陜北黃土高原地區生態系統服務功能價值變化分析

杜芬玲， 張朝輝, 余盼盼

(1.中煤航測遙感集團有限公司航測工程分公司，陜西西安 710054；2.西安科技大學測繪科學與技術學院，陜西西安 710054)

陜北黃土高原地區生態系統服務功能價值變化分析

杜芬玲1， 張朝輝2, 余盼盼2

(1.中煤航測遙感集團有限公司航測工程分公司，陜西西安 710054；2.西安科技大學測繪科學與技術學院，陜西西安 710054)

摘要以2000、2005和2010年陜北黃土高原地區土地利用數據為基礎，在收集已有生態系統服務功能價值研究成果的基礎上，對區域內2000～2010年生態系統服務功能價值變化進行分析。結果表明：受退耕還林還草工程實施影響，陜北黃土高原地區耕地大面積減少，草地大面積增加；區域內總體生態系統服務功能價值增加，共增加9 500萬元，林地貢獻較大；生態系統服務功能中，廢物處理、食物生產、水分供應和氣體調節功能價值最大；廢物處理、侵蝕控制和娛樂功能價值增加最大，而土壤形成、水分供應和氣候調節功能價值減少最大；娛樂、水分控制和侵蝕控制功能價值增加幅度最大，而土壤形成和氣候調節功能價值減少幅度最大。

關鍵詞土地利用；生態系統；退耕還林還草工程；黃土高原

退耕還林還草工程是我國實施的一項重要的生態環境建設與保護工程，產生了廣泛的生態環境及社會經濟效益[1-2]。陜北黃土高原地區是退耕還林還草工程實施的重要區域，自1999年試點實施以來，區域內土地利用發生了較大變化，表現為耕地面積大幅減少，林地、草地面積大幅上升[3-4]。隨著2014年底新一輪退耕還林還草工程的重啟，科學評價前一階段退耕還林還草工程實施成效，找出實施過程存在的問題，對于退耕還林還草工程實施具有重要的現實意義。

土地利用變化研究已經具有較長時間，且研究內容逐漸從土地利用數量[5-7]、結構變化[8-10]，向土地利用功能變化方面發展[11-13]。土地利用變化所引起的生態系統服務功能價值變化作為土地功能的重要方面，受到很多學者的關注與重視[14-16]。筆者根據2000、2005和2010年陜北黃土高原地區土地利用數據，在收集各土地利用類型生態系統服務功能價值的基礎上，對區域內生態系統服務功能價值變化進行分析，為科學評價退耕還林還草工程提供參考。

1數據來源與研究方法

1.1研究區概況陜北黃土高原地區位于陜西省北部，包括榆林地區(北部為毛烏素沙地南緣)和延安地區，位于107°15′56″～111°13′10″E、35°21′56″～39°35′06″N。2011年底，區域內總人口為554.64萬，土地總面積為80 624 km2。該地區屬于溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫為9.5 ℃，年降水量為506.5 mm，年平均日照時數為2 540 h，無霜期194 d。全境屬黃河流域，主要河流有無定河、延河等[17]。

1.2數據來源研究使用的數據包括：①2000、2005和2010年陜西省1∶10萬矢量土地利用數據，來源于“全國生態環境十年變化(2000-2010)遙感調查與評估”項目，分類影像2010年以國產環境衛星為主，2000和2005年以TM影像為主。地理坐標為GCS_WGS84，投影為Albers橢球體，中央經度105°。分類體系包括7個一級分類和30個二級分類；②陜西省矢量縣級行政邊界圖。

1.3研究方法

1.3.1土地利用數據提取。以2000、2005和2010年陜北黃土高原地區矢量土地利用數據為基礎，在ArcGIS軟件中提取各年份各種土地利用面積。研究中涉及的土地利用類型主要包括林地、草地、水域、耕地、建設用地和未利用地。

1.3.2生態服務價值計算。據Costanza等[16]提出的全球生態系統服務功能價值測算方法，計算研究區生態系統服務功能價值，公式如下：

V=∑PiAi

式中，Pi為單位面積土地利用類型i的生態系統服務功能價值(元/hm2)；Ai為研究區內土地利用類型i分布面積(hm2)；V為研究區生態系統服務功能總價值(元)。

參照王曉峰等[12]及Costanza等[16]的研究成果，得到單位面積生態服務價值(表1)。由表1可知，生態服務價值中包括了14種生態服務功能。水域的單位面積生態服務價值最大，其次為林地、草地、耕地和未利用地，建設用地最小，并且耕地生態服務價值高于草地。

