淮河流域生态系统服务价值对土地利用变化的响应——以江苏省淮安市淮阴区为例
2022-03-30
来源:步旅网
淮河流域生态系统服务价值对土地利用变化的响应 ——以江苏省淮安市淮阴区为例 崔延松张飞孔伟 淮安223300) (淮阴师范学院城市与环境学院,江苏摘要:以淮河流域下游淮安市淮阴区为例,采用Costanza生态系统服务价值计算公式,参照谢高地的生态系统服务单价, 评估了淮阴区l996~2008年土地利用变化对区域生态系统服务价值的影响。研究表明,研究期内淮阴区总的生态系统服 务价值减少了47.83×10 元,土地生态风险指数增加了0.003 0。这反映了该地区生态系统为人类提供各种服务能力有 所下降,土地生态安全总体上呈现出恶化的趋势。 关键词:生态系统服务价值;土地利用变化;淮阴区 中图分类号:F062.2;X821 文献标识码:A Response of Ecosystem Services Value to Land Use Change in the Huaihe River Basin:Taking Huai yin District of Huai an City as Example CUI Yansong.ZHANG Fei.KONG Wei (School of Urban and Environmental,Huaiyin Normal University,Huai,an Jiangsu 223300,China) Abstract:Based on the Costanza method and Xie Gaodi S unit ecosystem services value(ESV),the variation of ecosystem serv— ices caused by land use change was assessed in Huai yin district from 1996 to 2008.The research indicated that the total ESV de. creased 47.83×10。YHart and the land ecological risk index increased 0.O030 from 1996 to 2008.This reflects the ecosystem in the region to provide various services for the human ability to decrease and the land ecological safety to worsen. Key words:land use change;ecosystem service value;Huai yin district 自1995年和1999年国际地圈生物圈计划(IGBP)和 淮阴区属黄淮河冲积平原,地形平坦,以废黄河为分 国际全球变化人文计划(IHDP)拟定并发表《土地利用/ 水岭,横跨淮河水系和沂沭泅水系,地理特点呈南北两侧 土地覆被变化科学研究计划》和《土地利用/覆被变化执 逐渐倾斜低洼。地处北亚热带和暖温带交界区,兼具南北 行战略》以来,中外学者对土地利用/土地覆被变化(1and 气候特征,四季分明,雨量充沛,日照充足,无霜期较长。 use and land cover change,LUCC)进行了大量研究,其中 土壤属潮土类,砂质粘壤土,钾含量相当高,适宜多种作 LUCC的生态环境效应是一大研究热点…。土地利用/土地 物生长。资源丰富,境内拥有世界罕见的高品位高质量的 覆盖变化通过改变生态系统的结构和功能,对生态系统维 持其服务功能起决定性作用 。近年来,淮河流域社会经 芒硝、岩盐资源,是亚洲地区重要的元明粉生产基地。 2008年,全区总人口为890464人,全年实现地区生 济发展迅速,土地利用变化显著,给流域环境带来了一系 产总值为131.81亿元,农村居民人均纯收入达到5 259元, 列影响,水土流失日益严重,生态环境遭到破坏,引起了 城镇居民人均可支配收入达到1 1 802元。 社会的普遍关注。本文试图以淮河流域下游地区——淮安 市淮阴区为例,分析其土地利用变化及对生态环境的影响, 2资料来源与研究方法 2.1土地利用动态变化分析 根据国家土地利用分类系统及研究区实际情况,将土地 利用类型分为以下六种类型:耕地、园地、林地、水域、建设 用地和未利用土地。其中,水域主要包括水利设施用地、其他 以期协调土地利用与生态建设,实现土地可持续利用。 