滨海地区土地生态服务价值演变及驱动因素研究

2018-10-21何玲贾启建闫慧慧张利

乡村科技 2018年5期

何玲贾启建闫慧慧张利

[摘要] 河北省沿海经济的快速发展导致滨海地区土地利用结构快速转变，威胁土地生态安全。针对性核算滨海地区土地生态服务价值并探寻价值演变驱动力，是保障区域生态安全的必然选择。本文以河北省东南部黄骅市为研究区，采用植被净第一生产力及人为影响综合指数进行生态服务价值估算及驱动分析。结果表明：2015年，湿地的单位面积生态服务价值最大，为15.86元/（m2·a），建设用地最小，为2.58元/（m2·a）；生态系统服务总价值25年持续减少，共减少了3.17亿元；人为干扰是黄骅市生态服务价值变化的重要原因，随着人为干扰强度的增强，生态服务价值持续降低。气温升高、日照时间增长、相对湿度和蒸降比降低，导致该区域土地利用类型变化，进而导致总生态服务价值降低。研究成果可以为合理划定土地利用规划提供参考，为区域生态保护提供指导。

[关键词] 土地利用类型；生态服务价值；驱动因素；人为影响综合指数；滨海土地

[中图分类号] F301.2；X171.1 [文献标识码] A [文章编号] 1674-7909（2018）05-113-5

生态服务价值是对生态系统服务功能的量化，生态系统服务功能则受自然和人为等多因素的影响，尽管现代科学技术可以一定程度地改变该功能，但改变不了生态系统服务功能构成与维持中地类的决定性影响。随着城镇化的快速发展和人民生活水平的提高，建设用地占用耕地、农业内部结构调整等因素导致区域土地利用类型发生改变，生态系统服务功能的强度不断降低，分析与评价土地利用中生态服务价值的时空变化及其驱动因素已得到广泛重视，并成为合理配置土地资源的基础，可为土地利用规划与整治提供参考依据[1-3]。

近年来，围绕生态服务价值的土地利用分类体系主要采用中国科学院资源环境分类系统，将土地利用类型归纳为耕地、林地、草地、城乡建设用地、水域和未利用土地6种类型，分类结果体现了全国各地的主要地类，便于科研领域的研究，但也存在无法体现区域地类特点的弊端。生态服务价值的研究主要以Costanza[1]、欧阳志云[4-6]和谢高地[7]等为代表，取得了丰硕的研究成果，但在县域尺度的应用中多数学者根据区域情况进行系数修正[3，8-11]，相同的修正系数无法体现区域特点。驱动因素的研究多集中于不同自然因素的影响，人为因素的量化方法仍需不断探索[12-15]。

基于此，如何划分体现区域特征的地类体系，针对性计算不同地类生态服务价值及其变化中的人为驱动因素是本文拟解决的关键问题，也是土地利用过程中生态效益核算的参考依据。本文以河北省黄骅市为研究区，利用植被净第一生产力（NPP）模型估算生态服务价值，利用人为影响综合指数探寻价值损益规律及驱动因素，以期为区域生态保护和修复提供依據，为土地利用总体规划编制提供支持。

1 研究区概况

黄骅市位于河北省东南部，地处北纬38°09′～38°39′，东经117°05′～117°49′，总面积2 177.83 km2。黄骅市地势低洼，高程在1～7 m，年平均气温13 ℃左右，年蒸发量1 500～2 000 mm，年降水量500～600 mm。全市土壤瘠薄，盐碱化程度严重，土壤含盐量高，植物种类少，大部分为草本植物。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源及处理

生态服务价值估算涉及生态、社会、经济等多方面的诸多指标，指标涉及面广、数据量大。本文生态服务价值核算的部分数据来自303个有效样点实地调查，另一部分来自地理空间数据云网站、美国地质调查局网站、中国气象数据资源共享服务网。

样点0～20 cm的土样全部采用土壤农化常规方法进行测定。结合调查样点，布设303个样方，面积为1 m×1 m，对每个样方进行物种辨别、分类及取样。

地理空间数据云网站和美国地质调查局网站主要获取Landsat5 TM影像，成像时间为1990年6月4日；Landsat7 ETM+影像，成像时间为2000年6月10日和2015年6月20日；MOD13Q1的MODIS数据产品，时间跨度为2015年1—12月，校正后采用最大值合成法生成逐月NDVI数据。

