洞庭湖區(qū)土地生態(tài)功能價(jià)值變化分析

王海燕 段建南 楊威 胡文敏 劉藝

摘 要：研究土地生態(tài)功能價(jià)值變化對(duì)土地資源的可持續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重大意義。基于遙感和ArcGIS平臺(tái)，利用洞庭湖區(qū)2001年及2011年遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行土地利用分類；通過對(duì)中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積價(jià)值的糧食產(chǎn)量修正，分析洞庭湖區(qū)土地生態(tài)功能價(jià)值及其變化特征。結(jié)果表明：草地、水體和未利用地面積減少，草地減少最多；建設(shè)用地、農(nóng)用地和林地面積增加，建設(shè)用地增加最多。2001～2011年洞庭湖區(qū)土地生態(tài)功能價(jià)值減少了2.555億元，變化率為-1.47%，減少的價(jià)值主要體現(xiàn)在廢物處理、土壤形成與保護(hù)生態(tài)功能上，建設(shè)用地?cái)U(kuò)張、草地退化是導(dǎo)致土地功能價(jià)值降低的主要原因。

關(guān)鍵詞：土地生態(tài)功能； 土地利用變化； 生態(tài)功能價(jià)值； 洞庭湖區(qū)

中圖分類號(hào)：F301.24文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2016）05-0089-04

Abstract Studying on the change of land ecological function value has great significance to the sustainable use of land resources and ecological environment protection. Based on the remote sensing and ArcGIS platform， the image data in 2001 and 2011 were used to make land use classification. Through revising the value per unit area of terrestrial ecosystem in China by means of grain output method， the value of land ecological function and its change characteristics in Dongting Lake were analyzed. The results showed that the areas of grassland， water land and unused land decreased， and the grassland decreased the most； those of construction land， farmland and woodland increased， and the construction land increased the most. The land ecological function value of Dongting Lake decreased by 255.5 million yuan with the annual change rate of -1.47% from 2001 to 2011. The reduced value was mainly in waste treatment， soil formation and ecological function protection. The decrease of land ecological function value was mainly attributed to the rapid expansion of construction land and grassland degeneration.

Key words Land ecological function； Land use change； Ecological function value； Dongting Lake district

土地是人類生存和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基本條件，是人類福祉的源泉，具有生產(chǎn)、生態(tài)和社會(huì)功能，在維持生命的支持系統(tǒng)和環(huán)境的動(dòng)態(tài)平衡方面起著不可替代的重要作用[1]。近幾十年來，由于自然過程和人類不合理利用等原因，氣候變暖、土地荒漠化、土壤侵蝕、水污染等環(huán)境問題逐年加重，人們切實(shí)意識(shí)到土地資源所提供的涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙、保持水土等生態(tài)功能的重要性。因此，如何準(zhǔn)確地計(jì)算土地生態(tài)功能價(jià)值，就成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)[2]。

洞庭湖區(qū)是湖南乃至全國(guó)的“魚米之鄉(xiāng)”，自然資源極為豐富，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)雄厚；而洞庭湖是我國(guó)的第二大淡水湖，是長(zhǎng)江中游重要的調(diào)蓄滯洪區(qū)和水源地，因此，該區(qū)對(duì)保障長(zhǎng)江流域水生態(tài)安全和國(guó)家糧食安全有重大責(zé)任[3]。但由于城市擴(kuò)張、人為破壞等因素，洞庭湖區(qū)出現(xiàn)水域面積減少、草地退化、漁業(yè)資源減少等現(xiàn)象，面臨著嚴(yán)重的生態(tài)危機(jī)。對(duì)洞庭湖區(qū)土地生態(tài)功能價(jià)值進(jìn)行估算并分析其變化， 對(duì)遏制土地生態(tài)功能的繼續(xù)破壞和喪失具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，可進(jìn)一步指導(dǎo)人類科學(xué)利用和管理土地資源，促進(jìn)土地資源可持續(xù)利用，也有利于生態(tài)文明建設(shè)。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

