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        基于土地利用變化的興縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估

        2021-01-18 08:20:20
        農(nóng)業(yè)與技術(shù) 2021年1期
        關(guān)鍵詞:價(jià)值服務(wù)研究

        郝 亮

        (長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院,陜西 西安 710064)

        生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(Ecosystem services)是指人類通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過(guò)程和功能直接或間接得到的生命支持產(chǎn)品和服務(wù)[1],其價(jià)值評(píng)估是生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要依據(jù)和基礎(chǔ)[2],人類在土地上的開發(fā)帶來(lái)了地表覆被的改變,驅(qū)動(dòng)著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值變化[3]。1997年,Costanza等[1]對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了評(píng)估,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響[4]。國(guó)內(nèi)學(xué)者謝高地[5]、歐陽(yáng)志云[6,7]等在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)領(lǐng)域開展了大量研究[8],計(jì)算出了中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表[9]。對(duì)于山西省而言,主要研究集中在森林、草地等生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值評(píng)估,如對(duì)汾河上游[10]、山西省森林[11]、五臺(tái)山地區(qū)[12]等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估。由此可見(jiàn),當(dāng)前對(duì)山西縣域、市域等尺度的微觀層面研究不夠深入。

        本文基于縣域尺度,選擇位于山西省西北部的興縣作為研究區(qū)域[13],基于遙感影像解譯獲取土地利用數(shù)據(jù),在分析土地利用面積及變化的基礎(chǔ)上,采用中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表對(duì)興縣2005—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估,以對(duì)比得出10a間興縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化,為決策者更有效、更科學(xué)地生態(tài)管理和政策制定提供參考。

        1 研究區(qū)概況

        興縣(N38°5′40″~38°43′50″,E110°33′00″~111°28′55″)位于呂梁市北部,屬晉西北地區(qū),全縣總面積為3168km2(圖1)。地勢(shì)整體西低東高,屬晉西北丘陵地區(qū),西部黃河流經(jīng)。屬大陸性季風(fēng)氣候,降水量相對(duì)偏少??h域內(nèi)已發(fā)現(xiàn)煤炭、含鉀巖石、鋁土礦等23種礦產(chǎn)資源,工業(yè)結(jié)構(gòu)以第二產(chǎn)業(yè)的工業(yè)初級(jí)產(chǎn)品與能源加工工業(yè)為主,2019年完成地區(qū)生產(chǎn)總值113.17億元[13,14]。

        圖1 興縣位置圖

        2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

        2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

        本文以中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心陸地觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)(http://www.radi.cas.cn/)的Landsat衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),選用2005年與2015年相近月份的30m分辨率影像,利用ENVI軟件進(jìn)行地形校正、輻射定標(biāo)、圖像融合、大氣校正等,以行政區(qū)劃為范圍,分別進(jìn)行分幅矢量化得到土地利用數(shù)據(jù)。然后采用分層與分類隨機(jī)抽取方法進(jìn)行精度驗(yàn)證,經(jīng)檢驗(yàn)該影像數(shù)據(jù)解譯精度達(dá)到80%以上,滿足本研究需要。最后根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010—2005),在ArcGIS 10.2中進(jìn)行合并土地利用類型并進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)后,得到土地利用類型并將其分為了耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用土地6類,為了方便計(jì)算研究,本文將空間數(shù)據(jù)投影統(tǒng)一到UTM投影系下,空間分辨率統(tǒng)一為100m。

        2.2 研究方法

        本文以Costanza[1]對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的成果為參考,在謝高地等[5]建立的中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值表的基礎(chǔ)上,得出興縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值,將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值表述為ESV,構(gòu)成了估算公式:

        ESV=∑Pk×Ak

        (1)

        式中,ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,元;Pk為第k類土地利用類型單位面積的生態(tài)功能總服務(wù)價(jià)值,元·hm-2;Ak為研究區(qū)內(nèi)第k類土地利用類型的面積,hm2。

        本文基于謝高地等[5]的研究結(jié)果,對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行了調(diào)整。計(jì)算公式為:

        (2)

        式中,Et為單位面積糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,元·hm-2;Tt為研究區(qū)每年的糧食總價(jià)值,元;Xt為研究區(qū)每年糧食播種面積,hm2。

        結(jié)合山西省統(tǒng)計(jì)年鑒[15]中的興縣糧食作物播種面積,得出興縣單位生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量為2653.97元·hm-2,完成了興縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的當(dāng)量修正。

