陳倩倩

摘 要：通過研究2000—2020年武漢市土地利用變化、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值、土地利用動態(tài)度、生態(tài)貢獻(xiàn)率等，揭示土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的關(guān)系。結(jié)果表明：①武漢市土地利用結(jié)構(gòu)變化明顯，土地利用轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在水體、林地轉(zhuǎn)向耕地，耕地大幅轉(zhuǎn)向人造地表。耕地的占補平衡是人造地表占用水體、林地的過程。②20年間，武漢市土地利用綜合動態(tài)度呈現(xiàn)加速趨勢。③生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量呈現(xiàn)下降趨勢，水體、濕地、林地的生態(tài)服務(wù)價值減少引起總量的降低，三者也是生態(tài)貢獻(xiàn)率主要因素。

關(guān)鍵詞：武漢市；土地利用；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；生態(tài)貢獻(xiàn)度

中圖法分類號：X171? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是進(jìn)行土地資源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要指標(biāo)[1-3]。研究土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響，對剖析區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況變化，提高地區(qū)土地利用水平具有重要意義。

1997年，Costanza等[4]研究提出了各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)，奠定了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究基礎(chǔ)[5]。謝高地等[6-7]針對國內(nèi)的情況作進(jìn)一步研究，估算了我國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算方法主要有兩種：功能價值法和當(dāng)量因子法，其中功能價值法計算復(fù)雜，有參數(shù)計算，其受主觀影響較大；而當(dāng)量因子法由于具有操作簡單，綜合評價，適應(yīng)性強的優(yōu)點，被普遍采用[8-11]。

近年來，武漢市經(jīng)濟(jì)發(fā)展飛速，土地利用格局在發(fā)生變化的同時，也帶來了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的變化。對武漢市20年來土地利用變化的時空演變特征進(jìn)行分析，并根據(jù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量，研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化，可為區(qū)域國土資源優(yōu)化配置和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供一定的科學(xué)參考。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

武漢地處江漢平原，是中國中部中心城市，全市有15個區(qū)（含功能區(qū)），全域8 494.41 km2。武漢市中部平整，北面殘丘，境內(nèi)河流縱橫，水域面積2 217.6 km2，覆蓋率26.1%。截至2021年末，武漢市常住人口1 232.65萬人，比2010年增加254.11萬人，增長25.97%，平均每年增長2.34%。選擇武漢市為研究對象具有較高可操作性，其土地利用和生態(tài)系統(tǒng)兩方面都具備足夠且變化的水域及林地等地類，是探究二者時空變化的理想研究對象。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

基本數(shù)據(jù)是武漢市2000、2010、2020年空間分辨率為30 m的土地覆蓋數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)基于中國環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星（HJ-1）多光譜影像和美國陸地資源衛(wèi)星（Landsat OLI）的TM5、ETM+、OLI多光譜影像數(shù)據(jù)（網(wǎng)站：http：//globeland30.org/）生成，滿足研究精度要求。GlobeLand30數(shù)據(jù)共包括10個一級類型，分別是：耕地、林地、草地、灌木地、濕地、水體、苔原、人造地表、裸地、冰川和永久積雪。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用變化分析

（1）土地利用動態(tài)度是研究土地利用變化的經(jīng)典方法，表征的是研究區(qū)內(nèi)特定時間段不同地類的變化速率。其表達(dá)式為：

式中：Ki值為某種土地利用類型年變化率；Ci為研究期內(nèi)第i種地類的凈變化量；Uia為研究初期第i種地類的面積；T為時長；綜合土地利用動態(tài)度為各種地類Ki之和。

（2）土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是研究不同土地利用類型轉(zhuǎn)移方向和數(shù)量變化的經(jīng)典方法，可以直觀地展現(xiàn)各地類格局的演化過程。其表達(dá)式為：

式中：Aij為研究初期第i種土地利用類型在研究期末轉(zhuǎn)換成第j種土地利用類型的土地面積；i（i=1，2，…，n），j（j=1，2，…，m）分別表示研究期初和研究期末的地類；n代表土地利用類型數(shù)。

