论文部分内容阅读
摘要：喀斯特地区因其生态环境的特殊性，对其进行生态系统服务价值的定量评估，并揭示其生态服务功能的时空变化特征，对其实现生态恢复和可持续发展显得尤为重要。运用Costanza和谢高地等对生态系统服务价值的估算理论，根据土地利用变化对花江示范区的生态系统服务价值进行定量估算与分析。结果表明，2000—2010年间，花江示范区生态系统服务价值总体上呈增长趋势，增长率高达81.11%，耕地、园地、林地、建设用地和裸岩石砾地的生态系统服务价值呈下降趋势，草地和水域的生态系统服务价值则呈上升趋势；各年的生态系统价值构成中，2000年和2005年都是林地对生态系统服务价值的贡献率最大，而2010年草地对生态系统服务价值的贡献率最大，2000、2005、2010年3个时期的建设用地对生态系统服务价值的贡献率均最低。
关键词：喀斯特地区；生态系统服务价值；土地利用
中图分类号： S181.6文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）02-0314-03
收稿日期：2014-04-07
基金项目：国家重点基础研究发展计划（“973”计划）项目（编号：2012CB723202）；贵州省国际科际合作计划项目[编号：黔科合外G字（2012）7022号]。
作者简介：才林（1985—），男，吉林辉南人，硕士，研究方向为地理信息系统与遥感。 E-mail：cll2405@163.com。
通信作者：周忠发，教授，博士生导师。 E-mail：fa6897@163.com。生态服务价值是指生态系统与生态过程所形成并维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用，是人类生存与现代文明的基础[1]。土地作为自然生态系统的载体，是人与自然交叉最为密切的环节，土地利用的变化必然影响生态系统的结构和功能[2]，从而引起生态系统服务价值的变化，同时土地利用变化驱动下的生态系统服务价值变化可作为生态环境效应的量化指标[3]。因此，研究土地利用变化情况下区域生态系统服务价值的变化，对于了解土地利用变化的生态环境效应具有重要意义。近年来，Costanza和谢高地等的研究结果被广泛应用于省（市）、县等不同空间尺度的生态系统服务价值评估，其中根据土地利用变化对生态系统服务价值的研究也得到广泛的开展[4]，以喀斯特地区为研究区的研究主要集中于生态服务功能的时空变化、喀斯特生态系统水文功能、茂兰喀斯特原始森林生态系统服务、次生林恢复后生态服务评估等方面。贵州省是喀斯特分布面积广且集中的省份之一，是西南地区石漠化最为严重的省份[5]，其中花江示范区是贵州高原上一个典型的喀斯特峡谷区域，区内生存环境恶劣、人地矛盾突出，是贵州严重贫困地区之一。由于社会经济的发展和各种石漠化治理工程的相继实施，花江示范区的土地利用/覆被发生了较大变化，导致区域生态系统服务功能发生相应的变化。因此，对花江示范区基于土地利用变化的生态系统服务功能进行估算，有利于为该地区在今后发展中土地利用结构的优化提供参考依据。
1花江示范区概况
花江示范区位于贵州省西南部，贞丰县和关岭县交界处的北盘江中游花江峡谷段，东经105°36′30″～105°46′30″、北纬25°39′13″～25°41′00″，总面积51.62 km2，2010年年底总人口8 612人，人口密度167人/km2；区内碳酸盐岩占95%以上，喀斯特地貌极为发育，地形破碎，基岩裸露率高，石漠化面积占总面积的54.69%，海拔500～1 200 m，相对高差700 m，是贵州高原上一个典型的喀斯特峡谷区域（图1）。年均温18 ℃，年降水量1 300 mm，水热组合条件适宜发展林业；区内地块分布极不连续，土地利用以旱地为主，水田极少，坡度≥25°的土地占区域总面积的87%，平地面积仅占2%，土壤仅存于喀斯特溶隙和洼地之中，宜耕地资源不足，土层浅薄，保水性、耐旱性差，耕地质量差，中低产土地比例大，多为坡耕地，长期滥垦滥伐，重用轻养，土地生产力不断下降，土壤营养元素流失，农业产量较低。近年来逐步投入退耕还林（草）、水土保持、经果林种植等项目，区内生态环境和社会经济得到较大改善。
