王洪亮,何秉宇

(新疆大學資源與環(huán)境科學學院,新疆烏魯木齊830046)

塔里木盆地南緣克里雅綠洲土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響研究

王洪亮,何秉宇

(新疆大學資源與環(huán)境科學學院,新疆烏魯木齊830046)

以塔里木盆地南緣克里雅綠洲作為典型區(qū),分析1991～2001年土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響。研究結果表明,克里雅綠洲在1991～2001年土地利用變化很明顯,生態(tài)服務價值從1991年的10.004×108元降到2001年的8.792×108元,生態(tài)服務價值損失了12%,平均每年凈損失生態(tài)服務價值32.2元/hm2。濕地生態(tài)服務價值的變化最大,變化率高達-37.54%。濕地、水體面積變化的絕對量高、生態(tài)服務功能價值指數(shù)大是導致研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務總價值降低的主要原因。敏感性分析結果表明,克里雅綠洲生態(tài)服務價值對生態(tài)服務功能指數(shù)是缺乏彈性的,研究結果是可信的,可為研究區(qū)土地利用規(guī)劃提供借鑒。

土地利用變化;生態(tài)系統(tǒng)服務價值;敏感性指數(shù);克里雅綠洲

隨著全球變化研究的深入,人們?nèi)找嬲J識到土地利用導致的土地覆蓋變化是全球環(huán)境變化的重要部分和主要影響因素,是人類社會經(jīng)濟活動與自然生態(tài)環(huán)境之間聯(lián)系最為緊密的部分[1]。土地利用變化以及由此導致的地表覆蓋變化必然影響生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能[2],因此,土地利用變化過程及其對生態(tài)服務價值的影響逐漸引起了廣泛關注[3～5]。

生態(tài)服務價值是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成并維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用,是人類生存與現(xiàn)代文明的基礎。人類的發(fā)展建立在生態(tài)系統(tǒng)服務價值核算引入到土地利用決策當中,才能促進自然資源的合理開發(fā),實現(xiàn)土地可持續(xù)利用。因此,研究土地利用變化情況下的生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化具有重要意義[6,7]。

我國近年來對生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的研究較多的是有關人工景觀、濕地生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)和城市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務價值等方面[8～11]。但是我國西部經(jīng)濟落后、生態(tài)脆弱的干旱地區(qū)有關這方面的研究較少。因此,本文借鑒前人研究成果,把塔里木盆地南緣克里雅綠洲作為研究區(qū),應用生態(tài)經(jīng)濟學的理論和研究方法,探討克里雅綠洲1991～2001年土地利用變化及其由此引起的生態(tài)服務價值變化,旨在探討干旱區(qū)綠洲土地利用的合理性,為土地利用效益評價、土地利用規(guī)劃及區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供理論參考。

1 研究區(qū)概況

克里雅綠洲位居塔里木盆地南緣克里雅河流域,昆侖山北麓,是一個典型的綠洲-荒漠交錯地區(qū)。該區(qū)南高北低,最高海拔5460 m,最低海拔1180 m,在氣候上屬暖溫帶大陸性干旱氣候,熱量與光照豐富,多年平均氣溫12.4℃,≥10℃積溫4340℃,多年平均降水量44.7 mm,多年平均蒸發(fā)能力2498 mm,無霜期為200 d?？死镅啪G洲有大小河流11條,其中可利用的河流5條,年總徑流量9.61×108m3,可用的泉水溝6條,年徑流量1.65×108m3,地下水總量2.9×108m3,可開采量2.4×108m3。天然植被以蘆葦(Phragm ites comm unis)、檉柳(Tam arix spp.)、胡楊(Populus euphratica)、駱駝刺(A lhagi sparisifolia)為主?？死镅藕釉从诶錾铰?流經(jīng)克里雅綠洲消失在塔克拉瑪干沙漠腹地?？死镅啪G洲幾乎沒有工業(yè),農(nóng)業(yè)以種植業(yè)為主,農(nóng)作物種類主要有棉花、小麥、玉米等[12]。

2 資料與方法

2.1 數(shù)據(jù)獲取與處理

研究采用的LUCC動態(tài)數(shù)據(jù)的獲取以1991年10月和2001年10月Landsat-T M全波段圖像作為基本信息源。研究區(qū)總面積為376498 hm2,邊界范圍為左上角:81°08′59″E、37°12′04″N,右下角:82°00′03″E、36°44′59″N。以2001年已校正T M影像為基準,將1991年T M影像進行幾何校正,使該兩景影像具有同樣的地圖投影方式和邊界范圍。進行相應的輻射校正及增強處理等圖像預處理工作。用ENV I 4.3軟件,采用精度和穩(wěn)定性都比較高的復合分類法獲得研究區(qū)1991年和2001年土地利用變化圖(圖1、圖2)與相關數(shù)據(jù)。根據(jù)研究區(qū)實際情況與中國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務單位面積價值評價,土地利用類型劃分水體(河流、湖泊與水庫)、濕地、草地1(溫性草甸草原,覆蓋度25%以上)、草地2(溫性荒漠草原,覆蓋度25%以下)、沙地、鹽堿地和耕地等7類。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務價值的賦值

