塔里木盆地南緣克里雅綠洲土地利用變化對生態系統服務價值的影響研究

王洪亮,何秉宇

(新疆大學資源與環境科學學院,新疆烏魯木齊830046)

塔里木盆地南緣克里雅綠洲土地利用變化對生態系統服務價值的影響研究

王洪亮,何秉宇

(新疆大學資源與環境科學學院,新疆烏魯木齊830046)

以塔里木盆地南緣克里雅綠洲作為典型區,分析1991～2001年土地利用變化對生態系統服務價值的影響。研究結果表明,克里雅綠洲在1991～2001年土地利用變化很明顯,生態服務價值從1991年的10.004×108元降到2001年的8.792×108元,生態服務價值損失了12%,平均每年凈損失生態服務價值32.2元/hm2。濕地生態服務價值的變化最大,變化率高達-37.54%。濕地、水體面積變化的絕對量高、生態服務功能價值指數大是導致研究區生態系統服務總價值降低的主要原因。敏感性分析結果表明,克里雅綠洲生態服務價值對生態服務功能指數是缺乏彈性的,研究結果是可信的,可為研究區土地利用規劃提供借鑒。

土地利用變化;生態系統服務價值;敏感性指數;克里雅綠洲

隨著全球變化研究的深入,人們日益認識到土地利用導致的土地覆蓋變化是全球環境變化的重要部分和主要影響因素,是人類社會經濟活動與自然生態環境之間聯系最為緊密的部分[1]。土地利用變化以及由此導致的地表覆蓋變化必然影響生態系統的結構和功能[2],因此,土地利用變化過程及其對生態服務價值的影響逐漸引起了廣泛關注[3～5]。

生態服務價值是指生態系統與生態過程所形成并維持的人類賴以生存的自然環境條件與效用,是人類生存與現代文明的基礎。人類的發展建立在生態系統服務價值核算引入到土地利用決策當中,才能促進自然資源的合理開發,實現土地可持續利用。因此,研究土地利用變化情況下的生態系統服務價值的變化具有重要意義[6,7]。

我國近年來對生態系統服務功能價值的研究較多的是有關人工景觀、濕地生態系統、森林生態系統和城市綠地系統生態服務價值等方面[8～11]。但是我國西部經濟落后、生態脆弱的干旱地區有關這方面的研究較少。因此,本文借鑒前人研究成果,把塔里木盆地南緣克里雅綠洲作為研究區,應用生態經濟學的理論和研究方法,探討克里雅綠洲1991～2001年土地利用變化及其由此引起的生態服務價值變化,旨在探討干旱區綠洲土地利用的合理性,為土地利用效益評價、土地利用規劃及區域可持續發展提供理論參考。

1 研究區概況

克里雅綠洲位居塔里木盆地南緣克里雅河流域,昆侖山北麓,是一個典型的綠洲-荒漠交錯地區。該區南高北低,最高海拔5460 m,最低海拔1180 m,在氣候上屬暖溫帶大陸性干旱氣候,熱量與光照豐富,多年平均氣溫12.4℃,≥10℃積溫4340℃,多年平均降水量44.7 mm,多年平均蒸發能力2498 mm,無霜期為200 d。克里雅綠洲有大小河流11條,其中可利用的河流5條,年總徑流量9.61×108m3,可用的泉水溝6條,年徑流量1.65×108m3,地下水總量2.9×108m3,可開采量2.4×108m3。天然植被以蘆葦(Phragm ites comm unis)、檉柳(Tam arix spp.)、胡楊(Populus euphratica)、駱駝刺(A lhagi sparisifolia)為主。克里雅河源于昆侖山麓,流經克里雅綠洲消失在塔克拉瑪干沙漠腹地。克里雅綠洲幾乎沒有工業,農業以種植業為主,農作物種類主要有棉花、小麥、玉米等[12]。