2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值

（1）生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估。參照謝高地等提出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)[6]，并根據(jù)其后期的改進(jìn)，確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)經(jīng)濟(jì)價值當(dāng)量因子為3 613.36

元/hm2，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量賦值（見表1），計算式為：

式中：ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值（元）；Ak為研究區(qū)k種土地利用類型的面積（hm2）；VCk為第k種地類的單位面積生態(tài)價值（元/（hm2·a））；VCfk為第k種地類的單位面積的第f項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；ESVf為第f項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)（元/（hm2·a））；f為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的項數(shù)。

（2）生態(tài)貢獻(xiàn)率是研究周期內(nèi)不同地類的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化量占整個研究區(qū)總生態(tài)服務(wù)價值變化量的比例，能夠揭示影響研究區(qū)生態(tài)服務(wù)價值變化的主要貢獻(xiàn)因子。其計算式為：

式中：Si代表第i類土地利用類型在研究期內(nèi)的生態(tài)服務(wù)貢獻(xiàn)率；是第i類土地利用類型在研究期內(nèi)的生態(tài)服務(wù)價值變化量；i為土地利用類型。

3 結(jié)果及分析

3.1 武漢市土地利用時空變化分析

3.1.1 土地利用結(jié)構(gòu)變化

目前，武漢市主要地類為耕地，主要分布在人造地表的外圍，隨時間分布趨于破碎；其次為水體，以長江、漢江以及梁子湖、斧頭湖、湯遜湖等大型湖泊為主；林地占9.8%，主要分布在黃陂區(qū)北部、新洲區(qū)東北部；人造地表占17.9%，主要分布在長江、漢江交匯處。2000—2020年武漢市土地利用變化見表2，土地利用類型分布見圖1。可知，20年間，面積縮減的地類包括耕地、林地、濕地、水體，其中林地減少最多（445.1 km2），耕地和水體分別減少了50.4 km2、298.7 km2，人造地表凈增加量最大（927.6 km2），比例由7.1%上升至17.9%。

武漢市各地類具有明顯的時間變化特征。具體表現(xiàn)為：耕地總量在減少，2000—2010年耕地面積增加361 km2，2010—2020年大幅度減少411.3 km2，原因是前期武漢市政府積極推進(jìn)高產(chǎn)農(nóng)田建設(shè)，穩(wěn)定提高耕地數(shù)量，為維持耕地數(shù)量平衡作出了一定的貢獻(xiàn)。人造地表面積增加，凈增927.6 km2，這和武漢市借助國內(nèi)經(jīng)濟(jì)地理中心，發(fā)揮水陸空綜合運輸中心、汽車產(chǎn)業(yè)、長江經(jīng)濟(jì)帶基礎(chǔ)設(shè)施等功能關(guān)系密切。林地、水體面積大幅度減少；濕地、裸地和草地面積的絕對變化量較小。

武漢市土地利用轉(zhuǎn)移主要由耕地轉(zhuǎn)向人造地表。具體來看，耕地轉(zhuǎn)化為人造地表（628.23 km2，占74%），空間上表現(xiàn)為人造地表由中間向四周擴(kuò)張侵占耕地；其次，耕地的重要流向為林地（103.33 km2，

占12%），這主要是武漢市實施退耕還林工程，主要位于城區(qū)和梁子湖等湖區(qū)。林地轉(zhuǎn)移到耕地

（282.27 km2），水體總量轉(zhuǎn)化為耕地（355.95 km2）。

林地轉(zhuǎn)向耕地、水體轉(zhuǎn)向耕地的總量兩者之和，與耕地轉(zhuǎn)向人造地表總量保持相對一致，說明武漢市耕地數(shù)量的維持來源于占用林地和填補水體，人造地表來源于耕地指標(biāo)的置換（見表3）。

3.1.2? 土地利用動態(tài)度

土地利用動態(tài)度結(jié)果（見表4）表明：①武漢市20年土地利用綜合動態(tài)度為15.90%，說明20年間，武漢市土地利用綜合動態(tài)度呈現(xiàn)加速趨勢。②從單項地類來看，人造地表的動態(tài)度（7.60%）遠(yuǎn)高于其他用地類型，表明城市建設(shè)活動處于活躍期，尤其是2010—2020年期間。從城鎮(zhèn)化率來看，2020年武漢市城鎮(zhèn)化率為62.89%，比2010年提高13.19%，也印證了這一規(guī)律。

