濱海地區土地生態服務價值演變及驅動因素研究

何玲 賈啟建 閆慧慧 張利

[摘 要] 河北省沿海經濟的快速發展導致濱海地區土地利用結構快速轉變，威脅土地生態安全。針對性核算濱海地區土地生態服務價值并探尋價值演變驅動力，是保障區域生態安全的必然選擇。本文以河北省東南部黃驊市為研究區，采用植被凈第一生產力及人為影響綜合指數進行生態服務價值估算及驅動分析。結果表明：2015年，濕地的單位面積生態服務價值最大，為15.86元/（m2·a），建設用地最小，為2.58元/（m2·a）；生態系統服務總價值25年持續減少，共減少了3.17億元；人為干擾是黃驊市生態服務價值變化的重要原因，隨著人為干擾強度的增強，生態服務價值持續降低。氣溫升高、日照時間增長、相對濕度和蒸降比降低，導致該區域土地利用類型變化，進而導致總生態服務價值降低。研究成果可以為合理劃定土地利用規劃提供參考，為區域生態保護提供指導。

[關鍵詞] 土地利用類型；生態服務價值；驅動因素；人為影響綜合指數；濱海土地

[中圖分類號] F301.2；X171.1 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2018）05-113-5

生態服務價值是對生態系統服務功能的量化，生態系統服務功能則受自然和人為等多因素的影響，盡管現代科學技術可以一定程度地改變該功能，但改變不了生態系統服務功能構成與維持中地類的決定性影響。隨著城鎮化的快速發展和人民生活水平的提高，建設用地占用耕地、農業內部結構調整等因素導致區域土地利用類型發生改變，生態系統服務功能的強度不斷降低，分析與評價土地利用中生態服務價值的時空變化及其驅動因素已得到廣泛重視，并成為合理配置土地資源的基礎，可為土地利用規劃與整治提供參考依據[1-3]。

近年來，圍繞生態服務價值的土地利用分類體系主要采用中國科學院資源環境分類系統，將土地利用類型歸納為耕地、林地、草地、城鄉建設用地、水域和未利用土地6種類型，分類結果體現了全國各地的主要地類，便于科研領域的研究，但也存在無法體現區域地類特點的弊端。生態服務價值的研究主要以Costanza[1]、歐陽志云[4-6]和謝高地[7]等為代表，取得了豐碩的研究成果，但在縣域尺度的應用中多數學者根據區域情況進行系數修正[3，8-11]，相同的修正系數無法體現區域特點。驅動因素的研究多集中于不同自然因素的影響，人為因素的量化方法仍需不斷探索[12-15]。

基于此，如何劃分體現區域特征的地類體系，針對性計算不同地類生態服務價值及其變化中的人為驅動因素是本文擬解決的關鍵問題，也是土地利用過程中生態效益核算的參考依據。本文以河北省黃驊市為研究區，利用植被凈第一生產力（NPP）模型估算生態服務價值，利用人為影響綜合指數探尋價值損益規律及驅動因素，以期為區域生態保護和修復提供依據，為土地利用總體規劃編制提供支持。

1 研究區概況

黃驊市位于河北省東南部，地處北緯38°09′～38°39′，東經117°05′～117°49′，總面積2 177.83 km2。黃驊市地勢低洼，高程在1～7 m，年平均氣溫13 ℃左右，年蒸發量1 500～2 000 mm，年降水量500～600 mm。全市土壤瘠薄，鹽堿化程度嚴重，土壤含鹽量高，植物種類少，大部分為草本植物。

2 數據來源及研究方法

2.1 數據來源及處理

生態服務價值估算涉及生態、社會、經濟等多方面的諸多指標，指標涉及面廣、數據量大。本文生態服務價值核算的部分數據來自303個有效樣點實地調查，另一部分來自地理空間數據云網站、美國地質調查局網站、中國氣象數據資源共享服務網。

樣點0～20 cm的土樣全部采用土壤農化常規方法進行測定。結合調查樣點，布設303個樣方，面積為1 m×1 m，對每個樣方進行物種辨別、分類及取樣。

地理空間數據云網站和美國地質調查局網站主要獲取Landsat5 TM影像，成像時間為1990年6月4日；Landsat7 ETM+影像，成像時間為2000年6月10日和2015年6月20日；MOD13Q1的MODIS數據產品，時間跨度為2015年1—12月，校正后采用最大值合成法生成逐月NDVI數據。

