鞍山市土地利用變化對生態系統服務功能的影響研究

張艷麗

(海城市水利工程建設質量安全監督站，遼寧 海城 114200)

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鞍山市土地利用變化對生態系統服務功能的影響研究

張艷麗

(海城市水利工程建設質量安全監督站，遼寧 海城 114200)

生態系統服務功能與社會效益息息相關，但是由于近年來，人們違反自然生態規律的實踐活動不斷增多，因此土地利用類型越來越多樣，由此導致生態系統功能減弱。文章將以此為出發點，針對人地關系緊張以及生態系統服務功能逐漸減弱的社會現狀，以遼寧省鞍山市為例，通過對該研究區1990—2015年土地利用變化過程進行分析，以此結合空間顯式的生態系統服務功能評估模型中的“產水量”、“水質凈化”和“土壤保持”三大指標進行分析評估，從而就該研究區土地利用變化對鞍山市生態系統服務功能造成的影響進行分析。

鞍山市；土地利用；生態系統；服務功能

生態系統服務功能是指生態系統形成和所能維持人類賴以生存和發展的環境效用與條件，其也是人類生活的根本保障。隨著生活水準不斷提高，越來越多的人開始關注自然生態系統以及其相關功能的利用。由于土地利用變化過程以及格局會對區域自然生態系統循環過程產生重要影響。因此，相關學者研究的重點在于人類社會實踐活動與自然生態系統之間的關系。而本文主要立足于遼寧省鞍山市，對這一區域土地利用變化過程對當地生態系統服務功能造成的主要影響以及成因進行探討，以此為相關部門管理決策政策制定以及區域生態環境合理管控提供建議和參考[1]。

1 研究區資料背景分析

該研究區位于鞍山市，流域內干旱以及冷暖變化非常明顯，降雨量以及氣溫年均變化差異較大，其地表河流的重要補給形式是降雨。流域內生態系統受當地土地開發利用等相關實踐活動影響，尤其是上游水資源污染及濫用，導致整個區域地下水循環系統受到巨大干擾，在此過程中，該研究區供水與需水矛盾不斷凸顯。因此，本文就鞍山市土地利用變化對生態系統服務功能的影響展開研究。

2 研究分析方法及流程

2.1 鞍山市土地利用資料分類

首先，在數據研究過程中，本文需要結合鞍山市1990年以及2009年和2015年三年的不同LandsatTM影像數據資料進行分析。其中，像元大小和軌道號分別為30m×30m以及23031、23032、24031以及24032。另外，研究區內的坡度坡向圖以及DEM等相關數據資料，主要由地球系統科學共享網提供。本文將該研究區內的土地覆蓋數據等作為輔助決策資料，然后結合如下表中的分類方式，對該研究區流域內的實際情況進行二級分類：

表1 鞍山市土地利用資料分類

2.2 鞍山市氣象數據來源

本文在收集相關氣象數據資料時，主要選取鞍山市6個不同數據監測站點于2009-2015年收集的月均溫數據資料。另外，本文研究過程中的降雨數據資料全部來源于本市2009-2015年16個不同數據監測站點的水文氣象數據資料庫，其中主要包括河道徑流量監測數據以及水體中泥沙實際含量監測數據和水體中總氮含量監測數據等。

2.3InVEST模型構建及參數驗證分析

本文在數據分析過程中，采用的主要模型為InVEST模型。這一模型分析法最早由美國斯坦福大學提出，該模型可以借助GIS技術，就鞍山市不同類型土地覆蓋率對生態系統的功能性影響進行分析。與此同時，這一方法能夠結合實際土地利用情況，在不同的社會經濟尺度以及地理尺度中，對生態系統服務功能的具體變化情況進行合理描述。本文所選模型在分析過程中，主要包括的指標分為海岸以及生境和固碳及土壤侵蝕、水質等，然后在實際應用中，結合鞍山市具體土地利用情況，著重選取“產水量”、“土壤保持”、“水質凈化”3個主要子模型。

其中，水產量模型主要基于一個簡化的地下水系統循環模型，本文在研究過程中，地下水對生態系統服務功能造成的影響忽略不計[2]。因此，通過水產量這一指標值，對該研究區一定范圍內地表水產量進行合理分析。如果水產量越多，則表明該研究區水資源的實際供給服能力越強。具體可通過如下模型，對該研究區內實際水量參數值進行科學計算：

(1)

式中：在上述“產水量”模型中，Yxj為該研究區一定范圍內第j個土地利用類型柵格x的實際產水量；AETxj為該研究區一定范圍內第j個土地利用類型柵格x的每年實際水分蒸散量；Pxj為該研究區一定范圍內第j類土地利用類型柵格x的年降雨量。

在采用“產水量”模型就鞍山市土地利用變化對生態系統服務功能的影響進行分析時，主要參數指標包括土地利用圖、年降水量、潛在蒸散量、土壤根系深度、土壤深度和蒸散系數、植物可利用水含量等。通過插值法在對原始降雨站觀測數據進行分析基礎上得到該模型分析中的年降雨量[3]。

另外，本文在對該研究區內的土壤侵蝕速率進行分析時，主要采用“土壤保持”模型中的通用土壤流失方程進行計算分析。若該研究區內的土壤侵蝕量越小，則說明土壤保持功能越強。具體計算公式如下：

