三峽庫區(qū)蓄水前后土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響

國洪磊,周啟剛

(重慶工商大學(xué) 旅游與國土資源學(xué)院,重慶 400067)

?

三峽庫區(qū)蓄水前后土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響

國洪磊,周啟剛

(重慶工商大學(xué) 旅游與國土資源學(xué)院,重慶 400067)

隨著三峽庫區(qū)蓄水完成以及城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化，其相應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值也發(fā)生了改變。研究以三峽庫區(qū)2000年、2007年和2014年三期的TM影像數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，利用RS和GIS技術(shù)，提取各期土地利用現(xiàn)狀圖，分析了三峽庫區(qū)各期土地利用類型的數(shù)量、變化狀態(tài)、轉(zhuǎn)移趨勢以及土地利用動態(tài)度、土地利用程度的變化特征，研究了三峽庫區(qū)蓄水完成前后土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響，最后利用敏感性指數(shù)模型驗證結(jié)果的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明：2000—2014年三峽庫區(qū)總體上呈現(xiàn)耕地、草地、林地和未利用地面積減少，建設(shè)用地、水域面積增加的趨勢；建設(shè)用地和水域土地利用動態(tài)度較大，草地、耕地和林地動態(tài)度較?。?000—2014年三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總體上呈現(xiàn)減少的趨勢，14 a間減少了0.63億元；三峽庫區(qū)所有土地利用類型的敏感性指數(shù)均小于1，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對生態(tài)價值系數(shù)缺乏彈性，結(jié)果可信。研究結(jié)果有助于了解近14 a來三峽庫區(qū)的土地利用變化特征，從而為三峽庫區(qū)土地利用的結(jié)構(gòu)調(diào)整和環(huán)境保護(hù)提供參考。

三峽庫區(qū); 土地利用; 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值; 敏感性指數(shù)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指人類以間接或直接的方式通過生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程和功能從生態(tài)系統(tǒng)得到生態(tài)支持的產(chǎn)品和服務(wù)以獲取利益[1]。土地利用/覆被變化(LUCC)與人類生產(chǎn)活動有密切的聯(lián)系,也是全球氣候變化的重要組成部分和主要變化原因[2]。土地利用對于某一區(qū)域的生態(tài)環(huán)境有著至關(guān)重要的作用，近幾十年的土地利用活動已經(jīng)改變了幾乎所有的地球景觀，并產(chǎn)生了諸多生態(tài)和環(huán)境問題[3]，因此生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值也發(fā)生了相應(yīng)的變化，土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的關(guān)系也成為了熱點研究問題之一。隨著人口增長、經(jīng)濟發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快以及生態(tài)環(huán)境問題的加劇，使得區(qū)域發(fā)展對土地需求不斷擴大，國內(nèi)外對于土地利用變化與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系也以氣候、水溫、土壤等單一要素的研究轉(zhuǎn)向整個生態(tài)系統(tǒng)[4-6]。1970年聯(lián)合國大學(xué)首次提出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的概念[7]；20世紀(jì)90年代Costanza估計了各種生態(tài)系統(tǒng)的各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值[8]；2003年謝高地等[9]對于Costanza提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算的不足進(jìn)行了修正；近年來國內(nèi)多數(shù)學(xué)者對于重慶[10]、湖南[11]、長三角[12]等地區(qū)進(jìn)行了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究。目前關(guān)于三峽庫區(qū)的研究多集中于土地利用單方面或者三峽庫區(qū)重慶段土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值關(guān)系的響應(yīng)特征[13-14]，對于整個三峽庫區(qū)土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究較少。

三峽庫區(qū)擁有獨特的生態(tài)系統(tǒng)，是我國重要的生態(tài)寶庫，當(dāng)前和今后相當(dāng)長的時期內(nèi)三峽庫區(qū)的生態(tài)環(huán)境在經(jīng)濟發(fā)展中始終占據(jù)著重要地位。近年來，隨著重慶市的直轄和三峽庫區(qū)蓄水完成，庫區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展伴隨著生態(tài)移民、城市發(fā)展、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等，使得土地資源發(fā)生了很大變化，從而與之密切相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值也發(fā)生了變化。研究將RS和GIS技術(shù)相結(jié)合，以Landsat TM影像為數(shù)據(jù)源建立三峽庫區(qū)2000—2014年土地利用數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而估算庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值，并驗證結(jié)果的準(zhǔn)確性，探討三峽庫區(qū)蓄水完成前后土地利用的變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值之間的關(guān)系，以期為庫區(qū)土地資源的合理優(yōu)化配置及生態(tài)環(huán)境的保護(hù)提供參考依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