1研究区概况 淮阴区位于淮河流域下游,介于北纬33.22。一33.56。, 东经118.56。一119.09。之间,东与楚州、涟水相邻,南濒 农用地(主要为农田水利用地、坑塘水面)和其他土地(主 洪泽湖,北与沐阳隔河相望,西与泗阳隔河毗邻,是淮安 要为湖泊水面、河流水面),建设用地主要包括居民地和独立 市直辖行政区。该区共有21个乡镇,土地面积为1 309.1 平方公里,其中陆地占81.80%。 工矿用地和交通运输用地,未利用土地主要为荒草地。 本研究所用的土地利用资料均来自国土资源管理部门 作者简介:崔延松(1962~),研究员,主要研究方向为水土资源优化配置。 1996~2008年土地利用更新调查资料,其他统计资料来自 功能之间相互贡献的大小和农田食物生产服务经济价值评 淮安市历年的社会经济统计年鉴以及有关的公开出版物等。 价区域生态系统服务功能经济价值,比以往评价方法更为 本研究以土地利用动态度这一指标来分析土地利用变 全面,具有更强的针对性。 化。单一土地利用类型动态度对比较土地利用变化的区域 2.2.3生态系统服务价值及其变化量估算 差异和预测未来土地利用变化趋势都具有积极的作用 。 计算生态系统服务价值时价值系数按以下原则操作: 耕地对应农田,园地取森林与草地的平均值,林地对应森 单一土地利用类型动态度计算公式为: 1 : x 100% (1) 林,水域对应水体,建设用地对应荒漠,未利用土地对应 U口 1 草地。据此可测算出各类土地利用类型单位面积年度生态 和 系统服务功能经济价值。生态系统服务价值的计算公式为: ESV=∑A^×VC^ ESvs=∑A^×VC r (2) (3) 式中, 为 时段内某种土地利用类型动态度, 分别为研究期初和期末某种土地利用类型的数量, 为研 究时段长度。当 设为年时, 为某种土地利用类型的年 变化率。 式中,ESV为生态系统服务价值(元/a);A 为研究区第|i} 2.2生态系统服务功能划分与价值计算 2.2.1生态系统服务功能划分 种土地利用类型的分布面积(hm );VC 为第 种土地利 用类型的单位面积生态系统服务价值[元/(hm ・a)]; ESV,为生态系统单项服务功能价值(元);VC 为生态系 统单项服务功能价值系数[元/(hm2・a)];|}j为土地利 用类型;f为生态系统单项服务功能类型。 2.2.4土地生态风险指数 生态系统服务功能是指区域生态系统与生态过程所形 成的、维持人类生存的自然环境条件及其效用 。不同的 学者对其划分方式不同。Costanza等将生态系统服务功能 分为17种,即气体调节、气候调节、干扰调节、水调节、 水供应、防侵蚀、土壤形成、养分循环、废物处理、传粉、 生物防治、避难所、食物生产、原材料、基因资料、休闲 旅游和文化 。我国学者谢高地等在此基础上,针对我国 大陆陆地生态系统,将陆地生态系统功能分为气体调节、 为建立土地利用类型与综合区域生态风险之间的经验 联系,利用各类型的面积比重,构造各土地利用类型的生 态风险指数(ERI)[71,用于描述综合土地生态风险的相对 大小,计算模型如下: 气候调节、水源涵养、土壤形成与保护、废物处理、生物 多样性维持、食物生产、原材料生产、休闲娱乐等9项 。 本研究则采用谢高地等人的研究成果。 表1 中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值表 (元/hm ) 农田 森林 草地 水体 湿地 荒漠 ERI:砉华 式中,A 为J}种土地利用类型面积;A为总面积; k种土地利用类型所反映的生态风险强度参数。 (4) 为第 3结果与分析 3.1土地利用动态变化 根据1996~2008年淮阴区土地利用变更数据及式 (1),得出各种土地利用类型面积变化和动态度(见表2)。 气体调节 气候调节 水源涵养 442.4 3 097.0 707.9 0.O l 592.7 0.0 787.5 2 389.1 796.4 407.0 15 l30.9 0.O 530.9 2 831.5 707.9 18 033.2 13 715.2 26.5 l 5l3.1 l7.7 土壤形成与保护 l 291.9 3450.9 l 725.5 8.8 废物处理 食物生产 l 451.2 l l59.2 l 159.2 16086.6 16086.6 8.8 884.9 88.5 8_8 265.5 88.5 265.5 8.8 生物多样性保护 628.2 2 884.6 964.5 2203.3 2212.2 30o.8 原材料 娱乐文化 合计 