基于格網尺度的區域生態系統服務價值估算與分析

唐秀美 劉 玉 劉新衛 潘瑜春 吳彥澎 李 虹

(1.北京農業信息技術研究中心， 北京 100097； 2.國家農業信息化工程技術研究中心， 北京 100097；3.國土資源部土地整治中心， 北京 100035； 4.北京市農林科學院， 北京 100097)

基于格網尺度的區域生態系統服務價值估算與分析

唐秀美1,2劉 玉1,2劉新衛3潘瑜春1,2吳彥澎4李 虹1,2

(1.北京農業信息技術研究中心， 北京 100097； 2.國家農業信息化工程技術研究中心， 北京 100097；3.國土資源部土地整治中心， 北京 100035； 4.北京市農林科學院， 北京 100097)

以北京市海淀區為例，在對區域土地利用現狀進行劃分的基礎上，基于格網尺度估算了區域生態系統服務價值，并根據價值分布狀況將區域劃分為不同的生態系統服務價值分區，基于GIS和FRAGSTAS軟件，分析了不同分區的土地利用結構和景觀格局狀況。結果表明：海淀區格網的生態系統服務價值處于-234.56～207.97萬元之間，并呈現明顯的從南部到西北部增加的趨勢；不同生態系統服務價值分區土地利用結構差距較大，高值區的土地利用類型主要為城市綠地，中值區土地利用類型面積較大的為耕地和城市綠地，低值區建設用地的面積較大；不同生態系統服務價值分區的景觀格局指數變化較大，從高值區到低值區，景觀格局的破碎化程度逐漸增加，人類活動對生態環境的影響不斷加劇，人類活動對景觀的干擾程度加大。研究結果可以為精細化評估區域生態系統服務價值提供參考，并能服務于區域土地利用結構調整和可持續利用及生態景觀建設。

生態系統服務價值； 地理信息系統； 格網； 評估

引言

生態系統服務是指生態系統形成和所維持的人類賴以生存和發展的環境條件與效用[1]。生態系統是生態服務與功能形成和維持的物質基礎，區域生態系統自身和環境條件的多樣性決定了生態服務功能類型和強度的空間差異[2]。隨著環境問題的惡化，利用生態系統服務價值定量評估土地利用引起的生態效應已成為研究熱點[3]，國內外圍繞生態系統服務內涵[4]、類型劃分[5]及其價值評估方法[6-7]等方面進行了探討，對不同類型的生態系統服務價值進行了評估[8-13]，包括森林、草地、農田、濕地、河流、城市等。并在不同尺度[14-19]進行了深入的研究。作為人類實踐的基本活動，土地利用是人與自然交叉最密切的環節，對維持區域生態系統服務功能起著決定性作用[5]。研究土地利用/覆蓋變化對生態系統服務價值的影響，對促進區域生態建設和可持續發展具有現實意義[20]。目前大部分研究是在對生態系統服務進行初步定義的基礎上，依據土地變化、植被覆蓋類型等信息進行供應能力價值估算[21-23]。由于建設用地在城市分布較為廣泛，且其對區域生態環境造成的影響較大，有研究者嘗試探索對其價值進行估算[24]，但目前城市中建設用地類型較為復雜，將其估算為單一價值影響區域生態系統服務價值計算的科學性?；谝陨戏治觯疚囊院５韰^為例，在對其土地利用類型，特別是建設用地類型進行細分的基礎上，基于500 m×500 m格網尺度，對區域生態系統服務價值進行測算分析，并基于此對區域進行分區，研究不同分區的土地利用結構和景觀格局特征，以期為有目標地進行土地利用調整、科學合理促進生態景觀建設和保護區域生態環境提供參考和依據。

1 研究區概況與數據來源

海淀區位于北京市區西北部，地理位置北緯39°53′～40°09′、東經116°03′～116°23′，東與西城區、朝陽區相鄰，南與豐臺區毗連，西與石景山區、門頭溝區交界，北與昌平區接壤。南北長約30 km，東西最寬處29 km，面積426 km2。海淀內有平原和山地2種地形，地勢有起伏，總體呈西高東低。從功能上來劃分，海淀區屬于北京市城市功能拓展區，是連接北京市區與城郊的一個過渡地區。在經濟發展上，海淀區的東部和西部差異較大，東部臨近北京市中心，城市化程度高，開發強度大，商業區、高新技術研發區大部分聚集于此；西部城市化程度較低，有大面積的農業用地。

