焉耆盆地土地利用變化對生態(tài)服務價值的影響

麥麥提吐爾遜·艾則孜，海米提·依米提，祖皮艷木·買買提，李建濤

（1.新疆大學 理論經(jīng)濟學博士后流動站，烏魯木齊830046；2.新疆師范大學 地理科學與旅游學院，烏魯木齊830054；3.新疆大學 綠洲生態(tài)教育部重點實驗室，烏魯木齊830046）

生態(tài)服務價值（ecosystem services value）研究是當今生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性研究的熱點之一。生態(tài)系統(tǒng)服務是指通過生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程和功能直接或間接得到的生命支持產(chǎn)品和服務［1－2］。2005年4月聯(lián)合國發(fā)布的《千年生態(tài)系統(tǒng)評估報告》指出，全球自然資源提供的2／3以上的各類服務呈下降趨勢，科學家必須找到合理的途徑和科學的方法來計量經(jīng)濟發(fā)展的環(huán)境成本［3］。土地利用變化是全球環(huán)境變化的重要部分和主要影響因素，它反映了人類與自然相互作用與影響中最直接、最密切的關系［4］。區(qū)域土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響研究，將自然生態(tài)系統(tǒng)對人類的服務與經(jīng)濟評價結(jié)合起來，能更好地解決自然資源的保護和合理配置問題，最終實現(xiàn)生態(tài)—經(jīng)濟—社會系統(tǒng)可持續(xù)性發(fā)展。因此，生態(tài)系統(tǒng)服務及其經(jīng)濟估值成為當前生態(tài)經(jīng)濟的研究熱點之一［5］。我國對生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的研究很多［6－8］，但是對干旱區(qū)內(nèi)陸盆地生態(tài)服務價值方面的研究較少［9］。干旱區(qū)內(nèi)陸盆地主要生態(tài)環(huán)境問題的本質(zhì)是生態(tài)系統(tǒng)服務功能受到破壞與退化的后果［10］。目前，對干旱區(qū)內(nèi)陸盆地生態(tài)系統(tǒng)服務價值在土地利用方面的應用研究較多關注土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務總價值的影響，對土地利用變化對內(nèi)陸盆地生態(tài)系統(tǒng)服務總價值結(jié)構(gòu)變化影響的研究較少。為此，本研究基于RS和GIS技術(shù)，以新疆焉耆盆地為對象，研究1990—2011年間的土地利用變化及其引起的生態(tài)系統(tǒng)服務價值動態(tài)變化，以期總結(jié)出干旱區(qū)內(nèi)陸盆地土地利用變化對生態(tài)服務價值影響的一般規(guī)律，為研究區(qū)土地資源可持續(xù)開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境保護提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

焉耆盆地處85°50′—87°50′E，41°40′—42°20′N，總面積為723 100hm2。位于新疆巴音郭楞蒙古自治州境內(nèi)，為南天山山脈之間的中生代斷陷盆地，是一個典型的綠洲—荒漠交錯地區(qū)。焉耆盆地地勢西高東低、北高南低，總體表現(xiàn)為四周向盆地傾斜的地貌形態(tài)，海拔高程1 050～2 000m，最低處為我國最大的內(nèi)陸淡水湖—博斯騰湖。焉耆盆地屬暖溫帶大陸性干旱氣候，熱量與光照豐富，多年平均氣溫8.6℃，年降水量50～80mm，年蒸發(fā)能力2 000～2 450 mm［11］。行政區(qū)劃上包括巴音郭楞蒙古自治州的焉耆、和靜、和碩與博湖4縣的平原部分。

焉耆盆地土壤類型多為棕漠土、草甸土、沼澤土、灌耕土、潮土、鹽土、風化土等。天然植被以紅柳（Tamarix ramosissima）、駱駝刺（Alhagi sparsifolia）、羅布麻（Apocynumvenetum）、甘草（Glycyrrhiza uralensis）和麻黃（Ephedrap rzewalskii Stapf）為主的荒漠植被以及蘆葦（Phragmites communis）。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)獲取

本研究以焉耆盆地1990年、2000年與2011年同一時期Landsat影像基本信息源。首先，利用焉耆盆地1∶10 000地形圖對2011年的遙感圖像進行幾何校正，然后以2011年的圖像為基準，校正1990年和2000年的圖像，使該3景影像具有相同的地圖投影方式，RMS校正誤差均在1個像元以內(nèi)。根據(jù)研究區(qū)的特點，將研究區(qū)土地利用類型劃分為水域（包括湖泊、水庫、河流、渠道、灘地）、濕地（經(jīng)常積水或漬水，生長濕生植物的土地）、草地、耕地（旱地農(nóng)田）、城鎮(zhèn)用地（城鎮(zhèn)聚落、村落聚落）與未利用地（荒漠、沙地、鹽堿地、裸巖）。在ArcGIS支持下按照土地利用分類系統(tǒng)建立解譯標志，通過監(jiān)督分類和目視解譯相結(jié)合的方法，獲取了研究區(qū)1990年、2000年和2011年土地利用變化圖與相關數(shù)據(jù)。基于野外調(diào)查采樣點的數(shù)據(jù)與研究區(qū)的地形圖和土壤圖，利用ENVI軟件對遙感影像分類結(jié)果進行精度檢驗后得出3個年份的總精確度和Kappa指數(shù)等均大于0.84，其分類結(jié)果符合精度要求［12］。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估