从表2可看出,研究期间,研究区各类土地利用均发 表2土地利用动态变化 l996 20o8 1996~2008 88.5 2 300.6 44.2 8.8 61.9 O.0 土地利 用类型 1 132.6 35.4 3 840.2 4910.9 8.8 6114.3 19 334.0 64o6.5 40676.4 55489.0 371.4 面积 比重 面积 比重 面积变化 变化率 动态度 (hm ) (%) (hm ) (%) (hm ) (%) (%) 0.9 O.1 2.2.2单位面积生态系统服务价值的确定 耕地 75 996.4 58.0 76642.6 58.5 646.2 园地 6207.6 4.7 4445.6 3.4 一l 76Z0 —28.4 —2.2 1 461.8 1.1 1 456.6 1.1 —5.2 一O.4 O.O 本文直接采用谢高地等制作的“中国不同陆地生态系 统单位面积生态服务价值表”(见表1) 。此表是谢高地 等在Costanza等提出的评价模型的基础上,对国内200多 林地 水域 27 814.4 21.2 27082.8 20.7 —731.6 —2.6 一O.2 建设用地 l8 7l9.8 14 3 2O 564.8 l5.7 1 845.0 9.9 O.8 位生态学学者进行问卷调查得出。该表利用生态系统服务 来利用土地 799.1 0.6 8o6.7 0.6 7.6 1.0 0.1 生了较大的变化,耕地、建设用地及未利用土地的面积有 4可见,在9种类型生态系统服务功能中,除食物生产价 所增加,其他土地利用类型均呈减少趋势。其中,建设用 地面积增加最多,高达1 845.0 hm ;园地面积减少最大, 高达1 762.0 hm 。 值增加外,其他均有所减少。从变化量绝对值来看,水源 涵养价值变化最大,高达l5.93×10 元;其次为废物处理 价值,为l2.85×10。元。从变化幅度来看,原材料价值变 化幅度最大,为一l1.48%,这主要是因为原材料价值基数 从变化幅度来看,园地变化幅度最大,其次是建设用 地,其余依次为水域、未利用土地、耕地和林地。可见, 较低,其他类型生态系统服务功能的价值变化比例绝对值 由于基数不同,各种土地利用类型变化总量与变化幅度的 排序并不一致。 都小于10%。 不同类型生态系统服务功能的价值EsV,的变化量不同 也导致它们在总的生态系统服务价值中所占比例变化趋势 不同,比例上升的有水源涵养功能、废物处理功能、食物 3.2生态系统服务价值变化总体特征 根据前文介绍的方法,利用式2、式3计算出淮阴区 1996—2008年间各年度的生态系统服务价值量(表3)。 生产功能,其余均出现下降趋势,其中比例上升最大的为 废物处理功能,比例下降最大的为食物生产功能。虽然不 同类型生态系统服务功能价值占总价值的比例变化趋势不 同,但排序并没有改变,从大到小依次为废物处理功能、 水源涵养功能、气候调节功能、生物多样性保护功能、土 壤形成于保护功能、娱乐文化功能、食物生产功能、气候 由表3可见,构成淮阴区的ESV的主要土地利用类型 是水域和耕地。1996年,水域的ESV为1 131.39 x 10 元, 耕地的ESV为464.66×10。元,两者之和占总ESV的 92.99%。2008年,水域的ESV为1 101.63×10 元,耕地 的ESV为468.62×10。元,两者之和占总ESV的94.12%。 这表明研究期内这两者的生态服务功能在总体生态服务功 能中的地位更加突出。 研究期内淮阴区的ESV呈减少趋势,从1996年的 1 716.27×10。元减少到2008年的1 668.44 x 10 元,ESV 调节功能和原材料功能。 不同类型生态系统服务功能价值变化对总体生态系统 服务价值变化的贡献也有所不同。在9种类型生态系统服 务功能中,水源涵养价值变化对总体生态系统服务价值变 减少了47.83 X 10。元,减少率为2.79%。但是在l3年间, ESV并不是一直处于下降趋势,其中1999年、2003年比上 年有所增加,且都是由于水域面积增加所致。 表3各年度生态系统服务经济价值总量 (×10。元) 耕地 园地 林地 水域 建设 末利用 合计 用地 土地 5.12 1 7l6.27 4.97 l 7l3.7l 化的贡献率最大,高达33.30%,其次是废物处理功能,其 贡献率为26.87%,其他类型生态系统服务功能的贡献率都 小于10%。可见,研究期内总ESV下降主要是由水源涵养 功能价值和废物处理功能价值下降导致。 