懷來(lái)縣土地利用/覆被變化及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空演變

陳青鋒, 于化龍, 張 杰, 田 超, 陳亞恒,

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 國(guó)土資源學(xué)院, 河北 保定 071001; 2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 河北 保定 071001)

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懷來(lái)縣土地利用/覆被變化及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空演變

陳青鋒1, 于化龍2, 張 杰1, 田 超2, 陳亞恒1,2

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 國(guó)土資源學(xué)院, 河北 保定 071001; 2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 河北 保定 071001)

為了揭示土地利用與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，指導(dǎo)區(qū)域土地合理利用，以懷來(lái)縣為研究區(qū)，通過(guò)對(duì)1992年、2002年、2012年的Landsat TM遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用土地利用變化強(qiáng)度指數(shù)分析懷來(lái)縣近20年的土地利用類型間的變化強(qiáng)度，構(gòu)建了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的動(dòng)態(tài)測(cè)算模型，引入動(dòng)態(tài)度與相對(duì)變化率指數(shù)，對(duì)縣域內(nèi)近20年各地類以及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化進(jìn)行時(shí)空分異特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明：近20年懷來(lái)縣土地利用整體呈現(xiàn)“三增兩減”的趨勢(shì)，即園地、林地、建設(shè)用地面積增長(zhǎng)，分別增長(zhǎng)了19.98%，5.66%，90.76%；水域、耕地面積減少，分別減少68.90%，23.27%。建設(shè)用地、耕地在近20年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化最大，即變化最劇烈，林地、園地變化相對(duì)較小；北部山地丘陵區(qū)與南部低山丘陵區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化率較高，中部平原區(qū)變化率較小。

土地利用; 覆被變化; 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值; 懷來(lái)縣

一個(gè)地區(qū)乃至全球的土地利用/覆被變化及對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響[1]是科學(xué)界與政府部門(mén)共同的工作重心。相關(guān)研究表明，土地利用格局變化會(huì)引起生態(tài)系統(tǒng)功能的變化，并進(jìn)一步影響區(qū)域乃至全球的生態(tài)服務(wù)價(jià)值[2]。所以，研究區(qū)域土地利用覆被/變化以及因此所引發(fā)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化，對(duì)研究人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，促進(jìn)區(qū)域土地資源合理利用、人地協(xié)調(diào)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境改善具有重要的意義。

目前土地利用/覆被變化引起生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的研究多側(cè)重于某一特定的時(shí)間[3]，或者是用修正的一年的當(dāng)量因子測(cè)算不同年份的生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值[4]。相對(duì)而言，對(duì)于構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的動(dòng)態(tài)測(cè)算的研究尚顯不足[5]。自2000年以來(lái)，為治理與保護(hù)丘陵山區(qū)的生態(tài)環(huán)境，懷來(lái)縣實(shí)施了一系列的生態(tài)環(huán)境治理與保護(hù)工程。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市化、工業(yè)化的快速發(fā)展，導(dǎo)致區(qū)域土地利用/覆被發(fā)生明顯變化，并將影響土地的可持續(xù)利用。所以，本文以河北省懷來(lái)縣為研究區(qū)，引入土地利用變化強(qiáng)度指數(shù)，對(duì)區(qū)域土地利用變化強(qiáng)度進(jìn)行分析；對(duì)遙感影像解譯出的6種地類面積變化引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化在近20年內(nèi)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的修訂分析；在此基礎(chǔ)上引入動(dòng)態(tài)度與轉(zhuǎn)化率對(duì)各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化進(jìn)行時(shí)空變化的分析。為區(qū)域土地合理利用、人地協(xié)調(diào)發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供理論支撐。