2土地利用变化特点分析
2.1数据来源及分类
以2000年、2005年、2010年花江示范区遥感影像为基础，通过人工目视解译与计算机遥感图像自动解译分类，选取验证点进行野外实地验证室内解译结果，提取3个时期的土地利用信息。参照国家通用的土地利用分类标准《土地利用现状分类》（GB/T 21010—2007）且考虑到花江示范区的实际情况，将花江示范区土地利用解译为耕地、园地、林地、草地、交通运输用地（公路）、水域、裸岩石砾地、农村居民点和独立工矿用地共9种土地利用类型。根据研究区土地分类情况统计出不同土地利用类型的面积及变化情况。
2.2土地利用变化情况分析
对花江示范区土地利用变化情况，引入土地利用类型动态度（K）进行描述，它是指某区域一定时间范围内特定土地利用类型规模的变化速率，并且能够预测未来土地利用的变化趋势[6]。
K=Ub-UaUa×1T×100%。
式中：Ua、Ub分别为研究初期及研究末期某一种土地利用类型的数量；T为研究时段。
2000—2010年花江示范区各类土地利用变化情况见表1。土地利用总体趋势是：独立工矿用地面积增加最多，为2000年的两倍多，动态度高达11.38，水域其次，增加面积达41.52 hm2，增加率为56.28%；农村居民点略有增加，其他土地利用类型面积都在减少。其中耕地减少最多，其次是草地，减少率分别为-85.73%、-49.00%；裸岩石砾地减少最小，减少率仅为-0.86%。耕地方面，2000-2010年，耕地面积持续减少，但2005年以前减少缓慢，减少率仅-1.23%，2005—2010年减少率大增；另一方面，以2005年为节点，园地、林地和裸岩石砾地呈先增后减的趋势，但增加面积较小，减少面积较大。相反，草地面积变化规律为先减后增，减少面积大，增加较缓慢。 3生态系统服务价值核算
3.1生态系统服务价值系数获取
1997年Costanza等人的研究成果使生态系统服务价值评估的原理与方法从科学意义上得以明确[7]。鲁春霞等人根据中国的实际情况，制定了中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表[8]。根据生态价值服务价值表，生态系统类型与土地利用类型并不是一一对应的，但二者之间关系密切。由于贵州是典型的喀斯特省份，生态环境较为脆弱，各生态系统服务价值必然受到自然环境本底条件的制约，在全国水平的估算中空间异质性往往被低估，因而贵州的生态价值系数会低于全国水平。基于此刘宇等人参照Costanza的研究成果以及谢高地等人提出的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表（表2），并结合贵州实际情况，计算出了与贵州省土地利用类型相对应的生态系统类型及其生态价值系数（表3）[9]。为了便于计算和结果比较，统一采用刘宇等人的贵州生态系统服务价值系数进行研究区生态服务价值计算，此外，把每种土地利用类型与最接近的生态系统类型结合起来，从而得出每种土地利用类型单位面积的生态服务价值。其中，耕地与农作物对应，园地兼有林地与草地双重特性，故取二者平均值，裸岩石砾地取荒山对应值，交通运输用地、农村居民点和独立工矿用地属建设用地范畴，生态价值系数为负值。
3.2生态系统服务价值计算
生态系统服务价值计算公式：
ESV=∑Ak×VCk。
式中：ESV是生态系统服务价值（元）；Ak是研究区第k种土地利用类型分布面积（hm2）；VCk为生态价值系数[元/（年·hm2）]，即单位面积生态系统服务的价值。
