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      濱海地區(qū)土地生態(tài)服務價值演變及驅動因素研究

      2018-10-21 03:48:25何玲賈啟建閆慧慧張利
      鄉(xiāng)村科技 2018年5期
      關鍵詞:驅動因素

      何玲 賈啟建 閆慧慧 張利

      [摘 要] 河北省沿海經(jīng)濟的快速發(fā)展導致濱海地區(qū)土地利用結構快速轉變,威脅土地生態(tài)安全。針對性核算濱海地區(qū)土地生態(tài)服務價值并探尋價值演變驅動力,是保障區(qū)域生態(tài)安全的必然選擇。本文以河北省東南部黃驊市為研究區(qū),采用植被凈第一生產(chǎn)力及人為影響綜合指數(shù)進行生態(tài)服務價值估算及驅動分析。結果表明:2015年,濕地的單位面積生態(tài)服務價值最大,為15.86元/(m2·a),建設用地最小,為2.58元/(m2·a);生態(tài)系統(tǒng)服務總價值25年持續(xù)減少,共減少了3.17億元;人為干擾是黃驊市生態(tài)服務價值變化的重要原因,隨著人為干擾強度的增強,生態(tài)服務價值持續(xù)降低。氣溫升高、日照時間增長、相對濕度和蒸降比降低,導致該區(qū)域土地利用類型變化,進而導致總生態(tài)服務價值降低。研究成果可以為合理劃定土地利用規(guī)劃提供參考,為區(qū)域生態(tài)保護提供指導。

      [關鍵詞] 土地利用類型;生態(tài)服務價值;驅動因素;人為影響綜合指數(shù);濱海土地

      [中圖分類號] F301.2;X171.1 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909(2018)05-113-5

      生態(tài)服務價值是對生態(tài)系統(tǒng)服務功能的量化,生態(tài)系統(tǒng)服務功能則受自然和人為等多因素的影響,盡管現(xiàn)代科學技術可以一定程度地改變該功能,但改變不了生態(tài)系統(tǒng)服務功能構成與維持中地類的決定性影響。隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展和人民生活水平的提高,建設用地占用耕地、農(nóng)業(yè)內(nèi)部結構調整等因素導致區(qū)域土地利用類型發(fā)生改變,生態(tài)系統(tǒng)服務功能的強度不斷降低,分析與評價土地利用中生態(tài)服務價值的時空變化及其驅動因素已得到廣泛重視,并成為合理配置土地資源的基礎,可為土地利用規(guī)劃與整治提供參考依據(jù)[1-3]。

      近年來,圍繞生態(tài)服務價值的土地利用分類體系主要采用中國科學院資源環(huán)境分類系統(tǒng),將土地利用類型歸納為耕地、林地、草地、城鄉(xiāng)建設用地、水域和未利用土地6種類型,分類結果體現(xiàn)了全國各地的主要地類,便于科研領域的研究,但也存在無法體現(xiàn)區(qū)域地類特點的弊端。生態(tài)服務價值的研究主要以Costanza[1]、歐陽志云[4-6]和謝高地[7]等為代表,取得了豐碩的研究成果,但在縣域尺度的應用中多數(shù)學者根據(jù)區(qū)域情況進行系數(shù)修正[3,8-11],相同的修正系數(shù)無法體現(xiàn)區(qū)域特點。驅動因素的研究多集中于不同自然因素的影響,人為因素的量化方法仍需不斷探索[12-15]。

      基于此,如何劃分體現(xiàn)區(qū)域特征的地類體系,針對性計算不同地類生態(tài)服務價值及其變化中的人為驅動因素是本文擬解決的關鍵問題,也是土地利用過程中生態(tài)效益核算的參考依據(jù)。本文以河北省黃驊市為研究區(qū),利用植被凈第一生產(chǎn)力(NPP)模型估算生態(tài)服務價值,利用人為影響綜合指數(shù)探尋價值損益規(guī)律及驅動因素,以期為區(qū)域生態(tài)保護和修復提供依據(jù),為土地利用總體規(guī)劃編制提供支持。

