重慶市巫山縣土地利用格局及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空變化

孫思琦, 郭濼, 薛達(dá)元

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重慶市巫山縣土地利用格局及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空變化

孫思琦1, 郭濼*, 薛達(dá)元

中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 北京 100081

巫山縣位于重慶市東部, 地處三峽庫(kù)區(qū)腹心, 屬于長(zhǎng)江中上游重要的生態(tài)屏障區(qū), 也是實(shí)施河長(zhǎng)制的重點(diǎn)區(qū)域, 生態(tài)保護(hù)的意義重大。因此以巫山縣為研究區(qū)域, 基于1990—2015年間的六期遙感影像, 利用遙感與地理信息技術(shù), 分別從時(shí)間和空間兩個(gè)尺度分析土地利用類型的結(jié)構(gòu)變化, 并對(duì)巫山縣生態(tài)用地所提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估。在此基礎(chǔ)上采用GeoDa軟件分析了土地利用類型斑塊面積與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值之間的空間相關(guān)性。結(jié)果表明: (1)2000—2015年間的土地利用綜合動(dòng)態(tài)度指數(shù)最高, 林地呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì), 耕地、草地、水域以及建筑用地的面積均有不同程度的增加, 其中單一類型動(dòng)態(tài)度最大的是建筑用地; (2)巫山縣25年間的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值共增加了338.97×106元, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)主要為調(diào)節(jié)服務(wù), 其次是支持服務(wù), 水資源供給、水文調(diào)節(jié)以及凈化環(huán)境等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)改善較大; (3)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與土地斑塊面積之間的空間相關(guān)性以高-低和高-高類型區(qū)為主, 其中高-高類型區(qū)集中分布著林地, 表明林地斑塊面積與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值之間呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。

土地利用變化; 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值; 動(dòng)態(tài)演變

0 前言

土地利用/土地覆蓋變化(LUCC)是全球氣候變化和全球環(huán)境變化研究中的重要內(nèi)容, 是人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)行為與自然生態(tài)過程交互銜接的紐帶[1-2], 同時(shí)也引起生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值功能和結(jié)構(gòu)的變化, 從而帶來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的改變[3-4]。而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是通過生態(tài)系統(tǒng)的功能直接或間接得到的產(chǎn)品和服務(wù), 是由自然資本的能流、物流、信息流構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和非自然資本結(jié)合在一起所產(chǎn)生的人類福利[5-7]。自1997年Costanza在《Nature》提出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算原理及方法后, 我國(guó)學(xué)者開始尋找更適合于中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的方法[8-9]。謝高地等參考Costanza等人部分成果, 同時(shí)綜合中國(guó)專業(yè)人士的生態(tài)問卷調(diào)查結(jié)果, 建立了中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表, 并于2015年進(jìn)行修訂[10-12]。

在城市化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響下, 土地資源的交易和占用愈發(fā)活躍, 促使土地使用類型和利用方式快速轉(zhuǎn)變, 對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(ESV, Ecosystem Services Value)產(chǎn)生了顯著影響[13-14]。土地利用活動(dòng)影響著各類生態(tài)系統(tǒng)類型、面積以及空間分布格局的變化, 是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變化的重要驅(qū)動(dòng)力。而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的喪失又嚴(yán)重影響著社會(huì)發(fā)展的穩(wěn)定與人類的安全與健康, 直接威脅著區(qū)域乃至全球的生態(tài)安全[15-16]。因此, 研究土地利用類型結(jié)構(gòu)及時(shí)空格局的變化、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的演變以及兩者之間的相關(guān)性具有重要意義, 可以幫助我們正確把控以及預(yù)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值格局的演變趨勢(shì), 并根據(jù)二者的相關(guān)性改善生態(tài)用地的空間結(jié)構(gòu)格局, 使區(qū)域在有限的面積條件下, 創(chuàng)造合適的生態(tài)用地比例來改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境, 同時(shí)也可以根據(jù)區(qū)域的基礎(chǔ)條件, 來協(xié)調(diào)各個(gè)生態(tài)用地面積比例, 以補(bǔ)足欠缺[17]。