洞庭湖區(qū)位于湖南省北部，長(zhǎng)江中游南岸，跨湖南、湖北兩省，主要包括岳陽(yáng)、益陽(yáng)、常德市，地理位置在北緯28°03′～30°20′，東經(jīng)110°40′～113°30′之間，總面積約21 000 km²。洞庭湖是中國(guó)第二大淡水湖，也是長(zhǎng)江流域最大的調(diào)蓄滯洪湖泊和水源地，其北有長(zhǎng)江，南有湘江、資水、沅水、澧水四水，具有“洪水一片，枯水一線，大水湖相，小水河相” 的景觀特點(diǎn)。該區(qū)位于亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，氣候溫和，降水集中，盛產(chǎn)稻米和棉花，被稱為“魚米之鄉(xiāng)”，是我國(guó)重要的商品糧食基地。洞庭湖有著豐富的植物資源和動(dòng)物資源，是珍稀候鳥越冬棲息地[4～6]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究遙感數(shù)據(jù)來源于美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局USGS提供的2001、2011年的Landsat 4-5 TM和Landsat 7 ETM+衛(wèi)星數(shù)字影像，所有影像經(jīng)過數(shù)字質(zhì)量控制，含云量低于5%，圖像層次清晰，便于目視解譯和信息提取。圖像預(yù)處理經(jīng)過了輻射校正、幾何校正、去條帶等。采用的非遙感信息數(shù)據(jù)主要有地理空間數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和人口社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)及相關(guān)文獻(xiàn)。

2 洞庭湖區(qū)土地利用覆被分類

本研究采用遙感與地理信息系統(tǒng)一體化的信息提取方法建立土地利用分類系統(tǒng)，通過影像校正、遙感解譯、土地利用分類等方法提取洞庭湖區(qū)的土地利用類型信息。根據(jù)《國(guó)家級(jí)土地利用與覆被分類系統(tǒng)》，采用分層決策樹的監(jiān)督分類方法對(duì)土地進(jìn)行分類，先分為旱地、水田、高覆蓋林地、低覆蓋林地、高覆蓋草地、中覆蓋草地、低覆蓋草地、湖泊、河流、水庫(kù)、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)用地、沙地、其他用地14個(gè)類型，然后參考2007年《土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)（GB/T21010-2007）》，按照科學(xué)性、全面性、可判讀性、地域差異性原則，制定洞庭湖區(qū)土地利用分類系統(tǒng)，合并成一級(jí)類：農(nóng)用地、林地、草地、水體、其他用地、建設(shè)用地6個(gè)類型。利用ArcGIS，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理，得到洞庭湖區(qū)2001年和2011年土地利用各類型面積（表1）及其消長(zhǎng)變化（表2），可以反映洞庭湖區(qū)土地利用變化的程度。

由表1、表2可以看出，2001～2011年洞庭湖區(qū)各土地利用類型面積都有不同程度的變化。變化最大的是建設(shè)用地，增加了48.45%，農(nóng)用地和林地分別增加了4.60%和13.60%，草地、其他用地分別減少了26.23%和11.74%，變化最小的是水體，僅減少3.57%。

3 洞庭湖區(qū)土地生態(tài)功能價(jià)值變化分析

3.1 洞庭湖區(qū)土地主要生態(tài)功能

土地的生態(tài)功能是指土地為維持生物體及人類生存所提供的自然環(huán)境條件，是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的一部分。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)土地生態(tài)系統(tǒng)有著深入的研究，如：Costanza 等將生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)分為17個(gè)類型，主要包括原材料生產(chǎn)、氣候調(diào)節(jié)、涵養(yǎng)水源、休閑娛樂、生物多樣性、棲息地以及科研文化等[7]，2001年聯(lián)合國(guó)發(fā)起千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估（Millennium Ecosystem Assessment，簡(jiǎn)稱MA），對(duì)全球的陸地、水生生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了多尺度、綜合的評(píng)價(jià)；吉麗娜、毛德華、陳鵬等對(duì)不同的濕地類型提出了不同的指標(biāo)體系[8～10]。結(jié)合本研究區(qū)域及研究對(duì)象的特點(diǎn)，將洞庭湖區(qū)土地的生態(tài)功能價(jià)值分為以下6個(gè)指標(biāo)：氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、土壤形成與保護(hù)、廢物處理、生物多樣性維持。

3.2 洞庭湖區(qū)土地生態(tài)功能價(jià)值估算方法

洞庭湖區(qū)土地生態(tài)功能屬于間接使用價(jià)值，所以采取替代市場(chǎng)法來估算。結(jié)合研究區(qū)的特點(diǎn)和資料可獲取性，對(duì)謝高地等人制定的“中國(guó)不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值表”以糧食產(chǎn)量進(jìn)行修正[11]，并用于對(duì)研究區(qū)土地生態(tài)功能價(jià)值量進(jìn)行估算，從而既能綜合分析某一土地利用類型提供的服務(wù)，又能反映其動(dòng)態(tài)變化特征。

