《基于rs和gis的黑河中游生态服务价值对土地利用变化的影响-周厚侠.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于rs和gis的黑河中游生态服务价值对土地利用变化的影响-周厚侠.pdf（5页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、生态经济第32卷第4期(2016年4月) Eco，ogfc口f EcDnDmy，V矾32，No4(April 20l 6)基于RS和GIS的黑河中游生态服务价值对土地利用变化的影响周厚侠-一，望勇s(1中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京100083；2临沂市国土资源局，山东临沂277700；3中国科学院遥感与数字地球研究所，北京100101)摘要：以黑河中游为研究区，采用costanza生态系统服务价值计算公式，和修正后的生态系统服务单位面积价值，探讨了该地区生态系统服务价值的变化特征。结果表明，低覆盖草地、沙地、耕地是黑河中游主要土地利用类型，20002010年黑河中游面积变化
2、最大的是水体。研究期内生态系统服务价值总体有所上升，从3599亿元增加到39。14亿元，增加了315亿元；水体和耕地对研究区总体服务功能变化的贡献率最大。黑河中游的服务价值主要体现在水分调节、食物生产和气体调节上，而营养循环、水分调节变化幅度最大。关键词：生态服务价值；遥感影像；土地利用中图分类号：F0622 文献标识码：A 文章编号：16714407(2016)0418405Impacts Of Land Use Change on Ecosystem SerVices Value in the Middle ReachesofHeihe Based on RS and GISZHOU Ho
3、uxial一，WANG Ybn93(1Institute of Eanh Science and Sueying锄d M印ping Engineering，china uniVers蚵of Mining and Technology，Beijing100083，China；2Linyi Municipal Land and Rcsources Bllreau，Linyi Shandong 277700，China；3Institute ofRemote sensing and Digital Earth，ChineseAcademy ofsciences，Beijing 100101，Chin
4、a)Abstract：Based on me land use dvnamic data analvsis of Heihe middle Iaches丘Dm 2000 to 20 1 0 and calculation fb瑚ulabased on Costanza Ret al，s ecosVstem service value，we calculated each stlldy period of me area ecosystem service value舭dthe corresDonding ch蚰gesThe results showed that：according to th
5、e seice mnction value of watershed ecosystem，Heihemiddle reaches in 2000，2005她d 2010，the value of ecosVstem services is 3599 million Vuan respectively，4102 million yu锄and 39 14 million yuan respectivelvThe value of cultivated laIld and water service劬ction of ecological system is the highestKey words
6、：ecological service value：remote sensing image；land use1引言近年来，生态系统服务价值的研究渐渐成为生态学和生态经济学的一个热点13】，研究土地利用背景下的生态系统服务价值变化对促进区域生态建设、研究区域可持续发展具有重要意义H5】。美国生态学家Constanza等人的研究成果引起了世界各国极大的反响，他将全球生物圈划分为：海洋、森林、草原、湿地、水面、荒漠、农田等16大类26小类；将生态系统服务功能划分为气候调节、水分调节、控制水土流失、物质循环、降解废物、文化娱乐等17种功能，并以此为基础计算了全球生态系统服务年度价值平均为33万亿美元
