劉桂林，張落成，張 倩

(1.中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所 湖泊與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049； 3.特里爾大學(xué)環(huán)境遙感與地理信息系，德國特里爾D- 54286；4.南京林業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院，南京 210037)

長三角地區(qū)土地利用時(shí)空變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響

劉桂林1,2,3，張落成1,*，張 倩4

(1.中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所 湖泊與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049； 3.特里爾大學(xué)環(huán)境遙感與地理信息系，德國特里爾D- 54286；4.南京林業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院，南京 210037)

基于1980—2010年的土地利用數(shù)據(jù)，估算了各種土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，分析了長三角30年來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空動(dòng)態(tài)及其對(duì)土地利用變化的響應(yīng)。結(jié)果表明，1980—2010年，長三角建設(shè)用地面積變化最大，為446.1%，未利用地、耕地、草原、林地、水域的變化分別為285.9%、-31.5%、-76.2%、-5.4%、42.9%；1980—2010年，長三角地區(qū)的總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少了4.40%，水源涵養(yǎng)、休閑娛樂、廢物處理生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值上升；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值極低區(qū)域的面積增加且分布于城市擴(kuò)張區(qū)域，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值中等區(qū)域逐年下降且被生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值低區(qū)域所替代，高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值區(qū)域處于增加的趨勢(shì)而極高區(qū)域基本維持不變；常州、湖州、嘉興、南京、泰州的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值逐年增加，而其他城市的則處于下降趨勢(shì)。

土地利用；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；時(shí)空動(dòng)態(tài)；長三角

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指生態(tài)系統(tǒng)與過程所形成并維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與功能[1- 3]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(Ecosystem Service Value, ESV)評(píng)估，現(xiàn)已成為生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)和環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)的研究重點(diǎn)[4- 5]，是建立綠色國民經(jīng)濟(jì)核算體系的基礎(chǔ)工作[6]，并且有助于人類福利及經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展[7]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)將以非市場評(píng)價(jià)法的生物多樣性和物種保護(hù)的價(jià)值評(píng)估為主導(dǎo)方向[8]，單個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值將逐步受到重視[9]。如何耦合市場法與非市場法，建立完善的評(píng)估方法也將是今后的重點(diǎn)。然而，基于生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)理論的貨幣化定量估算方法仍能較為直接地反應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值[5,10]。Constanza最先基于17類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，估算了全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值[11]，該方法已經(jīng)視為今后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值研究的基礎(chǔ)。

土地利用/覆蓋變化是人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境影響最直接的表現(xiàn)，土地利用現(xiàn)狀圖也是人地關(guān)系的一面鏡子[12]。土地利用/覆蓋變化通過改變地表覆蓋類型，從而影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程、功能[13- 16]。因此，基于土地利用/覆蓋變化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算是最直接的方法，且能從地表生態(tài)過程及效應(yīng)、土地利用變化過程等方面來揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的生態(tài)學(xué)意義。諸多學(xué)者也在不同空間尺度上，就土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響進(jìn)行了相關(guān)的研究[17- 20]。對(duì)于快速城市化區(qū)域，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)土地利用劇烈變化及地表生態(tài)過程響應(yīng)的相關(guān)報(bào)道較少。

改革開放以來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人口增加、快速城市化和工業(yè)化，長江三角洲地區(qū)(簡稱長三角，下文均用此稱)的環(huán)境問題日益嚴(yán)重，如太湖藍(lán)藻、無錫飲水安全，高質(zhì)量耕地流失、空氣和土壤重金屬污染[21]。長三角建設(shè)用地急劇增加，耕地非農(nóng)轉(zhuǎn)化加速，那么快速城市化背景下的長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空動(dòng)態(tài)如何呢？因此，本文揭示了長三角1980—2010年的土地利用時(shí)空動(dòng)態(tài)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及其區(qū)域差異的影響。