2結果與分析

2.1土地利用變化受退耕還林還草工程實施影響，2000～2010年陜北黃土高原地區土地利用結構未發生明顯變化，但土地利用類型面積發生了明顯變化。主要表現在耕地、林地和草地3種類型上。2000～2010年，草地面積最大，所占總土地面積比例增加4.1%，增加了323 052 hm2，增加幅度為9.0%；林地面積次之，所占總土地面積比例僅增加了0.5%，增加了41 244 hm2，增加幅度為2.6%；耕地減少面積最大，所占總土地面積比例減少5.0%，減少了394 908 hm2，減少幅度為19.6%(表2)。從表2也可看出，陜北黃土高原地區的土地利用類型面積變化主要集中在2000～2005年，2005～2010年變化較小。

表1　單位面積生態服務價值　元/hm2

表2　2000、2005和2010年土地利用類型面積

2.2生態系統服務功能價值變化

2.2.1總體生態系統服務功能價值變化。2000～2010年陜北黃土高原地區生態系統服務功能價值總體增加，但增加幅度不大。受退耕還林還草工程實施影響，該區域土地利用發生較大變化，耕地大面積減少，而草地大面積增加。由表1可知，草地生態系統服務功能總價值為1 307.42元/hm2，耕地為1 702.74元/hm2。可見，草地生態系統服務功能價值低于耕地。由于耕地轉為草地，變化區域的生態系統服務功能總價值減少。區域內林地面積增加對生態系統服務功能總價值增加貢獻較大。

2000～2010年，區域內耕地生態服務價值減少，減少6.72億元，減少幅度為19.63%；林地生態服務價值增加，增加3.74億元，增加幅度為2.55%；草地生態服務價值增加，增加4.22億元，增加幅度為9.03%。總體上，2000～2010年陜北黃土高原地區生態服務價值增加，增加0.95億元，增加幅度僅為0.39%(表3)。

表3　2000～2010年生態服務價值變化

2.2.2各生態系統服務功能類型價值變化。2000～2010年各生態系統服務功能類型價值變化見表4。由表4可知，在所有生態系統服務功能中，廢物處理功能價值最大，超過100億元，其次為食物生產、水分供應和氣體調節功能，生態系統服務功能價值在20億元左右，其他生態系統服務功能價值較低，均在10億元以下。2000～2010年，廢物處理功能價值增加最大，增加了2.4億元，增加幅度為1.86%，其次為侵蝕控制功能和娛樂功能，分別增加了0.43億和0.23億元，增加幅度分別為6.81%和3.02%。土壤形成、氣候調節和水分供應功能價值減少，分別減少1.47億、0.83億和0.47億元。從變化比例看，2000～2010年研究區土壤形成和氣候調節功能價值降幅最大，分別下降了15.21%和13.89%。文化、水分控制和侵蝕控制功能價值增幅最大，分別為8.38%、8.34%和6.81%。

表4　2000～2010年各生態系統服務功能類型價值變化

3結論與討論

受退耕還林還草工程實施影響，陜北黃土高原地區土地利用發生了較大改變。根據2000、2005和2010年土地利用數據，結合已有生態系統服務功能價值研究成果，對該區域土地利用變化引起的生態系統服務功能價值變化進行分析，結果表明：

(1)受退耕還林還草工程實施影響，陜北黃土高原地區土地利用發生較大變化，耕地大面積減少，草地大面積增加，林地增加面積次之。

(2)2000～2010年，陜北黃土高原地區總體生態系統服務功能價值增加，共增加0.95億元，對生態系統服務功能價值增加貢獻較大的土地利用類型為林地。

(3)2000～2010年，生態系統服務功能中，廢物處理、食物生產、水分供應和氣體調節功能價值最大；廢物處理、侵蝕控制和娛樂功能價值增加最大，而土壤形成、水分供應和氣候調節功能減少最大；娛樂、水分控制和侵蝕控制功能價值增加幅度最大，而土壤形成和氣候調節功能價值減少幅度最大。

陜北黃土高原地區生態系統服務功能價值分析表明，生態服務功能價值能夠應用于土地利用變化的生態環境效應分析當中，并能為土地利用變化引起的土地利用功能分析提供方法和途徑。但僅從土地利用一級分類方面進行探討，有些單薄，若能夠從土地利用二級分類方面入手，分析各土地利用二級分類的生態系統服務功能價值，則更具有理論和實際意義。

參考文獻

[1] 馬永歡, 樊勝岳.沙漠化地區退耕還林政策的生態經濟效益分析：以民勤縣為例[J].自然資源學報, 2005, 2(4)：590-596.

