劉 剛，黃洪超,王 瑩

(浙江工商大學(xué)旅游與城市管理學(xué)院，浙江 杭州 310018)

杭州市土地利用/覆被變化與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估

劉 剛，黃洪超,王 瑩

(浙江工商大學(xué)旅游與城市管理學(xué)院，浙江 杭州 310018)

基于杭州市1991年、2001年、2010年的遙感影像解譯結(jié)果，分析了杭州市近20年來(lái)各區(qū)土地利用/覆被變化情況，在此基礎(chǔ)之上，參考中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值評(píng)估體系，對(duì)杭州市近20年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)進(jìn)行了評(píng)估.結(jié)果表明：1991-2010年間，杭州市耕地與裸地面積減少，耕地面積累計(jì)最多，達(dá)到676.3 km2；水域、林地、建筑用地面積增加，其中以建筑用地面積增加最為顯著，累計(jì)增加776.5 km2，增幅超過(guò)200%.用地結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變直接影響到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的提供，杭州市總體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈先減少后增加的趨勢(shì)，表明政府實(shí)施的退耕還林、整治環(huán)境政策取得一定效果.

土地利用/覆被；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；遙感；杭州市

0 引 言

土地利用/覆被變化(LUCC)是在自然因素與社會(huì)因素共同作用下，在不同時(shí)空尺度上表現(xiàn)出來(lái)的一系列景觀變化.其中，氣候、水文、土壤等自然因素以及人口、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、政策等社會(huì)因素是引起土地利用/覆被變化的主要因素[1].

生態(tài)服務(wù)是指人們直接或間接地從生態(tài)系統(tǒng)功能中獲得利益[2]，包括氣候調(diào)節(jié)、食物獲取、保持水土、維持生物多樣性等.土地利用類型與結(jié)構(gòu)共同決定區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值.Constanza等[3]在1997年對(duì)于全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的研究推動(dòng)了該領(lǐng)域發(fā)展的高潮.謝高地等[4]在此基礎(chǔ)上，針對(duì)中國(guó)實(shí)際提出了“中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表”，為中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值研究奠定了基礎(chǔ).

近20年是杭州市城市化發(fā)展最為迅猛的時(shí)期，已從城市化發(fā)展的初期階段進(jìn)入到中后期階段.因此，分析杭州市土地利用/覆被變化以及由此而引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)變化，對(duì)研究其快速城市化發(fā)展中產(chǎn)生的問(wèn)題具有重要意義.

1 研究區(qū)概況

杭州市是浙江省省會(huì)城市，長(zhǎng)江三角洲地區(qū)的第二大中心城市.地處長(zhǎng)江三角洲南翼(29.848～30.565N，119.684～120.716E)，總面積3 068 km2.杭州市西北部和西南部系浙西中山丘陵區(qū)、東北部和東南部屬浙北平原，河網(wǎng)密布. 杭州市屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，四季分明，溫和濕潤(rùn)，光照充足，雨量充沛，年平均氣溫16.2 ℃，年平均降雨量1 435 mm，相對(duì)濕度76%.2001年，浙江省撤市設(shè)區(qū)，撤除余杭蕭山二市，與杭州市原來(lái)六區(qū)合并為八區(qū)，即拱墅區(qū)、下城區(qū)、江干區(qū)、西湖區(qū)、上城區(qū)、濱江區(qū)、蕭山區(qū)、余杭區(qū).

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

針對(duì)研究區(qū)尺度較大、面積較廣的特點(diǎn)，選用1991年5月Landsat MSS遙感影像、2001年10月Landsat TM遙感影像、2010年9月Landsat ETM遙感影像、杭州市行政區(qū)劃圖以及分辨率為90 m的DEM高程數(shù)據(jù).社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于杭州市統(tǒng)計(jì)年鑒(1991—2010年)、杭州市稅務(wù)局、杭州市國(guó)土資源局等公開(kāi)發(fā)布的相關(guān)資料.

