基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的土地生態(tài)敏感性研究

王振鵬 蒲泓君

(成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059)

引言

現(xiàn)代以來(lái)，中國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展之快，使得人們對(duì)土地的需求量大大增加，以便獲得更快的發(fā)展經(jīng)濟(jì)和更好的生活水平。而過度的土地開發(fā)造成的土地利用變化會(huì)造成自然生態(tài)環(huán)境的變化[1]，同時(shí)也會(huì)使土地生態(tài)敏感度發(fā)生改變。土地生態(tài)敏感性與其它一般的生態(tài)敏感性有很大的區(qū)別，主要在于土地生態(tài)敏感性是從土地利用方面入手的，土地生態(tài)敏感性主要研究植被覆蓋類型變化、土壤流失、水域變化、氣候和人類社會(huì)活動(dòng)等帶來(lái)的影響，也將生態(tài)學(xué)、自然地理學(xué)以及自然經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)合起來(lái)，使結(jié)果更加具有說服力。

1935年英國(guó)生態(tài)學(xué)家坦斯利首次提出了生態(tài)系統(tǒng)，此后國(guó)外的眾多學(xué)者開始關(guān)注生態(tài)敏感性問題。如，Suming R等為了研究生態(tài)敏感性指數(shù)干擾程度，利用景觀多樣性和生態(tài)系統(tǒng)年齡進(jìn)行研究[3]；張偉等人以典型山地城市谷城縣為研究區(qū)域，根據(jù)山地生態(tài)系統(tǒng)特征，選取坡度、地質(zhì)災(zāi)害、高程、植被覆蓋、河流水庫(kù)緩沖區(qū)5個(gè)因子，進(jìn)行分別因子分析，利用AHP確定因子權(quán)重,結(jié)合GIS空間分析技術(shù),得到綜合生態(tài)敏感性空間分布圖，得出結(jié)論并對(duì)研究區(qū)提出相應(yīng)的科學(xué)保護(hù)措施[4]。2019年劉昶、李永樹等人，利用ArcGIS軟件空間分析功能以獲得實(shí)驗(yàn)區(qū)的生態(tài)敏感性區(qū)域分布狀況以及相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，并根據(jù)城鎮(zhèn)近郊區(qū)生態(tài)敏感性來(lái)得出相應(yīng)的結(jié)論與建議[6]。

1 研究區(qū)概況

萬(wàn)州區(qū)隸屬重慶市，位于重慶市東北邊緣，坐標(biāo)為E107°55′22″～108°53′25″，N30°24′25″～31°14′58″，行政面積達(dá)345700hm2，常住人口約為165萬(wàn)人，氣候條件為亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，常年日照充足，雨水充沛。自三峽大壩蓄水以來(lái)，萬(wàn)州區(qū)更是作為三峽移民的重要據(jù)點(diǎn)，土地利用變化速度日益提高。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究土地利用數(shù)據(jù)在監(jiān)督類型的基礎(chǔ)上，人工目視修正，將土地類型分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地6種類型；源數(shù)據(jù)Landsat8和DEM數(shù)據(jù)來(lái)自地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud. cn/home)；其它數(shù)據(jù)來(lái)自重慶市統(tǒng)計(jì)局官網(wǎng)的《重慶市統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用強(qiáng)度指數(shù)

土地利用變化的幅度強(qiáng)弱可以由土地利用強(qiáng)度指數(shù)表示[7]，數(shù)學(xué)模型：

(1)

式中，Gi是某種土地利用類型的強(qiáng)度等級(jí)值；Si代表某種土地利用類型面積占研究區(qū)總面積的比例；n是土地類型的數(shù)量。參考王秀梅等研究成果[8],并結(jié)合本次研究，根據(jù)自然狀態(tài)下被人為干擾的程度對(duì)土地利用類型進(jìn)行分級(jí)。一級(jí)是未利用地，二級(jí)是林地、草地和水域，三級(jí)是耕地，四級(jí)是建設(shè)用地，等級(jí)數(shù)值越高說明土地受到的干擾越強(qiáng)。