1　研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

懷來(lái)縣處于河北省西北部，燕山山脈西部，地處于東經(jīng)115°16′—115°58′，北緯40°4′—40°35′，位于內(nèi)蒙古高原與華北平原的過(guò)渡地帶，生態(tài)環(huán)境具有明顯的過(guò)渡性。占地面積1 782 hm2，其中丘陵面積占19%，山區(qū)面積占38%。懷來(lái)縣內(nèi)南部和北部多半是山區(qū)，中部盆地，研究區(qū)內(nèi)丘陵山區(qū)占據(jù)絕大部分，生態(tài)環(huán)境面臨巨大的挑戰(zhàn)。懷來(lái)縣作為環(huán)首都地區(qū)的綠色屏障及重要的生態(tài)緩沖帶，其生態(tài)環(huán)境如何直接關(guān)系到環(huán)首都地區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

選取研究區(qū)1992年、2002年、2012年3期的Landast TM影像作為土地利用分類的數(shù)據(jù)，運(yùn)用ENVI 4.7軟件對(duì)TM影像進(jìn)行大氣校正、幾何校正(誤差小于0.5個(gè)像元)、拼接和剪裁后，在ArcGIS 9.3軟件平臺(tái)中，采用監(jiān)督分類與目視解譯結(jié)合的解譯方法，得到懷來(lái)縣3期解譯結(jié)果總精度與Kappa指數(shù)均大于0.8的土地利用類型圖，將懷來(lái)縣土地利用類型分為：水域、園地、林地、未利用地、耕地、建設(shè)用地。進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量功能性調(diào)整及編輯調(diào)整所需的數(shù)據(jù)，包括1992年、2002年、2012年3期的平均糧食單價(jià)、單位產(chǎn)量，均參考《懷來(lái)縣統(tǒng)計(jì)年鑒》、《懷來(lái)縣國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)》和《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》等資料。

2　研究方法

2.1土地利用變化強(qiáng)度指數(shù)

土地利用變化強(qiáng)度指數(shù)[6]是指一個(gè)地區(qū)或一個(gè)空間單元i內(nèi)，在研究區(qū)段(a,b)中土地利用類型j在單位面積內(nèi)發(fā)生的變化，用如下公式表示：

(1)

式中：Lj,i——研究區(qū)段土地利用類型j在某一個(gè)區(qū)域或是一個(gè)空間單元i內(nèi)土地利用變化強(qiáng)度指數(shù)；Kj,a，Kj,b——在a至b研究時(shí)段土地利用類型j在i內(nèi)的面積(hm2)；T——研究時(shí)段(a)。

2.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值測(cè)算

2.2.1價(jià)值測(cè)算模型的建立生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子即各地類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能所體現(xiàn)出的價(jià)值的潛在貢獻(xiàn)能力[7]，具體是指全國(guó)每年農(nóng)田糧食一個(gè)單位面積內(nèi)(1 hm2)平均產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值為1，其余各地類的生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子就是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修正得到。單位面積(1 hm2)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子計(jì)算公式如下：

(2)

式中：Ea——1 hm2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值(元/hm2)；P——懷來(lái)縣當(dāng)年糧食平均價(jià)格(元/kg)；Q——懷來(lái)縣糧食單產(chǎn)(千克/hm2)。通過(guò)計(jì)算可以得出懷來(lái)縣1992年、2002年、2012年單位面積農(nóng)田平均糧食產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)價(jià)值分別為為643.77，698.11，714.32元/(hm2·a)。

本文參考謝高地等[7]生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值系數(shù)法，結(jié)合懷來(lái)縣的實(shí)際狀況，對(duì)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量表進(jìn)行功能性和邊際性調(diào)整，最終得到懷來(lái)縣1990年、2002年、2012年3期的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量。

2.2.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)測(cè)算模型構(gòu)建運(yùn)用Costanza等[8]生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值測(cè)算方法，基于公式(2)，構(gòu)建研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)測(cè)算模型，具體模型如下：

(k=1,2,3,…,6;t=1,2,3,…,20)

(3)

Ck=Eadk(k=1,2,3,…,6)

(4)

(5)

bt=rtpt(t=1,2,3,…,20)

