河南省生态系统服务价值的时空变化研究_陈飞燕.pdf

书书书 ：文章编号：（）专栏：淮河流域资源与环境主持人：牛继强闫军辉主持人按语淮河流域地处我国东部，位于长江和黄河流域之间，地处暖温带和北亚热带两大气候带的过渡区，是我国粮食主产区和重要的商品粮基地，资源环境具有典型的过渡带特征。科学认识流域资源环境的演变过程和影响因素是合理开发利用流域的基础，对流域的可持续发展意义重大。在论文 河南省生态服务价值的时空变化研究 中，作者基于河南省土地利用数据对其生态系统服务价值进行测算，并分析生态系统服务价值总量、构成情况及其空间格局，研究成果可以为协调区域经济发展和生态环境保护之间的关系、制定区域经济发展规划以及优化配置土地资源提供科学依据。在论文 淮河源浅层地温时空变化及其对全球增暖停滞的响应 中，作者利用淮河源地区气温浅层地温数据，分析淮河源浅层地温的时空变化特征及其对全球增暖停滞的响应，研究结果不仅对深入理解典型过渡区浅层地温的变化特征有重要意义，还可为淮河源地区农业生产等提供参考依据。在论文 洪汝河大洪河段人工裁弯对河道演变的影响分析中，作者通过对洪汝河大洪河段裁弯取直前后两期河道的对比分析，探讨了人类活动对河道演变的影响，研究成果可以服务于未来淮河流域的河道整治和高质量发展。在论文 人为排放对信阳市细颗粒物和臭氧的影响评估 中，作者使用 滤波和逐步多元线性回归模型构建了信阳市细颗粒物和臭氧的浓度序列，定量分析了气象条件和人为排放对细颗粒物和臭氧浓度的影响，研究结果对于厘清淮河流域大气污染特征和指导大气污染防控有重要借鉴意义。河南省生态系统服务价值的时空变化研究陈飞燕，刘艳晓，张倩，闫白冰，冯洋洋，牛继强，（信阳师范学院 地理科学学院；河南省水土环境污染协同防治重点实验室；河南省微波遥感及资源环境监测关键技术工程研究中心，河南 信阳 ）摘要：基于河南省 年、年、年土地利用数据，测算分析了各年的生态系统服务价值（）总量及构成情况，并基于格网尺度，运用 空间分析工具探索了河南省 的空间格局及演化特征。结果表明：（）年，河南省生态系统服务价值减少了 元，在豫西及豫南地区保持稳定，在人类活动密集的豫中及豫东地区变化显著；（）生态系统贡献上，耕地生态系统的贡献最大，单项生态系统服务价值中，保持土壤价值最大；（）河南省生态系统服务价值呈现出明显的尺度效应，的格网尺度下莫兰指数最大，以此尺度分析发现，河南省 空间差异明显，受水系影响，呈现出自豫西、豫南林地区向豫东耕地区递减的条带状分布格局。高高集聚区集中分布在豫西大部分地区、豫南部分地区及豫北沿省界呈条带状分布地区。关键词：生态系统服务价值；空间格局；时空演变；河南省中图分类号：文献标识码：开放科学（资源服务）标识码（）：收稿日期：；修订日期：；通信联系人，：；基金项目：国家自然科学基金项目（）；河南省高等学校科技创新团队支持计划项目（）；河南省科技攻关计划项目（，）；河南省自然科学基金项目（）作者简介：陈飞燕（），女，河南周口人，副教授，博士，主要从事区域可持续发展研究。信阳师范学院学报（自然科学版）第 卷第期 年月 o o o o o o ，o，（；，）：，（），：（），（），（），o ：；引言生态系统服务（，）是指生态系统形成和所维持的人类赖以生存和发展的基础、环境条件与效用，以满足人类生存、健康、福祉等多种需求，对人类物质和精神条件供给、区域和全球生态安全以及生命支持系统维持至关重要。生态系统服务价值（，）是指人们利用生态系统自有结构功能过程，获得人们生产生活所需要的物质资料。核算是评估生态保护成效的重要手段，对区域生态补偿、生态安全格局构建及生态文明建设有重要的参考价值。年，等首次在世界范围内开展了 核算的研究；年，欧阳志云等对中国陆地 作了初步估算；年谢高地等对青藏高原的 进行评估，建立了中国陆 地 生态 系统 单 位面 积服 务 价 值表，为 中国 的评估提供了重要依据。土地是人类主要经济社会活动的空间载体，土地利用发生变化必然会引起各类生态系统类型、面积、生态系统格局的改变，因此结合土地利用类型覆被变化来研究 是近年来的研究热点。