趙莉莉 范勛承 馬文銀

摘要 土地利用變化通過改變地表覆蓋類型，影響著生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及過程，進(jìn)而對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供應(yīng)和人居環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生影響。開展土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能量化評價，以期為邵陽市及周邊區(qū)域的生態(tài)安全提供借鑒。以邵陽市為研究案例，基于1993和2016年2期Landsat 5 TM/Landsat 8 OLI影像，統(tǒng)計了1993—2016年邵陽市土地利用面積變化、土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣和土地利用變化動態(tài)度，計量了23年間邵陽市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值演變特征。結(jié)果表明：①研究期間，林地是研究區(qū)的主要基質(zhì)類型，耕地和未利用地不僅分別是面積增加和減少最多的用地類型，同時動態(tài)變化也最為劇烈，其動態(tài)度分別是0.77%和-2.76%。②1993—2016年邵陽市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈微弱下降趨勢，林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值占整個系統(tǒng)的80%以上，貢獻(xiàn)率最大。③各單項服務(wù)價值上，水源涵養(yǎng)、土壤形成與保護(hù)、生物多樣性保護(hù)和氣體調(diào)節(jié)等功能價值位居前列，相比之下，食物生產(chǎn)功能價值最低，說明邵陽市生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)性功能遠(yuǎn)大于生產(chǎn)性功能。

關(guān)鍵詞 土地利用/覆被變化;面向?qū)ο蠓诸?生態(tài)服務(wù)功能價值法;寶慶;湘西

中圖分類號 TP79 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A ?文章編號 0517-6611（2020）19-0055-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.19.016

Abstract Land use change affects the structures， functions， and processes of ecosystems by changing the type of surface cover， which in turn affects the supply of ecosystem services and the quality of living environment. Carrying out quantitative research on land use change and ecosystem service functions can provide support for ensuring ecological security in Shaoyang City and surrounding areas. Taking Shaoyang City as a research case，we counts the transfer matrix of land use types and the land use change，and measures the evolution characteristics of its ecosystem service value （ESV） in Shaoyang City from 1993 to 2016. The results showed that：First， woodland was the main matrix type in the study area. During the study period， cultivated land and unused land were the types of land that had increased and decreased the most， respectively. Meanwhile， the changes in cultivated land and unused land were particularly intense， and the dynamic degree were 0.77% and -2.76%， respectively. Second， the land use changes of Shaoyang City as a whole continued to decrease during the study period. The value of ecosystem services on woodland accounts for more than 80% of the entire ecosystem. Third， the value of services such as water conservation， soil formation and protection， biodiversity conservation and gas regulation were higher within the value of each individual service. In contrast， services such as food production had the lowest value， indicating that the service function of Shaoyangs ecosystem was far greater than the productive function.

Key words Land use/cover change;Objectoriented method;Ecological service function value method;Baoqing;Xiangxi

基金項目 邵陽學(xué)院博士專項基金資助項目（17ZX03）;湖南省教育廳一般項目（19C1670）。

作者簡介 趙莉莉（1985—），女，黑龍江青岡人，助理研究員，博士，從事土地利用與景觀生態(tài)研究。*通信作者，講師，博士，從事土地利用與3S技術(shù)應(yīng)用。

收稿日期 2020-04-25

土地利用是指人類為了生存與發(fā)展，根據(jù)土地的特點，對其采取不同的利用方式，從而獲取經(jīng)濟(jì)效益[1-2]，同時原本是自然屬性的土地轉(zhuǎn)變成為了具有社會屬性的人工生態(tài)系統(tǒng)。土地利用類型是形態(tài)和狀態(tài)上變化多樣的自然或人工地表覆蓋物的綜合體，如各種建筑物、土壤、地表植被、河流、濕地等[3]。土地利用變化實質(zhì)是土地利用類型面積和空間位置的改變[4]，即各種生態(tài)系統(tǒng)類型面積以及空間格局的變化。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指通過生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程和功能直接或間接得到支持的生命產(chǎn)品和服務(wù)[5-6]。人類生活在生態(tài)系統(tǒng)之中，時刻享受著生態(tài)系統(tǒng)的饋贈，然而，人類活動造成的土地利用類型變化經(jīng)常會引起生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流和能量流循環(huán)的失衡，導(dǎo)致生物多樣性急劇減少以及全球氣候變暖等不可逆的生態(tài)系統(tǒng)破壞，并最終反作用于人類[7]。因此，研究土地利用變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的關(guān)系對保護(hù)和維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能起到至關(guān)重要的作用。1997年，Costanza等[8]對全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行研究后，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)開始成為生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的熱門議題。學(xué)者謝高地等[9-10]在Costanza理論的基礎(chǔ)上結(jié)合我國國情，制定了陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量表，并得到了國內(nèi)眾多學(xué)者的認(rèn)可[11-14]。

