何玲 賈啟建 閆慧慧 張利

[摘 要] 河北省沿海經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展導(dǎo)致濱海地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)快速轉(zhuǎn)變，威脅土地生態(tài)安全。針對(duì)性核算濱海地區(qū)土地生態(tài)服務(wù)價(jià)值并探尋價(jià)值演變驅(qū)動(dòng)力，是保障區(qū)域生態(tài)安全的必然選擇。本文以河北省東南部黃驊市為研究區(qū)，采用植被凈第一生產(chǎn)力及人為影響綜合指數(shù)進(jìn)行生態(tài)服務(wù)價(jià)值估算及驅(qū)動(dòng)分析。結(jié)果表明：2015年，濕地的單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值最大，為15.86元/（m2·a），建設(shè)用地最小，為2.58元/（m2·a）；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值25年持續(xù)減少，共減少了3.17億元；人為干擾是黃驊市生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化的重要原因，隨著人為干擾強(qiáng)度的增強(qiáng)，生態(tài)服務(wù)價(jià)值持續(xù)降低。氣溫升高、日照時(shí)間增長(zhǎng)、相對(duì)濕度和蒸降比降低，導(dǎo)致該區(qū)域土地利用類型變化，進(jìn)而導(dǎo)致總生態(tài)服務(wù)價(jià)值降低。研究成果可以為合理劃定土地利用規(guī)劃提供參考，為區(qū)域生態(tài)保護(hù)提供指導(dǎo)。

[關(guān)鍵詞] 土地利用類型；生態(tài)服務(wù)價(jià)值；驅(qū)動(dòng)因素；人為影響綜合指數(shù)；濱海土地

[中圖分類號(hào)] F301.2；X171.1 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-7909（2018）05-113-5

生態(tài)服務(wù)價(jià)值是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的量化，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能則受自然和人為等多因素的影響，盡管現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)可以一定程度地改變?cè)摴δ埽淖儾涣松鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能構(gòu)成與維持中地類的決定性影響。隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，建設(shè)用地占用耕地、農(nóng)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整等因素導(dǎo)致區(qū)域土地利用類型發(fā)生改變，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的強(qiáng)度不斷降低，分析與評(píng)價(jià)土地利用中生態(tài)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)因素已得到廣泛重視，并成為合理配置土地資源的基礎(chǔ)，可為土地利用規(guī)劃與整治提供參考依據(jù)[1-3]。

近年來(lái)，圍繞生態(tài)服務(wù)價(jià)值的土地利用分類體系主要采用中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境分類系統(tǒng)，將土地利用類型歸納為耕地、林地、草地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地、水域和未利用土地6種類型，分類結(jié)果體現(xiàn)了全國(guó)各地的主要地類，便于科研領(lǐng)域的研究，但也存在無(wú)法體現(xiàn)區(qū)域地類特點(diǎn)的弊端。生態(tài)服務(wù)價(jià)值的研究主要以Costanza[1]、歐陽(yáng)志云[4-6]和謝高地[7]等為代表，取得了豐碩的研究成果，但在縣域尺度的應(yīng)用中多數(shù)學(xué)者根據(jù)區(qū)域情況進(jìn)行系數(shù)修正[3，8-11]，相同的修正系數(shù)無(wú)法體現(xiàn)區(qū)域特點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)因素的研究多集中于不同自然因素的影響，人為因素的量化方法仍需不斷探索[12-15]。

基于此，如何劃分體現(xiàn)區(qū)域特征的地類體系，針對(duì)性計(jì)算不同地類生態(tài)服務(wù)價(jià)值及其變化中的人為驅(qū)動(dòng)因素是本文擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題，也是土地利用過(guò)程中生態(tài)效益核算的參考依據(jù)。本文以河北省黃驊市為研究區(qū)，利用植被凈第一生產(chǎn)力（NPP）模型估算生態(tài)服務(wù)價(jià)值，利用人為影響綜合指數(shù)探尋價(jià)值損益規(guī)律及驅(qū)動(dòng)因素，以期為區(qū)域生態(tài)保護(hù)和修復(fù)提供依據(jù)，為土地利用總體規(guī)劃編制提供支持。

1 研究區(qū)概況

黃驊市位于河北省東南部，地處北緯38°09′～38°39′，東經(jīng)117°05′～117°49′，總面積2 177.83 km2。黃驊市地勢(shì)低洼，高程在1～7 m，年平均氣溫13 ℃左右，年蒸發(fā)量1 500～2 000 mm，年降水量500～600 mm。全市土壤瘠薄，鹽堿化程度嚴(yán)重，土壤含鹽量高，植物種類少，大部分為草本植物。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

