杭州市土地利用/覆被变化与生态系统服务价值评估

刘 刚，黄洪超,王 莹

(浙江工商大学旅游与城市管理学院，浙江 杭州 310018)

杭州市土地利用/覆被变化与生态系统服务价值评估

刘 刚，黄洪超,王 莹

(浙江工商大学旅游与城市管理学院，浙江 杭州 310018)

基于杭州市1991年、2001年、2010年的遥感影像解译结果，分析了杭州市近20年来各区土地利用/覆被变化情况，在此基础之上，参考中国陆地生态系统单位面积服务价值评估体系，对杭州市近20年的生态系统服务价值动态进行了评估.结果表明：1991-2010年间，杭州市耕地与裸地面积减少，耕地面积累计最多，达到676.3 km2；水域、林地、建筑用地面积增加，其中以建筑用地面积增加最为显著，累计增加776.5 km2，增幅超过200%.用地结构的转变直接影响到生态系统服务价值的提供，杭州市总体生态系统服务价值呈先减少后增加的趋势，表明政府实施的退耕还林、整治环境政策取得一定效果.

土地利用/覆被；生态系统服务价值；遥感；杭州市

0 引 言

土地利用/覆被变化(LUCC)是在自然因素与社会因素共同作用下，在不同时空尺度上表现出来的一系列景观变化.其中，气候、水文、土壤等自然因素以及人口、经济、技术、政策等社会因素是引起土地利用/覆被变化的主要因素[1].

生态服务是指人们直接或间接地从生态系统功能中获得利益[2]，包括气候调节、食物获取、保持水土、维持生物多样性等.土地利用类型与结构共同决定区域的生态系统服务价值.Constanza等[3]在1997年对于全球生态系统服务价值评估的研究推动了该领域发展的高潮.谢高地等[4]在此基础上，针对中国实际提出了“中国生态系统服务价值当量因子表”，为中国生态系统服务价值研究奠定了基础.

近20年是杭州市城市化发展最为迅猛的时期，已从城市化发展的初期阶段进入到中后期阶段.因此，分析杭州市土地利用/覆被变化以及由此而引起的生态系统服务价值动态变化，对研究其快速城市化发展中产生的问题具有重要意义.

1 研究区概况

杭州市是浙江省省会城市，长江三角洲地区的第二大中心城市.地处长江三角洲南翼(29.848～30.565N，119.684～120.716E)，总面积3 068 km2.杭州市西北部和西南部系浙西中山丘陵区、东北部和东南部属浙北平原，河网密布. 杭州市属亚热带季风性气候，四季分明，温和湿润，光照充足，雨量充沛，年平均气温16.2 ℃，年平均降雨量1 435 mm，相对湿度76%.2001年，浙江省撤市设区，撤除余杭萧山二市，与杭州市原来六区合并为八区，即拱墅区、下城区、江干区、西湖区、上城区、滨江区、萧山区、余杭区.

2 研究方法

2.1 数据来源

针对研究区尺度较大、面积较广的特点，选用1991年5月Landsat MSS遥感影像、2001年10月Landsat TM遥感影像、2010年9月Landsat ETM遥感影像、杭州市行政区划图以及分辨率为90 m的DEM高程数据.社会经济数据主要来源于杭州市统计年鉴(1991—2010年)、杭州市税务局、杭州市国土资源局等公开发布的相关资料.

2.2 数据处理

以Arcgis 10.0为操作平台对杭州市行政区划图进行矢量化，将所得矢量文件导入ENVI4.7中对3幅遥感影像图以及DEM高程图进行裁剪.将蓝、绿、红、近红、NDVI指数、DEM高程数据、非监督分类图像，共计7个波段进行波段融合.为有效避免同物异谱、异物同谱现象，本文采用具有运转速度快、准确度高等优点的决策树分类法对遥感影像进行分类[5].结合Google Earth影像以及野外考察的方式进行景观类型核对.1991年、2001年、2010年遥感影像分类总体精度分别达到0.87、0.86、0.90，满足研究需求.最后对分类结果进行面积统计、制图与分析.

2.3 土地利用分类体系

参照我国《土地利用现状分类》国家标准(GB/T 21010—2007)[6]，结合研究区景观特征和所选遥感影像特点，同时避免因分类过多导致景观破碎、斑块数目太多而给研究带来的不便[7]，本文将研究区土地利用类型分为林地、耕地、水域、城市用地和裸地5大类(表1).

