壩上高原生態用地時空格局演變與生態系統服務價值分析

武愛彬，趙艷霞

?

壩上高原生態用地時空格局演變與生態系統服務價值分析

武愛彬，趙艷霞

（河北省科學院地理科學研究所，石家莊 050021）

為了給當地的生態用地保護和區域間生態補償提供科學依據，該研究在壩上高原地區1990、1995、2000、2005、2010和2015年6期土地利用解譯數據的基礎上，通過GIS等工具分析了研究區域1990－2015年間生態用地格局演變的基本特征，并對生態用地的生態系統服務價值進行了計算。主要結論如下：1990－2015年期間，研究區域生態用地數量呈減少趨勢，其中林地和其他生態用地數量在增加，草地和濕地數量在減少。生態用地活躍程度在2000－2015年比1990－2000年期間更高。林地的空間穩定性最好，然后為草地和濕地，其他生態用地穩定性最差。生態用地生態系統服務價值由46.01億元上升到428.26億元，增加了8.31倍，林地和濕地提供的生態系統服務價值最大，其次為草地，其他生態用地最小，應當繼續加強生態防護林建設，采取生物恢復技術，人工補水，科學禁牧、休牧、輪牧，調整產業結構等措施恢復和增加林地、濕地和草地的生態系統服務功能。

生態系統；土地利用；GIS；生態用地；格局演變；服務價值；壩上高原

0 引 言

土地是人類活動的載體，是人類社會生存和發展最根本的物質基礎。在各種土地利用類型中，生態用地提供了涵養水源、保護土壤、防風固沙、調節氣候、凈化環境、保護生物多樣性等多方面的生態服務功能，是維持區域生態平衡、確保區域生態安全最重要的生態系統[1]。近年來，中國在自然資源管理中對生態用地的保護日臻重視，2000、2008和2010年分別頒布《全國生態環境保護綱要》、《全國土地利用總體規劃綱要》和《全國主體功能區規劃》，均明確提出了“加強保護生態用地”的概念和要求。在學術界，“生態用地”一詞最早由董雅文在1999年提出[2]，2001年石元春院士和石玉林院士在研究中對生態用地做了進一步闡述[3]。隨后針對生態用地的概念，岳健等[4]從土地空間形態角度，龍花樓等[5]從土地生態功能角度，鄧紅兵等[6]從土地主體功能角度進行了定義和探討。許多學者圍繞生態用地內涵與分類[7-10]、空間識別[11-13]、需求測算[14-15]、景觀格局變化[16-17]、演變驅動機制[18-20]、管控優化策略[21-22]等方面開展了廣泛研究。研究區域大多集中在北京、天津、重慶、武漢等大型城市區和京津冀、長三角、長株潭、西北干旱區等典型區域，針對高原地區的研究很少。

壩上高原地區是河北省建設京津冀生態環境支撐區中5個生態區之一，在防風固沙、水源涵養、防止水土流失等方面起到特殊的生態保護作用。作為京津冀最重要的生態屏障，壩上地區需要承擔恢復草地植被、打造防風固沙林、緩解京津風沙危害等生態建設任務，同時該區域所包括的6個縣（市）皆為國家級貧困縣，經濟發展形勢嚴峻，生產生活用地與生態用地矛盾突出。針對生態用地具有尺度性、區域性的特點[23]，本研究根據壩上高原土地利用的特殊性，從土地主體功能角度將壩上高原生態用地定義為：生態用地是相對于生產生活用地，以提供防風固沙、水源涵養、水文調節、維持生物多樣性等重要生態服務功能為主的用地類型。通過研究分析壩上高原區近20多年生態用地的數量結構、布局形態變化，認識和理解其生態用地格局演化過程及變化的基本特征規律，計算其生態系統服務價值，可以為分析其演化驅動機制、優化生態用地格局、模擬分析和預測生態用地演變過程提供研究基礎，為當地的生態用地保護、土地利用規劃以及區域生態環境保護提供科學依據。

