陕北黄土高原地区生态系统服务功能价值变化分析

杜芬玲， 张朝辉, 余盼盼

(1.中煤航测遥感集团有限公司航测工程分公司，陕西西安 710054；2.西安科技大学测绘科学与技术学院，陕西西安 710054)

陕北黄土高原地区生态系统服务功能价值变化分析

杜芬玲1， 张朝辉2, 余盼盼2

(1.中煤航测遥感集团有限公司航测工程分公司，陕西西安 710054；2.西安科技大学测绘科学与技术学院，陕西西安 710054)

摘要以2000、2005和2010年陕北黄土高原地区土地利用数据为基础，在收集已有生态系统服务功能价值研究成果的基础上，对区域内2000～2010年生态系统服务功能价值变化进行分析。结果表明：受退耕还林还草工程实施影响，陕北黄土高原地区耕地大面积减少，草地大面积增加；区域内总体生态系统服务功能价值增加，共增加9 500万元，林地贡献较大；生态系统服务功能中，废物处理、食物生产、水分供应和气体调节功能价值最大；废物处理、侵蚀控制和娱乐功能价值增加最大，而土壤形成、水分供应和气候调节功能价值减少最大；娱乐、水分控制和侵蚀控制功能价值增加幅度最大，而土壤形成和气候调节功能价值减少幅度最大。

关键词土地利用；生态系统；退耕还林还草工程；黄土高原

退耕还林还草工程是我国实施的一项重要的生态环境建设与保护工程，产生了广泛的生态环境及社会经济效益[1-2]。陕北黄土高原地区是退耕还林还草工程实施的重要区域，自1999年试点实施以来，区域内土地利用发生了较大变化，表现为耕地面积大幅减少，林地、草地面积大幅上升[3-4]。随着2014年底新一轮退耕还林还草工程的重启，科学评价前一阶段退耕还林还草工程实施成效，找出实施过程存在的问题，对于退耕还林还草工程实施具有重要的现实意义。

土地利用变化研究已经具有较长时间，且研究内容逐渐从土地利用数量[5-7]、结构变化[8-10]，向土地利用功能变化方面发展[11-13]。土地利用变化所引起的生态系统服务功能价值变化作为土地功能的重要方面，受到很多学者的关注与重视[14-16]。笔者根据2000、2005和2010年陕北黄土高原地区土地利用数据，在收集各土地利用类型生态系统服务功能价值的基础上，对区域内生态系统服务功能价值变化进行分析，为科学评价退耕还林还草工程提供参考。

1数据来源与研究方法

1.1研究区概况陕北黄土高原地区位于陕西省北部，包括榆林地区(北部为毛乌素沙地南缘)和延安地区，位于107°15′56″～111°13′10″E、35°21′56″～39°35′06″N。2011年底，区域内总人口为554.64万，土地总面积为80 624 km2。该地区属于温带大陆性季风气候，年平均气温为9.5 ℃，年降水量为506.5 mm，年平均日照时数为2 540 h，无霜期194 d。全境属黄河流域，主要河流有无定河、延河等[17]。

1.2数据来源研究使用的数据包括：①2000、2005和2010年陕西省1∶10万矢量土地利用数据，来源于“全国生态环境十年变化(2000-2010)遥感调查与评估”项目，分类影像2010年以国产环境卫星为主，2000和2005年以TM影像为主。地理坐标为GCS_WGS84，投影为Albers椭球体，中央经度105°。分类体系包括7个一级分类和30个二级分类；②陕西省矢量县级行政边界图。

1.3研究方法

1.3.1土地利用数据提取。以2000、2005和2010年陕北黄土高原地区矢量土地利用数据为基础，在ArcGIS软件中提取各年份各种土地利用面积。研究中涉及的土地利用类型主要包括林地、草地、水域、耕地、建设用地和未利用地。

1.3.2生态服务价值计算。据Costanza等[16]提出的全球生态系统服务功能价值测算方法，计算研究区生态系统服务功能价值，公式如下：

V=∑PiAi

式中，Pi为单位面积土地利用类型i的生态系统服务功能价值(元/hm2)；Ai为研究区内土地利用类型i分布面积(hm2)；V为研究区生态系统服务功能总价值(元)。

参照王晓峰等[12]及Costanza等[16]的研究成果，得到单位面积生态服务价值(表1)。由表1可知，生态服务价值中包括了14种生态服务功能。水域的单位面积生态服务价值最大，其次为林地、草地、耕地和未利用地，建设用地最小，并且耕地生态服务价值高于草地。

2结果与分析

2.1土地利用变化受退耕还林还草工程实施影响，2000～2010年陕北黄土高原地区土地利用结构未发生明显变化，但土地利用类型面积发生了明显变化。主要表现在耕地、林地和草地3种类型上。2000～2010年，草地面积最大，所占总土地面积比例增加4.1%，增加了323 052 hm2，增加幅度为9.0%；林地面积次之，所占总土地面积比例仅增加了0.5%，增加了41 244 hm2，增加幅度为2.6%；耕地减少面积最大，所占总土地面积比例减少5.0%，减少了394 908 hm2，减少幅度为19.6%(表2)。从表2也可看出，陕北黄土高原地区的土地利用类型面积变化主要集中在2000～2005年，2005～2010年变化较小。