总体上，花江示范区2000—2010年耕地、园地、林地、建设用地和裸岩石砾地的生态系统服务价值呈下降趋势，其中园地、林地和裸岩石砾地一度出现小幅上涨，而草地和水域的生态系统服务价值则呈上升趋势 但草地生态系统服务价值在2005年曾出现大幅下降。从各个时段上看，2005年耕地和草地的生态服务价值下降比率大，2010年又大幅回升，主要是2005年耕地、草地退化后环境问题加重，继而开展的石漠化综合防治的主要手段之一就是实施退耕还林还草，其生态服务价值随面积增减而变化。园地、林地生态系统服务价值略有减小但变化率不大。建筑用地的生态系统服务的影响通常为负面的，其生态系统服务价值取负值，其在生态系统服务中的比例全部取零[10]。裸岩石砾地就是喀斯特地区存在石漠化隐患的区域，2005年裸岩石砾地面积有所增加，极大可能是不合理的人类活动导致的水土流失加重，2005—2010年通过环境治理与开发，该部分的利用类型得以向其他利用方式转化。水域面积和生态服务价值在2005年至2010年增长，人工储水蓄水工程的实施是实现增长的主要原因（表4、图2）。
5结论
整个花江示范区2000—2010年的生态系统服务价值总体上是增长的，2010年生态系统服务价值比2000年增长了5.085 6×107元，变化率高达81.11%，说明近年来退耕还林还草、封山育林、小流域综合治理、经果林种植等石漠化治理工作的开展取得了一定成效，生态环境质量有所提高。各年的生态价值构成中，2000年和2005年都是林地的贡献率最大，分别达到49.76%、55.85%，2010年时草地的贡献率最大，高达58.27%，三个时期的建设用地生态系统服务价值贡献率都是最低，在今后的发展中应严格控制建设规模，引导土地利用方式向生态服务价值高的土地利用类型转变。
生态系统服务价值的评估虽然能为花江示范区生态系统恢复和建设提供一定参考，但估算过程中有可能存在一些偏差或不足：（1）Costanza、谢高地等人计算的中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值固然不能体现出喀斯特地区的特殊性，但刘宇等人计算出的与贵州省土地利用类型相对应的生态系统类型及其生态价值系数是否考虑了全部的生态系统服务，对这些生态系统的估价是否准确需要进一步研究；（2）花江示范区是贵州典型的喀斯特区域，生态环境较差，采用整个贵州范围内的生态系统服务价值系数来对其进行估算，花江示范区的空间异质性也可能出现被低估的情况；（3）计算中将裸岩石砾地与未利用土地对应，园林系数取林地和草地的平均值可能会造成计算结果与实际情况有一定的偏离。
参考文献：
[1]欧阳志云，王如松. 生态系统服务功能、生态价值与可持续发展[J]. 世界科技研究与发展，2000，22（5）：45-50.
[2]张飞，孔伟. 苏州市不同土地利用变化类型的生态环境效应分析[J]. 江苏农业科学，2011（1）：421-423.
[3]向悟生，李先琨，丁涛，等. 土地利用变化对漓江流域生态服务价值影响[J]. 水土保持研究，2009，16（6）：46-50，55.
[4]熊鹰，谢更新，曾光明，等. 喀斯特区土地利用变化对生态系统服务价值的影响——以广西环江县为例[J]. 中国环境科学，2008，28（3）：210-214.
[5]陈起伟，熊康宁，蓝安军. 基于“3S”的贵州喀斯特石漠化现状及变化趋势分析[J]. 中国岩溶，2007，26（1）：37-42.
[6]张宁，曾光建，关国锋. 近25年来黑龙江省生态系统服务价值对土地利用变化的响应[J]. 国土资源情报，2011，20（9）：38-44.
[7]Costanza R D，Arge R，Groot R，et al. The value of the worlds ecosystem services and nature capital[J]. Nature，1997，386：253-260.
[8]鲁春霞，谢高地，肖玉，等. 青藏高原生态系统服务功能的价值评估[J]. 生态学报，2004，24（12）：2749-2755.