(6)

式中：V——生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；Ak——第k類土地利用類型的面積；Ck——第k類土地類型的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)；Sk——當(dāng)量因子功能性調(diào)整系數(shù)；bt——當(dāng)量因子服務(wù)邊際性調(diào)整系數(shù)；dk——單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值調(diào)整后的當(dāng)量值；NPPk——第k類土地利用類型的凈初級(jí)第一生產(chǎn)力；NPPkmean——植物凈初級(jí)第一生產(chǎn)力的平均值；rt——研究區(qū)居民第t年對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的支付能力指數(shù)；pt——研究區(qū)居民第t年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的支付意愿指數(shù)。

表1　修正后懷來(lái)縣單位面積生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量

注：廢氣、廢水、固體廢棄物的排放對(duì)生態(tài)環(huán)境造成負(fù)效應(yīng)，因此在本研究中氣體調(diào)節(jié)功能、水源涵養(yǎng)功能、廢物處理功能的價(jià)值取負(fù)值。

(1) 功能性調(diào)整指數(shù)計(jì)算。生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性不僅體現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)本身的持續(xù)性，更表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的持續(xù)性，具有內(nèi)外功能協(xié)調(diào)統(tǒng)一的特征，而生物生產(chǎn)力是描述其生態(tài)功能的最基礎(chǔ)指標(biāo)[9]。本文對(duì)生物生產(chǎn)力的計(jì)算，主要采用植物光合作用方程式，并應(yīng)用材積量生物量法計(jì)算生物量，從而利用NPP計(jì)算公式，計(jì)算植物凈初級(jí)第一生產(chǎn)力[10]。植物光合作用方程式如下：

CO2+H2O→C6H12O6+O2

(7)

結(jié)合懷來(lái)縣園地、林地兩種生態(tài)系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特征，從而計(jì)算出林地、園地兩種生態(tài)系統(tǒng)的凈初級(jí)第一生產(chǎn)力，并結(jié)合公式(5)，計(jì)算出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的調(diào)整指數(shù)：林地為1.053，園地為1.317，由于受歷年林種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)限制，本文對(duì)功能調(diào)整指數(shù)1992—2012年保持不變，得到懷來(lái)縣單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值調(diào)整后的當(dāng)量(表2)。

表2　功能調(diào)整后懷來(lái)縣單位面積生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量

(2) 邊際性調(diào)整指數(shù)計(jì)算。通過(guò)對(duì)Costanza和謝高地關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的價(jià)值系數(shù)的綜合研究，發(fā)現(xiàn)民眾的支付意愿[11]是大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值形成的基礎(chǔ)。對(duì)于相同的生態(tài)系統(tǒng)，因區(qū)域特性不一樣，以及不同地區(qū)之間經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、居民的收入狀況、價(jià)值認(rèn)識(shí)和消費(fèi)偏好甚至政策制度的不同，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的支付意愿和支付能力也是大不相同的[12]。

① 以小康與富裕階段的過(guò)渡點(diǎn)作為支付意愿聚集上升的拐點(diǎn)，選取恩格爾系數(shù)[13]為0.4作為支付意愿曲線的拐點(diǎn)，并使用Logisticeurve模型[14]來(lái)確定，所確定的1992年、2002年、2012年的支付意愿指數(shù)分別為：1.211，1.130，1.111。

② 通過(guò)支付能力系數(shù)的調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表，能夠有效解釋因支付意愿存在能力不足所造成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值支付的困境[15]，在本文中，利用1992—2012年的懷來(lái)縣人均GDP與對(duì)應(yīng)的國(guó)家人均GDP的比值對(duì)支付能力進(jìn)行模擬，從而確定生態(tài)服務(wù)價(jià)值支付能力調(diào)整系數(shù)：1992年、2002年、2012年的支付能力調(diào)整指數(shù)分別為：0.710，0.754，0.684。

