1975—2015年南四湖自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空變化分析

蔣齋,孫小銀,*,劉飛,單瑞峰,樊玉娜,叢文翠

1.曲阜師范大學(xué),日照 276826

2.南四湖濕地生態(tài)與環(huán)境保護(hù)山東省高校重點實驗室,日照 276826

0 前言

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指直接或間接地維持人類生存和發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)福利,包括供給、調(diào)節(jié)、支持和文化四種服務(wù)[1-3]。生態(tài)系統(tǒng)提供生態(tài)服務(wù)的能力受土地利用類型、社會經(jīng)濟(jì)特征和生態(tài)系統(tǒng)的生物物理過程變化的影響[3-5]。土地利用變化是人類活動與生態(tài)系統(tǒng)相互作用的最直接表現(xiàn)[6],它必然導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)功能的變化,從而改變生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。土地利用的變化不僅能夠改變景觀格局,還直接影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成。因此,確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對土地利用變化的響應(yīng)是迫切需要的,評估土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響對于土地利用規(guī)劃、自然資源管理和生態(tài)保護(hù)具有重要意義。

土地利用變化顯著影響著生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)和功能,對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的估算可用于評估不同土地利用背景下的生態(tài)系統(tǒng)狀況和生態(tài)效應(yīng),對土地利用規(guī)劃具有積極的指導(dǎo)作用。近幾十年來,已有眾多專家學(xué)者就土地利用變化對生態(tài)服務(wù)價值的影響研究得出了大量研究成果[5,7-12]。土地利用變化可能會使得某些生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價值提高而降低其他生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)的能力,且生態(tài)服務(wù)價值的變化取決于土地利用變化的方向和規(guī)模。例如,Wang 等[11]揭示了土地利用變化導(dǎo)致寧夏地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總體呈增長趨勢,尤其是生物多樣性保護(hù)和土壤形成與保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價值明顯增加,而Gashaw 等[5]的研究結(jié)果則發(fā)現(xiàn)因耕地和建成區(qū)的擴(kuò)張以及林地、草地和灌木叢的衰退導(dǎo)致生態(tài)服務(wù)價值呈現(xiàn)下降趨勢。然而,目前許多研究只討論了不同時期土地利用變化對生態(tài)服務(wù)價值的影響,而較少地將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行空間化、定量化。隨著對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)被納入土地利用政策的需求日益增加,進(jìn)一步探討生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與土地利用變化之間的深層關(guān)系變得尤為重要。

自1978年“南四湖鳥類自然保護(hù)區(qū)”成為山東省第一個自然保護(hù)區(qū),到2003年成立南四湖省級自然保護(hù)區(qū)[13],南四湖自然保護(hù)區(qū)成為山東省重要的濕地生態(tài)保護(hù)區(qū),也是南水北調(diào)東線工程重要的調(diào)蓄樞紐,承接北京、天津等中國北方多個城市的來水,具有較高的生態(tài)保護(hù)地位和經(jīng)濟(jì)價值。

改革開放以來,隨著人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大,南四湖地區(qū)的土地利用發(fā)生了巨大變化?？焖俚某擎?zhèn)化和工業(yè)化帶來巨大的經(jīng)濟(jì)利益,但同時也給環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成相當(dāng)大的破壞。南四湖及其相關(guān)入湖河流系統(tǒng)的退化導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)提供生態(tài)服務(wù)的能力逐年下降。因此,本研究探討并分析了1975—2015年南四湖自然保護(hù)區(qū)土地利用及生態(tài)服務(wù)價值的時空變化,研究生態(tài)服務(wù)價值與土地利用變化之間的關(guān)系。研究結(jié)果能為土地利用管理部門的決策過程提供支持信息。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

