遵义市土地利用变化及其生态系统服务价值_吴泽昊.pdf

引用格式：吴泽昊，赵爽，罗征鹏，等遵义市土地利用变化及其生态系统服务价值安全与环境工程，（）：，y y y d ，（）：遵义市土地利用变化及其生态系统服务价值吴泽昊，赵爽，罗征鹏，柴波，王伟，聂坤（中国地质大学（武汉）环境学院，湖北 武汉 ；贵州省地质矿产勘查开发局 地质大队，贵州 遵义 ；中国地质大学（武汉）长江流域环境水科学湖北省重点实验室，湖北 武汉 ）摘要：生态系统服务价值是土地利用和生态修复相关规划及实施效果的重要指标。基于遵义市 年土地利用数据的解译结果，建立了土地利用转移矩阵，采用当量因子法估算遵义市生态系统服务价值（），并以年度净初级生产力（）对遵义市生态系统服务价值进行空间修正，探究了遵义市土地利用变化及其生态系统服务价值的时空变化特征。结果表明：研究期内遵义市林地、水域、园地面积明显增加，耕地面积减少；遵义市生态系统服务价值总量由 年的 亿元上升至 年的 亿元，退耕还林对生态系统服务功能提升具有积极作用；根据生态系统服务价值 与 之间的关系将遵义市县区划分为种生态经济类型。该研究成果对遵义市国土空间生态修复规划具有指导意义。关键词：土地利用变化；生态系统服务价值；当量因子法；遵义市中图分类号：文章编号：（）收稿日期：开放科学（资源服务）标识码（）：基金项目：国家自然科学基金项目（）作者简介：吴泽昊（），男，硕士研究生，主要研究方向为生态修复及规划。：y 通讯作者：柴波（），男，教授，博士生导师，主要从事工程地质与环境地质方面的的教学和研究工作。：o ，（.d ，y （），；.y，y d d ，y ，；.y y ，y （），）：y （）y y ，y y（）y ，y y ：，y y ；y y ，；y y，y y y y y o ：；y ；y y第 卷第期 年月安 全 与 环 境 工 程 y 土地利用变化是自然环境和人类活动综合作用的结果，驱动着生态系统的结构和服务功能变化。人类对生态系统的改造强度呈现指数增长，资源开发、环境污染和不合理的土地利用均会造成生态系统压力增大。当生态系统保护与社会经济发展相矛盾时，往往面临着复杂的自然资源管理决策，此时需要将生态系统服务及其经济价值信息作为依据，科学地指导土地利用规划。在国外，等较早开展了生态系统服务价值评估原理和方法的研究；在国内，谢高地等提出的基于专家知识的生态系统服务价值量估算模型应用最为广泛。许多学者基于遥感影像解译土地利用类型和生态服务价值当量表，对土地利用变化及其生态系统服务价值时空演变开展了研究，并提出了动态度、变化量、景观破碎度等表征土地利用变化的参量，对生态系统服务价值及其敏感度进行了分析。此外，一些学者从土地利用变化对生态系统的影响效应出发，建立了土地利用类型、景观格局与生态系统服务间的相关关系，并分析了生态服务价值变化的驱动因素 。如 等 运用能值法和对数均分指数计算了东北地区湿地生态系统服务价值，阐明了不同驱动因素对生态系统服务价值变化的贡献；朱相君等 利用耦合协调度模型分析了关中地区生态系统服务价值与经济发展的耦合关系。贵州省作为首批国家生态文明试验区，正在积极探索山水林田湖草沙冰一体化保护和修复模式。其中，遵义市地处赤水河流域和武陵山区等重点生态保护区域，区内生态系统脆弱，石漠化、水土流失、矿产资源开发和不合理垦殖等给生态系统造成了较大压力，近些年遵义市已采取多种措施保护和修复区域生态，并取得了积极效果。本文基于 年遵义市土地利用变化，开展遵义市生态系统服务价值（y ，）分析，研究了遵义市生态系统服务价值的时空变化特征，并对于下一阶段的国土空间生态规划给出了建议。研究区概况遵义市位于贵州省北部，地处乌江流域中下游，全市下辖个区、个县、个民族自治县和个代管市，地 理 位 置 为 东 经 ，北 纬 。遵义市处于云贵高原向湖南丘陵和四川盆地过渡的斜坡地带，海拔为 ，平坝及河谷盆地面积占 ，丘陵占 ，山地占 。