三峽庫(kù)區(qū)作為全國(guó)生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū), 其生態(tài)環(huán)境安全一直受到了廣泛的關(guān)注, 三峽工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響更是備受關(guān)注和爭(zhēng)議。三峽工程實(shí)施以來, 在工程蓄水、城鎮(zhèn)搬遷、移民安置、生態(tài)退耕和土地綜合整治等過程中, 引起了相應(yīng)的土地利用變化, 也必然會(huì)帶來區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的改變及其服務(wù)功能的改變[18-19]。巫山縣處于三峽庫(kù)區(qū)腹心, 礦產(chǎn)資源與生物資源豐富, 具有重要的, 生態(tài)環(huán)境保護(hù)意義。本文分析了巫山縣 1990—2015年間的土地利用格局的時(shí)空變化, 并基于謝高地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表, 結(jié)合巫山縣的實(shí)際糧食產(chǎn)量, 計(jì)算了巫山縣各個(gè)時(shí)期生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及其變化趨勢(shì), 探討了各個(gè)土地利用類型面積變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的相關(guān)性, 評(píng)估巫山縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的時(shí)空動(dòng)態(tài)。為巫山縣改善生態(tài)用地格局提供理論與數(shù)據(jù)支持。

1 研究區(qū)概況

重慶市巫山縣位于重慶東北部(圖1), 地處三峽庫(kù)區(qū)腹心, 跨長(zhǎng)江巫峽兩岸。位于東徑109°33′— 110°11′, 北緯30°45′—23°28′之間, 屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候。多年平均氣溫為15.3—23.4℃。全縣面積2958 km2, 常住人口為49.5萬人, 2017年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值1017946萬元。巫山縣位于大巴山弧形構(gòu)造、川東褶皺帶及川鄂湘黔隆起褶帶三大構(gòu)造體系結(jié)合部, 長(zhǎng)江橫貫東西, 地貌上呈深谷和中低山相間形態(tài), 地形起伏大, 坡度陡, 形成典型的喀斯特地貌, 最低海拔僅73.1 m, 最高海報(bào)2590 m。

圖1 研究區(qū)的地理位置

Figure 1 Geographical location of the study area

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)處理

本研究數(shù)據(jù)包括1990年、1995年、2000年、2005年、2010年和2015年的Landsat TM/ETM遙感影像、研究區(qū)域1: 25萬地形圖、土壤和植被專題圖。與傳統(tǒng)分類方法相比, 面向?qū)ο蟮倪b感分類方法中的尺度分割能區(qū)分影像上的相鄰區(qū)域, 同類影像對(duì)象可使分類屬性及其信噪比得以增強(qiáng)。本文利用面向?qū)ο蟮倪b感分類方法, 結(jié)合區(qū)域土地類型特征, 將研究區(qū)土地利用類型分為兩級(jí)(圖2), 一級(jí)分為6類: 耕地、林地、草地、水域、建筑用地、未利用地, 二級(jí)分類中把林地分為闊葉林、針葉林和混交林。其中生態(tài)用地包括耕地、林地、草地、水域和未利用地。

2.2 土地利用動(dòng)態(tài)度

土地利用動(dòng)態(tài)度是評(píng)價(jià)土地利用類型數(shù)量變化、土地利用程度變化及土地利用變化的區(qū)域差異的指標(biāo)。

土地類型變化率公式:

式中, C為土地類型變化率,A、A研究區(qū)一種土地利用類型2個(gè)時(shí)期的面積(hm2)。

單一土地利用類型變化動(dòng)態(tài)度公式:

式中, K為研究時(shí)段內(nèi)某一土地利用類型動(dòng)態(tài)度;U、U分別為研究初期和研究末期某一土地利用類型數(shù)量;為研究時(shí)段長(zhǎng), 當(dāng)?shù)臅r(shí)段設(shè)定為年時(shí), K的值就是該研究區(qū)某種土地利用類型年變化率。

綜合土地利用類型動(dòng)態(tài)度公式:

式中,LU監(jiān)測(cè)起始時(shí)間第i類土地利用類型的面積; ΔLU–j為監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為非i類土地利用類型面積的絕對(duì)值;為監(jiān)測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度。當(dāng)?shù)臅r(shí)段設(shè)定為年時(shí),的值就是該研究區(qū)土地利用年變化率[20]。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算

基于謝高地等提出的“中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量”, 以單位面積農(nóng)田提供的食物生產(chǎn)服務(wù)經(jīng)濟(jì)當(dāng)量為依據(jù), 結(jié)合巫山縣實(shí)際確定符合經(jīng)濟(jì)發(fā)展與用地特征的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)謝高地等將生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)的凈利潤(rùn)看作該生態(tài)系統(tǒng)所能提供的生產(chǎn)價(jià)值, 將單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)糧食生產(chǎn)的凈利潤(rùn)當(dāng)作1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量因子的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量。確定2010年1個(gè)生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值當(dāng)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值為3406.50元·hm-2, 根據(jù)《重慶市統(tǒng)計(jì)年鑒》資料, 巫山縣2010年地均糧食產(chǎn)量為3739.21 kg·hm-2, 而同期全國(guó)地均糧食產(chǎn)量分別為4973.58 kg·hm-2, 根據(jù)此對(duì)各生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值當(dāng)量?jī)r(jià)值進(jìn)行系數(shù)修訂, 確定巫山縣各期的修正系數(shù)分別為0.752, 表1為修正后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值指標(biāo)體系即當(dāng)量系數(shù)表。即巫山縣一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能當(dāng)量為2561.69元·hm-2。以修訂后的價(jià)格指數(shù)分別計(jì)算巫山縣土地利用二級(jí)分類下的不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量。

Figure 2 Spatial distribution of land use in Wushan County in 1990-2015

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的測(cè)評(píng)公式為:

式中,表示研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價(jià)值;A表示研究區(qū)第i種土地利用類型的面積;VC表示第i種土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù);ESV表示生態(tài)系統(tǒng)第f項(xiàng)服務(wù)功能的價(jià)值;VC表示研究區(qū)第i種土地利用類型的第f項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)。

2.4 不同斑塊面積與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的空間相關(guān)性分析

本文利用GeoDa軟件進(jìn)行斑塊面積與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值之間的空間分異特征的分析, 局部雙變量Moran’s I 指數(shù)LISA可以測(cè)度整個(gè)區(qū)域中一個(gè)單元上的某一屬性與鄰近單元同一屬性值的相關(guān)程度。應(yīng)用到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間格局分析中, 通過可視化分布圖揭示斑塊面積與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值之間的空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)模式, 以分析研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間分異規(guī)律[21]。

3 結(jié)果分析

3.1 巫山縣土地利用結(jié)構(gòu)的時(shí)空變化特征

根據(jù)巫山縣1990—2015年的6期土地利用分布圖可以看出巫山縣的土地利用空間結(jié)構(gòu)類型以林地和耕地為主, 其次是草地和水域。其中建筑用地有逐年增加的趨勢(shì), 且均集中分布在水域附近, 并逐年沿著水系向外擴(kuò)展。濕地面積始終較少, 僅在2000年時(shí)顯示出有100 ha, 但水體面積在后期增加幅度較大, 因?yàn)樵诖似陂g, 三峽大壩蓄水, 這是水體面積增加的主要原因, 也與2007年巫山縣開始實(shí)施環(huán)境保護(hù)條例息息相關(guān), 其中第七十八條明確說明可以將重要水源涵養(yǎng)區(qū)、三峽庫(kù)區(qū)消落區(qū)、重要漁業(yè)水域等劃定為生態(tài)功能保護(hù)區(qū)。研究時(shí)段內(nèi)巫山縣森林的面積變化相對(duì)顯著, 由1990年占研究區(qū)面積的57.23%, 下降到55.56%; 而耕地面積則是先增加后減小, 在2005年時(shí)達(dá)到最高峰, 占地面積27.54%, 但總體看來, 2015年耕地面積相對(duì)于1990年增加了1.42%; 草地所占比例由1990年的16.48%增加至2015年的16.76%, 變化相對(duì)較穩(wěn)定; 而水體的增幅較為顯著, 25年間共增加了大約2400 ha的水域面積, 總的面積比例由1.06%增加至1.88%; 巫山縣建筑用地面積增加較大, 研究時(shí)段內(nèi)部分未利用土地和林地轉(zhuǎn)移為了建筑用地。