南四湖自然保護(hù)區(qū) (34°45′—35°34′N,116°56′— 117°36′E)主要位于山東省微山縣內(nèi),包含以南四湖為主體的湖區(qū)以及周邊水田、旱地等其他土地利用類型,總面積1141.21 km2。南四湖是由南陽湖、獨山湖、昭陽湖和微山湖四個串聯(lián)的湖泊組成,自北向南呈長條狀分布,京杭大運河貫穿其中。南四湖既是我國北方地區(qū)最大的淡水湖,同時也是山東省最大的水產(chǎn)品基地。南四湖有53 條大大小小的入湖河流,多年平均入湖徑流量為37.4 億m3,平均水深1.46 m[14],平均水溫介于14.9℃—16.0℃之間[15]。南四湖自然保護(hù)區(qū)位于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候帶,雨熱同期,四季分明。南四湖自然保護(hù)區(qū)累年平均氣溫在11.1℃—14.4 ℃之間,年均降雨量約700 mm[16],降水是南四湖及相關(guān)河流的主要水源補(bǔ)給。南四湖自然保護(hù)區(qū)地處鳥類南北遷徙的咽喉地帶,是停歇覓食的良好生境,許多珍稀鳥類在此云集[17]。其中,大天鵝、灰鶴、鴛鴦等國家重點保護(hù)鳥類26 種,山東省重點保護(hù)鳥類35 種,列入《中國與日本保護(hù)候鳥及其棲息環(huán)境協(xié)定》中的227 種重點保護(hù)鳥類南四湖有109 種[15]。

圖1 南四湖自然保護(hù)區(qū)地理位置示意圖 Figure1 Geographical location of the Nansihu Lake Reserve

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究所用數(shù)據(jù)包括土地利用數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型(DEM)以及山東省主要糧食作物價格等數(shù)據(jù)。土地利用數(shù)據(jù)包含8 期,其中1980、1990、1995、2000、2005、2010 和2015年的土地利用數(shù)據(jù)(30 m× 30 m)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心(http:// www.resdc.cn/)。1975年土地利用數(shù)據(jù)來源于遙感影像解譯,以南四湖自然保護(hù)區(qū)Landsat MSS 影像(60 m×60 m)為基礎(chǔ),利用ENVI 4.7 進(jìn)行人工交互式目視解譯獲得,解譯結(jié)果的檢驗精度＞90%。根據(jù)劉紀(jì)遠(yuǎn)等[18]提出的中國土地利用/土地覆被遙感分類系統(tǒng),將南四湖自然保護(hù)區(qū)土地利用類型劃分為7 種類型,分別是水田、旱地、林地、草地、水體、建成區(qū)和未利用地。其中未利用地主要為沼澤地和裸巖石質(zhì)地,還包括極少量的沙地、裸土地和鹽堿地等。DEM 數(shù)據(jù)來自于美國馬里蘭大學(xué)全球土地覆被數(shù)據(jù)庫(http://glcfapp.glcf.umd.edu/)。山東省主要糧食作物價格數(shù)據(jù)來自于山東省物價局。

1.3 土地利用變化分析

運用ArcGIS 空間分析功能,將1975—2015年的8 期土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行地圖代數(shù)疊加運算,建立土地利用轉(zhuǎn)移矩陣,從而分析南四湖自然保護(hù)區(qū)的土地利用變化特征。林地、草地、水體、建成區(qū)、未利用地、水田和旱地的編碼分別為1、2、3、4、5、6、7。具體公式如下[19]:

式中:N為研究期間由土地利用代碼生成的新的圖譜單元;A為前一個研究時段的土地利用圖譜單元;B為后一個研究時段的土地利用圖譜單元。

土地利用強(qiáng)度是反映人類干擾的重要指示因子,土地利用類型可以表明不同的人類活動和土地開發(fā)利用程度,影響并改變著區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。本研究參考Hu 等[20]制定的土地利用強(qiáng)度并進(jìn)行微調(diào),將水田、旱地、林地、草地、水體、建成區(qū)和未利用地的土地利用強(qiáng)度分別賦值為0.525、0.545、0.114、0.215、0.120、0.936 和0.063。

1.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)被劃分為四種類型,分別是供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)[21],每一種類型又包含多種子服務(wù)(表1)?；谥x高地[22]提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分類方法,進(jìn)一步的將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)劃分成11 種子服務(wù),包括食物生產(chǎn)、原料生產(chǎn)、水資源供給、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、水土保持、維持養(yǎng)分循環(huán)、生物多樣性和美學(xué)景觀。

根據(jù)Costanza 等[3,21]和謝高地等[22]提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算方法,其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算公式如下:

式中:ESV為估計的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(US$·a-1),ESVf為估計的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值(US$·a-1),Ak為第k類土地利用類型的分布面積(hm2),VCk為第k類土地利用類型的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)(US$/(hm2·a)),VCfk為第k類土地利用類型的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值系數(shù)(US$/(hm2·a))。