目前,國內(nèi)外關于生態(tài)系統(tǒng)服務價值定量評價的方法主要有3類:能值分析法、物質量評價法和價值量評價法。岳書平等的研究表明價值量評價方法所得的結果,既可以進行不同生態(tài)系統(tǒng)與同一項生態(tài)系統(tǒng)服務的比較,也能將某一生態(tài)系統(tǒng)的各單項服務綜合起來。因此,本文采用岳書平等采用的研究方法分析了研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化情況。生態(tài)系統(tǒng)服務價值算公式如下:

式中:ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務價值(元),Ak指研究區(qū)第k種土地利用類型的分布面積(hm2), VCk為生態(tài)服務功能價值指數(shù),即單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值(元/hm2·a)。

考慮到研究區(qū)實際情況,使用謝高地等人提出的中國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務單位面積價值平均值,計算克里雅綠洲生態(tài)系統(tǒng)服務的價值(表1)。

表1 土地利用類型對應的生態(tài)系統(tǒng)類型及其生態(tài)服務功能價值指數(shù)(元/hm2·a)

2.3 敏感性分析方法

為了確定生態(tài)系統(tǒng)服務價值隨時間的變化對于生態(tài)服務功能價值指數(shù)的依賴程度,本文選取經(jīng)濟學中的彈性系數(shù)概念來計算價值指數(shù)的敏感性指數(shù)(CS)。文中將各類土地利用類型的價值指數(shù)分別調(diào)整50%,來衡量總生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化。如果CS>1,表明ESV相對于CS是富有彈性的;如果CS<1,ESV則被認為是缺乏彈性的,比值越大,表明生態(tài)服務功能價值指數(shù)的準確性越關鍵。其計算公式如下:

式中,ESV代表總生態(tài)服務價值量;VC代表價值系數(shù);i和j分別表示初始的生態(tài)系統(tǒng)服務價值和生態(tài)服務功能價值指數(shù)調(diào)整后的價值;k代表土地利用類型;CS代表敏感度[13～14]。

3 結果與分析

3.1 土地利用變化分析

由表2可知,1991～2001年,克里雅綠洲土地利用變化明顯。水體面積減少854 hm2,年變化率達3.18%;濕地面積減少1875 hm2,年變化率達3.75%;荒漠面積減少2472 hm2,年變化率為0.13%,由于荒漠面積在研究區(qū)土地利用中所占的比重最大(占52.03%),屬于比較穩(wěn)定的土地利用類型;草地1面積增加1545 hm2,年變化率達1.87%;草地2面積增加5174 hm2,年變化率為0.41%;草地2的總面積在土地利用中所占的比重僅次于荒漠(占33.90%),也是研究區(qū)內(nèi)比較穩(wěn)定的土地利用類型;耕地面積減少1518 hm2,年變化率達0.41%。1991～2001年土地利用變化的趨勢為草地面積增大,水體、濕地、荒漠、耕地面積減少,濕地面積變化的絕對量最大,荒漠面積變化的絕對量最小。

克里雅綠洲植被覆蓋率有增加趨勢,這與該區(qū)域近10a降水量增加有關。從近10a克里雅綠洲小氣候條件變化方向可以看出,小氣候呈現(xiàn)了向有利于草地的生長趨勢,引起研究區(qū)草地面積的增加與荒漠面積的減少。另外該時段當?shù)卣罅ν菩型烁€林還草、治理沙化政策,一定程度上改善了研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境,草地面積增加同時荒漠面積減少了[15]。隨著克里雅綠洲人口增加,增加了農(nóng)業(yè)用水量,在水資源總量沒有增加的情況下,勢必會減少生態(tài)用水量,導致濕地與水體總面積減少[16]。干旱氣候背景下,濕地與水體面積往往與區(qū)域生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定性密切相關,濕地與水體面積減少表明該區(qū)域生態(tài)環(huán)境退化趨勢。此外,研究區(qū)內(nèi)盲目開荒導致綠洲內(nèi)部土壤次生鹽漬化,影響了土地生產(chǎn)力,造成農(nóng)田棄耕現(xiàn)象,導致耕地總面積的減少。

表2 克里雅綠洲1991～2001土地利用變化

3.2生態(tài)服務價值的動態(tài)變化

運用公式(1),對克里雅綠洲1991年和2001年生態(tài)服務價值進行了計算,計算結果見表3。

表3 克里雅綠洲1991年和2001年生態(tài)服務價值(108元/a)

