無錫土地利用變化及生態系統服務價值研究

韓 煒

無錫土地利用變化及生態系統服務價值研究

韓 煒

（河海大學 地理信息科學與工程研究所，江蘇 南京 211100）

選取江蘇省無錫市作為研究區域，探索從2000年到2014年，無錫土地利用狀況及生態系統服務價值的變化。對無錫市的發展狀況進行評估并對未來的城市發展做出相應的分析。結果表明，無錫市土地大多數是從其他土地類型轉變為建設用地；在水域、耕地、林地這3種土地利用類型中，僅有林地有少幅增加；建設用地是變化量最大的土地利用類型，也是最快的類型，可見無錫的城市化進程在這14年中迅猛發展；而在生態系統服務價值方面，無錫的生態系統服務價值也是逐年遞增的，但總體變化幅度不大。

土地利用；遙感影像；生態系統服務評價；城市化進程

土地利用/覆被變化(LUCC)是全球環境變化的重要組成部分，其不僅帶來了地表結構的巨大變化，而且對生態服務造成重要的影響。進入21世紀以來，我國的土地生態系統遭到了不同程度的破壞，出現了水土流失、生態多樣性急速減少、土地荒漠化、水體污染等一系列生態問題。由此關于土地利用程度變化、全球生態系統服務價值量的變化等問題越來越被人們關注，并且逐漸成為全球研究的熱點之一[1]。國內學者對土地利用/覆被變化的研究進程相對較晚，從上個世紀90年代開始，國內學者借鑒了國外的研究成果和經驗，并取得了一定的成就。國內對土地利用與土地覆被變化的研究領域包括：土地利用/土地覆被時空變化研究、驅動機制研究和生態環境效益研究[2]。本研究選取國內較為發達的江蘇省無錫市作為研究對象，探討我國東部沿海城市化進程的現象，對無錫以及東部沿海城市的土地利用、協調可持續發展提供相應的依據，為經濟持續增長和社會穩定繁榮打下堅實的基礎。

1 土地利用變化研究

1.1 數據源

本次研究主要采用的數據是2000年5月4號、2007年3月29號和2014年12月29號的TM遙感影像，條帶號和行編號都為119、38，這三期的遙感影像質量均較好，且云量基本上控制在5%以下而且無錫區域基本上屬于無云區域，所以選擇這3期影像處理出來的效果較好，誤差較小。年度跨度是14年，有較好的對比度。

1.2 遙感數據預處理

遙感影像的預處理包括了影像的幾何糾正， 影像的裁剪和拼接，多波段的數據融合及選擇，圖像的增強等。其中TM影像波段合成選取的是432假彩色合成，即4、3、2波段分別賦予紅、綠、藍色，在植被、農作物、土地利用和濕地分析方面，這是比較常用的波段選擇，經過試驗，也試用于無錫的土地利用分類。經過如上處理，最終得到的結果見圖1。

圖1 無錫市遙感影像（經過預處理）Fig.1 The processed remote sensing image of Wuxi

1.3 遙感影像解譯分類

本次研究參考了《土地利用動態遙感監測規程》（TD/T1010-1999）以及《土地利用現狀分類》（GB/T 21010-2007），將無錫市的土地利用/土地覆被類別劃分為水域、林地、耕地、建設用地、未利用地這5種類型，具體見表1。

表1 無錫市土地利用類型劃分Tab.1 The classif cation of land-use of Wuxi

本文采用最大似然法監督分類的方法對影像進行解譯，具體處理步驟如下：

(1)建立解譯標志（表2）

表2 無錫TM影像解譯標志Tab.2 Interpretation marks for the TM image of Wuxi

(2)監督分類：本文采用的是ENVI的最大似然法（Maximum Likelihood）進行監督分類，分類結果見圖2。

(3)分類后處理：分類過程中會出現面積較小的圖斑或者分類結果與事實不符的情況，則可以通過人工處理將那塊區域重新分類到應屬的類別中去，可提高精度。

(4)精度檢驗：用ENVI軟件計算分類混淆矩陣和Kappa指數。得到2000年、2007年、2014年三期影像處理的總體分類精度為90.01%、92.75%、88.14%，Kappa指數為0.86、0.88、0.82，符合使用要求。

(5)面積計算：通過軟件計算出各利用地的面積(表 3)。

表3 2000——2014年間無錫地區土地利用變化分類面積表 （單位：km2）Tab.3 The area of classif ed land-use change in Wuxi from 2000 to 2014 （ unit：km2）