表1　单位面积生态服务价值　元/hm2

表2　2000、2005和2010年土地利用类型面积

2.2生态系统服务功能价值变化

2.2.1总体生态系统服务功能价值变化。2000～2010年陕北黄土高原地区生态系统服务功能价值总体增加，但增加幅度不大。受退耕还林还草工程实施影响，该区域土地利用发生较大变化，耕地大面积减少，而草地大面积增加。由表1可知，草地生态系统服务功能总价值为1 307.42元/hm2，耕地为1 702.74元/hm2。可见，草地生态系统服务功能价值低于耕地。由于耕地转为草地，变化区域的生态系统服务功能总价值减少。区域内林地面积增加对生态系统服务功能总价值增加贡献较大。

2000～2010年，区域内耕地生态服务价值减少，减少6.72亿元，减少幅度为19.63%；林地生态服务价值增加，增加3.74亿元，增加幅度为2.55%；草地生态服务价值增加，增加4.22亿元，增加幅度为9.03%。总体上，2000～2010年陕北黄土高原地区生态服务价值增加，增加0.95亿元，增加幅度仅为0.39%(表3)。

表3　2000～2010年生态服务价值变化

2.2.2各生态系统服务功能类型价值变化。2000～2010年各生态系统服务功能类型价值变化见表4。由表4可知，在所有生态系统服务功能中，废物处理功能价值最大，超过100亿元，其次为食物生产、水分供应和气体调节功能，生态系统服务功能价值在20亿元左右，其他生态系统服务功能价值较低，均在10亿元以下。2000～2010年，废物处理功能价值增加最大，增加了2.4亿元，增加幅度为1.86%，其次为侵蚀控制功能和娱乐功能，分别增加了0.43亿和0.23亿元，增加幅度分别为6.81%和3.02%。土壤形成、气候调节和水分供应功能价值减少，分别减少1.47亿、0.83亿和0.47亿元。从变化比例看，2000～2010年研究区土壤形成和气候调节功能价值降幅最大，分别下降了15.21%和13.89%。文化、水分控制和侵蚀控制功能价值增幅最大，分别为8.38%、8.34%和6.81%。

表4　2000～2010年各生态系统服务功能类型价值变化

3结论与讨论

受退耕还林还草工程实施影响，陕北黄土高原地区土地利用发生了较大改变。根据2000、2005和2010年土地利用数据，结合已有生态系统服务功能价值研究成果，对该区域土地利用变化引起的生态系统服务功能价值变化进行分析，结果表明：

(1)受退耕还林还草工程实施影响，陕北黄土高原地区土地利用发生较大变化，耕地大面积减少，草地大面积增加，林地增加面积次之。

(2)2000～2010年，陕北黄土高原地区总体生态系统服务功能价值增加，共增加0.95亿元，对生态系统服务功能价值增加贡献较大的土地利用类型为林地。

(3)2000～2010年，生态系统服务功能中，废物处理、食物生产、水分供应和气体调节功能价值最大；废物处理、侵蚀控制和娱乐功能价值增加最大，而土壤形成、水分供应和气候调节功能减少最大；娱乐、水分控制和侵蚀控制功能价值增加幅度最大，而土壤形成和气候调节功能价值减少幅度最大。

陕北黄土高原地区生态系统服务功能价值分析表明，生态服务功能价值能够应用于土地利用变化的生态环境效应分析当中，并能为土地利用变化引起的土地利用功能分析提供方法和途径。但仅从土地利用一级分类方面进行探讨，有些单薄，若能够从土地利用二级分类方面入手，分析各土地利用二级分类的生态系统服务功能价值，则更具有理论和实际意义。

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中图分类号S27；X832

文献标识码A

文章编号0517-6611(2015)30-247-03

基金项目西安科技大学培育基金项目(2014007)。

作者简介杜芬玲(1981- )，女，河南博爱人，工程师，从事地理信息系统工程研究。

收稿日期2015-09-11

Analysis of Ecosystem Services Value Change in Loess Plateau Area of Northern Shaanxi Province

DU Fen-ling1, ZHANG Zhao-hui2, YU Pan-pan2(1.Department of Remote Sensing and Surveying and Mapping, Aerial Photogrammetry and Remote Sensing of China Coal Group Corporation, Xi’an, Shaanxi 710054; 2.College of Geomatics, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an, Shaanxi 710054)

AbstractLand use data in the year of 2000, 2005 and 2010 was used to analyze ecosystem services value change from 2000 to 2010 on the basis of collected research results of ecosystem services value.Result showed：Farmland was decrease largely while grassland was increase largely in Loess Plateau area of northern Shaanxi Province influenced by GGP.The overall ecosystem services value was increase with 0.95×108yuan, and woodland was contribute greatly.In the function of ecosystem services, the value of waste treatment, food production, water supply and gas regulation function was the biggest.The value of waste treatment, erosion control and entertainment function was increase largely, while the value of soil formation, water supply and climate regulation function was decrease largely.The value of entertainment, water control and erosion control function was with the largest increased percentage, while the value of soil formation and climate regulation function was with the largest decreased percentage.

Key wordsLand use; Ecosystem; GGP; Loess Plateau