1 研究區域和研究方法

1.1 研究區概況

壩上高原位處河北省北部，內蒙古高原的東南緣（114°35′～116°45′E，41°00′～42°20′N），如圖1所示，為中國北方干旱與半干旱、農區與牧區接壤的過渡地帶，是京津境內眾多河流的發源地及上游所在地，也是京津等地的重要沙源地。壩上高原東西約330 km，南北約212 km，總面積約18 967 km2。海拔1 100～2 200 m，受蒙古高壓的長期控制，氣候特征為低溫、少雨、多風、高蒸發，年平均溫度2～5 ℃，年均降水量330～460 mm。土壤質地主要為沙質和黏質土，西部土壤類型以栗鈣土為主，東部主要為灰色森林土。行政區域包括張家口市的張北縣、康保縣、沽源縣、尚義縣全部區域和承德市的豐寧滿族自治縣、圍場滿族蒙古族自治縣部分區域。至2014年末研究區域總人口約200.67萬人，國民生產總值約387.99億元。

1.2 生態用地分類體系

根據定義將研究區域生態用地分為草地、林地、濕地和其他生態用地4個一級類，15個二級類，分類結果如表1所示。其中草地指以生長草本植物為主，覆蓋度在5%以上的各類草地，包括以牧為主的灌叢草地和郁閉度在10%以下的疏林草地；林地指生長喬木、灌木、竹類以及沿海紅樹林地等林業用地；濕地指天然的或人工、常年或季節性，蓄有靜止或流動的淡水、半咸水或咸水的沼澤地、泥炭地或水域；其他生態用地指草地、林地、濕地以外的生態用地。

表1 壩上高原生態用地統一分類體系

1.3 數據來源與處理

本研究采用的土地覆被數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心，為1990、1995、2000、2005、2010和2015年中國1:10萬比例尺土地利用現狀遙感監測解譯數據[24]，該解譯數據對全國LUCC （land use/cover change）共劃分了6個一級類，25個二級類，從中提出研究需要的生態用地類型。該解譯數據柵格大小為1 000 m× 1 000 m，根據柵格數量可計算出生態用地面積。研究區域1990－2015年期間研究區域生態用地分布如圖2所示。

1.4 土地利用轉移速率和動態度

土地利用類型轉移速率反映一段時間內某類土地利用類型的轉移量[25]。

該模型為

式中P為第種土地利用類型的轉移速率；S為研究期末第種土地類型面積，hm2；S為研究期始第種土地類型面積，hm2；為研究時間段，a。

土地利用動態度模型反映不同區域土地利用變化的總體及綜合活躍程度[24]。

該模型為：

式中為時段對應的研究區土地利用綜合動態度；S為時段開始第類土地利用類型的面積，hm2；?S-j為時段從開始到結束第類土地利用類型轉化為其他類土地利用類型的面積總和，hm2；為時間段，a；為土地利用類型總數。

1.5 生態系統服務價值

Costanza等在總結過去幾十年生態系統公益價值評價研究的基礎上，將生態系統的服務功能分為氣體調節、氣候調節、土壤形成、物質循環、娛樂及文化價值等17種，并進行了貨幣化測算[26]。

該模型為：

式中為生態系統服務總價值，元/a；A為研究區第種土地利用類型的面積，hm2；VC為第種土地利用類型單位面積生態系統服務價值，元/hm2·a。

謝高地等2008年在Costanza生態系統服務功能分類的基礎上，結合中國實際情況構建了一種基于專家知識的生態系統服務價值化方法[27]，該方法將農田生態系統糧食生產的服務價值定義為1，其他生態系統服務價值與農田生態系統糧食生產的服務價值的比值即為該生態系統的當量因子，并在2015年進行了修訂和補充，建立了不同生態系統類型、不同生態服務功能價值的時間和空間動態評估方法[28]。本研究借鑒該研究方法和研究成果，計算歸納得出壩上高原區生態用地生態系統服務價值當量因子表，如表2所示。考慮到實際應用中難以完全消除人為因素的干擾，準確衡量出農田生態系統自然條件下糧食生產的服務價值[28]，本研究中將1 hm2農田生態系統糧食生產的凈利潤作為替代。依據統計數據[29-30]計算得到壩上高原區的農田生態系統糧食生產的服務價值在1990、1995、2000、2005、2010和2015年分別為273.50、424.60、711.00、1 236.80、1 945.50和2 496.00元/hm2。