[9]刘宇，陈学华，罗勇. 土地利用变化对生态系统服务价值的影响——以贵州省为例[J]. 西北林学院学报，2008，23（1）：219-223.
[10]李开忠，彭贤伟，熊康宁.贵州喀斯特峡谷地区土地利用效果评价——以贵州花江峡谷地区为例[J]. 中国岩溶，2005，24（4）：293-299，337.许钦坤 赵翠燕. 耐镉菌株的筛选及生物学特性[J]. 江苏农业科学，2015，43（2）：317-318.
关键词：喀斯特地区；生态系统服务价值；土地利用
中图分类号： S181.6文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）02-0314-03
收稿日期：2014-04-07
基金项目：国家重点基础研究发展计划（“973”计划）项目（编号：2012CB723202）；贵州省国际科际合作计划项目[编号：黔科合外G字（2012）7022号]。
作者简介：才林（1985—），男，吉林辉南人，硕士，研究方向为地理信息系统与遥感。 E-mail：cll2405@163.com。
通信作者：周忠发，教授，博士生导师。 E-mail：fa6897@163.com。生态服务价值是指生态系统与生态过程所形成并维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用，是人类生存与现代文明的基础[1]。土地作为自然生态系统的载体，是人与自然交叉最为密切的环节，土地利用的变化必然影响生态系统的结构和功能[2]，从而引起生态系统服务价值的变化，同时土地利用变化驱动下的生态系统服务价值变化可作为生态环境效应的量化指标[3]。因此，研究土地利用变化情况下区域生态系统服务价值的变化，对于了解土地利用变化的生态环境效应具有重要意义。近年来，Costanza和谢高地等的研究结果被广泛应用于省（市）、县等不同空间尺度的生态系统服务价值评估，其中根据土地利用变化对生态系统服务价值的研究也得到广泛的开展[4]，以喀斯特地区为研究区的研究主要集中于生态服务功能的时空变化、喀斯特生态系统水文功能、茂兰喀斯特原始森林生态系统服务、次生林恢复后生态服务评估等方面。贵州省是喀斯特分布面积广且集中的省份之一，是西南地区石漠化最为严重的省份[5]，其中花江示范区是贵州高原上一个典型的喀斯特峡谷区域，区内生存环境恶劣、人地矛盾突出，是贵州严重贫困地区之一。由于社会经济的发展和各种石漠化治理工程的相继实施，花江示范区的土地利用/覆被发生了较大变化，导致区域生态系统服务功能发生相应的变化。因此，对花江示范区基于土地利用变化的生态系统服务功能进行估算，有利于为该地区在今后发展中土地利用结构的优化提供参考依据。
1花江示范区概况
花江示范区位于贵州省西南部，贞丰县和关岭县交界处的北盘江中游花江峡谷段，东经105°36′30″～105°46′30″、北纬25°39′13″～25°41′00″，总面积51.62 km2，2010年年底总人口8 612人，人口密度167人/km2；区内碳酸盐岩占95%以上，喀斯特地貌极为发育，地形破碎，基岩裸露率高，石漠化面积占总面积的54.69%，海拔500～1 200 m，相对高差700 m，是贵州高原上一个典型的喀斯特峡谷区域（图1）。年均温18 ℃，年降水量1 300 mm，水热组合条件适宜发展林业；区内地块分布极不连续，土地利用以旱地为主，水田极少，坡度≥25°的土地占区域总面积的87%，平地面积仅占2%，土壤仅存于喀斯特溶隙和洼地之中，宜耕地资源不足，土层浅薄，保水性、耐旱性差，耕地质量差，中低产土地比例大，多为坡耕地，长期滥垦滥伐，重用轻养，土地生产力不断下降，土壤营养元素流失，农业产量较低。近年来逐步投入退耕还林（草）、水土保持、经果林种植等项目，区内生态环境和社会经济得到较大改善。
2土地利用变化特点分析
2.1数据来源及分类