綜上所述，根據(jù)公式(6)，得出1992年、2002年、2012年的邊際性調(diào)整指數(shù)分別為：0.860，0.852，0.759。

2.2.33期土地利用類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值通過(guò)計(jì)算，確定1992—2012年各土地利用類型單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)以及土地利用變化數(shù)據(jù)，并通過(guò)公式(2)計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值，可以確定3年的土地各地類的生態(tài)服務(wù)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值(表3)。

2.3生態(tài)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化特征

2.3.1生態(tài)服務(wù)價(jià)值時(shí)間變化特征參考土地利用/覆被變化動(dòng)態(tài)度[16]，通過(guò)變形得到土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)度(EV)模型，用其表示隨著時(shí)間的變化，生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化的特征，以此表示各個(gè)土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的年際變化率，其計(jì)算公式如下：

(8)

式中：Ua,Ub——研究初期、末期某類土地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值量；T——研究時(shí)段長(zhǎng)。

表3　懷來(lái)縣1992-2012年不同地類單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值　元/hm2

2.3.2生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間變化特征借鑒土地利用/覆被相對(duì)變化率指數(shù)[17]，研究各地類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間變化特征。引入生態(tài)服務(wù)價(jià)值相對(duì)變化率(Vv)模型，來(lái)衡量研究區(qū)內(nèi)生態(tài)服務(wù)總價(jià)值的空間差異。模型計(jì)算公式如下：

(9)

式中：Bvb，Bva——懷來(lái)縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)末期、初期的生態(tài)服務(wù)價(jià)值；Cvb，Cva——整個(gè)研究區(qū)研究末期、初期的生態(tài)服務(wù)總價(jià)值。如果一定區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值相對(duì)變化率Vv>1，則表示該地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化較大，并強(qiáng)于其他地區(qū)。

3　結(jié)果與分析

3.1各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用/覆被變化分析

3.1.1變化幅度分析1992年、2002年、2012年土地利用/覆被分布數(shù)據(jù)如圖1所示，分析表明：研究區(qū)土地利用類型的破碎程度降低，水域與耕地面積明顯降低，園地林地面積明顯上升，且集中連片分布。1992—2012年土地利用結(jié)構(gòu)變化分析如圖2所示，土地利用結(jié)構(gòu)整體上呈現(xiàn)出“3增2減”的趨勢(shì)，即園地、林地、建設(shè)用地面積增加，水域、耕地面積減少。1992—2012年，20年間園地凈增加5 645.7 hm2，增幅為19.98%；林地凈增2 824.9 hm2，增幅為5.66%；建設(shè)用地凈增加6 621.3 hm2，增幅為90.79%；水域面積減少3 671.1 hm2，減幅為68.90%；耕地面積減少7 412.5 hm2，減幅為23.27%；未利用地1992—2002年有小幅升高，再到2012年有小幅降低，總體趨于平穩(wěn)。

3.1.2各土地類型變化強(qiáng)度分析通過(guò)對(duì)懷來(lái)縣1992年、2002年、2012年3期土地利用分類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并據(jù)此計(jì)算各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用類型變化強(qiáng)度。1992—2012年懷來(lái)縣土地利用/覆被變化明顯，整體上呈現(xiàn)出水域、耕地減少，園地、林地、建設(shè)用地上升的趨勢(shì)(表4)。

圖1　懷來(lái)縣不同年份土地利用/覆被變化

圖2　懷來(lái)縣不同年份土地利用結(jié)構(gòu)變化

(1) 水域：懷來(lái)縣水域整體呈減少趨勢(shì)。除東花園鎮(zhèn)均處于減少狀態(tài)，且1992—2012年變化較為平緩。東花園鎮(zhèn)由于水庫(kù)的大量開(kāi)挖，以及灌排渠道