7、，相当于同期全世界国民生产总值的18倍【6】。国内学者也对区域内的森林、草地、水域及陆地生态系统的价值进行了初步的研究口1”。土地利用作为人类最基本的实践活动，对维持生态系统服务功能起着决定性的作用n21 31。土地利用与生态服务互相影响、互相制约，土地利用结构调整单纯以经济利益为目的，会导致自然生态系统面积减少，系统生态服务减弱，经济增长实质上是建立在消耗自然资源基础之上。本文以黑河流域地区生态环境问题最为典型的黑河中游为研究区，计算和分析了20002010年黑河中游地区生态系统服务价值的动态变化，从生态经济综合集成研究的角度定量分析流域生态环境损失价值，以帮助人们正确认识生态系统的服务功能
8、及其机制，为黑河中游生态系统的恢复、保护和合理经营利用决策提供科学依据，具有非常重要的现实意义和理论价值。作者简介：周厚侠(1978)，女，山东临沂人，博士生，工程师，研究方向为土地管理、生态环境研究。184 万方数据生态经济第32卷第4期(2016年4月) Eco，Dgic口，EcD以D挣杪，V0132，No4(April 20 1 6)2研究区和方法21研究区概况黑河流域位于北纬3704539。57， 东经97020102006，以山丹县的大黄山为东部界限，以嘉峪关市的黑山为西部界限，南部以青海省祁连县境内的祁连山分水岭为界限，北部以内蒙古额济纳旗的居延海为界限，跨越3省、1l市(县、旗)
9、，包括青海省的海北自治州，甘肃省的张掖市、酒泉市、嘉峪关市以及内蒙古自治区的额济纳旗，流域总面积约为128104 km2。本文以黑河中游地区为研究范围，该区域位于正义峡与莺落峡之间，地理位置在北纬3704539。57，东经97020102004。在行政区划上包括了甘肃省张掖市的民乐县、山丹县、甘州区、临泽县、高台县、肃南裕固族自治县的明花区。22实验数据本研究以2000年、2005年和2010年3期LandsatTM遥感影像作为土地利用数据源。TM影像在解译前进行向何校正和辐射纠正，通过解译获得2000、2005和2010年的土地利用数据，以及20002010年土地利用动态变化信息。考虑植被类
10、型特征，设计土地覆盖分类体系，将黑河中游生态系统根据土地利用土地覆盖类型和生态系统服务价值计算的需要，划分为：耕地、林地、草地、湿地、城镇和荒漠6类，其中森林分为有林地，草地分为高覆盖草地、中覆盖草地和低覆盖草地三种，湿地分为沼泽和水体，荒漠分为沙地和盐碱地。社会经济数据包括2001年、2006年、2011年统计年鉴和社会经济统计数据，整理成本文的数据源。23研究方法231土地利用变化动态分析为了表征研究区某段时间内某种土地利用覆盖类型的数量变化速度，选取单一土地类型变化的动态模型来表达1 41：R。：!出土100：兰哇!生二二些三loo(1)U。 ， U。 2式中：饥，分别为研究初期和末期某
11、一种土地类型的面积：，为研究时段T内某一类型土地转变为其他类型的面积之和；U。为其他类型转变为该类型的面积之和；r为研究时段，以年计；尺。为研究时段内某一类型土地的年际变化。R，代表某一种土地类型面积的年际变化，它是该类型土地转变为其他类型，研究初期和末期的面积净变化，也反映了该类型土地变化的剧烈程度，然而该类型土地与其他类型的土地频繁的双向变化时，则不能很好地反映其变化程度。为了反映该类型土地的变化剧烈程度，采用公式(2)表示某一土地类型变化的动态度凡”：凡：华100 (2)Ud 其中，R。0，当尺。趋于0时，说明在研究时段内，该类型土地趋于未变化，当R。趋于增加时，表明该类型土地的变化愈剧
12、烈。232生态服务价值本文利用Costanza的ESv计算公式，参照修正后的生态系统服务单位面积价值计算了黑河中游生态系统服务的价值”51：醪y=(4) (3)式中，嬲矿代表生态服务价值；彳。代表七类土地利用类型的面积(hm2)；为第膏类土地利用类型的生态服务系数(yuanhm之a1)。233敏感性分析为了确定生态系统服务价值(ES矿)随时间的变化对生态服务功能价值指数(比)的依赖程度，选取经济学中常用的弹性系数概念来计算价值系数的敏感性指数(coe伍cientsensibili吼CS)【”】，其含义是指矿C变动1引起嬲矿的变化情况，如果CSl，表明雕y相对于比是富有弹性的；如果CSl，表明生
