洞庭湖區土地生態功能價值變化分析

王海燕 段建南 楊威 胡文敏 劉藝

摘 要：研究土地生態功能價值變化對土地資源的可持續利用和生態環境保護具有重大意義。基于遙感和ArcGIS平臺，利用洞庭湖區2001年及2011年遙感影像數據進行土地利用分類；通過對中國陸地生態系統單位面積價值的糧食產量修正，分析洞庭湖區土地生態功能價值及其變化特征。結果表明：草地、水體和未利用地面積減少，草地減少最多；建設用地、農用地和林地面積增加，建設用地增加最多。2001～2011年洞庭湖區土地生態功能價值減少了2.555億元，變化率為-1.47%，減少的價值主要體現在廢物處理、土壤形成與保護生態功能上，建設用地擴張、草地退化是導致土地功能價值降低的主要原因。

關鍵詞：土地生態功能； 土地利用變化； 生態功能價值； 洞庭湖區

中圖分類號：F301.24文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2016）05-0089-04

Abstract Studying on the change of land ecological function value has great significance to the sustainable use of land resources and ecological environment protection. Based on the remote sensing and ArcGIS platform， the image data in 2001 and 2011 were used to make land use classification. Through revising the value per unit area of terrestrial ecosystem in China by means of grain output method， the value of land ecological function and its change characteristics in Dongting Lake were analyzed. The results showed that the areas of grassland， water land and unused land decreased， and the grassland decreased the most； those of construction land， farmland and woodland increased， and the construction land increased the most. The land ecological function value of Dongting Lake decreased by 255.5 million yuan with the annual change rate of -1.47% from 2001 to 2011. The reduced value was mainly in waste treatment， soil formation and ecological function protection. The decrease of land ecological function value was mainly attributed to the rapid expansion of construction land and grassland degeneration.

Key words Land ecological function； Land use change； Ecological function value； Dongting Lake district

土地是人類生存和社會經濟可持續發展的基本條件，是人類福祉的源泉，具有生產、生態和社會功能，在維持生命的支持系統和環境的動態平衡方面起著不可替代的重要作用[1]。近幾十年來，由于自然過程和人類不合理利用等原因，氣候變暖、土地荒漠化、土壤侵蝕、水污染等環境問題逐年加重，人們切實意識到土地資源所提供的涵養水源、防風固沙、保持水土等生態功能的重要性。因此，如何準確地計算土地生態功能價值，就成為當前研究的熱點[2]。

洞庭湖區是湖南乃至全國的“魚米之鄉”，自然資源極為豐富，農業生產基礎雄厚；而洞庭湖是我國的第二大淡水湖，是長江中游重要的調蓄滯洪區和水源地，因此，該區對保障長江流域水生態安全和國家糧食安全有重大責任[3]。但由于城市擴張、人為破壞等因素，洞庭湖區出現水域面積減少、草地退化、漁業資源減少等現象，面臨著嚴重的生態危機。對洞庭湖區土地生態功能價值進行估算并分析其變化， 對遏制土地生態功能的繼續破壞和喪失具有重要的現實意義，可進一步指導人類科學利用和管理土地資源，促進土地資源可持續利用，也有利于生態文明建設。

1 研究區域與數據來源

1.1 研究區概況

洞庭湖區位于湖南省北部，長江中游南岸，跨湖南、湖北兩省，主要包括岳陽、益陽、常德市，地理位置在北緯28°03′～30°20′，東經110°40′～113°30′之間，總面積約21 000 km²。洞庭湖是中國第二大淡水湖，也是長江流域最大的調蓄滯洪湖泊和水源地，其北有長江，南有湘江、資水、沅水、澧水四水，具有“洪水一片，枯水一線，大水湖相，小水河相” 的景觀特點。該區位于亞熱帶濕潤氣候區，氣候溫和，降水集中，盛產稻米和棉花，被稱為“魚米之鄉”，是我國重要的商品糧食基地。洞庭湖有著豐富的植物資源和動物資源，是珍稀候鳥越冬棲息地[4～6]。

1.2 數據來源

本研究遙感數據來源于美國地質調查局USGS提供的2001、2011年的Landsat 4-5 TM和Landsat 7 ETM+衛星數字影像，所有影像經過數字質量控制，含云量低于5%，圖像層次清晰，便于目視解譯和信息提取。圖像預處理經過了輻射校正、幾何校正、去條帶等。采用的非遙感信息數據主要有地理空間數據、氣象數據和人口社會經濟數據及相關文獻。