三峽庫區(qū)位于北緯29°—31°50′，東經(jīng)106°20′—110°30′，總面積約5.7萬km2，位于四川盆地和長江中下游平原的結(jié)合部，北面和南部分別為大巴山和川鄂高原，地形復(fù)雜，多山谷。三峽庫區(qū)包含了重慶主城區(qū)(渝中區(qū)、江北區(qū)、北碚區(qū)、渝北區(qū)、巴南區(qū)、南岸區(qū)、沙坪壩區(qū)、九龍坡區(qū)和大渡口區(qū))以及巫山縣、巫溪縣、奉節(jié)縣、云陽縣、開縣、忠縣、豐都縣、武隆縣、石柱縣、萬州區(qū)、涪陵區(qū)、長壽區(qū)、江津區(qū)和湖北省境內(nèi)的宜昌縣、興山縣、秭歸縣、巴東縣；三峽庫區(qū)地處我國亞熱帶濕潤氣候區(qū)，夏季高溫多雨，冬季溫和濕潤，水熱資源具有優(yōu)勢，垂直氣候帶明顯。三峽庫區(qū)蓄水完成歷經(jīng)三個階段：2003年6月為第一階段，水位達(dá)到135 m；2006年9月為第二階段，蓄水位上升至156 m；2009年9月為第三階段蓄水完成，蓄水位為175 m。隨著三峽庫區(qū)的蓄水完成以及庫區(qū)內(nèi)區(qū)縣的經(jīng)濟發(fā)展，三峽庫區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境受到了較大影響，對其進(jìn)行研究能夠了解到三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化情況，從而為三峽庫區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置提供參考依據(jù)。本研究參照《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T21010—2007)，結(jié)合三峽庫區(qū)實際情況，將其劃分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地6類。

2　數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)處理

2.1數(shù)據(jù)來源

本研究以三峽庫區(qū)2000年、2007年和2014年Landsat TM遙感影像為數(shù)據(jù)源，軌道號分別為125038，125039，126038，126039，126040，127038，127039，127040，128039，128040。所有影像數(shù)據(jù)采用ALBERS投影，中央經(jīng)線采用東經(jīng)110°，雙標(biāo)準(zhǔn)緯線分別為北緯25°和47°，其中TM影像數(shù)據(jù)1，2，3，4，5，7波段的空間分辨率均為30 m，第6波段分辨率為120 m，影像時段均為當(dāng)年8—10月。

2.2數(shù)據(jù)處理

首先對遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理方法主要包括對影像圖進(jìn)行輻射校正、幾何校正和鑲嵌處理。運用Erdas 9.1軟件對三峽庫區(qū)2000年、2007年和2014年的Landsat TM遙感影像進(jìn)行4，3，2波段組合，采用人機交互的解譯方法獲取研究區(qū)2000年，2007年，2014年三期Landsat TM 遙感影像的土地利用數(shù)據(jù)。為了保證判讀結(jié)果的精度要求，采取邊解譯邊檢驗的原則，組織經(jīng)驗豐富的高級技術(shù)工程師和專家教授隨機檢驗判讀精度，同時借助土地利用現(xiàn)狀圖、地形圖及野外驗證結(jié)果保證遙感影像解譯的準(zhǔn)確性。部分?jǐn)?shù)據(jù)指標(biāo)借助統(tǒng)計年鑒等相關(guān)資料經(jīng)統(tǒng)計分析后所得。

3　研究方法

3.1土地利用動態(tài)度

土地利用動態(tài)度是用來分析研究土地利用的變化模式，表達(dá)了某一區(qū)域一定時間段內(nèi)各類土地利用類型的數(shù)量變化和變化速度情況。土地利用動態(tài)度對比較土地利用變化的區(qū)域差異和預(yù)測未來土地利用變化趨勢具有積極的作用[15]。應(yīng)用土地利用動態(tài)度指數(shù)可以真實表現(xiàn)研究區(qū)各土地利用類型的變化劇烈程度，其計算公式為：

(1)

