呂向原 劉永暢

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農(nóng)用地的減少對蘭州市生態(tài)環(huán)境的影響評價

呂向原 劉永暢

本文選取1994年、2004年、2014年共3期的遙感影像資料對蘭州市農(nóng)用地的減少情況進行了分析，同時結(jié)合全球生態(tài)系統(tǒng)服務價值模型對農(nóng)用地減少對該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響進行了評價。研究結(jié)果表明：蘭州市城市化的擴張導致區(qū)域農(nóng)用地面積不斷的減少，從而導致區(qū)域生態(tài)環(huán)境和生態(tài)服務質(zhì)量不斷下降，而對生態(tài)環(huán)境的主要影響是氣候調(diào)節(jié)和大氣調(diào)節(jié)功能，蘭州市林地減少是導致區(qū)域生態(tài)環(huán)境下降的重要原因。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境也日益受到人們的重視。農(nóng)用地是指用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的土地，其包含了耕地、林地、草地等等，農(nóng)用地作為綠化地，對于生態(tài)環(huán)境具有調(diào)節(jié)作用。而農(nóng)用地的減少不僅是引起區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化的重要因素，也是制約人類社會可持續(xù)發(fā)展的主要因素之一，現(xiàn)在區(qū)域環(huán)境正在不斷的惡化，農(nóng)用地的作用是很重要的，在國家繼續(xù)實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的背景下，農(nóng)用地的面積占比已經(jīng)成為對生態(tài)環(huán)境衡量的一個重要指標。現(xiàn)在的一個關(guān)于生態(tài)環(huán)境的新項目——國際地圈生態(tài)圈計劃，在這個計劃中，核心的部分就是增加農(nóng)用地占總土地面積的比重。當今世界，農(nóng)用地的面積隨著建設現(xiàn)代化的城市而不斷的減少，現(xiàn)在農(nóng)用地在生態(tài)環(huán)境方面的效應的研究已成為土地科學及全球變化研究的熱點問題之一。農(nóng)用地不僅為人類提供了生存的食物，也是各種陸地生態(tài)系統(tǒng)的載體，土地利用方式是人們生活中的最基本的活動，生態(tài)環(huán)境中各個環(huán)節(jié)會相互影響，所以任何的行動，都會對于整個生態(tài)系統(tǒng)中的功能或者結(jié)構(gòu)產(chǎn)生直接的影響，同時對于如何維持農(nóng)用地的本身的所擁有的生態(tài)功能也有著十分重要的作用。因為現(xiàn)在農(nóng)用地的面積在不斷的減少，這就導致其所在的生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能也發(fā)展了很多的變化，所以，我們在對生態(tài)環(huán)境所具有的效應進行衡量的時候，可以采用該區(qū)域內(nèi)的農(nóng)用地的減少而引起的變化作為區(qū)域生態(tài)環(huán)境分析的一個指標。

蘭州作為大西北地區(qū)的區(qū)域中心城市，隨著工業(yè)化、城市化進程的加速，導致耕地、林地、草地面積不斷的減少，忽略了對環(huán)境保護的考慮，致使在城市發(fā)展過程中產(chǎn)生了一系列環(huán)境問題，特別是近年來，伴隨著北方氣候“暖干化”的發(fā)展趨勢，區(qū)域氣候干燥、降水量少的情況更加明顯，而農(nóng)業(yè)用地退化日益嚴重，威脅著當?shù)氐纳瞽h(huán)境質(zhì)量。

本文以蘭州作為研究對象，對其農(nóng)用地減少及生及該區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境的變化進行了研究分析，最終的目的就是為了對該區(qū)域內(nèi)的土地資源的可持續(xù)利用進行詳細的研究，并且為該區(qū)域內(nèi)的生態(tài)社會經(jīng)濟能夠可持續(xù)的發(fā)展下去提供一些決策上的支持。同時還為處于大西北地區(qū)的城市在實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的時候能夠給他們提供相關(guān)的參考。

研究區(qū)域概況

蘭州的地理位置較為偏僻，在龍溪黃土高原的西北部。從地理位置可知，蘭州處于青藏高原以及蒙新草原兩個草原之間的過渡區(qū)域。整個蘭州市主要的地貌特征可以分為3大類：黃土梁峁、石質(zhì)山地以及河谷階地。那些由較高的黃土梁以及石質(zhì)山地在一個形成的山地占整個蘭州總面積的65%，而那些能夠作為城市用地使用的河谷階地的總面積占全市15%，從中可以看出，蘭州用于城市建設的土地面積是十分狹小的。蘭州的主城區(qū)所處在的盆地東西狹長，城區(qū)的總長度達到了37.5km，但是南北之間的距離僅為2～10km，城區(qū)周圍都是比較高的山，還有黃河從城區(qū)中穿過，所以蘭州的地形還是比較險要的。

