吳子媛，萬(wàn)魯河

（哈爾濱師范大學(xué)，黑龍江哈爾濱150025）

引言

作為人類(lèi)生存與現(xiàn)代文明基礎(chǔ)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，同時(shí)是科學(xué)技術(shù)所無(wú)法取代的自然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[1]，在人類(lèi)健康、生存、區(qū)域安全和全球生態(tài)安全方面起著重要的作用[2-4]，更是生態(tài)學(xué)和地理學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)[5]。近年來(lái)，學(xué)者們致力于不斷地加強(qiáng)研究生態(tài)系統(tǒng)尺度方面的問(wèn)題[6，7]，但相關(guān)生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)研究大多是單一尺度、靜態(tài)分析的方式，而對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的適宜尺度及其尺度變化的響應(yīng)特征、驅(qū)動(dòng)機(jī)制等問(wèn)題研究較少[8]。作為可定量揭示地理變量的空間關(guān)聯(lián)性問(wèn)題的空間統(tǒng)計(jì)分析方法，可以研究區(qū)域土地利用變化與ESV 空間格局特征，也是地理學(xué)領(lǐng)域研究的重要方向[9-11]。

目前在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值研究中，主要聚焦在城市化進(jìn)程速度較快且土地利用類(lèi)型變化劇烈的東部發(fā)達(dá)地區(qū)[12，13]。哈爾濱市位于中國(guó)東北平原的東北部地區(qū)，隨著近年來(lái)城市化進(jìn)程的加快，土地利用變化劇烈，與生態(tài)系統(tǒng)之間的矛盾也逐步凸顯。分析2000～2015年哈爾濱市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空分布格局，探討生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的尺度響應(yīng)特征，研究結(jié)果可為哈爾濱市生態(tài)系統(tǒng)功能調(diào)控、生態(tài)安全格局構(gòu)建及生態(tài)文明建設(shè)等提供決策理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

哈爾濱是黑龍江省省會(huì)、副省級(jí)市、哈爾濱都市圈核心城市。截至2018年，總面積5.31萬(wàn)平方公里，其中市區(qū)面積1.01萬(wàn)平方公里；戶籍總?cè)丝?51.5萬(wàn)人，比上年末減少3.5萬(wàn)人，其中，城鎮(zhèn)人口467.5萬(wàn)人；氣候?qū)僦袦貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，冬長(zhǎng)夏短，全年平均降水量569.1 毫米，降水主要集中在6～9月，夏季占全年降水量的60%，集中降雪期為每年11月至次年1月。四季分明，冬季1月平均氣溫約零下19 度，夏季7月的平均氣溫約23 度。哈爾濱市區(qū)及雙城區(qū)、呼蘭區(qū)地域平坦、低洼，東部縣（市）多山及丘陵地；東南臨張廣才嶺支脈丘陵，北部為小興安嶺山區(qū)，中部有松花江通過(guò)，山勢(shì)不高，河流縱橫，平原遼闊（圖1）。

圖1 哈爾濱市高程圖

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文采用中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://www.resdc.cn/Default.aspx）的土地利用遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)ArcGIS 中數(shù)據(jù)提取、裁剪等步驟，得到哈爾濱市2000、2005、2010 和2015年的土地利用覆被數(shù)據(jù)，空間分辨率為1 km×1 km。 結(jié)合哈爾濱市的特點(diǎn)，將土地利用類(lèi)型分為6 類(lèi)：耕地（1）、林地（2）、草地（3）、水域（4）、建設(shè)用地（5）、未利用地（6）。另外，用于修正哈爾濱市單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)表的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于《黑龍江省統(tǒng)計(jì)年鑒》和《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2 研究方法

由《黑龍江省統(tǒng)計(jì)年鑒2011》資料可知，哈爾濱市糧食單位面積產(chǎn)量為7627 kg/hm2，而同年全國(guó)糧食單位面積產(chǎn)量為4974 kg/hm2，中國(guó)2010年1個(gè)生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值當(dāng)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值為3406.50 元/hm2[14]，本文選用謝高地[15]等學(xué)者修訂的生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子法進(jìn)行評(píng)估，對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量進(jìn)行修正，計(jì)算出哈爾濱市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子系數(shù)為1.53,1個(gè)生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量為2226.47 元/hm2。最終確定哈爾濱市不同土地類(lèi)型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表（表1）。

表1 哈爾濱市單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表單位：元·hm-2·a-1

3 結(jié)果與分析

3.1 哈爾濱市土地利用類(lèi)型變化特征

哈爾濱市土地利用類(lèi)型為耕地、林地、草地、水域、居民用地和未利用地六種，總面積53045 km2。具體來(lái)看，面積從2000～2015年一直增加的是耕地和居民用地，耕地的面積從2000年的23699 km2增加到2005年的23761 km2，增加比例為0.11%；隨著城鎮(zhèn)化的進(jìn)展，哈爾濱市的居民用地也隨之增加，面積增加了138 km2，比例增加了0.26%；面積逐年減少的是林地和未利用地，從2000年到2015年，林地面積減少了144 km2，比例減少了0.27%，是變化面積最大的土地利用類(lèi)型；未利用地也呈現(xiàn)逐年減少的趨勢(shì)，未利用地在哈爾濱市所占比例并不高，從925 km2減少到847 km2，比例減少了0.14%；而草地和水域都呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)，草地總體呈現(xiàn)為增加的趨勢(shì)，從2000～2010年，草地增加了62 km2，到2015年減少了7 km2，總體增加了55 km2，占哈爾濱市面積比例在1.87%～1.99%之間；水域總體則呈現(xiàn)出減少的趨勢(shì)，從2000～2010年，水域增加了22 km2，到2015年減少了55 km2，總體減少了33 km2，占哈爾濱市面積比例在4.42%～4.52%之間（表2）。