1 研究區(qū)概況

本文中的長三角地區(qū)包括上海市、江蘇省(泰州市、揚(yáng)州市、南通市、南京市、鎮(zhèn)江市、常州市、無錫市、蘇州市)、浙江省(湖州市、嘉興市、杭州市、紹興市、寧波市、舟山市、臺(tái)州市)兩省一市共16個(gè)城市。長三角地區(qū)的年平均太陽總輻射量約4.6×105—5.0×105J/cm2；年日照時(shí)數(shù)2000—2200 h；年平均氣溫14—17 ℃；年均降水為1000—1500 mm[22]。長三角區(qū)位條件優(yōu)越，是我國近代資本和民族工商業(yè)興起最早的地區(qū)之一，至今仍是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快的區(qū)域，沿著長江、杭州灣分布著兩個(gè)城市化程度較高的城市帶[23]。

2 數(shù)據(jù)源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源

1980、2005年的土地利用數(shù)據(jù)來自于中國地球科學(xué)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分享中心。從美國地質(zhì)調(diào)查局網(wǎng)站上，下載2009—2010年覆蓋研究區(qū)的Landsat5 TM影像，采用人機(jī)交互解譯法獲取2010年的土地利用數(shù)據(jù)，其總體精度為87.5% 、Kappa系數(shù)為0.82。

2.2 研究方法

2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算

為了估算中國區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，謝高地修正了Costanza提出的方法，并根據(jù)200多位中國生態(tài)學(xué)家的調(diào)查問卷，獲取了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的當(dāng)量系數(shù)[24]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子是生態(tài)系統(tǒng)潛在服務(wù)價(jià)值的相對(duì)貢獻(xiàn)率，該因子等于每年每公頃糧食價(jià)值的1/7。利用該方法訂正生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量可將該方法推廣到不同的研究區(qū)，并使結(jié)果更符合實(shí)際。1980—2010年，長三角地區(qū)的平均糧食產(chǎn)量為6089.72 kg/hm2，且2010年的平均糧食價(jià)格為1.998 元/kg，所以長三角地區(qū)一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子為1738.18 元/hm2，進(jìn)而獲得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù) (表1) 。長三角地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算公式：

ESV=∑(Ak×VCk)

ESVf=∑(Ak×VCfk)

(1)

式中，ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；Ak是土地利用類型k的面積；VCk是生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值系數(shù)；ESVf是生態(tài)系統(tǒng)第f項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值；VCfk是土地利用類型k的第f項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值系數(shù)。

2.2.2 區(qū)域差異性分析

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的相對(duì)變化率是指生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化與土地利用面積變化之間的比率[25]，其被用于反映區(qū)域差異，公式如下：

(2)

式中,R是相對(duì)變化率；RL,RC分別是區(qū)域、總體變化率；La,Lb分別是局部初始與末期ESV；Ca,Cb分別是全局初始與末期ESV。相對(duì)變化率有如下幾個(gè)特征：

(1)相對(duì)變化率的絕對(duì)值|R|≥1，暗示了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化幅度要高于整個(gè)研究區(qū)。若R≥1，則表明區(qū)域與全局生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化趨勢(shì)與方向是相反的；而R≤-1，則說明區(qū)域與全局生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化趨勢(shì)與方向是一致的。

(2)相對(duì)變化率的絕對(duì)值|R|<1，說明區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化幅度要小于整個(gè)研究區(qū)。若-1

2.2.3 敏感性分析

本文利用敏感性指數(shù)(Coefficient of Sensitivity,CS)[26]，來確定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值隨著時(shí)間變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值系數(shù)變化的依賴程度。如果CS>1，說明ESV對(duì)VC是富有彈性的，即1%的自變量變動(dòng)將引起應(yīng)變量大于1%的變動(dòng)，則其準(zhǔn)確度差、可信度較低；如果CS<1，則說明ESV對(duì)VC是缺乏彈性的，結(jié)果是可信的。敏感性指數(shù)計(jì)算公式如下：

(3)