表1 單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表

表2為研究區(qū)1990—2015年各土地利用類型景觀格局指數(shù)的變化, 從面積和斑塊數(shù)量以及斑塊密度可以看出耕地的總面積在800 km2上下浮動(dòng), 但斑塊數(shù)量卻在130左右, 斑塊密度達(dá)到0.04以上, 因此破碎化程度比較嚴(yán)重, 但近20年來有所緩和; 其次是草地, 斑塊密度達(dá)到0.02以上, 破碎度有逐年增加的趨勢(shì); 而林地的占地面積最大, 但是斑塊數(shù)量很少, 因此林地比較完整, 不存在明顯破碎化; 水域的斑塊密度均低于0.01, 破碎化不明顯。從最大斑塊指數(shù)來看, 林地最高, 其次是耕地, 說明林地與耕地景觀類型占優(yōu)勢(shì), 但兩者的波動(dòng)幅度不大, 相對(duì)來說水域的最大斑塊指數(shù)具有明顯的上升趨勢(shì), 這與水域面積大幅度增加密切相關(guān)。綜合比較1990—2015年間景觀格局變化(表3), 發(fā)現(xiàn)研究區(qū)斑塊密度呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢(shì), 而形狀指數(shù)逐年減小, 多樣性指數(shù)逐年增加, 表明近年來, 在人類社會(huì)及自然因素的干擾下, 研究區(qū)的景觀格局破碎度增加, 并且向著規(guī)整化和多樣化的方向發(fā)展。

表2 1990—2015年巫山縣不同土地利用景觀格局變化

1990—2015年巫山縣土地利用類型動(dòng)態(tài)度可以看出(表4): 1990—2000年間的單一類型動(dòng)態(tài)度除了林地以外均為正向動(dòng)態(tài), 而2000—2015年間則大部分呈現(xiàn)出負(fù)向動(dòng)態(tài), 總體趨勢(shì)是以2000年為時(shí)間節(jié)點(diǎn), 前后十年的變化呈現(xiàn)出對(duì)稱走勢(shì)。綜合動(dòng)態(tài)度指數(shù)變化趨勢(shì)為 , 2000—2015年間的動(dòng)態(tài)度為0.94, 大于1990—2000年間的0.07, 也同時(shí)大于25年間的綜合動(dòng)態(tài)度0.07。表明, 2000—2015年間的土地利用類型轉(zhuǎn)移程度最大, 結(jié)構(gòu)變化最為劇烈, 這與2001年頒布的重慶市三峽庫(kù)區(qū)農(nóng)村移民安置管理辦法息息相關(guān), 在此期間不僅需要建設(shè)居民用地, 也需要重新分配安置居民的耕地區(qū)域以及面積, 因此建筑面積明顯增加, 人類活動(dòng)頻繁, 對(duì)土地利用類型分布有較大的影響。而三峽庫(kù)區(qū)的建立以及環(huán)保條例的實(shí)施使一些水源涵養(yǎng)區(qū)成為重要的生態(tài)保護(hù)區(qū), 使水域面積也明顯增加。

3.2 巫山縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空變化

依據(jù)巫山縣1990—2015年6期土地利用變化數(shù)據(jù), 通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價(jià)值系數(shù)表, 得出巫山縣不同時(shí)期不同生態(tài)用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化(表5)。總體來看, 1990—2015年間, 巫山縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量呈增加的趨勢(shì), 由1990年的30660.4×106元增加到2015年的30999.36×106元, 25年間增加了338.97×106元。但其中1990 —2005年有降的走勢(shì), 15年間減少了68.53×106元。這樣的趨勢(shì)與1990—2005年間林地面積大幅下降息息相關(guān), 由1990年的1671 km2下降到1625 km2。而后期生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值有個(gè)明顯升高的趨勢(shì), 這與后期水域面積的大幅增加有一定的關(guān)系?？傮w說明土地利用類型面積的變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值之間必然存在著一定的相關(guān)性。