表1 杭州市土地利用分类体系

2．4 生态系统服务价值评估

以土地利用/覆被变化研究为基础，以Arcgis 10.0为操作平台，参考谢高地等[8]关于《中国生态系统单位面积服务价值》的研究成果，运用基于货币量的价值评估法对杭州市1991年、2001年、2010年的生态系统服务价值动态变化进行评估.公式为

其中：ESV为生态系统的服务价值(元)，VCi为第i类土地利用类型单位面积的生态功能总服务价值系数(元/hm2)，Ai为研究区内第i类土地利用类型的面积(hm2) ，n为土地利用类型数目.

3 结果分析

3.1 土地利用/覆被变化

图1为通过决策树分类方法解译的1991年、2001年、2010年遥感影像图.结果显示：自1991年到2010年间土地利用/覆被发生剧烈变化，表现为“一减一增三波动”.耕地面积呈持续减少趋势，累计减少676.3 km2，降幅为37.78%；建筑用地面积呈持续上升趋势，累计增加776.5 km2，增幅超过2倍；林地面积呈先减少后增加趋势，总体增加49.6 km2，增幅为8.65%；水域面积呈先减少后增加趋势，总体减少33.2 km2，降幅为21.05%；裸地面积呈先增加后减少趋势，总体减少98.9 km2，降幅为46.39%(表2).

图1 1991—2010年研究区土地利用类型图Fig. 1 Land use tapes of study area from 1991 to 2010

从各区来看，近20年间，各区耕地面积呈现不同程度的下降，其中上城区耕地面积累计下降幅度最大，达到79.90%、林地面积变化趋势基本与杭州市耕地总体面积变化趋势一致，呈“V”型增长；西湖区林地累计增长幅度最大达到55.68%,水域面积波动较小,建筑用地面积快速增加，其中萧山区以超过5倍的增速位居八区之首；各区裸地面积基本呈“∧”型下降，其中西湖区下降幅度最大达到78.21%.

表2 杭州市八区各土地利用类型面积

3.2 生态系统服务价值

由表3可知，杭州市生态系统服务价值总量由1991年的17.03亿元下降至2001年的12.02亿元、2010年回升至14.42亿元，呈先下降后上升趋势.表明杭州市在发展初期盲目发展，忽视城市扩张对环境的影响.但2006年始，杭州市投入大量资金整治包括矿山、大气在内的多项环境问题，收到一定效益，使得全市生态系统服务价值在2010年有所上升.森林主要影响生态系统调节服务与供给服务的体现，林地面积的回升使得生态调节服务价值、支持服务价值回升，对于杭州市生态恢复具有重要作用；农田面积的减少主要影响生态系统供给服务价值的体现，20年累计减少4 221.8万元，降幅达37.78%；河流/湖泊和荒漠的生态系统服务价值波动较小.

表3 杭州市生态系统服务价值统计表

由于杭州市各区面积差异较大，因此本文从单位面积(hm2)生态系统服务价值角度比较各区生态系统服务价值动态变化更具意义.表4表明:1991—2010年，滨江区、拱墅区、江干区、上城区、下城区单位面积生态系统服务价值均呈下降趋势，其中上城区下降幅度最大，达到80.86%；西湖区、萧山区、余杭区呈先下降后上升趋势，西湖区累计增幅最大达到14.44%.建筑用地逐渐成为主要用地类型是导致滨江区、拱墅区、江干区、上城区、下城区生态系统服务价值下降的主要原因.西湖区成为八区中唯一单位面积生态系统服务价值累计上升的区，表明杭州市西湖区综合治理保护工程取得显著成效；萧山区、余杭区为杭州市主要的退耕还林政策实施地区，生态效益良好.

表4 杭州市各区单位面积生态系统服务价值表

4 影响因素分析

4.1 政策因素

1991—2001年期间杭州市林地面积累计下降55.80%.对此，杭州市于2003年1月20日正式颁布实施《退耕还林条例》，后10年中林地面积累计增加145.85%，生态效益显著.杭州市实施“决战东部”战略规划，特别是2004年下沙高教园区的迁入是江干区建筑用地面积迅速增长的直接原因.截至2010年，江干区建筑用地面积达到111.4 km2，同2001年相比，净增加95.10%.决策者战略决策的制定与实施对杭州市土地利用/覆被变化具有重要意义.

4.2 人口因素

人口是推动土地利用/覆被变化的根本原因，同时人口密度是衡量人口对土地的压力的重要因素.根据杭州市统计局统计结果，截至2010年底，杭州市市区总人口为434.82万人，同1991年相比增加2.22倍.人口增加直接导致居住用地需求增加，以及对医院、公园、学校等公共设施的需求增加，是建筑用地面积不断扩张的主要原因.

