基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的土地生態(tài)敏感性研究

王振鵬 蒲泓君

(成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059)

引言

現(xiàn)代以來，中國的社會經(jīng)濟水平的發(fā)展之快，使得人們對土地的需求量大大增加，以便獲得更快的發(fā)展經(jīng)濟和更好的生活水平。而過度的土地開發(fā)造成的土地利用變化會造成自然生態(tài)環(huán)境的變化[1]，同時也會使土地生態(tài)敏感度發(fā)生改變。土地生態(tài)敏感性與其它一般的生態(tài)敏感性有很大的區(qū)別，主要在于土地生態(tài)敏感性是從土地利用方面入手的，土地生態(tài)敏感性主要研究植被覆蓋類型變化、土壤流失、水域變化、氣候和人類社會活動等帶來的影響，也將生態(tài)學(xué)、自然地理學(xué)以及自然經(jīng)濟學(xué)結(jié)合起來，使結(jié)果更加具有說服力。

1935年英國生態(tài)學(xué)家坦斯利首次提出了生態(tài)系統(tǒng)，此后國外的眾多學(xué)者開始關(guān)注生態(tài)敏感性問題。如，Suming R等為了研究生態(tài)敏感性指數(shù)干擾程度，利用景觀多樣性和生態(tài)系統(tǒng)年齡進行研究[3]；張偉等人以典型山地城市谷城縣為研究區(qū)域，根據(jù)山地生態(tài)系統(tǒng)特征，選取坡度、地質(zhì)災(zāi)害、高程、植被覆蓋、河流水庫緩沖區(qū)5個因子，進行分別因子分析，利用AHP確定因子權(quán)重,結(jié)合GIS空間分析技術(shù),得到綜合生態(tài)敏感性空間分布圖，得出結(jié)論并對研究區(qū)提出相應(yīng)的科學(xué)保護措施[4]。2019年劉昶、李永樹等人，利用ArcGIS軟件空間分析功能以獲得實驗區(qū)的生態(tài)敏感性區(qū)域分布狀況以及相關(guān)統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，并根據(jù)城鎮(zhèn)近郊區(qū)生態(tài)敏感性來得出相應(yīng)的結(jié)論與建議[6]。

1 研究區(qū)概況

萬州區(qū)隸屬重慶市，位于重慶市東北邊緣，坐標為E107°55′22″～108°53′25″，N30°24′25″～31°14′58″，行政面積達345700hm2，常住人口約為165萬人，氣候條件為亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，常年日照充足，雨水充沛。自三峽大壩蓄水以來，萬州區(qū)更是作為三峽移民的重要據(jù)點，土地利用變化速度日益提高。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究土地利用數(shù)據(jù)在監(jiān)督類型的基礎(chǔ)上，人工目視修正，將土地類型分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地6種類型；源數(shù)據(jù)Landsat8和DEM數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud. cn/home)；其它數(shù)據(jù)來自重慶市統(tǒng)計局官網(wǎng)的《重慶市統(tǒng)計年鑒》。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用強度指數(shù)

土地利用變化的幅度強弱可以由土地利用強度指數(shù)表示[7]，數(shù)學(xué)模型：

(1)

式中，Gi是某種土地利用類型的強度等級值；Si代表某種土地利用類型面積占研究區(qū)總面積的比例；n是土地類型的數(shù)量。參考王秀梅等研究成果[8],并結(jié)合本次研究，根據(jù)自然狀態(tài)下被人為干擾的程度對土地利用類型進行分級。一級是未利用地，二級是林地、草地和水域，三級是耕地，四級是建設(shè)用地，等級數(shù)值越高說明土地受到的干擾越強。

2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算

通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估將區(qū)域大氣氣候、土壤情況、水文等變化綜合到一起，在宏觀層次上解決生態(tài)系統(tǒng)受到土地利用變化的影響[9]，參考其研究建設(shè)用地歸入人工生態(tài)系統(tǒng)不作研究。公式：

(2)

式中，ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值;Ai為某種土地利用類型的分布面積;VCi為某種土地利用類型單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)。根據(jù)高莉潔等研究方法[10],利用公式(3)計算出研究區(qū)糧食產(chǎn)量經(jīng)濟價值，再基于謝高地等人構(gòu)建的中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量表[11]和參考資料[12]可以得出單位面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)VCi。

(3)

式中，V為單位面積糧食價值；q為糧食多年平均單產(chǎn)；p為多年平均糧食產(chǎn)值；n為多年平均糧食作物產(chǎn)量。

2.2.3 土地生態(tài)敏感性評價

據(jù)黃靜等學(xué)者的研究成果[13]，可以得出土地利用變化下的生態(tài)敏感性指數(shù)的數(shù)學(xué)模型。利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化率與土地利用強度變化率的比值，反映在土地利用變化下的土地敏感性響應(yīng)敏感程度：

(4)

式中，ESj代表第j年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；ESj-1代表第j-1年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；LUj代表第j年土地利用強度；LUj-1代表第j-1年土地利用強度。以j-1年作為研究基準年。

3 基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的土地生態(tài)敏感性分析

3.1 土地利用總體分析

運用ArcGIS軟件的空間解譯和作圖功能，得到萬州區(qū)2000年、2007年和2014年土地利用現(xiàn)狀圖和土地利用現(xiàn)狀表。如圖1-3和表1所示。