表2 壩上高原區生態用地單位面積生態系統服務價值當量因子

2 結果與分析

2.1 生態用地格局演變的基本特征

如圖3所示，研究區域1990－2015年間生態用地數量呈減少趨勢，由1990年90.45萬hm2、占總用地的47.69%，減少至2015年88.18萬hm2、占總用地的46.49%。其中林地數量和其他生態用地數量呈增加趨勢，分別由27.50萬、0.83萬hm2增加至32.49萬、1.13萬hm2，所占總用地的比例分別由14.50%、0.44%，增加至17.13%、0.60%；草地數量和濕地數量呈下降趨勢，分別由50.15萬、11.97萬hm2減少到43.73萬、10.83萬hm2，所占總用地的比例分別由26.44%、6.31%，減少到23.06%、5.71%。二級地類中，其他林地、低覆蓋度草地、河渠、有林地和鹽堿地數量有較大幅度增加，分別增加了540.00%、103.03%、73.91%、44.90%和36.14%，灘地、沼澤地、水庫坑塘和高覆蓋度草地數量有較大幅度減少，分別減少了65.26%、27.51%、21.74%和17.24%，其他二級地類數量變化幅度較小。

2.2 生態用地轉移特征

2.2.1 生態用地轉移速率與動態度

轉移速率可以衡量該類型用地轉移的快慢，綜合動態度值的大小可以整體反映生態用地轉移的活躍程度。如表3所示，研究區域生態用地1990－2015年期間綜合動態度為1.28%，其中其他生態用地轉移速率最快，達到了1.45%；其次為林地，為0.73%；草地和濕地的轉移速率分別為?0.51%和?0.38%。研究區域1990－2000年、2000－2015年期間生態用地綜合動態度分別為?0.50%、2.43%，說明與1990－2000年相比較，2000－2015年期間研究區域生態用地綜合活躍程度更高。其中草地減少的速率和林地增加的速率在加快，濕地減少的速率在減慢，其他生態用地由減少變為增加，主要是因為2000年以后，國家圍繞“沿邊、沿壩、壩上林網、潮河流域、灤河流域、窗口地帶”六大工程體系布局，在壩上高原地區連續實施了京津風沙源治理、“一退雙還”、千松壩造林、壩上生態農業開發等一批重點生態工程[31]，進行了大量的生態建設投資，直接導致林地數量快速增長。與此同時，由于氣候趨于干燥化，尤其是2007、2009年2次嚴重的旱災，加上大面積對草原的開墾、過度載畜、地下水超采和農田不合理灌溉、蔬菜種植面積激增、產業結構不合理等因素，致使壩上地區草地、濕地數量仍在持續減少，部分濕地轉變為鹽堿地，導致其他生態用地數量大幅度增加。

表3 壩上高原1990－2015年生態用地轉移速率及動態度

2.2.2 生態用地轉移類型

各土地利用類型保持自身面積不變的比例即保留率，可比較分析不同土地利用類型在研究時段內的穩定性情況[32]，某一土地利用類型保留率越大，其空間穩定性也越大，在區域尺度上更有利于景觀自身功能和過程的正常運行與多樣性的維持。利用ArcGIS軟件的Tabulate Area工具將研究區域1990年和2015年生態用地分布圖疊加分析后，統計結果如表4所示。在1990－2015年期間，林地的保留率最高，達到了63.22%，其次為草地和濕地，保留率分別為41.23%和34.88%，其他生態用地的保留率最低，僅為11.90%，說明在研究期間，林地的空間穩定性最好，其次為草地和濕地，其他生態用地穩定性最差。