以2000年、2005年、2010年花江示范区遥感影像为基础，通过人工目视解译与计算机遥感图像自动解译分类，选取验证点进行野外实地验证室内解译结果，提取3个时期的土地利用信息。参照国家通用的土地利用分类标准《土地利用现状分类》（GB/T 21010—2007）且考虑到花江示范区的实际情况，将花江示范区土地利用解译为耕地、园地、林地、草地、交通运输用地（公路）、水域、裸岩石砾地、农村居民点和独立工矿用地共9种土地利用类型。根据研究区土地分类情况统计出不同土地利用类型的面积及变化情况。
2.2土地利用变化情况分析
对花江示范区土地利用变化情况，引入土地利用类型动态度（K）进行描述，它是指某区域一定时间范围内特定土地利用类型规模的变化速率，并且能够预测未来土地利用的变化趋势[6]。
K=Ub-UaUa×1T×100%。
式中：Ua、Ub分别为研究初期及研究末期某一种土地利用类型的数量；T为研究时段。
2000—2010年花江示范区各类土地利用变化情况见表1。土地利用总体趋势是：独立工矿用地面积增加最多，为2000年的两倍多，动态度高达11.38，水域其次，增加面积达41.52 hm2，增加率为56.28%；农村居民点略有增加，其他土地利用类型面积都在减少。其中耕地减少最多，其次是草地，减少率分别为-85.73%、-49.00%；裸岩石砾地减少最小，减少率仅为-0.86%。耕地方面，2000-2010年，耕地面积持续减少，但2005年以前减少缓慢，减少率仅-1.23%，2005—2010年减少率大增；另一方面，以2005年为节点，园地、林地和裸岩石砾地呈先增后减的趋势，但增加面积较小，减少面积较大。相反，草地面积变化规律为先减后增，减少面积大，增加较缓慢。 3生态系统服务价值核算
3.1生态系统服务价值系数获取
1997年Costanza等人的研究成果使生态系统服务价值评估的原理与方法从科学意义上得以明确[7]。鲁春霞等人根据中国的实际情况，制定了中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表[8]。根据生态价值服务价值表，生态系统类型与土地利用类型并不是一一对应的，但二者之间关系密切。由于贵州是典型的喀斯特省份，生态环境较为脆弱，各生态系统服务价值必然受到自然环境本底条件的制约，在全国水平的估算中空间异质性往往被低估，因而贵州的生态价值系数会低于全国水平。基于此刘宇等人参照Costanza的研究成果以及谢高地等人提出的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表（表2），并结合贵州实际情况，计算出了与贵州省土地利用类型相对应的生态系统类型及其生态价值系数（表3）[9]。为了便于计算和结果比较，统一采用刘宇等人的贵州生态系统服务价值系数进行研究区生态服务价值计算，此外，把每种土地利用类型与最接近的生态系统类型结合起来，从而得出每种土地利用类型单位面积的生态服务价值。其中，耕地与农作物对应，园地兼有林地与草地双重特性，故取二者平均值，裸岩石砾地取荒山对应值，交通运输用地、农村居民点和独立工矿用地属建设用地范畴，生态价值系数为负值。
3.2生态系统服务价值计算
生态系统服务价值计算公式：
ESV=∑Ak×VCk。
式中：ESV是生态系统服务价值（元）；Ak是研究区第k种土地利用类型分布面积（hm2）；VCk为生态价值系数[元/（年·hm2）]，即单位面积生态系统服务的价值。
总体上，花江示范区2000—2010年耕地、园地、林地、建设用地和裸岩石砾地的生态系统服务价值呈下降趋势，其中园地、林地和裸岩石砾地一度出现小幅上涨，而草地和水域的生态系统服务价值则呈上升趋势 但草地生态系统服务价值在2005年曾出现大幅下降。从各个时段上看，2005年耕地和草地的生态服务价值下降比率大，2010年又大幅回升，主要是2005年耕地、草地退化后环境问题加重，继而开展的石漠化综合防治的主要手段之一就是实施退耕还林还草，其生态服务价值随面积增减而变化。园地、林地生态系统服务价值略有减小但变化率不大。建筑用地的生态系统服务的影响通常为负面的，其生态系统服务价值取负值，其在生态系统服务中的比例全部取零[10]。裸岩石砾地就是喀斯特地区存在石漠化隐患的区域，2005年裸岩石砾地面积有所增加，极大可能是不合理的人类活动导致的水土流失加重，2005—2010年通过环境治理与开发，该部分的利用类型得以向其他利用方式转化。水域面积和生态服务价值在2005年至2010年增长，人工储水蓄水工程的实施是实现增长的主要原因（表4、图2）。