中国气象数据资源共享服务网主要获得黄骅、泊头、沧州市3个站点的气象数据，并从黄骅市周边20个县气象局收集获取各县2015年全年的日气象数据。

2.2 研究方法

2.2.1 单项生态服务价值估算方法。生态服务价值选取物质生产价值、养分循环价值、气体调节价值、气候调节价值、水源涵养价值、净化环境价值、生物多样性维持价值和景观文化价值8项价值加总获得[16]。其中，前4项价值均利用植物光合作用通过植被净第一生产力（NPP）进一步计算获得；水源涵养价值采用替代工程法，通过修建水库价值进一步核算；净化环境价值主要对吸收分解SO2、HF、NOX和吸附尘埃的功能价值进行核算，以单位面积治理成本替代净化环境价值；生物多样性维持价值对生境内多样性（α多样性）进行价值核算，参照《森林生态系统服务功能评估规范》中Shannon-Weiner指数分级价值表获得该项价值；景观文化价值通过研究区旅游收入实地调查获得。

2.2.2 生态服务价值损益估算方法。转移矩阵用于对各地类内部间转移面积进行分析，其模型为：

[A=A11 A12 L A1nA21 A22 L A2nL L L LAn1 An2 L Ann ]（1）

式（1）中，Aij表示k时期的i种地类转为k+1时期的j种地类的面积，A表示转移矩阵。

以土地利用转移矩阵为基础，结合生态服务价值对不同地类间相互转化引起的生态服务价值的损益情况进行定量计算。计算公式如下：

[Pij=VCi-VCjAij] （2）

式（2）中，Pij表示土地类型由i类转为j类时的生态服务价值损益，VCi、VCj表示i地类、j地类的生态服务价值系数，Aij表示i地类转为j地类的面积。

2.2.3 人为影响综合指数。人为影响综合指数用来描述区域内生态服务价值总体受人类干扰的强度，具体公式为[13，17]：

[HAI=i=1NAIPI/TA] （3）

式（3）中，HAI代表人为影响综合指数；N为土地类型的数量，本文为9；Ai为第i种生态系统类型的面积；Pi为第i种生态服务价值所反映的人为影响强度系数；TA为总面积。

Pi利用Lohani清单法、Leopold矩阵法和Delphi法的平均值确定（见表1）。采用30 m×30 m格网，将研究区划分成一系列子单元，分别计算各单元的人为影响强度。

HAI值数值越大，表示人类活动对生态服务价值变化的干扰越强；反之，表示人类干扰越小。在ArcGIS10.0中进行聚类分析Natural Breaks（Jenks）将人为影响综合指数（HAI）分为三类：高影响区（HAI>0.80）、中影响区（0.40

3 结果与分析

3.1 土地利用类别划分结果

根据黄骅市土地利用类型实际情况，将黄骅市土地利用类别划分为耕地、园地、草地、建设用地、水域、盐碱地、湿地、盐田和其他土地九大类（见表2），以便进一步进行生态服务价值演变核算。

3.2 土地利用类型转化

1990—2015年，黄骅市土地利用类型以耕地、建设用地和盐碱地为主；25年间，耕地、盐碱地和湿地面积明显减少，分别减少了1.84%、3.11%和1.23%；建设用地、盐田、其他土地、园地、草地和水域面积持续增长，分别增加了2.26%、1.42%、1.17%、0.80%、0.43%和0.09%。其中建设用地、盐田和其他土地面积呈现大幅度增长，园地和草地持续稳定增长，水域面积小幅增长。

3.3 生态服务价值时空变化特征

3.3.1 单位面积生态服务价值估算结果。2015年，湿地单位面积的生态服务价值最大，为15.86元/（m2·a）；水域、园地、耕地、草地、其他土地、盐田和盐碱地单位价值依次降低；建设用地最小，为2.58元/（m2·a）。各单项生态服务功能中，养分循环功能价值最大，为13.95元/（m2·a）；水源涵养、景观文化、物质生产、生物多样性维持、气体调节和气候调节功能单位价值依次降低；净化环境功能价值最小，为0.12元/（m2·a）（见表3）。

3.3.2 生态服务价值损益变化。根据国内生产总值指数计算1990年生态服务价值，并计算流向损益矩阵，横向表示各土地利用类型转出面积的价值量变化，纵向表示各土地利用类型补给面积的价值量变化。

