农用地的减少对兰州市生态环境的影响评价

2016-08-31吕向原刘永畅

中国科技信息 2016年1期

吕向原刘永畅

农用地的减少对兰州市生态环境的影响评价

吕向原刘永畅

本文选取1994年、2004年、2014年共3期的遥感影像资料对兰州市农用地的减少情况进行了分析，同时结合全球生态系统服务价值模型对农用地减少对该区域生态环境的影响进行了评价。研究结果表明：兰州市城市化的扩张导致区域农用地面积不断的减少，从而导致区域生态环境和生态服务质量不断下降，而对生态环境的主要影响是气候调节和大气调节功能，兰州市林地减少是导致区域生态环境下降的重要原因。

随着经济的发展，生态环境也日益受到人们的重视。农用地是指用于农业生产的土地，其包含了耕地、林地、草地等等，农用地作为绿化地，对于生态环境具有调节作用。而农用地的减少不仅是引起区域生态环境变化的重要因素，也是制约人类社会可持续发展的主要因素之一，现在区域环境正在不断的恶化，农用地的作用是很重要的，在国家继续实施可持续发展战略的背景下，农用地的面积占比已经成为对生态环境衡量的一个重要指标。现在的一个关于生态环境的新项目——国际地圈生态圈计划，在这个计划中，核心的部分就是增加农用地占总土地面积的比重。当今世界，农用地的面积随着建设现代化的城市而不断的减少，现在农用地在生态环境方面的效应的研究已成为土地科学及全球变化研究的热点问题之一。农用地不仅为人类提供了生存的食物，也是各种陆地生态系统的载体，土地利用方式是人们生活中的最基本的活动，生态环境中各个环节会相互影响，所以任何的行动，都会对于整个生态系统中的功能或者结构产生直接的影响，同时对于如何维持农用地的本身的所拥有的生态功能也有着十分重要的作用。因为现在农用地的面积在不断的减少，这就导致其所在的生态系统的结构与功能也发展了很多的变化，所以，我们在对生态环境所具有的效应进行衡量的时候，可以采用该区域内的农用地的减少而引起的变化作为区域生态环境分析的一个指标。

兰州作为大西北地区的区域中心城市，随着工业化、城市化进程的加速，导致耕地、林地、草地面积不断的减少，忽略了对环境保护的考虑，致使在城市发展过程中产生了一系列环境问题，特别是近年来，伴随着北方气候“暖干化”的发展趋势，区域气候干燥、降水量少的情况更加明显，而农业用地退化日益严重，威胁着当地的生活环境质量。

本文以兰州作为研究对象，对其农用地减少及生及该区域内的生态环境的变化进行了研究分析，最终的目的就是为了对该区域内的土地资源的可持续利用进行详细的研究，并且为该区域内的生态社会经济能够可持续的发展下去提供一些决策上的支持。同时还为处于大西北地区的城市在实施可持续发展战略的时候能够给他们提供相关的参考。

研究区域概况

兰州的地理位置较为偏僻，在龙溪黄土高原的西北部。从地理位置可知，兰州处于青藏高原以及蒙新草原两个草原之间的过渡区域。整个兰州市主要的地貌特征可以分为3大类：黄土梁峁、石质山地以及河谷阶地。那些由较高的黄土梁以及石质山地在一个形成的山地占整个兰州总面积的65%，而那些能够作为城市用地使用的河谷阶地的总面积占全市15%，从中可以看出，兰州用于城市建设的土地面积是十分狭小的。兰州的主城区所处在的盆地东西狭长，城区的总长度达到了37.5km，但是南北之间的距离仅为2～10km，城区周围都是比较高的山，还有黄河从城区中穿过，所以兰州的地形还是比较险要的。

兰州地处陆地的最深处，里面的很少降雨，而且降雨的时间大多是在6、7、8这三个月。市内的河流都是比较短的，且很多河流都是偶尔才会出现水，兰州市内包含了西固区、安宁区、红古区、城关区这三个区以及榆中县、皋兰县以及永登县这三个县。但是因为兰州到处都是山，所以能够使用的农用地都不是连续的。而且因为地形的影响，所以能够使用的河谷的容量不是很大。所以在河谷建设城市的时候，对于城市的面积以及建筑业的质量等都存在着很大的限制，并且由于其特殊的环境，所以当地的大气环境以及水容量等都被限制了。并且如果增加城市的用地面积，区域农用地必然减少，就会导致城市的自然调解能力减弱，污染加重，所以河谷型的城市在发展的时候会受到限制，同时其中的所生活的人在改善其所处环境的时候也会被限制。

数据来源与研究方法

数据来源与处理

采用研究区1994年、2004年、2014年3期Landsat TM影像作为数据源，成像时间均采用9月份，像元为30 m×30m。应用ERDAS MAGINE软件对遥感影像进行几何校正、融合和镶嵌，结合外业调查进行遥感读入以及分析解释。通过对遥感数据的提取能够得到农用地面积的准确数据；而且，在此基础上，将得到的数据导入到GIS软件中，并且在Arc/Info环境中对数据进行修改和编辑，然后得到研究1994年、2004年、2014年3期农用地面积数据。农用地按照在进行关于土地的相关研究的时候，最先要开始的部分就是按照不同的类型对土地进行划分。在本文中的划分方式是参照我国现在使用的土地分类系统，考虑到研究区其他农业地所占比例很少，故在此不单独列出，将农用地利用类型划分为：耕地、园地、林地、草地4类，进行土地利用/覆被变及其对生态环境影响的相关研究。