圖2 無錫土地利用圖Fig.2 Land use map of Wuxi

1.4 土地利用變化趨勢分析

水域在2000—2014年間，總體減少了115 km2，減少量較大，主要是各項建設用地的擴張占據了水體，由于不同月份水位的高低不同，也造成了2014年的影像數據水域面積偏小。林地在2000—2014年間，總體增加了35 km2。其原因主要是政策的支持，在2000—2007年間興起了退耕還林的活動，許多農田也轉變為經濟果園，使得林地總體增加。耕地在2000—2014年間，總體減少了297 km2。在這5種土地利用類型中是減少量最多的。主要是因為建設用地的擴張，也有退耕還林使得一部分耕地轉變為林業用地。建設用地在2000—2014年間，總體增加了375 km2。在5種土地利用類型中增加量最多。原因主要是城市化的進程進一步加快，城區人口的進一步增加導致用地緊張，需要擴張來維持城市的發展，其余土地利用類型減少絕大多都轉移到建設用地上，使得建設用地在14年間迅速增長。未利用地在2000—2014年間，總體增加了2 km2。未利用地在無錫主要指的是江陰長江邊上在長江落潮時裸露出來的泥沙地表，因此和月份有很大的關系。由于影像選取的時間，2000年和2007年均是在3月份選取的影像，所以總體上，未利用地的面積差別不大，而2014年主要選取的是12月份的影像，屬于冬季枯水期，長江水位下降，裸露出來的地表便比前兩年得到的結果多出了2 km2。總體來說，未利用地對無錫的土地利用變化的研究影響不大。

2 生態系統服務價值分析

生態系統通過各部分之間以及生態系統與周圍環境之間的物質和能量交換，直接或間接地為人類提供各種服務，是人類賴以生存的物質基礎。生態系統服務是指通過生態系統的結構、過程和功能直接或間接得到生命支持產品和服務，包括供給服務、調節服務、支持服務和文化服務[3]。

2.1 指標體系的構建

本文分析無錫的生態系統，是在千年生態系統 評 估（millennium ecosystem assessment， 簡 稱MA）、Constanza以及謝高地等人的研究基礎上，將無錫的生態系統評估的指標體系構建如表4[4]。

2.2 生態系統服務價值當量因子的構建

1997年，Constanza最先開始在全球范圍內的生態系統服務價值的估算研究，但是存在一定的不足。中國謝高地等針對其不足，取其精華，去其糟粕，在此基礎上制定了中國生態系統服務價值當量因子表。提供了全國基準的生態系統服務價值的單價。之后，又有很多的學者基于謝高地等的研究，結合本地區實際進行了因子的適當調整。付光輝等在前人研究的基礎上，結合江蘇省的實際，提出了江蘇地區的生態系統服務價值當量因子表[5-6]。經過調查研究，以上評價因子也適用于無錫地區，于是本文也采用該表作為無錫市生態系統服務價值因子當量表（表5）。

表4 無錫市生態系統評估指標體系Tab.4 Ecosystem Assessment Index System of Wuxi

表5 江蘇省生態系統服務價值當量因子表Tab.5 Equivalent weight factor of ecosystem services per hectare of ecosystem in Jiangsu province

2.3 生態系統服務價值的運算

本文在謝高地等人制定的標準的基礎上，制定了無錫市生態系統1個當量因子的價值計算公式為

式中：En為第n年無錫的單位某種生態系統服務的經濟價值；Ρn為無錫市第n年經濟回報的平均價格；Qn為無錫市該種土地利用的經濟作物的總產量；Sn為無錫市該土地利用類型的面積。

根據在無錫市統計局網站搜集的無錫市2000、2007、2014年水產品、林地（茶葉為主）、農田產品的相關數據，得到相應的環境價值。

2.4 生態系統服務價值評估

本文在中國生態系統服務價值當量因子的基礎上，考慮到社會經濟的因子，建立無錫市生態系統服務價值的模型如下：

式中：ESV為無錫市生態系統服務價值總量；En為第n年的單位面積某種生態系統服務的價值；Ain為i類土地生態系統在第n年的面積；Sij為江蘇省生態系統服務價值當量因子；Sn為第n年社會經濟因子的調整后的系數。