式中：K表示研究時段內(nèi)某一土地利用類型動態(tài)度；Ua，Ub表示研究期初及研究期末某一種土地利用類型的數(shù)量；T表示研究時段長度，當(dāng)T的時段設(shè)定為年時，K的值就是該研究區(qū)某土地利用類型年變化率[16]。

3.2土地利用程度

土地利用程度主要反映土地利用的廣度和深度[17]，是一個區(qū)域土地利用程度的指標(biāo)，表現(xiàn)為人類對土地系統(tǒng)的影響程度，以此來研究和預(yù)測土地利用的未來發(fā)展方向。土地利用程度指數(shù)越高，表示土地類型受到的人為干擾程度越大，從而向人為干擾程度較高的建設(shè)用地類型發(fā)展。根據(jù)劉紀(jì)遠(yuǎn)先生等提出的土地利用程度的綜合分析方法[18]，將土地利用程度按照土地自然綜合體在社會因素影響下的自然平衡狀態(tài)分為若干級，并賦予分級指數(shù)，從而給出土地利用程度綜合指數(shù)及土地利用程度變化模型的定量化表達(dá)式[19]，土地利用程度指數(shù)公式為：

(2)

式中：L表示研究區(qū)域土地利用程度指數(shù)；Ai表示研究區(qū)域內(nèi)第i級的土地利用程度分級指數(shù)；Ci表示研究區(qū)域內(nèi)土地利用程度分級面積百分比；n表示土地利用程度的分級數(shù)。

本研究將三峽庫區(qū)劃分為4個等級：未利用地為1等，林地、草地和水域為2等，耕地為3等，建設(shè)用地為4等(表1)，

表1　土地利用程度分級賦值

3.3土地利用轉(zhuǎn)移模型

對三峽庫區(qū)2000年和2014年兩期的土地利用進(jìn)行轉(zhuǎn)移矩陣運算，以得到不同時期不同用地類型之間的轉(zhuǎn)移變化關(guān)系，了解研究區(qū)域初期各土地利用類型的土地流向及研究末期各土地利用類型的來源構(gòu)成，從而對土地利用的數(shù)量變化、轉(zhuǎn)移情況分析，其計算公式如下[20]：

(3)

3.4生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算

本研究通過謝高地等[9]提出的我國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值系數(shù)來計算三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。本研究結(jié)合三峽庫區(qū)實際情況，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子表進(jìn)行部分修正：耕地對應(yīng)農(nóng)田、林地對應(yīng)森林，草地對應(yīng)草地，因三峽庫區(qū)多河流水面，水域用地與水體對應(yīng)，建設(shè)用地賦值為0，未利用地與荒漠對應(yīng)，從而獲得三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表(表2)。以三峽庫區(qū)2000年、2007年、2014年三年的糧食平均產(chǎn)量(4 577 kg/hm2)以及平均價格(1.65元/kg)為研究區(qū)基準(zhǔn)單產(chǎn)和價格基準(zhǔn)，得出三峽庫區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子為1 078.86元/hm2，進(jìn)而利用所列公式(式4)計算出三峽庫區(qū)不同土地利用類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)(表3)。

ESV=∑(Ak×VCk)

(4)

式中：ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；Ak為土地利用類型k的面積；VCk為生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)。

表2　三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表

3.5敏感性分析

研究區(qū)域利用經(jīng)濟學(xué)原理彈性系數(shù)中的敏感性指數(shù)(CS)來核實生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(ESV)隨著時間變化對生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)(VC)的依賴程度，以此驗證選取價值系數(shù)的準(zhǔn)確性。當(dāng)CS>1時，表示ESV對VC是敏感富有彈性的，即1%的自變量變動將引起應(yīng)變量大于1%的變動，則結(jié)果準(zhǔn)確度差和可信度較低；如果CS<1,則說明ESV對VC是不敏感缺乏彈性的，其結(jié)果可信。公式如下[21]：

(5)

式中：CS為敏感性指數(shù)；ESVi為初始生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值；ESVj為調(diào)整后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值；VCik為第k種土地利用類型的初始生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)；VCjk為第k種土地利用類型調(diào)整后生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)。

4　結(jié)果與分析

4.1土地利用變化分析

利用軟件ArcGIS 10.1對三峽庫區(qū)2000—2014年土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，計算各地類面積和比例，如表4所示。

