土地利用變化對(duì)太平池濕地區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響*

湯 潔， 李紅薇， 李昭陽(yáng)， 王靜靜， 張 溶

(吉林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院， 吉林 長(zhǎng)春 130012)

土地利用變化對(duì)太平池濕地區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響*

湯 潔， 李紅薇， 李昭陽(yáng)， 王靜靜， 張 溶

(吉林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院， 吉林 長(zhǎng)春 130012)

以農(nóng)安縣太平池濕地區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象， 利用1989年、 2000年和2014年遙感影像對(duì)土地利用變化特征及其與生態(tài)環(huán)境演變的響應(yīng)關(guān)系進(jìn)行分析， 在此基礎(chǔ)上對(duì)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估. 通過(guò)分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值流向， 不同土地利用類(lèi)型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值所產(chǎn)生的影響， 研究土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值間的關(guān)系. 結(jié)果表明： 1989～2014年間農(nóng)安縣太平池濕地區(qū)域土地利用變化程度較大， 耕地、 居民用地、 鹽堿地和濕地面積呈增長(zhǎng)趨勢(shì)， 水域、 草地和林地面積呈遞減趨勢(shì)， 耕地和草地面積變化最為劇烈， 分別為68.42 km2和-92.20 km2. 土地利用變化同時(shí)受到自然因素和人為因素的影響， 其中， 影響土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)因素為人口因素. 耕地和水域?qū)ρ芯繀^(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值貢獻(xiàn)最大， 占總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的比例分別為45%以上和20%以上. 研究區(qū)單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值大部分處于遞減狀態(tài)， 水源涵養(yǎng)功能價(jià)值減少最多， 為2 178.12萬(wàn)元. 由于土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)化處于不平衡狀態(tài)， 研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在1989～2014年間整體價(jià)值流向?yàn)樨?fù). 濕地作為重要的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型， 其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值受人類(lèi)活動(dòng)下土地利用變化的影響較大， 因此， 本研究對(duì)土地利用變化對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值所產(chǎn)生影響的情況進(jìn)行評(píng)估， 研究結(jié)果對(duì)區(qū)域生態(tài)安全的評(píng)價(jià)具有重要意義.

遙感技術(shù)； 土地利用變化； 生態(tài)環(huán)境演變； 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值； 太平池濕地區(qū)域

0 引 言

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)形成及所維持的人類(lèi)賴(lài)以生存的環(huán)境條件與效用[1-2]. 對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(Ecosystem Service Value， ESV)進(jìn)行評(píng)估， 現(xiàn)已成為合理高效配置環(huán)境資源的基礎(chǔ)[3-4]. 目前多采用Costanza提出的生態(tài)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)綜合的方法對(duì)生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值進(jìn)行定量評(píng)估[5]. 土地利用/覆蓋變化(Land Use and Land Cover Change， LUCC)是將人與自然密切聯(lián)系的重要環(huán)節(jié)[6-8]， 可引起生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能的改變， 使其為人類(lèi)提供的生態(tài)服務(wù)價(jià)值也隨之變化. 因此， 評(píng)估LUCC對(duì)ESV的影響對(duì)于區(qū)域生態(tài)建設(shè)等具有重要指導(dǎo)意義[9-10]. 近年來(lái)， 通過(guò)LUCC定量評(píng)估ESV已成為研究熱點(diǎn)[11]， Mendoza 等[12]利用GIS技術(shù)， 在分析了墨西哥灣中心區(qū)域LUCC變化情況的基礎(chǔ)上， 對(duì)ESV進(jìn)行評(píng)估. 王燕等[13]利用RS和GIS技術(shù)， 從區(qū)域尺度對(duì)新疆的6個(gè)國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)在2000～2010年ESV變化的情況進(jìn)行了研究. 但多數(shù)研究?jī)H以Costanza提出的ESV評(píng)估方法進(jìn)行估算， 并未結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行相關(guān)系數(shù)修正， 并且對(duì)LUCC與ESV動(dòng)態(tài)變化的響應(yīng)進(jìn)行分析時(shí)， 沒(méi)有考慮到當(dāng)?shù)氐湫蜌夂蜃兓B加人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的重要影響. 因此， 在對(duì)ESV系數(shù)進(jìn)行修正的基礎(chǔ)上， 結(jié)合生態(tài)環(huán)境演變因子評(píng)估LUCC對(duì)ESV的影響具有重要意義.

