杜榮海

(凌海市水利勘測設(shè)計處，遼寧 凌海 121200)

?

土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響研究
——以錦州市為例

杜榮海

(凌海市水利勘測設(shè)計處，遼寧 凌海 121200)

城市是以人為中心、以自然生態(tài)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的復(fù)合體系。人類生活節(jié)奏不斷變快，城市化水平顯著提高，這在一定程度上改變了人類賴以生存和發(fā)展的自然生態(tài)結(jié)構(gòu)。由此，文章采用自然環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)分析評估中常用的GIS技術(shù)以及遙感技術(shù)，對遼寧錦州市1990年、2006年以及2014年3個不同時段的土地利用結(jié)構(gòu)，以及對該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值演變的過程進行定量以及定性分析、評價。

錦州市；土地利用變化；生態(tài)系統(tǒng)；服務(wù)功能；影響

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能主要是為人類生產(chǎn)以及消費等社會實踐活動和維持自然生態(tài)系統(tǒng)平衡提供物質(zhì)基礎(chǔ)的一種效能。其中，與自然生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系最為密切的人類活動就是土地利用。土地空間結(jié)構(gòu)變化，在一定程度上會對自然生態(tài)系統(tǒng)總體服務(wù)功能造成很大影響。尤其是近年來，隨著城市化的快速發(fā)展，人類粗放式的生產(chǎn)方式以及實踐方式，導(dǎo)致資源嚴(yán)重浪費，顯著改變了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。比如，礦區(qū)采礦導(dǎo)致土地大面積塌陷，廢氣的物質(zhì)，導(dǎo)致河流和植被受到嚴(yán)重污染。由此，使生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)凈化以及水源涵養(yǎng)的服務(wù)功能大大降低?？梢姡屯恋乩米兓瘜ι鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能造成的相關(guān)影響進行研究，不僅是錦州市生態(tài)環(huán)境保護的本質(zhì)要求，更是遼寧省“十三五”時期，由粗放式經(jīng)濟發(fā)展模式向節(jié)約型和環(huán)保型發(fā)展模式轉(zhuǎn)型的必然需求。

1 研究背景

錦州市位于遼寧省西南地區(qū)，總占地面積約10301km2，人口總量為300多萬。地理坐標(biāo)為E120°43′-122°36′、N40°48′-42°08′。該地區(qū)地勢特征為東南低、西北高，地貌類型分為平原以及山區(qū)和丘陵三種。在溫帶半濕潤氣候的影響下，錦州市四季分明，降雨較多[1]。但降水四季分布不均，其中，60%-70%的降水大多集中于夏季。錦州市作為連接?xùn)|北以及華北兩大地區(qū)的重要交通樞紐地帶，它是目前我國東北地區(qū)唯一一個同時具有公路以及鐵路和空港及海港、管道運輸?shù)某鞘?。另外，錦州市作為遼寧省重要的文化以及教育和科技、醫(yī)療、物流中心，它也是環(huán)渤海經(jīng)濟區(qū)的重要沿海開放城市。目前，其已被遼寧省納入沿海經(jīng)濟帶范圍內(nèi)。因此，重要的交通樞紐工程，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展以及我國GDP經(jīng)濟增長做出了重大的貢獻。但是，隨著城市化進程迅速推進，錦州市近年來環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重，同時土地利用空間變化，導(dǎo)致錦州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能受到很大影響。因此，文章將在此背景下，以錦州市為研究對象，對1990—2014年當(dāng)?shù)赝恋乩眉吧鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的時空演變進行定量分析、評估，以期為資源型城市的土地合理調(diào)控和管理提供一定的參考和借鑒[1]。

2 研究方法

隨著環(huán)境問題越來越突出，無論是國內(nèi)還是國際，相關(guān)部門以及學(xué)者都對城市土地利用變化和區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之間的關(guān)系展開研究[2]。目前，常見的幾種研究方法主要分為典型相關(guān)分析法以及生態(tài)系統(tǒng)綜合評估法和多元線性回歸分析法，而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估法，由于能夠?qū)Σ煌瑫r期、不同區(qū)域土地利用變化情況及生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)功能變化差異進行分析。因此，文章將重點采用此種研究方法，對錦州市歷史數(shù)據(jù)資料進行分析評估，以期對當(dāng)?shù)赝恋毓芾硪约耙?guī)劃決策者提供更為直觀的參考[3]。