邵陽市史稱“寶慶”，是溝通廣東、廣西和大西南的門戶，是湘、桂、黔3省區(qū)毗鄰地區(qū)的商品集散中心，有聯(lián)東結(jié)西的作用。2004年6月，湖南省委、省政府編制印發(fā)了《湘西地區(qū)開發(fā)總體規(guī)劃》，邵陽市成為湘西大開發(fā)的重要組成部分。另外，2010年起，洛湛鐵路、上瑞、衡邵、二廣等高速公路的建成通車，全方位打通了邵陽市與外界聯(lián)系的大門。隨著邵陽市區(qū)位優(yōu)勢的逐漸凸顯，城市化進(jìn)程不斷加快，對土地資源的開發(fā)和利用不斷增加。在此過程中勢必引起土地利用結(jié)構(gòu)與空間格局模式的變化，進(jìn)而造成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的改變，并最終影響到邵陽市的人居環(huán)境和生態(tài)安全。因此，該研究利用1993和2016年2期遙感影像數(shù)據(jù)，研究23年來邵陽市土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響，以期為該區(qū)土地資源的合理利用和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)提供有益參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

邵陽市位于湘中偏西南，行政區(qū)地跨 109°49′～112°57′E、25°58′～27°40′N，轄3個城區(qū)8個縣市，代管1市（圖1），全市土地面積20 824 km2。屬典型的中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，雨量充沛，四季分明，年平均氣溫16.1～17.1 ℃，全年日照時數(shù)1 350～1 670 h，位于江南丘陵大地形區(qū)，以丘陵、山地為主，約占全市面積的2/3。截至2018年底，全市戶籍總?cè)丝?28.28萬，完成地區(qū)生產(chǎn)總值1 782.65億元。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

邵陽市1993年Landsat 5-TM和2016年Landsat 8-OLI衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，來源于中國科學(xué)院地理空間數(shù)據(jù)云平臺，分辨率為30 m。各期土地利用分類參考2007年發(fā)布的第二次全國土地調(diào)查分類標(biāo)準(zhǔn)[15]，并結(jié)合遙感影像的分辨率和已收集到的研究區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的情況，將研究區(qū)的土地利用類型劃分為林地、草地、耕地、建筑用地、水域和未利用地共6類。通過實地勘察并借助Google Earth軟件進(jìn)行交互校驗，確立了基于Landsat RGB為5、4、3假彩色影像的土地利用解譯標(biāo)志;基于ENVI 5.2軟件，采用面向?qū)ο蟮姆椒▽ρ芯繀^(qū)2期遙感影像進(jìn)行土地利用分類，并利用ArcGIS的制圖功能輸出成圖，最終獲得研究區(qū)2期土地利用分類圖（圖2）。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用變化的研究方法。

該研究采用轉(zhuǎn)移矩陣和動態(tài)度等數(shù)學(xué)模型對研究區(qū)的土地利用變化進(jìn)行研究。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣因其可表達(dá)研究期間土地利用的結(jié)構(gòu)特征和各地類的來源及組成而成為土地利用研究中的常用方法。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣的數(shù)學(xué)公式為：

土地利用動態(tài)度模型是刻畫土地資源數(shù)量變化、反映土地利用變化劇烈程度的常用方法[13]，分為單一土地利用動態(tài)度和綜合土地利用動態(tài)度。單一土地利用動態(tài)度反映了某種土地利用類型在研究時間內(nèi)的年均變化速率，綜合土地利用動態(tài)度表示綜合土地利用變化的年變化率[16-18]。該研究采用單一土地利用類型動態(tài)度模型來描述邵陽市土地利用變化情況。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

1.3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的選擇和計算。

該研究參考謝高地等[9-10]的研究成果，選取包括氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、土壤形成與保護(hù)、廢物處理、生物多樣性保護(hù)、食物生產(chǎn)、原材料的供應(yīng)以及娛樂文化等9類作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價指標(biāo)，并結(jié)合本文實際劃分的土地利用類型（林地、耕地、水域、未利用地、草地和建筑用地），制成了符合邵陽市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位面積價值當(dāng)量因子表，見表1。然而，在表1中并沒有加入建筑用地，這是由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是其功能效用，其效用大小是指滿足人類需求的程度，而建筑用地主其對自然生態(tài)環(huán)境的破壞較大，且其在不斷向環(huán)境排放污水、廢氣和固體廢棄物?；谝陨系目紤]，該研究未對建筑用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行核算。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用類型的面積變化