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

通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估將區(qū)域大氣氣候、土壤情況、水文等變化綜合到一起，在宏觀層次上解決生態(tài)系統(tǒng)受到土地利用變化的影響[9]，參考其研究建設(shè)用地歸入人工生態(tài)系統(tǒng)不作研究。公式：

(2)

式中，ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值;Ai為某種土地利用類型的分布面積;VCi為某種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)。根據(jù)高莉潔等研究方法[10],利用公式(3)計(jì)算出研究區(qū)糧食產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)價(jià)值，再基于謝高地等人構(gòu)建的中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表[11]和參考資料[12]可以得出單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)VCi。

(3)

式中，V為單位面積糧食價(jià)值；q為糧食多年平均單產(chǎn)；p為多年平均糧食產(chǎn)值；n為多年平均糧食作物產(chǎn)量。

2.2.3 土地生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)

據(jù)黃靜等學(xué)者的研究成果[13]，可以得出土地利用變化下的生態(tài)敏感性指數(shù)的數(shù)學(xué)模型。利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化率與土地利用強(qiáng)度變化率的比值，反映在土地利用變化下的土地敏感性響應(yīng)敏感程度：

(4)

式中，ESj代表第j年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；ESj-1代表第j-1年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；LUj代表第j年土地利用強(qiáng)度；LUj-1代表第j-1年土地利用強(qiáng)度。以j-1年作為研究基準(zhǔn)年。

3 基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的土地生態(tài)敏感性分析

3.1 土地利用總體分析

運(yùn)用ArcGIS軟件的空間解譯和作圖功能，得到萬(wàn)州區(qū)2000年、2007年和2014年土地利用現(xiàn)狀圖和土地利用現(xiàn)狀表。如圖1-3和表1所示。

圖1 2000年土地利用現(xiàn)狀圖

圖2 2007年土地利用現(xiàn)狀圖

圖3 2014年土地利用現(xiàn)狀圖

由圖1-3可以看出，萬(wàn)州區(qū)中部有長(zhǎng)江穿過，耕地和林地占絕大部分，長(zhǎng)江以北耕地居多，也主要環(huán)繞在建設(shè)用地周圍，長(zhǎng)江以南林地居多，這種現(xiàn)象也是由萬(wàn)州區(qū)獨(dú)特的地理?xiàng)l件決定的，還可以看出建設(shè)用地和水域在不同時(shí)期都有向外擴(kuò)張。雖然擴(kuò)張不多，但是足以說明萬(wàn)州區(qū)在不斷發(fā)展中，而且擴(kuò)張的程度越來(lái)越大。

3.2 土地利用強(qiáng)度分析

按照公式(1)可計(jì)算出萬(wàn)州區(qū)土地利用強(qiáng)度，如圖4所示。

圖4 土地利用強(qiáng)度折線圖

從圖4可以明顯看出，2000年、2007年和2014年土地利用強(qiáng)度分別為2.477、2.482、2.486，每年逐步增加，這是由于建設(shè)用地土地利用強(qiáng)度等級(jí)較高，結(jié)合土地利用轉(zhuǎn)移矩陣知每年主要轉(zhuǎn)入建設(shè)用地的面積占比最大，而相較于建設(shè)用地土地利用強(qiáng)度等級(jí)較小的耕地、草地、林地以及未利用地面積逐步減少，所以土地利用強(qiáng)度會(huì)增加。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分析

為了使研究更加準(zhǔn)確，根據(jù)萬(wàn)州區(qū)實(shí)際情況，把《中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表》中的荒漠看作未利用地，而建設(shè)用地屬于人工生態(tài)系統(tǒng)中的本文不作研究，可以得到萬(wàn)州區(qū)生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表，如表1所示；在重慶市統(tǒng)計(jì)信息網(wǎng)收集的萬(wàn)州區(qū)糧食產(chǎn)值、糧食產(chǎn)量和糧食播種面積具體數(shù)據(jù)由表3所示，并根據(jù)公式(3)算出萬(wàn)州區(qū)糧食產(chǎn)量經(jīng)濟(jì)價(jià)值為2985.39hm2·a-1,所以萬(wàn)州區(qū)不同土地類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)也可以算出，如表3所示。最后由公式(2)，萬(wàn)州區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值同樣也可以被算出，如圖5所示。