中國氣象數據資源共享服務網主要獲得黃驊、泊頭、滄州市3個站點的氣象數據，并從黃驊市周邊20個縣氣象局收集獲取各縣2015年全年的日氣象數據。

2.2 研究方法

2.2.1 單項生態服務價值估算方法。生態服務價值選取物質生產價值、養分循環價值、氣體調節價值、氣候調節價值、水源涵養價值、凈化環境價值、生物多樣性維持價值和景觀文化價值8項價值加總獲得[16]。其中，前4項價值均利用植物光合作用通過植被凈第一生產力（NPP）進一步計算獲得；水源涵養價值采用替代工程法，通過修建水庫價值進一步核算；凈化環境價值主要對吸收分解SO2、HF、NOX和吸附塵埃的功能價值進行核算，以單位面積治理成本替代凈化環境價值；生物多樣性維持價值對生境內多樣性（α多樣性）進行價值核算，參照《森林生態系統服務功能評估規范》中Shannon-Weiner指數分級價值表獲得該項價值；景觀文化價值通過研究區旅游收入實地調查獲得。

2.2.2 生態服務價值損益估算方法。轉移矩陣用于對各地類內部間轉移面積進行分析，其模型為：

[A=A11 A12 L A1nA21 A22 L A2nL L L LAn1 An2 L Ann ]（1）

式（1）中，Aij表示k時期的i種地類轉為k+1時期的j種地類的面積，A表示轉移矩陣。

以土地利用轉移矩陣為基礎，結合生態服務價值對不同地類間相互轉化引起的生態服務價值的損益情況進行定量計算。計算公式如下：

[Pij=VCi-VCjAij] （2）

式（2）中，Pij表示土地類型由i類轉為j類時的生態服務價值損益，VCi、VCj表示i地類、j地類的生態服務價值系數，Aij表示i地類轉為j地類的面積。

2.2.3 人為影響綜合指數。人為影響綜合指數用來描述區域內生態服務價值總體受人類干擾的強度，具體公式為[13，17]：

[HAI=i=1NAIPI/TA] （3）

式（3）中，HAI代表人為影響綜合指數；N為土地類型的數量，本文為9；Ai為第i種生態系統類型的面積；Pi為第i種生態服務價值所反映的人為影響強度系數；TA為總面積。

Pi利用Lohani清單法、Leopold矩陣法和Delphi法的平均值確定（見表1）。采用30 m×30 m格網，將研究區劃分成一系列子單元，分別計算各單元的人為影響強度。

HAI值數值越大，表示人類活動對生態服務價值變化的干擾越強；反之，表示人類干擾越小。在ArcGIS10.0中進行聚類分析Natural Breaks（Jenks）將人為影響綜合指數（HAI）分為三類：高影響區（HAI>0.80）、中影響區（0.40

3 結果與分析

3.1 土地利用類別劃分結果

根據黃驊市土地利用類型實際情況，將黃驊市土地利用類別劃分為耕地、園地、草地、建設用地、水域、鹽堿地、濕地、鹽田和其他土地九大類（見表2），以便進一步進行生態服務價值演變核算。

3.2 土地利用類型轉化

1990—2015年，黃驊市土地利用類型以耕地、建設用地和鹽堿地為主；25年間，耕地、鹽堿地和濕地面積明顯減少，分別減少了1.84%、3.11%和1.23%；建設用地、鹽田、其他土地、園地、草地和水域面積持續增長，分別增加了2.26%、1.42%、1.17%、0.80%、0.43%和0.09%。其中建設用地、鹽田和其他土地面積呈現大幅度增長，園地和草地持續穩定增長，水域面積小幅增長。

3.3 生態服務價值時空變化特征

3.3.1 單位面積生態服務價值估算結果。2015年，濕地單位面積的生態服務價值最大，為15.86元/（m2·a）；水域、園地、耕地、草地、其他土地、鹽田和鹽堿地單位價值依次降低；建設用地最小，為2.58元/（m2·a）。各單項生態服務功能中，養分循環功能價值最大，為13.95元/（m2·a）；水源涵養、景觀文化、物質生產、生物多樣性維持、氣體調節和氣候調節功能單位價值依次降低；凈化環境功能價值最小，為0.12元/（m2·a）（見表3）。

3.3.2 生態服務價值損益變化。根據國內生產總值指數計算1990年生態服務價值，并計算流向損益矩陣，橫向表示各土地利用類型轉出面積的價值量變化，縱向表示各土地利用類型補給面積的價值量變化。