式中,VC、k的含義同前，ESVi和ESVj代表初始值和生態(tài)價(jià)值系數(shù)調(diào)整后的價(jià)值。

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用時(shí)空動(dòng)態(tài)變化分析

基于遙感解譯數(shù)據(jù)，分析了長三角地區(qū)的土地利用時(shí)空動(dòng)態(tài)(圖1)。長三角土地利用變化的總體趨勢(shì)為：建設(shè)用地、水域、未利用地面積的增加，其余類型面積的減小趨勢(shì)(表2)。其中，建設(shè)用地變化幅度最大，1980—2010年間變化率為446.1%；其次為未利用地，其變化率為285.9%；耕地、草地、林地、水域的變化率分別是-31.5%、-76.2%、-5.4%、42.9%。盡管未利用地的變化率較大，但其面積的變化較小。1980—2005年，林地、草地面積增加而在2005—2010年則大幅度減小。濕地、耕地面積則一直處于下降趨勢(shì)，而建設(shè)用地與未利用地則一直增加。

圖1 1980—2010年長三角地區(qū)土地利用分類圖Fig.1 Land use classification map in Yangtze River Delta, 1980—2010

3.2長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空變化

3.2.1 長三角地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值變化

30a來長三角的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值呈負(fù)增長，從1980年的420.99 億元減小到2010年的402.47 億元，減小了4.40%(表3)。1980—2005年，長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降了約1.35%；2005—2010年，長三角地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值從2005年的415.31 億元下降到2010年的402.47 億元，減小了約3.09%。1980—2005年，林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加了0.44%；而在2005—2010年卻減小了5.94%，呈倒V形變化。草地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與林地具有相似的變化趨勢(shì)。1980—2005年，草地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加了6.84%，而在2005—2010年則下降了77.66%。1980—2010年，耕地與濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值一直處于衰減趨勢(shì)，其中：1980—2005年，耕地與濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分別減小了9.37%、29.59%；2005—2010年，耕地與濕地則分別減小了24.41%、71.04%。1980—2010年，水域、未利用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值則一直處于上升趨勢(shì)。1980—2005年，水域、未利用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分別增加了9.64%、9.58%；2005—2010年，水域、未利用地則分別增加了30.28%、252.08%。

表2 1980—2010年長三角土地利用變化

表3 長三角地區(qū)1980—2010年各類用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及總價(jià)值變化

ESV: Ecosystem Service Value

3.2.2 單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值變化

就單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值而言，1980—2010年水源涵養(yǎng)、休閑娛樂、廢物處理生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值處于增加趨勢(shì)，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化率分別為11.15%、 2.15%、3.69%(表4)。其他單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能處于下降趨勢(shì)，其中氣體調(diào)節(jié)、食物生產(chǎn)、氣候調(diào)節(jié)、土壤形成與保護(hù)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化較大，其變化率分別是-4.80%、-5.27%、-9.99%和-10.14%，變化幅度均高于4.5%。生物多樣性保護(hù)、原材料的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化緩慢，其在1980—2010年間的變化率分別是-3.59%、-1.72%。1980—2005年，食物生產(chǎn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降了1.54%；而在2005—2010年間下降了3.73%。食物生產(chǎn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化主要是與長三角耕地面積流失有關(guān)。

從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值構(gòu)成上分析，水源涵養(yǎng)、廢物處理、土壤形成與保護(hù)、生物多樣性保護(hù)是長三角地最主要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。1980—2010年，該生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能都占據(jù)各時(shí)期內(nèi)所有功能的10%以上，并且四者的總和也超過了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的50%。長三角是典型的江南水鄉(xiāng)，水網(wǎng)、水庫湖泊密布且水量充沛，因此水源涵養(yǎng)生態(tài)功能最高，超過了20%。

表4 1980—2010年長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值結(jié)構(gòu)變化