生態(tài)服務(wù)價(jià)值估算涉及生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等多方面的諸多指標(biāo)，指標(biāo)涉及面廣、數(shù)據(jù)量大。本文生態(tài)服務(wù)價(jià)值核算的部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)自303個(gè)有效樣點(diǎn)實(shí)地調(diào)查，另一部分來(lái)自地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站、美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局網(wǎng)站、中國(guó)氣象數(shù)據(jù)資源共享服務(wù)網(wǎng)。

樣點(diǎn)0～20 cm的土樣全部采用土壤農(nóng)化常規(guī)方法進(jìn)行測(cè)定。結(jié)合調(diào)查樣點(diǎn)，布設(shè)303個(gè)樣方，面積為1 m×1 m，對(duì)每個(gè)樣方進(jìn)行物種辨別、分類及取樣。

地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站和美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局網(wǎng)站主要獲取Landsat5 TM影像，成像時(shí)間為1990年6月4日；Landsat7 ETM+影像，成像時(shí)間為2000年6月10日和2015年6月20日；MOD13Q1的MODIS數(shù)據(jù)產(chǎn)品，時(shí)間跨度為2015年1—12月，校正后采用最大值合成法生成逐月NDVI數(shù)據(jù)。

中國(guó)氣象數(shù)據(jù)資源共享服務(wù)網(wǎng)主要獲得黃驊、泊頭、滄州市3個(gè)站點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)，并從黃驊市周邊20個(gè)縣氣象局收集獲取各縣2015年全年的日氣象數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值估算方法。生態(tài)服務(wù)價(jià)值選取物質(zhì)生產(chǎn)價(jià)值、養(yǎng)分循環(huán)價(jià)值、氣體調(diào)節(jié)價(jià)值、氣候調(diào)節(jié)價(jià)值、水源涵養(yǎng)價(jià)值、凈化環(huán)境價(jià)值、生物多樣性維持價(jià)值和景觀文化價(jià)值8項(xiàng)價(jià)值加總獲得[16]。其中，前4項(xiàng)價(jià)值均利用植物光合作用通過(guò)植被凈第一生產(chǎn)力（NPP）進(jìn)一步計(jì)算獲得；水源涵養(yǎng)價(jià)值采用替代工程法，通過(guò)修建水庫(kù)價(jià)值進(jìn)一步核算；凈化環(huán)境價(jià)值主要對(duì)吸收分解SO2、HF、NOX和吸附塵埃的功能價(jià)值進(jìn)行核算，以單位面積治理成本替代凈化環(huán)境價(jià)值；生物多樣性維持價(jià)值對(duì)生境內(nèi)多樣性（α多樣性）進(jìn)行價(jià)值核算，參照《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》中Shannon-Weiner指數(shù)分級(jí)價(jià)值表獲得該項(xiàng)價(jià)值；景觀文化價(jià)值通過(guò)研究區(qū)旅游收入實(shí)地調(diào)查獲得。

2.2.2 生態(tài)服務(wù)價(jià)值損益估算方法。轉(zhuǎn)移矩陣用于對(duì)各地類內(nèi)部間轉(zhuǎn)移面積進(jìn)行分析，其模型為：

[A=A11 A12 L A1nA21 A22 L A2nL L L LAn1 An2 L Ann ]（1）

式（1）中，Aij表示k時(shí)期的i種地類轉(zhuǎn)為k+1時(shí)期的j種地類的面積，A表示轉(zhuǎn)移矩陣。

以土地利用轉(zhuǎn)移矩陣為基礎(chǔ)，結(jié)合生態(tài)服務(wù)價(jià)值對(duì)不同地類間相互轉(zhuǎn)化引起的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的損益情況進(jìn)行定量計(jì)算。計(jì)算公式如下：

[Pij=VCi-VCjAij] （2）

式（2）中，Pij表示土地類型由i類轉(zhuǎn)為j類時(shí)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值損益，VCi、VCj表示i地類、j地類的生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)，Aij表示i地類轉(zhuǎn)為j地類的面積。

2.2.3 人為影響綜合指數(shù)。人為影響綜合指數(shù)用來(lái)描述區(qū)域內(nèi)生態(tài)服務(wù)價(jià)值總體受人類干擾的強(qiáng)度，具體公式為[13，17]：

[HAI=i=1NAIPI/TA] （3）

式（3）中，HAI代表人為影響綜合指數(shù)；N為土地類型的數(shù)量，本文為9；Ai為第i種生態(tài)系統(tǒng)類型的面積；Pi為第i種生態(tài)服務(wù)價(jià)值所反映的人為影響強(qiáng)度系數(shù)；TA為總面積。