3.2 武漢市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化

3.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化

20年來，武漢市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減少，降低了21.23%。從2000年的67.03億元減少至2020年的52.8億元。從單項上看，水體是武漢市ESV的主體，約占40%，其次是耕地，約占30%。從各地類ESV變化看，耕地ESV變化量較小，表明20年來，武漢市耕地數(shù)量保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，2000—2020年間，建設(shè)項目占用耕地面積，同期補充相應(yīng)的耕地面積，實現(xiàn)了耕地占補平衡的目標(biāo)。綜上，影響武漢市生態(tài)服務(wù)價值變化的關(guān)鍵因素不是耕地，而是水體、林地和濕地（見表5）。

從單項服務(wù)價值（見表6）來看，武漢市水文調(diào)節(jié)的價值在生態(tài)服務(wù)總價值始終占據(jù)一定規(guī)模，約占68%，其次是水資源供給，約占10%，這與武漢水系發(fā)達(dá)、水資源豐富的特征密切相關(guān)。隨著武漢市水體面積的大幅減少，單項的水文調(diào)節(jié)、水資源供給功能價值總量下降，引起土壤保持、美學(xué)景觀功能價值快速下降。

3.2.2? 各地類對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的生態(tài)貢獻(xiàn)率

2000—2020年，水體對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的貢獻(xiàn)率最多，為42.75%，林地次之，貢獻(xiàn)率為39.5%。水體、濕地、林地三者生態(tài)貢獻(xiàn)率之和在98%左右，表明水體、濕地、林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化量對研究區(qū)總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化量影響較大（見表7）。

4? 結(jié)論

（1）2000—2020年，土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，耕地、林地、水體大量減少，人造地表大幅增加。林地轉(zhuǎn)向人造地表和耕地，水體轉(zhuǎn)向耕地和人造地表，耕地轉(zhuǎn)向人造地表和林地，表明武漢市耕地數(shù)量的平衡來源于占用林地和填補水體，人造地表大部分來源于耕地指標(biāo)的置換。

（2）2000—2020年，土地利用動態(tài)度為15.9%，其中人造地表的土地利用動態(tài)度為7.62%，遠(yuǎn)超其他地類，表明城市建設(shè)活躍，尤其是2010—2020年是急劇加速時期，與此階段城鎮(zhèn)化率迅速提高13.19%相互印證。

（3）2000—2020年，武漢市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈現(xiàn)下降的特征，其構(gòu)成主體為水體、林地及耕地；單項生態(tài)服務(wù)價值以水文調(diào)節(jié)和水資源供給為主。水體面積的減少，是武漢市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值減少的主要原因。水體的生態(tài)貢獻(xiàn)率最大，其次是林地、濕地，三者之和超過90%，是武漢市ESV變化的主要貢獻(xiàn)因子和敏感因子。

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Temporal and Spatial Changes of Land Use and Ecosystem Service Value in Wuhan City from 2000 to 2020

Chen Qianqian

（Shanghai Investigation，Design & Research Institute Co.，Ltd.，Shanghai 200050，China）

Abstract：The relationship between land use and ecosystem service value are revealed by studying the land use change，ecosystem service value，land use dynamic degree and ecological contribution rate in Wuhan from 2000 to 2020. Results unveil that：1）The land use structure in Wuhan changed significantly，mainly reflected in the conversion from water bodies and woodlands to cultivated lands，and from cultivated lands to artificial surface remarkably. The requisition-compensation balance of cultivated land is a process of artificial surface occupying water bodies and woodlands. 2）In the past two decades，the comprehensive dynamic degree of land use in Wuhan showed an accelerating trend. 3）The total value of ecosystem services presented a downward trend resulted from the reduction of ecological service value of water body，wetland and woodland，which are also major factors of ecological contribution rate.

Key words：Wuhan City；land use；ecosystem service value；ecological contribution rate