基于土地利用變化的沂河流域生態(tài)服務(wù)價值研究

蘇寧，范貴娟

（1.山東師范大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院，山東濟南250358；2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，安徽合肥230036）

基于土地利用變化的沂河流域生態(tài)服務(wù)價值研究

蘇寧1，范貴娟2

（1.山東師范大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院，山東濟南250358；2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，安徽合肥230036）

以沂河流域為例，在ARCGIS10.2中解譯沂河流域2005年和2015年遙感影像，得到兩期土地利用數(shù)據(jù)。并分析了2005—2015年沂河流域土地利用及其變化情況，以Costanza生態(tài)服務(wù)價值計算方法為參考，分析了沂河流域生態(tài)服務(wù)價值變化情況。結(jié)果表明：研究區(qū)耕地面積顯著減少，但生態(tài)服務(wù)總價值卻從2005年的2 338 964萬元上升到2015年的2 427 039萬元，上升了約3.77%，這主要是由于林地面積的增加帶來的較高的生態(tài)服務(wù)價值。

沂河流域；土地利用變化；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值

目前，對于生態(tài)服務(wù)價值的研究已成為評估可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。生態(tài)服務(wù)這一概念指的是人類從生態(tài)系統(tǒng)中直接或間接得到的利益[2]。關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值研究，有眾多學(xué)者對不同尺度上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值定量評估并取得大量研究成果。Costanza等將全球各類型土地利用基于對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行分類及評估的基礎(chǔ)上進行了生態(tài)服務(wù)價值計算[2]。歐陽志云在論述生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國實際，評估了中國陸地生態(tài)系統(tǒng)六種生態(tài)服務(wù)功能[3]。土地利用中生態(tài)服務(wù)功能表現(xiàn)為不同土地利用類型的生態(tài)價值，具體來說是人類為滿足自身的生活及生產(chǎn)的需要而對土地利用的方式進行改變，這種改變會影響到土地的生態(tài)服務(wù)價值[3-4]。謝高地等學(xué)者建立起中國不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值的計算方式，并計算出了我國單位面積土地上不同類型土地的生態(tài)服務(wù)價值總和[5]。

作為自然界中受人類干擾最大的部分，土地的利用及覆被的變化很大，進而影響了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，具體而言表現(xiàn)為對區(qū)域水文、氣候、生物多樣性及生物地球化學(xué)循環(huán)等產(chǎn)生重大影響[6-9]。土地利用及覆被變化過程在維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能上起是決定性的作用，因為其對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能以及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量影響深刻[10]。目前，鞏燦娟[11]研究了沂河流域中上游地區(qū)土地利用/覆被變化水文效應(yīng)的分析與模擬；陸建宇[12]等研究了沂河流域天然徑流變化規(guī)律；宋曉猛[13]等研究了沂河流域徑流演變特征及動因分析；徐智廷[14]等研究了沂河流域地理特征及人文特點。

本研究通過沂河流域2005和2015年兩期遙感影像解譯出沂河流域2005—2015年的土地利用變化，通過研究方法計算出沂河流域研究期內(nèi)的生態(tài)服務(wù)價值變化，進而分析出該流域土地利用中存在的問題，并針對問題提出沂河流域可持續(xù)發(fā)展的建議。

1 研究區(qū)概況

沂河流域為沂河流域臨沂站以上河道流域，大致位于117°25′E～119°49′E，33°30′N～36°20′N之間，流域面積10 025 km2，流域涵蓋沂源縣大部分、沂水縣面積的60%、沂南縣大部分、蒙陰縣全部、平邑縣大部分、費縣大部分及臨沂市面積的30%。在這一流域中，河道長約223 km，集水面積達到10 315 km2，大約占沂河流域總面積的87.3%。就地形分布而言，沂河流域中山丘區(qū)面積約為70%，平原區(qū)面積約占30%。山丘區(qū)主要分布在流域上游，土質(zhì)較為疏松，風(fēng)化層淺而薄，植被狀況相對較差，不利于涵養(yǎng)水分，平原區(qū)主要分布在流域中下游，土質(zhì)多為壤土，植被狀況較好。由于流域峰時漫溢、枯時斷流的特性，沂河流域成為旱澇災(zāi)害多發(fā)區(qū)。目前，沂河流域經(jīng)濟水平相對落后，在東部沿海地帶屬于經(jīng)濟低谷區(qū)[15]。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

以研究區(qū)2005年和2015年LandsatTM遙感影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以沂河流域地形圖、土地利用現(xiàn)狀圖及其他輔助圖件為參考，結(jié)合流域氣候、土壤、植被等自然地理資料，將遙感影像進行人機交互目視解譯，在遙感影像解譯過程中，對于判讀不準(zhǔn)的圖斑進行野外實地考察。最后得到沂河流域2005年和2015年矢量格式的全區(qū)土地利用數(shù)據(jù)。