Pi利用Lohani清單法、Leopold矩陣法和Delphi法的平均值確定（見(jiàn)表1）。采用30 m×30 m格網(wǎng)，將研究區(qū)劃分成一系列子單元，分別計(jì)算各單元的人為影響強(qiáng)度。

HAI值數(shù)值越大，表示人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化的干擾越強(qiáng)；反之，表示人類干擾越小。在ArcGIS10.0中進(jìn)行聚類分析Natural Breaks（Jenks）將人為影響綜合指數(shù)（HAI）分為三類：高影響區(qū)（HAI>0.80）、中影響區(qū)（0.40

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用類別劃分結(jié)果

根據(jù)黃驊市土地利用類型實(shí)際情況，將黃驊市土地利用類別劃分為耕地、園地、草地、建設(shè)用地、水域、鹽堿地、濕地、鹽田和其他土地九大類（見(jiàn)表2），以便進(jìn)一步進(jìn)行生態(tài)服務(wù)價(jià)值演變核算。

3.2 土地利用類型轉(zhuǎn)化

1990—2015年，黃驊市土地利用類型以耕地、建設(shè)用地和鹽堿地為主；25年間，耕地、鹽堿地和濕地面積明顯減少，分別減少了1.84%、3.11%和1.23%；建設(shè)用地、鹽田、其他土地、園地、草地和水域面積持續(xù)增長(zhǎng)，分別增加了2.26%、1.42%、1.17%、0.80%、0.43%和0.09%。其中建設(shè)用地、鹽田和其他土地面積呈現(xiàn)大幅度增長(zhǎng)，園地和草地持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)，水域面積小幅增長(zhǎng)。

3.3 生態(tài)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化特征

3.3.1 單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值估算結(jié)果。2015年，濕地單位面積的生態(tài)服務(wù)價(jià)值最大，為15.86元/（m2·a）；水域、園地、耕地、草地、其他土地、鹽田和鹽堿地單位價(jià)值依次降低；建設(shè)用地最小，為2.58元/（m2·a）。各單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能中，養(yǎng)分循環(huán)功能價(jià)值最大，為13.95元/（m2·a）；水源涵養(yǎng)、景觀文化、物質(zhì)生產(chǎn)、生物多樣性維持、氣體調(diào)節(jié)和氣候調(diào)節(jié)功能單位價(jià)值依次降低；凈化環(huán)境功能價(jià)值最小，為0.12元/（m2·a）（見(jiàn)表3）。

3.3.2 生態(tài)服務(wù)價(jià)值損益變化。根據(jù)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值指數(shù)計(jì)算1990年生態(tài)服務(wù)價(jià)值，并計(jì)算流向損益矩陣，橫向表示各土地利用類型轉(zhuǎn)出面積的價(jià)值量變化，縱向表示各土地利用類型補(bǔ)給面積的價(jià)值量變化。

1990—2015年，生態(tài)服務(wù)價(jià)值因耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地減少了4 986.28萬(wàn)元，耕地退化成鹽堿地生態(tài)服務(wù)價(jià)值損失8 043.02萬(wàn)元，耕地轉(zhuǎn)為設(shè)施農(nóng)用地?fù)p失了1 547.32萬(wàn)元；園地被建設(shè)用地占用，生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少了542.82萬(wàn)元，轉(zhuǎn)為濕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值增加4 877.08萬(wàn)元；草地主要轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少1 050.60萬(wàn)元；部分建設(shè)用地實(shí)施“占補(bǔ)平衡”政策補(bǔ)充耕地，生態(tài)服務(wù)價(jià)值增加了6 163.72萬(wàn)元；水域部分轉(zhuǎn)為濕地，價(jià)值增加1 514.70萬(wàn)元，部分轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，價(jià)值減少1 108.52萬(wàn)元；鹽堿地主要轉(zhuǎn)為園地、草地、耕地，價(jià)值分別增加5 766.25萬(wàn)、2 724.48萬(wàn)、1 521.29萬(wàn)元；濕地主要轉(zhuǎn)為鹽田和水域，分別損失33 831.40萬(wàn)元和3 904.20萬(wàn)元；鹽田轉(zhuǎn)為水域和建設(shè)用地；其他土地轉(zhuǎn)為耕地、濕地和草地，生態(tài)服務(wù)價(jià)值有所增加。