的修繕，使得1992—2002年、2002—2012年均處于上升趨勢(shì)。尤其是2002—2012年，東花園鎮(zhèn)水域面積變化強(qiáng)烈，面積增加114.2 hm2，變化強(qiáng)度指數(shù)為0.45。由于人類的生產(chǎn)活動(dòng)，不斷地填河造地以種植、搞建設(shè)，使得水域面積不斷減少。

(2) 園地：懷來(lái)縣園地面積整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。近20年全縣果園面積增加5 645.73 hm2，變化強(qiáng)烈，并且各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的園地面積都呈大面積的上升趨勢(shì)，變化特別明顯。懷來(lái)縣先天的自然條件適合林果業(yè)的發(fā)展，懷來(lái)縣作為全國(guó)的林果百?gòu)?qiáng)縣，近20年大力發(fā)展林果業(yè)，導(dǎo)致園地面積不斷快速的增長(zhǎng)。

表4　各鄉(xiāng)鎮(zhèn)1992-2002年、2002-2012年土地利用變化率情況

(3) 林地：懷來(lái)縣的林地面積整體呈上升趨勢(shì)，尤其在2002—2012年，以西八里鎮(zhèn)、沙城鎮(zhèn)、東八里鄉(xiāng)的林地變化最為明顯；變化強(qiáng)度指數(shù)分別為：0.56，0.86，0.4；變化面積分別為：8.55，18.52，12.11 hm2。懷來(lái)縣2000年以后加強(qiáng)了對(duì)于生態(tài)的建設(shè)，退耕還林、建設(shè)生態(tài)防護(hù)林，使得林地的面積在2002—2012年10年間快速增長(zhǎng)。

(4) 耕地：懷來(lái)縣耕地面積整體呈下降趨勢(shì)。瑞云觀鄉(xiāng)耕地面積在2002—2012年增加面積為128.24 hm2，變化強(qiáng)度為0.09；耕地面積降低的鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要是桑園鎮(zhèn)、孫莊子鄉(xiāng)、北辛堡鎮(zhèn)、東八里鄉(xiāng)，減少面積分別為：1 219.25，209.87，440.65，1 407.07 hm2，變化強(qiáng)度指數(shù)分別為：-0.08，-0.06，-0.09，-0.09。懷來(lái)縣其他地類的增長(zhǎng)主要來(lái)源于耕地，尤其是建設(shè)用地，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化快速發(fā)展，耕地?cái)?shù)量的保護(hù)顯得越來(lái)越重要。

(5) 建設(shè)用地：懷來(lái)縣建設(shè)用地面積呈現(xiàn)大面積增加的趨勢(shì)，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的建設(shè)用地面積也是大面積快速增長(zhǎng)，從1990—2002年，全縣的建設(shè)用地面積增加2 395.32 hm2，2002—2012年增加4 223.55 hm2。自進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，懷來(lái)縣城鎮(zhèn)化與工業(yè)化得到巨大的發(fā)展，建設(shè)用地面積也在不斷的增長(zhǎng)，并且變化強(qiáng)度較大。

綜上所述，總體上耕地是主要的轉(zhuǎn)出者，1992—2002年共轉(zhuǎn)出2 082.46 hm2，2002—2012年共轉(zhuǎn)出67 547.75 hm2。同時(shí)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)、城市化和新型工業(yè)化的快速發(fā)展，非農(nóng)建設(shè)用地需求量迅速增加，且趨勢(shì)明顯。

3.2各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用/覆被變化引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

土地利用變化引起的生態(tài)價(jià)值是指直接或間接的土地利用行為對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響作用，通過(guò)生態(tài)功能的量化進(jìn)行表示。結(jié)合不同地類的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，分析懷來(lái)縣1992—2012年主要土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空變化特征。

