杭州市土地利用/覆被變化與生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估

劉 剛，黃洪超,王 瑩

(浙江工商大學旅游與城市管理學院，浙江 杭州 310018)

杭州市土地利用/覆被變化與生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估

劉 剛，黃洪超,王 瑩

(浙江工商大學旅游與城市管理學院，浙江 杭州 310018)

基于杭州市1991年、2001年、2010年的遙感影像解譯結果，分析了杭州市近20年來各區(qū)土地利用/覆被變化情況，在此基礎之上，參考中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務價值評估體系，對杭州市近20年的生態(tài)系統(tǒng)服務價值動態(tài)進行了評估.結果表明：1991-2010年間，杭州市耕地與裸地面積減少，耕地面積累計最多，達到676.3 km2；水域、林地、建筑用地面積增加，其中以建筑用地面積增加最為顯著，累計增加776.5 km2，增幅超過200%.用地結構的轉變直接影響到生態(tài)系統(tǒng)服務價值的提供，杭州市總體生態(tài)系統(tǒng)服務價值呈先減少后增加的趨勢，表明政府實施的退耕還林、整治環(huán)境政策取得一定效果.

土地利用/覆被；生態(tài)系統(tǒng)服務價值；遙感；杭州市

0 引 言

土地利用/覆被變化(LUCC)是在自然因素與社會因素共同作用下，在不同時空尺度上表現(xiàn)出來的一系列景觀變化.其中，氣候、水文、土壤等自然因素以及人口、經(jīng)濟、技術、政策等社會因素是引起土地利用/覆被變化的主要因素[1].

生態(tài)服務是指人們直接或間接地從生態(tài)系統(tǒng)功能中獲得利益[2]，包括氣候調節(jié)、食物獲取、保持水土、維持生物多樣性等.土地利用類型與結構共同決定區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務價值.Constanza等[3]在1997年對于全球生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估的研究推動了該領域發(fā)展的高潮.謝高地等[4]在此基礎上，針對中國實際提出了“中國生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子表”，為中國生態(tài)系統(tǒng)服務價值研究奠定了基礎.

近20年是杭州市城市化發(fā)展最為迅猛的時期，已從城市化發(fā)展的初期階段進入到中后期階段.因此，分析杭州市土地利用/覆被變化以及由此而引起的生態(tài)系統(tǒng)服務價值動態(tài)變化，對研究其快速城市化發(fā)展中產(chǎn)生的問題具有重要意義.

1 研究區(qū)概況

杭州市是浙江省省會城市，長江三角洲地區(qū)的第二大中心城市.地處長江三角洲南翼(29.848～30.565N，119.684～120.716E)，總面積3 068 km2.杭州市西北部和西南部系浙西中山丘陵區(qū)、東北部和東南部屬浙北平原，河網(wǎng)密布. 杭州市屬亞熱帶季風性氣候，四季分明，溫和濕潤，光照充足，雨量充沛，年平均氣溫16.2 ℃，年平均降雨量1 435 mm，相對濕度76%.2001年，浙江省撤市設區(qū)，撤除余杭蕭山二市，與杭州市原來六區(qū)合并為八區(qū)，即拱墅區(qū)、下城區(qū)、江干區(qū)、西湖區(qū)、上城區(qū)、濱江區(qū)、蕭山區(qū)、余杭區(qū).

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

針對研究區(qū)尺度較大、面積較廣的特點，選用1991年5月Landsat MSS遙感影像、2001年10月Landsat TM遙感影像、2010年9月Landsat ETM遙感影像、杭州市行政區(qū)劃圖以及分辨率為90 m的DEM高程數(shù)據(jù).社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)主要來源于杭州市統(tǒng)計年鑒(1991—2010年)、杭州市稅務局、杭州市國土資源局等公開發(fā)布的相關資料.

2.2 數(shù)據(jù)處理

以Arcgis 10.0為操作平臺對杭州市行政區(qū)劃圖進行矢量化，將所得矢量文件導入ENVI4.7中對3幅遙感影像圖以及DEM高程圖進行裁剪.將藍、綠、紅、近紅、NDVI指數(shù)、DEM高程數(shù)據(jù)、非監(jiān)督分類圖像，共計7個波段進行波段融合.為有效避免同物異譜、異物同譜現(xiàn)象，本文采用具有運轉速度快、準確度高等優(yōu)點的決策樹分類法對遙感影像進行分類[5].結合Google Earth影像以及野外考察的方式進行景觀類型核對.1991年、2001年、2010年遙感影像分類總體精度分別達到0.87、0.86、0.90，滿足研究需求.最后對分類結果進行面積統(tǒng)計、制圖與分析.

2.3 土地利用分類體系

參照我國《土地利用現(xiàn)狀分類》國家標準(GB/T 21010—2007)[6]，結合研究區(qū)景觀特征和所選遙感影像特點，同時避免因分類過多導致景觀破碎、斑塊數(shù)目太多而給研究帶來的不便[7]，本文將研究區(qū)土地利用類型分為林地、耕地、水域、城市用地和裸地5大類(表1).