根據(jù)謝高地等[22]的研究,1 個標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值系數(shù)相當(dāng)于1 hm2農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)多年平均自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價值,是單位面積農(nóng)作物產(chǎn)量市場價值的1/7[23]。為消除農(nóng)作物價格對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的影響,采用山東省主要糧食作物小麥和玉米的播種面積、單產(chǎn)和與其相對應(yīng)的2015年山東省各農(nóng)作物平均價格為基準(zhǔn)。計算出南四湖流域農(nóng)田自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價值為331.40 US$·hm-2。其計算模型如下:

式中:Ea為南四湖流域單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供 生產(chǎn)服務(wù)功能的經(jīng)濟(jì)價值(US$·hm-2);i為作物種類;n為糧食種類數(shù);Pi為i種糧食作物山東省平均價(US$·kg-1);qi為i種糧食作物單產(chǎn)(kg·hm-2);mi為i種糧食作物面積(hm2);M為i種糧食作物總面積。

結(jié)合本研究實際,將本研究中的水田、旱地分別與謝高地等(2015)研究中的水田和旱地對應(yīng);林地與森林對應(yīng),取其[21]四種二級地類(針葉、針闊混交、闊葉、灌木)的平均值;草地與草地對應(yīng),而研究區(qū)內(nèi)的草地以中覆蓋度草地為主,所以取其3 種二級地類的均值;水體與水域?qū)?yīng),取其二級地類水系的價值系數(shù);因城鄉(xiāng)建設(shè)用地的生態(tài)效益較小,本文不予以考慮,其生態(tài)服務(wù)價值為0;研究區(qū)內(nèi)的未利用地以沼澤地和裸巖石質(zhì)地為主,取其[22]濕地值的1/2?；谝陨戏治?本研究確定了南四湖自然保護(hù)區(qū)不同土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價值系數(shù),如表1所示。

1.5 空間統(tǒng)計分析

土地利用面積和生態(tài)服務(wù)價值的空間分析借助ArcGIS 10.2 進(jìn)行,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與其影響因子之間的相關(guān)性分析借助SPSS 20.0 進(jìn)行。對于所有的統(tǒng)計檢驗,p＜0.05 被選為顯著性檢驗的臨界值。1975—2015年土地利用和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化是在ArcMap 柵格計算器中用后一時期的值減去前一時期的值得到的。

表1 不同土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價值系數(shù) US$/(hm2·a-1) Table1 Ecosystem services value coefficient for different land use types US$/(hm2·a-1)

2 結(jié)果與分析

2.1 1975—2015年南四湖自然保護(hù)區(qū)土地利用變化分析

2.1.1 土地利用分布模式

南四湖自然保護(hù)區(qū)的土地利用類型主要是水體,2015年水體占南四湖自然保護(hù)區(qū)總面積的86.78%。其次是水田,占6.37%。其它5 種土地利用類型僅占南四湖自然保護(hù)區(qū)總面積的 6.84%,包括旱地(4.04%)、建成區(qū)(1.03%)、未利用地(0.96%)、草地(0.59%)和林地(0.22%)(表2)。 1975、1980、1990、1995、2000、2005、2010 和2015年土地利用類型的空間分布如圖2所示?？傮w來看,1975—2015年水體以絕對優(yōu)勢占據(jù)了南四湖自然保護(hù)區(qū)的絕大部分,水田主要分布于微山湖北部,南四湖的西北邊緣區(qū)域和狹窄湖腰處;未利用地主要分布于昭陽湖南段,林地和草地面積相對較少,主要分布于微山湖南端,建成區(qū)則沿湖區(qū)邊緣成片分布。