草地的主要轉移類型為非生態用地，轉移比例達到了38.08%，轉移為林地、濕地和其他生態用地的比例分別為16.40%、3.97%和0.32%，是由于對草原過度開墾、無序旅游開發、違規建造宅基地等使大量草地被轉變為耕地、建設用地等非生態用地。林地的主要轉移類型為草地和非生態用地，比例分別為20.75%和14.54%，轉移為濕地和其他生態用地的比例僅為1.39%和0.11%。濕地的主要轉移類型為非生態用地，比例達到了44.41%，轉移為草地、林地和其他生態用地的比例分別為13.54%、5.67%和1.50%，壩上地區濕地退化形勢十分嚴峻，除了研究期間年均溫上升、年降水量下降以及大風出現頻率高、持續時間長等自然因素，圍湖造田、水澆地數量大幅度增加、居民生產生活用水總量急劇增長、透支地下水等人為因素也加劇了濕地的退化。其他生態用地的主要轉移類型為濕地，比例為51.19%，轉移為非生態用地和草地的比例分別為20.24%和16.67%，沒有發生向林地轉移。非生態用地的轉移主要類型為草地，轉移比例為16.28%，轉移為林地、濕地和其他生態用地的比例分別為6.55%、3.65%和0.76%。從數量上看，研究區域在1990－2015年期間，生態用地的演變過程主要集中在草地向非生態用地、林地轉移，林地向草地轉移，濕地向非生態用地轉移以及非生態用地向草地、林地轉移。這也反映了研究期間壩上地區草地、濕地的退化形勢嚴峻，其中非生態用地向草地、林地的轉移說明21世紀以來一系列生態建設工程已經初見成效。

表4 壩上高原地區1990－2015年生態用地轉移

2.3 生態用地生態系統服務價值變化特征

研究區域生態用地生態系統服務價值計算結果如表5所示，由1990年的46.01億元，上升到2015年的428.26億元，增加了8.31倍，其中1990－2000年期間生態用地的生態系統服務價值年均增長幅度為15.82%，2000－2015年期間年均增長幅度略有增加，達到17.37%。

研究期間林地和濕地提供的生態系統服務價值最大、然后為草地，其他生態用地最小。林地提供的生態系統服務功能主要為氣候調節、土壤保持、氣體調節等，1990－2015年期間林地的生態系統服務價值由17.31億元增加至186.70億元，增長幅度為978.84%，1990－2000年期間年均增長幅度為16.82%，2000－2010年增大至20.15%，應當繼續采取封山育林，加強生態保護林建設，采取適宜鄉土樹種人工造林，提高林木成活率，構建多層次林分結構，增加林地生態系統服務功能。濕地提供的最為重要的生態系統服務功能是水文調節，1990－2015年期間濕地的生態系統服務價值由17.45億元增加至147.22億元，增長幅度為743.84%，壩上地區是京津冀最重要的水源涵養地，直接決定了京津的用水安全和生態平衡，壩上地區應實行更嚴格的濕地保護制度，同時針對不同的濕地退化程度，采取生物恢復技術、人工補水等措施，使濕地生態功能能得以恢復和增強。草地提供的生態系統服務功能主要為氣候調節、水文調節和水土保持等。1990－2015年期間草地生態系統服務價值由11.25億元增加至94.29億元，增長幅度為738.00%，1990－2000年期間年均增長幅度為15.84%，2000－2015年期間略有下降，為14.95%，低于其他類型生態用地，壩上草原是河北省最重要的旅游地之一，畜牧業在當地經濟發展中占有重要比例，草地保護壓力巨大，應進一步加強科學種草、改良草場，合理禁牧、休牧和劃區輪牧，調整產業結構，大力提倡節水灌溉，做好鼠蟲害防治，建造護林帶等改善措施，有效利用和保護草原。研究區的其他生態用地全部為鹽堿地，提供的生態功能主要為土壤保持，1990－2015年期間提供的生態系統服務價值很小。

表5 壩上高原區1990－2015年生態用地生態系統服務價值變化

3 結 論

本研究在壩上高原地區1900、1995、2000、2005、2010和2015年6期生態用地解譯數據的基礎上，分析了研究區域1990－2015年期間生態用地格局演變的基本特征，并對生態用地的生態系統服務價值進行了計算，主要結論有：

1）研究區域在研究期間生態用地數量呈減少趨勢，其中林地和其他生態用地數量在增加，草地和濕地數量在減少。

2）時間角度上研究期間林地的轉移速率最高，其次為其他生態用地和草地，濕地最低。由于2000年以后在壩上地區的實施了京津風沙源治理等一系列生態工程建設項目，生態用地2000－2015年生態用地活躍程度遠高于1990－2000年，綜合動態度值分別為2.43%和?0.50%。

3）空間角度上研究期間林地的空間穩定性最好，草地和濕地次之，其他生態用地穩定性最差。生態用地的演變過程主要集中在草地向非生態用地、林地轉移，林地向草地轉移，濕地向非生態用地轉移以及非生態用地向草地、林地轉移。