3 指標(biāo)選取

在研究過程中，文章選取的主要數(shù)據(jù)資料為錦州市1990年、2006年以及2014年3個不同時間段的數(shù)據(jù)。為了更加直觀地對不同指標(biāo)的影響權(quán)重進行分析，文章參考中國土地利用分類標(biāo)準(zhǔn)[4]，將錦州市不同時期的土地利用類型，劃分為耕地以及林地、水體和城鎮(zhèn)用地幾種類型，具體一級以及二級指標(biāo)包括的詳細因子的表分類結(jié)果見表1：

表1 錦州市不同時期土地利用類型等級劃分

4 模型構(gòu)建

結(jié)合上述3級指標(biāo)，分別采用土地利用轉(zhuǎn)化動態(tài)分析模型，對錦州市土地利用時空變化情況進行分析[5]。同時，采用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值計算評估模型，對錦州市1990年、2006年以及2014年3個不同時段的土地利用結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值演變的過程進行定量以及定性分析、評價。

4.1 錦州市土地利用轉(zhuǎn)化動態(tài)分析模型

土地利用轉(zhuǎn)化動態(tài)分析，包括綜合土地利用動態(tài)分析以及單一土地利用分析兩種情況。如下模型一表示錦州市單一土地利用動態(tài)度計算模型，其表示在不同時間段內(nèi)，錦州市某種類型的土地實際覆蓋程度變化情況：

(1)

在上述計算模型中，T為文章研究的具體時段，而Ua表示研究初始階段，某一種土地利用類型的實際數(shù)量；而Ub表示本文在研究末期階段，某一種土地利用類型的實際數(shù)量；

另外，文章在對錦州市不同時段土地總體利用程度變化情況進行分析時，主要采用以下計算模型進行分析：

(2)

式中：在上述計算模型中，研究監(jiān)測初始階段，錦州市第i類土地的實際利用面積通過LUi表示；數(shù)據(jù)監(jiān)測時間間隔采用T表示；另外，監(jiān)測時段內(nèi)錦州市第i類土地利用類型轉(zhuǎn)化為非i類土地利用類型面積的絕對值，通過△LUi-j表示。

4.2 錦州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值計算評估模型

錦州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值計算評估，采用以下模型進行計算分析：

V=∑Ai×Rv，i

(3)

該計算模型中，錦州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值采用V表示，萬元；錦州市第i種土地利用類型的實際面積，hm2，采用Ai表示；錦州市第i種土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值系數(shù)采用Rv，i表示；結(jié)合以上計算模型，經(jīng)過計算分析得到如下表1和表2、表3所示的錦州市土地利用轉(zhuǎn)化率和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總體價值參數(shù)：

表2 錦州市土地利用轉(zhuǎn)化率

表3 錦州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)

表4 錦州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總體價值參數(shù)

從上述3個數(shù)據(jù)表對比分析結(jié)果可知，在表1錦州市土地利用轉(zhuǎn)化率參數(shù)中，工業(yè)建筑用地面積顯著增加，占錦州市土地總面積的比率為26.73%。因此，土地利用轉(zhuǎn)化率較低，而水體和農(nóng)田用地面積都有所減少，占錦州市土地總面積的比率分別為35.67%和2.46%。在此過程中，生態(tài)用地的轉(zhuǎn)化率最高；而在表2錦州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)對比中可以看出，工業(yè)建筑用地的實際生態(tài)功能價值為0，生活用地以及生態(tài)用地和其他用地生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)分別為6304元/hm2·a、19852元/hm2·a、45219元/hm2·a，其中水體以及生態(tài)用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值較高；在表3錦州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總體價值參數(shù)對比結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，錦州市工業(yè)建筑用地以及生活用地和生態(tài)用地以及其他類型的用地實際生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總體價值系數(shù)分別為0、4.59、24.81以及1.94。因此，生態(tài)用地在錦州市所有用地類型中，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總體價值最高。

從上述指標(biāo)綜合對比結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，在對錦州市1990年、2006年以及2014年3個不同時段的土地利用結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值演變的過程進行定量以及定性分析評價中，土地利用覆被變化將導(dǎo)致陸地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及空間格局發(fā)生較大變化，從而會對錦州市水循環(huán)系統(tǒng)以及生物地球化學(xué)循環(huán)和土壤植被綜合覆蓋率等相關(guān)參數(shù)造成不良影響[6]。尤其是土壤重金屬污染不斷加重以及土地植被覆蓋率不斷降低，會導(dǎo)致錦州市生態(tài)系統(tǒng)原有的氣候、氣體調(diào)節(jié)功能、水源涵養(yǎng)功能以及土壤形成與保護功能、廢物處理功能、生物多樣性保護功能等綜合性服務(wù)功能不斷降低直至減退，由此引起錦州市生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重失衡以及人居環(huán)境總體質(zhì)量下降[7]。因此，綜上分析可以看出，類似錦州市這一類資源型城市，在城市化過程中，更應(yīng)該注重生態(tài)植被修復(fù)以及生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)，通過綜合開發(fā)利用當(dāng)?shù)氐耐恋刭Y源，合理調(diào)節(jié)和管控資源，優(yōu)化土地資源的空間布局，可以進一步促進錦州市經(jīng)濟社會健康、持續(xù)、快速發(fā)展[8]。

