锦州—葫芦岛沿海地区景观格局变化与生态服务价值评估

苏 雷,朱京海,傅立群

锦州—葫芦岛沿海地区景观格局变化与生态服务价值评估

苏 雷1,2,朱京海1,3,傅立群2

(1.中国科学院沈阳应用生态研究所 森林与土壤生态国家重点实验室,辽宁 沈阳 110016;
2.辽宁省葫芦岛市城乡规划设计院,辽宁葫芦岛 125001; 3.辽宁省环境保护厅,辽宁沈阳 110033)

基于GIS和遥感技术,提取出1990、2000和2010年锦州—葫芦岛沿海地区的景观类型图,分析其景观格局变化特征,并通过定量化得出的锦州—葫芦岛沿海地区景观类型单位面积生态价值表,计算出1990—2010年锦州—葫芦岛沿海地区不同类型景观的生态系统服务价值.结果表明:锦州—葫芦岛沿海地区景观总面积呈增长趋势;面积变化最大的景观类型是建设用地和水域,建设用地在20年里增加了272.2 km2,而水域在20年里减少了159.4 km2,耕地、林地、草地的面积变化量其次,呈递减趋势;景观格局的转变类型主要为:水域、耕地、海洋、草地转为建设用地,以及水域、林地转为耕地.非建设用地,特别是水域的大幅度减少,导致区域的生态系统服务总价值下降趋势明显,这将给该地区带来一系列的资源和环境问题.城市管理者需要加强用地平衡和规划布局管理,智慧地配置景观资源,景观格局优化研究将是下一步工作的重点. 关 键 词:GIS;遥感;景观格局;生态服务价值;锦州—葫芦岛沿海地区

景观格局变化研究是景观生态学研究的热点问题,也是土地利用/土地覆盖变化研究的重要组成部分[1].通过景观格局及其动态变化过程的表象,可以研究景观格局及其生态环境之间规律性的空间关系,从而为景观格局变化驱动力诊断与机理模型构建奠定基础[24].生态系统服务是人类可持续发展的物质基础和自然资本.对生态系统服务价值的评估有利于人们认识自然生态系统对人类福利的重要性,有助于处理人类与自然的关系,是景观生态学、自然地理学等学科利用经济学方法进一步影响社会决策的尝试[5].

锦州—葫芦岛沿海地区既属于“城市热点区域”,同时也是海陆交错的“生态敏感地带”,有填海造地的现象存在,不同于内陆城市的空间扩展,因此选择锦州—葫芦岛沿海地区作为景观格局变化的研究区域具有典型性.对锦州—葫芦岛沿海地区进行景观格局分析,并评估由景观变化所导致的生态服务价值变化,可以定量分析景观格局变化对生态系统的影响,从而为该区域的规划决策、生态环境的保护及管理提供科学依据.

1 材料与方法

1.1 区域概况

研究区域包括锦州、葫芦岛、兴城、凌海4市的行政范围(以下简称“锦葫沿海地区”),沿渤海辽东湾西北海岸线呈带状分布,总面积约7 847 km2,地处辽西走廊,位于东北亚滨海经济圈、京津冀经济圈、东北经济圈三圈的交汇点,是沟通关内关外、联结东北华北的主要陆上通道(区位图见图1).锦葫沿海地区属温带半湿润大陆性季风气候,地势西北高东南低,地貌类型丰富,是进行景观格局变化研究的典型区域[6].

图1 锦葫沿海地区区位图Fig.1 Location map of Jinzhou-Huludao coastal area

1.2 数据来源及处理

1.3 研究方法

1.3.1 转移矩阵

景观格局变化研究中的转移矩阵是指利用两个不同时期的景观分类图或土地类型图,计算出这段时期内景观类型的转变的数量和方向[7].应用转移矩阵可全面而又具体地反映区域景观格局变化的结构、特征与各用地类型变化的来源与构成[8],其数学形式表达为:

式中,S为景观面积;n为景观类型数目;i,j分别为研究初期与研究末期的景观类型序号.

1.3.2 生态服务价值评估

生态系统服务功能可以通过一定的评价方法(如价值量评价法、享乐价值法、能值分析法、替代成本法)将其定量化、价值化,从而体现其生态价值量[9].本研究在谢高地等得出的中国生态系统生态服务价值当量因子表[10]基础上,针对锦葫沿海地区的具体情况对单位面积每年农田自然粮食产量的经济价值作了如下修改:以锦葫沿海地区2001—2010年平均粮食产量562 350 kg/km2为基准单产,单价按3.5元/kg计算,考虑到在没有人力投入的自然生态系统提供的经济价值是现有单位面积农田提供的食物生产服务经济价值的1/7,得出锦葫沿海地区农田自然粮食产量的经济价值为281 175元/(km2·a).据此可测算出各景观类型的生态价值系数,即单位面积生态系统服务价值.定量化的锦葫沿海地区景观类型单位面积生态价值见表1.

表1 不同景观类型单位面积生态服务价值Table 1 Ecological service value per unit area ofdifferent landscape types万元/(km2·a)

2 结果与分析

2.1 景观格局变化

应用ArcGIS 9.3统计1990、2000和2010年遥感解译图中各景观类型的面积,并计算景观面积的变化量(见表2).从表中可以看出:锦葫沿海地区景观总面积呈增长趋势,由1990年的7 721.2 km2增长到2010年的7 750.1 km2;其中,1990—2000年增加了3.5 km2,2000—2010年增加了25.4 km2,景观总面积的增加主要是受“填海造地”的影响.锦葫沿海地区受自然地理条件限制,土地资源匮乏,导致在锦州湾开发过程中不得不填海造地,填海造地的地点处于海陆交错的生态敏感地带,因此对该区域的生态环境破坏很大.从表中也可以看出,面积变化最大的景观类型是建设用地和水域,建设用地在20年里增加了272.2 km2,而水域在20年里减少了159.4 km2;耕地、林地、草地的面积变化量其次;园地和未利用地的数量变化不大.从表2中也可以看出,除建设用地外,其他景观类型的面积都呈下降趋势.为进一步研究景观类型间的转换关系、探索景观格局变化规律,本研究采用转移矩阵方法进一步分析.需要说明的是:进行遥感处理时在锦葫四市的行政边界(海岸带一侧)设置了5 000 m的缓冲带,该缓冲带包含了填海造地工程所带来的土地扩张,转移矩阵分析将缓冲带内的海洋部分也考虑进来,可以保证锦葫沿海地区的用地总量平衡.

