濱海地區(qū)土地生態(tài)服務價值演變及驅動因素研究

何玲 賈啟建 閆慧慧 張利

[摘 要] 河北省沿海經(jīng)濟的快速發(fā)展導致濱海地區(qū)土地利用結構快速轉變，威脅土地生態(tài)安全。針對性核算濱海地區(qū)土地生態(tài)服務價值并探尋價值演變驅動力，是保障區(qū)域生態(tài)安全的必然選擇。本文以河北省東南部黃驊市為研究區(qū)，采用植被凈第一生產(chǎn)力及人為影響綜合指數(shù)進行生態(tài)服務價值估算及驅動分析。結果表明：2015年，濕地的單位面積生態(tài)服務價值最大，為15.86元/（m2·a），建設用地最小，為2.58元/（m2·a）；生態(tài)系統(tǒng)服務總價值25年持續(xù)減少，共減少了3.17億元；人為干擾是黃驊市生態(tài)服務價值變化的重要原因，隨著人為干擾強度的增強，生態(tài)服務價值持續(xù)降低。氣溫升高、日照時間增長、相對濕度和蒸降比降低，導致該區(qū)域土地利用類型變化，進而導致總生態(tài)服務價值降低。研究成果可以為合理劃定土地利用規(guī)劃提供參考，為區(qū)域生態(tài)保護提供指導。

[關鍵詞] 土地利用類型；生態(tài)服務價值；驅動因素；人為影響綜合指數(shù)；濱海土地

[中圖分類號] F301.2；X171.1 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2018）05-113-5

生態(tài)服務價值是對生態(tài)系統(tǒng)服務功能的量化，生態(tài)系統(tǒng)服務功能則受自然和人為等多因素的影響，盡管現(xiàn)代科學技術可以一定程度地改變該功能，但改變不了生態(tài)系統(tǒng)服務功能構成與維持中地類的決定性影響。隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，建設用地占用耕地、農(nóng)業(yè)內(nèi)部結構調整等因素導致區(qū)域土地利用類型發(fā)生改變，生態(tài)系統(tǒng)服務功能的強度不斷降低，分析與評價土地利用中生態(tài)服務價值的時空變化及其驅動因素已得到廣泛重視，并成為合理配置土地資源的基礎，可為土地利用規(guī)劃與整治提供參考依據(jù)[1-3]。

近年來，圍繞生態(tài)服務價值的土地利用分類體系主要采用中國科學院資源環(huán)境分類系統(tǒng)，將土地利用類型歸納為耕地、林地、草地、城鄉(xiāng)建設用地、水域和未利用土地6種類型，分類結果體現(xiàn)了全國各地的主要地類，便于科研領域的研究，但也存在無法體現(xiàn)區(qū)域地類特點的弊端。生態(tài)服務價值的研究主要以Costanza[1]、歐陽志云[4-6]和謝高地[7]等為代表，取得了豐碩的研究成果，但在縣域尺度的應用中多數(shù)學者根據(jù)區(qū)域情況進行系數(shù)修正[3，8-11]，相同的修正系數(shù)無法體現(xiàn)區(qū)域特點。驅動因素的研究多集中于不同自然因素的影響，人為因素的量化方法仍需不斷探索[12-15]。

基于此，如何劃分體現(xiàn)區(qū)域特征的地類體系，針對性計算不同地類生態(tài)服務價值及其變化中的人為驅動因素是本文擬解決的關鍵問題，也是土地利用過程中生態(tài)效益核算的參考依據(jù)。本文以河北省黃驊市為研究區(qū)，利用植被凈第一生產(chǎn)力（NPP）模型估算生態(tài)服務價值，利用人為影響綜合指數(shù)探尋價值損益規(guī)律及驅動因素，以期為區(qū)域生態(tài)保護和修復提供依據(jù)，為土地利用總體規(guī)劃編制提供支持。