2.1.2 土地利用類型時間變化分析

1975—2015年南四湖自然保護(hù)區(qū)的土地利用類型發(fā)生巨大變化。最明顯的變化是僅未利用地面積減少,水田、草地等其他土地利用類型面積明顯增加(表2)。1975—2015年未利用地面積減少88.90% (8807.68 hm2),2015年未利用地面積僅為1975年的 1/10(表2);水田面積增加176.36%(4626.45 hm2),其次是草地、旱地、建成區(qū)、林地和水體,分別增加148.63%(405.06 hm2)、56.30%(1660.67 hm2)、52.19% (401.54 hm2)、44.33%(76.76 hm2)和1.66%(1621.60 hm2)。水體面積在1975—1990年減少了49.59%,據(jù)詹道強(qiáng)[24]分析,1987—1990年南四湖地區(qū)經(jīng)歷了長達(dá)4年的干旱;在1990—1995年水體面積增加了116.83%,而后在1995—2015年間處于波動變化狀態(tài)。雖然40年來水體面積呈增加趨勢,但湖泊面積卻是逐漸萎縮的,沿湖漁業(yè)養(yǎng)殖占據(jù)了相當(dāng)大的水域面積[19]。因水稻種植業(yè)的迅速發(fā)展,40年間水田面積持續(xù)增長,2015年水田面積為7274.79 hm2,成為除水體之外的第二大優(yōu)勢土地利用類型。在1975—1980年間林地面積有明顯的增加,雖然1978年改革開放以來,城鄉(xiāng)建設(shè)進(jìn)程加快,森林作為一種基礎(chǔ)建設(shè)資源,對木材的需求量逐漸增加,但林地面積并沒有大量減少,反而在此后的35年間面積變化不大,稍有增長,這與南四湖自然保護(hù)區(qū)相繼成為市級、省級自然保護(hù)區(qū)是密不可分的。40年間草地面積呈現(xiàn)出較大波動。1975—1990年草地面積明顯增長,在1995年急劇下降,而后在2000年又明顯增加,最后在2000—2015年再次急劇下降。建成區(qū)面積在1975—1980年明顯下降,在1980—2005 間增加緩慢;此后由于城市化進(jìn)程的加快,建成區(qū)面積在2005—2015年呈明顯上升趨勢。

圖2 南四湖自然保護(hù)區(qū)的土地利用/覆被模式 Figure2 Land use/land cover patterns of the Nansihu Lake Reserve

表2 1975—2015年南四湖自然保護(hù)區(qū)的土地利用面積 hm2 Table2 Land-use areas in the Nansihu Lake Reserve from 1975-2015 hm2

將南四湖自然保護(hù)區(qū)40年間的土地利用變化劃分成1975—1990、1990—2000、2000—2015 3 個階段進(jìn)行分析,具體表現(xiàn)為天然地類——未利用地的減少,水田、旱地等人類活動強(qiáng)度大的土地面積的增加(表3)。1975—1990年未利用地面積增加了424.06%,主要由南陽湖西南部、獨山湖和微山湖西部以及昭陽湖北段的水體轉(zhuǎn)化而來,約占南四湖總面積的51.40%。有4827.60 hm2的水體轉(zhuǎn)化成旱地,集中分布于南陽湖北部邊緣、獨山湖東、北部邊緣以及微山湖的西北部。然而在1990—2000年99.51%的未利用地都轉(zhuǎn)化成了水體,其他土地利用類型面積變化不明顯。2000—2015年有4357.26 hm2的水 體轉(zhuǎn)化水田,集中分布于最窄湖腰處的昭陽湖二級閘南側(cè);即使有2802.33 hm2的旱地和1134.00 hm2的草地轉(zhuǎn)為水體,但水體面積總體仍呈減少趨勢。由干旱等原因,水體面積在1990年達(dá)到最小值;水體面積最大值是在1995年,占保護(hù)區(qū)總面積的93.30%。(表3)。

2.2 1975—2015年南四湖自然保護(hù)區(qū)生態(tài)服務(wù)價值變化分析

2.2.1 生態(tài)服務(wù)價值時間變化分析

自1975 以來南四湖自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)服務(wù)總價值隨土地利用變化而呈現(xiàn)下降趨勢(圖3a)。生態(tài)服務(wù)總價值在1990年達(dá)到2.36×109US$的最小值,在1995年達(dá)到4.15×109US$的最大值。1995年之后生態(tài)服務(wù)價值輕微下降。從總體上看,1975—2015年生態(tài)服務(wù)總價值增加0.03% (1.13×106US$)。

表3 1975—2015年南四湖自然保護(hù)區(qū)土地利用/覆被變化 hm2 Table3 Land-use/land-cover changes in the Nansihu Lake Reserve from during 1975-2015 hm2