結(jié)合圖2和表2可知，研究期間，林地的面積占邵陽市總面積約60%，是邵陽市分布最廣的土地利用類型。耕地、建筑用地和林地的面積均呈增加態(tài)勢，其中耕地面積在23年中增加最多，達(dá)到634.82 km2，占研究區(qū)總面積的比例由1993年的17.26%增至2016年的20.36%;然而，水域、草地和未利用地的面積則均呈減少趨勢，其中未利用地面積減少最多，達(dá)631.72 km2，占研究區(qū)總面積的比例也由1993年的4.77%減至2016年的1.75%。土地利用類型面積的變化受社會經(jīng)濟(jì)和自然因素的雙重影響，尤其受社會經(jīng)濟(jì)因素影響極大。邵陽市歷來人口眾多，在湖南省各市中名列前茅，人口的增長對糧食的需求量也不斷增加，導(dǎo)致更多的土地被開墾為耕地，致使研究區(qū)耕地面積猛增。與此同時，邵陽市委、市政府在落實“十一五”國家宏觀調(diào)控政策時，大力實施“興工強(qiáng)市”戰(zhàn)略，全面發(fā)展邵陽經(jīng)濟(jì)，鐵路、高速公路等各方面基礎(chǔ)設(shè)施的完善，在促進(jìn)了邵陽城市化發(fā)展的同時，不可避免地占用了未利用地、草地和水域，而使得建筑用地面積相對增加。

2.2 土地利用類型的轉(zhuǎn)移矩陣

在土地利用變化研究中，研究土地利用類型面積的增減無法細(xì)致地反映各地類間的轉(zhuǎn)換情況，而土地利用轉(zhuǎn)移矩陣則可對土地利用類型間的具體轉(zhuǎn)換情況給予有效揭示[11]?；谶b感分類結(jié)果（圖2），運用 ENVI classic 5.2的運算工具得到研究區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。由表3可以看出，林地在23年間的保持率最高，達(dá)到71.61%，同時其他地類向林地的轉(zhuǎn)入率均高于15%，使得林地在研究期間面積呈增加趨勢。相比之下，未利用地的保持率最低，僅為5.35%，轉(zhuǎn)出率高達(dá)94.65%，主要轉(zhuǎn)向耕地，轉(zhuǎn)入率達(dá)46.81%，同時其他4種用地類型的大量轉(zhuǎn)入，使得耕地面積成為研究期間面積增加最多的用地類型。

2.3 土地利用類型的動態(tài)度

根據(jù)公式（2）計算出研究區(qū)土地利用單一動態(tài)度，并制作了比較直觀的土地利用動態(tài)度比較圖（圖3）。由圖3可知，1993—2016年，動態(tài)度的變化趨勢與土地利用面積的變化相吻合，均呈“三負(fù)三正”趨勢。未利用地、草地和水域的動態(tài)度均為負(fù)值，其中未利用地的值最大，為-2.76%，說明23年中未利用地減少的速率最快，穩(wěn)定性最差;耕地、建筑用地和林地的動態(tài)度均為正值，其中耕地的值最大，為0.77%，說明研究期間耕地的增加速度最快。

2.4 各土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化

邵陽市不同土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及貢獻(xiàn)率見表4和圖4。1993—2016年，研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈微弱減少趨勢，23年共減少了26.24萬元，年均減少1.14萬元。從各土地利用類型上看，林地生態(tài)系統(tǒng)功能價值增加最多，研究期間共增加1 357.70萬元，耕地次之，為1 236.81萬元。然而，水域、草地和未利用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值23年間呈下滑態(tài)勢，其中，水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值降低最多，達(dá)922.52萬元。

引起各地類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的直接原因是研究期間各地類面積發(fā)生了變化。

由圖4可知，在各土地利用類型中，林地對邵陽市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的貢獻(xiàn)率最大，均超過了80%，而其他土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的貢獻(xiàn)率較低，均低于11%，其中草地和未利用地的服務(wù)價值貢獻(xiàn)率均不足2%。