2 洞庭湖區土地利用覆被分類

本研究采用遙感與地理信息系統一體化的信息提取方法建立土地利用分類系統，通過影像校正、遙感解譯、土地利用分類等方法提取洞庭湖區的土地利用類型信息。根據《國家級土地利用與覆被分類系統》，采用分層決策樹的監督分類方法對土地進行分類，先分為旱地、水田、高覆蓋林地、低覆蓋林地、高覆蓋草地、中覆蓋草地、低覆蓋草地、湖泊、河流、水庫、城鎮用地、農村居民點用地、沙地、其他用地14個類型，然后參考2007年《土地利用現狀分類標準（GB/T21010-2007）》，按照科學性、全面性、可判讀性、地域差異性原則，制定洞庭湖區土地利用分類系統，合并成一級類：農用地、林地、草地、水體、其他用地、建設用地6個類型。利用ArcGIS，經過統計計算和數據處理，得到洞庭湖區2001年和2011年土地利用各類型面積（表1）及其消長變化（表2），可以反映洞庭湖區土地利用變化的程度。

由表1、表2可以看出，2001～2011年洞庭湖區各土地利用類型面積都有不同程度的變化。變化最大的是建設用地，增加了48.45%，農用地和林地分別增加了4.60%和13.60%，草地、其他用地分別減少了26.23%和11.74%，變化最小的是水體，僅減少3.57%。

3 洞庭湖區土地生態功能價值變化分析

3.1 洞庭湖區土地主要生態功能

土地的生態功能是指土地為維持生物體及人類生存所提供的自然環境條件，是生態系統服務功能的一部分。國內外許多學者對土地生態系統有著深入的研究，如：Costanza 等將生態系統的服務分為17個類型，主要包括原材料生產、氣候調節、涵養水源、休閑娛樂、生物多樣性、棲息地以及科研文化等[7]，2001年聯合國發起千年生態系統評估（Millennium Ecosystem Assessment，簡稱MA），對全球的陸地、水生生態系統進行了多尺度、綜合的評價；吉麗娜、毛德華、陳鵬等對不同的濕地類型提出了不同的指標體系[8～10]。結合本研究區域及研究對象的特點，將洞庭湖區土地的生態功能價值分為以下6個指標：氣體調節、氣候調節、水源涵養、土壤形成與保護、廢物處理、生物多樣性維持。

3.2 洞庭湖區土地生態功能價值估算方法

洞庭湖區土地生態功能屬于間接使用價值，所以采取替代市場法來估算。結合研究區的特點和資料可獲取性，對謝高地等人制定的“中國不同陸地生態系統單位面積生態服務價值表”以糧食產量進行修正[11]，并用于對研究區土地生態功能價值量進行估算，從而既能綜合分析某一土地利用類型提供的服務，又能反映其動態變化特征。

首先，以糧食產量為基準進行區域修訂，假定當量表中不同土地利用類型的生態服務價值當量比例保持不變，將研究區農田自然糧食單位面積產量與全國農田自然糧食單位面積產量的比值作為地區修訂系數，將土地利用類型與生態系統相對應起來，如林地—森林、草地—草地、農用地—農田、水體—水體、未利用地—荒漠，得到研究區土地單位面積生態功能價值表。修訂方法如下：

其中k表示生態功能當量的區域修訂系數，A、A0分別表示研究區和全國農田單位面積糧食產量，Ej為第j類土地利用類型經地區修訂后的生態功能當量，E0j為第j類土地利用類型全國平均的生態功能當量。

然后，計算出各土地利用類型的生態功能價值和單項生態功能價值，計算公式如下[12]：

其中，EFV為生態功能價值（元），An為研究區第n種土地利用類型的面積（hm²），VCn為第n種土地利用類型的生態功能價值系數（元/hm²）；EFVx為土地第x項功能的服務價值（元），VCxn為第n種土地利用類型所對應第x項功能的生態功能價值系數（元/hm²）。

3.3 結果與分析

3.3.1 土地利用單位面積生態功能價值估算 為了反映土地利用對洞庭湖區土地生態功能價值的影響，本文選取近五年（2010～2014年）湖南省年均自然糧食產量與全國單位面積自然糧食產量均值作為A、A0，分別為6 006.0、5 239.9 kg/hm²，由公式（1）計算出該區域的修訂系數為1.15，由公式（2）計算出洞庭湖區土地單位面積生態功能價值表（表3）。