農(nóng)安縣太平池濕地區(qū)域?qū)儆诎敫珊蛋霛駶?rùn)地區(qū)， 多年降水量偏小， 地表徑流小， 缺水情況嚴(yán)重. 且隨著近幾十年來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)迅速發(fā)展和人口持續(xù)增長(zhǎng)， 大面積湖泊、 草地、 林地和天然濕地面積急劇減少， 濕地水補(bǔ)給亦有限， 土地鹽堿化程度加劇， 嚴(yán)重破壞了區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能， 并對(duì)其境內(nèi)太平池國(guó)家濕地公園的建設(shè)帶來(lái)一定影響. 為有效保護(hù)太平池濕地區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)完整性， 需對(duì)太平池濕地區(qū)域， 特別是其境內(nèi)的太平池國(guó)家濕地公園中的原濕地進(jìn)行保護(hù)和恢復(fù)， 濕地建設(shè)將引起土地利用變化， 從而影響生態(tài)環(huán)境， 因此急需開(kāi)展ESV變化研究. 本文利用遙感解譯圖得出研究區(qū)1989～2014年土地利用變化情況， 結(jié)合相關(guān)資料及數(shù)據(jù)， 對(duì)ESV進(jìn)行估算， 并對(duì)LUCC所導(dǎo)致的ESV變化做了探討， 為該區(qū)今后土地資源的合理開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)， 對(duì)其今后的生態(tài)環(huán)境整治與恢復(fù)也將具有重要意義.

1 研究區(qū)概況

太平池濕地區(qū)域位于吉林省長(zhǎng)春市西北部農(nóng)安縣境內(nèi)， 地理位置介于東經(jīng)124°31′～124°58′， 北緯43°55′～44°55′之間. 全區(qū)屬溫帶大陸性氣候， 四季分明， 年均日照2 550 h， 平均氣溫4.6 ℃. 全年平均降雨量為564.9 mm， 年際變化大， 年內(nèi)分配不均， 降雨主要集中于7～9月， 占全年降雨量的80%， 多年平均蒸發(fā)量為1 680 mm， 為降水量的2.9～3倍. 研究區(qū)內(nèi)有我國(guó)重要的國(guó)家級(jí)濕地公園， 園內(nèi)有吉林省八大水庫(kù)之一的太平池水庫(kù).本區(qū)主要生態(tài)類(lèi)型為耕地及濕地且存在一定面積的沙化、堿化及退化草地.

2 數(shù)據(jù)源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理方法

對(duì)研究區(qū)LUCC的研究所用數(shù)據(jù)可以分為兩部分， 即遙感數(shù)據(jù)和非遙感數(shù)據(jù). 遙感數(shù)據(jù)主要包括1989年， 2000年和2014年的Landsat-TM/ETM遙感影像， 共計(jì)3期， 圖像分辨率為30 m×30 m， 數(shù)據(jù)來(lái)源為國(guó)家科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)和美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)， 下載后的遙感影像數(shù)據(jù)在ERDAS IMAGINE 4.5軟件中進(jìn)行重投影(投影類(lèi)型： Transvers Mercator， 中央經(jīng)線(xiàn)： 123°)， 參照地圖選用1∶250 000基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)， 選擇三次多項(xiàng)式和最近鄰域插值法對(duì)3期影像進(jìn)行幾何校正， 對(duì)校正后的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行非監(jiān)督分類(lèi)處理， 將經(jīng)過(guò)上述流程處理的影像導(dǎo)入Arcgis10軟件中， 利用人機(jī)交互解譯的方法， 最終生成研究區(qū)1989年， 2000年和2014年的土地利用類(lèi)型圖. 土地利用類(lèi)型的劃分依據(jù)為國(guó)家規(guī)定的土地利用分類(lèi)系統(tǒng)以及研究區(qū)土地利用的實(shí)際情況， 分為耕地(包括水田和旱田)、水域、草地、林地、濕地、居民用地、鹽堿地及其他(包括除鹽堿地外的其他未利用地)， 共8個(gè)土地類(lèi)型. 輔助數(shù)據(jù)主要包括20世紀(jì)80年代的1∶47 000彩色航片，2009年吉林省1∶1 650 000土地利用現(xiàn)狀圖，行政區(qū)劃圖以及研究區(qū)自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況的相關(guān)文字資料， 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)資料， 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及野外實(shí)地考察所獲取的資料等.

2.2 研究方法

2.2.1 單一土地利用動(dòng)態(tài)度

采用單一土地利用動(dòng)態(tài)度對(duì)未來(lái)土地利用變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)具有極其重要的意義[14-15]， 其表達(dá)式為

(1)

式中：K為單一土地利用動(dòng)態(tài)度， %；Ua為初期某種土地利用類(lèi)型面積， km2；Ub為末期某種土地利用類(lèi)型面積， km2；T為年數(shù).

