年土地利用開(kāi)發(fā)強(qiáng)度為中等以上的土地面積有所減少，占甬江流域總面積的64.83%，弱級(jí)土地仍然沒(méi)有變化，極強(qiáng)級(jí)土地面積持續(xù)增加，占總面積的4.76%。由2000年土地開(kāi)發(fā)利用程度分布圖可見(jiàn)，研究區(qū)土地利用強(qiáng)度由西向東，由上游向下游轉(zhuǎn)移。2010年土地開(kāi)發(fā)利用程度為中等以上的土地面積增加了1.99%，土地開(kāi)發(fā)利用程度弱的土地面積比例最大，為33.09%，但其比例減少了1.93%，由2010年土地開(kāi)發(fā)利用程度分布圖可看出，各市范圍內(nèi)均有較高利用程度的土地增加，且總體變化十分顯著，姚江流域的西北部地區(qū)及三江口地區(qū)的土地利用程度利用程度大幅度提高。2015年土地開(kāi)發(fā)利用程度為中等以上的土地面積比例增加至最大值67.35%，極弱級(jí)別土地消失，減少為0，由2015年土地開(kāi)發(fā)利用程度分布圖可看出，各市范圍內(nèi)均有較高利用程度的土地明顯增加，總體變化較明顯。
3.2 生態(tài)效應(yīng)研究分析
甬江流域各用地類(lèi)型的不斷相互轉(zhuǎn)化的同時(shí)，生態(tài)環(huán)境也在發(fā)生著相應(yīng)的變化。通過(guò)對(duì)甬江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算可以定量地分析土地利用對(duì)生態(tài)效應(yīng)的影響，還可以通過(guò)不同時(shí)相甬江流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間分布圖反映土地利用變化帶來(lái)的生態(tài)效應(yīng)空間分布及變化。
3.2.1 生態(tài)服務(wù)價(jià)值時(shí)間變化 1980—2015年甬江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值處于不斷的變化之中，1980，1990，1995，2000，2005，2010和2015年生態(tài)服務(wù)價(jià)值分別為104.41，105.46，109.95，106.04，105.43，105.06和105.14億元?？梢悦黠@地看出，甬江流域生態(tài)服務(wù)總價(jià)值在1995年之前不斷增加，但是之后不斷減少。1995—2015年的20 a期間，甬江流域生態(tài)服務(wù)總價(jià)值共減少4.81億元，說(shuō)明在人類(lèi)活動(dòng)的影響下，甬江流域生態(tài)系統(tǒng)在1995年之后的20 a內(nèi)顯著退化，變得更加脆弱。
從生態(tài)系統(tǒng)的總體價(jià)值來(lái)看，甬江流域地區(qū)最主要的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型是林地，在整個(gè)研究期間價(jià)值總量均為最大，35 a中，林地于1995年達(dá)到生態(tài)服務(wù)價(jià)值的最大值759 924.44萬(wàn)元，其次為水體和耕地，35 a間，水體生態(tài)服務(wù)價(jià)值不斷增加，由1980年的211 846.43萬(wàn)元增至2015年的264 179.35萬(wàn)元；耕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值除2000年有少量回升外不斷減少，由1980年的131 921.97萬(wàn)元降至2015年的92 570.53萬(wàn)元。灘涂生態(tài)服務(wù)價(jià)值先增后減，而草地生態(tài)服務(wù)價(jià)值先減后增，但二者生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量都不高。價(jià)值量最小的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型是未利用地，研究期內(nèi)，未利用地于1990年達(dá)到生態(tài)服務(wù)價(jià)值的最小值15.33萬(wàn)元。由于各類(lèi)用地的單位生態(tài)服務(wù)價(jià)值相同，各地類(lèi)的總體價(jià)值實(shí)際上反映了其面積的變化。