表3 1990—2015年巫山縣景觀格局指數(shù)變化

表4 1990—2015年巫山縣土地利用變化率

從不同生態(tài)用地類型變化來看, 林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值貢獻(xiàn)率最大, 所占比率均在50%以上, 提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能主要有大氣調(diào)節(jié)、土壤保持、維持生物多樣性等; 其次是草地, 25年間共增加了27.89×106元, 大約占整體價(jià)值的10%左右, 主要提供廢物處理、生物棲息地、營(yíng)養(yǎng)循環(huán)等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能; 而耕地生態(tài)系統(tǒng)屬于人工生態(tài)系統(tǒng), 所能提供的自然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較少, 主要以食物生產(chǎn)、提供原材料等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能為主, 占比4%左右; 由于25年來水域的面積增加幅度比較大, 相應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的提高也比較多, 共增加了752.81×106元, 增長(zhǎng)率為70.97%, 主要提供水源涵養(yǎng)、調(diào)節(jié)大氣濕度等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能; 總體看來, 未利用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能較少, 這與他們生產(chǎn)功能和占地面積較少有極大的關(guān)系。

圖3呈現(xiàn)了1990—2015年間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間分布。按照時(shí)間順序來看, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間分布結(jié)構(gòu)變化不大, 但可以看出研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值空間分布不均勻, 空間異質(zhì)性明顯?？傮w來說, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較高的地方主要集中在巫山縣的東北部、中部和西部, 這些地區(qū)集中分布著林地, 說明林地對(duì)總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)率較高; 價(jià)值較低的地區(qū)主要集中于研究區(qū)西部, 由草地、耕地、水域等生態(tài)系統(tǒng)交叉組成。

從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值一級(jí)分類的雷達(dá)圖來看, 巫山縣最突出的服務(wù)功能是調(diào)節(jié)服務(wù), 其次是供給服務(wù)和支持服務(wù), 文化服務(wù)最弱(圖4), 且25年間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的格局比較穩(wěn)定, 沒有較大的變動(dòng)。從二級(jí)類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值來看(表6), 氣候調(diào)節(jié)與水文調(diào)節(jié)所貢獻(xiàn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量最高, 均占總體的25%左右, 體現(xiàn)了林地與水域?qū)諝赓|(zhì)量的改善以及水土資源的保持等生態(tài)效用。其次是氣體調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、土壤保持和生物多樣性支持, 均在7%以上。而維持養(yǎng)分循環(huán)的功能價(jià)值量占比最小, 這與草地的面積相對(duì)于林地較少有關(guān)系, 并且價(jià)值量隨著草地面積的減少而逐漸下降, 并在2015年達(dá)到最高低。總體上, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量的時(shí)間分布與各個(gè)土地利用類型的面積變化趨勢(shì)非常相似, 因此, 生態(tài)用地面積是支持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能量的一個(gè)重要指標(biāo)。

3.3 斑塊面積與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間相關(guān)性分析

以巫山縣總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估結(jié)果和各土地利用空間分布面積為數(shù)據(jù)源, 應(yīng)用GeoDa空間分析軟件對(duì)其局部空間相關(guān)性進(jìn)行測(cè)度(圖5), 與此同時(shí), 分別對(duì)各期數(shù)據(jù)的高-高、低-低、低-高、高-低4項(xiàng)空間聚類類型所占比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表7)。其中1990年以高-低類型區(qū)為主, 占地面積14.2%, 且斑塊較集中, 主要分布著耕地和水域生態(tài)系統(tǒng)類型, 表現(xiàn)出大的斑塊面積下具有較低的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值, 但研究區(qū)整體Moran’s I 指數(shù)值為-0.01, 呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的狀態(tài), 數(shù)值較小, 空間差異顯著; 而2000年則以低-高類型區(qū)為主, 占地面積1.37%, 斑塊分散, 但主要分布在林地區(qū)域, 呈現(xiàn)出小斑塊區(qū)域有高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的負(fù)相關(guān)關(guān)系, 整體Moran’s I 指數(shù)值為-0.009, 呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的狀態(tài); 而1995、2005、2010和2015年均為高-高類型區(qū)占比較大, 且斑塊集中分布, 以林地為主, 同時(shí)穿插耕地和草地, 呈現(xiàn)大斑塊面積包圍高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的正相關(guān)關(guān)系, 而整體Moran’s I 指數(shù)均接近于0, 空間呈隨機(jī)性分布, 破碎化程度逐漸加深。