2.2.2 LUCC趨勢(shì)狀態(tài)分析模型

趨勢(shì)狀態(tài)計(jì)算公式為[16]

(2)

式中：Pt為區(qū)域內(nèi)LUCC的狀態(tài)指數(shù)和整體趨勢(shì)； ΔUin-i為轉(zhuǎn)化為第i類(lèi)土地利用類(lèi)型的面積， km2； ΔUout-i為第i類(lèi)土地利用類(lèi)型的轉(zhuǎn)出面積， km2.

2.2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算公式為

(3)

(4)

式中：ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值， 元；Ak為k類(lèi)土地利用類(lèi)型面積， hm2；VCk為單位面積某種土地利用類(lèi)型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)， 元·hm-2·a-1；ESVf為單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值， 元；VCfk為單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)， 元·hm-2·a-1.

本文以謝高地等[17]提出的中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值表為依據(jù)， 并結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行了以下校正： ① 耕地參照農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積的ESV， 林地參考森林生態(tài)系統(tǒng)單位面積的ESV， 鹽堿地及其他均參考荒漠生態(tài)系統(tǒng)單位面積ESV， 居民用地的ESV為零(不計(jì)入表內(nèi)). 由于ESV的高低受生態(tài)系統(tǒng)中生物量影響， 因此， 參照謝高地等人提出的生態(tài)價(jià)值區(qū)域修正系數(shù)[18](吉林省為0.96)， 對(duì)耕地、 林地和草地的食物生產(chǎn)功能價(jià)值進(jìn)行生物量因子修正. ② 由于當(dāng)?shù)卣槍?duì)太平池濕地區(qū)域不斷惡化的生態(tài)環(huán)境開(kāi)展了林地、 草地、 濕地和水域生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和恢復(fù)工程， 因此， 需特殊考慮這4種地類(lèi)的環(huán)境治理功能， 并采取防護(hù)和恢復(fù)費(fèi)用法[19]對(duì)這4種生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境治理功能價(jià)值及生物多樣性保護(hù)功能價(jià)值進(jìn)行修正. 修正結(jié)果見(jiàn)表 1.

環(huán)境治理功能和生物多樣性保護(hù)功能的ESV系數(shù)計(jì)算方法

(5)

(6)

式中：VCwk為該類(lèi)型土地單位面積環(huán)境治理功能價(jià)值系數(shù)， 元·hm-2·a-1；Pk為政府對(duì)該地類(lèi)每年保護(hù)經(jīng)費(fèi)投入， 元；Ak為研究區(qū)內(nèi)k類(lèi)土地利用類(lèi)型的面積， hm2；VCek為該類(lèi)型土地單位面積生物多樣性保護(hù)功能價(jià)值系數(shù)， 元·hm-2·a-1；Rk為 政府對(duì)該地類(lèi)每年生態(tài)恢復(fù)經(jīng)費(fèi)總投入， 元；T為年數(shù).

2.2.4 敏感性指數(shù)分析模型

敏感性指數(shù)(CS)分析模型是在已確定的服務(wù)價(jià)值系數(shù)上下調(diào)整50%基礎(chǔ)上計(jì)算ESV對(duì)生態(tài)價(jià)值單價(jià)變化的響應(yīng)[20]， 由此判斷生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)對(duì)ESV的影響程度， 其計(jì)算公式為

(7)

式中：CS為敏感性指數(shù)；ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值， 元；VC為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)；i和j分別代表初始價(jià)值和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)調(diào)整后的價(jià)值；k為某種土地利用類(lèi)型. 若CS>1， 表明ESV對(duì)于VC來(lái)說(shuō)富有彈性，ESV對(duì)VC敏感； 若CS<1， 表明ESV相對(duì)VC缺乏彈性，ESV對(duì)VC不敏感. 敏感性指數(shù)越大， 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)的調(diào)整變化對(duì)研究區(qū)總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估結(jié)果影響越大.

2.2.5 流向性分析模型

(8)

式中：PLij為初年第i類(lèi)土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)化為末年第j類(lèi)土地利用類(lèi)型后的生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化， 元；VCj為第i類(lèi)土地利用類(lèi)型和第j類(lèi)土地利用類(lèi)型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)；Aij為第i類(lèi)土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)化為第j類(lèi)土地利用類(lèi)型的面積， km2.

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用時(shí)空變化分析

從圖 1 可以看出， 耕地是研究區(qū)最主要的土地利用方式， 占全區(qū)總面積的60%以上.