國內(nèi)外眾多學者已重視并開展了不同尺度以及單個生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)單項服務的價值評估研究。如Costanza等［13］的研究成果使生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估的原理與方法從科學意義上得以明確。謝高地等［14］根據(jù)中國的實際情況，參考Costanza等的研究成果，得到了中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務價值。本研究采用謝高地等的研究成果，結(jié)合新疆塔里木盆地的實際情況［15－16］，對焉耆盆地陸地生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行評估，其公式為：

式中：ESVk，ESVf，ESV——k種土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務價值，f種生態(tài)服務功能價值與區(qū)域總生態(tài)服務價值；Ak——k種土地利用類型的分布面積（hm2）；VCkf——k種土地利用類型、f 種生態(tài)服務功能的生態(tài)服務功能價值指數(shù)［元／（hm2·a）］［2，17］。研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務的價值如表1所示。

2.3 敏感性分析方法

借用敏感性指數(shù)（Coefficient of Sensitivity，CS）以確定生態(tài)服務價值隨時間變化對價值指數(shù)變化的依賴程度［18］，以此來檢驗中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務價值系數(shù)是否適合本研究區(qū)。將各類土地利用類型的價值指數(shù)分別調(diào)整50%，來衡量總生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化。如果CS＞1，表明生態(tài)服務價值相對于CS是富有彈性的；如果CS＜1，生態(tài)服務價值則被認為是缺乏彈性的，比值越大，表明生態(tài)服務功能價值指數(shù)的準確性越關鍵。敏感性指數(shù)計算公式如下：

式中：ESV——總生態(tài)服務價值量；VC——價值系數(shù)；i和j——初始的生態(tài)系統(tǒng)服務價值和生態(tài)服務功能價值指數(shù)調(diào)整后的價值；k——土地利用類型；CS——敏感度［18］。

表1 焉耆盆地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務價值 元／（hm2·a）

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化過程分析

對比1990年、2000年與2011年三期影像解譯數(shù)據(jù)（表2）可以看出，1990—2011年間，焉耆盆地土地利用變化明顯，城鎮(zhèn)用地增加了7 080hm2，年變化率最大，為4.93%；水域面積增加了3 487hm2，年變化率最小，為0.16%，主要是因為水域總面積在土地利用中所占的比重較大（占15%左右），是研究區(qū)內(nèi)比較穩(wěn)定的土地利用類型；濕地面積增加了4 934hm2，年變化率達0.50%；草地面積減少了10 415hm2，年變化率達2.25%；未利用地面積減少了14 590hm2，年變化率為0.32%，由于未利用地在研究區(qū)土地利用中所占的比重最大（約占50%），也屬于比較穩(wěn)定的土地利用類型。1990—2000年間土地利用變化的趨勢為水域、濕地、耕地與城鎮(zhèn)用地面積增大，草地與未利用地面積減少。2000—2011年間土地利用變化的趨勢為耕地與未利用地面積增大，其它土地利用類型面積減少?？偟膩碚f，1990—2011年間土地利用變化的趨勢為水域、濕地、耕地與城鎮(zhèn)用地面積增大，草地與未利用地面積減少，未利用地面積變化的絕對量最大，水域面積變化的絕對量最小。

表2 焉耆盆地1991－2008年間土地利用變化

3.2 生態(tài)服務價值的動態(tài)變化

運用公式（2）—（4）計算焉耆盆地生態(tài)服務價值與功能（表3—4）。由表3可知，焉耆盆地生態(tài)服務價值從1990年的821 400.0萬元增加到了2011年的867 300.0萬元，增加了5.59%，達45 900.0萬元，每年凈增加生態(tài)服務價值達30.23元／hm2。1990—2000年間，焉耆盆地草地生態(tài)服務價值變動最大，變化率為37.93%，耕地生態(tài)服務價值變動最小，變化率為5.72%。2000—2011年間，草地生態(tài)服務價值變動最大，變化率為14.94%，未利用地生態(tài)服務價值變動最小，變化率為2.17%。總體來說，1990—2011年間，草地生態(tài)服務價值變動最大，其變化率高達47.21%，水域生態(tài)服務價值的變化最小，變化率為3.31%。研究區(qū)內(nèi)濕地與水域合計生態(tài)服務價值占研究區(qū)總生態(tài)服務價值的80%以上，表明濕地與水域在研究區(qū)生態(tài)服務中處于重要的地位。研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值的增加主要是由濕地與水域面積的增加而引起的。