參照全國土地利用分類方法，將研究區(qū)土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用土地六大類。從研究區(qū)的統(tǒng)計年鑒中獲得其他所需要的自然和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)。

圖1 沂河流域地理位置

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價方法

1997年，Costanza等最先提出了生態(tài)服務(wù)價值評估的方法和原理，但其研究高估了濕地生態(tài)價值而低估了耕地價值，引起國內(nèi)外學(xué)者廣泛爭議[2]。2003年，謝高地等參考Costanza的部分研究成果，結(jié)合中國實際，對我國200多位專業(yè)學(xué)者進行了問卷調(diào)查，制定出中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表[5]。2007年，謝高地等在有關(guān)問卷調(diào)查基礎(chǔ)上，又建立了新的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估體系，并且這次調(diào)查結(jié)果更符合我國生態(tài)環(huán)境的實際。謝高地2007年生態(tài)系統(tǒng)單位面積價值當(dāng)量表只適合大尺度區(qū)域的研究，但此研究的沂河流域只是個中小尺度流域[16]。因此本研究根據(jù)謝高地等提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的區(qū)域修正系數(shù)表，獲得山東省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生物量因子為1.38，對謝高地等在2007年制定的生態(tài)服務(wù)價值表進行修正，最終制定了適合沂河流域的生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量如表1所示[17]。

表1 沂河流域生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計算方法[17]：

式中：Vij——第i種生態(tài)系統(tǒng)的第j種生態(tài)服務(wù)功能的經(jīng)濟價值；Si——流域第i種生態(tài)系統(tǒng)土地利用類型的面積；Eij——第i種生態(tài)系統(tǒng)的第j種生態(tài)服務(wù)功能單位面積的經(jīng)濟價值；ESV——流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值。

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用變化分析

通過兩期遙感影像解譯結(jié)果，統(tǒng)計出2005—2015年沂河流域土地利用現(xiàn)狀，見表2。從表2可以看出，耕地占據(jù)流域面積比例最大，占到60%以上，其次是林地，約占12%以上。草地、水域和建設(shè)用地所占比例較少。從2005—2015年，沂河流域耕地減少56 161.93 hm2，草地減少3 255.47 hm2，林地增加17 924.47 hm2，建設(shè)用地面積增加了38 086.62 hm2，表明流域內(nèi)主要為耕地、林地和建設(shè)用地之間的相互轉(zhuǎn)化。在ARCGIS10.2中將兩期遙感影像疊合得到土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，根據(jù)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可以看出耕地主要向建設(shè)用地和林地轉(zhuǎn)化，草地主要轉(zhuǎn)化為林地。

為了更全面地分析沂河流域的土地利用狀況，本研究對土地利用程度進一步加以分析。土地利用程度不僅體現(xiàn)土地本身的自然屬性，同時也反映土地利用過程中人為因素與自然環(huán)境因素的綜合效應(yīng)[18]。根據(jù)劉紀(jì)遠等[19]提出的數(shù)量化綜合分析方法，將沂河流域土地利用程度分為四個等級，如表3[20]。

表22005 年與2015沂河流域土地利用狀況比較

表3 沂河流域土地利用程度分級指數(shù)

根據(jù)土地利用程度綜合指數(shù)模型和土地利用程度變化模型，得到沂河流域2005—2015年的土地利用程度綜合指數(shù)及土地利用程度變化量，見表4。從表4可以看出，2005—2015年，沂河流域土地利用綜合指數(shù)總體呈現(xiàn)增加趨勢，從283.41上升到285.37，△L的變化量為1.96，表明該流域土地利用程度不斷加強，土地利用正處于開發(fā)時期。主要原因可能是區(qū)域城市化水平不斷提高，人民生活水平的提高和收入的增多改變了人們的消費結(jié)構(gòu)和消費觀念，間接推動了土地利用結(jié)構(gòu)的改變。

表4 沂河流域各時期土地利用程度綜合指數(shù)

3.2 生態(tài)服務(wù)價值變化分析

文獻資料和調(diào)查結(jié)果顯示，沂河流域主要的糧食作物包括小麥、谷子、玉米、高粱、大豆、綠豆、稻谷和薯類。根據(jù)2005—2015年沂河流域主要糧食作物的平均播種面積、面積比重、平均單產(chǎn)量以及單價（其中各糧食作物的單價參考2010年臨沂市糧食價格），利用單位面積耕地食物生產(chǎn)服務(wù)價值計算公式計算出沂河流域單位面積耕地的自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟價值為1 876.84元/（hm2·a)。結(jié)合其它生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能單位面積價值計算公式，最終可獲得沂河流域生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)表，進而得到2005年和2015年沂河流域生態(tài)服務(wù)價值表。