根據(jù)式(1)計(jì)算可知， 1989～2014年間全區(qū)耕地面積共增加68.42 km2， 動(dòng)態(tài)度為0.35%； 草地面積減少92.2 km2， 動(dòng)態(tài)度為-1.30%； 林地面積減少了5.48 km2， 動(dòng)態(tài)度為2.21%. 由于草地的大規(guī)模退化， 鹽堿地面積在該期間內(nèi)增長(zhǎng)了5.71 km2， 動(dòng)態(tài)度為8.40%. 研究區(qū)水域面積波動(dòng)較大， 整體呈萎縮趨勢(shì)， 面積減少量達(dá)14.28 km2， 動(dòng)態(tài)度為-0.75%. 濕地面積在研究期內(nèi)增加了6.00 km2， 動(dòng)態(tài)度達(dá)到2.04%. 隨著城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和人口數(shù)量的增長(zhǎng)， 城鎮(zhèn)規(guī)模不斷外延， 研究時(shí)段內(nèi)， 居民用地面積增加了34.05 km2， 動(dòng)態(tài)度為1.86%. 由圖 1 可知， 研究區(qū)內(nèi)太平池國(guó)家濕地公園地類(lèi)僅含耕地、 草地、 林地、 水域和居民用地等5類(lèi). 其中， 耕地與草地的變化趨勢(shì)與全區(qū)一致， 而耕地面積增加了2.23 km2， 草地面積減少了10.46 km2， 但林地、 水域、 居民用地的變化趨勢(shì)與全區(qū)相反， 其中， 林地、 水域呈增長(zhǎng)趨勢(shì)， 分別增加了0.12 km2和8.17 km2， 居民用地呈減少趨勢(shì)， 減少了0.06 km2.

根據(jù)所得土地利用轉(zhuǎn)移矩陣(表2)可知， 研究區(qū)草地退化幅度最大， 主要轉(zhuǎn)移為耕地， 面積為77.66 km2. 水域面積降低， 主要轉(zhuǎn)移為草地和濕地， 面積分別為10.46 km2和6.19 km2. 草地退化轉(zhuǎn)變成的鹽堿地面積為3.54 km2， 是研究區(qū)鹽堿地產(chǎn)生的主要來(lái)源. 隨著研究區(qū)人口日益增多， 居民用地逐年增加， 主要由草地和耕地轉(zhuǎn)化而來(lái)， 分別為23.09 km2和9.34 km2. 其中， 區(qū)內(nèi)國(guó)家濕地公園地類(lèi)轉(zhuǎn)移情況與全區(qū)基本一致， 草地主要轉(zhuǎn)移為耕地和水域， 水域則主要轉(zhuǎn)移為耕地.

表 2 研究區(qū)1989～2014年土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣

根據(jù)式(2)， 對(duì)研究區(qū)各土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)移趨勢(shì)狀態(tài)分析計(jì)算可知， 1989～2014年研究區(qū)內(nèi)LUCC的狀態(tài)指數(shù)和整體趨勢(shì)(Pt)值為0.67(當(dāng)Pt在0～0.25范圍內(nèi)時(shí)， LUCC可視為平衡狀態(tài)； 當(dāng)Pt在0.25～0.50范圍內(nèi)時(shí)， LUCC可視為準(zhǔn)平衡狀態(tài)； 當(dāng)Pt在0.50～0.75范圍內(nèi)時(shí)， LUCC可視為不平衡狀態(tài)； 當(dāng)Pt在0.75～1范圍內(nèi)時(shí)， LUCC可視為極端不平衡狀態(tài)[21])， 說(shuō)明各土地利用類(lèi)型在研究時(shí)段內(nèi)的的轉(zhuǎn)換趨勢(shì)屬于不平衡狀態(tài).

3.2 生態(tài)環(huán)境演變與LUCC的響應(yīng)關(guān)系

為分析生態(tài)環(huán)境的演變與土地利用格局變化的響應(yīng)機(jī)制， 本文選擇自然因素和人文因素作為生態(tài)環(huán)境演變的主導(dǎo)因子， 以1989～2014年土地利用面積變化特征值作為變量組在SPSS軟件中對(duì)二者進(jìn)行典型相關(guān)分析. 在典型相關(guān)分析過(guò)程中， 以研究區(qū)各主要土地利用類(lèi)型面積變化為標(biāo)準(zhǔn)變量組Y(其中將耕地分為旱田和水田)， 以包括自然因素和人文因素的18個(gè)驅(qū)動(dòng)因子在1989～2014年的變化值為自變量X(表 3)， 得到土地利用變化的典型負(fù)荷， 選取旱田、 鹽堿地、 濕地和居民用地作為4種主導(dǎo)的典型負(fù)荷變量， 來(lái)解釋研究時(shí)段內(nèi)生態(tài)環(huán)境因子與土地利用格局變化的關(guān)系， 見(jiàn)圖 2.