由于濕地與水域生態(tài)服務功能價值指數(shù)也遠大于其它土地利用類型，其面積的增加導致生態(tài)系統(tǒng)服務總價值增加。其中濕地面積凈增加4 934hm2，生態(tài)服務價值凈增加27 380.0萬元，對研究區(qū)生態(tài)服務價值增加的影響最大；水域面積凈增加3 487hm2，生態(tài)服務價值凈增加14 180.0萬元，對生態(tài)服務總價值的增加的貢獻也較大。

表4中各生態(tài)服務功能估算價值（ESVf）對研究區(qū)總生態(tài)服務價值的貢獻率進行了排序，并獲得了各生態(tài)服務功能對總生態(tài)服務價值貢獻的變化狀況。可以看出，各生態(tài)服務功能對區(qū)域總生態(tài)服務價值貢獻率由高到低依次為：廢物處理、水源涵養(yǎng)、氣候調(diào)節(jié)、娛樂休閑、生物多樣性保護、土壤形成、食物生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)和原材料。廢物處理與水源涵養(yǎng)為研究區(qū)內(nèi)生態(tài)服務價值結(jié)構(gòu)中所占比例最大的兩種生態(tài)服務功能類型。

表3 焉耆盆地1990年、2000年與2011年生態(tài)服務價值

表4 焉耆盆地1990年、2000年與2011年生態(tài)服務功能

3.3 敏感性分析

利用公式（5），把生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)分別上下調(diào)整50%，計算了研究區(qū)1990年、2000年與2011年的生態(tài)系統(tǒng)服務價值敏感性指數(shù)（表5）。

表5 不同土地利用類型生態(tài)服務價值敏感性指數(shù)變化

結(jié)果表明，1990—2011年間，濕地和耕地敏感性指數(shù)呈增長趨勢，水域、草地和未利用地敏感性指數(shù)呈減少趨勢，表明濕地和耕地的生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)變化會對研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務總價值產(chǎn)生放大作用，水域、草地和未利用地生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)變化對研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務總價值產(chǎn)生了縮小作用。草地與未利用地的敏感性指數(shù)很小，均小于0.02，表明草地與未利用地生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)變化對研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務總價值的變化影響不大。耕地敏感性指數(shù)呈現(xiàn)先減少后增長趨勢，表明高密草的生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)變化在1990—2000年間對生態(tài)系統(tǒng)服務總價值產(chǎn)生縮小作用，而在2000—2011年間對生態(tài)系統(tǒng)服務總價值產(chǎn)生放大作用。水域的敏感性指數(shù)最大，均大于0.51，這是因為水域在研究區(qū)內(nèi)的分布面積與生態(tài)服務價值較大。草地與未利用地敏感性指數(shù)的調(diào)整對區(qū)域生態(tài)服務價值估算的影響很小，即草地與未利用地的敏感性指數(shù)分別上下調(diào)整50%時，估算的生態(tài)服務價值變化率均小于1%?？傮w來說，不同年份不同土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務價值對生態(tài)服務功能價值指數(shù)的敏感性指數(shù)的變動小，而且均小于1，表明研究區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務價值對生態(tài)服務功能價值指數(shù)是缺乏彈性的，研究結(jié)果是可信的。

4 結(jié)論

（1）焉耆盆地1990—2011年間土地利用變化的趨勢為水域、濕地、耕地與城鎮(zhèn)用地面積增大，草地與未利用地面積減少，未利用地面積變化的絕對量最大，水域面積變化的絕對量最小。

（2）焉耆盆地在1990年、2000年與2011年生態(tài)系統(tǒng)服務價值分別為821 400.0，937 140.0，867 300.0萬元，生態(tài)服務價值增加了5.59%，達45 900.0萬元，每年凈增加生態(tài)服務價值達30.23元／hm2。研究區(qū)內(nèi)濕地與水域合計生態(tài)服務價值占研究區(qū)總生態(tài)服務價值的80%以上。草地生態(tài)服務價值變動最大，變化率為14.94%，未利用地生態(tài)服務價值變動最小，變化率為2.17%。研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務總價值的增加主要是由濕地、水域總面積增加與生態(tài)服務功能價值指數(shù)大于其它土地利用類型而導致的。

（3）研究區(qū)各生態(tài)服務功能對區(qū)域總生態(tài)服務價值貢獻率由高到低依次為：廢物處理、水源涵養(yǎng)、氣候調(diào)價、娛樂休閑、生物多樣性保護、土壤形成、食物生產(chǎn)、氣體調(diào)價和原材料。研究區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務價值對生態(tài)服務功能價值指數(shù)是缺乏彈性的，研究結(jié)果是可信的。