本研究數據來源于國產高分1號遙感影像數據，分辨率為2 m，經目視解譯獲取海淀區2014年土地利用現狀數據，如圖1所示，并通過現場調研進行地類核實，將土地利用類型劃分為耕地、水域、城市綠地、未利用地和建設用地，其中，建設用地細分為居住用地、商業用地、工礦用地、公共服務用地和道路。

圖1 海淀區土地利用類型分布圖Fig.1 Land use types distribution of Haidian District

2 研究方法

2.1 研究思路

本研究基于國產高分1號遙感影像數據獲取海淀區土地利用數據，結合已有研究，確定各土地利用類型的生態系統服務基準價值，特別是建設用地的基準價值；其次，將海淀區劃分為500 m×500 m的格網，以格網為單元，測算每個格網的生態系統服務價值，分析海淀區生態系統服務價值空間分布狀況；最后，根據海淀區的生態系統服務價值狀況將海淀區劃分為3個分區，并分析不同分區的土地利用結構特征和景觀格局。

2.2 土地利用類型生態系統服務價值估算

對海淀區的土地利用現狀類型進行綜合分析，最終確定了9個土地利用現狀用地類型，參照文獻[21,24-27]，確定了各個土地類型的生態系統服務基準價值，特別是各類型建設用地的生態系統服務基準價值，繼而進行了空間尺度和時間尺度上的修正[28]，使之適合于北京的實際情況，最終得到北京市各土地利用類型單位面積生態系統服務基準價值，其中，城市綠地的生態系統服務價值取林地、水域和草地的平均值，如表1所示。

表1 海淀區土地利用類型的單位面積生態系統服務價值

基于500 m×500 m格網，根據表1的生態系統服務基準價值，計算海淀區格網尺度生態系統服務價值，結果如圖2所示。海淀區共劃分為1854個單元，各格網的生態系統服務價值處于-234.56～207.97萬元之間，格網的生態系統服務價值呈現明顯的從南部到西北部增加的趨勢，其中，海淀區南部和中西部區域生態系統服務價值較低，多數格網的價值低于-100萬元，中部和北部地區生態系統服務價值多數處于-100～0萬元之間，少數格網處于0～100萬元，西部的格網價值較高，多數格網的生態系統服務價值高于100萬元。

圖2 海淀區500 m×500 m格網生態系統服務價值分布圖Fig.2 Ecosystem service value distribution in Haidian District based on 500 m×500 m grid

2.3 土地利用分析

圖3 海淀區生態系統服務價值分區圖Fig.3 Zoning map of ecosystem service value in Haidian District

基于生態系統服務價值對海淀區格網進行聚類，將其聚類為3個生態系統服務價值分區，分別為高值區、中值區和低值區(圖3)，分析3個區域的土地利用結構和景觀格局狀況。從表2可看出，3個區域的土地利用結構差距較大，高值區的土地利用類型主要為城市綠地，其面積占65.74%，其次為耕地和居住用地，其他用地類型的比例較小；中值區土地利用類型面積較大的為耕地和城市綠地，其次是居住用地和公共服務用地，低值區占比較高的用地類型是建設用地，包括居住用地、公共服務用地和商業用地等，城市綠地的面積也較高。