4.3 经济因素

经济因素包括土地资源的分配方式、经济结构、技术构成、财富分配等[1].近20年间杭州市经济实现飞跃，产业结构转变，二三产业比重逐年增加.企业总数由1991年的1 411个增加至2010年的6 478个，累计增加近3.6倍[9].产业结构调整导致工厂用地的需求迅速增加，是导致土地利用/覆被转变的直接原因之一.

5 结论与讨论

5.1 土地利用/覆被变化结果

杭州市近20年间土地利用/覆被发生剧烈变化，其中建筑用地面积急剧增加，成为主要用地类型，耕地面积减少，水域、林地、裸地面积呈现不同程度的波动.各土地利用类型面积大小排序：1991年为耕地>林地>建筑用地>裸地>水域，2001年为耕地>裸地>建筑用地>林地>水域，2010年为建筑用地>耕地>林地>水域>裸地.政府决策、人口增加与分布以及经济发展重心转移是影响土地利用/覆被变化的主要驱动因素.林地与裸地面积先增后减现象表明，杭州市在城市化建设中存在为建设先破坏的现象，是今后发展中值得关注的问题.杭州市景观类型多样，本研究限于遥感影像尺度较大，因而将土地类型分为五类，可能会对研究产生一定影响.

5.2 生态系统服务价值损益

生态系统服务价值随土地利用结构改变而改变.研究结果表明：杭州市总体生态系统服务价值呈先下降后增加趋势，总体下降幅度达到15.31%.各区单位面积生态系统服务价值排序：1991年为下城区>江干区>萧山区>余杭区>西湖区>滨江区>拱墅区>上城区；2001年为下城区>江干区>西湖区>萧山区>滨江区>余杭区>拱墅区>上城区；2010年为下城区>西湖区>余杭区>萧山区>江干区>滨江区>拱墅区>上城区.杭州市政府实施的退耕还林、整治环境政策取得一定效果，然而先破坏再整治的局面让杭州市在城市化建设中走了弯路.本研究以各个土地利用类型的总面积来计算其生态系统服务价值，没有考虑不同面积斑块之间生态系统服务价值差异，这也是今后研究中需要注意的问题.

[1] 全斌.土地利用与土地覆被变化学导论[M].北京：中国环境科学出版社，2010.

[2] Constanza R， d’ Arge R，Dc Crool R，etal. The value of the world’s ecosystem services and natural capital[J]. Nature，1997,387:253-260.

[3] 李东.生态系统服务价值的研究综述[J].北京林业大学学报,2010，10(1)：59-64.

[4] 谢高地，张钇锂.中国草地自然生态系统服务价值[J].自然资源学报,2001，16(1)：47-53.

[5] 余晶，蒋平安，高敏华.基于决策树的土地利用方法分类研究[J].新疆农业科学,2009,46(2)：430-434.

[6] 国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.GB/T21010—2007，土地利用现状分类[S].北京:中国标准出版社，2007.

[7] 陈刚，郑祥华，邓文胜，等.武汉市土地利用/覆被与景观格局变化特征[J].测绘科学，2011,36(6)：32-34.

[8] 谢高地，甄霖，陆春霞，等.一个基于专家知识的生态系统服务价值化方法[J].自然资源学报，2008,9(23):911-919.

[9]杭州市统计局.杭州市统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，1991-2010.

LandUse/CoverChangesandEcosystemServiceValueEvaluationinHangzhou

LIU Gang, HUANG Hongchao, WANG Ying

(College of Tourism and Urban Management, Zhejiang Gongshang University, Hangzhou 310018, China)

Based on the remote sensing image interpreting results of Hangzhou in 1991, 2001 and 2010, the land use/cover changes in Hangzhou from 1991 to 2010 were analyzed. And according to Chinese terrestrial ecosystem service value per unit area tables, the ecosystem service value development in Hangzhou for nearly 20 years was also studied. The results show that the area of farmland and unused land decreases, especially the farmland decreases 673.3 km2, while the area of water, forest land and construction land significantly increases, especially the construction land is doubled with the increasing area of 776.5 km2. The changes have direct impacts on the ecosystem service value. The total ecosystem service value of Hangzhou tends to increase after the decrease, which indicates the implementation of government on returning farmland to forest and environment renovation has achieved certain effects.

LUCC; ecosystem services value; remote-sensing; Hangzhou

2013-01-15

王 莹(1965—),女,教授,主要从事旅游地开发与管理方向研究.E-mail:ywang11111@163.com

10.3969/j.issn.1674-232X.2013.04.018

F062.2

A

1674-232X(2013)04-0379-06