濱海生態脆弱區土地生態系統服務價值動態變化分析——以黃驊市為例

毛曉曦, 郭云繼, 崔江慧, 王樹濤

(河北農業大學 國土資源學院, 河北 保定 071000)

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濱海生態脆弱區土地生態系統服務價值動態變化分析
——以黃驊市為例

毛曉曦, 郭云繼, 崔江慧, 王樹濤

(河北農業大學 國土資源學院, 河北 保定 071000)

以黃驊市為研究區，運用ENVI遙感技術解譯出黃驊市1990年、2000年、2014年三期影像，分析研究區各生態類型的變化特征，采用生態系統服務價值評估方法對該地區生態系統服務價值進行測算并分析其變化情況。結果表明：(1)1990—2014年，黃驊市園地和建設用地面積增加，耕地、草地、水域、鹽堿地和未利用地面積減少；(2) 黃驊市1990年、2000年、2014年土地生態服務價值分別為418 629.47萬元、415 055.68萬元和411 372.07萬元，土地生態系統總服務價值共減少7 257.40萬元。其中，園地和建設用地的生態服務價值增加;耕地、草地、水域、鹽堿地和未利用地的生態服務價值減少；(3) 1990—2014年,水源涵養和廢物處理服務功能價值在研究區土地生態系統服務價值構成中貢獻度最大，原材料最小。此外，研究區只有原材料供給增加,其他均在減少，減少最多的是廢物處理。

土地生態系統服務價值; 動態變化; 黃驊市

生態系統服務是由自然資本的能流、物流、信息流構成，通過其功能直接或者間接得到的產品和服務，與非自然資本的結合產生人類福利[1-2]，對于人類生存和生活質量有著巨大的貢獻。科學評估生態系統的服務價值，并對其時空演化特征進行定量化描述，可為制定合理的生態保護政策提供重要參考。我國最早對生態系統服務價值進行評估是在20世紀80年代初。研究初期，主要是模仿與介紹國外生態系統服務功能概念、內涵、評估方法等研究方式與成果。然后轉變為逐漸的嘗試對生態系統服務進行研究，并取得了諸多成果[3]。隨著科學技術的快速發展，我國在對生態系統價值的評估過程當中引入遙感技術。遙感技術作為先進的對地觀測技術，在地物信息提取方面得到廣泛的應用，可以實時的、動態的監測生態系統服務的歷史及現實變化情況，為生態系統服務價值評估提供由點到面的技術支持[4]。

本文借助遙感技術，對黃驊市土地生態系統服務價值進行測算研究，分析其變化特征及規律，評估黃驊市生態服務價值狀況，為研究區未來的區域發展規劃、土地開發利用以及區域的可持續發展提供依據。

1　研究區域與研究方法

1.1研究區概況

黃驊市位于河北省東南部，是河北省滄州市管轄的縣級市，東臨渤海、西依滄州、南靠山東、北倚京津。位于117.08°—117.82°E和38.15°—38.65°N，總面積1 717.50 km2，處在華北沖積平原黑龍港流域的最東端，地勢低洼平坦，海拔高程一般為3～5 m[5]。地處暖溫帶半濕潤季風氣候區，因為靠近渤海而略具有海洋氣候特征，季風顯著，四季分明。歷年平均日照時數為2 755 h，平均無霜期194 d，年平均蒸發量1 908.7 mm，年平均降水量627 mm，降水年際變化大，時空分布不均。淡水資源嚴重缺乏，礦化度高，分布不均，含氟量高。處于“環渤海”及“環京津”的樞紐地帶，不僅是滄州渤海新區的重要組成部分，也是“現代化沿海經濟隆起帶”的重要窗口。

1.2數據來源與處理

(1) 本文所選取的數據包括遙感影像數據：1990年4月5日的TM影像從美國地質調查局獲取，2000年4月23日的ETM+和2014年4月3日的ETM+影像從地理空間數據云獲取。三期影像信息見表1。

表1　遙感影像數據來源

矢量數據：黃驊市行政邊界矢量圖、黃驊市2014年土地利用現狀圖、黃驊市國民經濟和社會發展統計年鑒等。

(2) 本文使用ENVI 4.7軟件進行遙感影像的預處理，預處理包括幾何校正和影像裁剪。幾何校正的目的是糾正系統及非系統性因素對遙感影像造成的影響，達到與標準圖像或地圖相吻合的目的[6-8]。影像裁剪的目的是將研究之外的區域去除。

