基于区域绿当量变化的土地利用优化设计——以重庆市璧山县为例

殷西林, 肖 娟, 彭建军

(重庆师范大学 生命科学学院, 重庆 401331)



基于区域绿当量变化的土地利用优化设计
——以重庆市璧山县为例

殷西林, 肖 娟, 彭建军

(重庆师范大学 生命科学学院, 重庆 401331)

土地利用类型受人为活动和自然环境变化的影响,在时空尺度上快速变化。土地利用的变化影响生态系统的稳定性和服务能力,直接影响人类的生活。对土地利用变化的生态评估一直受到学者的关注。以生态绿当量变化为参考,分析璧山县土地利用变化对生态服务功能的影响。结果显示,璧山县境内城镇面积逐渐增加,对绿当量贡献最大的林地面积在不断增加,但是草地和耕地面积在减少,总体的绿当量呈现下降趋势,说明生态服务功能降低,人均占有生态绿当量也在下降。建议通过利用境内有效水系来建设生态湿地,丰富植被类型,增加绿地面积和生态绿当量等优化措施,以此提高生态环境的生态服务功能。

生态服务功能; 绿当量变化; 生态湿地; 土地优化

0 引 言

随着社会经济的发展,我国西部城市迅速崛起,城市化和工业化快速推进。城市化进程改善人们的生活,同时带来的土地问题也日益凸显。土地问题引起了我国理论界和决策层高度关注[1-3],但是目前研究主要还是集中在土地利用变化机制、变化速度、转移方向和利用程度[4-5]和讨论土地利用经济价值的开发和生物多样性等方面[6-7],而更为重要的土地生态效益研究还处于尝试和起步阶段。城市的生存和运作依赖于城市基本生态用地提供的生态服务[8-9],只有环境拥有足够的生态效应价值才能维持城市生态系统的安全与稳定,保障市民的生活品质[10]。西部城市之前的发展主要依靠消耗自然资源拉动,所以经济发展的同时生态环境受到严重的破坏[11-12],使得地区的生态安全和生态服务功能降低[13-15]。为了生态环境的改善和城市未来的发展,本文以重庆市璧山县为例,用生态绿当量模型量化土地生态服务功能,优化土地利用现状,使土地的生态服务功能潜能充分发挥,改善和提高区域的生态环境质量和人民生活品质,实现社会-经济-生态和谐发展。

1 研究区概况

璧山县紧邻重庆市主城区,处于重庆南弧形构造带,华蓥山复式背斜中的温塘峡背斜与沥鼻峡背斜之间。璧山县的气候属于亚热带湿润季风气候,气候湿润、雨量充沛、四季分明,具有春旱、夏涝、秋凉、冬暖、无霜期长、湿度大、日照少、云雾阴雨多的特点。年平均气温18.0 ℃,年平均降雨量1 064.7 mm,年平均日照时数1 051.0 h,年平均蒸发量1 026.6 mm,年平均无霜期338 d。璧山区境内有璧南河、璧北河和梅江河等重要水源。

2 卫星遥感影像数据和分析方法

运用ArcGis技术,从璧山县的2000年、2005年和2010年3期Landsat TM遥感影像(比例1∶2 000)中,按照国家土地利用分类标准,提取出了3个不同时期各类型土地面积数据。根据绿当量的概念对土地分类(表1),根据相关研究结果赋值得分(表2),并计算出璧山县的生态绿当量变化,随后依据研究结果和生态学理论提出土地优化方案和建议。

表1 基于生态绿当量的土地重分类

表2 生态系统各种环境保护功能评价分值(分/hm2)

续表2

功 能林地草地耕地水域防止表面侵蚀9.788.155.306.70放置地面下沉5.796.555.258.20污染物进化8.277.368.108.90防止发生灾害9.817.507.308.12维持景观8.969.137.009.79生物多样性保护9.226.214.608.65防止有害动植物5.955.946.006.78

注:评价意义:10为极大;7.5为较大;5为较小;大气组成改善1表示吸收CO2的生态服务功能;大气组成改善2表示制造

O2的生态服务功能;大气净化1表示吸尘滞尘的生态服务功能;大气净化2表示吸收有毒气体的生态服务功能。

3 生态绿当量与土地利用结构优化

3.1 生态绿当量的概念与分类

绿量是估算单位面积森林面积的生态功能的量化值,生态绿当量就是以其他绿被的生态效应来补偿等量的森林植被的生态效应[16]。森林生态系统是陆地上最大、最重要的生态系统,该系统稳定性高,生物多样性丰富,对水循环和大气循环有着不可替代的作用[17]。

3.2 计算各类生态系统的作用分值

综合考虑社会调节、生态服务功能和经济利益等因素,根据日本学者的研究[18],考虑各项指标环境功能的影响权重,对研究区域生态系统服务功能量化评分(表2)。

由各项分值累积得到各项生态系统服务的总分值为

(1)

其中:P为某生态系统类型总分值;i为具体的某项指标(表2);F单项指标的分值。单位面积的生态服务功能总分值中,林地为142.83分/公顷,草地为104.55分/公顷,耕地为96.25分/公顷,水域为121.63分/公顷。

3.3 生态绿当量的计算

以林地生态系统的生态当量为参考标准,即林地的生态当量为1,那么其他类型生态系统在全年满种情况下,其绿当量被定义[9]为

(2)