      1 研究區(qū)概況

      黃驊市位于河北省東南部,地處北緯38°09′~38°39′,東經(jīng)117°05′~117°49′,總面積2 177.83 km2。黃驊市地勢低洼,高程在1~7 m,年平均氣溫13 ℃左右,年蒸發(fā)量1 500~2 000 mm,年降水量500~600 mm。全市土壤瘠薄,鹽堿化程度嚴重,土壤含鹽量高,植物種類少,大部分為草本植物。

      2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

      2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

      生態(tài)服務價值估算涉及生態(tài)、社會、經(jīng)濟等多方面的諸多指標,指標涉及面廣、數(shù)據(jù)量大。本文生態(tài)服務價值核算的部分數(shù)據(jù)來自303個有效樣點實地調查,另一部分來自地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站、美國地質調查局網(wǎng)站、中國氣象數(shù)據(jù)資源共享服務網(wǎng)。

      樣點0~20 cm的土樣全部采用土壤農(nóng)化常規(guī)方法進行測定。結合調查樣點,布設303個樣方,面積為1 m×1 m,對每個樣方進行物種辨別、分類及取樣。

      地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站和美國地質調查局網(wǎng)站主要獲取Landsat5 TM影像,成像時間為1990年6月4日;Landsat7 ETM+影像,成像時間為2000年6月10日和2015年6月20日;MOD13Q1的MODIS數(shù)據(jù)產(chǎn)品,時間跨度為2015年1—12月,校正后采用最大值合成法生成逐月NDVI數(shù)據(jù)。

      中國氣象數(shù)據(jù)資源共享服務網(wǎng)主要獲得黃驊、泊頭、滄州市3個站點的氣象數(shù)據(jù),并從黃驊市周邊20個縣氣象局收集獲取各縣2015年全年的日氣象數(shù)據(jù)。

      2.2 研究方法

      2.2.1 單項生態(tài)服務價值估算方法。生態(tài)服務價值選取物質生產(chǎn)價值、養(yǎng)分循環(huán)價值、氣體調節(jié)價值、氣候調節(jié)價值、水源涵養(yǎng)價值、凈化環(huán)境價值、生物多樣性維持價值和景觀文化價值8項價值加總獲得[16]。其中,前4項價值均利用植物光合作用通過植被凈第一生產(chǎn)力(NPP)進一步計算獲得;水源涵養(yǎng)價值采用替代工程法,通過修建水庫價值進一步核算;凈化環(huán)境價值主要對吸收分解SO2、HF、NOX和吸附塵埃的功能價值進行核算,以單位面積治理成本替代凈化環(huán)境價值;生物多樣性維持價值對生境內(nèi)多樣性(α多樣性)進行價值核算,參照《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》中Shannon-Weiner指數(shù)分級價值表獲得該項價值;景觀文化價值通過研究區(qū)旅游收入實地調查獲得。

      2.2.2 生態(tài)服務價值損益估算方法。轉移矩陣用于對各地類內(nèi)部間轉移面積進行分析,其模型為:

      [A=A11 A12 L A1nA21 A22 L A2nL L L LAn1 An2 L Ann ](1)

      式(1)中,Aij表示k時期的i種地類轉為k+1時期的j種地類的面積,A表示轉移矩陣。

      以土地利用轉移矩陣為基礎,結合生態(tài)服務價值對不同地類間相互轉化引起的生態(tài)服務價值的損益情況進行定量計算。計算公式如下:

      [Pij=VCi-VCjAij] (2)

      式(2)中,Pij表示土地類型由i類轉為j類時的生態(tài)服務價值損益,VCi、VCj表示i地類、j地類的生態(tài)服務價值系數(shù),Aij表示i地類轉為j地類的面積。

      2.2.3 人為影響綜合指數(shù)。人為影響綜合指數(shù)用來描述區(qū)域內(nèi)生態(tài)服務價值總體受人類干擾的強度,具體公式為[13,17]:

      [HAI=i=1NAIPI/TA] (3)

      式(3)中,HAI代表人為影響綜合指數(shù);N為土地類型的數(shù)量,本文為9;Ai為第i種生態(tài)系統(tǒng)類型的面積;Pi為第i種生態(tài)服務價值所反映的人為影響強度系數(shù);TA為總面積。

      Pi利用Lohani清單法、Leopold矩陣法和Delphi法的平均值確定(見表1)。采用30 m×30 m格網(wǎng),將研究區(qū)劃分成一系列子單元,分別計算各單元的人為影響強度。

      HAI值數(shù)值越大,表示人類活動對生態(tài)服務價值變化的干擾越強;反之,表示人類干擾越小。在ArcGIS10.0中進行聚類分析Natural Breaks(Jenks)將人為影響綜合指數(shù)(HAI)分為三類:高影響區(qū)(HAI>0.80)、中影響區(qū)(0.40

      3 結果與分析

      3.1 土地利用類別劃分結果

      根據(jù)黃驊市土地利用類型實際情況,將黃驊市土地利用類別劃分為耕地、園地、草地、建設用地、水域、鹽堿地、濕地、鹽田和其他土地九大類(見表2),以便進一步進行生態(tài)服務價值演變核算。

      3.2 土地利用類型轉化

      1990—2015年,黃驊市土地利用類型以耕地、建設用地和鹽堿地為主;25年間,耕地、鹽堿地和濕地面積明顯減少,分別減少了1.84%、3.11%和1.23%;建設用地、鹽田、其他土地、園地、草地和水域面積持續(xù)增長,分別增加了2.26%、1.42%、1.17%、0.80%、0.43%和0.09%。其中建設用地、鹽田和其他土地面積呈現(xiàn)大幅度增長,園地和草地持續(xù)穩(wěn)定增長,水域面積小幅增長。

      3.3 生態(tài)服務價值時空變化特征

      3.3.1 單位面積生態(tài)服務價值估算結果。2015年,濕地單位面積的生態(tài)服務價值最大,為15.86元/(m2·a);水域、園地、耕地、草地、其他土地、鹽田和鹽堿地單位價值依次降低;建設用地最小,為2.58元/(m2·a)。各單項生態(tài)服務功能中,養(yǎng)分循環(huán)功能價值最大,為13.95元/(m2·a);水源涵養(yǎng)、景觀文化、物質生產(chǎn)、生物多樣性維持、氣體調節(jié)和氣候調節(jié)功能單位價值依次降低;凈化環(huán)境功能價值最小,為0.12元/(m2·a)(見表3)。

      3.3.2 生態(tài)服務價值損益變化。根據(jù)國內(nèi)生產(chǎn)總值指數(shù)計算1990年生態(tài)服務價值,并計算流向損益矩陣,橫向表示各土地利用類型轉出面積的價值量變化,縱向表示各土地利用類型補給面積的價值量變化。

      1990—2015年,生態(tài)服務價值因耕地轉為建設用地減少了4 986.28萬元,耕地退化成鹽堿地生態(tài)服務價值損失8 043.02萬元,耕地轉為設施農(nóng)用地損失了1 547.32萬元;園地被建設用地占用,生態(tài)服務價值減少了542.82萬元,轉為濕地生態(tài)服務價值增加4 877.08萬元;草地主要轉為建設用地,生態(tài)服務價值減少1 050.60萬元;部分建設用地實施“占補平衡”政策補充耕地,生態(tài)服務價值增加了6 163.72萬元;水域部分轉為濕地,價值增加1 514.70萬元,部分轉化為建設用地,價值減少1 108.52萬元;鹽堿地主要轉為園地、草地、耕地,價值分別增加5 766.25萬、2 724.48萬、1 521.29萬元;濕地主要轉為鹽田和水域,分別損失33 831.40萬元和3 904.20萬元;鹽田轉為水域和建設用地;其他土地轉為耕地、濕地和草地,生態(tài)服務價值有所增加。