4）研究期間生態用地生態系統服務價值由1990年的46.01億元，上升到2015年的428.26億元，增加了8.31倍，主要是由于生態系統服務價值標準當量從1990年的273.50元提高到2015年的2 496.00元，提高了8.13倍。應當繼續加強生態防護林建設，采取生物恢復技術、人工補水，科學禁牧、休牧、輪牧，調整產業結構等措施恢復和增加林地、濕地和草地的生態系統服務功能。

壩上高原地區是京津冀地區的重要生態屏障，同時也是京津冀的水涵養地和生物多樣性保護的重要基地，對保障京津冀地區的生態安全和水資源供給有著不可替代的作用。通過對近20多年生態用地格局演變的研究，掌握其演變規律，可以為下一步分析人文驅動和自然驅動因子提供研究基礎，為未來時期演變模擬提供驗證。通過對生態用地生態系統服務價值的貨幣化計算，可以為區域間生態補償的實施提供參考借鑒。

[1] 周朕，蒙吉軍，齊楊，等. 中國生態用地重要性及其格局優化研究進展[J]. 生態學雜志，2016，35(1)：218－225.

Zhou Zhen, Meng Jijun, Qi Yang, et al. Importance of ecological lands and their pattern optimization in China: A review[J]. Chinese Journal of Ecology, 2016, 35(1): 218－225. (in Chinese with English abstract)

[2] 董雅文，周雯，周嵐，等. 城市化地區生態防護研究—以江蘇省南京市為例[J]. 城市研究，1999，2(2)：6－10.

[3] 石云林. 西北地區土地荒漠化與水土資源利用[R]//中國工程院西北水資源項目組：西北地區水資源配置、生態環境建設和可持續發展戰略研究. 北京：中國工程院，2003.

[4] 岳健，張雪梅. 關于我國土地利用分類問題的討論[J]. 干旱區地理，2003，26(1)：78－88.

Yue Jian, Zhang Xuemei. A discussion on the classification of land use in China[J]. Arid Land Geography, 2003, 26(1): 78－88. (in Chinese with English abstract)

[5] 龍花樓，劉永強，李婷婷，等. 生態用地分類初步研究[J]. 生態環境學報，2015，24(1)：1－7.

Long Hualou, Liu Yongqiang, Li Tingting, et al. A primary study on ecological land use classification[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(1): 1－7. (in Chinese with English abstract)

[6] 鄧紅兵，陳春娣，劉昕，等. 區域生態用地的概念及分類[J]. 生態學報，2009，29(3)：1519－1524.

Deng Hongbing, Chen Chundi, Liu Xin, et al. Conception and function classification of regional ecological land[J]. Acta Ecologica Sinica, 2009, 29(3): 1519－1524. (in Chinese with English abstract)

[7] 吳健生，鐘曉紅，彭建，等. 基于生態系統服務簇的小尺度區域生態用地功能分類：以重慶兩江新區為例[J]. 生態學報，2015，35(11)：3808－3816.

Wu Jiansheng, Zhong Xiaohong, Peng Jian, et al. Function classification of ecological land In a small area based on ecosystem service bundles: A case study in Liangjiang new area, China[J]. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(11): 3808－3816. (in Chinese with English abstract)

[8] 喻鋒，李曉波，張君，等. 中國生態用地研究：內涵、分類與時空格局[J]. 生態學報，2015，35(14)：4931－4943.

Yu Feng, Li Xiaobo, Zhang Jun, et al. Study of ecological land in China: Conception, classification, and spatial-temporal pattern[J]. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(14): 4931－4943. (in Chinese with English abstract)

[9] 劉芳，張紅旗. 塔里木盆地生態用地分類及其時空變化研究[J]. 資源科學，2016，38(5)：825－836.

Liu Fang, Zhang Hongqi. Ecological land use mapping and spatio-temporal dynamics in the Tarim Basin[J]. Resources Science, 2016, 38(5): 825－836. (in Chinese with English abstract)

[10] 張月朋，常青，郭旭東. 面向實踐的生態用地內涵、多維度分類體系[J]. 生態學報，2016，36(12)：3655－3665.