1.3生態系統服務價值測算方法

Costanza等[9]于1997年《全球生態系統服務價值和自然資本》一文，提出了生態系統服務價值估算的方法，標志著全球生態系統服務價值評估研究便進入了一個繁榮期。但研究發現，Constanza生態服務價值評估模式在我國的直接應用存在缺陷，即該生態服務價值體系主要適用于歐美發達國家，在我國應用時生態系統服務價值將被高估[10]。

因此本文采用謝高地等在參考Constanza研究成果的基礎上結合中國的實際情況，研究出符合我國實際情況的生態系統服務類型的劃分、我國陸地生態系統單位面積生態系統服務價值以及新的生態系統服務評估單價體系[11]見表2—4。

表2　生態系統服務類型劃分

根據謝高地等的研究成果及河北省的區域修正系數1.02[11]，得到黃驊市單位面積生態服務價值表(表5)。其中，耕地與農田對應，園地生態系統的單位面積生態服務價值則取草地與園地的單位面積生態服務價值的平均值[12-14]，水域與水體相對應，建設用地按荒漠生態系統類型的生態服務價值來計算[15]，鹽堿地通過王海星等學者的研究計算得到[16]，未利用地與荒漠對應。在此基礎上利用Costanza公式計算黃驊市土地生態系統服務價值，公式如下：

(1)

式中：ESV——年生態系統服務總價值；Ai——研究區第i種生態類型的分布面積(i=1，2，…，7，為生態類型)；VCi—第i種生態系統類型的生態系統服務價值當量。

各生態類型的貢獻率為：

ESVCi=ESVi/ESV

(2)

式中：ESVCi——第i種類型在生態系統服務價值中的貢獻率；ESVi——第i個土地生態類型的年生態服務價值。

表3　中國生態系統單位面積生態服務價值當量

表4　中國不同陸地生態系統單位面積生態服務價值　元/(hm2·a)

表5　黃驊市生態系統單位面積生態系統服務價值　元/(hm2·a)

2　結果與分析

2.1土地利用變化分析

黃驊市土地利用類型多樣，結構也較復雜，20多年來隨著外界條件的影響發生了很大變化。本文通過對1990年、2000年和2014年黃驊市遙感影像的解譯，并利用GIS的空間分析功能，得到了這三個時期的土地利用現狀結果，見表6。

根據表6的統計結果，研究區土地利用類型均主要以耕地、建設用地、水域為主，其中未利用地主要是荒地。研究期間地類呈現“二增五減”的變化規律。“二增”是指城鄉用地、園地增加，“五減”是指耕地、草地、水域、鹽堿地和未利用地減少。

建設用地和園地面積增長。建設用地面積是整個研究期間面積增加最快的地類，由1990年的47 283.83 hm2，增至2000年的49 927.42 hm2，2014年達到52 157.37 hm2，主要原因是隨著城市化建設速度的加快和工業的快速發展，交通、居住用地的逐漸增加。園地面積20 a來共增長1 268.95 hm2，這與近些年來，黃驊市大力發展棗樹種植有很大關系。耕地面積大幅度持續減少。耕地面積由1990年的78 806.08 hm2，減少至2000年的35 300.72 hm2，最后減少至2014年的76 875.71 hm2，其持續減少的主要原因是農業結構的調整和建設用地的擴張。此外，草地、水域、鹽堿地和未利用地面積均有不同程度的減少。

2.2土地生態系統服務價值總量變化分析

依據黃驊市單位面積生態系統服務價值和黃驊市生態類型面積，運用生態系統服務價值的估測方法計算得到黃驊市1990—2014年土地生態系統服務價值變化(表7)。結合研究期間黃驊市的經濟和人口數據，得到黃驊市1990—2014年萬元GDP和人均生態服務價值(表8)。

表6　不同年份黃驊市土地利用類型面積及比例

表7　1990-2014年黃驊市生態系統服務經濟價值總量

表8　黃驊市1990-2014年萬元GDP和人均生態服務價值

由表7可以看出：

(1) 土地生態系統服務價值構成中，耕地、水域和鹽堿地3種土地生態類型的比重是較大的。

(2) 1990—2000年，生態服務價值減少3 573.79萬元，平均每年減少357.38萬元，平均每1 hm2土地生態服務價值年凈減少量是14.94元。園地增加442.74萬元，建設用地增加100.15萬元，耕地、草地、水域、鹽堿地和未利用地均減少，分別減少了569.13萬元、138.88萬元、1 302.04萬元、2 079.61萬元和27.01萬元。