        由于建設(shè)用地屬于城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng),受到人為活動(dòng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響強(qiáng)烈,因此有必要正確核算出城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)的價(jià)值損失值[16]。本文在參考宗躍光等[17]相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上,從食物生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、涵養(yǎng)水源和廢物處理4個(gè)功能上對(duì)城鎮(zhèn)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子進(jìn)行測(cè)算,由于人為的干擾使得城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中具有負(fù)效益,因此其當(dāng)量因子全部為負(fù)值。此外,本文還結(jié)合湯峰等[18]的研究計(jì)算了氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)等9項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型的價(jià)值。

        3 結(jié)果與分析

        3.1 土地利用變化分析

        從土地利用的空間分布來(lái)看,興縣東部為呂梁山地,多林地,且呈現(xiàn)出片狀分布;南部林地與草地相間分布,且有耕地零星分布;耕地主要分布于河流兩岸的河谷地帶,因此耕地呈現(xiàn)出連續(xù)帶狀分布的特征;北部與中部沿河零星分布有建設(shè)用地,面積較為狹窄(圖2)。

        圖2 興縣2005年(左)與2015年(右)土地利用對(duì)比

        2015年興縣土地總面積為316800hm2,興縣土地利用類型以耕地和林地為主,草地次之;水域、建設(shè)用地、未利用土地占比較少。耕地占比最大,占全縣總土地面積的40.41%;居于次位的是林地,占全縣總土地面積的35%;相比而言,建設(shè)用地在全縣土地面積中占比極少,僅為0.2%。由此可見(jiàn),該縣土地利用類型以農(nóng)用地為主,注重農(nóng)業(yè)發(fā)展,城市化水平極低,除縣城中心區(qū)外,其它建設(shè)用地均分布零星,并未形成實(shí)質(zhì)性的城鎮(zhèn)。

        在2005—2015年間,縣域內(nèi)耕地與建設(shè)用地面積略有增加,而水域面積減少最多,減少幅度達(dá)到14.69%;未利用地、林地與草地面積變化較小,呈小范圍波動(dòng)態(tài)勢(shì)。

        表1 興縣2005—2015年土地利用變化

        3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)變化分析

        基于土地利用的變化,采用單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值表對(duì)興縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行計(jì)算,得到2005年與2015年興縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(表2)。興縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈不斷減少的態(tài)勢(shì),共減少0.18×108元,變化率為0.7%。其中,林地和耕地對(duì)ESV的貢獻(xiàn)均遞增,分別增加了0.013×108元和0.005×108元;草地、水域、建設(shè)用地的ESV則呈遞減的趨勢(shì),而建設(shè)用地的面積增加對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)影響;未利用地的ESV呈基本穩(wěn)定態(tài)勢(shì),其對(duì)總體的ESV變化影響微乎其微。從變化率來(lái)看,水域變化率最大,達(dá)到-14.69%;其次是建設(shè)用地,為14.66%;然后是耕地、草地和林地,分別為0.25%、-0.08%和0.07%。在所有地類中,林地對(duì)ESV貢獻(xiàn)最大,比重達(dá)到了71.3%,森林和草地2種服務(wù)價(jià)值量所占比重高達(dá)89%以上,由此可見(jiàn)森林和草地對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)起著重要的作用;面積占比高達(dá)40%的農(nóng)田,在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量中僅僅占比7.25%;未利用地貢獻(xiàn)較小,僅為0.01%,建設(shè)用地貢獻(xiàn)為負(fù),為-0.52%。

        表2 興縣2005—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量變化

        結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)功能占比與興縣土地利用實(shí)際情況,計(jì)算得到興縣2005年與2015年各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(表3)。在2005—2015年間,所有的9項(xiàng)單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型的ESV均發(fā)生變化,除食物生產(chǎn)的價(jià)值增加0.013×108元以外,其余8項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型的ESV均不斷減少。其中,廢物處理功能出現(xiàn)大幅下降,是由于水域面積降低帶來(lái)的影響,使得水域生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類排放廢物的處理能力降低,也是由于城市化的進(jìn)程加快,帶來(lái)更多的廢物與垃圾,生態(tài)系統(tǒng)需要處理的人類生活所產(chǎn)生的廢物量增加,從而削弱了其處理能力,降低了其更新速度;水源涵養(yǎng)功能下降較為明顯,降低值達(dá)0.048×108元以上,主要原因是水域面積的降低,使得處于黃土高原地區(qū)脆弱的興縣生態(tài)系統(tǒng)更為脆弱,加之干旱的影響,導(dǎo)致當(dāng)?shù)厮春B(yǎng)功能降低明顯;生物多樣性保護(hù)功能的降低主要原因是草地和水域生態(tài)系統(tǒng)的萎縮,導(dǎo)致生物量降低,生態(tài)系統(tǒng)主要的生產(chǎn)者生存環(huán)境惡化,導(dǎo)致整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的多樣性遭到破壞。此外,提供娛樂(lè)文化服務(wù)功能在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值中的比例并不高,僅為8.02%,而且還出現(xiàn)了下降,因此發(fā)展旅游過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)生態(tài)環(huán)境,重點(diǎn)發(fā)掘當(dāng)?shù)氐娜宋穆糜钨Y源,積極鞏固脫貧成果,培育鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境的旅游潛力。