Zhang Yuepeng, Chang Qing, Guo Xudong. Management- oriented ecological land’s conception and multi-dimensional classification system in China[J]. Acta Ecologica Sinica, 2016, 36(12): 3655－3665. (in Chinese with English abstract)

[11] 謝花林，李秀彬. 基于GIS的區域關鍵性生態用地空間結構識別方法探討[J]. 資源科學，2011，33(1)：112－119.

Xie Hualin, Li Xiubin. A method for identifying spatial structure of regional critical ecological land based on GIS[J]. Resources Science, 2011, 33(1): 112－119. (in Chinese with English abstract)

[12] 彭建，呂慧玲，馬晶，等. 基于闕值分割的京津唐城市群生態用地多源遙感識別[J]. 生態學雜志，2015，34(1)：204－211.

Peng Jian, Lü Huiling, Ma Jing, et al. Multi-source remote sensing of ecological land in Beijing-Tianjin-Tangshan Metropolitan based on threshold segmentation method[J]. Chinese Journal of Ecology, 2015, 34(1): 204－211. (in Chinese with English abstract)

[13] 周銳，工新軍，蘇海龍，等. 平頂山新區生態用地的識別與安全格局構建[J]. 生態學報，2015，35(6)：2003－2012.

Zhou Rui, Gong Xinjun, Su Hailong, et al. Identification and security pattern of ecological land in Pingdingshan newly developed area[J]. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(6): 2003－2012. (in Chinese with English abstract)

[14] 歐維新，趙麗寧，李冉. 協調生態環境壓力的區域生態用地需求模擬：以江蘇省為例[J]. 水土保持研究，2014，21(4)：274－278.

Ou Weixin, Zhao Lining, Li Ran. Simulation on regional ecological land demand based on coordination of the eco- environmental stress: A Case Study of Jiangsu Province[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2014, 21(4): 274－278. (in Chinese with English abstract)

[15] 彭建，汪安，劉眾序，等. 城市生態用地需求測算研究進展與展望[J]. 地理學報，2015，70(2)：333－346.

Peng Jian, Wang An, Liu Zhongxu, et al. Research progress and prospect on measuring urban ecological land demand[J]. Acta Georaphica Sinica, 2015, 70(2): 333－346. (in Chinese with English abstract)

[16] 李時雨，劉艷芳，孔雪松，等. 武漢市生態用地景觀格局的時空演化特征分析[J]. 測繪地理信息，2016，41(3)：68－73.

Li Shiyu, Liu Yanfang, Kong Xuesong, et al. Spatial- temporal revolution characteristics analysis of ecological land-use landscape pattern in Wuhan city[J]. Journal of Ueomatics, 2016, 41(3): 68－73. (in Chinese with English abstract)

[17] 蒙吉軍，王曉東，尤南山，等. 黑河中游生態用地景觀連接性動態變化及距離閡值[J]. 應用生態學報，2016，27(6)：1715－1726.

Mend Jijun, Wand Xiaodong, You Nanshan, et al. Dynamic changes of landscape connectivity for ecological lands and distance thresholds in the middle reaches of the Heihe River, Northwest China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2016, 27(6): 1715－1726. (in Chinese with English abstract)

[18] 張艷嬌，賈寶全，馬明娟，等. 山東省安丘市生態用地動態變化[J]. 生態學雜志，2014，33(7)：1874－1881.

Zhang Yanjiao, Jia Baoquan, Ma Mingjuan, et al. Spatiotemporal variations of ecologically used land in Anqiu city, Shandong Province[J]. Chinese Journal of Ecology, 2014, 33(7): 1874－1881. (in Chinese with English abstract)

[19] 周銳，胡遠滿，王新軍，等. 快速城鎮化地區生態用地演變及驅動力分析[J]. 長江流域資源與環境，2015，24(6)：1012－1020.

Zhou Rui, Hu Yuanman, Wang Xinjun, et al. Change characteristics of ecological land and its driving factors in rapidly urbanizing region[J]. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2015, 24(6): 1012－1020. (in Chinese with English abstract)

[20] 湯傲，李效順，卞正富，等. 基于數據重構的生態用地變化驅動因素計量研究：以西南煤炭城市為例[J]. 生態經濟，2016，32(5)：136－142.