      3.4 生態(tài)服務價值變化驅動因素

      3.4.1 人為驅動因素干擾。黃驊市人為綜合干擾強度在空間上的分布特征表現(xiàn)為:低影響區(qū)和中高影響區(qū)占主導地位,高影響區(qū)在近海地區(qū)分布較大,在黃驊市中西部內(nèi)陸地區(qū)呈零星、小塊狀分布(見圖1)。分析黃驊市1990、2000、2015年3年的人為綜合干擾強度的變化趨勢發(fā)現(xiàn):在近海地區(qū)生態(tài)服務價值變化基本不大,建設用地呈現(xiàn)高影響強度,鹽田、鹽堿地呈現(xiàn)低影響強度;中部地區(qū),1990年大體呈現(xiàn)中低影響強度,并有部分高影響強度零星分布,2000、2015年影響強度變小,低影響強度占主導地位;西部和南部地區(qū),1990年影響強度以低影響為主,2000、2015年影響強度變大,到2015年西南地區(qū)以中高影響強度占主導地位。總體來看,高影響區(qū)穩(wěn)定,中影響區(qū)面積持續(xù)增加,低影響區(qū)面積略有降低。隨著人為干擾強度的增強,高生態(tài)服務價值地類轉化為低生態(tài)服務價值地類,生態(tài)服務總價值持續(xù)降低。

      3.4.2 自然驅動因素干擾。利用1990—2015年黃驊市平均氣溫、蒸降比、平均相對濕度和日照時間的統(tǒng)計值與該區(qū)各地類面積進行相關性分析。結果顯示:平均氣溫僅與鹽田呈顯著正相關,與其他地類相關顯著性較差,說明平均氣溫升高是鹽田面積增加的驅動因素;平均相對濕度與鹽堿地、濕地顯著正相關,與園地、水域、鹽田和其他土地顯著負相關,說明平均相對濕度對上述地類影響較大;蒸降比與耕地、鹽堿地和濕地顯著正相關,與園地、草地、水域、鹽田和其他地類顯著負相關,顯示了蒸降比升高對鹽堿地面積擴大及園地、草地、水域、鹽田和其他地類面積縮減的驅動作用,耕地、濕地面積變化受多種因素影響最終顯示與蒸降比正相關;日照時間與草地、其他土地呈正相關,與耕地呈負相關,顯示日照時間的增加對草地、其他土地面積增加的驅動作用,耕地面積變化受多種因素影響最終顯示與日照時間負相關(見表4)。

      綜上,氣溫升高、日照時間增長、平均相對濕度和蒸降比降低,導致該區(qū)域土地利用類型向不同方向轉化,進而總生態(tài)服務價值降低。

      4 結論

      1990—2015年,土地利用類型以耕地、建設用地和鹽堿地為主;25年間,耕地、鹽堿地和濕地面積明顯減少,建設用地、鹽田、其他土地、園地、草地和水域面積持續(xù)增加。2015年,單位面積生態(tài)服務價值依次為濕地>水域>園地>耕地>草地>其他土地>鹽田>鹽堿地>建設用地。

      1990—2015年,從黃驊市生態(tài)服務價值的損失量來看,建設用地大量轉入及耕地、濕地轉出,導致黃驊市生態(tài)服務價值損失較為嚴重,25年減少3.17億元;從生態(tài)服務價值增量來看,增量來源主要是建設用地、鹽堿地等轉為耕地,水域轉為濕地,生態(tài)服務價值增加約2.96億元。人為干擾是黃驊市生態(tài)服務價值變化的重要原因,隨著人為干擾強度的增強,生態(tài)服務價值持續(xù)降低。氣溫升高、日照時間增長、相對濕度和蒸降比降低,導致該區(qū)域土地利用類型變化,進而總生態(tài)服務價值降低。本文可為黃驊市土地利用總體規(guī)劃、城市規(guī)劃和生態(tài)文明建設提供有力的決策依據(jù),未來將會進一步提高生態(tài)服務價值的計算精度及驅動因素的量化分析水平。

      參考文獻

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