表3　三峽庫區(qū)不同土地利用類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)　元/hm2

表4　2000-2014年三峽庫區(qū)各土地利用類型面積統(tǒng)計

由表4可知，三峽庫區(qū)2000—2014年各土地利用類型面積的分布狀況。其中，林地和耕地分布最為廣泛，林地主要分布在三峽庫區(qū)的下游地段，耕地主要分布在三峽庫區(qū)的中上游地段。三峽庫區(qū)總體上呈現(xiàn)耕地、林地、草地和未利用地面積減少，水域和城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積增加的趨勢，具體表現(xiàn)為：建設(shè)用地面積增幅最大，面積從127 361 hm2增加到186 199 hm2，增加了58 838 hm2，主要是重慶市直轄所帶來的機遇以及經(jīng)濟的快速發(fā)展，導(dǎo)致城鎮(zhèn)建設(shè)用地需求不斷增加；耕地和林地面積一直處于下降狀態(tài)，分別減少50 053 hm2，26 526 hm2；受三峽庫區(qū)蓄水的影響，水域用地面積逐年增加，從132 305 hm2增加到151 344 hm2；由于草地和未利用地在三峽庫區(qū)所占面積比例本身比較小，因此草地和未利用地面積變化數(shù)量很小，草地也略有減少，而未利用地面積有所增加。2000—2014年，未利用地面積僅占三峽庫區(qū)總面積的0.03%,表明三峽庫區(qū)的土地開發(fā)利用程度較高，然而后備土地資源不足。

4.2土地利用動態(tài)度分析

研究區(qū)域利用2000—2014年三峽庫區(qū)土地利用現(xiàn)狀矢量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計出各土地利用類型的年變化量，同時根據(jù)土地利用動態(tài)度方法計算出各土地利用單一動態(tài)度指數(shù)。由表5可知，2000—2014年年變化量最多的是建設(shè)用地，年均增加4 202.72 hm2，其次是耕地和林地，年均減少分別為3 575.21，1 894.74 hm2；年變化量最小的是未利用地，年均減少0.77 hm2。三峽庫區(qū)蓄水完成前(2000—2007年)，耕地和林地減少面積較小，僅為2 018，901 hm2，隨著三峽庫區(qū)蓄水完成之后(2007—2014年)以及城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，耕地和林地面積迅速減少，分別達(dá)到5 132.43，2 888.48 hm2。土地利用動態(tài)度方面，2000—2014年三峽庫區(qū)建設(shè)用地和水域增速最快，達(dá)到0.033 0，0.010 3；耕地、林地、草地和未利用地動態(tài)度指數(shù)均為負(fù)數(shù)，表明各地類均在減少，其中耕地動態(tài)度值為-0.001 6，減少速度最快。

4.3土地利用程度分析

根據(jù)土地利用程度指數(shù)模型得到三峽庫區(qū)各土地利用類型的土地利用程度指數(shù)。由表6可知2000—2014年三峽庫區(qū)土地利用程度呈現(xiàn)增加的趨勢，由2000年的242.5%上升到243.63%，說明三峽庫區(qū)土地利用處于發(fā)展上升期。土地利用程度的水平主要由耕地和林地決定，其土地利用程度指數(shù)均在100%以上，尤以耕地最高；耕地和林地土地利用動態(tài)度指數(shù)總體呈下降趨勢，然而建設(shè)用地利用程度指數(shù)增加明顯，由8.88%增加到12.96%，因此三峽庫區(qū)土地利用綜合程度也上升；三峽庫區(qū)蓄水之前利用程度最低僅為4.62%，隨著庫區(qū)的逐次蓄水，其土地利用程度指數(shù)在2014年也達(dá)到最高值為5.26%；草地和未利用地的土地利用程度變化并不明顯。