40年間調(diào)節(jié)服務(wù)功能價值變化明顯,且在1990年急劇下降,然而總體的變化趨勢在1995—2015年是比較穩(wěn)定的(圖3b)。此外,調(diào)節(jié)服務(wù)功能價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他三種生態(tài)服務(wù)功能價值。支持服務(wù)功能價值的變化也同樣明顯,在1990 陡然上升,在1990—2015年呈現(xiàn)出持續(xù)下降的總體變化趨勢。支持服務(wù)功能價值最小值出現(xiàn)在2015年,與1975年相比下降了8.50%(1.14×107US$)。文化服務(wù)功能價值在40年間下降了8.13%(5.61×106US$),且在2015年達(dá)到最小值,為6.34×107US$。供給服務(wù)功能價值小于以上三種生態(tài)服務(wù)價值,40年間下降了6.04% 2.15×106US$)。

圖4展示了南四湖自然保護(hù)區(qū)生態(tài)服務(wù)價值類型的變化。水文調(diào)節(jié)服務(wù)功能價值是所有類型中生態(tài)服務(wù)功能價值最高的。在1975—1990年間,大多數(shù)類型的生態(tài)服務(wù)價值增加,除了食物生產(chǎn)、氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境和水文調(diào)節(jié),尤其是水文調(diào)節(jié)服務(wù)價值,明顯下降43.84%(圖4a)。然而在1990—2000年間,大多數(shù)類型的生態(tài)服務(wù)價值都是下降的,除了食物生產(chǎn)、氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境和水文調(diào)節(jié)(圖4b)。在2000—2015年間,大多數(shù)類型的生態(tài)服務(wù)價值也都是下降的,除了食物生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)和維持養(yǎng)分循環(huán)(圖4c)。

2.2.2 生態(tài)服務(wù)價值空間變化分析

南四湖自然保護(hù)區(qū)生態(tài)服務(wù)價值的空間分布模式如圖5所示。不同圖例色彩是7 種土地利用類型基于像元的生態(tài)服務(wù)價值表示,由該種土地利用類型的生態(tài)服務(wù)總價值除以對應(yīng)土地利用類型總面積再乘以單個像元面積得到。建設(shè)用地、水田、旱地、草地、林地、未利用地和水體基于像元的生態(tài)服務(wù)價值分別為0 US$、116.02 US$、119.60 US$、360.20 US$、605.47 US$、739.83 US$和3499.19 US$。南四湖自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)服務(wù)價值總體水平較高,尤其以水體覆蓋的湖區(qū)生態(tài)服務(wù)價值為最高,生態(tài)服務(wù)價值最低處是位于保護(hù)區(qū)內(nèi)的建成區(qū)。

南四湖自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間變化如圖6所示。1975—1990年南四湖自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈減少趨勢,尤其在水體大量轉(zhuǎn)出的湖區(qū)北部、西南邊緣以及微山湖北部地區(qū)生態(tài)服務(wù)價值大量減少(圖6a)。由于南四湖水位的恢復(fù)以及未利用地向水體的轉(zhuǎn)化,1990—2000年南四湖自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總體呈增加趨勢(圖6b)。2000—2015年南四湖自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值基本穩(wěn)定,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加與減少幅度相當(dāng)。(圖6c)。其中位于湖腰處的昭陽湖南側(cè)、南陽湖以及獨山湖的東北部邊緣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是減少的。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加區(qū)主要集中于微山湖的南北兩端及西部區(qū)域,南陽湖的東部和獨山湖的東北部邊緣也有零星分布。

圖3 生態(tài)服務(wù)價值動態(tài)變化 Figure3 Dynamic changes in ecosystem services values

圖4 1975—1990、1990—2000、2000—2015年南四湖自然保護(hù)區(qū)不同類型生態(tài)服務(wù)價值變化 Figure4 Changes in ecosystem services values of different types in Nansihu Lake Reserve during 1975-1990,1990-2000 and 2000-2015

圖5 1975—2015年南四湖自然保護(hù)區(qū)生態(tài)服務(wù)價值空間分布模式 Figure5 Spatial distribution patterns of ecosystem services values in Nansihu Lake Reserve during 1975-2015

2.3 土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響

土地利用變化是影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的主要因子,土地利用的變化必然導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的改變。土地利用和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的相關(guān)性如表4所示。相關(guān)性結(jié)果顯示土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)有顯著影響。例如,在1975—2015年供給服務(wù)價值和調(diào)節(jié)服務(wù)價值都與水體面積是顯著正相關(guān),且與未利用地面積是負(fù)相關(guān)。然而支持服務(wù)價值和文化服務(wù)價值都與水體面積呈顯著負(fù)相關(guān),與未利用地面積呈顯著正相關(guān)。此外,土地利用強(qiáng)度與支持服務(wù)價值、文化服務(wù)價值都呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。水田、旱地、林地和草地與各種生態(tài)服務(wù)價值無顯著相關(guān)性,主要是因為它們較小的生態(tài)服務(wù)價值以及對南四湖自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的貢獻(xiàn)也較小。就生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值而言,其與水體面積呈現(xiàn)顯著正相關(guān),而與未利用地呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)(表4)。

