鞍山市土地利用变化对生态系统服务功能的影响研究

张艳丽

(海城市水利工程建设质量安全监督站，辽宁 海城 114200)



鞍山市土地利用变化对生态系统服务功能的影响研究

张艳丽

(海城市水利工程建设质量安全监督站，辽宁 海城 114200)

生态系统服务功能与社会效益息息相关，但是由于近年来，人们违反自然生态规律的实践活动不断增多，因此土地利用类型越来越多样，由此导致生态系统功能减弱。文章将以此为出发点，针对人地关系紧张以及生态系统服务功能逐渐减弱的社会现状，以辽宁省鞍山市为例，通过对该研究区1990—2015年土地利用变化过程进行分析，以此结合空间显式的生态系统服务功能评估模型中的“产水量”、“水质净化”和“土壤保持”三大指标进行分析评估，从而就该研究区土地利用变化对鞍山市生态系统服务功能造成的影响进行分析。

鞍山市；土地利用；生态系统；服务功能

生态系统服务功能是指生态系统形成和所能维持人类赖以生存和发展的环境效用与条件，其也是人类生活的根本保障。随着生活水准不断提高，越来越多的人开始关注自然生态系统以及其相关功能的利用。由于土地利用变化过程以及格局会对区域自然生态系统循环过程产生重要影响。因此，相关学者研究的重点在于人类社会实践活动与自然生态系统之间的关系。而本文主要立足于辽宁省鞍山市，对这一区域土地利用变化过程对当地生态系统服务功能造成的主要影响以及成因进行探讨，以此为相关部门管理决策政策制定以及区域生态环境合理管控提供建议和参考[1]。

1 研究区资料背景分析

该研究区位于鞍山市，流域内干旱以及冷暖变化非常明显，降雨量以及气温年均变化差异较大，其地表河流的重要补给形式是降雨。流域内生态系统受当地土地开发利用等相关实践活动影响，尤其是上游水资源污染及滥用，导致整个区域地下水循环系统受到巨大干扰，在此过程中，该研究区供水与需水矛盾不断凸显。因此，本文就鞍山市土地利用变化对生态系统服务功能的影响展开研究。

2 研究分析方法及流程

2.1 鞍山市土地利用资料分类

首先，在数据研究过程中，本文需要结合鞍山市1990年以及2009年和2015年三年的不同LandsatTM影像数据资料进行分析。其中，像元大小和轨道号分别为30m×30m以及23031、23032、24031以及24032。另外，研究区内的坡度坡向图以及DEM等相关数据资料，主要由地球系统科学共享网提供。本文将该研究区内的土地覆盖数据等作为辅助决策资料，然后结合如下表中的分类方式，对该研究区流域内的实际情况进行二级分类：

表1 鞍山市土地利用资料分类

2.2 鞍山市气象数据来源

本文在收集相关气象数据资料时，主要选取鞍山市6个不同数据监测站点于2009-2015年收集的月均温数据资料。另外，本文研究过程中的降雨数据资料全部来源于本市2009-2015年16个不同数据监测站点的水文气象数据资料库，其中主要包括河道径流量监测数据以及水体中泥沙实际含量监测数据和水体中总氮含量监测数据等。

2.3InVEST模型构建及参数验证分析

本文在数据分析过程中，采用的主要模型为InVEST模型。这一模型分析法最早由美国斯坦福大学提出，该模型可以借助GIS技术，就鞍山市不同类型土地覆盖率对生态系统的功能性影响进行分析。与此同时，这一方法能够结合实际土地利用情况，在不同的社会经济尺度以及地理尺度中，对生态系统服务功能的具体变化情况进行合理描述。本文所选模型在分析过程中，主要包括的指标分为海岸以及生境和固碳及土壤侵蚀、水质等，然后在实际应用中，结合鞍山市具体土地利用情况，着重选取“产水量”、“土壤保持”、“水质净化”3个主要子模型。

其中，水产量模型主要基于一个简化的地下水系统循环模型，本文在研究过程中，地下水对生态系统服务功能造成的影响忽略不计[2]。因此，通过水产量这一指标值，对该研究区一定范围内地表水产量进行合理分析。如果水产量越多，则表明该研究区水资源的实际供给服能力越强。具体可通过如下模型，对该研究区内实际水量参数值进行科学计算：

(1)

式中：在上述“产水量”模型中，Yxj为该研究区一定范围内第j个土地利用类型栅格x的实际产水量；AETxj为该研究区一定范围内第j个土地利用类型栅格x的每年实际水分蒸散量；Pxj为该研究区一定范围内第j类土地利用类型栅格x的年降雨量。

在采用“产水量”模型就鞍山市土地利用变化对生态系统服务功能的影响进行分析时，主要参数指标包括土地利用图、年降水量、潜在蒸散量、土壤根系深度、土壤深度和蒸散系数、植物可利用水含量等。通过插值法在对原始降雨站观测数据进行分析基础上得到该模型分析中的年降雨量[3]。

另外，本文在对该研究区内的土壤侵蚀速率进行分析时，主要采用“土壤保持”模型中的通用土壤流失方程进行计算分析。若该研究区内的土壤侵蚀量越小，则说明土壤保持功能越强。具体计算公式如下：

USLEx=Rx×Kx×LSx×Cx×Px

(2)

式中：栅格x的土壤侵蚀量通过USLEx表示；另外在此过程中，土壤侵蚀量因子分为Rx、Kx和LSx几种；Rx为鞍山市土地降雨侵蚀力因子；Kx为鞍山市土地土壤可蚀性因子；LSx为鞍山市土地坡度、坡长因子；Cx为鞍山市土地植被覆盖因子；Px为鞍山市土地管理因子。