13、态服务价值对价值系数敏感。CS越大，说明陀对相应的船矿的影响越大，其取值的准确性也越重要。3结果与分析31土地利用动态度从黑河中游土地利用总体情况来看，整个流域低覆盖草地所占面积最大，占到流域面积的40以上，是该区域最主要的土地利用类型：其次是沙地、耕地、草原，三者在2000年、2005年、2010年都占到50以上，盐碱地所占比例最小。从生态系统类型上来看，黑河中游以草地、荒漠、农田生态系统为主要特征，这也是干旱区特有的景观现象。以20002005年为第一短周期，20052010年为第二短周期，计算黑河中游近年来土地利用变化率，如图1所示。185万方数据生态经济第32卷第4期(2叭6年4月 E
14、cDfogfcnz Econo哪，V0132，No4(April 2016)口2000、2005年20052010年L口一口_ 1 2 ：3 4土地a20002010年土地利用面积变化率m(|LILl 一0b20002010年土地利用变化动态度注：1有林地；2灌丛；3高覆盖草地；4中覆盖草地；5低覆盖草地；6耕地；7沼泽；8水体：9城镇；lO沙地；11盐碱地。图1黑河中游20002010年土地利用类型面积变化率和动态度20002005年，黑河中游地区水体的面积变化率最大(806)，盐碱地的减少幅度最大(377)，有林地的变化幅度最小，仅为002。除了高覆盖草地、耕地、沙地、盐碱地有所减少外，其
15、他用地类型均有所增加。20052010年，黑河中游地区土地利用变化幅度整体上有所降低，其中水体减少幅度最大(284)，沼泽的增加幅度最大(21)，低覆盖草地的变化幅度最小，仅为0Ol。除了中覆盖草地、水体、沙地、盐碱地有所减少外，其他用地类型均有所增加。黑河中游20002005年和20052010年相比较，土地利用变化的速度有所降低(图1)。20002005年，在ll类土地利用类型中，水体的动态度最高达到993，盐碱地次之(770)，草原最小，仅为O006；20052010年，沼泽动态度最大，达到516，水体、盐碱地次之，分别为480、123，而高覆盖草地没有发生变化。32生态服务价值分析32
16、1黑河中游土地类型的生态服务价值分析黑河中游2000年、2005年和20lO年的生态服务价值分别为3599亿元、4102亿元和3914亿元(表1)，低覆盖草地的面积比例最高达到40164027，而其对服务价值的贡献率仅仅达到1114，相反，耕地和水体则截然不同，耕地的面积占到21552191，而其对服务价值的贡献率却达到3944，水体的面积仅仅占到033047，其对服务价值的贡献率达到了2835，这是水体和耕地单位面积服务价值较高的原因。除了以上三类的服务价值相对较高外，其他类型的服务价值都很低，基本都在5以下。中覆盖草地的面积占6左右，其对服务价值的贡献率为362382，高覆盖草地的面积占1
17、66167，其对服务价值的贡献率为5775794，灌丛的面积占到366372，其对服务价值的贡献率为447502，有林地的面积比例为104左右，其对服务价值的贡献率为36942。从时间变化上来看，20002010年，沼泽的服务价值是持续增加的，盐碱地的服务价值是持续减少的，水体的服务价值是先增加后减少的，有林地、灌丛、高覆盖草地、中覆盖草地、低覆盖草地和耕地的服务价值是先减少后增加的。322生态系统服务价值的组成分析从表2中可以看出，按生态服务价值的大小排序，依次为：水分调节食物生产气体调节废物处理生物控制授粉营养循环气候调节娱乐干扰调节水分供应侵蚀控制原材料文化土壤形成栖息地基因资源。在17
18、项服务功能中，水分调节的服务价值所占比例在24393067，食物生产的服务价值所占比例在18662082，气体调节的服务价值所占比例在15091699，废物处理的服务价值所占比例在813891，生物控制的服务价值所占比例在727816，授粉的服务价值所占比例在47453l。其他各服务功能的价值多在5以下。这也正好反映了地处干旱区的黑河中游的生态系统类型的分布格局和服务功能的构成情况，黑河中游以农田和草地生态系统为主，这两种类型的面积较大，占到总面积的68以上，而农田的食物生产、授粉等和草地的气体调节和水分调节的价值较大，因此黑河中游的服务价值主要体现在水分调节、食物生产和气体调节上，占到总服务
19、价值表1黑河中游土地类型面积及其生态服务价值构成单位：百万、生态 土地类型 2000年 2005年 20lO年系统 生态价值 比例 生态价值 比例 生态价值 比例森林 有林地 15103 412 15115 369 15129 387灌丛 灌丛 1805l 502 18315 447 18325 468高覆盖草地 5794 161 577 14l 577 147草地 中覆盖草地 13758 382 14945 364 14913 38l低覆盖草地 48898 1359 49014 1195 49041 1253农田 耕地 155943 4333 16342l 3985 165066 42，17