1 研究區(qū)概況

黃驊市位于河北省東南部，地處北緯38°09′～38°39′，東經(jīng)117°05′～117°49′，總面積2 177.83 km2。黃驊市地勢低洼，高程在1～7 m，年平均氣溫13 ℃左右，年蒸發(fā)量1 500～2 000 mm，年降水量500～600 mm。全市土壤瘠薄，鹽堿化程度嚴重，土壤含鹽量高，植物種類少，大部分為草本植物。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

生態(tài)服務價值估算涉及生態(tài)、社會、經(jīng)濟等多方面的諸多指標，指標涉及面廣、數(shù)據(jù)量大。本文生態(tài)服務價值核算的部分數(shù)據(jù)來自303個有效樣點實地調查，另一部分來自地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站、美國地質調查局網(wǎng)站、中國氣象數(shù)據(jù)資源共享服務網(wǎng)。

樣點0～20 cm的土樣全部采用土壤農(nóng)化常規(guī)方法進行測定。結合調查樣點，布設303個樣方，面積為1 m×1 m，對每個樣方進行物種辨別、分類及取樣。

地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站和美國地質調查局網(wǎng)站主要獲取Landsat5 TM影像，成像時間為1990年6月4日；Landsat7 ETM+影像，成像時間為2000年6月10日和2015年6月20日；MOD13Q1的MODIS數(shù)據(jù)產(chǎn)品，時間跨度為2015年1—12月，校正后采用最大值合成法生成逐月NDVI數(shù)據(jù)。

中國氣象數(shù)據(jù)資源共享服務網(wǎng)主要獲得黃驊、泊頭、滄州市3個站點的氣象數(shù)據(jù)，并從黃驊市周邊20個縣氣象局收集獲取各縣2015年全年的日氣象數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 單項生態(tài)服務價值估算方法。生態(tài)服務價值選取物質生產(chǎn)價值、養(yǎng)分循環(huán)價值、氣體調節(jié)價值、氣候調節(jié)價值、水源涵養(yǎng)價值、凈化環(huán)境價值、生物多樣性維持價值和景觀文化價值8項價值加總獲得[16]。其中，前4項價值均利用植物光合作用通過植被凈第一生產(chǎn)力（NPP）進一步計算獲得；水源涵養(yǎng)價值采用替代工程法，通過修建水庫價值進一步核算；凈化環(huán)境價值主要對吸收分解SO2、HF、NOX和吸附塵埃的功能價值進行核算，以單位面積治理成本替代凈化環(huán)境價值；生物多樣性維持價值對生境內(nèi)多樣性（α多樣性）進行價值核算，參照《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》中Shannon-Weiner指數(shù)分級價值表獲得該項價值；景觀文化價值通過研究區(qū)旅游收入實地調查獲得。

2.2.2 生態(tài)服務價值損益估算方法。轉移矩陣用于對各地類內(nèi)部間轉移面積進行分析，其模型為：

[A=A11 A12 L A1nA21 A22 L A2nL L L LAn1 An2 L Ann ]（1）

式（1）中，Aij表示k時期的i種地類轉為k+1時期的j種地類的面積，A表示轉移矩陣。

以土地利用轉移矩陣為基礎，結合生態(tài)服務價值對不同地類間相互轉化引起的生態(tài)服務價值的損益情況進行定量計算。計算公式如下：

[Pij=VCi-VCjAij] （2）

式（2）中，Pij表示土地類型由i類轉為j類時的生態(tài)服務價值損益，VCi、VCj表示i地類、j地類的生態(tài)服務價值系數(shù)，Aij表示i地類轉為j地類的面積。

2.2.3 人為影響綜合指數(shù)。人為影響綜合指數(shù)用來描述區(qū)域內(nèi)生態(tài)服務價值總體受人類干擾的強度，具體公式為[13，17]：