表1 萬(wàn)州區(qū)生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表

表2 萬(wàn)州區(qū)糧食數(shù)據(jù)表

表3 萬(wàn)州區(qū)不同土地類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)表

圖5 萬(wàn)州區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值

從圖5可以得知，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值2000—2007年增加約0.2億元，主要是由于三峽庫(kù)區(qū)的蓄水量增加導(dǎo)致的水位上升。因?yàn)楦孛娣e的減少，林地和草地面積減少，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分別減少了3800萬(wàn)元、3300萬(wàn)元和100萬(wàn)元。由于水域本身價(jià)值系數(shù)較大，且面積增加了677.15hm2，所以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加了約1.07億元，也是增加幅度較大的。2007—2014年水域面積增加量是前一研究時(shí)段的1倍，所以水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加了2.04億元。其中，耕地、草地和林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分別減少了5700萬(wàn)元、100萬(wàn)元和4900萬(wàn)元，2007—2014年總體來(lái)說，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加了0.97億元，也是土地類型之間相互作用，受人類社會(huì)活動(dòng)影響的結(jié)果。

3.4 土地生態(tài)敏感性分析

根據(jù)公式(4)，可以計(jì)算出2000—2014年萬(wàn)州區(qū)土地利用變化下的土地生態(tài)敏感性指數(shù)，如表4所示。根據(jù)本研究需要，規(guī)定2000年為基準(zhǔn)年，可以計(jì)算出2007年生態(tài)敏感性指數(shù)，所以2000年的生態(tài)敏感性指數(shù)為1。同理計(jì)算2014年生態(tài)敏感性指數(shù)時(shí)，以2007年為基準(zhǔn)年。由表4知，2007年和2014年生態(tài)敏感性指數(shù)分別為0.63和3.67，2000—2007年相比減少了0.37，主要是由于期間土地利用類型變化幅度不大，不受人類干擾的土地較多，生態(tài)系統(tǒng)與人類社會(huì)處于一個(gè)較平衡狀態(tài)，所以生態(tài)敏感性指數(shù)較??；但在2007—2014年由于三峽庫(kù)區(qū)蓄水，更多淹沒周邊土地變成水域，且萬(wàn)州區(qū)在此期間經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總體提升以及土地利用類型變化較大，雖然各方面得到快速發(fā)展，但是同樣的土地受到的人為干擾較大，所以相應(yīng)的生態(tài)敏感性指數(shù)增加。說明生態(tài)系統(tǒng)和人類社會(huì)的平衡比前一個(gè)研究區(qū)更差，使2014年的土地生態(tài)敏感性高于前期土地生態(tài)敏感性。

表4 土地利用下的生態(tài)敏感性指數(shù)

4 結(jié)論

基于過往學(xué)者的研究，將土地利用變化與土地生態(tài)敏感性相結(jié)合，可以更全面、更綜合地反映人類社會(huì)對(duì)環(huán)境的影響。研究結(jié)論如下。

通過提取土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，分別以2000年、2007年和2014年為節(jié)點(diǎn)，得知萬(wàn)州區(qū)土地利用類型在此期間變化很大，三峽庫(kù)區(qū)蓄水導(dǎo)致水域面積增加，擴(kuò)張建設(shè)用地面積以滿足人們的土地需求量，除此之外其余土地類型均減少。

2000年、2007年和2014年的土地利用強(qiáng)度分別為2.477、2.482和2.486，逐年增加，而萬(wàn)州區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值也在2000—2014年間逐漸增加。到2014年，生態(tài)系服務(wù)價(jià)值已達(dá)到157.58億元。根據(jù)土地利用強(qiáng)度和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的比值，得出2000年、2007年和2014年土地生態(tài)敏感性分別為1、0.63和3.67，數(shù)值大幅度增加，表現(xiàn)出生態(tài)系統(tǒng)對(duì)土地利用變化的反應(yīng)越來(lái)越強(qiáng)，受到外界干擾的程度越來(lái)越大。