35 a間，甬江流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值占比較大的三個(gè)生態(tài)系統(tǒng)林地、水體和耕地都變化率都相對(duì)穩(wěn)定，均維持在20%以?xún)?nèi)(表8)；但其內(nèi)部發(fā)生的生態(tài)服務(wù)價(jià)值轉(zhuǎn)移較為復(fù)雜，1980—2015年間，耕地向水體和林地的轉(zhuǎn)移使生態(tài)服務(wù)價(jià)值分布增加52 779.77萬(wàn)元和13 148.13萬(wàn)元，向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)移使生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少37 102.17萬(wàn)元；林地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)移使生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少14 962.44萬(wàn)元，草地向林地的轉(zhuǎn)移使生態(tài)服務(wù)價(jià)值增加9 057.94萬(wàn)元。而對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量貢獻(xiàn)較少的幾個(gè)土地類(lèi)型變化率如草地、灘涂和未利用地在35 a間生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化都十分顯著。
表8 甬江流域1980-2015年各生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化率 %
3.2.2 生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間變化 通過(guò)ArcGIS 10.2構(gòu)建2 km×2 km的漁網(wǎng)，根據(jù),計(jì)算出甬江流域1980，1990，1995，2000，2005，2010和2015年7個(gè)時(shí)相的各個(gè)漁網(wǎng)的中心點(diǎn)值，通過(guò)地統(tǒng)計(jì)分析中克里金差值法對(duì)其進(jìn)行分析，并把分析結(jié)果導(dǎo)出至柵格并重分類(lèi)得到甬江流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值分布圖(圖2)。
圖2 甬江流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間變化
由圖2可知，甬江流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間分異顯著，總體呈現(xiàn)出由西南向東北逐漸變低的趨勢(shì)。研究區(qū)總體上的ESV的空間格局與其土地利用的單位面積ESV的空間分布相對(duì)一致：ESV高值區(qū)中主要分布在支流流域南部，與ESV單位面積最高的林地的分布基本一致；單位面積ESV較低的建設(shè)用地分布在研究區(qū)東北部寧波市區(qū)范圍中心，即土地利用程度極強(qiáng)的三江口地區(qū)，該區(qū)域?yàn)?ESV最低值區(qū)；甬江流域東西向曲線貫穿的ESV中值區(qū)則多分布為單位面積ESV值比較中等的水域及耕地。1980—1990年，位于姚江流域西北部的ESV值0～200萬(wàn)元的區(qū)域向南部200～300萬(wàn)元的區(qū)域擴(kuò)張。位于干流流域北部的ESV值0～100萬(wàn)元的區(qū)域減小，轉(zhuǎn)變?yōu)?00～200萬(wàn)元的區(qū)域，200萬(wàn)元以上的區(qū)域也不斷擴(kuò)張。位于奉化江流域西南部的兩個(gè)400萬(wàn)元以上高值中心都得到擴(kuò)張。位于干流流域東南部的ESV值400萬(wàn)元以上的區(qū)域面積也得到微小擴(kuò)張。1990—1995年，位于姚江流域西北部的ESV值低值區(qū)依次轉(zhuǎn)化為較高一級(jí)的ESV值區(qū)域，總體上ESV值增加。位于干流流域北部的ESV值0～200萬(wàn)元的區(qū)域自南向北依次轉(zhuǎn)變?yōu)镋SV值等級(jí)越來(lái)越高的區(qū)域。整個(gè)甬江流域邊緣的高值區(qū)域向內(nèi)部的三江口方向擴(kuò)張?？偟膩?lái)說(shuō)。1995年之前，在人類(lèi)活動(dòng)影響下，整個(gè)甬江流域耕地減少，林地增加，尤其是奉化江流域西北部分散耕地轉(zhuǎn)化為林地、姚江流域東北部和干流流域西北部大面積耕地轉(zhuǎn)化為林地，導(dǎo)致總體ESV不斷增大。1995—2000年，姚江流域北部ESV值200萬(wàn)元以上的高值區(qū)域幾乎全部消失。位于奉化江流域東北部的較大的ESV值高值中心面積有微小減少，奉化江流域中部的較小高值中心面積有微小增加。位于東部寧波市區(qū)范圍的低值中心不斷向外圍擴(kuò)張。甬江流域ESV值總體減小。