        4 結(jié)論

        本文在Landsat遙感影像基礎(chǔ)上,對(duì)興縣2005—2015年土地利用面積及變化情況進(jìn)行了分析,并采用當(dāng)量因子表對(duì)興縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了分析,得到如下結(jié)論。

        研究區(qū)內(nèi)的土地利用結(jié)構(gòu)在2005—2015年間未發(fā)生較大變化,土地利用類型以耕地和林地為主,草地次之;水域、建設(shè)用地、未利用土地占比較少。10a間耕地、林地和建設(shè)用地面積有所增加,草地和水域面積減少。這種變化規(guī)律是城市化發(fā)展與水域生態(tài)遭到破壞等綜合因素帶來(lái)的。

        研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在2005—2015年呈不斷減少的態(tài)勢(shì),從2005年的26.54×108元減少到2015年的26.35×108元,共減少0.186×108元,變化率為0.7%。其中,耕地和林地對(duì)ESV的貢獻(xiàn)呈現(xiàn)遞增趨勢(shì),草地、水域、建設(shè)用地的ESV則呈遞減的趨勢(shì)。在所有地類中,林地對(duì)ESV貢獻(xiàn)最大,比重達(dá)到了71.3%,其次是草地、耕地和水域,未利用地和建設(shè)用地貢獻(xiàn)最小。

        從單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值來(lái)看,除食物生產(chǎn)的價(jià)值增加外,其余均呈現(xiàn)不斷減少態(tài)勢(shì)。研究區(qū)主要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值集中在廢物處理、水源涵養(yǎng)和生物多樣性的保護(hù)等功能,比重分別占到34.35%、25.71%和13.19%。

        綜上,在2005—2015年間,研究區(qū)內(nèi)的ESV減少,生態(tài)系統(tǒng)功能有所減弱,應(yīng)重點(diǎn)警惕的是水域面積的不斷減少。水域面積的減少使得處于黃土高原地區(qū)脆弱的興縣生態(tài)系統(tǒng)更為脆弱,加之氣候干旱的影響,導(dǎo)致當(dāng)?shù)厮春B(yǎng)功能降低明顯。雖然短期內(nèi)未出現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)明顯破壞的證據(jù),但是可能會(huì)進(jìn)一步威脅到生態(tài)系統(tǒng)安全。而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的損失往往是不可逆的,經(jīng)濟(jì)手段、法律手段或工程手段在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法彌補(bǔ)生態(tài)資產(chǎn)的損失,因此在生態(tài)恢復(fù)與城市建設(shè)時(shí),應(yīng)做好土地利用、水土保持和環(huán)境保護(hù)的規(guī)劃,堅(jiān)持合理與適度開發(fā),堅(jiān)持耕地保護(hù)紅線不動(dòng)搖,避免破壞當(dāng)?shù)卮嗳醯纳鷳B(tài)系統(tǒng),維持經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的動(dòng)態(tài)平衡,以求經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益的最大化。

        本文對(duì)于興縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究結(jié)果與其他學(xué)者對(duì)于全國(guó)其它地區(qū)的研究基本一致,能夠較為準(zhǔn)確地反映興縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在2005—2015年間的變化趨勢(shì)。但是,由于研究時(shí)間跨度較小,研究區(qū)內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)與面積變化不夠明顯,10a間興縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化不夠顯著。在今后的研究中,應(yīng)該注重長(zhǎng)時(shí)間尺度以及空間動(dòng)態(tài)的變化分析,建立適當(dāng)?shù)奈锢?、?shù)學(xué)模型,應(yīng)從實(shí)地調(diào)研入手,著重分析研究區(qū)具體地形單元與微觀尺度下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化。

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