蘭州地處陸地的最深處，里面的很少降雨，而且降雨的時間大多是在6、7、8這三個月。市內(nèi)的河流都是比較短的，且很多河流都是偶爾才會出現(xiàn)水，蘭州市內(nèi)包含了西固區(qū)、安寧區(qū)、紅古區(qū)、城關(guān)區(qū)這三個區(qū)以及榆中縣、皋蘭縣以及永登縣這三個縣。但是因為蘭州到處都是山，所以能夠使用的農(nóng)用地都不是連續(xù)的。而且因為地形的影響，所以能夠使用的河谷的容量不是很大。所以在河谷建設城市的時候，對于城市的面積以及建筑業(yè)的質(zhì)量等都存在著很大的限制，并且由于其特殊的環(huán)境，所以當?shù)氐拇髿猸h(huán)境以及水容量等都被限制了。并且如果增加城市的用地面積，區(qū)域農(nóng)用地必然減少，就會導致城市的自然調(diào)解能力減弱，污染加重，所以河谷型的城市在發(fā)展的時候會受到限制，同時其中的所生活的人在改善其所處環(huán)境的時候也會被限制。

數(shù)據(jù)來源與研究方法

數(shù)據(jù)來源與處理

采用研究區(qū)1994年、2004年、2014年3期Landsat TM影像作為數(shù)據(jù)源，成像時間均采用9月份，像元為30 m×30m。應用ERDAS MAGINE軟件對遙感影像進行幾何校正、融合和鑲嵌，結(jié)合外業(yè)調(diào)查進行遙感讀入以及分析解釋。通過對遙感數(shù)據(jù)的提取能夠得到農(nóng)用地面積的準確數(shù)據(jù)；而且，在此基礎上，將得到的數(shù)據(jù)導入到GIS軟件中，并且在Arc/Info環(huán)境中對數(shù)據(jù)進行修改和編輯，然后得到研究1994年、2004年、2014年3期農(nóng)用地面積數(shù)據(jù)。農(nóng)用地按照在進行關(guān)于土地的相關(guān)研究的時候，最先要開始的部分就是按照不同的類型對土地進行劃分。在本文中的劃分方式是參照我國現(xiàn)在使用的土地分類系統(tǒng)，考慮到研究區(qū)其他農(nóng)業(yè)地所占比例很少，故在此不單獨列出，將農(nóng)用地利用類型劃分為：耕地、園地、林地、草地4類，進行土地利用/覆被變及其對生態(tài)環(huán)境影響的相關(guān)研究。

表1　不同農(nóng)業(yè)用地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值

圖1　研究區(qū)位圖

研究方法

本文在進行關(guān)于生態(tài)環(huán)境的評估的時候采用的方法是生態(tài)服務功能分析，雖然在對生態(tài)服務的功能進行評價的時候，不能直接的對其所擁有的生產(chǎn)以及消費方面的價值進行評價，但是他們能夠讓其中的資源更加具有價值，如果是從源頭上說，正是因為有了生態(tài)系統(tǒng)的功能，所以人類能夠進行生產(chǎn)，同時在該區(qū)域才能夠存在且長久的發(fā)展。同時為了能夠比較不同的生態(tài)系統(tǒng)的服務功能，我們需要一個具體的指標。當前，在進行生態(tài)環(huán)境的評估的時候主要使用的方法有能值分析法、物質(zhì)量法，這兩種方法所得的結(jié)果都是貨幣值，而且能夠適用于大多數(shù)的情況。所以本文在進行研究的時候選擇的是基于貨幣量的生態(tài)服務價值評價法，然后再通過Costanza等的專業(yè)的估算方法來進行詳細的分析（1）：

式中：ESV——表示將要研究地區(qū)中的所包含的生態(tài)系統(tǒng)服務價值總量；

VC——表示的第k類的土地利用類型所用有的生態(tài)服務價值量系數(shù)；

A——第k類土地利用類型的面積；

n——土地利用類型的總數(shù)目。

生態(tài)系統(tǒng)及其服務類型的呈現(xiàn)的是在不同的空間中具有不一樣的性質(zhì)的分布趨勢，但好似通過使用Costanza等方法得到的評價結(jié)果只能夠是一個平均值，所以當把其應用到具體的區(qū)域中的時候，有時候就可能會產(chǎn)生非常大的誤差。所以謝高地等相關(guān)的學者以通過使用Costanza得到的研究成果當作是參考依據(jù)，同時對我國200多位在環(huán)境生態(tài)專業(yè)十分具有權(quán)威人士進行了問卷調(diào)查，并分析了調(diào)查的結(jié)果，從而提出了關(guān)于中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務價值表，并且這個表在具體的應用中也取得了良好的成績。本研究在參考相關(guān)研究資料的基礎上，結(jié)合研究區(qū)實際情況，對我國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務價值進行矯正和補充，并以此計算蘭州市生態(tài)系統(tǒng)服務價值量（見表1）。