1990—2015年，生态服务价值因耕地转为建设用地减少了4 986.28万元，耕地退化成盐碱地生态服务价值损失8 043.02万元，耕地转为设施农用地损失了1 547.32万元；园地被建设用地占用，生态服务价值减少了542.82万元，转为湿地生态服务价值增加4 877.08万元；草地主要转为建设用地，生态服务价值减少1 050.60万元；部分建设用地实施“占补平衡”政策补充耕地，生态服务价值增加了6 163.72万元；水域部分转为湿地，价值增加1 514.70万元，部分转化为建设用地，价值减少1 108.52万元；盐碱地主要转为园地、草地、耕地，价值分别增加5 766.25万、2 724.48万、1 521.29万元；湿地主要转为盐田和水域，分别损失33 831.40万元和3 904.20万元；盐田转为水域和建设用地；其他土地转为耕地、湿地和草地，生态服务价值有所增加。

3.4 生态服务价值变化驱动因素

3.4.1 人为驱动因素干扰。黄骅市人为综合干扰强度在空间上的分布特征表现为：低影响区和中高影响区占主导地位，高影响区在近海地区分布较大，在黄骅市中西部内陆地区呈零星、小块状分布（见图1）。分析黄骅市1990、2000、2015年3年的人为综合干扰强度的变化趋势发现：在近海地区生态服务价值变化基本不大，建设用地呈现高影响强度，盐田、盐碱地呈现低影响强度；中部地区，1990年大体呈现中低影响强度，并有部分高影响强度零星分布，2000、2015年影响强度变小，低影响强度占主导地位；西部和南部地区，1990年影响强度以低影响为主，2000、2015年影响强度变大，到2015年西南地区以中高影响强度占主导地位。总体来看，高影响区稳定，中影响区面积持续增加，低影响区面积略有降低。随着人为干扰强度的增强，高生态服务价值地类转化为低生态服务价值地类，生态服务总价值持续降低。

3.4.2 自然驱动因素干扰。利用1990—2015年黄骅市平均气温、蒸降比、平均相对湿度和日照时间的统计值与该区各地类面积进行相关性分析。结果显示：平均气温仅与盐田呈显著正相关，与其他地类相关显著性较差，说明平均气温升高是盐田面积增加的驱动因素；平均相對湿度与盐碱地、湿地显著正相关，与园地、水域、盐田和其他土地显著负相关，说明平均相对湿度对上述地类影响较大；蒸降比与耕地、盐碱地和湿地显著正相关，与园地、草地、水域、盐田和其他地类显著负相关，显示了蒸降比升高对盐碱地面积扩大及园地、草地、水域、盐田和其他地类面积缩减的驱动作用，耕地、湿地面积变化受多种因素影响最终显示与蒸降比正相关；日照时间与草地、其他土地呈正相关，与耕地呈负相关，显示日照时间的增加对草地、其他土地面积增加的驱动作用，耕地面积变化受多种因素影响最终显示与日照时间负相关（见表4）。

综上，气温升高、日照时间增长、平均相对湿度和蒸降比降低，导致该区域土地利用类型向不同方向转化，进而总生态服务价值降低。

4 结论

1990—2015年，土地利用类型以耕地、建设用地和盐碱地为主；25年间，耕地、盐碱地和湿地面积明显减少，建设用地、盐田、其他土地、园地、草地和水域面积持续增加。2015年，单位面积生态服务价值依次为湿地>水域>园地>耕地>草地>其他土地>盐田>盐碱地>建设用地。

1990—2015年，从黄骅市生态服务价值的损失量来看，建设用地大量转入及耕地、湿地转出，导致黄骅市生态服务价值损失较为严重，25年减少3.17亿元；从生态服务价值增量来看，增量来源主要是建设用地、盐碱地等转为耕地，水域转为湿地，生态服务价值增加约2.96亿元。人为干扰是黄骅市生态服务价值变化的重要原因，随着人为干扰强度的增强，生态服务价值持续降低。气温升高、日照时间增长、相对湿度和蒸降比降低，导致该区域土地利用类型变化，进而总生态服务价值降低。本文可为黄骅市土地利用总体规划、城市规划和生态文明建设提供有力的决策依据，未来将会进一步提高生态服务价值的计算精度及驱动因素的量化分析水平。

参考文献

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