焉耆盆地土地利用變化使生態(tài)系統(tǒng)服務功能發(fā)生改變，生態(tài)系統(tǒng)服務價值受到影響。對于焉耆盆地而言，由于地處生態(tài)環(huán)境特別脆弱的干旱荒漠區(qū)，區(qū)域發(fā)展規(guī)劃必須把生態(tài)環(huán)境保護放在重要位置。要實現(xiàn)經(jīng)濟、社會和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的目標，就必須維持生態(tài)系統(tǒng)服務功能的完整性和穩(wěn)定性。此外，人口作為社會經(jīng)濟活動的主體，對土地利用變化起著推動作用，土地利用的環(huán)境效益應受到重視，以改善和恢復生態(tài)環(huán)境為目的的土地利用變化主要受到政策、技術(shù)手段、投入等因素的影響［19］。因此，提高土地利用水平，加強湖泊與濕地保護是保護綠洲穩(wěn)定性與綠洲生態(tài)安全，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。

［1］ Costanza R，d′Arge R，de Groot R，et al.The value of the world′s ecosystem services and natural capital［J］.Nature，1997，25（1）：253-259.

［2］ 謝余初，鞏杰，趙彩霞，等.干旱區(qū)綠洲土地利用變化的生態(tài)系統(tǒng)服務價值響應：以甘肅省金塔縣為例［J］.水土保持研究，2012，19（2）：165-170.

［3］ 趙軍，楊凱.生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估研究進展［J］.生態(tài)學報，2007，27（1）：347-356.

［4］ 姚成勝，朱鶴健，呂晞.土地利用變化的社會經(jīng)濟驅(qū)動因子對福建生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響［J］.自然資源學報，2009，24（2）：225-233.

［5］ William R G，Dana H，Lynne K，et al.Valuing ecosystem and economic services across land-use scenarios in the Prairie Pothole Region of the Dakotas，USA［J］.Ecological Economics，2011，70（2）：1715-1725.

［6］ 田剛，蔡博峰.北京地區(qū)人工景觀生態(tài)服務價值估算［J］.環(huán)境科學，2004，25（5）：5-9.

［7］ 李進鵬，王飛，穆興民，等.延河流域土地利用變化對其生態(tài)服務價值的影響［J］.水土保持研究，2010，17（3）：110-114.

［8］ 宋宏利，張曉楠，倫更永.冀南土地利用變化對區(qū)域生態(tài)服務價值的影響分析［J］.水土保持研究，2011，18（1）：236-238.

［9］ Mamattursun E，Hamid Y，Anwar M，et al.Oasis landuse change and its effects on the oasis eco-environment in Keriya Oasis，China［J］.International Journal of Sustainable Development and World Ecology，2010，17（3）：244-252.

［10］ 傅伯杰，周國逸，白永飛，等.中國主要陸地生態(tài)系統(tǒng)服務功能與生態(tài)安全［J］.地球科學進展，2009，24（6）：571-576.

［11］ 石瑞花，李霞，董新光，等.焉耆盆地天然植被與地下水關系研究［J］.自然資源學報，2009，24（12）：2096-2103.

［12］ 布仁倉，常禹，胡遠滿，等.基于Kappa系數(shù)的景觀變化測度：以遼寧省中部城市群為例［J］.生態(tài)學報，2005，25（4）：778-784.

［13］ 王娟，崔保山，盧遠，等.生態(tài)系統(tǒng)服務價值在土地利用規(guī)劃中的應用［J］.水土保持學報，2006，20（1）：160-180.

［14］ 謝高地，魯春霞，冷允法，等.青藏高原生態(tài)資產(chǎn)的價值評估［J］.自然資源學報，2003，18（2）：189-195.

［15］ 張飛，塔西甫拉提·特依拜，丁建麗，等.塔里木盆地北緣綠洲土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務價值的時空變化研究：以渭干河—庫車河三角洲綠洲為例［J］.中國沙漠，2009，29（5）：933-941.

［16］ 黃湘，陳亞寧，馬建新.西北干旱區(qū)典型流域生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化［J］.自然資源學報，2011，26（8）：1364-1375.

［17］ 陳穎，石培基，潘竟虎，等.高原生態(tài)城土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響研究：以甘肅省民樂縣為例［J］.水土保持研究，2012，19（2）：154-159.

［18］ 岳書平，張樹文，閆業(yè)超.東北樣帶土地利用變化對生態(tài)服務價值的影響［J］.地理學報，2007，62（8）：879-886.

［19］ 賈科利，張俊華.寧夏中部干旱帶土地利用變化及驅(qū)動力分析［J］.水土保持研究，2011，18（6）：62-66.