由圖 2(a) 可知， 旱田(Y5)增量與降水(X1)和農(nóng)業(yè)人口數(shù)(X6)呈現(xiàn)正相關(guān)， 其典型載荷分別為0.97和1.00， 說(shuō)明在降水充足的前提下， 農(nóng)業(yè)人口越多， 開(kāi)墾的耕地也越多.

由圖 2(b) 可知， 與鹽堿地增量(Y7)相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)因子主要為溫度(X2)、 人口(X5)和糧食播種面積(X18)， 其典型載荷分別為0.80, 0.98和-0.80， 即鹽堿地增量與溫度和人口正相關(guān)， 與糧食播種面積負(fù)相關(guān). 這表明鹽堿地面積的增加一方面是自然因素作用的結(jié)果， 另一方面與人類(lèi)活動(dòng)的不斷增強(qiáng)有密切關(guān)系.

由圖 2(c) 可知， 濕地增量(Y8)的驅(qū)動(dòng)因子主要為降水(X1)和農(nóng)業(yè)人口(X6)， 其典型載荷分別為-0.99和0.89， 即濕地增量與農(nóng)業(yè)人口正相關(guān)， 與降水負(fù)相關(guān).

由圖 2(d) 可知， 居民用地增量(Y3)與人口(X5)正相關(guān)， 與糧食播種面積(X18)負(fù)相關(guān)， 其典型載荷分別為0.98和-0.78. 這兩種因素都屬于人類(lèi)活動(dòng)范疇， 可見(jiàn)居民用地增量的原因主要是人類(lèi)活動(dòng)造成的， 是人口增加和糧食播種面積減少共同作用的結(jié)果， 這一點(diǎn)與前3個(gè)地類(lèi)增量的驅(qū)動(dòng)因素有所區(qū)別.

表 3 本文選取的統(tǒng)計(jì)變量

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分析

3.3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算

研究區(qū)1989年、 2000年、 2014年的ESV計(jì)算結(jié)果及區(qū)內(nèi)國(guó)家濕地公園1989～2014年的ESV變化趨勢(shì)見(jiàn)表 4.

由表 4 可知， 研究區(qū)整體ESV主要由耕地、 草地和水域提供， 耕地提供的價(jià)值最大， 不同時(shí)期的貢獻(xiàn)率均在45%以上， 水域、 草地的貢獻(xiàn)率分別在20%和10%以上. 研究區(qū)ESV總體呈減少趨勢(shì)， 由1989年的78 621.64萬(wàn)元減少到2014年的73 097.31萬(wàn)元， 減少幅度達(dá)7.03%. 總ESV的降低主要是由于對(duì)研究區(qū)內(nèi)林地的破壞、 草地的過(guò)度開(kāi)墾以及水域面積的大幅衰減. 雖然研究區(qū)ESV整體表現(xiàn)為下降趨勢(shì)， 但研究區(qū)內(nèi)太平池國(guó)家濕地公園的ESV基本保持上升趨勢(shì)， 主要原因?yàn)樵跐竦毓珗@建設(shè)過(guò)程中水域面積的不斷擴(kuò)大.

3.3.2 生態(tài)系統(tǒng)功能敏感性分析

本研究利用式(7)計(jì)算出研究區(qū)1989年和2014年各土地利用類(lèi)型的敏感性指數(shù)(圖 3). 由圖可知， 各年份不同土地利用類(lèi)型價(jià)值系數(shù)的CS都小于1， 最低值為3.79×10-5， 即當(dāng)鹽堿地的ESV系數(shù)增加1%時(shí)， 總價(jià)值只增加3.79×10-5%； 最高值為0.21～0.28， 即當(dāng)耕地的ESV系數(shù)增加1%， 總價(jià)值增加0.21%～0.28%， 表明研究區(qū)總的ESV缺乏彈性， 說(shuō)明不同地類(lèi)ESV系數(shù)的大小不會(huì)對(duì)研究區(qū)總ESV產(chǎn)生較大影響， 表明本文計(jì)算所得的價(jià)值系數(shù)較為合理.

表 4 1989～2014年研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算

圖 3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值敏感性指數(shù)變化Fig.3 Changes of coefficients of sensitivity of ecosystem services value

3.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與土地利用變化響應(yīng)分析

3.4.1 單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化分析

由式(3)計(jì)算得出單項(xiàng)ESV變化(圖 4)： 1989～2014年間土地利用結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致單項(xiàng)ESV變化差異顯著.