Tao Ao, Li Xiaoshun, Bian Zhengfu, et al. Research on the driving factors of the ecological land evolution based on data reconstruction: A case study of the southwest coal cities[J]. Ecological Economy, 2016, 32(5): 136－142. (in Chinese with English abstract)

[21] 程迎軒，王紅梅，劉光盛，等. 基于最小累計阻力模型的生態用地空間布局優化[J]. 農業工程學報，2016，32(16)：248－257.

Cheng Yingxuan, Wang Hongmei, Liu Guangsheng, et al. Spatial layout optimization for ecological land based on minimum cumulative resistance model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(16): 248－257. (in Chinese with English abstract)

[22] 歐陽志云，李小馬，徐衛華，等. 北京市生態用地規劃與管理對策[J]. 生態學報，2015，35(11)：3778－3787.

Ouyang Zhiyun, Li Xiaoma, Xu Weihua, et al. Ecological land use planning and management in Beijing[J]. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(11): 3778－3787. (in Chinese with English abstract)

[23] 陶陶. 我國生態用地的研究進展與展望[J]. 地域研究與開發，2014，33(4)：126－130.

Tao Tao. Research on Ecological Land in China: Progress and Perspectives[J]. Areal Research and Development, 2014, 33(4): 126－130. (in Chinese with English abstract)

[24] 劉紀遠，匡文慧，張增祥，等. 20世紀80年代末以來中國土地利用變化的基本特征與空間格局[J]. 地理學報，2014，69(1)：3－14.

Liu Jiyuan, Kuang Wenhui, Zhang Zengxiang, et al. Spatiaotemporal characteristics, patterns and causes of land- use changes in China since the late 1980s[J]. Journal of Geographical Sciences, 2014, 69(1): 3－14 (in Chinese with English abstract).

[25] 劉欣，趙艷霞，武愛彬，等. 河北省淺山丘陵區土地利用變化及人文驅動分析[J]. 農業現代化研究，2015，36(1)：126－131.

Liu Xin, Zhao Yanxia, Wu Aibin, et al. Land use changes and its anthropogenic driving factors in hilly region, Hebei Province[J]. Research of Agricultural Modernization, 2015, 36(1): 126－131. (in Chinese with English abstract)

[26] Costanza R, Arge R, Groot R, et al. The value of the world’s ecosystem services and nature capital[J]. Nature, 1997, 387(15): 253－260.

[27] 謝高地，甄霖，魯春霞，等. 一個基于專家知識的生態系統服務價值化方法[J]. 自然資源學報，2008，23(5)：911－919.

Xie Gaodi, Zhen Lin, Lu Chunxia, et al. Expert knowledge based valuation method of ecosystem Services in China[J]. Journal of Natural Resource, 2008, 23(5): 911－919. (in Chinese with English abstract)

[28] 謝高地，張彩霞，張雷明，等. 基于單位數量價值當量因子的生態系統服務價值化方法改進[J]. 自然資源學報，2015，30(8)：1243－1253.

Xie Gaodi, Zhang Caixia, Zhang Leiming, et al. Improvement of the evaluation method for ecosystem service value based on per unit area[J]. Journal of Natural Resource, 2015, 30(8): 1243－1253. (in Chinese with English abstract)

[29] 河北省統計局. 河北經濟年鑒，1991－2015[Z]. 北京：中國統計出版社.

[30] 國家發展和改革委員會價格司. 全國農產品成本收益資料匯編，2002－2015[Z]. 北京：中國統計出版社.

[31] 孫雷剛，劉劍鋒，徐全洪. 河北壩上地區植被覆蓋變化遙感時空分析[J]. 國土資源遙感，2014，26(1)：167－172.

Sun Leigang, Liu Jianfeng, Xu Quanhong. Remote sensing based temporal and spatial analysis of vegetation cover changes in Bashang Area of Hebei Province[J]. Remote Sensing for Land and Resources , 2014, 26(1): 167－172. (in Chinese with English abstract)

[32] 賈寶全，王成，馬玉峰. 赤峰市松山區土地利用動態變化及其原因分析[J]. 干旱區研究，2004，21(3)：235－239.