[HAI=i=1NAIPI/TA] （3）

式（3）中，HAI代表人為影響綜合指數(shù)；N為土地類型的數(shù)量，本文為9；Ai為第i種生態(tài)系統(tǒng)類型的面積；Pi為第i種生態(tài)服務價值所反映的人為影響強度系數(shù)；TA為總面積。

Pi利用Lohani清單法、Leopold矩陣法和Delphi法的平均值確定（見表1）。采用30 m×30 m格網(wǎng)，將研究區(qū)劃分成一系列子單元，分別計算各單元的人為影響強度。

HAI值數(shù)值越大，表示人類活動對生態(tài)服務價值變化的干擾越強；反之，表示人類干擾越小。在ArcGIS10.0中進行聚類分析Natural Breaks（Jenks）將人為影響綜合指數(shù)（HAI）分為三類：高影響區(qū)（HAI>0.80）、中影響區(qū)（0.40

3 結果與分析

3.1 土地利用類別劃分結果

根據(jù)黃驊市土地利用類型實際情況，將黃驊市土地利用類別劃分為耕地、園地、草地、建設用地、水域、鹽堿地、濕地、鹽田和其他土地九大類（見表2），以便進一步進行生態(tài)服務價值演變核算。

3.2 土地利用類型轉化

1990—2015年，黃驊市土地利用類型以耕地、建設用地和鹽堿地為主；25年間，耕地、鹽堿地和濕地面積明顯減少，分別減少了1.84%、3.11%和1.23%；建設用地、鹽田、其他土地、園地、草地和水域面積持續(xù)增長，分別增加了2.26%、1.42%、1.17%、0.80%、0.43%和0.09%。其中建設用地、鹽田和其他土地面積呈現(xiàn)大幅度增長，園地和草地持續(xù)穩(wěn)定增長，水域面積小幅增長。

3.3 生態(tài)服務價值時空變化特征

3.3.1 單位面積生態(tài)服務價值估算結果。2015年，濕地單位面積的生態(tài)服務價值最大，為15.86元/（m2·a）；水域、園地、耕地、草地、其他土地、鹽田和鹽堿地單位價值依次降低；建設用地最小，為2.58元/（m2·a）。各單項生態(tài)服務功能中，養(yǎng)分循環(huán)功能價值最大，為13.95元/（m2·a）；水源涵養(yǎng)、景觀文化、物質生產(chǎn)、生物多樣性維持、氣體調節(jié)和氣候調節(jié)功能單位價值依次降低；凈化環(huán)境功能價值最小，為0.12元/（m2·a）（見表3）。

3.3.2 生態(tài)服務價值損益變化。根據(jù)國內(nèi)生產(chǎn)總值指數(shù)計算1990年生態(tài)服務價值，并計算流向損益矩陣，橫向表示各土地利用類型轉出面積的價值量變化，縱向表示各土地利用類型補給面積的價值量變化。

1990—2015年，生態(tài)服務價值因耕地轉為建設用地減少了4 986.28萬元，耕地退化成鹽堿地生態(tài)服務價值損失8 043.02萬元，耕地轉為設施農(nóng)用地損失了1 547.32萬元；園地被建設用地占用，生態(tài)服務價值減少了542.82萬元，轉為濕地生態(tài)服務價值增加4 877.08萬元；草地主要轉為建設用地，生態(tài)服務價值減少1 050.60萬元；部分建設用地實施“占補平衡”政策補充耕地，生態(tài)服務價值增加了6 163.72萬元；水域部分轉為濕地，價值增加1 514.70萬元，部分轉化為建設用地，價值減少1 108.52萬元；鹽堿地主要轉為園地、草地、耕地，價值分別增加5 766.25萬、2 724.48萬、1 521.29萬元；濕地主要轉為鹽田和水域，分別損失33 831.40萬元和3 904.20萬元；鹽田轉為水域和建設用地；其他土地轉為耕地、濕地和草地，生態(tài)服務價值有所增加。