從表5可以看出，懷來(lái)縣不同的土地利用類型所表現(xiàn)出來(lái)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值規(guī)律也稍有不同，建設(shè)用地、水域、耕地在這兩個(gè)時(shí)間段生態(tài)價(jià)值的動(dòng)態(tài)度的絕對(duì)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于生態(tài)總價(jià)值的動(dòng)態(tài)度，說(shuō)明1992—2012年建設(shè)用地對(duì)懷來(lái)縣的生態(tài)價(jià)值有最大的負(fù)作用，水域與耕地所提供的生態(tài)價(jià)值呈遞減趨勢(shì)；林地、園地的生態(tài)價(jià)值的動(dòng)態(tài)度變化也較明顯，說(shuō)明1992—2012年懷來(lái)縣的林地、園地的生態(tài)價(jià)值也發(fā)生了巨大的變化；未利用地在1992—2002年的動(dòng)態(tài)度大于生態(tài)總價(jià)值的動(dòng)態(tài)度，2002—2012年動(dòng)態(tài)度絕對(duì)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于總價(jià)值的動(dòng)態(tài)度，說(shuō)明未利用地在這兩個(gè)10年內(nèi)發(fā)生了極大的變化。從整體上看，縣域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值在最近的20年間變化明顯，且呈降低的趨勢(shì)。

基于ArcGIS 9.3軟件平臺(tái)的空間分析功能，將懷來(lái)縣1992—2002年、2002—2012年兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化率數(shù)據(jù)與懷來(lái)縣行政區(qū)進(jìn)行疊加，采取自然斷點(diǎn)法將疊加結(jié)果分為4類，得到1992—2002年、2002—2012年兩時(shí)間段的生態(tài)服務(wù)價(jià)值相對(duì)變化率空間分布圖，相對(duì)變化率越大表明區(qū)域生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化越大。

表5　懷來(lái)縣1992-2012年各土地利用類型的

如圖3所示，存瑞鎮(zhèn)、王家樓鄉(xiāng)、桑園鎮(zhèn)等處于北部或是東部的山地丘陵區(qū)，相對(duì)變化率最大，說(shuō)明該些鄉(xiāng)鎮(zhèn)在1992—2002年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值發(fā)生劇烈的變化；狼山鄉(xiāng)、沙城鎮(zhèn)、官?gòu)d鎮(zhèn)等處于中部地勢(shì)較為平坦且生態(tài)環(huán)境水平較高的平原區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值相對(duì)變化率最小，表明該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化較其他地區(qū)小。如圖4所示，存瑞鎮(zhèn)、西八里鎮(zhèn)等山地丘陵區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值仍然發(fā)生較大的變化；處于平原區(qū)的孫莊子鄉(xiāng)、官?gòu)d鎮(zhèn)、小南辛堡等生態(tài)服務(wù)價(jià)值的變化明顯比1992—2002年強(qiáng)；而處于低山丘陵區(qū)的王家樓、新保安等鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的變化明顯降低。

圖3　懷來(lái)縣1992-2002年生態(tài)價(jià)值相對(duì)變化率空間分布

4　結(jié) 論

(1) 1992—2012年懷來(lái)縣土地利用/覆被變化顯著，土地利用整體呈現(xiàn)“三增兩減”的趨勢(shì)，即園地、林地、建設(shè)用地面積增加，分別增加19.98%，5.66%，90.79%；水域、耕地面積減少，分別減少68.90%，23.27%。結(jié)果表明：懷來(lái)縣一系列生態(tài)保護(hù)工程的建設(shè)，導(dǎo)致林地面積不斷增加；作為全國(guó)林果百?gòu)?qiáng)縣，由于全縣大力發(fā)展林果產(chǎn)業(yè)，導(dǎo)致園地面積不斷增長(zhǎng)；城鎮(zhèn)化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的快速發(fā)展使得建設(shè)用地面積大幅上漲；耕地與水域作為主要的輸出地類，在近20年內(nèi)，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、政策等原因，利用面積在不斷減少。