表5 巫山縣1990—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化(106元)

圖3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(ESV)的空間分布

Figure 3 The spatial distribution of ecosystem service value

圖4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(ESV)的動(dòng)態(tài)變化

Figure4 Ecosystem service value of first level and its changes

表6 各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)功能價(jià)值及其動(dòng)態(tài)變化

整體來看, 各期數(shù)據(jù)中高-低、高-高類型區(qū)所占比例較高, 而低-低和低-高類型區(qū)所占比例相對(duì)較低, 具有明顯的空間分異性; 其中高-低類型說明在面積較大的區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較少, 一般分布著耕地、草地和水域三種生態(tài)系統(tǒng)類型; 而高-高類型區(qū)說明在面積較大的同時(shí)也有著較多的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值, 這樣的區(qū)域一般是具有大量的林地分布, 表現(xiàn)出林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與面積之間有較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系; 綜合統(tǒng)計(jì)每一年所有具有一定相關(guān)性的斑塊面積占比情況, 可看出1990到1995年之間比例減少的幅度較大, 不顯著相關(guān)的區(qū)域明顯增加, 這表明區(qū)域的破碎化程度的逐漸加深, 與之前景觀指數(shù)的計(jì)算結(jié)果相符。

圖5 土地利用類型變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間相關(guān)性分析

Figure 5 The analyze of land use type change and ecosystem service value

4 結(jié)論

本文利用巫山縣六期遙感分類數(shù)據(jù), 研究了25年間該區(qū)土地利用類型結(jié)構(gòu)的變化, 并對(duì)生態(tài)用地所提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的時(shí)空演變進(jìn)行評(píng)估, 并分析了土地斑塊面積變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化之間的相關(guān)性。主要結(jié)論如下:

(1)土地利用動(dòng)態(tài)度的變化在研究時(shí)段內(nèi)差異明顯, 2000—2015年間的綜合動(dòng)態(tài)度指數(shù)最高, 土地利用空間格局變化相比1990—2000年間的幅度要大。其中林地呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì), 變化相對(duì)顯著, 從1990年占研究區(qū)面積的57.23%, 下降到2015年的55.56%, 可見巫山縣的退耕還林的工程實(shí)施效果還不夠顯著, 需要加大力度; 草地的變化比較平穩(wěn), 25年占地面積僅增加了0.28%; 而水域面積增加幅度最大, 占地面積比例由1.06%增加至1.88%, 單一動(dòng)態(tài)度為3.10; 建筑用地的變化動(dòng)態(tài)度最大, 同時(shí)耕地面積也增長(zhǎng)了1.42%。總體來說, 研究區(qū)景觀格局破碎化程度逐漸加強(qiáng), 并且向著規(guī)整化和多樣化的方向發(fā)展。

表7 1990—2015年巫山縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與土地利用面積之間的聚類類型占地面積比例

(2)巫山縣25年間的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值共增加了338.97×106元, 相比1990年增加了1.1%。其中由于林地的占地面積相對(duì)較大, 對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)率也就相對(duì)較高, 25年間的貢獻(xiàn)率均在50%以上, 但是林地面積呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì), 使得林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值也逐漸減少, 但由于林地中的植被類型分布也不斷變化, 其中闊葉林以及針闊混交林的比例增加, 使得林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降的程度沒有面積顯著; 而水域的服務(wù)價(jià)值變化幅度最大, 共增加了70.97%, 這與水域面積的擴(kuò)充是分不開的。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的一級(jí)分類來看, 調(diào)節(jié)服務(wù)所占比重超過了其他三種服務(wù)類型, 其次是支持服務(wù), 最弱的是文化服務(wù)。從空間上來看, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分布不均勻, 具有空間異質(zhì)性, 并且呈現(xiàn)東多西少的規(guī)律。對(duì)比土地利用類型分布, 可以看出林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較高。