3 結(jié)論與討論

(1)土地利用變化與政府制定的土地利用政策、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)。40年間南四湖自然保護(hù)區(qū)的土 地利用發(fā)生了巨大變化,且土地利用政策是其主導(dǎo)因子。1975—2015年南四湖自然保護(hù)區(qū)內(nèi)未利用地轉(zhuǎn)變成水田、水體、旱地、林、草地和建成區(qū)是主要變化趨勢。南四湖自然保護(hù)區(qū)的大量未利用地被開墾成水田、旱地等其他人類活動較大的土地利用類型,嚴(yán)重破壞了珍稀野生動植物的生境,而生境的破壞又會進(jìn)一步加劇珍稀物種的滅絕。1960—1978年間,為了擴(kuò)大耕地,人們廣泛砍伐流域的森林,經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢,甚至停止,導(dǎo)致1975年草地和林地面積最小,耕地面積較大。1978改革開放后,經(jīng)濟(jì)恢復(fù),生態(tài)環(huán)境恢復(fù)。1975—1980年,南四湖自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)用地和植被(包括林地和草地)的面積分別增加了44.96%、56.43%和202.14%(表2)。然而1980—2015年期間,由于城市擴(kuò)張,林地面積從1980年開始減少,至2015年,林地減少了7.73% (20.95 hm2)。草地面積從1990年開始減少,至2015年,草地面積減少了64.05%(1206.96 hm2)。自1990年大干旱之后,南四湖自然保護(hù)區(qū)水位恢復(fù),水體面積在1995年達(dá)到最大值(表2)。

(2)土地利用變化顯著影響了特定類型的生態(tài)服務(wù)價值以及生態(tài)服務(wù)總價值。未利用土地被開發(fā)以

圖6 1975—1990、1990—2000、2000—2015年南四湖自然保護(hù)區(qū)生態(tài)服務(wù)價值空間變化 Figure6 Spatial changes in ecosystem services values in Nansihu Lake Reserve during 1975-1990,1990-2000 and 2000-2015

表4 1975—2015年土地利用變化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的相關(guān)關(guān)系 Table4 Relationships between land use change and ecosystem service values during 1975-2015

及水田和旱地面積的增加是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的主要驅(qū)動力。南四湖自然保護(hù)區(qū)的土地利用變化對特定的生態(tài)服務(wù)和生態(tài)服務(wù)總價值的影響是顯著的。參考謝高地等[22]制定的不同土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)并進(jìn)行調(diào)整,我們確定1975—2015年南四湖自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)服務(wù)價值增加了0.03% (1.13×106US$)。40年間生態(tài)服務(wù)價值變化的主要原因是南四湖自然保護(hù)區(qū)內(nèi)水體面積大,且水體面積發(fā)生巨大變化,生態(tài)服務(wù)價值減少的另一個原因是未利用地的轉(zhuǎn)出(圖5)。此外,未利用地與支持服務(wù)和文化服務(wù)呈正相關(guān),土地利用強(qiáng)度與支持服務(wù)和文化服務(wù)是顯著負(fù)相關(guān)(表4)。土地利用強(qiáng)度與支持服務(wù)和文化服務(wù)的負(fù)相關(guān)關(guān)系表明人類活動對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生不利影響。

雖然40年來水體面積呈增加趨勢,但沿湖漁業(yè)養(yǎng)殖的大肆發(fā)展和水稻田面積的擴(kuò)增占據(jù)了相當(dāng)大的水域面積,從而導(dǎo)致湖泊面積的萎縮。此外,由于人類活動使得對保護(hù)區(qū)的干擾強(qiáng)度增加以及建成區(qū)的擴(kuò)張占據(jù)更多的土地,必然會導(dǎo)致自然生境逐年減少,從而對南四湖自然保護(hù)區(qū)野生動植物的棲息、繁衍造成不利影響。因此,合理利用并規(guī)劃土地利用對于提高南四湖自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)服務(wù)價值具有重要意義。