2000—2014年生態服務價值減少3 683.62萬元，平均每年減少368.36萬元，平均每1 hm2土地生態服務價值年凈減少量是15.40元。園地增加最多，為1 223.09萬元。鹽堿地減少最多，為2 837.73萬元。

1990—2014年，黃驊市土地生態系統服務總價值(總ESV)不斷減少，總體上20 a間共減少7 257.40萬元，平均每年減少量為362.87萬元，平均每1 hm2土地生態服務價值年凈減少量為15.18元。1990—2014年，園地和建設用地的生態服務價值是增加的，其中園地的生態服務價值增加最多，從1990年的5 418.94萬元增加到2014年的7 084.77萬元，共增加了1 665.83萬元；耕地、草地、鹽堿地、水域和未利用地的生態服務價值都是減少的，耕地的生態服務價值減少1 203.89萬元、草地減少了257.37萬元、水域共減少了2 683.36萬元、鹽堿地減少最多，為4 917.34萬元、未利用地減少最少，為45.90萬元。

(3) 表8表明：研究區的人口經歷了先增加又減少的過程，而GDP的變化則是先減少再增加，但1990—2014年總體上人口和GDP均增加，分別增加了9.30萬人和92.22萬元，因此人均生態價值和萬元生態服務價值量分別呈現先增加后減少和先減少后增加的現象，1990—2000年人均生態價值減少了3 000.88元，2000—2014年增加了468.55元，總體來說，人均生態價值減少了2 535.33元；1990—2000年萬元生態服務價值增加了2 173.12元，2000—2014年減少了5 761.89元，總體上萬元生態服務價值減少了3 588.77元。從生態系統服務價值與經濟發展的關系上看，這一階段區域經濟的發展，是以犧牲生態環境為代價的，社會經濟的快速發展破壞了生態環境。

2.3土地生態系統服務價值結構變化分析

生態系統各單項服務功能價值占總價值的百分比即為生態系統服務總價值結構。生態系統功能組成及其多樣性對生態系統過程的影響比物種的多樣性更為顯著[17]。因此不能僅通過生態系統服務總價值的增減，來衡量生態系統各單項服務功能價值的增減，研究生態系統服務總價值結構的變化情況，對衡量區域生態價值具有重要意義[18]。結合各類用地數據并結合表9得到研究區不同價值的變化情況。

表9　1990-2014年黃驊市生態服務價值總構成及比例

表10　黃驊市生態服務價值結構變化　萬元

(1) 根據表9—10可以看出：在研究區土地生態系統生態服務價值構成中，水源涵養和廢物處理服務價值功能貢獻度較大，兩者占總生態服務價值的50%以上，原材料服務功能最小，占總生態服務價值的百分比不到1%。

(2) 表10表明，1990—2000年期間，原材料生產的生態服務價值增加20.89萬元，廢物處理減少了1 180.31萬元，減少最多；水源涵養次之，減少了1 017.10萬元；減少最少的是食物生產，為99.65萬元；氣體調節、氣候調節、保持土壤、維持生物多樣性和提供美學景觀及文化娛樂分別減少了108.08萬元、798.95萬元、165.07萬元、164.73萬元和297.91萬元。

2000—2014年期間原材料生產的生態服務價值增加87.78萬元，相比較于1990—2000年，氣體調節、保持土壤、維持生物多樣性方面生態服務價值減少的較少，食物生產、氣候調節、水源涵養、廢物處理和提供美學景觀及文化娛樂方面減少的更多。

1990—2014年黃驊市只有原材料供給增加，從1990年的1 846.25萬元增加到2014年的1 954.92萬元，增加了108.67萬元。其他均在減少，廢物處理減少最多，為1 180.31萬元，食物生產減少最少，為99.65萬元。這20 a期間生態服務價值共減少7 746.06萬元。其中水源涵養、食物生產、提供美學景觀及文化娛樂減少，因為水域和耕地是這幾項功能的主要影響因素，在研究期間，耕地、水域面積不斷減少導致這些功能也在降低，雖然園地面積增加，也抵消了部分損失，但是總的趨勢是在減少。在土地開發利用中，研究區要增加水域、耕地等的面積，充分發揮其對區域的大氣候和局部小氣候的調節作用，在發展經濟的同時注重生態環境的保護。