20、沼泽 O26 OOl 029 00l 032 001湿地水体 102228 284 143414 3497 123012 3143城镇 城镇 O O 0 0 0 0沙地 0 O 0 O O 0荒漠盐碱地 125 003 102 O02 097 002合计 359926 100 410156 100 391393 lOO186 万方数据生态经济第32卷第4期(201 6年4月) FcD，Dgjf口，Ec口刀DJ，纱，V0132，No4(April 201 6)的60以上。从时间变化上来看，20002010年，水分调节、营养循环和休闲娱乐的服务价值是先增加后减少的，其他15项服务功能的价值都是先减
21、少后增加的。表2黑河中游生态系统各类服务价值及构成单位：百万、2000年 2005年 2010年服务功能生态价值 比例 生态价值 比例 生态价值 比例气体调节 61146 16，99 60465 1509 614“ 1605气候调节 9654 268 9734 243 9741 254干扰调节 797 221 8115 202 8115 212水分调节 8778 2439 122936 3067 105532 2755水分供应 6636 184 6756 169 6755 176侵蚀控制 5083 14l 51。76 129 5176 135土壤形成 127 O35 1282 O32 1283
22、 033营养循环 1065 296 14941 373 12816 335废物处理 32086 891 32579 813 32584 &5l授粉 191Ol 53l 19007 474 19252 503生物控制 29364 816 29146 727 29563 772栖息地 546 O15 556 O14 556 015食物生产 74933 2082 74796 1866 75614 1974原材料 29-29 O81 2955 O74 2957 077基因资源 0 0 O 0 0 0休闲娱乐 8998 25 1054 263 9808 256文化服务 178 O49 181 O45 1
23、81 047合计 359924 100 400796 100 383028 100323流域土地类型的服务功能价值变化从表3中可以看出，20002005年，服务价值呈负增长的有高覆盖草地和盐碱地，其他类型的服务价值都为正向增长。其中，水体的变化幅度最大，达到4029，其次为盐碱地，变化幅度达到一1840，沼泽的变化幅度为1154，草地的变化幅度为863，其他类型的变化幅度都在5以下；20052010年，服务价值呈负增长有中覆盖草地、水体和盐碱地，其他类型的服务价值都为正向增长。其中，水体的变化幅度最大，达到1422，其次为沼泽，变化幅度达到1034，盐碱地的变化幅度为490，其他类型的变化幅度
24、均很小，接近于O。黑河中游的生态系统服务经济价值呈先增加后减少的趋势，但增加量远大于减少量。主要由于2005年水体和中覆盖草地的面积增加较多，尤其是水体的面积增加了014个百分点所导致的。根据研究期内的黑河径流量水文资料可知，2005年是丰水年，水量激增，黑河及其沿岸低洼地带都被水所淹没，到了2010年黑河水量减少，从而导致水分调节和营养循环功能受到较大的影响。此外，受2000年以来的退耕还草还林工程的影响，也使得草地面积大幅度增加，草地生态系统的结构和功能得到了不同程度的改善。由此可见，黑河中游生态系统服务价值受水体和中覆盖草地面积增加的影响，基本上弥补了由于城镇化等人类活动造成的生态服务价
25、值损失。324流域各类型服务功能的价值变化从表4中可以看出，20002005年，各类服务价值呈减少趋势的有气体调节、授粉、生物控制和食物生产，表3黑河中游不同土地类型生态服务价值变化表单位：百万元组、生态 服务价值变化量 服务价值变化幅度系统 土地类型 20002005 200520lO 20002005 20052010森林 有林地 O12 O14 008 O09灌丛 灌丛 264 O1 146 005高覆盖草地 024 0 一O41 O草地 中覆盖草地 1187 032 863 02l低覆盖草地 116 O27 O24 O06农田 耕地 7478 1645 48 1Ol沼泽 O03 O03