圖 4 研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)單項(xiàng)服務(wù)價(jià)值變化Fig.4 Changes of coefficients of single ecosystem services value in the study area

其中， 氣候調(diào)節(jié)與食物生產(chǎn)的服務(wù)價(jià)值不斷增加， 剩余7項(xiàng)服務(wù)價(jià)值不斷減少. 其中， 水源涵養(yǎng)功能價(jià)值的減少量最多， 1989～2014年間減少了2 178.12萬(wàn)元. 其次， 土壤形成與保護(hù)、 環(huán)境治理、 生物多樣性保護(hù)分別減少了770.11萬(wàn)元， 1 512.59萬(wàn)元和894.72萬(wàn)元.

3.4.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值流向分析

由表 5 可知， 林地除轉(zhuǎn)化為水域外， 轉(zhuǎn)為其他地類(lèi)均會(huì)引起ESV損失. 草地與耕地的價(jià)值流向主要為水域， 減輕了水域轉(zhuǎn)為其它地類(lèi)帶來(lái)的價(jià)值損失. 從總體上看， 研究期內(nèi)各土地利用類(lèi)型的轉(zhuǎn)化并不完全有利于研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)， 由于水域、 林地、 草地面積的減少， 造成價(jià)值大量流失， 故應(yīng)加大對(duì)水域、 林地、 草地的保護(hù)， 使生態(tài)服務(wù)價(jià)值實(shí)現(xiàn)最大化.

表 5 1989～2014年土地利用變化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值流向分析

4 結(jié) 論

1) 1989～2014年農(nóng)安縣太平池濕地區(qū)域鹽堿地、 濕地、 耕地和居民用地面積持續(xù)增加， 水域、 草地、 林地和未利用地面積持續(xù)減少， 由未利用地向林地、 草地、 耕地發(fā)展為土地利用類(lèi)型的主要變化趨勢(shì). 雖然位于研究區(qū)內(nèi)的太平池國(guó)家濕地公園的水域、 林地和耕地面積均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)， 草地和居民用地面積呈減少狀態(tài)， 但研究區(qū)整體的土地利用政策的變化將對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)化方向產(chǎn)生直接影響. 因此， 必須對(duì)全區(qū)的土地利用政策進(jìn)行合理調(diào)整， 以保證區(qū)域整體及其范圍內(nèi)國(guó)家濕地公園的土地利用變化趨于平衡狀態(tài).

2) 旱田、 鹽堿地、 濕地三類(lèi)地型均受自然因素和人為因素的雙重影響， 且人為因素作為主要驅(qū)動(dòng)力使其發(fā)生變化， 合理控制人口密度及人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度是實(shí)現(xiàn)研究區(qū)水土資源優(yōu)化配置的有效措施.

3) 針對(duì)太平池濕地區(qū)域特點(diǎn)， 采用生物量因子修正法及防護(hù)和恢復(fù)費(fèi)用法對(duì)ESV系數(shù)進(jìn)行校正， 提高了對(duì)當(dāng)?shù)谽SV評(píng)估的準(zhǔn)確性. 評(píng)價(jià)結(jié)果表明， 農(nóng)安縣太平池濕地區(qū)域耕地面積百分比遠(yuǎn)高于其ESV的貢獻(xiàn)率， 而水域面積百分比都低于其ESV的貢獻(xiàn)率. 因此， 加強(qiáng)對(duì)水域等生態(tài)系統(tǒng)服價(jià)值高的土地利用類(lèi)型的保護(hù)， 是維持研究區(qū)特別是其范圍內(nèi)太平池國(guó)家濕地公園的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的有效措施.

4) 由于研究區(qū)土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)化處于不平衡狀態(tài)， 使單項(xiàng)ESV大部分處于遞減狀態(tài)， 且整體ESV流向?yàn)樨?fù)， 因此， 有步驟地實(shí)施退耕還林、 還草， 加強(qiáng)對(duì)水域與濕地的修復(fù)， 改善當(dāng)?shù)赝恋乩媒Y(jié)構(gòu)， 進(jìn)而使研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能得以恢復(fù)和提高.