由表3可知,克里雅綠洲生態(tài)服務價值從1991年的10.004×108元降低到了2001年的8.792×108元,生態(tài)服務價值損失了12%,達1.212×108元,平均每年凈損失生態(tài)服務價值32.2元/hm2。由表3和圖3可知,1991～2001年,克里雅綠洲水體、濕地和草地1的生態(tài)服務價值均有較大變動。其中濕地生態(tài)服務價值的變化最大,變化率高達-37.54%,其次為水體,變化率高達-31.75%,草地1的變化率為19.77%?；哪鷳B(tài)服務價值的變化最小,變化率為-1.24%,草地2與耕地的生態(tài)服務價值變化率分別為3.91%和-4.41%。研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值的減少主要是由濕地與水體面積的減少而引起的。因為濕地與水體是生態(tài)系統(tǒng)服務的主體部分,總面積變化的絕對量很大,生態(tài)服務功能價值指數(shù)也遠大于研究區(qū)內(nèi)其它土地利用類型,其面積的減少直接導致生態(tài)系統(tǒng)服務總價值降低。其中濕地面積從1991年4997 hm2減少到2001年的3122 hm2,10a間凈減少1875 hm2,生態(tài)服務價值凈損失1.041×108元,對研究區(qū)生態(tài)服務價值的減少貢獻最大;水體面積10a間凈減少854 hm2,生態(tài)服務價值凈損失0.347 ×108元,對生態(tài)服務總價值的減少有一定的貢獻。因此,為了減少濕地、水體面積縮小對生態(tài)服務價值帶來的損失,土地利用規(guī)劃時必須充分考慮農(nóng)用地、建設用地與濕地、水體間的配置,對現(xiàn)有的濕地、水體,在確保發(fā)揮最佳生態(tài)服務功能的同時,加強保護,實現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)土地資源的可持續(xù)利用。

3.3 敏感性分析

根據(jù)敏感性指數(shù)的計算公式,把各種土地利用類型的生態(tài)服務價值系數(shù)分別上下調(diào)整50%,計算出了克里雅綠洲1991年和2001年的敏感性指數(shù)。由圖4可知,不同年份不同土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務價值對生態(tài)服務功能價值指數(shù)的敏感性指數(shù)的變動小,而且均<1,表明研究區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務價值對生態(tài)服務功能價值指數(shù)是缺乏彈性的,運用Costanza等提出的生態(tài)服務價值系數(shù),結合敏感度分析,研究土地利用變化量化區(qū)域生態(tài)服務價值是切實可行的。

4 結論

(1)運用克里雅綠洲1991年和2001年的土地利用數(shù)據(jù),分析綠洲土地利用動態(tài)變化。結果表明,克里雅綠洲1991～2001年土地利用變化總的趨勢為草地面積增大,水體、濕地、荒漠、耕地面積減少,濕地變化的絕對量最大,荒漠變化的絕對量最小。

(2)對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的研究表明,1991～2001年克里雅綠洲水體、濕地和草地1的生態(tài)服務價值均有較大變動。濕地生態(tài)服務價值的變化最大,其次為水體。從生態(tài)系統(tǒng)服務總價值來看,克里雅綠洲生態(tài)系統(tǒng)服務價值呈現(xiàn)減少趨勢,10a間生態(tài)服務價值損失了12%,達1.212×108元。生態(tài)服務價值減少主要是由濕地、水體總面積變化的絕對量與生態(tài)服務功能價值指數(shù)大于研究區(qū)內(nèi)其它土地利用類型而導致的。

(3)敏感性分析結果顯示不同年份不同土地利用類型生態(tài)服務價值對生態(tài)服務功能價值指數(shù)的敏感性指數(shù)均<1,表明運用生態(tài)服務價值系數(shù),結合敏感度分析,研究土地利用變化量化區(qū)域生態(tài)服務價值是切實可行的,研究結果是可信的。

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Research on Effects of Land Use Change on Ecosystem Services Value in the Northern Tarim Basin Keriya Oasis

WANG Hong-liang,HE Bing-yu
(College of Resources and Environmental Science of XinjiangUniversity,Urumqi Xinjiang 830046 China)

KeriyaOasis in northern Tarim basinwas selected as a target area,the effectsof land use change on ecosystem services value within 1991 and 2001 was analyzed.Integrated with the current state of the study area,the moneywas selected as the evaluation method.The results showed that the land use pattern of study area has changed greatlywithin 1991 and 2001.ecosystem services value of the area decreased from 10.004×108 Yuan in 1991 to 8.792×108 Yuan in 2001,losing 12%,losing 32.2 Yuan per hm2 ecosystem services value per year. The change of ecosystem services value ofwetland was the main factor that resulted in the decrease of total ecosystem services value of the target area.The analysis on the sensitive coefficient showed that the ecosystem services value is short of flexibility in the area and the result is credible,which may provide reference for land use planning for the target area.

land use change;ecosystem service value;sensitive coefficient;Keriya Oasis

X82

A

1673-9655(2011)04-0060-04

2011-03-17

王洪亮(1983-),男,山東棗莊人,碩士研究生,從事區(qū)域污染控制與環(huán)境評價。