2.2 數(shù)據(jù)處理

以Arcgis 10.0為操作平臺(tái)對(duì)杭州市行政區(qū)劃圖進(jìn)行矢量化，將所得矢量文件導(dǎo)入ENVI4.7中對(duì)3幅遙感影像圖以及DEM高程圖進(jìn)行裁剪.將藍(lán)、綠、紅、近紅、NDVI指數(shù)、DEM高程數(shù)據(jù)、非監(jiān)督分類圖像，共計(jì)7個(gè)波段進(jìn)行波段融合.為有效避免同物異譜、異物同譜現(xiàn)象，本文采用具有運(yùn)轉(zhuǎn)速度快、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)的決策樹(shù)分類法對(duì)遙感影像進(jìn)行分類[5].結(jié)合Google Earth影像以及野外考察的方式進(jìn)行景觀類型核對(duì).1991年、2001年、2010年遙感影像分類總體精度分別達(dá)到0.87、0.86、0.90，滿足研究需求.最后對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行面積統(tǒng)計(jì)、制圖與分析.

2.3 土地利用分類體系

參照我國(guó)《土地利用現(xiàn)狀分類》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 21010—2007)[6]，結(jié)合研究區(qū)景觀特征和所選遙感影像特點(diǎn)，同時(shí)避免因分類過(guò)多導(dǎo)致景觀破碎、斑塊數(shù)目太多而給研究帶來(lái)的不便[7]，本文將研究區(qū)土地利用類型分為林地、耕地、水域、城市用地和裸地5大類(表1).

表1 杭州市土地利用分類體系

2．4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估

以土地利用/覆被變化研究為基礎(chǔ)，以Arcgis 10.0為操作平臺(tái)，參考謝高地等[8]關(guān)于《中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值》的研究成果，運(yùn)用基于貨幣量的價(jià)值評(píng)估法對(duì)杭州市1991年、2001年、2010年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行評(píng)估.公式為

其中：ESV為生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值(元)，VCi為第i類土地利用類型單位面積的生態(tài)功能總服務(wù)價(jià)值系數(shù)(元/hm2)，Ai為研究區(qū)內(nèi)第i類土地利用類型的面積(hm2) ，n為土地利用類型數(shù)目.

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用/覆被變化

圖1為通過(guò)決策樹(shù)分類方法解譯的1991年、2001年、2010年遙感影像圖.結(jié)果顯示：自1991年到2010年間土地利用/覆被發(fā)生劇烈變化，表現(xiàn)為“一減一增三波動(dòng)”.耕地面積呈持續(xù)減少趨勢(shì)，累計(jì)減少676.3 km2，降幅為37.78%；建筑用地面積呈持續(xù)上升趨勢(shì)，累計(jì)增加776.5 km2，增幅超過(guò)2倍；林地面積呈先減少后增加趨勢(shì)，總體增加49.6 km2，增幅為8.65%；水域面積呈先減少后增加趨勢(shì)，總體減少33.2 km2，降幅為21.05%；裸地面積呈先增加后減少趨勢(shì)，總體減少98.9 km2，降幅為46.39%(表2).

圖1 1991—2010年研究區(qū)土地利用類型圖Fig. 1 Land use tapes of study area from 1991 to 2010

從各區(qū)來(lái)看，近20年間，各區(qū)耕地面積呈現(xiàn)不同程度的下降，其中上城區(qū)耕地面積累計(jì)下降幅度最大，達(dá)到79.90%、林地面積變化趨勢(shì)基本與杭州市耕地總體面積變化趨勢(shì)一致，呈“V”型增長(zhǎng)；西湖區(qū)林地累計(jì)增長(zhǎng)幅度最大達(dá)到55.68%,水域面積波動(dòng)較小,建筑用地面積快速增加，其中蕭山區(qū)以超過(guò)5倍的增速位居八區(qū)之首；各區(qū)裸地面積基本呈“∧”型下降，其中西湖區(qū)下降幅度最大達(dá)到78.21%.