3.2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間分布

在ArcGIS9.3軟件中，基于5 km×5 km網(wǎng)格來分別表達(dá)1980、2005、2010年長三角地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間差異，5 km格網(wǎng)完全能夠表達(dá)與土地利用類型的相關(guān)性且運(yùn)算量較低(圖2)。并將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值各級(jí)別進(jìn)行了重命名：極低(小于1 萬元/hm2)、低(1—3 萬元/hm2)、中(3—5 萬元/hm2)、高(5—7 萬元/hm2)、極高(大于7 萬元/hm2)。1980—2010年，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值極低區(qū)域，主要分布于各城市建成區(qū)域內(nèi)，以上海市最為顯著。極低區(qū)域隨著城市化的加劇呈現(xiàn)急劇擴(kuò)大趨勢(shì)，并沿長江、環(huán)杭州灣方向擴(kuò)展。1980—2010年，低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值區(qū)域的分布形態(tài)與耕地的空間分布吻合。從時(shí)空分布上分析，浙江南部地區(qū)的低生態(tài)服務(wù)價(jià)值區(qū)域逐年擴(kuò)大而長三角北部則逐年減小。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值中區(qū)域的分布與林地的空間布局相吻合，并且主要位于浙江省境內(nèi)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值中區(qū)域的分布區(qū)域大幅度減小，特別在浙江南部區(qū)域，其逐步被低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值區(qū)域所替代。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值高、極高區(qū)域的形狀與水域分布相一致，并且生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與水域面積成正比，即生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值極高的區(qū)域主要為水面較大的區(qū)域。1980—2010年，高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值區(qū)域處于增加的趨勢(shì)，極高區(qū)域基本維持不變。

圖2 1980—2010年長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布Fig.2 Distribution of the ecosystem services value in Yangtze River Delta, 1980—2010

3.2.4 區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的差異分析

1980—2010年，杭州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的比例最大的; 其次是蘇州、臺(tái)州; 舟山市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最小(表5)。1980—2010年，常州、湖州、嘉興、南京、泰州的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分別增加了2.54%、6.06%、6.14%、11.87%、7.96%; 其余城市則逐步減小，寧波市下降幅度最大(為16.09%)；其次是南通、上海、紹興及臺(tái)州。

1980—2005年，常州市、南京市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化率分別為-1.68%、-1.87%，說明兩市的變化幅度高于整個(gè)區(qū)域且與長三角變化趨勢(shì)相反。南通、寧波、上海、無錫的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值比長三角下降地更劇烈。泰州、臺(tái)州、舟山市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化幅度低于長三角且變化趨勢(shì)相反。2005—2010年，常州、湖州、嘉興、南京、泰州的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化趨勢(shì)與研究區(qū)相反；除常州外，其余城市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化幅度均較大。從整體變化趨勢(shì)上分析，常州、南京、泰州的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值一直處于下降趨勢(shì)。1980—2005年，湖州、嘉興的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均處于下降趨勢(shì)；而2005—2010年，則處于增加趨勢(shì)，呈現(xiàn)“V”型變化趨勢(shì)。

表5 1980—2010年長三角各城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值差異性

3.3 敏感性分析

將土地利用類型的生態(tài)價(jià)值系數(shù)分別調(diào)動(dòng)50%來分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化及對(duì)價(jià)值系數(shù)的敏感程度。1980、2005及2010年的敏感指數(shù)均小于1，分別為0.107、0.109、0.106，其中未利用地的敏感性指數(shù)最小而林地最大，表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對(duì)價(jià)值系數(shù)缺乏彈性，研究結(jié)果可信。

3.4土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響

作為著名的“糧倉”，長三角早已擁有優(yōu)越的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素，且穩(wěn)定的自然條件對(duì)土地利用影響甚微。長三角地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，快速城市化、工業(yè)化及人口增長，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響的最直接體現(xiàn)便是土地利用變化。根據(jù)統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，快速城市化導(dǎo)致了長三角建設(shè)用地急劇增加、耕地面積銳減。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，特別是水產(chǎn)養(yǎng)殖面積逐年增加，造成了部分耕地的減少與水域面積的增加。長三角區(qū)域土地利用變化直接影響了各生態(tài)類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