研究結(jié)果

蘭州市農(nóng)用地的減少情況

根據(jù)對蘭州1994年、2004年、2014年3期Landsat TM影像數(shù)據(jù)分析，2014年蘭州市耕地為289692.11hm2；園地：10390.3hm2；林地：106298.79hm2；草地：765708.36hm2，農(nóng)用地合計：1172089.56hm2，從結(jié)構(gòu)來看，蘭州地區(qū)的農(nóng)用地以草地為主，占比超過60%，而林地和園地面積占比較少。隨著蘭州市經(jīng)濟的不斷發(fā)展，1994～2014年20年間，農(nóng)用地面積不斷減少，合計減少農(nóng)用地面積245714.5 hm2，變化率達到20.96%，其中園地減少了52.57%，林地減少了37.90%，耕地減少了26.29%，草地減少了16.17%，詳見表2。

蘭州市農(nóng)用地減少的生態(tài)環(huán)境效應

不同農(nóng)用地生態(tài)服務價值的變化

根據(jù)本文公式1的計算方法，結(jié)合表1、表2中的數(shù)據(jù)，可以計算出蘭州市不同農(nóng)用地生態(tài)服務價值的變化，結(jié)果表明，由于2014～1994年20年間蘭州市的農(nóng)用地面積減少，蘭州市的農(nóng)用地生態(tài)服務價值也是不斷下降，1994年蘭州市的農(nóng)用地生態(tài)服務價值為108.6974778億元，到了2014年只有88.54842億元，減少了20.1491億元。從不同類型的農(nóng)用地所具有的生態(tài)服務價值的變化情況來看，對于蘭州而言，其草地面積的減少對于農(nóng)用地所具有的生態(tài)服務價值的影響是最大的，其對于農(nóng)用地生態(tài)服務價值的變化的貢獻率為39.37%，其次為林地38.66%。由此可見，由于林地以及草地的減少對于蘭州生態(tài)環(huán)境的影響較大。

不同生態(tài)服務功能的變化

根據(jù)公式1，得到由于農(nóng)用地的減少導致的不同生態(tài)服務功能的變化如下表4，從表4可以看出，隨著農(nóng)用地的減少，對于蘭州市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生了較大的影響，大氣調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、娛樂文化等等均產(chǎn)生了影響，上述指標的服務功能均得以下降，其中影響最大的指標是氣候調(diào)節(jié)功能變化率達到了1050.33%，而氣候調(diào)整主要貢獻指標是林地和草地，從表3可以看出，這兩項指變化量最大，這就導致蘭州市生態(tài)服務的氣候調(diào)節(jié)功能大幅下降，其結(jié)果是使得城市氣候的溫室效應更加明顯，使得蘭州市氣候“暖干化”更加的嚴重，這與蘭州市的實際氣候變化是一致的。其次是原材料和娛樂文化，由于農(nóng)用地的減少，導致了生物控制功能的降低，生活原材料的提供需要更多的依靠外部，同時市民娛樂休閑的空間被壓縮。其原因是由于原材料和娛樂文化功能主要提供者林地的面積大幅較少；另一方面也是因為1994年原材料和娛樂文化功能價值量的基數(shù)小。而大氣調(diào)節(jié)能力20年間也降低了24.82%，這也是導致蘭州市近年來霧霾等城市污染問題也日益嚴重的原因之一。

表2　蘭州市農(nóng)用地面積變化（hm2）

表3　不同農(nóng)用地生態(tài)服務價值的變化（億元）

表4　不同生態(tài)服務功能的變化（億元）

結(jié)語

區(qū)域生態(tài)環(huán)境的演化是一個非常復雜的過程，受到自然、社會以及經(jīng)濟等多個因素的綜合影響。影響生態(tài)環(huán)境的因素有自然因素和人為因素兩種，而兩種因素相互激發(fā)、相互促進，共同作用于生態(tài)環(huán)境，最終陷入惡性循環(huán)，導致生態(tài)環(huán)境退化，其中人為因素具有主導作用。城市的擴張導致農(nóng)業(yè)地面積的減少是土壤退化、環(huán)境惡化的最主要的原因。根據(jù)農(nóng)用地面積變化的趨勢可知，研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境將會呈惡化趨勢。本文通過遙感影像資料，運用計算機軟件和和生態(tài)服務價值模型對蘭州市農(nóng)用地的減少對生態(tài)環(huán)境影響進行了分析，主要研究結(jié)論如下。

（1）隨著蘭州市城市化的發(fā)展，區(qū)域農(nóng)用地面積在20年間不斷的減少，降幅超過20%，這其中園地和林地的減幅比較大。

（2）由于蘭州市農(nóng)用地的減少，區(qū)域生態(tài)環(huán)境也不斷的下降，生態(tài)服務質(zhì)量降低了20.1491億元，其中影響較大的是生態(tài)服務的氣候調(diào)節(jié)以及大氣調(diào)節(jié)功能，而林地減少是導致區(qū)域生態(tài)環(huán)境下降的主要因素。

呂向原 劉永暢

蘭州大學資源與環(huán)境學院

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.01.006