3　結論與討論

本文在利用遙感獲取1990年、2000年、2014年三年土地利用信息的基礎上，分析了黃驊市生態系統類型的變化特征，測算了土地生態系統的供給服務、調節服務、支持服務和文化服務的服務價值，從總量和結構兩方面對20 a土地生態系統服務價值動態變化進行分析。通過以上研究表明：

(1) 1990—2014年黃驊市土地生態系統類型變化明顯。園地和建設用地面積增加，耕地、草地、水域、鹽堿地和未利用地面積均減少，土地利用處于發展階段，生態系統變化受人類活動影響較大，導致自然性減弱。

(2) 1990年、2000年和2014年黃驊市土地生態服務價值為418 629.47萬元、415 055.68萬元和411 372.07萬元。1990—2014年，園地和建設用地的生態服務價值增加；耕地、草地、水域、鹽堿地和未利用地的生態服務價值均減少。土地生態系統總服務價值共減少了7 257.40萬元。黃驊市土地生態類型變化對生態系統產生負面影響，生態環境質量降低。

(3) 1990—2014年，在研究區土地生態系統服務價值構成中貢獻度較大的是水源涵養和廢物處理服務功能，共占總生態服務價值的百分比在50%以上，原材料服務功能最小，不到1%。黃驊市只有原材料供給增加，增加了108.67萬元。其他均在減少，其中減少最多的是廢物處理，減少了1 180.31萬元。

黃驊市人地關系和環境問題在縣域社會經濟的快速發展下越來越突出。建設用地的增長，會伴隨著大量耕地、園地等的損失，這些無疑將對黃驊市生態環境帶來巨大的負面效應。近些年黃驊市水庫、河流等水域面積都在不同程度地減少著，黃驊市生態系統服務總價值減少的重要影響因素之一就是水域生態系統服務價值的減少。要采取合理措施嚴格保護河流、水庫等，在確保自然環境不被破壞的前提下，進行科學合理開發利用，并積極開發利用未利用地，土地資源的使用潛力得到充分挖掘，這對提高生態服務價值也具有很大意義。同時，嚴格對土地進行管理，確保在法律規定范圍內和科學的政策指導下進行土地開發利用，防止盲目地進行土地開發利用。

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Dynamic Change of Land Ecosystem Service Value Around Coastal Ecological Fragile Area—A Case Study of Huanghua City

MAO Xiaoxi, GUO Yunji, CUI Jianghui, WANG Shutao

(College of Land and Resources, Agricultural University of Hebei, Baoding, Hebei 071000, China)

We took Huanghua city as the study area, used the ENVI remote sensing to interpret out 1990, 2000, 2014 three period images of Huanghua City, analyzed variation characteristics of various ecological types, used the ecosystem service value evaluation method to calculate the ecosystem service value of the region and analyze its changes. The results showed that: (1) from 1990 to 2014, garden and construction land areas increased, cultivated land, grassland, water, saline alkali land and unused land areas decreased in Huanghua City; (2) the land ecosystem service values in 1990, 2000 and 2014 of Huanghua City respective were 4 186.294 7 million Yuan, 4 150.556 8 million Yuan and 4 113.720 7 million Yuan, respectively, the land ecosystem service value totally reduced 72.574 0 million Yuan, Among them, the ecosystem service values of garden and construction land increased, the ecosystem service values of cultivated land, grassland, water, saline alkali land and unused land decreased; (3) from 1990 to 2014, contribution of water conservation and waste disposal service function value to land ecosystem service value structure was the largest, the raw material was the least. In addition, only raw material supply increased, the others decreased, and waste disposal reduced the most in the study area.

land ecosystem services value; dynamic change; Huanghua City

2015-10-09

2015-10-14

國土資源部公益性行業科研專項經費項目(201311060);河北省科技支撐計劃項目(2014055616)

毛曉曦(1991—),女,河北新河縣人,碩士研究生,主要研究方向為土壤與土地資源持續利用。E-mail:maoxiaoxi22@163.com

王樹濤(1978—),男,河北威縣人,副教授,碩士生導師,主要研究方向為土壤與土地資源持續利用。E-mail:wangshutao78@126.com

F301.2

A

1005-3409(2016)02-0249-06