1980—2005年，長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降的主要原因是耕地及濕地面積的下降；而2005—2010年，則是由草地 (77.66%) 、濕地 (71.04%) 、耕地 (24.41%) 、林地 (5.94%) 所引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值縮減。由于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，致使城市擴(kuò)張加劇而林地、草地和耕地面積減少，進(jìn)而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值下降。就單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能而言，長三角的水源涵養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能趨于好轉(zhuǎn)，主要因?yàn)?980—2010年，水域面積增加并且人工溝渠密度增加，其將各生態(tài)系統(tǒng)類型相鏈接，增加了斑塊間的信息流、物質(zhì)流與能量流的轉(zhuǎn)移，最終致使水源涵養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能趨于好轉(zhuǎn)，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值趨于增加趨勢(shì)。

3.5長三角生態(tài)過程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響

本文，從土地利用景觀格局變化及地表生態(tài)過程來闡述單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能時(shí)空動(dòng)態(tài)的驅(qū)動(dòng)因素。盡管長三角耕地面積銳減，但設(shè)施農(nóng)業(yè)逐步興起，大量的農(nóng)業(yè)投入，特別是化肥與農(nóng)藥的使用，造成了農(nóng)業(yè)面源污染；長三角工業(yè)的快速發(fā)展，特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的蓬勃發(fā)展，排放大量的工業(yè)廢水；此外人口增加帶來大量的生活污水，這些都導(dǎo)致了長三角水環(huán)境的污染。因此，水源涵養(yǎng)則成為該區(qū)域主要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。生活、工業(yè)廢物，土壤重金屬都使得廢物處理、土壤形成與保護(hù)成為長三角主要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。

基于“源-匯”的生態(tài)過程理論[27]，長三角地區(qū)，建設(shè)用地、耕地等人為景觀成為源景觀，林地、草地、濕地、水域等自然景觀則是匯景觀，便可詳細(xì)地表達(dá)景觀類型間的生態(tài)過程，從而闡述生態(tài)過程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值功能的影響。特別是長三角的建設(shè)用地面積急劇擴(kuò)張，及城鎮(zhèn)中的人口、工業(yè)增加，導(dǎo)致了源景觀類型增加，逐步打亂趨于平衡的生態(tài)過程，致使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值逐步減弱。

4 結(jié)論

(1)本文基于遙感數(shù)據(jù)獲取的土地利用數(shù)據(jù)，估算長三角地區(qū)1980—2010年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，并從生態(tài)過程、景觀格局等方面闡述其機(jī)理，該方法簡單易行、普適性強(qiáng)。

(2)1980—2010年，由于人口增長、快速工業(yè)化及城市化，導(dǎo)致建設(shè)用地增加了446.1%，林地、草地、耕地面積則減少。由此致使長三角生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少了4.40%。農(nóng)業(yè)面源污染、生活及工業(yè)污水造成了水環(huán)境的污染，影響了單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。水源涵養(yǎng)、廢物處理、土壤形成和保持、生物多樣性保護(hù)成為主要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。

(3)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值極低區(qū)域處于上升趨勢(shì)并集中于城市擴(kuò)展區(qū)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值中值區(qū)域低值區(qū)域所替代。1980—2010年，僅有常州、湖州、嘉興、南京、泰州的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加，分別增加了2.54%、6.06%、6.14%、11.87%和7.96%。

致謝： 感謝北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院李天宏老師對(duì)本文寫作的幫助；感謝中國科學(xué)院地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)提供的1980和2005年土地利用數(shù)據(jù)。

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SpatialandtemporaldynamicsoflanduseanditsinfluenceonecosystemservicevalueinYangtzeRiverDelta

LIU Guilin1, 2, 3，ZHANG Luocheng1,*，ZHANG Qian4

1StateKeyLaboratoryofLakeScienceandEnvironment,NanjingInstituteofGeographyandLimnologyChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,China2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China3DepartmentofEnvironmentalRemoteSensingandGeo-informatics,UniversityofTrier,TrierD- 54286,Germany4CollegeofLandscapeArchitecture,NanjingForestryUniversity,Nanjing210037,China