表5　三峽庫區(qū)2000—2014年各類型土地利用動態(tài)度

表6　三峽庫區(qū)2000-2014年各類土地利用程度綜合指數(shù)　%

4.4土地利用轉(zhuǎn)移分析

通過ArcGIS 10.1對三峽庫區(qū)2000年和2014年兩期土地利用圖進(jìn)行疊置分析從而獲得土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，見表7。從三峽庫區(qū)不同土地利用類型的轉(zhuǎn)移情況來看，主要表現(xiàn)為建設(shè)用地的增加和耕地、林地的減少。城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積的增加主要來源于耕地和林地，其中耕地面積為41 192 hm2，林地面積為17 916 hm2；2009年9月三峽庫區(qū)蓄水完成，蓄水位達(dá)到175 m，同時伴隨著城市化水平提高，大量耕地被占用，使得耕地轉(zhuǎn)向水域和建設(shè)用地的面積分別達(dá)到10 632 hm2，41 192 hm2，同期向耕地轉(zhuǎn)入的多為林地和草地，轉(zhuǎn)化面積分別為3 842 hm2，635 hm2；草地的變化主要表現(xiàn)為向林地和水域的轉(zhuǎn)出，轉(zhuǎn)出面積分別為1 057 hm2，850 hm2，而林地和耕地的轉(zhuǎn)入面積分別為988 hm2，630 hm2；而未利用地在轉(zhuǎn)出和轉(zhuǎn)入方面均較小。由此可知，2000—2014年，三峽庫區(qū)耕地和林地是最易受人類干擾的土地類型，多數(shù)耕地和林地向城鎮(zhèn)建設(shè)用地轉(zhuǎn)變。

表7　2000-2014年三峽庫區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣　hm2

4.5生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算分析

由表8可知，14 a來，三峽庫區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值總體上呈現(xiàn)減少趨勢，從2000年的979.58億元下降到978.95億元，減少了0.06%，總體變化較小。其中2000—2007年三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值從979.58億元增加到982.45億元，主要原因是由于2000—2007年，耕地、林地面積減少速度較慢，同期三峽庫區(qū)蓄水使得水位上漲，水域面積增大，且水域用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)最高，因此生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值增加；2007—2014年三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值又減少到978.95億元，是由于這一時間段內(nèi)建設(shè)用地增加較快，且多為耕地和林地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)化，而庫區(qū)蓄水完成，水位處在較為平穩(wěn)的狀態(tài)，使得庫區(qū)內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值又有所下降。

表8　三峽庫區(qū)2000-2014年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值　億元

土地利用結(jié)構(gòu)的變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的影響較大。研究期間三峽庫區(qū)耕地、林地和草地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值都呈下降趨勢，由于林地生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)僅次于水域，且林地面積減少了26 526 hm2，林地?fù)p失價值最多，減少了6.25億元；耕地?fù)p失價值由162.59億元減少到158.86億元，減少約2.29%；草地減少0.08億元；由于水域的生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)最大，水域面積的增加使得水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加了9.44億元，增加約14.39%；未利用的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值沒有發(fā)生變化。

在ArcGIS 10.1中利用feature to raster 功能，將三峽庫區(qū)土地利用三期矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格，基于1 km ×1 km網(wǎng)格分析三峽庫區(qū)三個時段生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間分布差異，并根據(jù)劉桂林等[12]對各土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行重新分類：極低(<0.1萬/hm2)、低(0.1～1萬元/hm2)、中(1～3萬元/hm2)、高(>3萬元/hm2)。2000—2014年，三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值極低區(qū)域主要分布在三峽庫區(qū)各區(qū)縣建成區(qū)，其中隨著城市化進(jìn)程的加速，重慶主城區(qū)分布最為密集顯著，且呈現(xiàn)出向四周擴展的趨勢；低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分布與耕地、草地相吻合；由于林地本身基數(shù)較大，所占比例較高，2000—2014年林地所代表的中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值區(qū)域在空間變化上表現(xiàn)不明顯；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值高的區(qū)域與水域流向分布一致，且向兩岸擴大。2000—2014年，較低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值和高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加明顯，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值低區(qū)域和中區(qū)域在空間分布上基本保持不變，變化趨勢不明顯。

4.6敏感性分析

利用前文所述的敏感度指數(shù)模型，將耕地、林地、草地、水域和未利用地的的生態(tài)價值系數(shù)分別上下調(diào)整50%，分別得到調(diào)整后研究區(qū)2000年、2007年、2014年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值，根據(jù)公式(5)得到不同年份之間的敏感性指數(shù)。