[1]嚴(yán)恩萍， 林輝， 洪奕豐， 等. 洪湖市土地利用動(dòng)態(tài)及生態(tài)服務(wù)價(jià)值響應(yīng)研究[J]. 土壤通報(bào)， 2013， 44(5)： 1053-1059. Yan Enping, Lin Hui, Hong Yifeng, et al. Research on response of ecosystem service values to land use dynamics in Honghu Conuty[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2013, 44(5): 1053-1059. (in Chinese)

[2]嚴(yán)恩萍， 林輝， 王廣興， 等. 1990～2011年三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值演變及驅(qū)動(dòng)力[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 2014， 34(20)： 5962-5973. Yan Enping, Lin Hui, Wang Guangxing, et al. Analysis of evolution and driving force of ecosystem service values in the Three Gorges Reservoir region during 1990—2011[J]. Acta Ecologica Sinica, 2014, 34(20): 5962-5973. (in Chinese)

[3]胡和兵， 劉紅玉， 郝敬鋒， 等. 城市化流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空分異特征及其對(duì)土地利用程度的響應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 2013， 33(8)： 2565-2576. Hu Hebing, Liu Hongyu, Hao Jingfeng, et al. Spatio-temporal variation in the value of ecosystem services and its response to land use intensity in an urbanized watershed[J]. Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(8)： 2565-2576. (in Chinese)

[4]劉桂林， 張落成， 張倩. 長(zhǎng)三角地區(qū)土地利用時(shí)空變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 2014， 34(12)： 3311-3319. Liu Guilin, Zhang Luocheng, Zhang Qian. Spatial and temporal dynamics of land use and its influence on ecosystem service value in Yangtze River Delta[J]. Acta Ecologica Sinica, 2014, 34(12)： 3311-3319. (in Chinese)

[5]Costanza R, D’Arge R, Groot R D, et al. The value of the world’ s ecosystem services and natural capital[J]. Nature, 1997, 387(15)： 253-260.

[6]李屹峰， 羅躍初， 劉綱， 等. 土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響——以密云水庫(kù)流域?yàn)槔齕J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 2013， 33(3)： 726-736. Li Yifeng, Luo Yuechu, Liu Gang, et al. Effects of land use change on ecosystem services, a case study in Miyun reservoir watershed[J]. Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(3)： 726-736. (in Chinese)

[7]高奇， 師學(xué)義， 黃勤， 等. 區(qū)域土地利用變化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值響應(yīng)[J]. 中國(guó)人口·資源與環(huán)境， 2013， 22(11)： 308-312. Gao Qi, Shi Xueyi, Huang Qin, et al. Ecosystem service value respond to regional land use change[J]. China Population, Resources And Environment, 2013, 22(11)： 308-312. (in Chinese)

[8]趙丹， 李鋒， 王如松. 城市土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響——以淮北市為例[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 2013， 33(8)： 2343-2349. Zhao Dan, Li Feng, Wang Rusong. Effects of land use change on ecosystem service value： a case study in Huaibei City, China[J]. Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(8)： 2343-2349. (in Chinese)

[9]楊越， 哈斯， 杜會(huì)石， 等. 基于RS和GIS的寧夏鹽池縣土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響[J]. 水土保持研究， 2014， 21(5)： 100-105. Yang Yue, Ha Si, Du Huishi, et al. Impacts of land use change on ecosystem service value in Yanchi county of Ningxia based on RS and GIS[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2014, 21(5)： 100-105. (in Chinese)

[10]湯潔， 黃璐思， 王博. 吉林省遼河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)LUCC的響應(yīng)分析[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2015， 35 (8)： 2633-2640. Tang Jie, Huang Lusi, Wang Bo. Analysis of ecosystem service value based on LUCC of Liao River Basin of Jilin Province[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2015, 35 (8)： 2633-2640. (in Chinese)

[11]王軍， 頓耀龍. 土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響研究綜述[J]. 長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境， 2015， 24(5)： 798-808. Wang Jun, Dun Yaolong. A review on the effects of land use change on ecosystem services[J]. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2015, 24(5)： 798-808. (in Chinese)

[12]Mendoza-Gonzalez G, Martinez M L, Lithgow D, et al. Land use change and its effects on the value of ecosystem services along the coast of the Gulf of Mexico[J]. Ecological Economics, 2012, 82(20)： 23-32.

[13]王燕， 高吉喜， 王金生， 等. 新疆國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)土地利用變化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值響應(yīng)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 2014， 25(5)： 1439-1446. Wang Yan, Gao Jixi, Wang Jinsheng, et al. Responses of ecosystem services value to land use change in national nature reserves in Xin-jiang， China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2014, 25(5)： 1439-1446. (in Chinese)

[14]邊亮， 胡志斌， 宋偉東. 陜西省長(zhǎng)武縣土地利用變化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)[J]. 生態(tài)學(xué)雜志， 2009， 28 (9)： 1743-1748. Bian Liang, Hu Zhibin, Song Weidong. Eco-environmental effects of land use change in Changwu County of Shannxi Province[J]. Chinese Journal of Ecolog, 2009, 28 (9)： 1743-1748. (in Chinese)

[15]彭資， 谷成燕， 劉智勇， 等. 東江流域1989-2009年土地利用變化對(duì)生態(tài)承載力的影響[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào)， 2014， 38(7)： 675-686. Peng Zi, Gu Chengyan, Liu Zhiyong, et al. Impact of land use change during 1989-2009 on eco-capacity in Dongjiang watershed[J]. Chinese Journal of Plant Ecology, 2014, 38 (7)： 675-686. (in Chinese)

[16]Luo G P, Zhou C H, Chen X, et al. A methodology of characterizing status and trend of land changes in oases： A case study of Sangong River watershed, Xinjiang, China[J]. Journal of Environmental Management, 2008, 88(4)： 775-783.