其中:Xi为第i类土地的生态绿当量;Fi为公式(1)中的P值;F林为公式(1)中的P林的值。因为地理差异导致的植物生长和熟制不同,所以最终结果还要乘以一个相对于全年满种的生长期系数,重庆为一年两熟,系数为0.67。所以,X林地=1.00*0.67=0.67,X草地=0.73*0.67=0.49,X耕地=0.67*0.67=0.45,X水域=0.85*0.67=0.57。

4 璧山县土地利用优化

4.1 璧山县土地利用类型和生态绿当量的变化

璧山县的土地面积和人口变化见表3。城镇面积和人口数量总体增加,前5年少量减少,而后5年快速增加。草地和耕地由于比较容易转化利用,所以呈现逐渐减小的趋势,耕地10年间减少7.30 hm2,而在2005—2010年间减少5.92 hm2,耕地减少的快速时期也是城镇和人口快速增加的时期。水域利用难度较大,10年间基本没有变化。林地面积呈现增加的趋势,这与璧山县今年来的封山育林和退耕还林等一系列的政策有密切的关系。10年间林地增加量5.30 hm2,大于草地的减少面积1.47 hm2,常年的植被面积增加,但是这并不代表生态系统的生态功能增加,生态系统的生态功能还与绿地类型、植被种类、生物量和空间分布等有关[20]。

表3 璧山县不同时期土地利用面积(hm2)和人口变化(万人)

林地和耕地是璧山县主要的生态绿当量贡献者(表4),生态绿当量占当年总量的96%以上,林地占比最高。生态绿当量占比大小依次是林地、耕地、草地和水域。璧山县的生态绿当量总量呈现先增加后减少的趋势(表5),10年间减少0.40%。耕地的生态绿当量减少的最多,10年减少3.3%,2005—2010年间减少2.67%,减少的速率逐渐加快。耕地的生态绿当量减少是导致总体生态量减少的最大因子,其次是草地,草地减少0.72%,后5年就减少0.71%,主要的减少时间集中在后5年。所有土地的生态绿当量快速变化的时期是2005—2010年,与城镇快速发展和人口快速增长期相吻合。

表4 璧山县各类型地的生态绿当量及人(万人)均占有量

注: 占比指的是该地的生态绿当量占当年生态绿当量总量的百分比(%)。

表5 璧山县不同时期生态绿当量变化

注: “-”表示生态绿当量减少。

4.2 土地利用优化建议

璧山县已被纳入重庆市主城区外环建设的范围,根据《璧山县城市总体规划(2004—2020)》和《重庆市总体规划》的总体要求,以生态绿当量作为参考依据,总体规划建设城镇。减少草地和耕地转作非绿地用途,加强裸地、荒山等为利用地绿化,实现交通路的合理绿化。在城镇中建立起合理的生态网络,行道树和公园草坪尽量换成四季常绿植被。充分利用境内的璧南河、璧北河和梅江河等重要水源,建立生态湿地公园。

5 结 论

以生态绿当量的变化为参考标准,分析区域土地利用变化,比简单的以绿化面积或者绿被覆盖率能更有效的反映土地利用类型变化引起的生态效益变化。

璧山县2000年、2005年、2010年的绿当量变化表明,虽然境内对绿当量贡献最大的林地面积在不断地增长,但是由于草地和耕地面积在不断减少,城镇面积和人口数量在不断增加,所以总体生态服务功能在不断下降,人均占有量也在不断下降。但是可以根据生态学基本理论,合理布局土地利用结构,丰富绿地的植被类型、增加植被面积和植被生物量,构建成绿色的城市空间,使得生态服务服务功能加强。

以生态绿当量研究生态服务功能,可以合理的考虑面积、植被类型等因素,但是土地利用类型的空间分布格局仍在考虑之外,地区的具体气候差异对不同植被类型土地的生态服务功能的影响也是需要考虑的因素。

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Optimization design in land usage based on regional change of green equivalence——A case study of Bishan County, Chongqing

YINXilin,XIAOJuan,PENGJianjun

(College of Life Science, Chongqing Normal University, Chongqing 401331, China)

Land-use type is affected by the change of human activities and natural environment, and has been rapidly changed in space and time scale. The changes of Land-usage affect the stability of ecological system and service ability and finally exert direct impact on human life. The evaluation of the change in ecological land usage has been attracting the attention of scholars. In the present paper, we take the ecological green equivalent change as an indicator to analyze the effect of land-use change inBishan county on ecosystem service functions. The results show that the urban area is gradually increasing in Bishan county, and the largest woodland area contributing to green equivalence is also increased, but the grassland and arable land areas are decreased. Therefore, the overall green equivalence showed a downward trend, which indicates the reduction of ecological service function and the descent of the per capita share of green equivalent. We suggested in this paper that by utilizing the effective drainagein the region to construct ecological wetland, enrich vegetation types and increase the green area. The ecological optimizationcan improve the ecological environment of ecological service function.

ecological service function；green equivalent change；ecological wetland；land optimization

2016-04-02。

重庆市研究生创新项目(CYS15155); 重庆市自然科学基金资助项目(cstc2014jcyja80013); 重庆市教育委员会科学基金资助项目(kj1400534)。

殷西林(1990-),男,重庆人,重庆师范大学硕士研究生; 通信作者: 彭建军(1974-),男,北京人,重庆师范大学教授。

1673-5862(2016)02-0183-05

Q89

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2016.02.012