由表9可知，2000年、2007年、2014年三峽庫區(qū)所有土地利用類型的敏感性指數(shù)均小于1，敏感性指數(shù)由高到低排序為林地>耕地>水域>草地>未利用地。由于三峽庫區(qū)林地面積所占比重最大，且林地單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較高，因此敏感度最高的是林地為0.757 3，即當(dāng)林地的生態(tài)價值系數(shù)增加1%時，三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值將增加0.757 3%；敏感度最小的是未利用地，僅為0.000 007，表明未利用地對三峽庫區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值影響較小。因此研究所選取的生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)對三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值影響不大，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對價值系數(shù)缺乏彈性，研究結(jié)果具有可靠性。

表9　三峽庫區(qū)2000—2014年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值敏感性指數(shù)

從時間序列上來看，2000—2014年三峽庫區(qū)林地和耕地的敏感性指數(shù)有所降低，主要是由于林地和耕地面積減少，表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值受耕地和林地單位面積生態(tài)價值系數(shù)的影響在減少，但由于耕地和林地本身基數(shù)比較大的原因，相對應(yīng)的敏感性指數(shù)仍然較高；隨著水域面積的增加，三峽庫區(qū)水域敏感性指數(shù)同期從0.067 0上升到0.076 7，表明水域的生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)對三峽庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的增加有所上升；草地和未利用地變化較小，即草地和未利用地生態(tài)價值系數(shù)對生態(tài)系統(tǒng)價值影響較小。

5　結(jié) 論

(1)隨著三峽庫區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展和城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，2000—2014年大量耕地、林地被占用且向建設(shè)用地轉(zhuǎn)化，致使建設(shè)用地面積增幅較大，使得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值減少了0.63億元；而三峽庫區(qū)在歷經(jīng)三個階段的蓄水完成后，水域面積增加并且趨于平穩(wěn)，彌補了耕地和林地面積減少所帶來的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的損失；草地和未利用地面積雖有所下降但變化并不明顯。林地和耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值有所下降，但在三峽庫區(qū)整個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值中仍然占據(jù)著主導(dǎo)地位，尤以林地最高。

(2)空間分布上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較低區(qū)域和高區(qū)域呈現(xiàn)擴展趨勢，較低區(qū)域主要集中在三峽庫區(qū)重慶主城建成區(qū)和其他區(qū)縣建成區(qū)域，高區(qū)域的增加則與三峽庫區(qū)的蓄水使得水域面積擴大有關(guān)；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較低的區(qū)域主要分布在三峽庫區(qū)的中上游段，而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值中值區(qū)域則主要分布在三峽庫區(qū)的下游段和重慶都市區(qū)的4條平行山脈(縉云山、中梁山、銅鑼山和明月山)。

(3)通過對各土地利用類型的敏感度分析得出敏感性指數(shù)均小于1，其中林地值最高，未利用地最小，水域敏感性指數(shù)升高，與三峽庫區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的變化相契合，研究所選生態(tài)價值系數(shù)較為合理，結(jié)果可信。

雖然14 a間三峽庫區(qū)體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值僅減少了0.63億元，土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整總體表現(xiàn)較為合理，但仍然反映了單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的減弱，這與林地和耕地面積的減少有關(guān)。在經(jīng)濟發(fā)展和城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)的進(jìn)程下，三峽庫區(qū)應(yīng)加強對林地和耕地的保護(hù)，合理控制建設(shè)用地的擴張，確保生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的可持續(xù)狀態(tài)。

[1]胡和兵,劉紅玉,郝敬鋒,等.城市化流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空分異特征及其對土地利用程度的響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報,2013,33(8):2565-2576.

[2]Turner B L,Skole D L,Sanderson S,et al.Land-use and land-cover change.Science/Research Plan[R].Sweden：Global Change Report,1995.

[3]竇玥,戴爾阜,吳紹洪.區(qū)域土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)脆弱性影響評估:以廣州市花都區(qū)為例[J].地理研究,2012,31(2):311-322.

[4]蘇維詞.貴陽城市土地利用變化及其環(huán)境效應(yīng)[J].地理科學(xué),2000,20(5):462-468.

[5]李曉文,方精云,樸世龍.近10 a來長江下游土地利用變化及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[J].地理學(xué)報,2003,58(5):659-667.

[6]彭文甫,周介銘,楊存建,等.基于土地利用變化的四川省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值研究[J].長江流域資源與環(huán)境,2014,23(7):1053-1062.

[7]SCEP(Study of Critical Environmental Problems).Man′s Impact on the Global Environment:Assessment and Recom-mendations for Action[R].Cambridge,MA:MIT Press,1970.