5结论
整个花江示范区2000—2010年的生态系统服务价值总体上是增长的，2010年生态系统服务价值比2000年增长了5.085 6×107元，变化率高达81.11%，说明近年来退耕还林还草、封山育林、小流域综合治理、经果林种植等石漠化治理工作的开展取得了一定成效，生态环境质量有所提高。各年的生态价值构成中，2000年和2005年都是林地的贡献率最大，分别达到49.76%、55.85%，2010年时草地的贡献率最大，高达58.27%，三个时期的建设用地生态系统服务价值贡献率都是最低，在今后的发展中应严格控制建设规模，引导土地利用方式向生态服务价值高的土地利用类型转变。
生态系统服务价值的评估虽然能为花江示范区生态系统恢复和建设提供一定参考，但估算过程中有可能存在一些偏差或不足：（1）Costanza、谢高地等人计算的中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值固然不能体现出喀斯特地区的特殊性，但刘宇等人计算出的与贵州省土地利用类型相对应的生态系统类型及其生态价值系数是否考虑了全部的生态系统服务，对这些生态系统的估价是否准确需要进一步研究；（2）花江示范区是贵州典型的喀斯特区域，生态环境较差，采用整个贵州范围内的生态系统服务价值系数来对其进行估算，花江示范区的空间异质性也可能出现被低估的情况；（3）计算中将裸岩石砾地与未利用土地对应，园林系数取林地和草地的平均值可能会造成计算结果与实际情况有一定的偏离。
参考文献：
[1]欧阳志云，王如松. 生态系统服务功能、生态价值与可持续发展[J]. 世界科技研究与发展，2000，22（5）：45-50.
[2]张飞，孔伟. 苏州市不同土地利用变化类型的生态环境效应分析[J]. 江苏农业科学，2011（1）：421-423.
[3]向悟生，李先琨，丁涛，等. 土地利用变化对漓江流域生态服务价值影响[J]. 水土保持研究，2009，16（6）：46-50，55.
[4]熊鹰，谢更新，曾光明，等. 喀斯特区土地利用变化对生态系统服务价值的影响——以广西环江县为例[J]. 中国环境科学，2008，28（3）：210-214.
[5]陈起伟，熊康宁，蓝安军. 基于“3S”的贵州喀斯特石漠化现状及变化趋势分析[J]. 中国岩溶，2007，26（1）：37-42.
[6]张宁，曾光建，关国锋. 近25年来黑龙江省生态系统服务价值对土地利用变化的响应[J]. 国土资源情报，2011，20（9）：38-44.
[7]Costanza R D，Arge R，Groot R，et al. The value of the worlds ecosystem services and nature capital[J]. Nature，1997，386：253-260.
[8]鲁春霞，谢高地，肖玉，等. 青藏高原生态系统服务功能的价值评估[J]. 生态学报，2004，24（12）：2749-2755.
[9]刘宇，陈学华，罗勇. 土地利用变化对生态系统服务价值的影响——以贵州省为例[J]. 西北林学院学报，2008，23（1）：219-223.
[10]李开忠，彭贤伟，熊康宁.贵州喀斯特峡谷地区土地利用效果评价——以贵州花江峡谷地区为例[J]. 中国岩溶，2005，24（4）：293-299，337.许钦坤 赵翠燕. 耐镉菌株的筛选及生物学特性[J]. 江苏农业科学，2015，43（2）：317-318.