5 結(jié) 語

綜上所述，土地利用格局和時空轉(zhuǎn)化效率，會對錦州市土地生態(tài)系統(tǒng)綜合服務(wù)功能充分發(fā)揮造成很大影響。除了上述研究結(jié)果之外，文章通過對該研究區(qū)土地利用變化幅度進行分析，研究結(jié)果表明，1990年以前錦州市生態(tài)用地空間面積及結(jié)構(gòu)發(fā)生劇烈變化，變化幅度為-26.4%；而在1990—2006年這段時期內(nèi)，錦州市農(nóng)田占地面積大幅增加，增幅為67.3%；而到了2014年以后，錦州市生態(tài)林業(yè)面積以及生活用地面積一增一減，變化幅度分別為23.67%和12.79%。從中可以發(fā)現(xiàn)，在整個研究時期內(nèi)，錦州市土地利用面積和結(jié)構(gòu)均發(fā)生了較大變化，其中，該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能顯著降低。由此證明，錦州市土地利用變化會對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的充分發(fā)揮帶來顯著影響，從而為錦州市生態(tài)景觀格局優(yōu)化及土地利用合理調(diào)控提供了科學(xué)的依據(jù)。但是，由于不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)具有多樣性與復(fù)雜性，而文章只是針對錦州市幾種主要的土體利用類型進行指標(biāo)選取，同時該評價方法研究視角可能深度和廣度不足，本文只是立足于該研究區(qū)時間與空間兩個維度進行評估，著重對土地利用變化對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能造成的影響進行了研究。因此，這為今后采用更先進的技術(shù)模型及精確性分析奠定了重要基礎(chǔ)，也為進一步深化研究創(chuàng)造了良好的條件。

[1]李學(xué)森.凌河流域水資源現(xiàn)狀及保護措施[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2015(03)：36-37.

[2]高素麗.遼陽市水資源開發(fā)利用和管理保護對策[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2011(04)：45-47.

[3]劉新成,盧永金,崔冬.長江口南匯東灘水土資源開發(fā)布局研究及河勢影響預(yù)測[J].水利規(guī)劃與設(shè)計,2011(06):9-12，65.

[4]汪洪澤,董增川,趙焱.基于協(xié)同進化遺傳算法的濱湖河網(wǎng)地區(qū)水資源優(yōu)化配置[J].南水北調(diào)與水利科技,2014(02):15-19.

[5]董鳳新.開發(fā)建設(shè)項目主體工程水土保持分析與評價[J].水利技術(shù)監(jiān)督,2015(05):41-43.

[6]王宏偉,張鑫,邱俊楠,等.基于多目標(biāo)遺傳算法的西寧市水資源優(yōu)化配置研究[J].水土保持通報,2012(02):150-153.

[7]柴雅麗，霍延召.朝陽市水資源供需矛盾分析及解決途徑[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2015(03)：44-45.

[8]蘇明珍,董增川,張媛慧,等.大系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)與改進遺傳算法在水資源優(yōu)化配置中的應(yīng)用研究[J].中國農(nóng)村水利水電,2013(11):52-56.

Study on Influence of Land Use Change on Ecosystem Services in Jinzhou City

DU Rong-hai

(Linghai Urban Water Conservancy Survey & Design Department，Linghai 121200,China)

The city is a complex system based on human and natural ecological system.The rhythm of human life has quickened constantly，the level of urbanization has improved significantly，which changed the natural ecological structure of human survival and development to a certain extent.GIS technology and remote sensing technology used commonly in the natural environment ecosystem analysis were analyzed in this paper to analyze and evaluate quantitatively and qualitatively the land use structure of Jinzhou City in three different periods of 1990，2006 and 2014，and the value evolution of the ecosystem services in the area.

Jinzhou city; land use change; ecosystem; service function; influence

1007-7596(2017)02-0021-04

2017-01-12

杜榮海(1971-)，男，遼寧錦州人，工程師，從事水利工程勘察、設(shè)計等。

X

B