[17]謝高地， 魯春霞， 冷允法， 等. 青藏高原生態(tài)資產(chǎn)的價(jià)值評(píng)估[J]. 自然資源學(xué)報(bào)， 2003， 18(2)： 189-195. Xie Gaodi, Lu Chunxia, Leng Yunfa, et al. Ecological assets valuation of the Tibetan Plateau[J]. Journal of Natural Resources, 2003, 18(2)： 189-195. (in Chinese)

[18]謝高地， 肖玉， 甄霖， 等. 我國(guó)糧食生產(chǎn)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值研究[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2005， 13(3)： 10-13. Xie Gaodi, Xiao Yu, Zhen Lin, et al. Study on ecosystem services value of food production in China[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2005, 13(3)： 10-13. (in Chinese)

[19]柏玉芬， 石慧春. 淺述生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的估算方法[J]. 經(jīng)濟(jì)研究導(dǎo)刊， 2011(6)： 168-170. Bo Yufen, Shi Huichun. On the value of ecosystem services of estimation methods[J]. Economic Research Guide, 2011, (6)： 168-170. (in Chinese)[20]王宗明， 張柏， 張樹(shù)清. 吉林省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化研究[J]. 自然資源學(xué)報(bào)， 2004， 19(1)： 55-61. Wang Zongming, Zhang Bai, Zhang Shuqing. Study on the effects of land use change on ecosystem service values of Jilin Province[J]. Journal of Natural Resources, 2004, 19(1)： 55-61. (in Chinese)

[21]趙晴， 趙旭陽(yáng)， 劉征,等. 石家莊市土地利用變化及其生態(tài)服務(wù)功能響應(yīng)[J]. 水土保持通報(bào)， 2015， 35(3)： 242-249. Zhao Qing, Zhao Xuyang, Liu Zheng, et al. Change of land use and its response of ecological service function in Shijiazhuang City[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2015, 35(3)： 242-249. (in Chinese)

Effects of Land Use Change on Ecosystem Services Value of Taipingchi Wetland Region

TANG Jie, LI Hong-wei, LI Zhao-yang, WANG Jing-jing, ZHANG Rong

(College of Environment and Resource, Jilin University, Changchun 130012, China)

Based on 1989, 2000 and 2014 remote sensing image interpretation data， the characteristics of land use change of Taipingchi wetland region in Nong'an were extracted and analyzed．And the response in the relationship between change of land use and ecological environment evolution were also analyzed. Then the ecological services value of different land use types within the region was calculated. And in the study area the impact of land use change on ecosystem service function and their relationship were studied. The results showed that there were great changes of land use in Taipingchi wetland region in Nong'an during the period from 1989 to 2014, and the transformation trend of land use types belonged to the state of imbalance. The area of the cultivated land, residential land, bare saline-alkali patches and wetland had an increasing tendency, and the area of waters, grassland and woodland decreased during the period. The change of the cultivated land area and grassland area were more remarkable at 68.42 km2increase and 92.2 km2decrease respectively. The cultivated land, bare saline-alkali patches and wetland was the main land type which affected by both natural factors and human factors, and the population was the main driving factors of land use change. Land use change led to the change of ecological environment in the research area and influenced the ecosystem service value. The ecosystem service value mainly provided by the cultivated land and water, contribution rate more than 45% and 20% respectively. Most of the single service function value showed a trend of decrease. During the entire study, the loss of water source conservation function value is the most which is 21.781 2 million yuan. Each land use type conversion is not conducive to the ecosystem service value in study area during the study period. Wetland is an important ecological system type, the ecosystem services value changes obviously affected by human activities, therefore, this study evaluated the land use changing by the influence of the wetland ecosystem service value, the results of the study have great significance of regional ecological security evaluation.

RS technology; land use change; eco-environmental evolution; ecosystem service value; Taipingchi wetland region

1673-3193(2017)01-0078-09

2016-11-09

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51179073)

湯 潔(1957-)， 女， 教授， 主要從事生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)理論與技術(shù)研究.

X171

A

10.3969/j.issn.1673-3193.2017.01.015