渾河流域近20年土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化研究

趙 偉，衛(wèi)曉慶，李自然，劉航宇

（沈陽工學(xué)院能源與水利學(xué)院，遼寧 撫順 113122）

土地利用/土地覆蓋變化（Land use and land cover change，LUCC）[1]和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（Ecosystem service value，ESV）變化研究引起眾多學(xué)者關(guān)注，是生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性研究的熱點(diǎn)和前沿[2]。自20世紀(jì)70年代Westman提出了“自然的服務(wù)”概念及其價值評估的概念[3]，1997年Costanza[4]等提出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)原理和估算方法之后，國外學(xué)者對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行了多角度、深層次大量的研究工作。

渾河流域是遼寧省中東部地區(qū)生態(tài)環(huán)境的核心要素，也是支撐該區(qū)域生命系統(tǒng)的基礎(chǔ)。隨著城市化的快速發(fā)展，對渾河的污染在逐年加深。基于此，本研究利用RS、GIS技術(shù)，并結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子法估算了不同土地利用變化對渾河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響，對全面了解渾河流域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化原因和生態(tài)文明可持續(xù)發(fā)展具有直接指導(dǎo)的重要意義。

1 研究區(qū)概況

1.1 研究區(qū)域概況

渾河是遼寧省除鴨綠江、遼河之外，名列第三的河流，是遼寧省的主要河流之一，流經(jīng)遼寧省中部城市群，有撫順、沈陽、遼陽和鞍山等著名城市。全長415公里，年徑流量50～70億立方米。區(qū)內(nèi)傳統(tǒng)的重工業(yè)相對發(fā)達(dá)、人口稠密，承擔(dān)了遼寧省中部城市群幾乎全部的供水任務(wù)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究選取渾河流域1995-2015年5期歐洲空間局土地利用數(shù)據(jù)（空間分辨率為300 m），參考《土地利用現(xiàn)狀分類（GB/T201010-2007）》標(biāo)準(zhǔn)[5]，結(jié)合渾河流域?qū)嶋H情況對遙感影像進(jìn)行了重分類，主要分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地。經(jīng)濟(jì)類數(shù)據(jù)來源于《中國農(nóng)產(chǎn)品價格調(diào)查年鑒》和《遼寧統(tǒng)計年鑒》[6]。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用動態(tài)度

土地利用動態(tài)度是指某一研究區(qū)域在一定時間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況[7]，公式為

式中，K為土地利用類型動態(tài)度；Ua、Ub分別研究初期和末期的某一種土地利用類型的數(shù)量；T為研究時長。

1.3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（ESV）

本研究對生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行分類，對未利用地不做研究，假設(shè)建設(shè)用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為0。參照謝高地等提出的“中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量”[8]以及單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值等于平均糧食單產(chǎn)市場經(jīng)濟(jì)價值的1/7，根據(jù)《中國農(nóng)產(chǎn)品價格調(diào)查年鑒》與《遼寧統(tǒng)計年鑒》，結(jié)合渾河流域?qū)嶋H糧食產(chǎn)量，以單位面積耕地提供的糧食生產(chǎn)服務(wù)經(jīng)濟(jì)價值為基礎(chǔ)進(jìn)行修正。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（ESV）單位當(dāng)量價值E的計算公式如下：

式中，Q為渾河流域1995～2015年糧食單產(chǎn)量平均為5 207.99 kg/hm2；F為2015年全國糧食收購價格為2.33元/kg；V為生態(tài)系統(tǒng)單位面積ESV（元/hm2）；a為不同生態(tài)系統(tǒng)的ESV當(dāng)量值。

利用渾河流域四市相應(yīng)土地利用分類結(jié)果，對1995-2015年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算，公式為：

式中，ESV為生態(tài)服務(wù)價值（元·a-1）；i為土地利用類型（i=1，2…n）；Ai為土地利用類型面積（hm2）；VCi為土地類型i的生態(tài)系統(tǒng)價值系數(shù)（元·hm2·a-1）。

1.3.3 生態(tài)貢獻(xiàn)率

生態(tài)貢獻(xiàn)率表征在一定時間段內(nèi)不同土地利用類型ESV變化量對總ESV變化量的影響大小，用來揭示影響區(qū)域ESV變化的主要貢獻(xiàn)因子和敏感因子[9]。其計算公式為：

式中，SKT為K類生態(tài)系統(tǒng)在時間段T的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)（Ecosystem services，ES）貢獻(xiàn)率；ΔESVKT為K類生態(tài)系統(tǒng)在時間段T內(nèi)的ESV變化量。