As the most developed area in China, the Yangtze River Delta had undergone rapid urbanization since the reform and opening up in 1978.The ecosystem services and functions were both affected significantly by human activities which can be represented by land use change.Landsat5 TM imageries in 2009 and 2010 covering the Yangtze River Delta were selected and classified for land use with overall accuracy and Kappa coefficient were 87.5% and 0.82 respectively, and seven land use types, specifically, woodland, grassland, farmland, wetland, water body, construction land and unused land were considered.The land use maps in 1980 and 2005 were from Chinese Data Sharing Infrastructure of Earth System Science.The two sources of land use maps were geo-referenced.The temporal and spatial dynamics of land use in the Yangtze River Delta from 1980 to 2010 were analyzed supported by ArcGIS software.Then a simple ecosystem service value estimation method initiatively proposed by Costanza and localized by Xie was adopted to calculate the ecosystem service value.The response of land use change on ecosystem service value was further analyzed.The results showed that: (1) the area of construction land increased by 446.10% from 1980 to 2010.Followed the greatest change amplitude of all the land use types, unused land, cropland, grassland, woodland and water changed 285.9%, -31.5%, -76.2%, -5.4%, 42.9% in the same order.(2) The total ecosystem services value of the Yangtze River Delta decreased from 4.21billion in 1980 to 4.02 billion Chinese Yuan (CNY) in 2010, reduced by 4.40%.The change trend of ecosystem service value of woodland and grassland were nearly the same and presented increasing from 1980 to 2005 and decreasing from 2005 to 2010.Ecosystem service value of farmland and wetland were both on the trend of decreasing while water body and unused land increased from 1980 to 2010.In addition to the ecosystem service value of water supply, recreation and culture function and waste treatment increased while the other ecosystem functions declined from 1980 to 2010.(3) Extremely low area of ecosystem service value (ESV) mainly located in the urban region and it increased dramatically following by urban expansion along the Yangtze River and Hangzhou Bay from 1980 to 2010 was and spatially consistent with distribution of arable land.The low area of ESV in the Southern Zhejiang increased while in the north of the Yangtze River Delta decreased gradually in the last 30 years.The medium area of ESV had the same spatial distribution as woodland and mainly located in the mountainous area of Zhejiang Province.The low area of ESV greatly reduced, particularly in the Southern Zhejiang.The spatial distribution of high and extremely high area of ESV was consistent with that of the water body.(4)The ecosystem service value of Changzhou, Huzhou, Jiaxing, Nanjing, Taizhou increased by 2.54%, 6.06%, 6.14%, 11.87% and 7.96% while the other cities decreased during 1980—2010.Urbanization, industrial restructuring were major factors to influence land use change, which caused the construction land expansion and the loss of farmland, woodland and grassland.ESV declined during 1980—2005 mainly resulting from farmland and wetland reduction, while ESV declined during 2005—2010 and was caused by reduction of grassland, wetlands, farmland and woodland.Water conservation, waste treatment, soil formation and protection and biodiversity conservation were the major ecosystem service functions in the Yangtze River Delta.

land use change; ecosystem service value; spatial and temporal dynamic; Yangtze River Delta

國家自然科學(xué)基金 (41130750)；中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所135項(xiàng)目(NIGLAS2012135006)

2013- 06- 12;

2013- 11- 14

10.5846/stxb201306121679

*通訊作者Corresponding author.E-mail: lchzhang@niglas.ac.cn

劉桂林，張落成，張倩.長三角地區(qū)土地利用時(shí)空變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(12):3311- 3319.

Liu G L，Zhang L C，Zhang Q.Spatial and temporal dynamics of land use and its influence on ecosystem service value in Yangtze River Delta.Acta Ecologica Sinica,2014,34(12):3311- 3319.