3.3.2 土地生態功能價值估算 根據公式（3）、（4）對2001年和2011年的土地生態功能價值進行估算，結果見表4。可知，洞庭湖區土地生態功能價值總體呈下降趨勢，2011年比2001年減少了2.555億元，變化率為-1.47%。

3.3.3 各項生態功能的價值變化 由表4可知，洞庭湖區廢物處理的價值最高，2001、2011年分別為43.293億元和41.758億元，占總價值的24.85%和24.32%，呈下降趨勢。主要因為城市規模擴張、工廠“三廢”排放、農藥化肥使用和生活廢棄物進入河流，導致水體富營養化和水污染嚴重，使得廢物處理的功能下降。

水源涵養的價值較高， 2001、2011年分別為41.475億元和40.909億元，分別占總價值的23.80%和23.83%，略有上升。主要是洞庭湖區水源豐富，其西南有湘江、資江、沅江、澧水入湖，北有長江的藕池、松滋、太平入湖，且降水充沛，使得水庫蓄水量增加，以及林地面積增加等因素致使水源涵養的價值越來越大。

土壤形成與保護的價值有所下降，2001年為30.713億元，2011年為30.006億元，分別占總價值的17.63%、17.48%。主要是因為泥沙淤積、洪水沖刷作用導致水土流失嚴重，使得土壤形成與保護功能減弱。

生物多樣性維持功能價值低于廢物處理、水源涵養和土壤形成與保護，2001年為22.967億元，2011年為22.770億元。洞庭湖區生物資源豐富，湖區原有水生生物270多種，其中魚類114 種，是國內著名的淡水魚業基地之一。

氣體調節、氣候調節的生態功能價值都有所增加，主要是因為林地占地面積大，且近十年面積增加，使得其固碳釋氧量增加，氣體、氣候調節功能也越來越強。

3.3.4 各土地利用類型生態功能價值變化分析

從洞庭湖區生態功能的價值構成（表5）來看，林地和水體的生態功能價值占主要部分，超過總價值的50%，農用地、草地次之，未利用地所占價值比例最小，不足0.50%。

其中，林地對洞庭湖生態功能總價值的貢獻率最高，從28.24%增加到32.56%，表明由于生態環境的惡化，政府高度重視洞庭湖區的治理和保護工作，加強造林綠化，有效遏制亂征濫占林地。

其次為水體對洞庭湖區生態功能總價值的貢獻率，由28.56%下降到27.96%，呈下降趨勢，主要是因為自然因素和人類不合理利用，導致泥沙淤積、洪澇災害嚴重，水面生態功能下降。

草地和農用地對洞庭湖區生態功能總價值的貢獻率也較大，但草地的貢獻率呈下降趨勢，而農用地的貢獻率呈上升趨勢，主要是因為農用地、建設用地面積增加，使得草地面積減少，再加上人類利用不合理，導致草場退化嚴重，使得草地在氣體調節、水源涵養、廢物處理、生物多樣性維持等生態功能方面的價值逐漸減少。

4 結論與討論

4.1 土地的生態功能不等同于生態系統服務功能，二者既相互聯系又相互區別。土地生態功能是生態系統服務功能的一部分，不包括生態系統提供的產品（生產功能）和社會娛樂功能（社會功能），但是其功能的計算需要借鑒生態系統服務價值的計算方法。

4.2 2001～2011年洞庭湖區土地利用發生了較大變化，建設用地增加了48.45%，草地減少了26.23%，這影響了該區土地生態功能的發揮，導致其生態功能總價值下降了2.555億元，變化率為-1.47%。城鎮快速發展、建設用地擴張是造成這一結果的主要原因。

4.3 草地的生態功能價值減少最多，說明大量的草地向建設用地和農用地轉化，而人類的不合理利用也導致草地退化嚴重。價值系數高的水域生態功能價值也呈下降趨勢，這需要政府進一步加強在水土保持、退田還湖、平垸行洪等方面的治理。

4.4 洞庭湖區土地生態功能退化主要體現在廢物處理、土壤形成與生態功能保護上，主要是由土壤侵蝕、泥沙淤積嚴重和快速城市化造成的。要實現區域的可持續發展，必須處理好“經濟發展”與“生態保護”的關系，互利互惠，實現共贏。相關部門需加強監督和保護，建立和健全生態補償制度，加大生態保護的宣傳力度，進一步提高人們的環保意識。

參 考 文 獻：

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