表4各种类型生态系统服务功能价值变化 1996笠 2008证 1996—2008年 1996 464.66 79.89 28.26 1 131.39 6.95 1997 467.81 73.06 28.27 l l32.64 6.96 生态 服务功能 贡献率 ESV, 比例 ESV 比例 ESV, 比例 (%) (106元) (%) (106元) (%) 变化量 (%) 气体调节 5O.52 2.94 47。45 2.84 —3.08 —6.o9 6.43 1998 472.89 61.99 28.28 l l32.26 1999 471.63 59.8O 28.32 1 138.28 2000 471.63 59.57 28.32 l l38.31 2ool 471.62 59.45 28.33 l l37.59 2002 468.0l 57.86 28.15 1 134.22 2003 467.5l 57.86 28.15 l l36.2l 20o4 466.96 57.8l 28.15 1 l33.21 2oo5 466.93 57,48 28.】4 l 13O.60 7.oo 7.1O 7.10 7.13 7.20 7.24 7.31 7.36 4.42 1 706.84 4.17 4.17 1 709.30 1 7D9.1O 气候调节 85.18 4.96 82.58 4.95 —2.6O 一3.05 5.44 水源涵养 558.11 32.52 542.19 32.50 —15.93 —2.85 33.3O 4.0o l 708.12 7.83 7.39 7.38 7.09 5.82 1 703.27 1 704.36 1 700.82 l 697.60 l 681.46 土壤形成 121与保护 25 7.O6 1l7.54 7.04 —3.70 —3.O6 7.74 .废物处理 567.70 33.O8 554.85 33.26 一l2.85 —2.26 26.87 生物多样 I3I性保护 59 7.67 127.54 7.64 —4.o5 —3.08 8.47 .食物生产 71.32 4.16 71.53 4.29 O.21 0.30 —0.45 2006 468.40 57.44 28.19 l l14.12 7.49 原材料 17.65 1.O3 15.62 0.94 —2.03 —11.48 4.24 娱乐文化 l12.95 6.58 109.14 6.54 —3.81 —3.37 7.97 合计 I 7l6.27 1o0.0o l 668.44 lo0.o0 —47.83 —2.79 lo0.oo 2007 468.67 57.28 28.18 l 105.81 2008 468.62 57.22 28.16 l 101.63 7.58 7.64 5.4l 5.17 1 672.93 1 668.44 3.3不同类型生态系统服务功能价值变化 虽然总的生态系统服务价值ESV呈下降趋势,但不同 3.4各种土地利用类型的生态系统服务功能价值变化 由表5可见,在6种土地利用类型中,除耕地、建设 类型生态系统服务功能的价值Esv,的变化趋势各异。由表 用地和未利用土地的生态系统服务价值在研究期内有所增 加外,其余园地、林地、水域的生态系统服务功能均有不 全总体上呈现出恶化的趋势,这主要是由于大量园地、林 同程度减少。其中,增加量最大的是耕地,但增加量也仅 地及水域转为建设用地而致。 为3.96×10 元;减少量最大的则是水域,减少量高达 29.76×10 元,其次为园地,减少量为22.67×10。元。正 是由于研究期内,生态系统服务功能价值减少量远远大于 增加量,才使得总ESV减少了47.83×10。元。 1996 表6各年度土地生态风险指数 1997 1998 1999 2ooO 20ol 20o2 ER1 0.1290 0.129 2 0.129 6 O.1299 0.1299 O.1300 O.13O 3 20o3 2oo4 2005 2oo6 2007 2(x】8 从变化幅度来看,各类用地之间存在明显的差异,其中 最大的为园地,其减少了28.38%;其次为建设用地,其增 加了9.93%;而变化幅度最小的林地,仅仅减少了0.35%。 表5各种土地利用类型的生态服务功能价值变化 1996 20o8 1996~2008篮 ER1 0.1304 0.1306 0.130 8 O.13l 4 O.13l 8 0.1320 4结论 1996~2008年淮阴区的土地利用变化显著,主要表现 在耕地、园地、水域和建设用地之间变化。