3.4 生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化驅(qū)動(dòng)因素

3.4.1 人為驅(qū)動(dòng)因素干擾。黃驊市人為綜合干擾強(qiáng)度在空間上的分布特征表現(xiàn)為：低影響區(qū)和中高影響區(qū)占主導(dǎo)地位，高影響區(qū)在近海地區(qū)分布較大，在黃驊市中西部?jī)?nèi)陸地區(qū)呈零星、小塊狀分布（見(jiàn)圖1）。分析黃驊市1990、2000、2015年3年的人為綜合干擾強(qiáng)度的變化趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)：在近海地區(qū)生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化基本不大，建設(shè)用地呈現(xiàn)高影響強(qiáng)度，鹽田、鹽堿地呈現(xiàn)低影響強(qiáng)度；中部地區(qū)，1990年大體呈現(xiàn)中低影響強(qiáng)度，并有部分高影響強(qiáng)度零星分布，2000、2015年影響強(qiáng)度變小，低影響強(qiáng)度占主導(dǎo)地位；西部和南部地區(qū)，1990年影響強(qiáng)度以低影響為主，2000、2015年影響強(qiáng)度變大，到2015年西南地區(qū)以中高影響強(qiáng)度占主導(dǎo)地位?？傮w來(lái)看，高影響區(qū)穩(wěn)定，中影響區(qū)面積持續(xù)增加，低影響區(qū)面積略有降低。隨著人為干擾強(qiáng)度的增強(qiáng)，高生態(tài)服務(wù)價(jià)值地類轉(zhuǎn)化為低生態(tài)服務(wù)價(jià)值地類，生態(tài)服務(wù)總價(jià)值持續(xù)降低。

3.4.2 自然驅(qū)動(dòng)因素干擾。利用1990—2015年黃驊市平均氣溫、蒸降比、平均相對(duì)濕度和日照時(shí)間的統(tǒng)計(jì)值與該區(qū)各地類面積進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果顯示：平均氣溫僅與鹽田呈顯著正相關(guān)，與其他地類相關(guān)顯著性較差，說(shuō)明平均氣溫升高是鹽田面積增加的驅(qū)動(dòng)因素；平均相對(duì)濕度與鹽堿地、濕地顯著正相關(guān)，與園地、水域、鹽田和其他土地顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明平均相對(duì)濕度對(duì)上述地類影響較大；蒸降比與耕地、鹽堿地和濕地顯著正相關(guān)，與園地、草地、水域、鹽田和其他地類顯著負(fù)相關(guān)，顯示了蒸降比升高對(duì)鹽堿地面積擴(kuò)大及園地、草地、水域、鹽田和其他地類面積縮減的驅(qū)動(dòng)作用，耕地、濕地面積變化受多種因素影響最終顯示與蒸降比正相關(guān)；日照時(shí)間與草地、其他土地呈正相關(guān)，與耕地呈負(fù)相關(guān)，顯示日照時(shí)間的增加對(duì)草地、其他土地面積增加的驅(qū)動(dòng)作用，耕地面積變化受多種因素影響最終顯示與日照時(shí)間負(fù)相關(guān)（見(jiàn)表4）。

綜上，氣溫升高、日照時(shí)間增長(zhǎng)、平均相對(duì)濕度和蒸降比降低，導(dǎo)致該區(qū)域土地利用類型向不同方向轉(zhuǎn)化，進(jìn)而總生態(tài)服務(wù)價(jià)值降低。

4 結(jié)論

1990—2015年，土地利用類型以耕地、建設(shè)用地和鹽堿地為主；25年間，耕地、鹽堿地和濕地面積明顯減少，建設(shè)用地、鹽田、其他土地、園地、草地和水域面積持續(xù)增加。2015年，單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值依次為濕地>水域>園地>耕地>草地>其他土地>鹽田>鹽堿地>建設(shè)用地。

1990—2015年，從黃驊市生態(tài)服務(wù)價(jià)值的損失量來(lái)看，建設(shè)用地大量轉(zhuǎn)入及耕地、濕地轉(zhuǎn)出，導(dǎo)致黃驊市生態(tài)服務(wù)價(jià)值損失較為嚴(yán)重，25年減少3.17億元；從生態(tài)服務(wù)價(jià)值增量來(lái)看，增量來(lái)源主要是建設(shè)用地、鹽堿地等轉(zhuǎn)為耕地，水域轉(zhuǎn)為濕地，生態(tài)服務(wù)價(jià)值增加約2.96億元。人為干擾是黃驊市生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化的重要原因，隨著人為干擾強(qiáng)度的增強(qiáng)，生態(tài)服務(wù)價(jià)值持續(xù)降低。氣溫升高、日照時(shí)間增長(zhǎng)、相對(duì)濕度和蒸降比降低，導(dǎo)致該區(qū)域土地利用類型變化，進(jìn)而總生態(tài)服務(wù)價(jià)值降低。本文可為黃驊市土地利用總體規(guī)劃、城市規(guī)劃和生態(tài)文明建設(shè)提供有力的決策依據(jù)，未來(lái)將會(huì)進(jìn)一步提高生態(tài)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算精度及驅(qū)動(dòng)因素的量化分析水平。

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