首先，以糧食產(chǎn)量為基準(zhǔn)進(jìn)行區(qū)域修訂，假定當(dāng)量表中不同土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量比例保持不變，將研究區(qū)農(nóng)田自然糧食單位面積產(chǎn)量與全國(guó)農(nóng)田自然糧食單位面積產(chǎn)量的比值作為地區(qū)修訂系數(shù)，將土地利用類型與生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)起來，如林地—森林、草地—草地、農(nóng)用地—農(nóng)田、水體—水體、未利用地—荒漠，得到研究區(qū)土地單位面積生態(tài)功能價(jià)值表。修訂方法如下：

其中k表示生態(tài)功能當(dāng)量的區(qū)域修訂系數(shù)，A、A0分別表示研究區(qū)和全國(guó)農(nóng)田單位面積糧食產(chǎn)量，Ej為第j類土地利用類型經(jīng)地區(qū)修訂后的生態(tài)功能當(dāng)量，E0j為第j類土地利用類型全國(guó)平均的生態(tài)功能當(dāng)量。

然后，計(jì)算出各土地利用類型的生態(tài)功能價(jià)值和單項(xiàng)生態(tài)功能價(jià)值，計(jì)算公式如下[12]：

其中，EFV為生態(tài)功能價(jià)值（元），An為研究區(qū)第n種土地利用類型的面積（hm²），VCn為第n種土地利用類型的生態(tài)功能價(jià)值系數(shù)（元/hm²）；EFVx為土地第x項(xiàng)功能的服務(wù)價(jià)值（元），VCxn為第n種土地利用類型所對(duì)應(yīng)第x項(xiàng)功能的生態(tài)功能價(jià)值系數(shù)（元/hm²）。

3.3 結(jié)果與分析

3.3.1 土地利用單位面積生態(tài)功能價(jià)值估算 為了反映土地利用對(duì)洞庭湖區(qū)土地生態(tài)功能價(jià)值的影響，本文選取近五年（2010～2014年）湖南省年均自然糧食產(chǎn)量與全國(guó)單位面積自然糧食產(chǎn)量均值作為A、A0，分別為6 006.0、5 239.9 kg/hm²，由公式（1）計(jì)算出該區(qū)域的修訂系數(shù)為1.15，由公式（2）計(jì)算出洞庭湖區(qū)土地單位面積生態(tài)功能價(jià)值表（表3）。

3.3.2 土地生態(tài)功能價(jià)值估算 根據(jù)公式（3）、（4）對(duì)2001年和2011年的土地生態(tài)功能價(jià)值進(jìn)行估算，結(jié)果見表4?？芍赐ズ^(qū)土地生態(tài)功能價(jià)值總體呈下降趨勢(shì)，2011年比2001年減少了2.555億元，變化率為-1.47%。

3.3.3 各項(xiàng)生態(tài)功能的價(jià)值變化 由表4可知，洞庭湖區(qū)廢物處理的價(jià)值最高，2001、2011年分別為43.293億元和41.758億元，占總價(jià)值的24.85%和24.32%，呈下降趨勢(shì)。主要因?yàn)槌鞘幸?guī)模擴(kuò)張、工廠“三廢”排放、農(nóng)藥化肥使用和生活廢棄物進(jìn)入河流，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化和水污染嚴(yán)重，使得廢物處理的功能下降。

水源涵養(yǎng)的價(jià)值較高， 2001、2011年分別為41.475億元和40.909億元，分別占總價(jià)值的23.80%和23.83%，略有上升。主要是洞庭湖區(qū)水源豐富，其西南有湘江、資江、沅江、澧水入湖，北有長(zhǎng)江的藕池、松滋、太平入湖，且降水充沛，使得水庫(kù)蓄水量增加，以及林地面積增加等因素致使水源涵養(yǎng)的價(jià)值越來越大。

土壤形成與保護(hù)的價(jià)值有所下降，2001年為30.713億元，2011年為30.006億元，分別占總價(jià)值的17.63%、17.48%。主要是因?yàn)槟嗌秤俜e、洪水沖刷作用導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重，使得土壤形成與保護(hù)功能減弱。