在此模型计算分析过程中，通过将相关数据输入模型，然后利用Wischmeier计算法，对各个不同数据监测站点的雨量及鞍山市土地实际降雨侵蚀因子进行计算，鞍山市土地可侵蚀因子通过采用诺谟方程进行计算得到[4]。

除此之外，由于总氮含量在一定程度上可针对某研究区河道中的水质状况进行合理评估。因此，本文在对鞍山市河道水体中的总氮含量进行计算时，主要采用水质净化模型，对水质污染系数进行合理计算评价，具体计算公式如下：

ALVx=HSSx×polx

(3)

本文在采用此模型对鞍山市河道水质总体状况进行计算评价时，只考虑非点源污染而忽略其它相关污染源[5]。因此，当水体中所含总氮含量越高，表明水质的的实际净化功能越弱；当水体中所含氮总量越少，表明该研究区河道中的水质总体状况良好，水质自我净化及含污能力较强，同时其生态系统服务功能也就越强，具体而言：

ALVx为鞍山市生态系统评估中栅格x调节的载荷值；polx为鞍山市生态系统评估中栅格x的输出系数；HSSx为鞍山市生态系统评估中栅格x的水文敏感得分值。

2.4 鞍山市土地利用变化对生态系统服务功能的影响分析

1)鞍山市土地利用变化对生态系统服务功能的影响

该模型在分析评估过程中，主要选取的相关指标为鞍山市土地利用类型及鞍山市河道总氮输出负荷以及DEM和鞍山市水文系统实际产水量数据等。通过上述水产量模型计算得到水产量实际数据。如下表数据表示1990-2015年鞍山市土地利用变化对生态系统服务功能影响模拟的相关参数值：

2)鞍山市土地利用变化分析

本文首先结合上述3个不同模型，对鞍山市不同数据观测时段所采集的数据进行计算分析，发现该研究区不同阶段土地利用面积变化存在一定的差异[6]。其中，在1990-2000年间，该研究区农田实际面积减少约15.6%，而草地面积增加约24%；另外，水体占地面积也增加35%，但从变化过程来看，当地林地面积变化差异不大，而建筑用地面积却有很大增幅。本文通过对2000-2015年的相关数据进行分析得知，鞍山市在这一时期的林地面积增幅较大，建筑用地在这一时期增幅比原来上升约56.6%，而且裸地面积也显著增加。总体而言，该研究区在整个研究期内，草地以及农田和水体实际面积均减少，其具体系数变化幅度为0.3、0.48和0.61，但建筑用地及裸地面积却在不断增加，其增幅系数分别为2.3和2.8。

表2 1990-2015年鞍山市土地利用变化对生态系统服务功能影响的模拟值

3)鞍山市土地利用实际功能价值转化

通过上述不同时期土地利用状况变化情况可以发现，在整个研究期内，鞍山市大约有7.8%和10%的农田转化为草地以及森林。因此，草地与森林同农业用地之间具有较高的转化率。从这一变化过程中其实不难发现，鞍山市在整个发展过程中，政策制度在不断发生变化，其中早期阶段由于工业化发展速度加快，因此大量建筑用地和工业厂房用地取代了农田及森林用地。因此，导致这一时期鞍山市农田和草地大面积减少[7]。但是，随着当地生态环境不断恶化，土地利用变化对生态系统服务功能的影响越来越明显。逐渐到2000-2015年，国家和地方政策得到调整，此时建筑用地和裸地面积有所减少，相反草地和林地面积不断增加。故在这一转化过程中，农业以及森林等政策管控在当地土地利用转化过程起着非常重要的作用[8]。

3 结 语

研究表明，在这10年间，鞍山市土地利用情况发生了明显的变化。其中，农田以及草地和水体三大类型的土地实际面积分别减少约29.6%以及45.8%和61.2%。在此过程中，随着工业化和城市化发展，当地建筑用地和林地以及裸地面积分别增加约35.7%、23.1%以及56.8%。随着土地利用形式和利用类型发生变化，导致研究区生态系统服务功能中的水土保持功能和固碳功服务功能及水资源供给服务功能以及水质净化功能等均发生了明显变化。其中，降幅分别为45.6%以及18.73%和3.5%及21.6%。究其原因，主要由于当地兴建大量的建筑物，因此导致土地荒漠化现象非常严重，土壤的水土保持及地下水水质净化能力都在不断降低。故当地相关部门应重点加强对建筑用地进行合理调节和管控，适当增加森林面积，提高植被覆盖率。

[1]李学森.凌河流域水资源现状及保护措施[J].水土保持应用技术，2015(03)：36-37.

[2]高素丽.辽阳市水资源开发利用和管理保护对策[J].水土保持应用技术，2011(04)：45-47.

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[5]董凤新.开发建设项目主体工程水土保持分析与评价[J].水利技术监督,2015(05):41-43.

[6]王宏伟,张鑫,邱俊楠,等.基于多目标遗传算法的西宁市水资源优化配置研究[J].水土保持通报,2012(02):150-153.

[7]柴雅丽，霍延召.朝阳市水资源供需矛盾分析及解决途径[J].水土保持应用技术，2015(03)：44-45.

[8]苏明珍,董增川,张媛慧,等.大系统优化技术与改进遗传算法在水资源优化配置中的应用研究[J].中国农村水利水电,2013(11):52-56.

1007-7596(2017)02-0039-03

2017-02-10

张艳丽(1978-)，女，辽宁鞍山人，工程师，研究方向为河道生态建设、节水灌溉、水利工程管理等。

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