表1 杭州市土地利用分類體系

2．4 生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估

以土地利用/覆被變化研究為基礎，以Arcgis 10.0為操作平臺，參考謝高地等[8]關于《中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務價值》的研究成果，運用基于貨幣量的價值評估法對杭州市1991年、2001年、2010年的生態(tài)系統(tǒng)服務價值動態(tài)變化進行評估.公式為

其中：ESV為生態(tài)系統(tǒng)的服務價值(元)，VCi為第i類土地利用類型單位面積的生態(tài)功能總服務價值系數(shù)(元/hm2)，Ai為研究區(qū)內第i類土地利用類型的面積(hm2) ，n為土地利用類型數(shù)目.

3 結果分析

3.1 土地利用/覆被變化

圖1為通過決策樹分類方法解譯的1991年、2001年、2010年遙感影像圖.結果顯示：自1991年到2010年間土地利用/覆被發(fā)生劇烈變化，表現(xiàn)為“一減一增三波動”.耕地面積呈持續(xù)減少趨勢，累計減少676.3 km2，降幅為37.78%；建筑用地面積呈持續(xù)上升趨勢，累計增加776.5 km2，增幅超過2倍；林地面積呈先減少后增加趨勢，總體增加49.6 km2，增幅為8.65%；水域面積呈先減少后增加趨勢，總體減少33.2 km2，降幅為21.05%；裸地面積呈先增加后減少趨勢，總體減少98.9 km2，降幅為46.39%(表2).

圖1 1991—2010年研究區(qū)土地利用類型圖Fig. 1 Land use tapes of study area from 1991 to 2010

從各區(qū)來看，近20年間，各區(qū)耕地面積呈現(xiàn)不同程度的下降，其中上城區(qū)耕地面積累計下降幅度最大，達到79.90%、林地面積變化趨勢基本與杭州市耕地總體面積變化趨勢一致，呈“V”型增長；西湖區(qū)林地累計增長幅度最大達到55.68%,水域面積波動較小,建筑用地面積快速增加，其中蕭山區(qū)以超過5倍的增速位居八區(qū)之首；各區(qū)裸地面積基本呈“∧”型下降，其中西湖區(qū)下降幅度最大達到78.21%.

表2 杭州市八區(qū)各土地利用類型面積

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務價值

由表3可知，杭州市生態(tài)系統(tǒng)服務價值總量由1991年的17.03億元下降至2001年的12.02億元、2010年回升至14.42億元，呈先下降后上升趨勢.表明杭州市在發(fā)展初期盲目發(fā)展，忽視城市擴張對環(huán)境的影響.但2006年始，杭州市投入大量資金整治包括礦山、大氣在內的多項環(huán)境問題，收到一定效益，使得全市生態(tài)系統(tǒng)服務價值在2010年有所上升.森林主要影響生態(tài)系統(tǒng)調節(jié)服務與供給服務的體現(xiàn)，林地面積的回升使得生態(tài)調節(jié)服務價值、支持服務價值回升，對于杭州市生態(tài)恢復具有重要作用；農(nóng)田面積的減少主要影響生態(tài)系統(tǒng)供給服務價值的體現(xiàn)，20年累計減少4 221.8萬元，降幅達37.78%；河流/湖泊和荒漠的生態(tài)系統(tǒng)服務價值波動較小.

表3 杭州市生態(tài)系統(tǒng)服務價值統(tǒng)計表

由于杭州市各區(qū)面積差異較大，因此本文從單位面積(hm2)生態(tài)系統(tǒng)服務價值角度比較各區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值動態(tài)變化更具意義.表4表明:1991—2010年，濱江區(qū)、拱墅區(qū)、江干區(qū)、上城區(qū)、下城區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值均呈下降趨勢，其中上城區(qū)下降幅度最大，達到80.86%；西湖區(qū)、蕭山區(qū)、余杭區(qū)呈先下降后上升趨勢，西湖區(qū)累計增幅最大達到14.44%.建筑用地逐漸成為主要用地類型是導致濱江區(qū)、拱墅區(qū)、江干區(qū)、上城區(qū)、下城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值下降的主要原因.西湖區(qū)成為八區(qū)中唯一單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值累計上升的區(qū)，表明杭州市西湖區(qū)綜合治理保護工程取得顯著成效；蕭山區(qū)、余杭區(qū)為杭州市主要的退耕還林政策實施地區(qū)，生態(tài)效益良好.

表4 杭州市各區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值表

4 影響因素分析

4.1 政策因素

1991—2001年期間杭州市林地面積累計下降55.80%.對此，杭州市于2003年1月20日正式頒布實施《退耕還林條例》，后10年中林地面積累計增加145.85%，生態(tài)效益顯著.杭州市實施“決戰(zhàn)東部”戰(zhàn)略規(guī)劃，特別是2004年下沙高教園區(qū)的遷入是江干區(qū)建筑用地面積迅速增長的直接原因.截至2010年，江干區(qū)建筑用地面積達到111.4 km2，同2001年相比，凈增加95.10%.決策者戰(zhàn)略決策的制定與實施對杭州市土地利用/覆被變化具有重要意義.