生物多樣性維持功能價(jià)值低于廢物處理、水源涵養(yǎng)和土壤形成與保護(hù)，2001年為22.967億元，2011年為22.770億元。洞庭湖區(qū)生物資源豐富，湖區(qū)原有水生生物270多種，其中魚類114 種，是國(guó)內(nèi)著名的淡水魚業(yè)基地之一。

氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)的生態(tài)功能價(jià)值都有所增加，主要是因?yàn)榱值卣嫉孛娣e大，且近十年面積增加，使得其固碳釋氧量增加，氣體、氣候調(diào)節(jié)功能也越來越強(qiáng)。

3.3.4 各土地利用類型生態(tài)功能價(jià)值變化分析

從洞庭湖區(qū)生態(tài)功能的價(jià)值構(gòu)成（表5）來看，林地和水體的生態(tài)功能價(jià)值占主要部分，超過總價(jià)值的50%，農(nóng)用地、草地次之，未利用地所占價(jià)值比例最小，不足0.50%。

其中，林地對(duì)洞庭湖生態(tài)功能總價(jià)值的貢獻(xiàn)率最高，從28.24%增加到32.56%，表明由于生態(tài)環(huán)境的惡化，政府高度重視洞庭湖區(qū)的治理和保護(hù)工作，加強(qiáng)造林綠化，有效遏制亂征濫占林地。

其次為水體對(duì)洞庭湖區(qū)生態(tài)功能總價(jià)值的貢獻(xiàn)率，由28.56%下降到27.96%，呈下降趨勢(shì)，主要是因?yàn)樽匀灰蛩睾腿祟惒缓侠砝茫瑢?dǎo)致泥沙淤積、洪澇災(zāi)害嚴(yán)重，水面生態(tài)功能下降。

草地和農(nóng)用地對(duì)洞庭湖區(qū)生態(tài)功能總價(jià)值的貢獻(xiàn)率也較大，但草地的貢獻(xiàn)率呈下降趨勢(shì)，而農(nóng)用地的貢獻(xiàn)率呈上升趨勢(shì)，主要是因?yàn)檗r(nóng)用地、建設(shè)用地面積增加，使得草地面積減少，再加上人類利用不合理，導(dǎo)致草場(chǎng)退化嚴(yán)重，使得草地在氣體調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、廢物處理、生物多樣性維持等生態(tài)功能方面的價(jià)值逐漸減少。

4 結(jié)論與討論

4.1 土地的生態(tài)功能不等同于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，二者既相互聯(lián)系又相互區(qū)別。土地生態(tài)功能是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的一部分，不包括生態(tài)系統(tǒng)提供的產(chǎn)品（生產(chǎn)功能）和社會(huì)娛樂功能（社會(huì)功能），但是其功能的計(jì)算需要借鑒生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算方法。

4.2 2001～2011年洞庭湖區(qū)土地利用發(fā)生了較大變化，建設(shè)用地增加了48.45%，草地減少了26.23%，這影響了該區(qū)土地生態(tài)功能的發(fā)揮，導(dǎo)致其生態(tài)功能總價(jià)值下降了2.555億元，變化率為-1.47%。城鎮(zhèn)快速發(fā)展、建設(shè)用地?cái)U(kuò)張是造成這一結(jié)果的主要原因。

4.3 草地的生態(tài)功能價(jià)值減少最多，說明大量的草地向建設(shè)用地和農(nóng)用地轉(zhuǎn)化，而人類的不合理利用也導(dǎo)致草地退化嚴(yán)重。價(jià)值系數(shù)高的水域生態(tài)功能價(jià)值也呈下降趨勢(shì)，這需要政府進(jìn)一步加強(qiáng)在水土保持、退田還湖、平垸行洪等方面的治理。

4.4 洞庭湖區(qū)土地生態(tài)功能退化主要體現(xiàn)在廢物處理、土壤形成與生態(tài)功能保護(hù)上，主要是由土壤侵蝕、泥沙淤積嚴(yán)重和快速城市化造成的。要實(shí)現(xiàn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展，必須處理好“經(jīng)濟(jì)發(fā)展”與“生態(tài)保護(hù)”的關(guān)系，互利互惠，實(shí)現(xiàn)共贏。相關(guān)部門需加強(qiáng)監(jiān)督和保護(hù)，建立和健全生態(tài)補(bǔ)償制度，加大生態(tài)保護(hù)的宣傳力度，進(jìn)一步提高人們的環(huán)保意識(shí)。

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