2 資料與方法

2.1 數據獲取與處理

研究采用的LUCC動態數據的獲取以1991年10月和2001年10月Landsat-T M全波段圖像作為基本信息源。研究區總面積為376498 hm2,邊界范圍為左上角:81°08′59″E、37°12′04″N,右下角:82°00′03″E、36°44′59″N。以2001年已校正T M影像為基準,將1991年T M影像進行幾何校正,使該兩景影像具有同樣的地圖投影方式和邊界范圍。進行相應的輻射校正及增強處理等圖像預處理工作。用ENV I 4.3軟件,采用精度和穩定性都比較高的復合分類法獲得研究區1991年和2001年土地利用變化圖(圖1、圖2)與相關數據。根據研究區實際情況與中國陸地生態系統服務單位面積價值評價,土地利用類型劃分水體(河流、湖泊與水庫)、濕地、草地1(溫性草甸草原,覆蓋度25%以上)、草地2(溫性荒漠草原,覆蓋度25%以下)、沙地、鹽堿地和耕地等7類。

2.2 生態系統服務價值的賦值

目前,國內外關于生態系統服務價值定量評價的方法主要有3類:能值分析法、物質量評價法和價值量評價法。岳書平等的研究表明價值量評價方法所得的結果,既可以進行不同生態系統與同一項生態系統服務的比較,也能將某一生態系統的各單項服務綜合起來。因此,本文采用岳書平等采用的研究方法分析了研究區的生態系統服務價值變化情況。生態系統服務價值算公式如下:

式中:ESV為生態系統服務價值(元),Ak指研究區第k種土地利用類型的分布面積(hm2), VCk為生態服務功能價值指數,即單位面積生態系統服務價值(元/hm2·a)。

考慮到研究區實際情況,使用謝高地等人提出的中國陸地生態系統服務單位面積價值平均值,計算克里雅綠洲生態系統服務的價值(表1)。

表1 土地利用類型對應的生態系統類型及其生態服務功能價值指數(元/hm2·a)

2.3 敏感性分析方法

為了確定生態系統服務價值隨時間的變化對于生態服務功能價值指數的依賴程度,本文選取經濟學中的彈性系數概念來計算價值指數的敏感性指數(CS)。文中將各類土地利用類型的價值指數分別調整50%,來衡量總生態系統服務價值的變化。如果CS>1,表明ESV相對于CS是富有彈性的;如果CS<1,ESV則被認為是缺乏彈性的,比值越大,表明生態服務功能價值指數的準確性越關鍵。其計算公式如下:

式中,ESV代表總生態服務價值量;VC代表價值系數;i和j分別表示初始的生態系統服務價值和生態服務功能價值指數調整后的價值;k代表土地利用類型;CS代表敏感度[13～14]。

3 結果與分析

3.1 土地利用變化分析

由表2可知,1991～2001年,克里雅綠洲土地利用變化明顯。水體面積減少854 hm2,年變化率達3.18%;濕地面積減少1875 hm2,年變化率達3.75%;荒漠面積減少2472 hm2,年變化率為0.13%,由于荒漠面積在研究區土地利用中所占的比重最大(占52.03%),屬于比較穩定的土地利用類型;草地1面積增加1545 hm2,年變化率達1.87%;草地2面積增加5174 hm2,年變化率為0.41%;草地2的總面積在土地利用中所占的比重僅次于荒漠(占33.90%),也是研究區內比較穩定的土地利用類型;耕地面積減少1518 hm2,年變化率達0.41%。1991～2001年土地利用變化的趨勢為草地面積增大,水體、濕地、荒漠、耕地面積減少,濕地面積變化的絕對量最大,荒漠面積變化的絕對量最小。