2 結(jié)果分析

2.1 土地利用變化特征分析

土地利用能反映該區(qū)域土地類型變化的劇烈程度。根據(jù)結(jié)果可知，只有林地、建設(shè)用地、水域面積處于增長趨勢。林地面積的動態(tài)度為0.016%，整體有小幅增長，基本處于穩(wěn)定中，原因是我國實(shí)施了“三北防護(hù)林”的政策，使渾河流域的林地面積實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定增長。建設(shè)用地和水域面積整體呈現(xiàn)增長趨勢，建設(shè)用地面積在所有類型中增勢最強(qiáng)，動態(tài)度高達(dá)5.588%，這說明渾河流域在遼寧省中部城市群中的獨(dú)特重要性，而水域面積增長較為緩慢與城市化眾多的人口和工業(yè)發(fā)展有密不可分的原因。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化研究

依據(jù)修正后的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值看到，耕地、林地、草地、水域的調(diào)節(jié)服務(wù)最為顯著，特別是水域尤為突出，占比近50%，展現(xiàn)出水域優(yōu)異調(diào)節(jié)服務(wù)功能。其余服務(wù)整體偏低，支持、供給服務(wù)中，林地與水域分別表現(xiàn)出較強(qiáng)的優(yōu)勢。在文化服務(wù)中，耕地表現(xiàn)明顯偏低。

根據(jù)研究區(qū)1995的2015年的ESV計算結(jié)果及其價值變化、增減比例顯示，貢獻(xiàn)最大的兩種是林地和草地，其次是水域，耕地最少僅為1.40%。總體來說，研究區(qū)總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈減少趨勢，1995～2000年的ESV減少最多，為222.66×109元。

2.3 單項(xiàng)ESV變化研究

研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)1995～2015年單項(xiàng)服務(wù)價值的分布情況，各項(xiàng)功能構(gòu)成比例變化呈現(xiàn)一定差異，其中氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、土壤保持、氣體調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境和生物多樣性六項(xiàng)對總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的貢獻(xiàn)最大，合計為88.52%～88.49%，其它九項(xiàng)服務(wù)功能均減少，這與該時期具有重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的林地和水域面積增加以及草地和耕地面積減少有關(guān)。

2.4 不同土地利用類型對ESV變化的貢獻(xiàn)率

草地和水域的生態(tài)貢獻(xiàn)率最大，分別為5 9.1 9%和25.44%，林地的生態(tài)貢獻(xiàn)率較弱為15.09%。在20年中，林地整體處于下降趨勢，只有2000～2010年間出現(xiàn)較短的增長。草地呈“N”字形變化，在2000～2010年間出現(xiàn)下滑趨勢，但總體保持增長。除其它用地類型外，1995～2015年草地和林地的生態(tài)貢獻(xiàn)率最大，說明1995～2015年草地和林地是渾河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的主要貢獻(xiàn)因子和敏感因子。

3 結(jié)論

（1）1995～2015年渾河流域土地面積增長有林地、建設(shè)用地、水域，建設(shè)用地增勢最強(qiáng)動態(tài)度為5.588%；土地利用程度方面，在2015年人為活動對土地的影響最大為21.72%；修正的單位面積生態(tài)價值中調(diào)節(jié)服務(wù)功能值最高；計算的11項(xiàng)單項(xiàng)服務(wù)中，價值最大的是氣候調(diào)節(jié)；計算不同土地利用類型對ESV變化的貢獻(xiàn)率的主要貢獻(xiàn)因子和敏感因子是草地和林地。本研究在生態(tài)價值計算方面采用了普遍使用的當(dāng)量因子方法，避免了不同研究無法比較的弊端，同時揭示了渾河流域生態(tài)價值的變化原因，對生態(tài)文明可持續(xù)發(fā)展具有直接指導(dǎo)的重要意義。

（2）本研究只選取了四種土地類型作為生態(tài)價值變化的研究范圍，且精度為300 m的遙感影像，而實(shí)際的生態(tài)價值變化會受許多的土地類型影響，由于能力和技術(shù)手段有限，沒有分析其它土地類型。未來研究應(yīng)該集中在區(qū)域長時間、多種類土地、高精度影像以及與人類社會發(fā)展活動層面，并不斷加強(qiáng)研究生態(tài)變化原因，加強(qiáng)對生態(tài)發(fā)展、預(yù)測、評估以及價值等方面的應(yīng)用。