表2 2000～2015年哈爾濱市土地利用類(lèi)型面積

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分析

3.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值測(cè)度。由表3 可知，2000～2005年哈爾濱市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值（ESV）呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，ESV 從2000年的2111.34 億元增長(zhǎng)到2005年的2113.51 億元；2005～2010年哈爾濱市ESV 略有減少，減少了0.94 億元；2010～2015年哈爾濱市ESV 減少的較多，ESV 從2010年的2112.57 億元減少到2015年的2096.76 億元。11 種單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值中，水文調(diào)節(jié)價(jià)值貢獻(xiàn)率最大，其次是氣候調(diào)節(jié)、土壤保持、氣體調(diào)節(jié)和生物多樣性，上述5 種單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值構(gòu)成了哈爾濱市ESV 的主體。此外養(yǎng)分循環(huán)和水資源供給的價(jià)值貢獻(xiàn)率較小。其中，2000～2015年水文調(diào)節(jié)的ESV 分別為776.39 億元、778.81 億元、780.76億元、和768.18 億元，ESV 貢獻(xiàn)率在36.64%～36.96%之間。15年間（2000～2015年）哈爾濱市ESV 演變由前期（2000～2005年）增加和中期（2005～2010年）緩慢減少到后期（2010～2015年）迅速減少，說(shuō)明其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

從土地利用類(lèi)型來(lái)看，由表4 可知，2000～2015年哈爾濱市林地的ESV 貢獻(xiàn)最大，2000～2015年林地ESV 分別為1209.64 億元、1207.58 億元、1202.49 億元和1202.23 億元，ESV 貢獻(xiàn)率在56.92%～57.34%之間；水域和耕地也是ESV 的主要構(gòu)成部分，ESV 貢獻(xiàn)率分別為31.24%～31.73%和9.94%～10.04%。2000～2015年各類(lèi)土地利用類(lèi)型貢獻(xiàn)量一致，草地、未利用地和居民用地對(duì)哈爾濱市的ESV 貢獻(xiàn)量較少。

3.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空分異特征。為了能夠更精確的分析哈爾濱市ESV 時(shí)空分異特征，本研究以格網(wǎng)為研究單元，參考相關(guān)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)研究中構(gòu)建的格網(wǎng)單元有1 km×1 km[16]、3 km×3 km[17]、5 km×5 km[18]等。為了考慮不同格網(wǎng)尺度對(duì)研究結(jié)果的影響，本文比較了不同格網(wǎng)尺度下ESV 時(shí)空格局特征及其差異，發(fā)現(xiàn)5km 格網(wǎng)尺度的分析結(jié)果能夠表達(dá)出哈爾濱市ESV 分布特征。

表3 2000～2015年哈爾濱市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

表4 2000～2015年哈爾濱市不同土地利用類(lèi)型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及變化

自然斷點(diǎn)法可以有效表征要素的空間分異特征，它是通過(guò)設(shè)置邊界在數(shù)值差異相對(duì)較大處，對(duì)相似值進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆纸M，使各組數(shù)據(jù)之間差異最大化[19]。據(jù)此本文在計(jì)算每個(gè)格網(wǎng)的ESV 后，通過(guò)自然斷點(diǎn)法使用ArcGIS 的重分類(lèi)工具將哈爾濱市的ESV 從低到高劃分為 一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)、五級(jí)等5個(gè)等級(jí)，得到ESV 的時(shí)空格局圖（圖2）。

圖2 可以看出，哈爾濱市ESV 存在的空間分異特征表現(xiàn)為中部高、東西低，即中部ESV 高值區(qū)（主要地類(lèi)為水域和林地）和周邊的ESV 低值區(qū)（主要為耕地和建設(shè)用地）。其中ESV 高值部分主要圍繞松花江流域，而西部低值區(qū)則為建設(shè)用地和耕地。具體到行政區(qū)來(lái)說(shuō)，五常市、尚志市、方正縣和通河縣的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值明顯高于其他區(qū)域，主要由于這些區(qū)域良好的自然生態(tài)本底；而道里區(qū)、道外區(qū)、南崗區(qū)和香坊區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較低，主要是因?yàn)榻ㄔO(shè)用地所占比例較大，15年間變化較快。

圖2 2000～2015年ESV 的時(shí)空格局圖

4 結(jié)論

本文以哈爾濱市為研究區(qū)，從格網(wǎng)尺度分析了2000～2015年土地利用變化以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的分析，結(jié)果表明以下幾點(diǎn)。

4.1 土地利用變化方面，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，哈爾濱市土地利用發(fā)生了變化。從2000～2015年，耕地、草地、居民用地增加，其中居民用地面積增加最多，為138 km2；林地、水域和未利用地減少，其中林地減少最多，為144 km2。

4.2 2000～2015年的整個(gè)研究期間，總ESV 的變化約為14.58 億元。15年來(lái)，哈爾濱市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，生態(tài)損失主要是由林地（57.29%）和水域（31.46%）面積減少造成的，林地是哈爾濱市ESV 的最主要構(gòu)成部分，其次為水域、耕地和草地。單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中水文調(diào)節(jié)服務(wù)的貢獻(xiàn)率最高，平均ESV 約為776.03 億元。 氣候調(diào)節(jié)、土壤保持和氣體調(diào)節(jié)的平均ESV 為408.43 億元、198.68 億元和170.86 億元。