克里雅綠洲植被覆蓋率有增加趨勢,這與該區域近10a降水量增加有關。從近10a克里雅綠洲小氣候條件變化方向可以看出,小氣候呈現了向有利于草地的生長趨勢,引起研究區草地面積的增加與荒漠面積的減少。另外該時段當地政府大力推行退耕還林還草、治理沙化政策,一定程度上改善了研究區的生態環境,草地面積增加同時荒漠面積減少了[15]。隨著克里雅綠洲人口增加,增加了農業用水量,在水資源總量沒有增加的情況下,勢必會減少生態用水量,導致濕地與水體總面積減少[16]。干旱氣候背景下,濕地與水體面積往往與區域生態環境穩定性密切相關,濕地與水體面積減少表明該區域生態環境退化趨勢。此外,研究區內盲目開荒導致綠洲內部土壤次生鹽漬化,影響了土地生產力,造成農田棄耕現象,導致耕地總面積的減少。

表2 克里雅綠洲1991～2001土地利用變化

3.2生態服務價值的動態變化

運用公式(1),對克里雅綠洲1991年和2001年生態服務價值進行了計算,計算結果見表3。

表3 克里雅綠洲1991年和2001年生態服務價值(108元/a)

由表3可知,克里雅綠洲生態服務價值從1991年的10.004×108元降低到了2001年的8.792×108元,生態服務價值損失了12%,達1.212×108元,平均每年凈損失生態服務價值32.2元/hm2。由表3和圖3可知,1991～2001年,克里雅綠洲水體、濕地和草地1的生態服務價值均有較大變動。其中濕地生態服務價值的變化最大,變化率高達-37.54%,其次為水體,變化率高達-31.75%,草地1的變化率為19.77%。荒漠生態服務價值的變化最小,變化率為-1.24%,草地2與耕地的生態服務價值變化率分別為3.91%和-4.41%。研究區生態系統服務價值的減少主要是由濕地與水體面積的減少而引起的。因為濕地與水體是生態系統服務的主體部分,總面積變化的絕對量很大,生態服務功能價值指數也遠大于研究區內其它土地利用類型,其面積的減少直接導致生態系統服務總價值降低。其中濕地面積從1991年4997 hm2減少到2001年的3122 hm2,10a間凈減少1875 hm2,生態服務價值凈損失1.041×108元,對研究區生態服務價值的減少貢獻最大;水體面積10a間凈減少854 hm2,生態服務價值凈損失0.347 ×108元,對生態服務總價值的減少有一定的貢獻。因此,為了減少濕地、水體面積縮小對生態服務價值帶來的損失,土地利用規劃時必須充分考慮農用地、建設用地與濕地、水體間的配置,對現有的濕地、水體,在確保發揮最佳生態服務功能的同時,加強保護,實現研究區內土地資源的可持續利用。

3.3 敏感性分析

根據敏感性指數的計算公式,把各種土地利用類型的生態服務價值系數分別上下調整50%,計算出了克里雅綠洲1991年和2001年的敏感性指數。由圖4可知,不同年份不同土地利用類型生態系統服務價值對生態服務功能價值指數的敏感性指數的變動小,而且均<1,表明研究區內生態系統服務價值對生態服務功能價值指數是缺乏彈性的,運用Costanza等提出的生態服務價值系數,結合敏感度分析,研究土地利用變化量化區域生態服務價值是切實可行的。

4 結論

(1)運用克里雅綠洲1991年和2001年的土地利用數據,分析綠洲土地利用動態變化。結果表明,克里雅綠洲1991～2001年土地利用變化總的趨勢為草地面積增大,水體、濕地、荒漠、耕地面積減少,濕地變化的絕對量最大,荒漠變化的絕對量最小。

(2)對生態系統服務價值的研究表明,1991～2001年克里雅綠洲水體、濕地和草地1的生態服務價值均有較大變動。濕地生態服務價值的變化最大,其次為水體。從生態系統服務總價值來看,克里雅綠洲生態系統服務價值呈現減少趨勢,10a間生態服務價值損失了12%,達1.212×108元。生態服務價值減少主要是由濕地、水體總面積變化的絕對量與生態服務功能價值指數大于研究區內其它土地利用類型而導致的。

(3)敏感性分析結果顯示不同年份不同土地利用類型生態服務價值對生態服務功能價值指數的敏感性指數均<1,表明運用生態服務價值系數,結合敏感度分析,研究土地利用變化量化區域生態服務價值是切實可行的,研究結果是可信的。

[1]張瀅,丁建麗.綠洲土地利用變化未來趨勢預測及其調控研究[J].干旱區資源與環境,2006,20(6).