從表6和表7可以看出2005—2015年間，沂河流域生態(tài)服務(wù)總價值顯著上升，從2 338 964萬元上升到2 427 039萬元，增加了88 075萬元，這期間，草地生態(tài)服務(wù)價值基本不變，耕地生態(tài)服務(wù)價值顯著下降，但林地、水域和建設(shè)用地生態(tài)服務(wù)價值顯著增加，增加的生態(tài)服務(wù)價值要遠遠多于減少的，所以整體是增加的。耕地、林地的面積變化在沂河流域生態(tài)服務(wù)價值的研究中起到了決定性的作用。

表5 沂河流域生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)元/（hm2·a）

表62005 年沂河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值萬元

表72015 年沂河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值萬元

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

4.1.1 土地利用變化特征

耕地在該流域所占面積比例最大，在整個研究時期都占據(jù)了流域面積的60%以上，其次是林地，約占總比例的12%，然后是草地，占總比例的10%，水域和未利用地所占面積比例較少，水域約占3.5%，未利用地占0.13%。近10年來沂河流域耕地顯著減少；建設(shè)用地在整個研究時期面積不斷增加，隨著城市化水平的提高，建設(shè)用地急劇擴張；林地面積也不斷增加，這主要是國家退耕還林政策的實施和流域果園林的增多造成的。在研究期間，草地、水域和未利用地變化不大。從土地利用動態(tài)度和土地利用程度可以看出，該流域土地利用變化屬于緩慢變化型，正處于蓬勃發(fā)展階段。

4.1.2 流域生態(tài)服務(wù)價值變化特征

2005—2015年，流域生態(tài)服務(wù)價值顯著升高，從2 338 964萬元上升到2 427 039萬元，升高了88 075萬元，在這段時期耕地的面積顯著減少，林地和建設(shè)用地的面積顯著增加，流域土地利用處于快速發(fā)展階段?？赡苁怯捎诔鞘谢降牟粩嗵岣?，人民生活水平的提高和收入的增多改變了人們的消費結(jié)構(gòu)和消費觀念，間接推動了土地利用結(jié)構(gòu)的改變。合理的規(guī)劃布局和生態(tài)保護帶來了生態(tài)服務(wù)價值的顯著提升。

通過本研究可以看出，沂河流域的耕地面積正在加速減少，流域的土地資源不斷被侵蝕，長此以往，流域的耕地資源將難以保障當(dāng)?shù)鼐用竦男枰瑹o法實現(xiàn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。所以為了區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展，沂河流域應(yīng)合理的分配各種土地資源，保護耕地、水源、林地這些生態(tài)服務(wù)價值較高的土地利用類型，發(fā)揮資源潛力。政府應(yīng)制定土地保護政策，限制建設(shè)用地的過度擴張，使該區(qū)域處在一個健康的發(fā)展模式下。

4.2 討論

本研究通過謝高地等在2007年制定的生態(tài)服務(wù)價值表對沂河流域進行研究，雖然針對山東地區(qū)進行了修正，但由于生態(tài)環(huán)境的復(fù)雜多變，區(qū)域之間氣候條件各有不同，因此在運用生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表計算生態(tài)服務(wù)價值時會存在一定的誤差。本研究數(shù)據(jù)量過大，有些數(shù)據(jù)在獲取時存在困難，雖然參考了大量資料，但數(shù)據(jù)來源的精確性依然存在不足。遙感影像在解譯時有時候草地、林地的界限難以明確區(qū)分，會給土地利用數(shù)據(jù)帶來一定誤差。

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（編輯：周利海）

A Study based on Ecological Service Value of Land Use Change of Yi River Basin

Su Ning1,Fan Guijuan2
（Shandong Normal University,Jinan Shandong 250358,China）

Taking Yi River Basin as an example,interpreted the 2005 and 2015 remote sensing image of Yi River Basin in ARCGIS10.2,finally got two issues of land use data.Analyzed the 2005—2015 Yi River Basin land use change,and referring to the calculation method of ecological service value of Costanza,analyzed the change of ecosystem service value of Yi River Basin 2005—2015.The results showed that the cultivated land in the study area was significantly reduced,but the total value of ecosystem services has increased from 23 389.64 million yuan in 2005 to 24 270.39 million yuan in 2015,mainly due to the ecological service value brought by the increase of ecological service forest area.

Yi River Basin,land use change,ecological service value

X196

A

1008-813X（2017）04-0032-05

10.13358 /j.issn.1008-813x.2017.04.09

2017-06-14

蘇寧（1991-），男，山東濟寧人，山東師范大學(xué)自然地理學(xué)專業(yè)（土地利用及覆被變化）碩士研究生在讀，主要從事土地利用及覆被變化等方面的研究。