2.5 邵陽市生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)價值的變化

由表5可知，1993—2016年，邵陽市生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)、廢物處理和娛樂文化等單項服務(wù)價值呈減少趨勢，分別減少了520.23、516.90和78.84萬元，其他6項服務(wù)價值均有所增加，其中土壤形成與保護(hù)功能的價值增加最多，達(dá)332.65萬元。從貢獻(xiàn)率上看，生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)價值的貢獻(xiàn)率由大到小依次為水源涵養(yǎng)、土壤形成與保護(hù)、生物多樣性保護(hù)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、廢物處理、原材料、娛樂文化、食物生產(chǎn);研究期間，水源涵養(yǎng)、土壤形成與保護(hù)、生物多樣性保護(hù)和氣體調(diào)節(jié)4項服務(wù)價值的貢獻(xiàn)率之和均大于60%，主要原因是具有較高的水源涵養(yǎng)和土壤形成與保護(hù)等功能的林地面積占優(yōu)（超過60%）所致。然而，食物生產(chǎn)貢獻(xiàn)率最低，均小于2%，說明邵陽市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)性功能遠(yuǎn)大于其生產(chǎn)性功能。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

以湖南省邵陽市為研究對象，基于1993和2016年2期土地利用遙感解譯數(shù)據(jù)，根據(jù)區(qū)域特點劃分6種土地利用類型，并對其23年間的土地利用狀況及與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值間的變化進(jìn)行了定量分析，結(jié)果表明：

（1）研究期間，邵陽市主要土地利用類型為林地，其面積約占研究區(qū)總面積的60%。從面積變化上看，1993—2016年面積增加和減少最多的地類分別是耕地和未利用地。從轉(zhuǎn)移矩陣上看，林地的保持率最高，且其他地類向林地的轉(zhuǎn)入率都較大;未利用地轉(zhuǎn)出率最高，達(dá)94.65%，主要轉(zhuǎn)向耕地。

（2）1993—2016年邵陽市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈小幅降低趨勢，由1993年的95 156.97萬元，減少到2016年的95 130.72萬元，共減少了26.24萬元。從貢獻(xiàn)率上看，林地對總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的貢獻(xiàn)率最大，而水域、草地和未利用地的貢獻(xiàn)率卻有所減少。

（3）1993—2016年，除水源涵養(yǎng)、廢物處理和娛樂文化功能價值有所降低外，其余各項價值均呈增加態(tài)勢。水源涵養(yǎng)、土壤形成與保護(hù)、生物多樣性保護(hù)和氣體調(diào)節(jié)等是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的核心功能，占邵陽市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的60%以上。然而，研究期間，食物生產(chǎn)的服務(wù)功能價值始終最低，說明邵陽市生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能遠(yuǎn)大于其生產(chǎn)性功能。

3.2 建議

基于研究結(jié)果，提出保障邵陽市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的土地利用優(yōu)化建議。

3.2.1

實施土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的直接原因是土地利用類型面積的改變，因此，因地制宜地對土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整是提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的有效手段。由研究結(jié)果可知，1993—2016年研究區(qū)水域和草地的服務(wù)功能退化最為嚴(yán)重，在新一輪區(qū)域土地利用規(guī)劃中，要注意保護(hù)和適當(dāng)增加水域和草地面積，在充分考慮邵陽市自然和社會經(jīng)濟(jì)因素的基礎(chǔ)上，突出生態(tài)化的考量。

3.2.2

加強(qiáng)建筑用地的綠化。研究期間，邵陽市建筑用地面積快速擴(kuò)張，不可避免對其他地類進(jìn)行占用。隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，建筑用地面積勢必進(jìn)一步擴(kuò)大，必須重視經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展，才能實現(xiàn)打造生態(tài)宜居城市的夢想。然而，生態(tài)宜居城市建設(shè)的核心內(nèi)容之一即為綠地系統(tǒng)建設(shè)，因此，需要加強(qiáng)建筑用地中公園、綠地和水體的建設(shè)與保護(hù)，推進(jìn)社區(qū)綠化、城郊綠化，構(gòu)建城市和郊區(qū)一體化的城鎮(zhèn)綠化系統(tǒng)。

3.2.3

嚴(yán)守生態(tài)紅線，調(diào)整生態(tài)建設(shè)政策。對具有重要生態(tài)價值的區(qū)域需進(jìn)行重點保護(hù)，如水域、林地和草地的單位面積服務(wù)價值均較高，因此，對其進(jìn)行重點保護(hù)有利于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的保持。另外，研究區(qū)分布著諸多保護(hù)區(qū)，例如黃桑國家級自然保護(hù)區(qū)，加大對保護(hù)區(qū)的建設(shè)有利于維持水源涵養(yǎng)、生物多樣性、娛樂文化等多種生態(tài)價值。

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