26、 1154 lO34湿地水体 41186 20394 4029 1422沙地 0 0 0 0荒漠盐碱地 023 一O05 184 49合计 5023 18763 1396 457其他类型的服务价值都呈增长趋势。其中，营养循环的变化幅度最大，达到4029，其次为水分调节，变化幅度达到4005，休闲娱乐的变化幅度为1714，其他类型功能的变化幅度都在2以下；20052010年，服务价值呈减少趋势的有水分调节、营养循环和休闲娱乐，其他类型的服务价值都呈增长趋势。其中，营养循环的变化幅度最大，达到1422，其次为水分调节，变化幅度达到1416，休闲娱乐的变化幅度为694，其他类型的变化幅度均在2以下。
27、由于水分调节、营养循环等功能主要由水体、湿地和草地生态系统提供，水体、湿地和草地生态系统一旦有所恢复和改善，影响最大的就是生态系统的水分调节和营养循环功能。33敏感度分析根据CS计算公式，将各类生态类型用地的价值指数分别上下调整50，计算了研究区2000年、2005年和2010年的生态系统服务价值敏感性指数(表5)。结果表明，点S矿对cs的敏感性指数都小于l，说明研究区内醪y对陀是缺乏弹性的，研究结果是可信的。2000年、2005年和2010年，耕地的生态价值系数不论上下调整，其敏感性指数CS值都最大，分别达到0792、0733 1和07753；其次为低覆盖草地，低覆盖草地的生态价值系数上调时
28、的敏感性要远高于下调的敏感性，2000和2010年上调时的CS值都超过了05，分别为0546、05012，只有2005年的Cs值在05以下为04779：灌丛的生态价值系数的敏感性与低覆盖草地的变化类似，都是上调时的CS值远高于下调时的四值。水体的生态价值系数的敏感性指数也比较高，接近于05。4结论与讨论(1)低覆盖草地、沙地、耕地是研究区主要土地利用类型，符合黑河中游干旱区绿洲荒漠景观特征。20002005年，黑河中游面积变化率最大的是水体。其动态度也最高，有林地变化幅度最小，而20052010年水体的减少幅度最大，沼泽的增加，幅度最大，其动态度也最大，低覆盖草地的变化幅度最小。水体和沼泽的这
29、种187万方数据生态经济第32卷第4期(2016年4月) EcD，Dgfc口，EcD珂D打杪，V0132，No4(April 20 l 6)表4黑河中游各类型服务功能价值变化表变化量 变化幅度()服务功能 20002005 200520lO 20002005 20052010盎 年 年 在气体调节 一681 999 111 1，65气候调节 O8 007 O83 O07干扰调节 145 0 182 0水分调节 35l56 17404 4005 1416水分供应 12 -OOl 181 O01侵蚀控制 093 O 183 0土壤形成 O12 OOl O94 O08营养循环 429l 一2125
30、4029 1422废物处理 493 005 154 O02授粉 一094 245 O49 l29生物控制 218 417 074 143栖息地 O1 O 183 O食物生产 一1_37 818 018 109原材料 O26 O02 089 O07基因资源 0 O O O休闲娱乐 1542 732 1714 694文化服务 03 0 169 O合计 40872 17768 1136 _443表5黑河中游生态价值的敏感性调整后总价值 CS土地类型2000年 2005年 20lO年 2000年 2005年 2010年有林 50 355985 406757 388022 O022 O0166 O017
31、2地 50 348769 398926 380183 O066 O0548 O057350 422942 472834 454135 O35 O3056 03206灌丛50 368&97 418818 40009 O05 00422 O044450 366396 416619 397887 O036 O0315 O0332草甸50 35822 408443 3897“ 0009 O0084 O008650 378124 427203 408436 O101 0083l O0871草原50 35682 405854 387132 0017 O021 00218稀疏 50 458156 50816
32、1 4894。8 0。546 O4779 O5012草地 50 36007l 410128 391395 O001 Oo001 050 244008 286063 266352 O644 O6051 0639耕地，50 217325 259824 239669 O792 O733l O775350 359948 410l-39 391409 O 0OOOl O0001沼泽50 359916 41011 391377 0 O0002 0000150 442228 481833 452806 O457 O3495 O-3138水体50 319208 338418 329786 0。226 O349