4.2 人口因素

人口是推動土地利用/覆被變化的根本原因，同時人口密度是衡量人口對土地的壓力的重要因素.根據(jù)杭州市統(tǒng)計局統(tǒng)計結果，截至2010年底，杭州市市區(qū)總人口為434.82萬人，同1991年相比增加2.22倍.人口增加直接導致居住用地需求增加，以及對醫(yī)院、公園、學校等公共設施的需求增加，是建筑用地面積不斷擴張的主要原因.

4.3 經(jīng)濟因素

經(jīng)濟因素包括土地資源的分配方式、經(jīng)濟結構、技術構成、財富分配等[1].近20年間杭州市經(jīng)濟實現(xiàn)飛躍，產(chǎn)業(yè)結構轉變，二三產(chǎn)業(yè)比重逐年增加.企業(yè)總數(shù)由1991年的1 411個增加至2010年的6 478個，累計增加近3.6倍[9].產(chǎn)業(yè)結構調整導致工廠用地的需求迅速增加，是導致土地利用/覆被轉變的直接原因之一.

5 結論與討論

5.1 土地利用/覆被變化結果

杭州市近20年間土地利用/覆被發(fā)生劇烈變化，其中建筑用地面積急劇增加，成為主要用地類型，耕地面積減少，水域、林地、裸地面積呈現(xiàn)不同程度的波動.各土地利用類型面積大小排序：1991年為耕地>林地>建筑用地>裸地>水域，2001年為耕地>裸地>建筑用地>林地>水域，2010年為建筑用地>耕地>林地>水域>裸地.政府決策、人口增加與分布以及經(jīng)濟發(fā)展重心轉移是影響土地利用/覆被變化的主要驅動因素.林地與裸地面積先增后減現(xiàn)象表明，杭州市在城市化建設中存在為建設先破壞的現(xiàn)象，是今后發(fā)展中值得關注的問題.杭州市景觀類型多樣，本研究限于遙感影像尺度較大，因而將土地類型分為五類，可能會對研究產(chǎn)生一定影響.

5.2 生態(tài)系統(tǒng)服務價值損益

生態(tài)系統(tǒng)服務價值隨土地利用結構改變而改變.研究結果表明：杭州市總體生態(tài)系統(tǒng)服務價值呈先下降后增加趨勢，總體下降幅度達到15.31%.各區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值排序：1991年為下城區(qū)>江干區(qū)>蕭山區(qū)>余杭區(qū)>西湖區(qū)>濱江區(qū)>拱墅區(qū)>上城區(qū)；2001年為下城區(qū)>江干區(qū)>西湖區(qū)>蕭山區(qū)>濱江區(qū)>余杭區(qū)>拱墅區(qū)>上城區(qū)；2010年為下城區(qū)>西湖區(qū)>余杭區(qū)>蕭山區(qū)>江干區(qū)>濱江區(qū)>拱墅區(qū)>上城區(qū).杭州市政府實施的退耕還林、整治環(huán)境政策取得一定效果，然而先破壞再整治的局面讓杭州市在城市化建設中走了彎路.本研究以各個土地利用類型的總面積來計算其生態(tài)系統(tǒng)服務價值，沒有考慮不同面積斑塊之間生態(tài)系統(tǒng)服務價值差異，這也是今后研究中需要注意的問題.

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LandUse/CoverChangesandEcosystemServiceValueEvaluationinHangzhou

LIU Gang, HUANG Hongchao, WANG Ying

(College of Tourism and Urban Management, Zhejiang Gongshang University, Hangzhou 310018, China)

Based on the remote sensing image interpreting results of Hangzhou in 1991, 2001 and 2010, the land use/cover changes in Hangzhou from 1991 to 2010 were analyzed. And according to Chinese terrestrial ecosystem service value per unit area tables, the ecosystem service value development in Hangzhou for nearly 20 years was also studied. The results show that the area of farmland and unused land decreases, especially the farmland decreases 673.3 km2, while the area of water, forest land and construction land significantly increases, especially the construction land is doubled with the increasing area of 776.5 km2. The changes have direct impacts on the ecosystem service value. The total ecosystem service value of Hangzhou tends to increase after the decrease, which indicates the implementation of government on returning farmland to forest and environment renovation has achieved certain effects.

LUCC; ecosystem services value; remote-sensing; Hangzhou

2013-01-15

王 瑩(1965—),女,教授,主要從事旅游地開發(fā)與管理方向研究.E-mail:ywang11111@163.com

10.3969/j.issn.1674-232X.2013.04.018

F062.2

A

1674-232X(2013)04-0379-06