大娄山山脉是辖区的主要分水岭，将遵义市划分为南北两大片区：山南的播州区、红花岗区、凤冈县、湄潭县、余庆县及绥阳县南部，面积图研究区地理位置图 y 第期吴泽昊等：遵义市土地利用变化及其生态系统服务价值占比为 ，以低中山丘陵和宽谷盆地为主，耕地相对集中，土地利用率高，是粮食、油料作物的主产区；山北的赤水市、习水县、仁怀市、汇川区北西部、桐梓县、绥阳县中北部、正安县、道真自治县、务川自治县，面积占比为 ，以中山峡谷为主，耕地分散。数据来源与研究方法 数据来源与处理遥感数据源为 系列和高分二号卫星遥感影像及高精度航空遥感影像，采用人机交互解译法获取遵义市 年、年的土地利用数据，栅格数据精度为。参照 土地利用现状分类（）标准 和 中华人民共和国土地管理法，将研究区的土地利用类型划分为林地、水域、交通用地、建设用地、耕地、采矿用地、园地、草地和未利用地，并对各种类型用地的生态系统服务功能进行了细分，见表。遵义市年度净初级生产力（）数据来自于 所提供的 系列卫星 遥感产品，此产品提供 像素分辨率的年度净初级生产力信息；遵义市经济数据则来自遵义市 年至 年的统计年鉴。研究方法 土地利用转移矩阵建立本文采用土地利用转移矩阵来分析遵义市土地利用类型的变化情况。建立的土地利用类型面积转移矩阵如下：（）（）式中：为与地类间转换的面积（）；为遵义市土地利用类型数量（个）；，（，）分别为发生土地转移前、后所代表的土地利用类型。生态系统服务价值计算与修正方法（）生态系统服务价值计算方法。采用生态系统服务价值当量因子法计算生态系统服务价值。该方法首先由 等在全球生态系统价值量化模型中提出，将农业价值作为核算生态系统服务价值当量的货币化表征，并将其作为各子项服务功能之间的横向对比量纲单位。生态系统服务价值当量因子是生态系统潜在服务价值的相对贡献率，该因子等于每年每公顷粮食生产服务价值的。谢高地等修正了 等提出的方法，并根据 多位中国生态学家的调查问卷，建立了符合中国实际情况的生态系统服务价值系数。通过查询遵义市统计年鉴和贵州省粮食局数据开放平台，以遵义市 年 平 均 粮 食 单 产（）和贵州省多年平均粮食单价（元 ）计算出遵义市生态系统服务价值一个当量因子的价格为 元 。本文通过参考各学者对于生态系统服务价值的研究成果 ，计算出遵义市生态系统服务价值系数，见表。表遵义市生态系统服务价值系数（单位：元）y y y（：y ）一级功能二级功能耕地林地草地园地水域未利用地旱地水田有林地灌木林地牧草地其他草地茶园果园水系裸地食物生产 供给服务原料生产 水资源供给 气体调节 调节服务气候调节 净化环境 水文调节 土壤保持 支持服务维持养分循环 生物多样性 文化服务美学景观 生态系统服务价值的计算公式如下：（）（）（）（）式中：为生态系统服务价值（元）；和 分别为土地利用类型的面积（）和生态系统服务价值系数（元）；为生态系统第项服务功能的价值（元）；为土地利用类型的第项安全与环境工程 ：第 卷服务功能价值系数（元）。（）生态系统服务价值空间修正。生态系统服务价值计算只反映不同土地利用类型生态系统服务价值的高低，但相同的土地利用类型的生态系统服务价值在不同的地理环境下也存在差异，需要进行空间修正。生物量反映生态系统的原料生产能力，其形成和累积过程影响生态系统的服务功能，可反映不同区域生态系统服务功能的差异。本文采用年度净初级生产力（）对林地、耕地、草地的生态系统服务价值评估结果进行空间修正。年度净初级生产力是由给定年份的所有净光合作用（）产品（）之和得出的，其计算公式为 （）式中：为单元的空间修正因子；表示单元的年度净初级生产力；表示遵义市平均年度净初级生产力。.生态系统服务价值敏感性分析方法本文使用敏感性指数来评估生态系统服务价值系数的适用性和生态系统服务价值评估结果的可靠性，其计算公式为（）（）（）式中：为生态系统服务价值敏感性指数；为生态系统服务价值的初始值（元）；为生态系统服务价值系数 调 整后 的生 态 系 统 服 务 价 值（元）；和 分别为土地利用类型调整前、后的生态系统服务价值系数。