Jia Baoquan, Wang Cheng, Ma Yufeng. Analysis on land use change and its driving factors in Songshan District, Chifeng City, Inner Mongolia[J]. Arid Zone Research, 2004, 21(3): 235－239. (in Chinese with English abstract)

Analysis of ecological land pattern evolution and ecosystem service value in Bashang plateau

Wu Aibin, Zhao Yanxia

(,050021,)

Ecological land is of great significance in safeguarding important ecological processes and providing essential ecosystem services, and the classification and evaluation of the ecosystem services of ecological land have become increasingly important in recent years. In order to change the trend of ecological land loss caused by blind economic development and to improve the regional pattern for ecological security, it is necessary to study the rational allocation of the quantitative structure and the spatial patterns of ecological land. Based on land use data of Bashang plateau in 1990, 1995, 2000, 2005, 2010 and 2015, GIS (geographic information system) technology was used to analyze ecological land pattern evolution and ecosystem service values of Bashang plateau. The results were as follows: (1) The ecological land in Bashang plateau was classified into 4 types (forest, grassland, wetland and other ecological land) and 15 sub-types; the quantity of ecological land decreased from 904 500 to 881 800 hm2during 1990- 2015 due to the decreased grassland and wetland and the increased forest and other ecological land. The quantities of forest and other ecological land increased from 275 000 and 8 300 to 324 900 and 11 300 hm2respectively, and meanwhile the quantities of grassland and wetland decreased from 501 500 and 119 700 to 437 300 and 108 300 hm2respectively. (2) The transfer rates of forest, other ecological land, grassland and wetland were 1.45%, 0.73%, -0.51% and -0.38% from 1990 to 2015, respectively. The dynamic degree during 1990-2000 was -0.50%, while it was 2.43% during 2000-2015, which indicated that the activity degree of ecological land in 2000-2015 was much higher than that in 1990-2000. The decrease of grassland and the increase of forest land accelerated, while the reduction of wetland slowed down, and other ecological land change increased. All of these were mainly due to a series of key ecological projects that were carried out in Bashang plateau to control sandstorm source of Tianjin and Beijing, which have led to the rapid growth of forest; meanwhile, as the climate of Bashang plateau tended to be dry after entering 21 century, as well as the unreasonable utilization of grassland and wetland resources, the areas of grassland and wetland decreased. (3) The retention land rates of forest, grassland, wetland and other ecosystem land in the study area were 63.22%, 41.23%, 34.88% and 11.90% respectively, indicating that the spatial stability of forest was the best, followed by grassland and wetland, and the stability of other ecological land was the worst. The ecological evolution process was mainly concentrated in the transfer from grassland to non-ecological land and forest, the transfer from forest to grassland, the transfer from wetland to non-ecological land and the transfer from non-ecological land to grassland and forest. The transfer from non-ecological land to grassland and forest land showed that the series of ecological construction projects had achieved initial success. (4) The ecosystem service values of ecological land decreased from 46.01×108yuan in 1990 to 428.26×108yuan in 2015, enlarged by 831%. The average annual growth rate of ecosystem service values increased from 15.82% during 1990-2000 to 17.37% during 2000-2015. The forest ecosystem service values were the maximum, while the other ecological land ecosystem service values were the minimum. We should continue to strengthen the construction of ecological nature preserves, use biological recovery technology and artificial replenishment such as scientific grazing, adjust the industrial structure and use other measures to restore and increase the forest, wetland and grassland ecosystems.

ecosystem; land use; geographic information systems; ecological land; pattern evolution; service value; Bashang plateau

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.02.039

P964; Q149

A

1002-6819(2017)-02-0283-08

2016-08-18

2016-11-11

河北省社會科學基金項目（HB16YJ064）；河北省自然科學基金資助項目（D2014302007）；河北省科技計劃項目（15457672D）；河北省科學院青年創新項目（2017）

武愛彬，男，河北石家莊人，助理研究員，主要從事區域生態學、遙感與地理信息等方面的研究。石家莊 河北省科學院地理科學研究所，050021。Email：wu.ai.bin@163.com

武愛彬，趙艷霞. 壩上高原生態用地時空格局演變與生態系統服務價值分析[J]. 農業工程學報，2017，33(2)：283－290. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.02.039 http://www.tcsae.org

Wu Aibin, Zhao Yanxia. Analysis of ecological land pattern evolution and ecosystem service value in Bashang plateau[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(2): 283－290. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.02.039 http://www.tcsae.org