圖4　懷來(lái)縣2002-2012年生態(tài)價(jià)值相對(duì)變化率空間分布

(2) 本文在研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的基礎(chǔ)上，引入功能性調(diào)整系數(shù)與邊際性調(diào)整系數(shù)，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的動(dòng)態(tài)測(cè)算模型，分別計(jì)算懷來(lái)縣1992年、2002年、2012年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，并引入動(dòng)態(tài)度與相對(duì)變化率模型，研究懷來(lái)縣以及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空變化特征。研究顯示：1992—2012年全縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈下降趨勢(shì)，系統(tǒng)內(nèi)部各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值隨時(shí)間、空間的變化表現(xiàn)出不同的時(shí)空分異特征。隨著時(shí)間的推移，懷來(lái)縣1992—2012年20年間，建設(shè)用地、耕地、水域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值發(fā)生的變化最大，林地、園地的動(dòng)態(tài)度均小于1，變化相對(duì)較低；從變化程度看，懷來(lái)縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化程度也較明顯隨時(shí)間的推移分別形成了北部山地區(qū)、南部西山丘陵區(qū)2個(gè)變化明顯的快速變化帶。從空間分布特點(diǎn)來(lái)看，懷來(lái)縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量分異特征明顯，主要特征為縣北山地丘陵區(qū)、縣南低山丘陵區(qū)分異特征明顯，中部平原區(qū)相對(duì)較低。

(3) 本文基于遙感影像解譯，只考慮縣域內(nèi)6種主要土地利用/覆被變化所引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化，并且只考慮2個(gè)時(shí)間區(qū)段內(nèi)特定3年的土地利用、覆被變化及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化，沒(méi)有考慮“漸變型”的土地利用/覆被變化以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)每年的“漸變”情況，這會(huì)影響測(cè)算結(jié)果的精確性。本文對(duì)懷來(lái)縣1992—2012年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行靜態(tài)測(cè)算，在下一步的工作中將充分考慮每年變化的漸變值，以期為區(qū)域土地利用合理、可持續(xù)利用提供科學(xué)參考。

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The Spatiotemporal Evolution of Land Use/Cover Change and Ecosystem Service Values in Huailai County

CHEN Qingfeng1, YU Hualong2, ZHANG Jie1, TIAN Chao2, CHEN Yaheng1,2

(1.CollegeofResourcesandEnvironmentScience,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding,Hebei071001,China; 2.CollegeofLandandResources,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding,Hebei071001,China)

To reveal the relationship between land use and ecological environment and guide people to make good use of the regional land, we took Huailai County as the study area, processed TM Landsat remote sensing image data in 1992, 2002 and 2012, analyzed the variation intensity of land use types by using land use change intensity index in Huailai County in recent 20 years, built the dynamic calculation model of ecosystem service value, and analyzed the spatial and temporal variation characteristics of the ecosystem services value of the ecological system by using dynamic degree and relative change rate index in the county in the past 20 years. The result showed that the land use in Huailai County presented a trend that three types increase and two types decrease, that was to say that the areas of garden land, woodland and construction land had increased by 19.98%, 5.66%, 90.76%, respectively, and the area of water bodies, arable land had decreased by 68.90%, 23.27%；the ecosystem service values of construction land and arable land changed the most significantly and dramatically in the past 20 years, the changes of woodland and garden land area were relatively small; the rates of the change of the ecosystem service values were relatively high in the lower hilly area of northern and southern hilly lands, but comparatively little in the central plain area.

land use; cover change; ecosystem service value; Huailai County

2015-06-17

2015-07-01

河北省高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究?jī)?yōu)秀青年資助項(xiàng)目(Y2012015);河北省科技廳平臺(tái)項(xiàng)目(13967502D)

陳青鋒(1990—),男,黑龍江穆棱人,碩士研究生,研究方向?yàn)橥恋刭Y源利用。E-mail:15133229056@163.com

陳亞恒(1973—),男,河北順平人,博士,教授,主要從事土地整理、評(píng)價(jià)、規(guī)劃研究。E-mail:chenyaheng@126.com

F301.2; F062.2

A

1005-3409(2016)03-0137-07