33、8 O3148盐碱 50 359947 410175 391442 0 0000l OO003地 50 35985 4lOO74 391345 O OO004 OO002注：+50、50表示一种土地类型上下调整50，其他类型不变后的价值。变化特征主要与黑河的水量的变化密切相关。(2)生态服务价值计算结果表明，水体面积的增加对维持黑河中游生态系统服务功能上十分重要。20002010年，黑河中游生态服务价值的上升与黑河水体和沼泽等面积的增加有很大关系，黑河中游生态系统服务价值受水体和中覆盖草地面积增加的影响，基本上弥补了由于城镇化等人类活动造成的生态服务价值损失。如果没有这部分服务价值的补充，流域
34、的生态服务价值将很难维持现有的水准。(3)黑河中游的生态服务价值主要体现在水分调节、食物生产和气体调节上，占到总服务价值的60以上。从时间变化上来看，20002010年，水分调节、营养循环和休闲娱乐的服务价值是先增加后减少的，其他15项服务功能的价值都是先减少后增加的。20002010年黑河中游生态系统单项服务功能价值中，营养循环、水分调节变化幅度最大，由于水分调节、营养循环等功能主要由水体、湿地和草地生态系统提供，水体、湿地和草地生态系统一旦有所恢复和改善，影响最大的就是生态系统的水分调节和营养循环功能。本文在costanza等人的生态系统服务单价的基础上，根据黑河中游的实际情况，对耕地、草
35、地、盐碱地等生态系统服务价值当量因子进行修正，计算了该地区的生态系统服务价值。通过敏感度分析，表明研究区生态系统服务价值对生态服务功能价值指数是缺乏弹性的，研究结果可信，但要想获得实际值，仍需要进行进一步的研究。同时作者认为，计算生态系统服务价值的方法众多，其中有大量的重复计算以及数据偏差的存在，目前尚无更好的方法计量。但是测算出一个宏观的参考值，采用修正后的生态系统服务单价运用于黑河中游无疑是比较合适的。同参考文献：1】Kanchan CThe value of nontimber fbfest products：Anestimation for tropical deciduous for
36、ests in India【J】EconomicBot柏y，l 993，47(3)：25 l一2572邛姗C，RalphA，RudolfD G，et a1111e Vall】e ofllle w讲1ds ecosysLemsel诵ccs and na舡Hal c嘲tal田E】o自cal Ec伽舢1i嗡1998，25：253-260【3】Eade J D O，Moran DSpatial eeonomic Valuation：Benentst啪sfcr using geographical infb珊ation systems【J】Jo啪al ofEnVir0哪ental Management，
37、1996，48：97一110，4孙慧兰，李卫红，陈亚鹏，等新疆伊犁河流域生态服务价值对土地利用变化的响应【J】生态学报，2010(4)：8878945王友生，余新晓，贺康宁，等基于土地利用变化的怀柔水库流域生态服务价值研究叨农业工程学报，2012(5)：246251【6】邓坤枚，石培礼，谢高地长江上游森林生态系统水源涵养量与价值的研究【J】资源科学，2002，24(6)：68737】谢高地，鲁春霞，肖玉，等青藏高原高寒草地生态系统服务价值评估【J】山地学报，2003，21(1)：5055【8】蔡庆华，唐涛，邓红兵淡水生态系统服务及其评价指标体系的探讨fJ应用生态学报，2003，14(1)：13
38、51389】宗跃光，陈红春，郭瑞华，等地域生态系统服务功能的价值结构分析奠宁夏灵武为例四地理研究，2000(2)：14815510】高清竹，何力环，黄晓霞，等海河上游农牧交错地区生态系统服务价值的变化J】自然资源学报，2002，17(6)：706712【11吴大干，刘建，贺同利，等基于土地利用变化的黄河三角洲生态服务价值损益分析J】农业工程学报，2009(8)：25626112】黄青，孙洪波，王让会，等干旱区典型山地一绿洲一荒漠系统中绿洲土地利用覆盖变化对生态系统服务价值的影响J】中国沙漠，2007(1)：7681【13】蒋小荣李丁，李智勇基于土地利用的石羊河流域生态服务价值J中国人口资源与环境，2010，20(6)：687314】余嘉琦，李钢，赵华，等江苏省沛县土地利用变化及其生态服务价值研究【J江苏农业科学，2015，43(6)：37l376【15】吴海珍，阿如旱，郭田保，等基于Rs和GIS的内蒙古多伦县土地利用变化对生态服务价值的影响们地理科学，201l(I)：110115(责任编辑：国怀亮)188 万方数据