1990—2015年，生態服務價值因耕地轉為建設用地減少了4 986.28萬元，耕地退化成鹽堿地生態服務價值損失8 043.02萬元，耕地轉為設施農用地損失了1 547.32萬元；園地被建設用地占用，生態服務價值減少了542.82萬元，轉為濕地生態服務價值增加4 877.08萬元；草地主要轉為建設用地，生態服務價值減少1 050.60萬元；部分建設用地實施“占補平衡”政策補充耕地，生態服務價值增加了6 163.72萬元；水域部分轉為濕地，價值增加1 514.70萬元，部分轉化為建設用地，價值減少1 108.52萬元；鹽堿地主要轉為園地、草地、耕地，價值分別增加5 766.25萬、2 724.48萬、1 521.29萬元；濕地主要轉為鹽田和水域，分別損失33 831.40萬元和3 904.20萬元；鹽田轉為水域和建設用地；其他土地轉為耕地、濕地和草地，生態服務價值有所增加。

3.4 生態服務價值變化驅動因素

3.4.1 人為驅動因素干擾。黃驊市人為綜合干擾強度在空間上的分布特征表現為：低影響區和中高影響區占主導地位，高影響區在近海地區分布較大，在黃驊市中西部內陸地區呈零星、小塊狀分布（見圖1）。分析黃驊市1990、2000、2015年3年的人為綜合干擾強度的變化趨勢發現：在近海地區生態服務價值變化基本不大，建設用地呈現高影響強度，鹽田、鹽堿地呈現低影響強度；中部地區，1990年大體呈現中低影響強度，并有部分高影響強度零星分布，2000、2015年影響強度變小，低影響強度占主導地位；西部和南部地區，1990年影響強度以低影響為主，2000、2015年影響強度變大，到2015年西南地區以中高影響強度占主導地位。總體來看，高影響區穩定，中影響區面積持續增加，低影響區面積略有降低。隨著人為干擾強度的增強，高生態服務價值地類轉化為低生態服務價值地類，生態服務總價值持續降低。

3.4.2 自然驅動因素干擾。利用1990—2015年黃驊市平均氣溫、蒸降比、平均相對濕度和日照時間的統計值與該區各地類面積進行相關性分析。結果顯示：平均氣溫僅與鹽田呈顯著正相關，與其他地類相關顯著性較差，說明平均氣溫升高是鹽田面積增加的驅動因素；平均相對濕度與鹽堿地、濕地顯著正相關，與園地、水域、鹽田和其他土地顯著負相關，說明平均相對濕度對上述地類影響較大；蒸降比與耕地、鹽堿地和濕地顯著正相關，與園地、草地、水域、鹽田和其他地類顯著負相關，顯示了蒸降比升高對鹽堿地面積擴大及園地、草地、水域、鹽田和其他地類面積縮減的驅動作用，耕地、濕地面積變化受多種因素影響最終顯示與蒸降比正相關；日照時間與草地、其他土地呈正相關，與耕地呈負相關，顯示日照時間的增加對草地、其他土地面積增加的驅動作用，耕地面積變化受多種因素影響最終顯示與日照時間負相關（見表4）。

綜上，氣溫升高、日照時間增長、平均相對濕度和蒸降比降低，導致該區域土地利用類型向不同方向轉化，進而總生態服務價值降低。

4 結論

1990—2015年，土地利用類型以耕地、建設用地和鹽堿地為主；25年間，耕地、鹽堿地和濕地面積明顯減少，建設用地、鹽田、其他土地、園地、草地和水域面積持續增加。2015年，單位面積生態服務價值依次為濕地>水域>園地>耕地>草地>其他土地>鹽田>鹽堿地>建設用地。

1990—2015年，從黃驊市生態服務價值的損失量來看，建設用地大量轉入及耕地、濕地轉出，導致黃驊市生態服務價值損失較為嚴重，25年減少3.17億元；從生態服務價值增量來看，增量來源主要是建設用地、鹽堿地等轉為耕地，水域轉為濕地，生態服務價值增加約2.96億元。人為干擾是黃驊市生態服務價值變化的重要原因，隨著人為干擾強度的增強，生態服務價值持續降低。氣溫升高、日照時間增長、相對濕度和蒸降比降低，導致該區域土地利用類型變化，進而總生態服務價值降低。本文可為黃驊市土地利用總體規劃、城市規劃和生態文明建設提供有力的決策依據，未來將會進一步提高生態服務價值的計算精度及驅動因素的量化分析水平。

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