3.4 生態(tài)服務價值變化驅動因素

3.4.1 人為驅動因素干擾。黃驊市人為綜合干擾強度在空間上的分布特征表現(xiàn)為：低影響區(qū)和中高影響區(qū)占主導地位，高影響區(qū)在近海地區(qū)分布較大，在黃驊市中西部內(nèi)陸地區(qū)呈零星、小塊狀分布（見圖1）。分析黃驊市1990、2000、2015年3年的人為綜合干擾強度的變化趨勢發(fā)現(xiàn)：在近海地區(qū)生態(tài)服務價值變化基本不大，建設用地呈現(xiàn)高影響強度，鹽田、鹽堿地呈現(xiàn)低影響強度；中部地區(qū)，1990年大體呈現(xiàn)中低影響強度，并有部分高影響強度零星分布，2000、2015年影響強度變小，低影響強度占主導地位；西部和南部地區(qū)，1990年影響強度以低影響為主，2000、2015年影響強度變大，到2015年西南地區(qū)以中高影響強度占主導地位。總體來看，高影響區(qū)穩(wěn)定，中影響區(qū)面積持續(xù)增加，低影響區(qū)面積略有降低。隨著人為干擾強度的增強，高生態(tài)服務價值地類轉化為低生態(tài)服務價值地類，生態(tài)服務總價值持續(xù)降低。

3.4.2 自然驅動因素干擾。利用1990—2015年黃驊市平均氣溫、蒸降比、平均相對濕度和日照時間的統(tǒng)計值與該區(qū)各地類面積進行相關性分析。結果顯示：平均氣溫僅與鹽田呈顯著正相關，與其他地類相關顯著性較差，說明平均氣溫升高是鹽田面積增加的驅動因素；平均相對濕度與鹽堿地、濕地顯著正相關，與園地、水域、鹽田和其他土地顯著負相關，說明平均相對濕度對上述地類影響較大；蒸降比與耕地、鹽堿地和濕地顯著正相關，與園地、草地、水域、鹽田和其他地類顯著負相關，顯示了蒸降比升高對鹽堿地面積擴大及園地、草地、水域、鹽田和其他地類面積縮減的驅動作用，耕地、濕地面積變化受多種因素影響最終顯示與蒸降比正相關；日照時間與草地、其他土地呈正相關，與耕地呈負相關，顯示日照時間的增加對草地、其他土地面積增加的驅動作用，耕地面積變化受多種因素影響最終顯示與日照時間負相關（見表4）。

綜上，氣溫升高、日照時間增長、平均相對濕度和蒸降比降低，導致該區(qū)域土地利用類型向不同方向轉化，進而總生態(tài)服務價值降低。

4 結論

1990—2015年，土地利用類型以耕地、建設用地和鹽堿地為主；25年間，耕地、鹽堿地和濕地面積明顯減少，建設用地、鹽田、其他土地、園地、草地和水域面積持續(xù)增加。2015年，單位面積生態(tài)服務價值依次為濕地>水域>園地>耕地>草地>其他土地>鹽田>鹽堿地>建設用地。

1990—2015年，從黃驊市生態(tài)服務價值的損失量來看，建設用地大量轉入及耕地、濕地轉出，導致黃驊市生態(tài)服務價值損失較為嚴重，25年減少3.17億元；從生態(tài)服務價值增量來看，增量來源主要是建設用地、鹽堿地等轉為耕地，水域轉為濕地，生態(tài)服務價值增加約2.96億元。人為干擾是黃驊市生態(tài)服務價值變化的重要原因，隨著人為干擾強度的增強，生態(tài)服務價值持續(xù)降低。氣溫升高、日照時間增長、相對濕度和蒸降比降低，導致該區(qū)域土地利用類型變化，進而總生態(tài)服務價值降低。本文可為黃驊市土地利用總體規(guī)劃、城市規(guī)劃和生態(tài)文明建設提供有力的決策依據(jù)，未來將會進一步提高生態(tài)服務價值的計算精度及驅動因素的量化分析水平。

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