2000—2005年，姚江流域300萬(wàn)元以上的高值區(qū)域持續(xù)縮減，三江口附近低值中心面積明顯減小，由原本的兩個(gè)低值中心分散為四個(gè)中心，原本被0～100萬(wàn)元低值中心包圍的較低值區(qū)域出現(xiàn)很大面積200～300萬(wàn)元ESV值。位于姚江流域的ESV高值區(qū)在2005—2010年面積退縮，在2010—2015年又重新得到擴(kuò)張，其他區(qū)域變化較小。1995年以后，姚江流域東北部和干流流域西北部原本由耕地轉(zhuǎn)化的林地重新變?yōu)楦?，三江口地區(qū)及姚江流域西北部的建設(shè)用地大面積擴(kuò)張，兩支流流域東部靠近三江口地區(qū)的耕地中出現(xiàn)破碎化的建設(shè)用地，使得甬江流域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值降低。位于西南部的高值區(qū)不斷退縮，位于研究區(qū)東部及西北部的低值區(qū)不斷擴(kuò)張。這是由于1995年之后，甬江流域城市化進(jìn)程的不斷加快使得原本單位ESV較高的林地、耕地大量轉(zhuǎn)為ESV相對(duì)較低的建設(shè)用地，造成研究區(qū)低值區(qū)不斷擴(kuò)張、高值區(qū)不斷萎縮。與此同時(shí)，在ESV低值區(qū)擴(kuò)張最明顯的寧波市區(qū)范圍中，也不斷擴(kuò)張出小部分中值區(qū)。總的來(lái)看，甬江流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值衰減。在人類(lèi)活動(dòng)對(duì)各用地類(lèi)型的不斷影響下，甬江流域生態(tài)系統(tǒng)功能退化。
4 結(jié) 論
(1) 甬江流域土地利用變化以耕地的減少與建設(shè)用地的增加為主要特點(diǎn)，研究期間甬江流域土地開(kāi)發(fā)利用程度不斷上升，且區(qū)域差異明顯，北部高于南部，東部高于西部。其現(xiàn)階段的主要土地利用類(lèi)型為耕地、林地、建設(shè)用地。期間，甬江流域轉(zhuǎn)移面積最大的是耕地轉(zhuǎn)向建設(shè)用地，建設(shè)用地持續(xù)快速增加，35 a間增加了甬江流域總面積的14.69%。研究區(qū)內(nèi)土地開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度普遍較高，開(kāi)發(fā)利用程度為強(qiáng)的土地面積所占比例穩(wěn)定持續(xù)增加且增加速度越來(lái)越快。土地綜合利用動(dòng)態(tài)度為0.42%。建設(shè)用地土地利用單一動(dòng)態(tài)度最大，為10.74%。耕地面積減小幅度最大，減少了553.51 km2，動(dòng)態(tài)度為-0.85%。
(2) 甬江流域生態(tài)服務(wù)總價(jià)值先增大后減小，研究區(qū)生態(tài)服務(wù)總價(jià)值在1995年之前由于耕地的減少和林地的增多而不斷增加，但在之后由于林地的減少和建設(shè)用地面積的增多而不斷減少。1995—2015年的20 a期間，甬江流域生態(tài)服務(wù)總價(jià)值共減少4.81億元。
(3) 甬江流域生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間上總體呈現(xiàn)出由支流流域向干流流域逐漸變低的趨勢(shì)，其中生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少以干支流匯集的三江口地區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少最為顯著。從生態(tài)系統(tǒng)的總體價(jià)值來(lái)看，林地是甬江流域ESV最高的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型。林地分布的支流流域?yàn)樯鷳B(tài)服務(wù)價(jià)值高值區(qū)，由于支流流域分布的大面積林地的減少，使得高值生態(tài)服務(wù)價(jià)值區(qū)變化顯著。
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