表1　不同农业用地的生态系统服务价值

图1　研究区位图

研究方法

本文在进行关于生态环境的评估的时候采用的方法是生态服务功能分析，虽然在对生态服务的功能进行评价的时候，不能直接的对其所拥有的生产以及消费方面的价值进行评价，但是他们能够让其中的资源更加具有价值，如果是从源头上说，正是因为有了生态系统的功能，所以人类能够进行生产，同时在该区域才能够存在且长久的发展。同时为了能够比较不同的生态系统的服务功能，我们需要一个具体的指标。当前，在进行生态环境的评估的时候主要使用的方法有能值分析法、物质量法，这两种方法所得的结果都是货币值，而且能够适用于大多数的情况。所以本文在进行研究的时候选择的是基于货币量的生态服务价值评价法，然后再通过Costanza等的专业的估算方法来进行详细的分析（1）：

式中：ESV——表示将要研究地区中的所包含的生态系统服务价值总量；

VC——表示的第k类的土地利用类型所用有的生态服务价值量系数；

A——第k类土地利用类型的面积；

n——土地利用类型的总数目。

生态系统及其服务类型的呈现的是在不同的空间中具有不一样的性质的分布趋势，但好似通过使用Costanza等方法得到的评价结果只能够是一个平均值，所以当把其应用到具体的区域中的时候，有时候就可能会产生非常大的误差。所以谢高地等相关的学者以通过使用Costanza得到的研究成果当作是参考依据，同时对我国200多位在环境生态专业十分具有权威人士进行了问卷调查，并分析了调查的结果，从而提出了关于中国陆地生态系统单位面积服务价值表，并且这个表在具体的应用中也取得了良好的成绩。本研究在参考相关研究资料的基础上，结合研究区实际情况，对我国陆地生态系统单位面积服务价值进行矫正和补充，并以此计算兰州市生态系统服务价值量（见表1）。

研究结果

兰州市农用地的减少情况

根据对兰州1994年、2004年、2014年3期Landsat TM影像数据分析，2014年兰州市耕地为289692.11hm2；园地：10390.3hm2；林地：106298.79hm2；草地：765708.36hm2，农用地合计：1172089.56hm2，从结构来看，兰州地区的农用地以草地为主，占比超过60%，而林地和园地面积占比较少。随着兰州市经济的不断发展，1994～2014年20年间，农用地面积不断减少，合计减少农用地面积245714.5 hm2，变化率达到20.96%，其中园地减少了52.57%，林地减少了37.90%，耕地减少了26.29%，草地减少了16.17%，详见表2。

兰州市农用地减少的生态环境效应

不同农用地生态服务价值的变化

根据本文公式1的计算方法，结合表1、表2中的数据，可以计算出兰州市不同农用地生态服务价值的变化，结果表明，由于2014～1994年20年间兰州市的农用地面积减少，兰州市的农用地生态服务价值也是不断下降，1994年兰州市的农用地生态服务价值为108.6974778亿元，到了2014年只有88.54842亿元，减少了20.1491亿元。从不同类型的农用地所具有的生态服务价值的变化情况来看，对于兰州而言，其草地面积的减少对于农用地所具有的生态服务价值的影响是最大的，其对于农用地生态服务价值的变化的贡献率为39.37%，其次为林地38.66%。由此可见，由于林地以及草地的减少对于兰州生态环境的影响较大。

不同生态服务功能的变化

根据公式1，得到由于农用地的减少导致的不同生态服务功能的变化如下表4，从表4可以看出，随着农用地的减少，对于兰州市的生态环境质量产生了较大的影响，大气调节、气候调节、水源涵养、娱乐文化等等均产生了影响，上述指标的服务功能均得以下降，其中影响最大的指标是气候调节功能变化率达到了1050.33%，而气候调整主要贡献指标是林地和草地，从表3可以看出，这两项指变化量最大，这就导致兰州市生态服务的气候调节功能大幅下降，其结果是使得城市气候的温室效应更加明显，使得兰州市气候“暖干化”更加的严重，这与兰州市的实际气候变化是一致的。其次是原材料和娱乐文化，由于农用地的减少，导致了生物控制功能的降低，生活原材料的提供需要更多的依靠外部，同时市民娱乐休闲的空间被压缩。其原因是由于原材料和娱乐文化功能主要提供者林地的面积大幅较少；另一方面也是因为1994年原材料和娱乐文化功能价值量的基数小。而大气调节能力20年间也降低了24.82%，这也是导致兰州市近年来雾霾等城市污染问题也日益严重的原因之一。

表2　兰州市农用地面积变化（hm2）

表3　不同农用地生态服务价值的变化（亿元）

表4　不同生态服务功能的变化（亿元）

结语

区域生态环境的演化是一个非常复杂的过程，受到自然、社会以及经济等多个因素的综合影响。影响生态环境的因素有自然因素和人为因素两种，而两种因素相互激发、相互促进，共同作用于生态环境，最终陷入恶性循环，导致生态环境退化，其中人为因素具有主导作用。城市的扩张导致农业地面积的减少是土壤退化、环境恶化的最主要的原因。根据农用地面积变化的趋势可知，研究区的生态环境将会呈恶化趋势。本文通过遥感影像资料，运用计算机软件和和生态服务价值模型对兰州市农用地的减少对生态环境影响进行了分析，主要研究结论如下。

（1）随着兰州市城市化的发展，区域农用地面积在20年间不断的减少，降幅超过20%，这其中园地和林地的减幅比较大。

（2）由于兰州市农用地的减少，区域生态环境也不断的下降，生态服务质量降低了20.1491亿元，其中影响较大的是生态服务的气候调节以及大气调节功能，而林地减少是导致区域生态环境下降的主要因素。