早期研究土地利用对 的影响多集中在定性分析上。近年来随着 和 等地理学相关技术的迅速发展，对 的研究更加深入和广泛，国内外研究逐步开始采用数学模型对土地利用覆盖变化和 变化进行具体的计算和模拟。河南省作为全国粮食大省，近年来经济和城市化快速发展，生态环境压力与日俱增。然而，前人对 的研究多集中在市域、县域等局部地区，对于全省 长时间序列、大区域尺度的时空研究尚处薄弱环节，亟待加强对人口及粮食大省 的时空格局演化研究。因此本研究以河南省为研究区域，基于河南省 年、年、年土地利用数据及修正后的 当量，对河南省的 进行测算，并运用 空间分析工具研究河南省 的空间格局，以期为协调区域经济发展和生态环境保护之间的关系，制定区域经济发展规划以及优化配置土地资源提供科学依据。研究区域概况河南省位于黄河中下游，位于 、，全省总面积约 万。河南省气候四季分明、雨热同期、气象灾害较为频繁；地势西高东低，主要的地形单元有东部的黄淮平原、西南部的南阳盆地等；流经的主要河流有海第 卷第期信阳师范学院学报（自然科学版）：年月河、黄河、淮河，水资源较为丰富，水域面积较大。河南省下辖 个省辖市、个省直管市。根据河南省的地形特征及城镇体系规划特点，将河南省分为豫中、豫西、豫北、豫南、豫东五大片区，如图所示。图河南省分区图 o o o 数据来源与研究方法数据来源及处理河南省土地利用覆被数据来源于中国科学院资源环境科学与数据中心土地利用现状数据库（：）。选取河南省 年、年、年空间分辨率为 的 遥感影像为数据源，借助 软件 工具，将河南省土地利用类型划分以下种：耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用土地。粮食产量和粮食播种面积来源于 河南省统计年鉴（年），粮食价格数据来源于 中国粮食年鉴。利用 软件创建渔网工具，生成 、和 种尺度的正方形格网，计算出不同尺度下 的 指数（）。选取 值最大的格网尺度，利用 软件分别计算出 年、年、年各格网单元的 ，将其赋值到单元中心点矢量文件属性表中，再将该矢量图层添加到 软件中进行局部自相关分析，以 集聚图对河南省 的局部空间自相关情况进行衡量。研究方法 评估采用谢高地等修订的单位面积 当量，用农作物产量及粮食价格进行修正：年河南省平均粮食产量为 ，年平均粮食价格为 元，在没有人力投入的情况下，自然生态系统所提供的经济价值为现有单位面积农田提供的粮食价值的，以此为参考，得出生态服务当量因子为 元。考虑到区域差异性，进一步根据生态系统服务价值的区域修正系数表，获得河南省农田生态系统的生物量因子为 ，以此对当量因子作二次修正，制定河南省不同生态系统服务价值评估系数表（见表），对该区域不同时期的生态系统服务价值进行评估，计算公式为：，（，；，），（），（）其中：为生态服务类型，为生态系统类型，为第种 生 态 系 统、第种 生 态 服 务 的 单 价（元），为第种生态系统、第种生态服务功能相对于农田粮食生产的当量权重，为单位当量因子经济值（元），为生态系统服务总价值，为第类生态系统的总面积。表各地类生态系统单位面积服务价值系数（元（）o o o o （）生态系统服务功能耕地林地草地水域未利用土地食物生产 原材料生产 气体调节 气候调节 水文调节 废物处理 保持土壤 维持生物多样性 提供美学景观 合计 陈飞燕，刘艳晓，张倩，等 河南省生态系统服务价值的时空变化研究空间自相关分析（）全局空间自相关全局空间自相关是对某一属性在整个区域空间特征上的描述，反映空间邻近区域单元观测值的相似程度，以此判定某种现象在空间上是否存在集聚。常用 来进行衡量，的取值在，之间，大于表示各单元间存在空间正相关，越接近于表示正相关性越强；小于表示负相关，越接近表示负相关性越强；等于表示不存在空间自相关性，空间单元观测值呈随机分布。