USLEx=Rx×Kx×LSx×Cx×Px

(2)

式中：柵格x的土壤侵蝕量通過USLEx表示；另外在此過程中，土壤侵蝕量因子分為Rx、Kx和LSx幾種；Rx為鞍山市土地降雨侵蝕力因子；Kx為鞍山市土地土壤可蝕性因子；LSx為鞍山市土地坡度、坡長因子；Cx為鞍山市土地植被覆蓋因子；Px為鞍山市土地管理因子。

在此模型計算分析過程中，通過將相關數據輸入模型，然后利用Wischmeier計算法，對各個不同數據監測站點的雨量及鞍山市土地實際降雨侵蝕因子進行計算，鞍山市土地可侵蝕因子通過采用諾謨方程進行計算得到[4]。

除此之外，由于總氮含量在一定程度上可針對某研究區河道中的水質狀況進行合理評估。因此，本文在對鞍山市河道水體中的總氮含量進行計算時，主要采用水質凈化模型，對水質污染系數進行合理計算評價，具體計算公式如下：

ALVx=HSSx×polx

(3)

本文在采用此模型對鞍山市河道水質總體狀況進行計算評價時，只考慮非點源污染而忽略其它相關污染源[5]。因此，當水體中所含總氮含量越高，表明水質的的實際凈化功能越弱；當水體中所含氮總量越少，表明該研究區河道中的水質總體狀況良好，水質自我凈化及含污能力較強，同時其生態系統服務功能也就越強，具體而言：

ALVx為鞍山市生態系統評估中柵格x調節的載荷值；polx為鞍山市生態系統評估中柵格x的輸出系數；HSSx為鞍山市生態系統評估中柵格x的水文敏感得分值。

2.4 鞍山市土地利用變化對生態系統服務功能的影響分析

1)鞍山市土地利用變化對生態系統服務功能的影響

該模型在分析評估過程中，主要選取的相關指標為鞍山市土地利用類型及鞍山市河道總氮輸出負荷以及DEM和鞍山市水文系統實際產水量數據等。通過上述水產量模型計算得到水產量實際數據。如下表數據表示1990-2015年鞍山市土地利用變化對生態系統服務功能影響模擬的相關參數值：

2)鞍山市土地利用變化分析

本文首先結合上述3個不同模型，對鞍山市不同數據觀測時段所采集的數據進行計算分析，發現該研究區不同階段土地利用面積變化存在一定的差異[6]。其中，在1990-2000年間，該研究區農田實際面積減少約15.6%，而草地面積增加約24%；另外，水體占地面積也增加35%，但從變化過程來看，當地林地面積變化差異不大，而建筑用地面積卻有很大增幅。本文通過對2000-2015年的相關數據進行分析得知，鞍山市在這一時期的林地面積增幅較大，建筑用地在這一時期增幅比原來上升約56.6%，而且裸地面積也顯著增加。總體而言，該研究區在整個研究期內，草地以及農田和水體實際面積均減少，其具體系數變化幅度為0.3、0.48和0.61，但建筑用地及裸地面積卻在不斷增加，其增幅系數分別為2.3和2.8。

表2 1990-2015年鞍山市土地利用變化對生態系統服務功能影響的模擬值

3)鞍山市土地利用實際功能價值轉化

通過上述不同時期土地利用狀況變化情況可以發現，在整個研究期內，鞍山市大約有7.8%和10%的農田轉化為草地以及森林。因此，草地與森林同農業用地之間具有較高的轉化率。從這一變化過程中其實不難發現，鞍山市在整個發展過程中，政策制度在不斷發生變化，其中早期階段由于工業化發展速度加快，因此大量建筑用地和工業廠房用地取代了農田及森林用地。因此，導致這一時期鞍山市農田和草地大面積減少[7]。但是，隨著當地生態環境不斷惡化，土地利用變化對生態系統服務功能的影響越來越明顯。逐漸到2000-2015年，國家和地方政策得到調整，此時建筑用地和裸地面積有所減少，相反草地和林地面積不斷增加。故在這一轉化過程中，農業以及森林等政策管控在當地土地利用轉化過程起著非常重要的作用[8]。

3 結 語

研究表明，在這10年間，鞍山市土地利用情況發生了明顯的變化。其中，農田以及草地和水體三大類型的土地實際面積分別減少約29.6%以及45.8%和61.2%。在此過程中，隨著工業化和城市化發展，當地建筑用地和林地以及裸地面積分別增加約35.7%、23.1%以及56.8%。隨著土地利用形式和利用類型發生變化，導致研究區生態系統服務功能中的水土保持功能和固碳功服務功能及水資源供給服務功能以及水質凈化功能等均發生了明顯變化。其中，降幅分別為45.6%以及18.73%和3.5%及21.6%。究其原因，主要由于當地興建大量的建筑物，因此導致土地荒漠化現象非常嚴重，土壤的水土保持及地下水水質凈化能力都在不斷降低。故當地相關部門應重點加強對建筑用地進行合理調節和管控，適當增加森林面積，提高植被覆蓋率。

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1007-7596(2017)02-0039-03

2017-02-10

張艷麗(1978-)，女，遼寧鞍山人，工程師，研究方向為河道生態建設、節水灌溉、水利工程管理等。

F301.24；X

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