表2 各类景观面积及变化量Table 2 The area and variable quantity of different landscape types km2

利用Arc Toolbox工具下的Overlay命令,对1990—2010年的景观遥感解译图进行空间叠加,应用statisties命令提取各种景观类型之间转化的面积,从而建立各时间间隔的景观类型空间转移矩阵(见表3).从表3可以看出:1990—2010年 20年间,锦葫沿海地区景观格局最主要的转换形式为:水域、耕地、海洋、草地转为建设用地,发生转换的面积分别为:127.0、88.4、32.8和17.4 km2;水域、林地转为耕地也是转换面积比较大的转换形式,转换面积分别为28.1和14.5 km2.

表3 1990—2010年景观转移矩阵Table 3 Transfer matrix of landscape from 1990 to 2010 km2

2.2 生态系统服务价值

根据不同景观类型单位面积生态服务价值(见表1)以及各类景观面积及变化量(见表2),可计算出锦葫沿海地区不同类型景观的生态系统服务价值(见表4).从表4中可以得出,锦葫沿海地区1990、2000和2010年的生态系统服务价值分别为267.1亿元/a、251.3亿元/a和243.9亿元/a. 1990—2010年间,锦葫沿海地区由于其景观格局的变化,各类型景观的生态系统服务价值也相应发生了不同程度的变化,其中变化最为剧烈是水域,20年间水域的生态系统服务价值量减少了20.6亿元/a,变化率达到了33.13%.锦葫沿海地区的生态系统服务总价值呈下降态势,1990—2000年间,各类景观的生态系统服务价值总变化率为5.91%;2000—2010年间,生态系统服务功能的衰退有所缓解,生态系统服务价值总变化率为2.96%.

表4 锦葫沿海地区不同类型景观的生态系统服务价值Table 4 Different landscape types’ecosystem services value of Jinzhou-Huludao coastal area万元/年

3 结论与讨论

1990—2010年这20年间,锦葫沿海地区由于填海造地的影响,各类型景观的总面积呈递增趋势,尤其是建设用地不断扩张.景观格局的转变类型主要为:水域、耕地、海洋、草地转为建设用地,以及水域、林地转为耕地.通过定量化得出的锦葫沿海地区景观类型单位面积生态价值表,计算出1990—2010年锦葫沿海地区不同类型景观的生态系统服务价值.非建设用地,特别是水域的大幅度减少,导致区域的生态系统服务总价值下降趋势明显,这将给该地区带来一系列的资源和环境问题,城市管理者需要更好的对建设用地增长趋势进行调控,并使区域范围内用地平衡和规划布局更加合理,智慧地配置资源,防止超过区域环境容量,引发生态环境问题,保证区域的可持续发展.锦葫沿海地区的景观格局优化将是下一步研究的重点,这也是建设智慧城市亟待解决的问题.由于单位面积生态系统所提供的生态服务价值不仅与其提供的生物量有关,还与该生态系统的空间位置有着密切的联系,因此,下一步工作可考虑从生态约束的角度上进行景观格局数量上的优化,再通过适宜性评价、生态安全格局等角度进行空间位置上的优化.

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【责任编辑:李 艳】

Change of Landscape Patternand Evaluation of Ecological Services in Jinzhou-Huludao Coastal Area

Su Lei1,2,Zhu Jinghai1,3,Fu Liqun2
(1.State Key Laboratory of Forest and Soil Ecology,Institute of Applied Ecology,Academy of Sciences,Shenyang 110016,China;2.Huludao Urban-Rural Construction Committee,Huludao 125001,China;3.Department of Environmental Protection of Liaoning Province,Shenyang 110033,China)

Based on GIS and remote sensing technology,landscape pattern maps of Jinzhou-Huludao coastal area in 1990,2000 and 2010 were extracted.The landscape pattern change characteristics were analyzed,and different types of landscape ecosystem services value of Jinzhou-Huludao coastal area from 1990 to 2010 were calculated according to ecological service value per area of different landscape types.The results show that total landscape area in Jinzhou-Huludao coastal area was a growth trend; areas of greatest change in landscape were construction land and waters,construction land increased 272.2 km2in 20 years,while the waters reduced 159.4 km2in 20 years.Variations of farmland, forest,grassland were smaller,showed a trend of decrease.Landscape type conversion occurred mainly were that waters,farmland,sea and grassland into construction land,and waters,forest into farmland.Non construction land,especially greatly reduced in waters,the total service value of ecosystem area decreased obviously,this would bring the resources and a series of environmental problems in the region.City managers need to strengthen the land use balance and layout management,configure the landscape resources wisely,and landscape pattern optimization research will be the focus of future work.

GIS;remote sensing;landscape pattern;value of ecological services;Jinzhou-Huludao coastal area

2095-5456(2014)01-0004-05

F 205

A

2013 06 29

国家自然科学基金资助项目(41171155,40801069);辽宁环境科研教育“123工程”资助项目(CEPF