2.5 生態系統服務價值分析

將不同年份不同土地利用類型的生態系統服務價值作比較并計算出不同類型變化的速率，可以更好地分析生態系統服務價值的變化（表6、表7）。

從表7可以看出：無錫的生態系統服務總體價值是持續增加的，不過增速在放緩；各種土地利用類型的生態系統服務價值也是持續增加的，其中只有水體生態服務價值是增長得越來越快的；林地、農田生態系統的服務價值增速都在放緩；各種土地利用類型中，增加量最大的是林地生態系統；在2000到2007年間，變化速度最快的是林地，最慢的水體；在2007到2014年間，變化速度最快的是水體，最慢的是農田。

從上述的趨勢中我們可以看出，無錫地區的生態系統服務的價值是持續增加的，雖然水體的面積總體在減少，耕地的面積在減少，但是由于其單位農田和單位水體的生態系統服務價值是增加的，所以總體上水體和農田生態系統服務價值還是增加的，林地的總體面積在增加，而且單位林地生態系統的服務價值也是持續增加的，所以林地的生態系統服務價值也在持續增加，只不過幅度在減小。而造成總體生態系統服務價值增加的原因，主要是由于人們保護生態意識的提高、政策的扶持以及經濟的發展等各方面因素[7]。

表6 無錫市2000、2007、2014年生態系統服務的總價值 (單位：萬元)Tab.6 The values of ecosystem services of Wuxi in 2000、2007、2014 (unit：Ten thousand yuan)

表7 無錫市各土地利用類型生態系統服務價值變化Tab.7 The changes of the value of ecosystem services of different land use in Wuxi

3 結論

1）無錫市在2000—2014年中是一直處于城市化的高速發展當中，且后7年比前7年還快。而在土地利用強度方面，在14年中，土地利用強度等級向高級別方向不斷發展，利用強度不斷增大。

2）無錫的土地利用大多數都是轉變為建設用地，這對無錫的生態環境是有著一定程度的影響，但是在當地政府和居民的共同努力下，實施了退耕還林、退漁還湖等措施，并且隨著生產技術水平的提升，使得綜合生態系統服務價值穩步提升。

[1]張軍輝.基于遙感的區域土地利用變化及生態系統服務價值研究[D].保定：河北農業大學，2008.

[2]楊 凱，陳 軍，關澤群，等.用多時域遙感影象測定城市演變的方法[J].經濟地理，1986(3)：191-195.

[3]徐麗芬，許學工，羅 濤，等.基于土地利用的生態系統服務價值當量修訂方法——以渤海灣沿岸為例[J]. 地理研究，2012，31(10)：1775-1784.

[4]SHAO J A，WEI C F，XIE D T.Sustainable land use planning based on ecological health[J].Chinese Geographical Science，2005，15(2)：137-144.

[5]付光輝， 劉友兆， 祖躍升，等. 區域土地整理綜合效益測算——以徐州市賈汪區為例[J]. 資源科學， 2007，29(3)：25-30.

[6]王同坤.基于生態系統服務價值的生態補償研究——以無錫市新區為例[J].江蘇城市規劃，2016(2)：20-23.

[7]劉 韜，陳 斌，杜 耘，等.洪湖濕地生態系統服務價值評估研究[J].華中師范大學學報：自科版， 2007，41(2)：304-308.

Study on land use change and ecosystem services evaluation of Wuxi

HAN Wei
(Institute of Geographical Information Science and Engineering， Hohai University， Nanjing 21100，China)

Based on the changes of land use and the value of ecosystem services， in this study we selecte Wuxi City， Jiangsu Province as the research area， and explore the change of land use status and ecosystem service value in Wuxi from 2000 to 2014. The assessment of the development for Wuxi City and the analysis of future development are carried out. The actual results show that most of the land in Wuxi is transformed from other land types to construction land. In the three types of land use types， such as waters， cultivated land and forest land， there is only a slight increase in forest land. Construction land is the largest change and the fastest type in the type of land use. it reverls the process of urbanization in Wuxi in the 14 years of rapid development. In terms of the value of ecosystem services， the value of ecosystem services in Wuxi increases year by year， but the overall change is not significant.

Land use； remote sensing image； ecosystem service evaluation； urbanization process

F301；P237

A

1673-9469（2017）03-0088-05

10.3969/j.issn.1673-9469.2017.03.019

2017-05-16

國家自然科學基金資助項目（41201394）

韓煒（1994-），男，江蘇興化人，碩士，研究方向為空間分析與建模。