（）局部空间自相关局部空间自相关可用于识别不同空间位置上可能存在不同的空间集聚模式，从而可以发现数据之间的 空 间 异 质 性，为 分 类 或 区 划 提 供 科 学 依据。常用局部 进行衡量，表示空间单元相关性强，包括高值聚集和低值聚集；表示空间单元差异大，包括高低聚集和低高聚集。结果与分析土地利用变化分析 年河南省土地利用变化的总体情况为：林地、水域、建设用地面积增加，耕地、草地、未利用土地面积减少。耕地、建设用地面积是变化量最大的两种土地利用类型。在动态变化率上，林地、水域、建设用地一直处于增加趋势，耕地、草地、未利用土地则一直处于减少趋势。在不同时段内，各类 用 地 的 变 化 也 存 在 明 显 差 异，如 耕 地 在 年 间 减 少 了 ，减 幅 达 到 了；林地和草地的变化也集中在 年间；但水域面积在 年间增幅最大，达到了 ；建设用地在 年间增加了 ，增幅达到 ；未利用土地在 年间减少了 ，减幅达到了 。变化总 变化从 总量来看（表），年，河南省总 呈先增多后减少趋势，总的来看，年由 元减少到 元。究其原因，耕地、草地、未利用土地等用地类型面积减少导致 减少，同时由于水域和林地面积的增加导致 增加，二者综合使研究区域总的 略为减少，变幅不大。从各土地利用类型的 来看，林地、水域的 呈增加趋势；耕地、草地、未利用土地的 均呈减少趋势。进一步研究各地类对生态系统服务价值的贡献发现，耕地和林地对总生态系统服务价值的贡献率达到了。由此可见，耕地和林地的生态功能价值是河南省生态系统服务价值的主要组成部分，这两种土地利用类型的变化是造成河南省总生态系统服务价值变化的最主要因素。表河南省各地类的 变化（年）o （）土地利用类型生态系统服务价值 （元）年 年 年 年 年 年变化量（元）变化率变化量（元）变化率变化量（元）变化率耕地 林地 草地 水域 未利用地 合计 单项生态服务价值变化如表所示，从河南省 的构成来看，各单项 从大到小依次为：保持土壤维持生物多样性水文调节废物处理气候调节气体调节原材料生产食物生产提供美学景观。其中，保持土壤占总 的 ，提供美学景观价值占总 的比例最低，仅为。此外，年河南省单项 中除了水文调节、废物处理、气候调节、提供美学景观外，其余均呈下降趋势，变 化 幅 度 存 在 明 显 差 异。其 中，年间保持土壤的价值减少了 元，减幅达 ；水文调节价值增加了 元，增 幅 达 ；食 物 生 产 价 值 减 少 了 元，减幅达，这主要是因为耕第 卷第期信阳师范学院学报（自然科学版）：年月地面积减少较多，提供食物生产的能力也就随之降低；其 余 各 项 生 态 系 统 服 务 价 值 变 化 率 均 在 之间，变化不明显。从不同时段看，各单项 的变化存在差异。年，保持土壤、气体调节、原材料生产、食物生产的价值均呈下降趋势，其中保持土壤与食物生产减少较多，水文调节、废物处理、维持生物多样性、气体调节、提供美学景观的价值呈增多趋势，而且水 文 调 节与废 物 处理增 长量较大。年，除了水文调节和提供美学景观的价值有小幅增长，其余各项 均呈不同程度的减少态势，尤其是保持土壤、废物处理、食物生产这项 减幅最大，这种单项价值对该时期总 减少的贡献率之和达 。因此，应加强水土保持，减少固体废物对环境造成的污染，加强耕地的数量、质量保护并注重耕地环境质量的提高。表河南省 结构变化（年）o （）功能生态系统服务价值 （元）年 年 年 年 年 年变化量（元）变化率变化量（元）变化率变化量（元）变化率保持土壤 维持生物多样性 水文调节 废物处理 气候调节 气体调节 原材料生产 食物生产 提供美学景观 合计 格网尺度上的 时空演变基于全局空间自相关分析空间异质性基于格网尺度，以空间自相关分析法探索河南省 的空间分布特点和演变规律。利用 软件创建渔网和分区统计工具，形成级 评价单元尺度，计算出各尺度下的 的 指数。结果表明，河南省 整体呈现显著的正相关关系，在空间分布上表现出一定的空间聚集性。对比不同尺度 值，发现河南省 呈现出明显的尺度效应：研究尺度越接近 ，的空间自相关性越强。故选择 的格网尺度进行河南省