当 时，对于土地利用类型调整前、后的生态系统服务价值系数缺乏弹性，其评估结果可信；反之，当 时，的评估结果准确度差，可信度低。越大，表明该生态系统服务价值系数的准确性对于 的评估结果越为重要，故可将各土地利用类型的生态系统服务价值系数上下调整，用来计算相应的敏感性指数。生态系统服务价值贡献率计算方法生态系统服务价值贡献率指土地利用类型变化导致生态系统服务价值变化量占总生态系统服务价值变化量的百分比，可以反映影响研究区生态系统服务价值变化的主要贡献因子和敏感因素，其计算公式如下：（）式中：为第种土地利用类型在研究期内对生态系统服务价值的贡献率（）；为第种土地利用类型在研究期内的生态系统服务价值变化量（亿元）；为土地利用类型数量（个）。结果与分析 遵义市土地利用类型变化分析基于土地利用主导功能解译结果和“三生空间”划分方法，得到 年遵义市土地利用类型变化情况，见表、表和图。表 年遵义市土地利用类型面积转移矩阵（单位：）y y （：）年各土地利用类型 年各土地利用类型生态空间生活空间生产空间林地（）水域（）草地（）未利用地（）建设用地（）交通用地（）耕地（）采矿用地（）园地（）总计林地（）生态空间水域（）草地（）未利用地（）生活空间建设用地（）交通用地（）生产空间耕地（）采矿用地（）园地（）总计 第期吴泽昊等：遵义市土地利用变化及其生态系统服务价值表 年遵义市土地利用类型面积百分比转移矩阵（单位：）y y （：）土地利用类型（）面积百分比计算方式土地利用类型（）林地（）水域（）草地（）未利用地（）建设用地（）交通用地（）耕地（）采矿用地（）园地（）林地（）水域（）草地（）未利用地（）建设用地（）交通用地（）耕地（）采矿用地（）园地（）注：行表示 年第种土地利用类型转变为 年第种土地利用类型的百分比；行表示 年第种土地利用类型中由 年的第种土地利用类型转变而来的百分比。图 年遵义市土地利用类型分类图 y y y 通过对表、表和图进行分析可知：从一级地类来看，遵义市生产用地面积从 年的 降至 年的 ，减少了 ；生 活 用 地 面 积 变 化 较 小，年 为 ，较 年减少了 ，但遵义市各县市中心城区面积都有一定程度的增长；生态用地面积从 年的 增至 年的 ，增加了；从二级地类来看，遵义市耕地和林地面积所占比重最大，年耕 地 和 林 地 面 积 分 别 占 遵 义 市 全 市 总 面 积 的 、，其中林地主要分布在遵义市东北至东南地区，包括湄潭县、余庆县、赤水市等区域，在中部地区分布较分散（见图）。年，遵义市的草地和耕地面积大幅安全与环境工程 ：第 卷减少，分别减少了 和 ；林地、采矿用地、交通用地和水域面积分别增加了 、和 ，其中交通用地增幅最大，达到了 。由于受地形地貌、经济政策以及交通区位等因素的制约，年遵义市各用地类型变化的差异较大，具体表现如下：（）林地、水域等生态用地面积增长，其中水域面积增长主要是赤水河和乌江的水域。（）林地主要转换为耕地和交通用地，转换面积为 和 ，对应的转移率为 和 。（）耕地主要转换为林地和园地，转换面积为 和 ，对 应 的 转 移 率 为 和 。遵义市耕地面积减少的原因在于该市积极响应国家退耕还林政策，并因地制宜地根据不同地形条件将耕地转换为更适宜当地生态发展的用地类型。遵义市现已形成了以赤水市、习水县、仁怀市、桐梓县等地为主的退耕还竹，以湄潭县、余庆县等地为主的退耕还茶，以务川自治县、正安自治县、道真自治县等地为主的退耕还林，以绥阳自治县、凤冈自治县等地为主的退耕还药，以正安县、道真自治县等地为主的退耕还果等治理模式。（）草地主要转换为林地和耕地，转换面积为 和 ，对 应 的 转 移 率 为 和 。（）采矿用地主要转换为居民建设生活用地和林业生 态 用 地。年 采 矿 用 地 面 积 为 ，年有面积为 的采矿用地转变为其他用地类型，转移率为 。（）林业生态用地面积增长的原因在于遵义市依托退耕还林、森林植被恢复、石漠化治理、造林补贴等国家林业工程政策，使得