表2 杭州市八區(qū)各土地利用類型面積

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值

由表3可知，杭州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量由1991年的17.03億元下降至2001年的12.02億元、2010年回升至14.42億元，呈先下降后上升趨勢(shì).表明杭州市在發(fā)展初期盲目發(fā)展，忽視城市擴(kuò)張對(duì)環(huán)境的影響.但2006年始，杭州市投入大量資金整治包括礦山、大氣在內(nèi)的多項(xiàng)環(huán)境問(wèn)題，收到一定效益，使得全市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在2010年有所上升.森林主要影響生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)與供給服務(wù)的體現(xiàn)，林地面積的回升使得生態(tài)調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值、支持服務(wù)價(jià)值回升，對(duì)于杭州市生態(tài)恢復(fù)具有重要作用；農(nóng)田面積的減少主要影響生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù)價(jià)值的體現(xiàn)，20年累計(jì)減少4 221.8萬(wàn)元，降幅達(dá)37.78%；河流/湖泊和荒漠的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值波動(dòng)較小.

表3 杭州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值統(tǒng)計(jì)表

由于杭州市各區(qū)面積差異較大，因此本文從單位面積(hm2)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值角度比較各區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)變化更具意義.表4表明:1991—2010年，濱江區(qū)、拱墅區(qū)、江干區(qū)、上城區(qū)、下城區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均呈下降趨勢(shì)，其中上城區(qū)下降幅度最大，達(dá)到80.86%；西湖區(qū)、蕭山區(qū)、余杭區(qū)呈先下降后上升趨勢(shì)，西湖區(qū)累計(jì)增幅最大達(dá)到14.44%.建筑用地逐漸成為主要用地類型是導(dǎo)致濱江區(qū)、拱墅區(qū)、江干區(qū)、上城區(qū)、下城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降的主要原因.西湖區(qū)成為八區(qū)中唯一單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值累計(jì)上升的區(qū)，表明杭州市西湖區(qū)綜合治理保護(hù)工程取得顯著成效；蕭山區(qū)、余杭區(qū)為杭州市主要的退耕還林政策實(shí)施地區(qū)，生態(tài)效益良好.

表4 杭州市各區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值表

4 影響因素分析

4.1 政策因素

1991—2001年期間杭州市林地面積累計(jì)下降55.80%.對(duì)此，杭州市于2003年1月20日正式頒布實(shí)施《退耕還林條例》，后10年中林地面積累計(jì)增加145.85%，生態(tài)效益顯著.杭州市實(shí)施“決戰(zhàn)東部”戰(zhàn)略規(guī)劃，特別是2004年下沙高教園區(qū)的遷入是江干區(qū)建筑用地面積迅速增長(zhǎng)的直接原因.截至2010年，江干區(qū)建筑用地面積達(dá)到111.4 km2，同2001年相比，凈增加95.10%.決策者戰(zhàn)略決策的制定與實(shí)施對(duì)杭州市土地利用/覆被變化具有重要意義.

4.2 人口因素

人口是推動(dòng)土地利用/覆被變化的根本原因，同時(shí)人口密度是衡量人口對(duì)土地的壓力的重要因素.根據(jù)杭州市統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)結(jié)果，截至2010年底，杭州市市區(qū)總?cè)丝跒?34.82萬(wàn)人，同1991年相比增加2.22倍.人口增加直接導(dǎo)致居住用地需求增加，以及對(duì)醫(yī)院、公園、學(xué)校等公共設(shè)施的需求增加，是建筑用地面積不斷擴(kuò)張的主要原因.

4.3 經(jīng)濟(jì)因素

經(jīng)濟(jì)因素包括土地資源的分配方式、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、技術(shù)構(gòu)成、財(cái)富分配等[1].近20年間杭州市經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)飛躍，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，二三產(chǎn)業(yè)比重逐年增加.企業(yè)總數(shù)由1991年的1 411個(gè)增加至2010年的6 478個(gè)，累計(jì)增加近3.6倍[9].產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整導(dǎo)致工廠用地的需求迅速增加，是導(dǎo)致土地利用/覆被轉(zhuǎn)變的直接原因之一.