表2 海淀區不同生態系統服務價值分區土地利用結構

2.4 景觀格局分析

從表3中可以看出，不同生態系統服務價值分區景觀格局指數的變化較大，其中，斑塊密度從高值區到低值區逐漸增加，斑塊密度反映了景觀的破碎化程度，斑塊密度逐步增加，說明從高值區到低值區，景觀格局的破碎化程度逐漸增加，人類活動對生態環境的影響不斷加劇，人類活動對景觀的干擾程度加大；平均分維數差距不大，平均分維數意味著斑塊的自相似程度，從一定程度上反映了人類活動對斑塊的影響程度，平均分維數越小說明斑塊形狀相似性越小，形狀越不規則，3個分區的景觀平均分維數都在1.04左右，說明3個分區的景觀形狀都較為不規則；景觀破碎化指數從高值區到低值區持續增加，景觀破碎化表征景觀被分割的破碎程度，反映景觀空間結構的復雜性，低值區的景觀破碎化程度最高，說明人類活動在低值區對景觀的影響最大；景觀多樣性指數高值區最低，中值區最高，低值區也較高，景觀均勻度指數與景觀多樣性指數的特征相似，說明中值區的景觀最多樣且分布最均勻；而景觀聚集度指數和優勢度指數都是高值區最高，特別是優勢度指數明顯高于中值區和低值區，說明高值區的景觀類型中，某種景觀占優勢地位且分布比較聚集，而中值區和低值區某一種或幾種景觀組分占優勢的情況比較小，景觀整體結構受人類活動影響較大。

表3 海淀區不同生態系統服務價值分區景觀格局指數

3 結束語

以北京市海淀區為例，對區域土地利用現狀進行分析，特別對建設用地類型進行了細分，劃分為居住用地、商業用地、工礦用地、公共服務用地和道路，并結合已有研究，確定了不同土地利用類型的生態系統服務基準價值，同時，基于500 m×500 m的格網估算了區域生態系統服務價值，在分析區域生態系統服務價值空間結構的基礎上，將區域劃分為不同的生態系統服務價值分區，并分析了不同分區的土地利用結構和景觀格局狀況。探索了建設用地生態系統服務價值的賦值方法，對于全面認識區域的生態系統服務價值具有實際意義，研究結果可以為精細化評估區域生態系統服務價值做參考，并能服務于區域土地利用結構調整和可持續利用及生態景觀建設。

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總結性評價的優勢在于能對教學目的的達成情況進行評價。而沙盤類課程更注重過程的參與性與決策的精度、配合度，這些需求都是傳統的總結性評價難以兼顧的，因而難以形成對沙盤模擬過程的考核與激勵。

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Estimation and Analysis of Ecosystem Service Value Based on Grid Scale

TANG Xiumei1,2LIU Yu1,2LIU Xinwei3PAN Yuchun1,2WU Yanpeng4LI Hong1,2

(1.BeijingResearchCenterforInformationTechnologyinAgriculture,Beijing100097,China2.NationalEngineeringResearchCenterforInformationTechnologyinAgriculture,Beijing100097,China3.CenterofLandConsolidation,MinistryofLandandResources，Beijing100035，China4.BeijingAcademyofAgricultureandForestrySciences,Beijing100097,China)

The regional ecosystem service value of Haidian District in Beijing was estimated in the 500 m×500 m grid scale by using present regional land use data. The research area was divided into different types of sub-regions according to the distribution of ecosystem service values. The land use structure and landscape pattern of different sub-regions were analyzed through the software of GIS and FRAGSTAS. The results showed that the ecosystem service value of Haidian District was ranged from -2.35 million yuan to 2.08 million yuan, which was increased from the south to northwest. The land use structure and ecosystem service value were different in different sub-regions. The main land use types were urban green space in high value regions, cultivated land and forest land in mid value regions and construction land in low value regions. There were also large differences of landscape pattern index among different sub-regions of ecosystem service value. The fragmentation of the landscape pattern was gradually increased from low value regions to high value regions, indicating that the influence of human activities on the ecological environment was increased, and the disturbing of human activities on the landscape structure was also increased. The results of this research can provide a reference for the intensive evaluation of regional ecosystem service, and serve as a scientific basis for the structure adjustment, sustainable utilization of regional land and ecological landscape construction.

ecosystem service value; GIS; grid; evaluation

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.04.019

2016-05-24

2016-06-22

國家自然科學基金項目(41301093)、北京市農林科學院科技創新能力建設專項(KJCX20170501)和2014年山東省高校人文社會科學研究計劃項目(J14WF75)

唐秀美(1982—)，女，副研究員，主要從事土地利用與土地信息技術研究，E-mail： Tangxm@nercita.org.cn

劉新衛(1977—)，男，研究員，主要從事土地可持續利用研究，E-mail: Liuxinwei@lcrc.org.cn

F062

A

1000-1298(2017)04-0149-05