圖1 2000年土地利用現(xiàn)狀圖

圖2 2007年土地利用現(xiàn)狀圖

圖3 2014年土地利用現(xiàn)狀圖

由圖1-3可以看出，萬州區(qū)中部有長江穿過，耕地和林地占絕大部分，長江以北耕地居多，也主要環(huán)繞在建設(shè)用地周圍，長江以南林地居多，這種現(xiàn)象也是由萬州區(qū)獨特的地理條件決定的，還可以看出建設(shè)用地和水域在不同時期都有向外擴張。雖然擴張不多，但是足以說明萬州區(qū)在不斷發(fā)展中，而且擴張的程度越來越大。

3.2 土地利用強度分析

按照公式(1)可計算出萬州區(qū)土地利用強度，如圖4所示。

圖4 土地利用強度折線圖

從圖4可以明顯看出，2000年、2007年和2014年土地利用強度分別為2.477、2.482、2.486，每年逐步增加，這是由于建設(shè)用地土地利用強度等級較高，結(jié)合土地利用轉(zhuǎn)移矩陣知每年主要轉(zhuǎn)入建設(shè)用地的面積占比最大，而相較于建設(shè)用地土地利用強度等級較小的耕地、草地、林地以及未利用地面積逐步減少，所以土地利用強度會增加。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分析

為了使研究更加準確，根據(jù)萬州區(qū)實際情況，把《中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表》中的荒漠看作未利用地，而建設(shè)用地屬于人工生態(tài)系統(tǒng)中的本文不作研究，可以得到萬州區(qū)生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表，如表1所示；在重慶市統(tǒng)計信息網(wǎng)收集的萬州區(qū)糧食產(chǎn)值、糧食產(chǎn)量和糧食播種面積具體數(shù)據(jù)由表3所示，并根據(jù)公式(3)算出萬州區(qū)糧食產(chǎn)量經(jīng)濟價值為2985.39hm2·a-1,所以萬州區(qū)不同土地類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)也可以算出，如表3所示。最后由公式(2)，萬州區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值同樣也可以被算出，如圖5所示。

表1 萬州區(qū)生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表

表2 萬州區(qū)糧食數(shù)據(jù)表

表3 萬州區(qū)不同土地類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)表

圖5 萬州區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值

從圖5可以得知，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值2000—2007年增加約0.2億元，主要是由于三峽庫區(qū)的蓄水量增加導(dǎo)致的水位上升。因為耕地面積的減少，林地和草地面積減少，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分別減少了3800萬元、3300萬元和100萬元。由于水域本身價值系數(shù)較大，且面積增加了677.15hm2，所以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加了約1.07億元，也是增加幅度較大的。2007—2014年水域面積增加量是前一研究時段的1倍，所以水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加了2.04億元。其中，耕地、草地和林地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分別減少了5700萬元、100萬元和4900萬元，2007—2014年總體來說，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增加了0.97億元，也是土地類型之間相互作用，受人類社會活動影響的結(jié)果。

3.4 土地生態(tài)敏感性分析

根據(jù)公式(4)，可以計算出2000—2014年萬州區(qū)土地利用變化下的土地生態(tài)敏感性指數(shù)，如表4所示。根據(jù)本研究需要，規(guī)定2000年為基準年，可以計算出2007年生態(tài)敏感性指數(shù)，所以2000年的生態(tài)敏感性指數(shù)為1。同理計算2014年生態(tài)敏感性指數(shù)時，以2007年為基準年。由表4知，2007年和2014年生態(tài)敏感性指數(shù)分別為0.63和3.67，2000—2007年相比減少了0.37，主要是由于期間土地利用類型變化幅度不大，不受人類干擾的土地較多，生態(tài)系統(tǒng)與人類社會處于一個較平衡狀態(tài)，所以生態(tài)敏感性指數(shù)較小；但在2007—2014年由于三峽庫區(qū)蓄水，更多淹沒周邊土地變成水域，且萬州區(qū)在此期間經(jīng)濟發(fā)展較快，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總體提升以及土地利用類型變化較大，雖然各方面得到快速發(fā)展，但是同樣的土地受到的人為干擾較大，所以相應(yīng)的生態(tài)敏感性指數(shù)增加。說明生態(tài)系統(tǒng)和人類社會的平衡比前一個研究區(qū)更差，使2014年的土地生態(tài)敏感性高于前期土地生態(tài)敏感性。

表4 土地利用下的生態(tài)敏感性指數(shù)

4 結(jié)論

基于過往學(xué)者的研究，將土地利用變化與土地生態(tài)敏感性相結(jié)合，可以更全面、更綜合地反映人類社會對環(huán)境的影響。研究結(jié)論如下。

通過提取土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，分別以2000年、2007年和2014年為節(jié)點，得知萬州區(qū)土地利用類型在此期間變化很大，三峽庫區(qū)蓄水導(dǎo)致水域面積增加，擴張建設(shè)用地面積以滿足人們的土地需求量，除此之外其余土地類型均減少。

2000年、2007年和2014年的土地利用強度分別為2.477、2.482和2.486，逐年增加，而萬州區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值也在2000—2014年間逐漸增加。到2014年，生態(tài)系服務(wù)價值已達到157.58億元。根據(jù)土地利用強度和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的比值，得出2000年、2007年和2014年土地生態(tài)敏感性分別為1、0.63和3.67，數(shù)值大幅度增加，表現(xiàn)出生態(tài)系統(tǒng)對土地利用變化的反應(yīng)越來越強，受到外界干擾的程度越來越大。