(3)各期數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出的斑塊面積與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值之間的空間關(guān)系以高-低和高-高類型區(qū)為主。由于土地利用類型空間結(jié)構(gòu)的變化, 不同時(shí)間段斑塊面積與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值之間的相關(guān)性狀態(tài)不一樣, 主要的聚類類型區(qū)也不同。隨著破碎化程度的加深, 空間隨機(jī)性分布明顯, 斑塊面積與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值之間的相關(guān)性減弱, 土地利用率降低, 單位土地面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量減少, 從而影響整個(gè)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量。整體來看, 林地區(qū)域的斑塊面積與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值之間的相關(guān)性最強(qiáng), 耕地和草地以及水域地區(qū)的面積與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值之間呈高-低狀態(tài), 因此, 相比之下林地提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值具有集中、高產(chǎn)的特點(diǎn)。

綜上所述, 土地利用結(jié)構(gòu)的時(shí)空異質(zhì)性對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響不容小覷, 隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展, 土地利用動(dòng)態(tài)度的加強(qiáng), 我們應(yīng)該重視空間分布規(guī)律, 并以此作為依據(jù)來確定生態(tài)保護(hù)與建設(shè)的實(shí)施和改進(jìn)方案, 提高土地利用效率, 豐富生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

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Land use pattern and the spatial-temporal variability of ecosystem service value in Wushan County, Chongqing

SUN Siqi1, GUO Luo*, XUE Dayuan

Minzu University of China, Beijing 100081, China

Wushan County is located in the hinterland of the Three Gorges reservoir in the east of Chongqing, and it belongs to the important ecological barrier zone in upper and middle reaches of the Yangtze river; it is also a vital area for the implementation of River Governor system, so the ecological protection is of great significance for regional development and policy implementation. This article takes Wushan County as the research object. Based on the six periods of remote sensing images during 1990-2015, then with the help of remote sensing and geographic information technology, we analyzed the structure changes of land use types from time and space scales, respectively. On the basis of this, the evaluation of ecosystem service value provided by ecological land in the study area is carried out. Then with the help of GeoDa software, the spatial correlation between patch area and ecosystem service value change is analyzed. The results are as follows. (1) Between 2000-2015, the land use comprehensive dynamic degree index was the highest, and the forestland showed a downward trend. The area of farmland, grassland, water area and building land increased from varying degrees, and the building land single type dynamic degree index was the largest. (2) The value of ecosystem services in Wushan County increased by 338.97×106yuan in the past 25 years. Ecosystem services were mainly for regulation services, followed by support services. The water resources supply, the hydrological regulation and the purification of the environment were improved greatly. (3)The spatial correlation between the patch area and ecosystem service value was mainly showed in high-low and high-high types regions, and the high-high type regions were mainly distributed with forest land, indicating that there was a positive correlation between forest land patch area and ecosystem services value.

land use change; ecosystem service value; dynamic evolution

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.01.023

F301.2; X826

A

1008-8873(2019)01-176-10

2018-01-08;

2019-02-28

科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“南方丘陵山地屏障帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)格局及驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究”(2017YFC0505601)

孫思琦(1995—), 女, 內(nèi)蒙古赤峰市, 碩士研究生, 主要從事景觀生態(tài)學(xué)研究, E-mail: m15510761127@163.com

郭濼, 女, 教授, 主要從事景觀生態(tài)學(xué)研究, E-mail: guoluo@muc.edu.cn

孫思琦, 郭濼, 薛達(dá)元. 重慶市巫山縣土地利用格局及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空變化[J]. 生態(tài)科學(xué), 2019, 38(1): 176-185.

SUN Siqi, GUO Luo, XUE Dayuan. Land use pattern and the spatial-temporal variability of ecosystem service value in Wushan County, Chongqing[J]. Ecological Science, 2019, 38(1): 176-185.