[2] 吳禮軍, 劉青, 等.全國退耕還林工程進展成效綜述[J].林業經濟, 2009(9)：21-26.

[3] 張建軍, 陳鳳娟, 白建勤, 等.1983-2009年黃土高原溝壑區耕地結構特征演變分析[J].農業工程學報, 2012, 28(16)：232-239.

[4] 宋乃平, 王磊, 劉艷華, 等.退耕還林草對黃土丘陵區土地利用的影響[J].資源科學, 2006, 28(4)：52-57.

[5] 王曉峰, 任志遠.近14年榆林北六縣土地利用變化及驅動力分析[J].水土保持研究, 2006, 13(6)：201-207.

[6] 宋開山, 劉殿偉, 王宗明, 等.1954年以來三江平原土地利用變化及驅動力[J].地理學報, 2008, 63(1)：94-104.

[7] VERBURG P H,VELDKAMP A,FRESCO L O.Simulation of changes in the spatial pattern of land use in China [J].Applied geography, 1999, 19：211-233.

[8] 宋乃平, 張鳳榮.鄂爾多斯農牧交錯土地利用格局的演變與機理[J].地理學報, 2007, 62(12)：1299-1308.

[9] 林目軒, 師迎春, 陳秧分, 等.長沙市區建設用地擴張的時空特征[J].地理研究, 2007, 26(2)：265-274.

[10] FU C.Potential impacts of human-induced land cover change on east Asia monsoon [J].Global and planetary change, 2003, 37(3/4)：219-229.

[11] 徐勇, 張同升, 楊勤科.黃土高原安塞縣生態退耕情景及農業影響[J].地理學報, 2006, 61(4)：369-377.

[12] 王曉峰.榆林市土地生態系統服務功能價值測評[J].地球科學與環境學報, 2009, 31(3)：302-305.

[13] 梁小英, 顧錚鳴, 雷敏, 等.土地功能與土地利用表征土地系統和景觀格局的差異研究：以陜西省藍田縣為例[J].自然資源學報, 2014, 29(7)：1127-1135.

[14] 冉圣宏, 呂昌河, 王茜.生態退耕對安塞縣土地利用及其生態服務功能的影響[J].中國人口·資源與環境, 2010, 20(3)：111-116.

[15] 秦偉, 朱清科, 賴亞飛.退耕還林工程生態價值評估與補償：以陜西省吳起縣為例[J].北京林業大學學報, 2008, 30(5)：159-164.

[16] COSTANZA R，ARGE R，GROOT R, et al.The value of the world’s ecosystem services and natural capital[J].Nature, 1997, 387：253-260.

[17] 陜西省統計局, 國家統計局陜西調查總隊.陜西統計年鑒(2012)[M].北京：中國統計出版社,2012.

中圖分類號S27；X832

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2015)30-247-03

基金項目西安科技大學培育基金項目(2014007)。

作者簡介杜芬玲(1981- )，女，河南博愛人，工程師，從事地理信息系統工程研究。

收稿日期2015-09-11

Analysis of Ecosystem Services Value Change in Loess Plateau Area of Northern Shaanxi Province

DU Fen-ling1, ZHANG Zhao-hui2, YU Pan-pan2(1.Department of Remote Sensing and Surveying and Mapping, Aerial Photogrammetry and Remote Sensing of China Coal Group Corporation, Xi’an, Shaanxi 710054; 2.College of Geomatics, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an, Shaanxi 710054)

AbstractLand use data in the year of 2000, 2005 and 2010 was used to analyze ecosystem services value change from 2000 to 2010 on the basis of collected research results of ecosystem services value.Result showed：Farmland was decrease largely while grassland was increase largely in Loess Plateau area of northern Shaanxi Province influenced by GGP.The overall ecosystem services value was increase with 0.95×108yuan, and woodland was contribute greatly.In the function of ecosystem services, the value of waste treatment, food production, water supply and gas regulation function was the biggest.The value of waste treatment, erosion control and entertainment function was increase largely, while the value of soil formation, water supply and climate regulation function was decrease largely.The value of entertainment, water control and erosion control function was with the largest increased percentage, while the value of soil formation and climate regulation function was with the largest decreased percentage.

Key wordsLand use; Ecosystem; GGP; Loess Plateau