渾河流域近20年土地利用與生態系統服務價值變化研究

趙 偉，衛曉慶，李自然，劉航宇

（沈陽工學院能源與水利學院，遼寧 撫順 113122）

土地利用/土地覆蓋變化（Land use and land cover change，LUCC）[1]和生態系統服務價值（Ecosystem service value，ESV）變化研究引起眾多學者關注，是生態系統可持續性研究的熱點和前沿[2]。自20世紀70年代Westman提出了“自然的服務”概念及其價值評估的概念[3]，1997年Costanza[4]等提出生態系統服務原理和估算方法之后，國外學者對生態系統服務價值進行了多角度、深層次大量的研究工作。

渾河流域是遼寧省中東部地區生態環境的核心要素，也是支撐該區域生命系統的基礎。隨著城市化的快速發展，對渾河的污染在逐年加深。基于此，本研究利用RS、GIS技術，并結合生態系統服務價值當量因子法估算了不同土地利用變化對渾河流域生態系統服務價值的影響，對全面了解渾河流域的生態系統服務價值變化原因和生態文明可持續發展具有直接指導的重要意義。

1 研究區概況

1.1 研究區域概況

渾河是遼寧省除鴨綠江、遼河之外，名列第三的河流，是遼寧省的主要河流之一，流經遼寧省中部城市群，有撫順、沈陽、遼陽和鞍山等著名城市。全長415公里，年徑流量50～70億立方米。區內傳統的重工業相對發達、人口稠密，承擔了遼寧省中部城市群幾乎全部的供水任務。

1.2 數據來源

本研究選取渾河流域1995-2015年5期歐洲空間局土地利用數據（空間分辨率為300 m），參考《土地利用現狀分類（GB/T201010-2007）》標準[5]，結合渾河流域實際情況對遙感影像進行了重分類，主要分為耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地。經濟類數據來源于《中國農產品價格調查年鑒》和《遼寧統計年鑒》[6]。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用動態度

土地利用動態度是指某一研究區域在一定時間范圍內某種土地利用類型的數量變化情況[7]，公式為

式中，K為土地利用類型動態度；Ua、Ub分別研究初期和末期的某一種土地利用類型的數量；T為研究時長。

1.3.2 生態系統服務價值（ESV）

本研究對生態系統進行分類，對未利用地不做研究，假設建設用地的生態系統服務價值為0。參照謝高地等提出的“中國生態系統單位面積生態服務價值當量”[8]以及單位面積農田生態系統服務價值等于平均糧食單產市場經濟價值的1/7，根據《中國農產品價格調查年鑒》與《遼寧統計年鑒》，結合渾河流域實際糧食產量，以單位面積耕地提供的糧食生產服務經濟價值為基礎進行修正。生態系統服務價值（ESV）單位當量價值E的計算公式如下：

式中，Q為渾河流域1995～2015年糧食單產量平均為5 207.99 kg/hm2；F為2015年全國糧食收購價格為2.33元/kg；V為生態系統單位面積ESV（元/hm2）；a為不同生態系統的ESV當量值。

利用渾河流域四市相應土地利用分類結果，對1995-2015年的生態系統服務價值計算，公式為：

式中，ESV為生態服務價值（元·a-1）；i為土地利用類型（i=1，2…n）；Ai為土地利用類型面積（hm2）；VCi為土地類型i的生態系統價值系數（元·hm2·a-1）。

1.3.3 生態貢獻率

生態貢獻率表征在一定時間段內不同土地利用類型ESV變化量對總ESV變化量的影響大小，用來揭示影響區域ESV變化的主要貢獻因子和敏感因子[9]。其計算公式為：

式中，SKT為K類生態系統在時間段T的生態系統服務（Ecosystem services，ES）貢獻率；ΔESVKT為K類生態系統在時間段T內的ESV變化量。

2 結果分析

2.1 土地利用變化特征分析

土地利用能反映該區域土地類型變化的劇烈程度。根據結果可知，只有林地、建設用地、水域面積處于增長趨勢。林地面積的動態度為0.016%，整體有小幅增長，基本處于穩定中，原因是我國實施了“三北防護林”的政策，使渾河流域的林地面積實現穩定增長。建設用地和水域面積整體呈現增長趨勢，建設用地面積在所有類型中增勢最強，動態度高達5.588%，這說明渾河流域在遼寧省中部城市群中的獨特重要性，而水域面積增長較為緩慢與城市化眾多的人口和工業發展有密不可分的原因。

2.2 生態系統服務價值變化研究

依據修正后的單位面積生態系統服務價值看到，耕地、林地、草地、水域的調節服務最為顯著，特別是水域尤為突出，占比近50%，展現出水域優異調節服務功能。其余服務整體偏低，支持、供給服務中，林地與水域分別表現出較強的優勢。在文化服務中，耕地表現明顯偏低。

根據研究區1995的2015年的ESV計算結果及其價值變化、增減比例顯示，貢獻最大的兩種是林地和草地，其次是水域，耕地最少僅為1.40%?？傮w來說，研究區總生態系統服務價值呈減少趨勢，1995～2000年的ESV減少最多，為222.66×109元。

2.3 單項ESV變化研究

研究區域生態系統1995～2015年單項服務價值的分布情況，各項功能構成比例變化呈現一定差異，其中氣候調節、水文調節、土壤保持、氣體調節、凈化環境和生物多樣性六項對總生態系統服務價值的貢獻最大，合計為88.52%～88.49%，其它九項服務功能均減少，這與該時期具有重要生態系統服務功能的林地和水域面積增加以及草地和耕地面積減少有關。

2.4 不同土地利用類型對ESV變化的貢獻率

草地和水域的生態貢獻率最大，分別為5 9.1 9%和25.44%，林地的生態貢獻率較弱為15.09%。在20年中，林地整體處于下降趨勢，只有2000～2010年間出現較短的增長。草地呈“N”字形變化，在2000～2010年間出現下滑趨勢，但總體保持增長。除其它用地類型外，1995～2015年草地和林地的生態貢獻率最大，說明1995～2015年草地和林地是渾河流域生態系統服務價值變化的主要貢獻因子和敏感因子。

3 結論

（1）1995～2015年渾河流域土地面積增長有林地、建設用地、水域，建設用地增勢最強動態度為5.588%；土地利用程度方面，在2015年人為活動對土地的影響最大為21.72%；修正的單位面積生態價值中調節服務功能值最高；計算的11項單項服務中，價值最大的是氣候調節；計算不同土地利用類型對ESV變化的貢獻率的主要貢獻因子和敏感因子是草地和林地。本研究在生態價值計算方面采用了普遍使用的當量因子方法，避免了不同研究無法比較的弊端，同時揭示了渾河流域生態價值的變化原因，對生態文明可持續發展具有直接指導的重要意義。

（2）本研究只選取了四種土地類型作為生態價值變化的研究范圍，且精度為300 m的遙感影像，而實際的生態價值變化會受許多的土地類型影響，由于能力和技術手段有限，沒有分析其它土地類型。未來研究應該集中在區域長時間、多種類土地、高精度影像以及與人類社會發展活動層面，并不斷加強研究生態變化原因，加強對生態發展、預測、評估以及價值等方面的應用。