5 結(jié)論與討論

5.1 土地利用/覆被變化結(jié)果

杭州市近20年間土地利用/覆被發(fā)生劇烈變化，其中建筑用地面積急劇增加，成為主要用地類型，耕地面積減少，水域、林地、裸地面積呈現(xiàn)不同程度的波動(dòng).各土地利用類型面積大小排序：1991年為耕地>林地>建筑用地>裸地>水域，2001年為耕地>裸地>建筑用地>林地>水域，2010年為建筑用地>耕地>林地>水域>裸地.政府決策、人口增加與分布以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展重心轉(zhuǎn)移是影響土地利用/覆被變化的主要驅(qū)動(dòng)因素.林地與裸地面積先增后減現(xiàn)象表明，杭州市在城市化建設(shè)中存在為建設(shè)先破壞的現(xiàn)象，是今后發(fā)展中值得關(guān)注的問(wèn)題.杭州市景觀類型多樣，本研究限于遙感影像尺度較大，因而將土地類型分為五類，可能會(huì)對(duì)研究產(chǎn)生一定影響.

5.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值損益

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值隨土地利用結(jié)構(gòu)改變而改變.研究結(jié)果表明：杭州市總體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈先下降后增加趨勢(shì)，總體下降幅度達(dá)到15.31%.各區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值排序：1991年為下城區(qū)>江干區(qū)>蕭山區(qū)>余杭區(qū)>西湖區(qū)>濱江區(qū)>拱墅區(qū)>上城區(qū)；2001年為下城區(qū)>江干區(qū)>西湖區(qū)>蕭山區(qū)>濱江區(qū)>余杭區(qū)>拱墅區(qū)>上城區(qū)；2010年為下城區(qū)>西湖區(qū)>余杭區(qū)>蕭山區(qū)>江干區(qū)>濱江區(qū)>拱墅區(qū)>上城區(qū).杭州市政府實(shí)施的退耕還林、整治環(huán)境政策取得一定效果，然而先破壞再整治的局面讓杭州市在城市化建設(shè)中走了彎路.本研究以各個(gè)土地利用類型的總面積來(lái)計(jì)算其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，沒(méi)有考慮不同面積斑塊之間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值差異，這也是今后研究中需要注意的問(wèn)題.

[1] 全斌.土地利用與土地覆被變化學(xué)導(dǎo)論[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2010.

[2] Constanza R， d’ Arge R，Dc Crool R，etal. The value of the world’s ecosystem services and natural capital[J]. Nature，1997,387:253-260.

[3] 李東.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究綜述[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010，10(1)：59-64.

[4] 謝高地，張釔鋰.中國(guó)草地自然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值[J].自然資源學(xué)報(bào),2001，16(1)：47-53.

[5] 余晶，蔣平安，高敏華.基于決策樹(shù)的土地利用方法分類研究[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,46(2)：430-434.

[6] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T21010—2007，土地利用現(xiàn)狀分類[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[7] 陳剛，鄭祥華，鄧文勝，等.武漢市土地利用/覆被與景觀格局變化特征[J].測(cè)繪科學(xué)，2011,36(6)：32-34.

[8] 謝高地，甄霖，陸春霞，等.一個(gè)基于專家知識(shí)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值化方法[J].自然資源學(xué)報(bào)，2008,9(23):911-919.

[9]杭州市統(tǒng)計(jì)局.杭州市統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，1991-2010.

LandUse/CoverChangesandEcosystemServiceValueEvaluationinHangzhou

LIU Gang, HUANG Hongchao, WANG Ying

(College of Tourism and Urban Management, Zhejiang Gongshang University, Hangzhou 310018, China)

Based on the remote sensing image interpreting results of Hangzhou in 1991, 2001 and 2010, the land use/cover changes in Hangzhou from 1991 to 2010 were analyzed. And according to Chinese terrestrial ecosystem service value per unit area tables, the ecosystem service value development in Hangzhou for nearly 20 years was also studied. The results show that the area of farmland and unused land decreases, especially the farmland decreases 673.3 km2, while the area of water, forest land and construction land significantly increases, especially the construction land is doubled with the increasing area of 776.5 km2. The changes have direct impacts on the ecosystem service value. The total ecosystem service value of Hangzhou tends to increase after the decrease, which indicates the implementation of government on returning farmland to forest and environment renovation has achieved certain effects.

LUCC; ecosystem services value; remote-sensing; Hangzhou

2013-01-15

王 瑩(1965—),女,教授,主要從事旅游地開(kāi)發(fā)與管理方向研究.E-mail:ywang11111@163.com

10.3969/j.issn.1674-232X.2013.04.018

F062.2

A

1674-232X(2013)04-0379-06