在土地利用变 化过程中,淮阴区总的生态系统服务价值减少了47.83× 1O。元。具体来看,在6种土地利用类型中,除耕地、建设 土地利 用类型 生态价值 比例 生态价值 比例 价值 比例 贡献率 (10 元) (%) (10 元) (%) 变化量 (%) (%) 耕地 园地 林地 464.66 27.07 468.62 28.o9 3.96 O.85 —8.28 79.89 4.65 57.22 3.43 —22.67 —28.38 47.40 28.26 1.65 28.16 1.69 —0.10 一O.35 O.21 0.40 O.30 7.64 0.46 O.69 9.93 一1.44 5.17 0.3l O.O5 O.98 一O.10 用地和未利用土地的生态系统服务价值在研究期内有所增 加外,其余园地、林地、水域的生态系统服务功能均有不 同程度减少;在9种类型生态系统服务功能中,除食物生 产价值增加外,其他均有所减少。同时,在研究期内淮阴 区的土地生态风险指数增加了0.003 0。这反映了该地区生 水域 1 l31.39 65.92 1 101.63 66.03 —29.76 —2.63 62.22 建设用地 6.95 未利用土地 5.12 合计 1 7l6.27 l0o.oo 1 668.44 l0o.00 —47.83 —2.79 l0o.oo 态系统为人类提供各种服务能力有所下降,土地生态安全 再从各种土地利用类型的生态服务功能价值变化对总 ESV变化的贡献率来看,贡献最大的为水域,贡献率高达 62.22%,也就是说总ESV变化的一半以上都是由水域面积 变化引起的;其次为园地,贡献率也高达47.40%。可见, 总体上呈现出恶化的趋势。因此,今后该地区应提高土地 集约节约利用水平,控制农地非农化规模,尤其要控制建 设占用园地、水域的行为,以促进土地资源的可持续 发展。 研究期内总ESV变化主要由这两种类型土地变化引起。 3.5土地生态风险指数动态变化 土地生态风险强度参数的确定采用层次分析的指数标 度法。首先通过专家判断用半定量的赋值方法确定各土地 利用类型的相对风险程度等级值,然后计算出各因素的相 对重要性和各土地利用类型对某一因素的相对重要性顺序, 最后得出各土地利用类型的风险强度参数值。韦仕川1等人 参考文献: [1]Bolund P,Hunhammar S.Ecosystem services in urban areas[J]. Ecological Economics,1999,29(2):293—301. [2]欧阳志云,王如松,赵景柱.生态系统服务功能及其生态经 济价值评估[J].应用生态学报,1999,10(5): 607~613. [3]刘成武,黄利民.土地利用/覆盖变化的研究方法[J].地 域研究与开发,2004,23(4):11~15. 『4]Daily G C.Nature services:societal dependence on natural ecosys. 在研究东营市土地生态风险强度参数时,曾将耕地、园地、 林地、水域、居民工矿地、交通用地、未利用地的土地生 态风险强度参数分别设定为0.112 7、0.069 3、0.071 4、 0.079 1、0.295 6、0.211 9、0.084 4 。本文直接采用这 一tem[M].Washington DC:Island Press,1997. [5]Costanza R,Arge R,De Groot R,et a1.The value of the world ̄ ecosystem services a natural capital[J].Nature,1997,387 (6630):253—260. 研究成果,利用公式(4)计算出淮阴区1996~2008年 的土地生态风险指数(见表6)。由表6可见,淮阴区在研 [6]谢高地,鲁春霞,冷允法,等.青藏高原生态资产的价值评 估[J].自然资源学报,2003,18(2):189~196. [7]曾辉,刘国军.基于景观结构的区域生态风险分析[J].中 国环境科学,1999,20(1):43—45. 究期内的土地生态风险指数逐年增加,1996年土地生态风 险指数为0.129 0,2008年则增至0.132 0,增加了 0.003 0,这表明随着土地利用变化,淮阴区的土地生态安 [8]韦仕川,吴次芳,杨杨,等.基于Rs和GIS的黄河三角洲 土地利用变化及生态安全研究——以东营市为例[J].水土 保持学报,2008,22(1):185~189.