[8]Costanza R,Argc R,Groot R,et al.The value of the world,s ecosystem service and natural capital [J].Nature,1997,386:253-260.

[9]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(xué)報,2003,18(2):189-196.

[10]汪小平,周寶同,王小玉,等.重慶市土地利用變化及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值響應(yīng)[J].西南師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2009,34(5):225-229.

[11]劉永強,廖柳文,龍花樓,等.土地利用轉(zhuǎn)型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值效應(yīng)分析:以湖南省為例[J].地理研究,2015,34(4):691-700.

[12]劉桂林,張落,成張倩.長三角地區(qū)土地利用時空變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響[J].生態(tài)學(xué)報,2014,34(12):3311-3319.

[13]姜永華,江洪,曾波,等.三峽庫區(qū)(重慶段)土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響分析[J].水土保持研究,2008,15(4):234-243.

[14]馬駿,馬朋,李昌曉,等.基于土地利用的三峽庫區(qū)(重慶段)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空變化[J].林業(yè)科學(xué),2014,50(5):17-26.

[15]王秀蘭,包玉海.土地利用動態(tài)變化研究方法探討[J].地理科學(xué)進(jìn)展,1999,18(1):81-87.

[16]陳述彭,童慶禧,郭華東.遙感信息機理研究[M].北京:科技技術(shù)出版社,1998.

[17]王秀蘭,包玉海.土地利用動態(tài)變化研究方法探討[J].地理科學(xué)進(jìn)展,1999,18(1):81-87.

[18]樊玉山,劉紀(jì)遠(yuǎn).西藏自治區(qū)土地利用[M].北京:科學(xué)出版社,1992.

[19]方大莊,劉紀(jì)遠(yuǎn).中國土地利用程度的區(qū)域分異模型研究[J].自然資源學(xué)報,1997,12(2):105-111.

[20]彭文甫,周介銘,羅懷良,等.城市土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值損益估算:以成都市為例[J].水土保持研究,2011,18(4):43-51.

[21]曼昆.經(jīng)濟學(xué)原理[M].3版.北京:機械工業(yè)出版社,2003.

Effect of Land Use Change on Ecosystem Service Value Pre and Post the Water Storage in the Three Gorges Reservoir Area

GUO Honglei,ZHOU Qigang

(Tourism and Land Resources School of Chongqing Technology and Business University,Chongqing 400067)

With the completion of water storage and the progress of urbanization in the Three Gorges Reservoir Area,the land use structure has changed significantly,and the corresponding ecosystem service value has changed.Taking three periods TM images of the Three Gorges Reservoir Area as the data source,this paper uses the RS and GIS technology to extract the land use map of each period,analyze the quantity,change state,transfer tendency of the type of land use and the characteristics of land use degree,study the effect of land use change on ecosystem service value pre and post the water storage in the Three Gorges Reservoir Area.The accuracy of the results is verified by the sensitivity index model in the study.The results indicate that the quantity of cultivated land,grass land,forest land,unused land decreased and construction land,water area increased from 2000 to 2014.At the same time,the land use dynamic degree were different of each land class,construction land and water area dynamic degree were high,while the grass land,cultivated land and forest land dynamic degree were very low.During 2000—2014,the value of ecosystem services in Three Gorges Reservoir Area shows a trend of decreasing,the ecosystem service value have increased 0.63 billion yuan.All of the land use sensitivity index are less than 1.The value of ecosystem services in the study area lack of flexibility on the ecological value coefficient.The results are credible.Research results are helpful to understand the characteristics of land use changes in recent 13 years,and the results could provide reference value for the adjustment of land use structure and environmental protection in the Three Gorges Reservoir area.

Three Gorges Reservoir area; land use; ecosystem service value; sensitivity index

2016-01-15

2016-02-03

國家自然科學(xué)基金(41101503);國家社科基金重大項目(11&ZD161);重慶工商大學(xué)融智學(xué)院科研項目(20157002)

國洪磊(1991—),男,山東菏澤人,碩士研究生,主要研究方向:土地資源管理。E-mail:ghl124@126.com

周啟剛(1976—),男,重慶銅梁人,教授,博士,碩士生導(dǎo)師，主要從事3S理論與應(yīng)用以及土地利用與規(guī)劃研究。E-mail:zqg1050@126.com

F301.24

A

1005-3409(2016)05-0222-07