[2]郝慧梅,任志遠.基于生態服務價值的土地利用/覆蓋變化生態效應測評[J].資源科學,2007,29(6).

[3]冉圣宏,李秀彬,呂昌河.土地覆被及生態服務價值變化的多時間尺度模擬-以四川省漁子溪流域為例[J].地理學報, 2006,61(10).

[4]張文廣,胡遠滿,劉淼,等.基于土地利用變化的生態服務價值損益估算-以岷江上游地區為例[J].長江流域資源與環境,2007,16(6).

[5]曹順愛,吳次芳,余萬軍.土地生態服務價值評價及其在土地利用布局中的應用-以杭州市蕭山區為例[J].水土保持學報,2006,20(2).

[6]李方,張柏,張樹清.三江平原生態系統服務價值評估[J].干旱區資源與環境,2004,18(5).

[7]梁欣,臧淑英,張思沖.基于土地利用變化的生態服務價值損益估算-以大慶市為例[J].自然災害學報,2006,15(2).

[8]田剛,蔡博峰.北京地區人工景觀生態服務價值估算[J].環境科學,2004,25(5).

[9]張華,武晶,孫才志,等.遼寧省濕地生態系統服務功能價值測評[J].資源科學,2008,30(2).

[10]熊黑鋼,秦珊.新疆森林生態系統服務功能經濟價值估算[J].干旱區資源與環境,2006,20(6).

[11]李鋒,王如松.城市綠地系統的生態服務功能評價、規劃與預測研究-以揚州市為例[J].生態學報,2003,23(9).

[12]瓦哈甫.哈力克,塔西甫拉提.特依拜,海米提.依米提,等.克里雅河流域水資源利用及其生態環境響應研究[J].農業系統科學與綜合研究,2006,22(4).

[13]謝高地,魯春霞,冷允法,等.青藏高原生態資產的價值評估[J].自然資源學報,2003,18(2).

[14]岳書平,張樹文,閆業超.東北樣帶土地利用變化對生態服務價值的影響[J].地理學報,2007,62(8).

[15]丁建麗,塔西甫拉提.特依拜.3S技術在綠洲土地覆蓋變化研究中的應用研究[J].生態學雜志,2005,24(11).

[16]瓦哈甫.哈力克,塔西甫拉提.特依拜,海米提.依米提,等.新疆于田綠洲土地利用變化的人文驅動力分析[J].干旱區資源與環境,2007,21(6).

Research on Effects of Land Use Change on Ecosystem Services Value in the Northern Tarim Basin Keriya Oasis

WANG Hong-liang,HE Bing-yu
(College of Resources and Environmental Science of XinjiangUniversity,Urumqi Xinjiang 830046 China)

KeriyaOasis in northern Tarim basinwas selected as a target area,the effectsof land use change on ecosystem services value within 1991 and 2001 was analyzed.Integrated with the current state of the study area,the moneywas selected as the evaluation method.The results showed that the land use pattern of study area has changed greatlywithin 1991 and 2001.ecosystem services value of the area decreased from 10.004×108 Yuan in 1991 to 8.792×108 Yuan in 2001,losing 12%,losing 32.2 Yuan per hm2 ecosystem services value per year. The change of ecosystem services value ofwetland was the main factor that resulted in the decrease of total ecosystem services value of the target area.The analysis on the sensitive coefficient showed that the ecosystem services value is short of flexibility in the area and the result is credible,which may provide reference for land use planning for the target area.

land use change;ecosystem service value;sensitive coefficient;Keriya Oasis

X82

A

1673-9655(2011)04-0060-04

2011-03-17

王洪亮(1983-),男,山東棗莊人,碩士研究生,從事區域污染控制與環境評價。